От космоса до поля: как спутники и датчики меняют правила игры в сельском хозяйстве
Азот — это ключевой элемент для роста растений. Он помогает им наращивать зеленую массу, повышает урожайность и улучшает качество зерна. Однако избыток азота не только бесполезен, но и вреден: он загрязняет почву и воду, а также увеличивает затраты сельхозтоваропроизводителей. Традиционно вносят удобрения "на глазок", что часто приводит к перерасходу или, наоборот, недостатку азота. Но что, если бы можно было точно знать, сколько азота нужно каждому участку поля? Именно этим и занимаются современные технологии точного земледелия.
Представьте, что над вашим полем пролетает спутник и делает снимки в разных спектрах света. Эти снимки позволяют оценить состояние растений: насколько они здоровы, сколько хлорофилла содержат, испытывают ли стресс. На основе этих данных рассчитываются так называемые мультиспектральные индексы (MSIs), которые показывают, где растениям не хватает азота, а где его уже достаточно.
В исследовании, проведенном в Германии и опубликованном 17 февраля 2025г., ученые использовали данные спутника Sentinel-2, чтобы определить оптимальную норму внесения азота для озимой пшеницы. Они анализировали снимки, сделанные в разные дни, и выяснили, что некоторые индексы теряют свою актуальность уже через пять дней. Это значит, что время съемки играет критичную роль: чтобы получить точные данные, нужно "ловить" момент, когда растения наиболее чувствительны к азоту.
Но спутники — это только часть истории. На полях работают тракторы и разбрасыватели удобрений, оснащенные датчиками, которые в реальном времени измеряют содержание азота в растениях. Эти датчики помогают скорректировать норму внесения удобрений прямо во время работы. Например, если датчик показывает, что растения на определенном участке уже получили достаточно азота, техника автоматически снижает дозу удобрений.
В исследовании ученые объединили данные спутников и датчиков, чтобы создать модель, которая предсказывает урожайность в зависимости от нормы азота. Эта модель, называемая Response Surface Modeling (RSM), учитывает не только количество внесенного азота, но и состояние растений, что делает ее более точной.
Результаты впечатляют. Модель смогла определить оптимальную норму азота для каждого участка поля с точностью до 14.5%. Это значит, что сельхозтоваропроизводители могут вносить удобрения более эффективно, снижая затраты и повышая урожайность. Например, на одном поле оптимальная норма азота варьировалась от 43 до 75 кг на гектар, что показывает, насколько важно учитывать пространственную изменчивость.
Но самое интересное — это то, как модель учитывает "характер" каждого участка поля. На одном участке растения могут быть более отзывчивы к азоту, а на другом — менее. Это значит, что универсального решения нет, и каждое поле требует индивидуального подхода.
Казалось бы, зачем опускаться до таких тонкостей? Во-первых, эффективное использование удобрений снижает нагрузку на окружающую среду. Во-вторых, это помогает снизить стоимость продуктов: чем меньше сельхозтоваропроизводитель тратит на удобрения, тем дешевле может быть хлеб или макароны на нашем столе.
Кроме того, такие технологии делают сельское хозяйство более устойчивым. Сельхозтоваропроизводители могут получать больше урожая с меньшими затратами, что особенно важно в условиях растущего населения планеты.
Ученые продолжают совершенствовать модель, добавляя новые данные, такие как содержание белка в зерне. Это позволит учитывать не только количество, но и качество урожая. Кроме того, планируется масштабировать метод на другие культуры и регионы.
В будущем такие технологии могут стать частью объемного стандарта для сельского хозяйства. Представьте: фермер заходит в приложение на смартфоне, видит карту своего поля с рекомендациями по внесению удобрений и передает эти данные своему трактору. Все просто, как в умном доме, только на поле.
Заключение
Сельское хозяйство больше не ассоциируется только с тяжелым трудом и интуитивными решениями. Оно становится точной наукой, где каждый грамм удобрений, каждый литр воды и каждый луч света учитываются с математической точностью. Спутники, парящие в космосе, и умные датчики, работающие на полях, — это не просто технологии, это инструменты, которые помогают нам выращивать еду, не истощая планету.
Сельское хозяйство будущего — это не только про технологии, но и про ответственность. Это про то, как мы можем выращивать больше, тратя меньше, и как мы можем заботиться о земле, которая кормит нас. И самое главное — это будущее уже наступает. Осталось только сделать шаг навстречу.
Исследование: In season estimation of economic optimum nitrogen rate with remote sensing multispectral indices and historical telematics field-operation data
