Точне зрошення з новими технологіями

Одна з ознак сталого виробництва — раціональне споживання ресурсів. Оптимізація поливу — один з наріжних каменів ефективного використання води, ґрунту та добрив.

Перевитрати господарств, які не використовують системи точного зрошення, становлять до 50 % води. Рідина минає кореневмісний шар, та стає недоступною для рослин. Разом з водою вимиваються азотні добрива, які врешті забруднюють  ґрунтові води та найближчі водні об’єкти. Через неправильний режим зрошення та невідповідну якість води псується еколого-меліоративний стан полів. Тож проблемою раціонального споживання ресурсів переймається велика кількість найтехнологічніших стартапів: SupPlant, Wexus Technologies, Inc., CropX Technologies LTD, Viridix (i-dripper), Phytech - Plant-Based Farming.

Формула ефективної технології зрошення — Big Data + IoT + експертиза

Основа всіх просунутих рішень у використанні великих даних. Від супутників дистанційного зондування землі до різноманіття датчиків вологості, від польових метеостанцій для вимірювання евапотранспірації до датчиків ксилемного потоку. Найточніші дані про потребу рослин у зволоженні в основі рішень про час і норму поливу. 

Щоб забезпечити збір актуальної інформації і створення єдиної мережі моніторингу, використовуються технології інтернету речей, та хмарні сервіси (для зберігання і роботи з даними з використанням технологій штучного інтелекту). 

Врешті інформація перетворюється на рекомендації завдяки авторським алгоритмам, які визначають потребу в зрошенні в залежності від фази розвитку культур, умов росту, прогнозу погоди, кількості доступної в ґрунті вологи тощо. Для створення цих рекомендацій залучається велика кількість експертів і проводяться численні дослідження, щоб створити максимально корисний продукт.

Окремо слід зазначити, що всі сучасні технології зрошення мають на меті максимально автоматизувати процес управління водними ресурсами. Системи контролю поливу інтегруються з існуючими рішеннями, які вже використовуються аграріями. 

Система SupPlant — планування поливу на основі вимірювань польових датчиків  

Ізраїльський стартап SupPlant пропонує цифрове рішення для оптимізації зрошення на базі штучного інтелекту. 

Платформа точного землеробства SupPlant включає повністю автономну функцію поливу, яка зменшує стресові умови та максимізує ріст рослин за рахунок автоматизації зрошення – забезпечуючи точну кількість води, необхідну рослинам у точний час, без будь-якого втручання з боку фермера. Система зрошення на основі зростання (GBI) забезпечує посіви фермерів точною кількістю води, яка їм потрібна в той час, коли вони цього потребують.

Використовуються дані з датчиків рослин і ґрунту та метеостанцій. Кожні 10 хвилин вимірюється вологість ґрунту, ріст і усадка стовбура/стебла та плодів, температура листя. 

Інформація завантажується в хмару і співставляється з моделями росту культур. Алгоритм SupPlant аналізує комбінацію даних, і надає агрономічні рекомендації. Фермер також отримує план поливу на наступні 8 днів, який може коригуватися в залежності від можливостей водопостачання. Онлайн-платформа відображає фактичну кількість води, використаної за останні кілька днів.

Система оповіщення інформує аграріїв про аномалії або екстремальні погодні явища, що здатні завдати шкоди рослинам, у найближчі 48 годин. Типи сповіщень: уповільнення росту і стрес рослин, поточна та прогнозована погода (надмірні опади, посуха, приморозки), вологість ґрунту, рівень солоності.

Ціль SupPlant — допомогти фермерам приймати найкращі рішення щодо зрошення культур для досягнення максимального врожаю, економії ресурсів та ефективності виробництва.

Phytech — датчики на деревах

Інший стартап що використовує датчики рослин для збору інформації — Phytech. Дані з датчиків — це індикатор стану рослин.

На протязі доби денне сонячне світло активізує процеси фотосинтезу, та призводить до коливань об’єму стебла. Листя рослин відкривають пори для надходження вуглекислого газу, що призводить до втрати вологи в тканинах. Рослина може підтримувати ріст і виробництво плодів, тільки якщо отримує достатню кількість води для підтримки цього циклу. Оскільки вода переміщується до листя від кореневої системи через стовбур, то вимірюючи коливання його об’єму можна зробити висновки про достатність зволоження та водний стрес у рослин. Коли швидкість втрати води через транспірацію вища за швидкість поглинання — діаметр стовбуру зменшується. Ці незначні зміни щогодини фіксують датчики. Сумою всіх коливань, під час яких рослина втрачає вологу та відновлюється, повинно бути збільшення об’єму, в порівнянні з початком дня. 

Також компанія Phytech виробляє датчики тиску, що розміщуються на системі іригації, та контролюють фактичний вилив. Датчики рослин та датчики тиску сумісні із зрошувальним обладнанням від провідних виробників, тому дозволяють автоматизувати полив навіть в повністю автономних системах.

Крім моніторингу зрошення та водозабезпеченості стартап пропонує прогноз евапотранспірації для планування зрошення і захисту рослин від можливого стресу. Ціль стартапу дати змогу аграріям розуміти власні дерева, щоб збільшити врожайність заощаджуючи воду. 

CropX — максимум інформації про рух води в полі

Вже не перший рік відома ізраїльська компанія CropX Technologies LTD, яка комерціалізувала переше рішення ще у 2017 році. CropX пропонують технологію управління зрошенням на основі даних супутникових зображень, метеоданих та польових датчиків.

Польові датчики збирають інформацію про вологість ґрунту, температуру та електропровідність (для вимірювання рівня засоленості ґрунту) на різних глибинах, та передають їх в хмарне сховище. Інформація про погоду включає температуру повітря, вологість, швидкість вітру, евапотранспірацію, кількість опадів, мінімальні та максимальні температури тощо. Супутникові зображення містять водні індекси NDWI, MSI та нормалізований індекс NDVI.

Інші дані що використовуються: топографічні карти (цифрові карти висот для вивчення розподілення води в полі), карти ґрунтів (тип і структура ґрунту для правильного розрахунку рівня вологості), інформація від клієнтів (розмір і розташування поля, система і параметри поливу, тип культури, фаза росту тощо).

CropX повністю контролює переміщення води в ґрунті, щоб мінімізувати вимивання добрив, сток та непотрібні витрати ресурсів.

Для оптимізації зрошення CropX використовують велику кількість моделей: 

• гідравлічні моделі для високоточного прогнозування вмісту води в ґрунті (на глибині до 2 метрів);
• моделі росту культур для кращого розуміння актуальних потреб рослин. 

Моделі постійно адаптуються до стадії росту культури, а також до мінливих умов ґрунту та погоди за допомогою алгоритмів машинного навчання. Це дозволяє CropX надавати рекомендації для конкретних культур, які допомагають досягти підвищення врожайності до 10%. Наразі підтримувані культури це: картопля, пшениця, цукрова тростина, бавовна, кукурудза, соя, соняшник, горох, кіноа, зелена квасоля, морква, цукровий буряк, теф, сорго, помідор, рис, кукурудза, ячмінь, цибуля, канола, люцерна, трав’яні угіддя та ще 20 видів та сортів сільськогосподарських культур, які перебувають у розробці.

Прогнозні алгоритми дозволяють передбачити на основі аналізу зібраних даних потреби врожаю та очікуваний ріст, виявляти будь-які відхилення та визначати ділянки поля з потенційним ризиков виникнення проблем із шкідниками або хворобами на ранній стадії. 

Viridix — індивідуальний полив кожної рослини

Ізраїльський стартап Viridix (i-dripper) в своєму рішенні об'єднав багатоглибинні тензометричні датчики вологості ґрунту, IoT-технології та хмарне сховище. Система розрахована на просте довгострокове використання — працює на сонячних батареях і не потребує технічного обслуговування, датчики не вимагають калібрування. Точні дані про вологість ґрунту та водний потенціал, допомагають оптимізувати та автоматизувати систему зрошення відповідно до типу вирощуваних культур. 

Датчик вологості ґрунту Root-Sense вимірює воду, доступну для коренів сільськогосподарських культур (на глибині до 1,5 метрів). Додатково збираються та аналізуються дані про погоду, протоколи зрошення та характеристики ґрунтів. 

Крім датчиків система комплектується крапельницями I-Dripper — норма виливу залежить від потреб кожної окремої рослини. Принцип дії полягає в тому, що датчик вологості біля коріння рослини виявляє зневоднення ґрунту та активує крапельницю, поки ґрунт не буде зволожений у тій кількості, якої потребує рослина. Така система найбільше підходить для зрошення садів та виноградників.

Wexus — економія електроенергії без втрати якості поливу

Американський стартап Wexus Technologies, Inc. дозволяє господарству  дозволяє господарству зменшити витрати на електроенергію для забезпечення роботи зрошувальної системи. Численні датчики віддалено підключаються до розподільних вузлів, щоб відстежувати роботу іригаційних насосів, витрат електроенергії та збирати дані в хмару. 

Ці дані — цінний інструмент для планування режиму зрошення. Господарство забезпечує рослини необхідною кількістю води, уникаючи роботи насосно-силового обладнання в години пік. Всебічний моніторинг використання свердловин та водних об’єктів, обрахування вартості води з різних джерел, аналіз тарифів допомагають господарствам економити десятки тисяч доларів на водопостачанні. 

Продукт компанії Wexus — програмне забезпеченні, яке відслідковує всі базові показники споживання електроенергії, аналізує історичні дані та автоматично відстежує економію, якої вдалось досягти. Оптимізації підлягає вся система — від контролю роботи насосів, до налаштування системи освітлення.

Експорт даних дозволяє спростити внутрішню та зовнішню звітності.

Сьогодні від успішного впровадження інновацій, залежить сталість аграрного виробництва. Старі практики поступово відходять в минуле, і ми вже не можемо, як колись, вилити в поле цистерну, а “рослина візьме скільки їй потрібно”. Сучасні стартапи пропонують відповідальне ставлення до використання ресурсів, та готові винагороджувати аграріїв збільшенням врожаїв та економічною вигодою.

Матеріал реалізовано за підтримки Програми USAID по аграрному і сільському розвитку — AGRO, яка виконується компанією Chemonics (Кемонікс) International.