Inteligentne rolnictwo a zrównoważona gospodarka wodna
Jednym z dotkliwych dla rolnictwa skutków zmian klimatycznych są okresowe niedobory wody jak również nagłe, silne opady deszczu powodujące szybki odpływ wody z powierzchni pól. Rolnictwo jako główny użytkownik zasobów wodnych potrzebnych również i dla innych sektorów gospodarki oraz ludności stoi przed koniecznością wdrażania praktyk, technologii i rozwiązań umożliwiających wykorzystanie wody w sposób zrównoważony.
Opinie lokalnych liderów kluczowe dla dalszych działań
Lokalni liderzy-rolnicy przekazali nam swoje uwagi na temat gospodarki wodnej w swoich gospodarstwach rolnych. Rolniczka Agnieszka Tołłoczko opisała swoje spostrzeżenia z doświadczeń zebranych w Gospodarstwie Rolnym Szkotowo.
„Nawodnienie jest niezwykle istotne w prowadzeniu zrównoważonej produkcji rolnej. Musimy pamiętać, że kraje które dotykają upały i ich gleby są mniej zdatne do efektywnego rolnictwa, potrafią sobie z tym radzić. Powinniśmy uczyć się na ich przykładach, w szczególności gdy nadchodzące zmiany są nieuniknione. Należy działać aktywnie na poziomie Komisji Europejskiej i Polskiego Rządu, aby stworzone zostały odpowiednie środki na te cele.”
W Sadzie Rokickim, Cezary Rokicki, lider projektu Energia Dla Wsi wie jak znaczną rolę stanowi nawadnianie w rolnictwie i stosuje zrównoważone rozwiązania w tym zakresie. Sadownik we współpracy z Instytutem Ogrodnictwa w Skierniewicach opierał się na badaniach prowadzonych bezpośrednio w sadzie. Cezary od wielu lat współpracuje z Instytutem, w szczególności z prof. dr hab. Waldemarem Trederem i podkreśla jak ważna jest współpraca rolników z instytucjami naukowymi i badawczymi. Równie ważne jest określenie przez rolnika potrzeb gospodarstwa rolnego. Cezary Rokicki stosuje nowoczesne rozwiązania, dzięki którym realizuje rolnictwo zrównoważone.
Sad Rokicki - nawadnianie kropelkowe fot. Darek Golik dla projektu Energia Dla Wsi
Ważna każda kropla wody
Okresowe niedobory wody powodują konieczność nawadniania coraz większych obszarów plantacji i dostarczenia roślinom odpowiedniej ilości wody w odpowiednim czasie. Nawadnianie z wykorzystaniem klasycznych systemów sterowania instalacjami nawadniającymi ma charakter orientacyjny i może powodować że uprawy nie otrzymają wymaganej ilości wody bądź ilość ta będzie zbyt duża co też negatywnie odbije się na kondycji roślin. Z powodu tego, że większość systemów nawadniających opiera się na prostych zegarach i sterownikach do planowania nawadniania, znaczna ilość wody jest marnowana w wyniku spływu, wiatru i parowania.
W procesie nawadniania istotne znaczenie ma również określenie początku oraz końca aplikacji wody w danej uprawie. Opóźnienia w załączeniu jak i wyłączeniu instalacji nawadniającej mogą prowadzić do niepotrzebnych strat wody oraz energii potrzebnej do dostarczania wody do instalacji.
Inteligentny system zarządzania wodą w rolnictwie
Inteligentne zarządzanie wodą w gospodarstwie rolnym obejmuje systemy integrujące ze sobą różnego rodzaju urządzenia, czujniki, liczniki oraz narzędzia do przechowywania, przetwarzania i wizualizacji danych w celu monitorowania, kontrolowania i regulowania przepływu wody, jakości wody oraz stanu technicznego sprzętu związanego z instalacją wodną. Dzięki takim rozwiązaniom rolnicy mogą monitorować zużycie wody zarówno na plantacjach jak i wewnątrz gospodarstwa w tym w produkcji zwierzęcej czy przetwórstwie oraz identyfikować potencjalne straty wody w instalacjach czy jej ubytki na polach.
Pomocne w tym zakresie okazują się inteligentne rozwiązania techniczne jakie dla rolnictwa wnosi czwarta rewolucja technologiczna określana mianem Rolnictwo 4.0. Internet Rzeczy, chmury obliczeniowe, Biga Data i Sztuczna Inteligencja to jedne z technologii 4.0, które dokonują usprawnienia w produkcji rolnej jak również mogą poprawić funkcjonowanie gospodarki wodnej w rolnictwie.
Technologie 4.0 okazują się szczególnie przydatne w systemach nawadniania upraw. W optymalizacji nawadniania przydatne okazują się systemy pomiarowe monitorujące przebieg pogody nad plantacją, warunki w glebie oraz zachowania roślin. Systemy te tworzą różnego rodzaju czujniki podłączone do Internetu (określanego mianem Internetu Rzeczy).
Czujniki znajdujące się w glebie zbierają istotne dane dotyczące objętościowej zawartości wody, zasolenia, przewodności elektrycznej i innych kluczowych parametrów. Czujniki pogodowe, zwane także stacjami pogodowymi monitorują na bieżąco warunki panujące nad daną plantacją. Czujniki ewapotranspiracji (ET), mierzą parowanie wody z powierzchni gleby i liści roślin.
Czujniki mocowane przymocowane do łodyg lub owoców roślin pozwalają śledzić drobne zmiany, takie jak pęcznienie lub kurczenie się i tym samym ostrzegać rolników o niewystarczającej zawartości wody w uprawach.
Uzupełnieniem wspomnianych systemów pomiarowych jest pozyskiwanie obrazów plantacji z wykorzystaniem dronów lub satelitów. Na podstawie zdjęć satelitarnych i fotografii z dronów ocenia się kondycję roślin a przede wszystkim identyfikuje obszary w których kondycja roślin jest niedostateczna co może wynikać z niedoboru wody.
Istotną rolę odgrywa przetwarzanie danych, które może odbywać się w chmurze obliczeniowej. Dane z czujników do chmury mogą być przesyłane za pośrednictwem Internetu. Bardzo pomocne w przetwarzaniu danych okazują się algorytmy Sztucznej Inteligencji. Algorytmy sztucznej Inteligencji są w stanie przetwarzać i analizować dane ze zdjęć satelitarnych, samolotów lub dronów. Jeśli dane z obrazów zostaną połączone z danymi z czujników gleby i roślin, to pozyskane informacje mogą dostarczyć rolnikom niezwykle dokładny obraz potrzeb w zakresie nawadniania a także ostrzec ich o potencjalnych problemach. Ponadto obrazowanie satelitarne lub z dronów pozwala wykrywać uszkodzenia instalacji melioracyjnych jak i nawadniających.
Gospodarstwo Szkotowo fot. Darek Golik dla projektu Energia Dla Wsi
Deszczownie pracujące w systemie rolnictwa precyzyjnego
Skutecznym rozwiązaniem na zrównoważoną uprawę roślin bez nadmiernego obciążania lokalnego systemu wodnego jest nawadnianie o zmiennej dawce (Variable Rate Irrigation – VRI), które umożliwia zróżnicowanie dawki wody stosowanej na polach w celu dostosowania do potrzeb uprawy, rodzaju gleby i oczekiwanych plonów. Technologia VRI polega na nawadnianiu roślin wtedy, gdy jest to potrzebne.
Deszczownie pracujące w systemie VRI potrzebują nawigacji satelitarnej, która jest niezbędna do określenia położenia instalacji i zraszaczy na polu w celu dopasowania dawki wody do wymagań pola.
Automatyzację nawadniania w technologii VRI umożliwiają systemy informatyczne, które w tym celu wykorzystują przetworzone dane ze wspomnianych wyżej czujników pomiarowych w tym stacji pogodowych. Te ostatnie są przydatne w celu automatycznego włączenia i wyłączenia całego systemu nawadniającego lub jego elementów z uwzględnieniem warunków pogodowych np. pojawieniem się opadów.
Systemy nawadniające podobnie jak czujniki mogą również być podłączone do chmury obliczeniowej. Poprzez chmurę nie tylko za pomocą komputera ale i smartfonu lub tabletu rolnik ma dostęp do danych z czujników jak również może na odległość uruchomić deszczownię i nadzorować jej pracę.
Autor tekstu: dr inż. Jacek Skudlarski, SGGW, autor bloga Rolnictwo 4.0 – rolnictwo przyszłości
Zapraszamy serdecznie do zapoznania się z blogiem autora:
