Najlepiej widać z nieba

Stan łanu roślin a jednocześnie potrzeby nawożenia azotem można ocenić z wykorzystaniem informacji o ilości odbijanego i pochłanianego światła. Można je uzyskać za pomocą dronów, samolotów i satelitów.

Z punktu widzenia rolniczego najważniejsze jest widzialne światło czerwone (RED, długość fali około 630-740 nm) i inne o zbliżonej długości fali (np RED Edge – czerwień brzegowa, około 690-730 nm, Amber – bursztynowy, około 590 nm). Zdrowe, dobrze odżywione rośliny (a właściwie chlorofil w nich zawarty) pochłaniają światło widzialne przede wszystkim w zakresie czerwieni i koloru niebieskiego, natomiast niewidzialna dla nas podczerwień (NIR, 750-1400 nm) jest odbijana przez rośliny.

Czujniki optyczne w nawożeniu zbóż

W ostatnich latach stosowanie zmiennej dawki azotu, zróżnicowanej w zależności od szacowanego stopnia odżywienia roślin azotem, jest coraz częściej stosowane w gospodarstwach wdrażających rolnictwo precyzyjne. Jak wiadomo, dobre odżywienie...

czytaj więcej

Na podstawie wyników pomiarów ilości światła odbitego przez rośliny oblicza się różne wskaźniki roślinne (wegetacyjne), takie jak np. NDVI (wskaźnik obliczany na podstawie światła w zakresie czerwieni i bliskiej podczerwieni) służące do oceny zagęszczenia roślin i ich odżywienia azotem. Wysoka wartość NDVI świadczy o dobrym stanie roślin, a niska oznacza zły stan roślin, spowodowany często niedoborem azotu.

Te same wskaźniki wegetacyjne są pomocne również przy prognozowaniu plonów i wydzielaniu stref w obrębie pola o różnych glebach. Do pomiaru ilości światła odbitego od łanu i/lub powierzchni ziemi można wykorzystywać czujniki optyczne. Są one jednak dość drogie i dlatego znajdują zastosowanie przede wszystkim w większych gospodarstwach.

Jednak do oceny pola i łanu można wykorzystać nie tylko pomiary naziemne za pomocą czujników optycznych, ale również dane z powietrza i kosmosu. Od dawna wykorzystuje się do tego różnego typu kamery multispektralne, zdolne do wykonywania zdjęć zarówno w paśmie widzialnym, jak i niewidzialnym dla człowieka. Dane zebrane z powietrza pokazują całą powierzchnię pola, podczas gdy czujniki mapują tylko fragmenty pola – te, nad którymi się poruszają – w formie pasów, między którymi pozostają fragmenty pola niezmapowane. Jeśli pole jest jednorodne i obsiane zbożami lub innymi roślinami o niewielkich odstępach między rzędami, tworzącymi gęsty łan, to nie ma problemu.

Czujniki optyczne a prognozowanie plonów

Gorąco doradzam, aby gospodarstwa, które mają czujniki optyczne, wykorzystywały je nie tylko przy stosowaniu zmiennej dawki azotu. Najlepiej byłoby ich używać do kontroli łanu przy okazji każdego wykonywanego zabiegu. Dzięki temu będzie...

czytaj więcej

Gorzej, gdy pole jest bardzo zróżnicowane, a na dodatek uprawiamy rośliny siane lub sadzone w szerokie rzędy, takie jak kukurydza czy ziemniaki. Wtedy należałoby zastosować kilka lub kilkanaście czujników optycznych zamontowanych obok siebie, albo wykorzystać zdjęcia lotnicze lub satelitarne, pozwalające na ocenę stanu łanu i potrzeb nawożenia.

Zwykle najbliżej ziemi latają drony – najczęściej na wysokości do 150 m i w zasięgu wzroku operatora, co wynika z prawa obowiązującego w Polsce. Są niewielkie, łatwe w transporcie i latają poniżej pułapu chmur. Po zaopatrzeniu w odpowiednią kamerę i odbiornik GPS mogą być wykorzystywane do oceny pól. Jakość zdjęć zależy od kamery i wysokości, najczęściej jest możliwe uzyskanie rozdzielczości kilku lub kilkudziesięciu centymetrów.

Wadą dronów jest to, że nie mogą latać przy dużym wietrze, a obróbka danych wymaga specjalistycznego oprogramowania i sporej wiedzy. Zakup dronów byłby opłacalny raczej dla większych gospodarstw lub grup producenckich, niemniej jednak wiele firm oferuje zdjęcia wykonywane za pomocą dronów, często po przystępnej cenie.

Najlepiej oceniać stan łanu na podstawie zdjęć wykonanych kamerami multispektralnymi, które poza zakresem widzialnym światła rejestrują również bliską podczerwień.

Kolejnym źródłem danych dla rolników są samoloty. W porównaniu z dronami są mniej wrażliwe na wiatr, ale znacznie bardziej na zachmurzenie, ponadto nie zawsze i wszędzie można latać, co wynika z przepisów prawa. Przy wykorzystaniu kamer pozwalają na wykonanie zdjęć o rozdzielczości porównywalnej z dronami, jednak koszty ich uzyskania są bardzo duże.

Nawigacja - siew, nawożenie i ochrona jak po sznurku

System nawigacji satelitarnej znacznie ułatwia pracę na polu. Jednym z warunków koniecznych przy wykonywaniu różnych zabiegów uprawowych jest to, aby kolejne przejazdy ciągnika były równoległe do siebie i odległe...

czytaj więcej

Pozostają zdjęcia satelitarne. Satelity przelatują nad określonym obszarem Ziemi przeważnie co kilka lub kilkanaście dni, a zdjęcia będą mogły służyć do oceny pola i roślin tylko wtedy, gdy nie ma nad nim chmur. Jeśli zatem przelot przypadnie na dzień z chmurami, to pozostajemy bez danych przez dłuższy czas. Jak jest z jakością i dostępnością zdjęć? Dane o dużej rozdzielczości, które mogą pokazać fragmenty pola, jako kwadraty (piksele) o boku 0,5 m są, jak dotąd, płatne.

Można jednak uzyskać dane bezpłatnie, np. dzięki satelicie LANDSAT 8 (Służba Geologiczna Stanów Zjednoczonych, USGS) oraz Sentinel 2 (Europejska Agencja Kosmiczna, ESA). Ich rozdzielczość nie jest niestety taka, jak zdjęć płatnych, ale czy to oznacza, że są bezużyteczne? LANDSAT 8 robi zdjęcia, na których najmniejsza powierzchnia pola to kwadrat (piksel) o boku 30 m (9 arów), a Sentinel 2 – kwadrat (piksel) o boku 10 m (1 ar). Wynika stąd, że zdjęcia z LANDSATa dają ogólną orientację i mogą być przydatne głównie dla większych gospodarstw, które do nawożenia i zabiegów agrochemicznych stosują maszyny o dużych szerokościach roboczych (20-36 m).

Zdjęcia z Sentinela są dokładniejsze i mogą być wykorzystywane także przez gospodarstwa małe i średnie, ponieważ maszyny o szerokości roboczej około lub powyżej 10 m są powszechnie wykorzystywane. W niedalekiej przyszłości pojawią się prawdopodobnie zdjęcia z mikrosatelitów o wysokiej rozdzielczości (5 m lub mniej), dostępne bezpłatnie lub w bardzo niskiej cenie.

Pozyskanie danych z powietrza lub kosmosu to nie wszystko – trzeba je przetworzyć na mapę pola i zinterpretować. A do tego jest potrzebna nie tylko wiedza rolnicza, ale również znajomość obsługi specjalistycznych programów. Tutaj z pomocą mogą przyjść na przykład wyspecjalizowane firmy i serwisy satelitarne.

Jednym z takich serwisów, który oferuje dostęp do satelitarnych map pola na podstawie wskaźników wegetacyjnych jest serwis satagro.pl. Możemy w tym serwisie zobaczyć mapy wybranych przez nas pól. Dzięki temu można obserwować zmienność w obrębie pola, czyli położenie i wielkość obszarów z lepiej odżywionymi i rozwiniętymi roślinami (czyli z wyższą wartością NDVI) oraz obszary o gorszym stanie łanu (o niższym NDVI). Dzięki takim mapom można podjąć decyzję o zmodyfikowaniu dawki nawożenia azotem w różnych strefach pola.

Serwis satagro.pl do powierzchni 50 ha jest bezpłatny, natomiast dla gospodarstw o większej powierzchni konieczne jest wykupienie abonamentu. Są również rozwijane inne serwisy tego typu wykorzystujące dane satelitarne. W Polsce jest to ASAP, a serwisami zagranicznymi są np. cropio.com i talkingfields.de.

Tabela. Wybrane informacje dotyczące pozyskiwania danych lotniczych i satelitarnych, które mogą być przydatne do oceny w skali pola

***

Dr inż. Michał Stępień jest absolwentem SGGW w Warszawie, a dr inż. Dariusz Gozdowski jest adiunktem w Katedrze Doświadczalnictwa i Bioinformatyki SGGW w Warszawie. Zajmuje się rolnictwem precyzyjnym.