Розмова про погоду на фермі #003 - Прогнозування врожайності

Тільки тому, що ви копаєте ґрунт навесні і припускаєте, що у вас достатньо вологи, ви насправді не знаєте, що насправді відбувається, поки не розкопаєте і не подивитеся (що вимагає часу) або не скористаєтеся технологією Інтернету речей (більш простий підхід), щоб дізнатися, що у вас є. А ось і прогнозування врожайності.

Прогнозування врожайності - вловили?

У друга частина "Розмови про погоду на ферміми обговорили переваги прогнози погоди для конкретного місця і чому вони такі обов'язково. для інтеграції в усі інструменти підтримки прийняття рішень, оскільки вони є частиною рішення для зменшення "неконтрольованих ризиків", з якими фермери стикаються щодня. У цій частині ми розглянемо, як метеостанція або IoT-пристрою з прогноз можна використовувати для прогнозування дохідності на поточну дату, а також до погашення.

Тільки тому, що ви копаєте ґрунт навесні і вважаєте, що у вас достатньо вологи, ви насправді не знаєте, що насправді відбувається, поки не розкопаєте і не подивитеся (що вимагає часу) або не скористаєтесь технологією Інтернету речей (простіший підхід), щоб дізнатися, що у вас є. Дані про тип ґрунту можуть бути зібрані і переведені в точну інформацію про те, де ви знаходитесь з точки зору вологості ґрунту в умовах водного режиму врожайності, і дати дуже хорошу відповідь на конкретну проблему, таку як живлення. Якщо ви знаєте, що маєте лише п'ять дюймів запасів води порівняно з дев'ятьма дюймами запасів води в іншому профілі ґрунту, ви будете по-іншому управляти поживними речовинами та врожаєм.

Передумови для прогнозування врожайності

Врожайність будь-якої культури базується на генетичному потенціалі насіння, кількості вологи в ґрунті під час посіву, кількості опадів у період вегетації (і зрошення), правильних нормах внесення добрив та інших своєчасних управлінських рішеннях: боротьба з бур'янами, боротьба з хворобами, боротьба з комахами і, звичайно ж, боротьба з комахами. погодні фактори що зазвичай є найбільш значним неконтрольованим ризиком.

Спрощено кажучи, розвиток рослини або культури дуже схожий на чекову книжку (входи і виходи), де є пропозиція (опади та/або зрошення) і попит (температура). Отже, двома найважливішими факторами для врожайності є забезпечення вологою та температура, за умови, що всі інші рішення щодо управління полем виконуються належним чином.

Температура або тепло є важливими, оскільки вони визначають використання води і те, чи дозріє культура, чи зазнає теплового стресу, але забезпечення вологою має найбільш значний вплив на потенціал врожайності, оскільки саме вона відповідає за доставку поживних речовин до рослини для фотосинтезу. Ось чому вологозабезпеченість часто називають РЕЗЕРВУАР ДЛЯ РОСЛИННИХ ГАЗІВ на потенціал врожайності.

Кожна культура має криві ефективності використання води, пов'язані з врожайністю. Багаторічні дослідження та польові випробування визначили кількість бушелів, отриманих з кожного дюйма або 25 мм ґрунтової води, використаної культурою. Для деяких поширених культур це становить 5-6 бушелів для ріпаку, 7-8 бушелів для пшениці та від 10 до 12 бушелів для кукурудзи на кожен додатковий дюйм або 25 мм ґрунтової води, що додається. Кількість бушелів на дюйм або 25 мм ґрунтової води з часом змінюватиметься, оскільки з'являтимуться нові сорти з кращими генетичними характеристиками.

Таким чином, загальна кількість ґрунтової води, доступної для культури протягом вегетаційного періоду, дорівнює кількості ґрунтової вологи, доступної на момент посіву (визначається типом ґрунту), плюс кількість опадів та/або зрошення (ґрунтова волога), отримана протягом вегетаційного періоду. Використання або попит на ґрунтову воду визначається температурою і типом/текстурою ґрунту. Ці два фактори (попит і пропозиція) визначають потенціал врожайності.

Як уже згадувалося, тип/текстура ґрунту є вирішальним фактором у визначенні кількості ґрунтової води, доступної рослинам для розвитку. Насправді рослини не можуть використати всю воду, що міститься в ґрунті. Верхньою межею є польова продуктивність, а нижньою - точка постійного в'янення.

Польовий потенціал це максимальна кількість води, що утримується в ґрунті, виміряна через кілька днів після події насичення (сильний дощ або зрошення).

Постійна точка в'янення відбувається, якщо рослина довше не може забирати воду з ґрунту для задоволення своїх потреб, тоді вона починає в'янути, тобто настає момент, коли вода більше не доступна рослині.

Доступна для рослин вода це різниця між потенціалом поля і точкою в'янення, коли рослина більше не може видобувати воду з ґрунту. Іншими словами, не вся вода, що міститься в ґрунті, доступна рослинам.

Ось чому Допустимий рівень виснаження використовується залежно від типу ґрунту та культури. Для більшості зернових та олійних культур допустимий рівень виснаження становить 501 т/га, а для овочів та коренеплодів - 651 т/га.

На ілюстрації чітко видно, що пісок або супіщаний ґрунт має обмежену кількість ґрунтової води, доступної для розвитку сільськогосподарських культур, тоді як суглинок або глинистий суглинок має набагато більший газовий резервуар ґрунтової води, а отже, і вищий потенціал врожайності, як правило. Іншими словами, супіщаний ґрунт потребує поповнення запасів води частіше, ніж глинистий. У таблиці нижче показано, що грубий ґрунт може зберігати 5,7 дюйма (145 мм) води на глибині до 4 футів або 120 см, тоді як дрібний ґрунт може зберігати 10,4 дюйма (265 мм) води на тій же глибині профілю.

Гаразд, ми поговорили про фактори, які впливають на врожайність культури, але як оцінити врожайність на поточну дату, а потім на період дозрівання для поля? Саме тут на допомогу приходить польовий IoT-пристрій і прогноз Заходьте. Давайте розберемося, як це робиться.

Налаштування прогнозування врожайності

По-перше, вам потрібно просторово визначити місце розташування поля або зону (зони) вирощування, для якої ви хочете зробити оцінку врожайності. На ілюстрації нижче показано, як це робиться шляхом визначення зони вирощування в межах поля. Зазвичай сільськогосподарські зони визначаються на основі типу ґрунту і топографії.

Оскільки ми використовуємо модель для прогнозування використання води культурою, нам потрібно задати кілька параметрів: тип культури, дата посіву та очікувана дата збору врожаю, найкраща можлива середня врожайність, початкова вологість ґрунту, тип ґрунту, врожайність та температура в'янення, станція температури повітря та джерело дощу, як показано на малюнку нижче.

Для вибір IoT-пристроївтемпература використовується для оцінки розвитку культур, а опадомір - для вимірювання кількості води, що потрапила в ґрунт. Таким чином, станція з опадоміром повинна знаходитися в межах поля або на краю поля, щоб переконатися, що значення є репрезентативними для цього поля.

Пристрій для вимірювання температури може бути на тій самій станції або на станції, що знаходиться поруч, оскільки температура не сильно змінюється на невеликій відстані, як опади. На ілюстраціях нижче показано два типи станцій, які можна використовувати µMETOS або nMETOS для цього типу додатків.

Початкова вологість ґрунту важлива, оскільки вона визначає, скільки ґрунтової води доступно на момент посіву залежно від типу ґрунту (скільки води в бензобаку на початку року). Зміна цих двох значень створить різні сценарії врожайності (інструменти планування) для зони вирощування.

Результати прогнозування врожайності

Гаразд, ми обговорили важливість наявності IoT-пристрою з прогнозом для зменшення неконтрольованих ризиків, з якими стикаються фермери, але як це працює для прогнозування врожайності?

Для прогнозування врожайності ми використовуємо Довгостроковий нормальний прогноз (середня нормальна кількість опадів) до поточної дати та до фізіологічної стиглості. Ми також використовуємо Прогноз з урахуванням сезонного коригування який використовує спостережувані умови (опади) на сьогоднішній день плюс сезонний прогноз, скоригований на тип сезону (вологий, нормальний або сухий). Ці терміни та ілюстрації описані нижче.

Терміни, що використовуються на графіку прогнозування прибутковості:

Врожайність "на сьогоднішній день" (поточний сезон): Цей прогноз враховує кількість опадів, виміряних на вашій станції з моменту посіву, та початкову вологість ґрунту. Він припускає, що після сьогоднішнього дня до кінця сезону опадів не буде, тобто це найгірший сценарій.
Прогнозована фізіологічна стиглість врожаю: Прогнозування завершення формування врожаю (тобто подальшого збільшення врожаю після цієї дати). Зауважте, що збір врожаю зазвичай відбувається на кілька тижнів пізніше, залежно від культури, оскільки зерно має висохнути.
Прогнозована врожайність на момент збору врожаю (довгостроковий нормальний сезон): Це припускає середню кількість дощу (нормальний сезон) протягом усього сезону, починаючи з ваших налаштувань початкової вологості ґрунту.
Прогнозована врожайність на момент збору врожаю (поточний сезон + прогноз опадів): Це значення враховує не тільки початкову вологість ґрунту та кількість опадів, виміряних на станції з моменту посіву, але й сезонний прогноз до прогнозованої дати фізіологічної зрілості культури. Однак майте на увазі, що сезонні прогнози дощів мають значну невизначеність. Зверніть увагу, що коли сьогодні настане дата фізіологічної зрілості культури, це значення буде ідентичним до Урожайності "сьогодні" (див. вище), оскільки в цей час прогноз базується виключно на даних, виміряних на станціях.

Зверніть увагу: Прогнозовані значення врожайності являють собою оцінку потенційної врожайності на момент збору врожаю. Ця оцінка здебільшого базується на оцінках (виміряних, середніх історичних та прогнозних) кількості опадів. Інші фактори, що обмежують врожайність, такі як шкідники, хвороби, родючість ґрунту та інші, (наразі) не враховуються. Немає жодних гарантій, що ваша фактична врожайність буде в межах представлених діапазонів. Однак прогнозовані значення можуть слугувати внутрішньосезонним індикатором того, чи може врожайність культури бути нижчою або вищою за середній історичний показник. Використовуйте цю додаткову інформацію при прийнятті управлінських рішень, таких як внесення добрив або зрошення.

На ілюстрації нижче показано прогноз, скоригований на сезонні коливання, та довгостроковий нормальний прогноз. Очевидно, що сезон набагато сухіший, ніж зазвичай, що призвело до низької врожайності. Управлінське рішення може полягати в тому, щоб утриматись від внесення будь-яких інших поживних речовин через нестачу ґрунтової води для отримання врожаю. На основі цього рішення, ймовірно, будуть скориговані й інші управлінські практики.

У поєднанні з прогнозування врожайностіДля конкретного поля або зони вирощування сільськогосподарських культур пропонуються супутникові знімки. Ми пропонуємо два супутникові індекси з супутника Sentinel 2 (10-метрова роздільна здатність): LAI (індекс листкової поверхні) та NDVI (нормалізований індекс різниці рослинності). Кожен з них можна використовувати або для оцінки кількості ґрунтового покриву, або для оцінки яскравості ґрунтового покриву та рослинності. Чим вище число або яскравіший зелений колір у легенді, тим сильніше розвинена культура.

Зображення нижче ілюструє позеленіння культури протягом вегетаційного періоду з різницею у стані рослин на різних ділянках поля. Більш високі зелені зони представляють більш здорові посіви, тоді як бежеві значення відображають меншу життєздатність рослин. Зображення чіткіше показують варіабельність або аномальний розвиток на полі, які можуть бути додатково досліджені для інших управлінських проблем: води, родючості, хвороб або комах. Пікове значення NDVI або пік кривої асоціюється з потенціалом надлишкової врожайності та піковим розвитком біомаси. Це також чітко видно на зображенні нижче.

Якщо у вас є комбіновані дані комбайнів, ви також можете порівняти результати з супутниковими знімками, як показано на ілюстрації нижче. Вищі показники NDVI пов'язані з вищою комбінованою врожайністю.

Чого ми навчилися і які були результати?

На основі прогнозованої врожайності в зоні вирощування та супутникової інформації фермер може коригувати важливі управлінські рішення протягом вегетаційного періоду щодо води, хвороб, боротьби з комахами та додаткового внесення добрив. Покращення управління поживними речовинами: правильна норма та час для підвищення врожайності та якості сільськогосподарських культур. Для демонстраційного поля, яке використовувалося в цій доповіді, рішення для прогнозування врожайності оцінило середню врожайність у 22 бусини/акр, що є дуже поганим показником через посушливий рік, тоді як середня комбінована врожайність становила 20 бусини/акр. Отже, як ми вже обговорювали раніше, польовий пристрій Інтернету речей повинен йти пліч-о-пліч з прогнозом на рівні поля для покращення управлінських рішень, щоб допомогти зменшити неконтрольовані ризики, з якими стикається фермер у повсякденній роботі.

Про автора:
Протягом останніх 30 років Гай Еш працював агрометеорологом та спеціалістом з наукових спостережень за Землею. Наразі він є глобальним менеджером з навчання та роботи з ключовими клієнтами в Канаді для австрійської компанії Pessl Instruments. Pessl Instrument - це IoT-компанія, яка виробляє обладнання (логгери та датчики) та програмні рішення, орієнтовані на сільськогосподарський сектор. Ми працюємо в більш ніж 85 країнах і маємо понад 70 000 пристроїв і 700 000 датчиків, розгорнутих для широкого спектру сільськогосподарських застосувань: управління хворобами, зрошення, вологість ґрунту, пастки для комах, камери для посівів, метеостанції, родючість ґрунту тощо. Однією з його функцій є забезпечення глобального навчання для широкого переліку рішень Інтернету речей для різноманітних культур - рису, пшениці, сої, апельсинів, кукурудзи, каноли, кормів, винограду, фруктів та овочів тощо.

Гай Еш,METOS^® Глобальний менеджер з навчання