Датчики в почве и дроны над помидорами: как в Апулии экономят до 15% воды

В Торремаджоре, в регионе Фоджа, часть помидоров получила полив в тот момент, когда датчики в почве показывали, что пришло время полива. В 2023 году потребовалось 350 миллиметров воды по сравнению с 410 мм на участках, управляемых по обычной практике фермера. В 2024 году — 400 мм против 470 мм. Примерно на 15% меньше в обоих сезонах.

Но экономия воды — это лишь половина истории. Помидоры, выращенные по методикам точного сельского хозяйства, достигли совокупной средней урожайности 138,6 тонн на гектар, против 102,9, в то время как коммерчески реализуемая урожайность составила 111,2 тонн на гектар против 72,7. Меньше ирригации, значит, больше годного к продаже продукта.

Это достигли исследователи Университета Бари Альдо Моро в исследовании Precision agriculture for water saving: The case of processing tomato and table grape, опубликованном 23 сентября в журнале Plants, People, Planet. В течение двух лет, в 2023 и 2024 годах, группа приносила сенсоры, дроны и оптические приборы прямо в поля Пулии, работая на промышленном помидоре сорта Taylor и столовом винограде Allison.

Датчики ждут, когда почва попросит воду

Принцип прост: поливать тогда, когда действительно нужно. В винограднике в Рутиглиано, в провинции Бари, исследователи установили датчики, способные в реальном времени контролировать водный потенциал почвы. Данные фиксировались каждые десять минут, и при достижении заданного порога начинался полив; после восстановления ожидаемого уровня кран закрывался. Фермеры также могли получать уведомления через приложение.

С этой системой в 2023 году виноград потребовал на 14,5% воды меньше, а в 2024 году — на 8,2% меньше по сравнению с традиционным ведением хозяйства. В первый год урожайность не демонстрировала значимых различий; во второй год лозы, управляемые точным земледелием, дали больший урожай. За оба сезона повысилась эффективность использования воды.

У помидоров механизм был похож. Датчики размещались на глубине 30 сантиметров и непрерывно контролировали доступную во влажность почвы. Также данные поступали каждые десять минут и руководили открытием и закрытием полива.

Над помидорами летали также дроны

Дроны не решали, когда поливать. У них была другая задача — смотреть на растения сверху и определять, как они себя чувствуют. На поле помидоров применялись тепловые изображения и вегетационные индексы для отслеживания силы роста, температуры и стресса растений в течение сезона.

Сначала поливы, осуществляемые по традиционной схеме, казались более мощными, вероятно из-за большего количества полученной воды. Затем же эта растительность вошла в стадию старения раньше. Участки, управляемые датчиками, сохраняли более равномерное развитие и условия, совместимые с меньшим водным стрессом.

Тепловые изображения рассказали ту же историю под другим углом: в самые жаркие моменты кроны помидоров, управляемые точным земледелием, оставались более прохладными и менее изменчивыми — признак лучшей физиологической реакции на высокие температуры. По сути, не было только счётчика воды, который говорил, что система расходует меньше. Были и сами растения.

Сенсор контролирует плод, не разрушая его

Исследователи также использовали портативный инфракрасный сенсор SCiO, чтобы попытаться измерить созревание и качественные характеристики непосредственно на плоде, не разрезая и не выжимая его каждый раз для анализа. По винограду модели для оценки содержания сахаров работали хорошо за оба сезона, коэффициенты R² составляли соответственно 0,77 и 0,80.

У помидора наилучшие результаты дали прогнозирование содержания сухого вещества, параметра особенно важного для промышленной переработки. Прогноз содержания градусов Брикса у помидора, наоборот, получился намного менее точным. Тем не менее три из четырех разработанных моделей продемонстрировали показатели, которые авторы считают пригодными для будущих практических применений.

На практике фермер сможет проводить гораздо более быстрые проверки прямо в поле: понять, когда собирать, проверить качество продукта, не жертвуя постоянно образцами, и объединить сведения о плоде с данными почвы и растений.

Проблема сейчас — довести эти инструменты до компаний поменьше

Исследование возникло в рамках проекта AgriPuglia, финансируемого регионом Пулия именно для испытания и передачи сельскохозяйственных технологий точного земледелия предприятиям. Регион ранее организовал демонстрации непосредственно на полях помидоров, и проект завершился после двух лет прикладных исследований.

Авторы видят датчики, автоматизированный полив, дроны и оптические приборы как части одной и той же системы, и указывают на необходимость государственных стимулов и обучения как инструменты, необходимых для их доступности даже для небольших фермерских хозяйств. Начальные затраты существуют, в частности на датчики и программное обеспечение, но в исследовании они соотносятся с экономией воды и энергии, большей стабильностью урожаев и снижением количества брака.

15% не является по умолчанию процентом для любой итальянской почвы: исследование касается двух культур, двух мест в Пулии и двух сезонов. Но здесь технология не осталась на мониторе в лаборатории. Она действительно оказалась среди рядов и помидоров, дождалась, когда почва будет нуждаться в воде, и, когда она не требовалась, просто закрывала кран.