Полігони точного землеробства

У 2023 році компанія Kernel започаткувала проєкт «Полігони точного землеробства» з доволі амбітними завданнями: зібрати всі можливі цифрові дані з поля, відійти від історичних меж поля, займатися управлінням однорідних ділянок, а не історичного масиву між посадками.

За перші роки впровадження Полігонів вдалося розробити науково підтверджену методологію ведення виробничих дослідів, зібрати величезні масиви даних, вийти на конкретні цифри ефективності впроваджених технологій та почати масштабування кращих виробничих практик.

Анастасія Кирильчук, керівниця проєктів відділу систем моніторингу та моделювання в Kernel, захопливо поділилася напрацьованими результатами, розповіла, чому ефективність дифвисіву соняшнику досі під питанням і як показали себе диференційні посіви сої.

― Анастасіє, коли й із чого почався проєкт?

— Ідея сформувати масив ділянок для проведення випробувань технологій точного землеробства виникла у 2023 році. Завдання було не лише зрозуміти, наскільки ефективні ці технології, а й розробити алгоритм, як масштабувати ефективні практики на більшу площу. Ідею проєкту запропонував Євгеній Сапіженко, і я прийшла в команду, щоб допомогти з реалізацією таких амбітних планів.

У 2023 році для випробувань було відведено понад 21 тис. гектарів. Це не єдиний масив, а окремі локації майже в усіх наших ключових кластерах. Для Полігону вибирали найнерівномірніші ділянки: нетипові, строкаті, зі значними перепадами висот, які зазвичай є маловрожайними. На рівних полях легко закладати досліди й легко отримувати бажану ефективність. Ми ж ставили за завдання роботу в складних умовах, тобто саме там, де і має бути найбільша ефективність технологій точного землеробства.

У нас в компанії є таке поняття, як механізований загін. Це організаційно-виробнича одиниця з власним земельним банком та технологічним забезпеченням. Отож всередині цього мехзагону вибирали найцікавіші поля, розташовані поряд.

І хоча в цілому «понад 20 тис. гектарів» звучить напрочуд масштабно, в межах окремого кластера це були відносно невеликі площі: півтори, дві тисячі гектарів, рідше 5–6 тис. гектарів. На цих ділянках провідні агрономи мають змогу тестувати будь-які свої гіпотези, тобто досліджувати те, що досить важко реалізувати у виробничому процесі.

Спочатку обрали кукурудзу, соняшник, озиму пшеницю і ріпак. Основні досліди проводили саме на них. На кукурудзі та соняшнику тестували диференційний висів і диференційне внесення добрив, на озимих культурах — диференційне підживлення.

― Що стало основою для створення диференційних карт?

— У перший рік випробувань ми спиралися на зони продуктивності. Для побудови карт із зонами продуктивності використовували рішення від компаній OneSoil та Geopard. Платформа OneSoil давала змогу отримати для визначення зони одношарові дані на основі багаторічних знімків NDVI, тоді як Geopard — багатошарові, тут також використовували дані картування врожайності, враховували рельєф місцевості тощо. Нас цікавило, як саме ці рішення формують зони, на основі яких даних та реакцію культур, що ростуть в зоні.

На основі індексів зон продуктивності була змодельована потенційна врожайність, і за цими даними відділ агрохімії розраховує потребу живлення, разом з агрономічною службою пропрацювали норми висіву.

У перший рік досліду ми також мали виклик в плані розробки моделей визначення економічної ефективності застосованих технологій. Для дрібноділянкових досліджень це все відносно зрозуміло. А от для проведення масштабних виробничих досліджень ми не знайшли у світі потрібного алгоритму. Ми посіяли 21 тис. гектарів, підживили, скартували врожайність, а як оцінювати результати — було не зовсім зрозуміло. Отож ми доволі довго розробляли різні підходи для аналізу даних.

Спершу провели оцінку середньої врожайності в зоні (за винятком буферних ділянок та обсівів), але облікова площа завелика і вплив великої кількості факторів ми не можемо прослідкувати. Спробували використовувати дані з трьох проходів комбайна на тестовій ділянці й три проходи на контролі. Такий підхід був ближчим до істини, однак він давав забагато даних, система їх усереднювала і не давала змоги об’єктивно порівняти. Початок контролю міг бути на найвищій точці вибраної зони поля, а середина — в яру.

Зрештою ми прийшли до третього варіанту, який тепер активно використовуємо в наших виробничих дослідах. Це блочний метод: кілька проходів комбайна в тестовій зоні та кілька проходів на контролі розділяємо на блоки однакової площі й порівнюємо їх між собою. Такий спосіб аналізу виявився найкращим, оскільки порівнюються між собою ділянки однакової площі, з однаковими умовами й складом ґрунту, тож є змога оцінити ефективність саме застосованих змінних: норми висіву, норми внесення добрив.

У класичних дослідах зазвичай використовують математичну статистику, дисперсійний аналіз. Ми вирішили піти ще далі, оскільки ці аналізи не дають змогу оцінити виробничий дослід через велику кількість факторів. Маємо в структурі холдингу потужний відділ Data Science, доволі сильний у підборі правильних моделей для оцінювання. Ми спиралися на їхні рекомендації та статистичні моделі, випробували кілька та обрали оптимальну для виробничих досліджень.

Також аналіз автоматизувала служба Data Science. Системі задавали певну гіпотезу, наприклад: на контролі врожайність має бути вищою, оскільки там внесли більше добрив, ніж у тестовій зоні. І система давала відповідь, так це чи ні. Отож усі дослідні площі, а це, нагадаю, понад 21 тис. гектарів, були проведені через такий аналіз.

― Що визначали як зону?

— Зона — це ділянка поля, що відрізняється за багаторічними показниками від основного масиву. Якщо орієнтуватися на знімки NDVI, то ця ділянка на картах є умовно або світлішою, або темнішою за аналізом багаторічної вегетації. З цього ми починали. Однак швидко зрозуміли, що орієнтація на зони не дає бажаної точності даних, оскільки всередині кожної зони теж є нерівномірності та наявні сторонні фактори впливу на врожай.

― Що в підсумку вдалося з’ясувати за перший рік досліду?

— Найкращі та найчіткіші результати ми отримали з диференційного висіву кукурудзи, а також з диференційного внесення азоту на кукурудзу, ріпак і пшеницю.

Щодо соняшнику були питання. Ми розуміли, що там, де ми зменшили норму висіву, врожайність не втратили. Однак він лишився для нас культурою під знаком запитання, і ми повернулися до дослідів із ним у 2024 році.

Ми також додатково оцінювали, де відбулася економія коштів, де — перевитрата, порівнювали з отриманою врожайністю і визначали економічну ефективність. У підсумку на усіх площах Полігону економічний ефект від застосованих технологій у 2023 році становив 8,2 дол. з гектара. Якщо помножити на площу тестових ділянок, вийде доволі значна сума.

― Які зміни у проведенні досліду відбулися у 2024 році?

— У 2024 році ми збільшили площу Полігонів, додали Харківський кластер і збільшили ділянки партнерів, у цілому мали 27 800 га. Окрім кукурудзи, соняшнику, озимої пшениці та ріпаку, додали досліди на сої.

У 2024 році ми знову використали дані платформ OneSoil та Geopard для створення карт неоднорідності. Однак розуміння зон вдосконалили й почали проводити тестові посіви за системою юнітів. Виробничий однорідний юніт — Simple Production Unit (SPU) — це наша власна модель оцінки рівномірності поля і поділу його на умовні рівномірні одиниці.

― Які інструменти використовували для визначення юнітів?

— У першій версії для визначення юнітів ми використовували багаторічні знімки NDVI, але зрозуміли, що цього замало. Додали карти ґрунту, карти врожайності за кілька сезонів (за умови, що вони якісні), рельєф, врахували гомогенність ділянки за переліченими параметрами. Якщо раніше ми ділили поле на три великі зони продуктивності: висока, середня, низька і не розуміли, що відбувається всередині кожної зони, то тепер отримали можливість підходити до зон ще більш деталізовано. Юніти — це значно менші ділянки всередині поля і водночас найбільш однорідні за параметрами, що досліджуються. Зазвичай їхня площа становить 3–5, рідше — 7 га. Всередині цієї змодельованої ділянки прокладаємо маршрут відбору проб для агрохімічного аналізу з метою створення агрохімічного паспорта юніту. Завдяки цьому маємо інформацію, чому саме ця ділянка відрізняється від загального масиву.

Також ввели коефіцієнти продуктивності. Тепер ми передусім сконцентровані на тому, щоб для ділянок із певним коефіцієнтом визначити оптимальну норму висіву насіння і внесення добрив. Відпрацьовуємо кілька моделей, щоб автоматизувати і в перспективі масштабувати процеси. Утім, спираємося не лише на аналіз даних, а й також враховуємо думку відповідальних агрономів, які знають свої локації, місцеві погодно-кліматичні умови, тож підходи можуть різнитися для різних локацій Полігонів.

Нині триває розроблення уніфікованого калькулятора добрив за юнітами, а також уніфікованого калькулятора норм висіву насіння кукурудзи та соняшнику.

Поле — це юридична одиниця, а юніт — це типова однорідна ділянка, гомогенна за цілою низкою параметрів.

― Для впровадження точного землеробства на більших площах ви чекатимете, доки не отримаєте однозначних результатів за всіма гіпотезами, чи певні елементи вже застосовуєте на полях?

— Дуже багато елементів точного землеробства вже давно є частиною звичного виробничого процесу. Диференційне внесення добрив, меліорантів, гербіцидів та диференційний висів є звичною практикою на полях компанії. Проєкт передбачав знайти дійсно робочі інструменти в розрізі кожної культури, різних кліматичних та ґрунтових умов, різних сівозмін тощо. Ринок рішень точного землеробства переповнений пропозиціями, але точкових, науково підтверджених інструментів не так і багато насправді. Точне землеробство — це не якась стала практика, не прописна істина — це неймовірно широке поле досліджень, тому Полігони — логічне продовження розвитку точного землеробства компанії.

У 2024 році, окрім Полігонів точного землеробства, ми впровадили диференційний висів і диференційне внесення добрив на 30 тис. гектарів виробничих площ, оскільки агрономи побачили потенціал в цих технологіях. Також економічна оцінка роботи в сезоні 2023 підтвердила обраний вектор нашої роботи.

Як я зазначала, наш земельний банк поділений на кластери, а кластери — на механізовані загони. Всередині механізованого загону були обрані масиви з дослідженнями. Агрономи механізованих загонів обмінюються інформацією, вони розповідають один одному, наскільки ефективні ті чи ті технології, тож інформація про ефективність Полігонів спонукала багатьох розпочати застосування диференційних технологій на своїх полях. Так, з 2024 року почалося масштабування досвіду. Тобто в підсумку у 2024 році майже 60 тис. гектарів були оброблені із застосуванням диференційного висіву і диференційного внесення добрив (27,8 тис. гектарів дослідних і 30 тис. гектарів виробничих).

Ми не поспішаємо із впровадженням диференціації на весь земельний банк компанії, оскільки хочемо спочатку переконатися в її ефективності та доцільності. Ми рухаємося поступово, з накопиченням аналітики, щоб уникнути економічних втрат, які можуть виникнути, якщо необдумано застосовувати всі відомі способи точного землеробства на всю площу.

― За підсумками 2023 року ви вийшли на показник ефективності на рівні 8,2 дол. з гектара. Коли почали працювати за юнітами, щось змінилося?

— У 2024 році економічний ефект Полігонів з площі 27 800 га становив 7 дол. на гектар, тобто різниця була незначною. Різницю з минулим роком зумовили екстремальні погодні умови сезону-2024.

Цікавіше те, що для юнітів ми також розробили іншу модель оцінки, адже, по суті, юніт — це поле всередині поля зі своїми нормами. Оскільки для поля ми звикли рахувати показник EBITDA, то вирішили обчислити його і для юнітів. Тобто ми змогли побачити в грошах, як спрацювали впроваджені зміни. Отримали дуже цікаві дані. Скажімо, в середньому показник EBITDA становить 300 дол. з гектара, а для конкретних юнітів він варіювався від 350 до 400 і 450 доларів на гектар, нижче 350 ми не отримували.

Постало питання, чому за високої ефективності юнітів у середньому поле дає 200 дол. з гектара. Для обчислення показників за юнітами ми не враховуємо буферні й крайові зони. І коли ми перерахували врожайність крайових зон на деяких полях, то виявилося, що саме ці крайові зони сильно тягнуть показник EBITDA вниз. Тож ухвалили рішення додатково працювати з крайовими зонами, оскільки їхні показники сильно впливають на загальний результат.

― Поговорімо про результати на окремих культурах. Якщо в ефективності дифвисіву на кукурудзі більшість аграріїв не сумнівається, то щодо соняшнику є багато запитань.

— Справді, стереотипно вважається, що немає сенсу сіяти соняшник диференційно. Ми хотіли перевірити цю гіпотезу. І з’ясували, що зниження норми висіву і зменшення кількості добрив у продуктивних зонах дає позитивний ефект. Коли ми зменшували кількість насіння з 65–68 тис. насінин на гектар до 50–55 тис. і паралельно зменшували кількість внесених добрив, то врожайність не зменшувалася. Це можна пояснити специфікою культури, яка в продуктивній зоні здатна взяти з ґрунту необхідні елементи і сформувати достатній урожай. Зокрема, такі результати ми отримали на Хмельниччині.

У середніх і низькопродуктивних зонах результати були неоднозначними, що передусім можна пов’язати з неоднорідністю самих зон. У деяких зонах зменшення норми висіву давало позитивний ефект за рахунок збільшення площі живлення для однієї рослини. Але траплялося і навпаки, коли збільшення норми висіву давало кращий результат, особливо в поєднанні зі сприятливими погодними умовами і достатньою кількістю опадів.

― Як плануєте подолати цей виклик?

— У 2025 році проводитимемо експерименти з дифвисівом соняшнику виключно з опорою на юніти, а не на зони, тож маємо отримати більш точні й надійні результати.

Одна з цілей застосування технологій точного землеробства — вирівняти природні нерівномірності поля, щоб отримати рівномірну врожайність. Такого ефекту ми досягли на Полтавщині. На кукурудзі це простіше, але ми змогли отримати результат і на соняшнику. На Чернігівщині у 2024 році умови були дуже посушливими, але і там вдалося вирівняти врожайність.

Полігони дуже класно спрацювали на Вінниччині. У 2023 році ми працювали там за зонами, а у 2024-му — за юнітами, і агрономи побачили різницю. Працювати за юнітами було значно ефективніше. Коли ми підбираємо оптимальну норму висіву, оптимальну норму внесення добрив, врожайність вирівнюється й істотних різниць у межах поля вже не спостерігаємо.

Якщо раніше середній показник врожайності був 2 т/га (одне поле давало 3,5 т/га соняшнику, а сусіднє — 1,5 т/га, і в середньому виходило 2 т/га), то тепер ми підняли середній показник приблизно до 2,5 т/га за рахунок слабших полів. І це, повторюся, в дуже несприятливий в плані опадів сезон. Раніше в несприятливі сезони слабкі зони буквально провалювалися за врожайністю, оскільки в слабких зонах висівали більшу норму насіння, але реалізувати його потенціал було неможливо через обмежену кількість вологи.

― Як щодо кукурудзи? Чи вдалося вам закрити всі питання щодо цієї культури за перший рік досліду, тобто у 2023-му?

З кукурудзою все виявилося не так просто, як може здатися на перший погляд. У 2023 році ми ще працювали за зонами продуктивності й зіткнулися з нерозумінням, яку саме норму потрібно вибирати для зони з високою, середньою і низькою продуктивністю. Також не було розуміння, який має бути крок для кожної зони, тобто наскільки норма має відрізнятися. Ми запросили рекомендації щодо норми висіву в оригінаторів насіння, однак отримали поради загального плану.

Вже у 2024 році ми ухвалили рішення самостійно знайти відповіді на наші запитання. Вирішили закласти власне велике виробниче дослідження у чотирьох ключових локаціях: Чернігівська, Кіровоградська область, північ і південь Хмельницької області. Для досліду взяли всі виробничі гібриди, які використовуємо на своїх полях. Науково-дослідний центр їх закодував, щоб оцінка досліду була максимально прозорою. Вони були посіяні з різними нормами висіву. Загалом по Україні ми висіяли 2040 ділянок кукурудзи, по три повторності для кожного гібрида, з використанням карт-завдань.

Усі обліки проводив науково-дослідний центр. Було зібрано багато даних, включно з інформацією про ґрунти, внесені добрива, обробки ЗЗР, про вплив дня схожості насіння на формування качана тощо. Ці дані тепер є основою не лише для створення диференційних карт висіву, а й у цілому для розробки оптимальної технології. Збирання відбувалося із картуванням врожайності. Усі дані були передані відділу Data Science. Фахівці підготували для нас аналітику, додали погодні умови року і розробили за кожним гібридом для кожної локації рекомендації щодо норм висіву і оптимальний крок. Тобто на виході ми отримали інформацію, як спрацював гібрид в  різних густотах у кожній зоні. І це фактично готова інструкція, адже ми змогли побачити екстремуми норм висіву: показники, нижче яких не варто опускатися, і вище яких підійматися не варто, коли задаємо норми висіву.

На 2025 рік у нас запланована ще більша кількість локацій для експерименту. Крім того, будемо проводити досліди на лише на кукурудзі, а й на соняшнику.

Ми бачимо великий потенціал у дифвисіві соняшнику. Хочемо так само, як і на кукурудзі, знайти оптимальні норми для кожного гібрида в різних регіонах.

― Тобто ви плануєте повторити дослід із гібридами кукурудзи й додати соняшник?

— Через такі досліди будуть проходити всі виробничі гібриди кукурудзи та соняшнику щороку.

Ми маємо багаторічний досвід проведення аналогічних дослідів із добривами за методом градієнта. У такий спосіб ми намагаємося підстрахувати й перевірити самих себе, визначити, чи правильно ми обрали норму внесення добрив у сезоні. Також завдяки дослідженням накопичується багато аналітики, тож через кілька років наші фахівці матимуть конкретні інструкції, як краще діяти залежно від умов року. Вони зможуть зайти в базу даних і подивитися, які були умови, скільки накопичено продуктивної вологи в зимовий період, якою була весна, сума ефективних температур, скільки дали добрив, які гібриди з яким ФАО сіяли і яку в результаті отримали врожайність.

Так, лінійка гібридів час від часу змінюється, оновлюється, але зазвичай у кожного нового гібрида є свій попередник, на який можна орієнтуватися.

― Які дані вдалося отримати щодо диференційного підживлення?

— На диференційне підживлення відмінно реагує кукурудза в усіх регіонах. Головне — правильно підібрати норму.

На озимому ріпаку та пшениці агрономи ще перевіряють свої гіпотези, однак у цілому вималювалася така картина, що перше підживлення ми проводимо плановою нормою, забезпечуємо всім рослинам хороший старт. А вже друге підживлення, коли працюємо на колос або на стручок, на формування і якість зерна, можна і потрібно диференціювати.

На озимій пшениці тестуємо диференційне підживлення в режимі реального часу за допомогою датчиків, які в моменті передають інформацію на монітор і система відповідно коригує обсяги добрив. Хочемо порівняти, як відрізнятиметься результат між коригуванням норми внесення у режимі реального часу і внесенням на основі аналітичних моделей.

― Які саме датчики використовуєте?

— З 2017 року для регулювання азотного живлення використовуємо на обприскувачах сенсори ISARIA. Також залучатимемо сенсори Augмента. Сенсори дозволяють диференціювати добрива по всій площі поля з урахуванням актуального NDVI, визначеного в моменті підживлення, а також проводити скаутинг у реальному часі з висоти встановленого датчика на обприскувачі. Вони також дають змогу застосовувати різні стратегії підживлення: давати більше добрив у слабші посіви та навпаки.

― У 2024 році ви додали експерименти з дифвисівом сої. Розкажіть про це детальніше.

— Так, ми тестували дві основні гіпотези. Перша полягала в тому, що на ділянках із високою продуктивністю потрібно висівати більшу норму, на ділянках із середньою — середню, на ділянках із низькою — відповідно, низьку, тобто це класичний підхід. Однак у нас була ще друга гіпотеза, яка стосується сої, здатної до гілкування. Згідно з цією гіпотезою, для сортів із гілкуванням потрібно використовувати іншу стратегію і в зонах високої продуктивності висівати меншу норму, оскільки там рослини сої здатні до інтенсивного гілкування, а на ділянках з низькою продуктивністю гілкування буде меншим або його не буде взагалі, тож там доцільніше використовувати збільшену норму висіву, щоб отримати бажану врожайність за рахунок більшої кількості рослин.

На жаль, у 2024 році ми отримали неоднозначні дані за обома гіпотезами. Можливо, причиною такого результату став неправильно підібраний сорт. Моє припущення, що причина в погодних умовах. Цвітіння сої припало на період пікових температур, що однозначно вплинуло на врожайність і, відповідно, на результати експерименту. Рослини були в чудовому стані до періоду цвітіння, але сформувати врожай і реалізувати свій потенціал не змогли через метеоумови і брак опадів.

Відповідно, експерименти із соєю будемо продовжувати. Агрономічна служба бачить у них перспективу. Я бачу перспективу в економічному плані, адже диференціація — це завжди про гроші.

― Чи бачите ви сенс у диференційному висіві пшениці та ріпаку?

— Ні, не бачимо. Економія насіння на них практично не відчутна, принаймні вона не така виражена, як на соняшнику та кукурудзі. Різниця в урожайності теж мінімальна, відчутний економічний ефект від застосування точних технологій на цих культурах отримати неможливо. Я не кажу, що його взагалі немає. Але інвестувати в точність і отримати економічну ефективність на рівні 25 центів з гектара — для нас не дуже цікаво.

― Яку площу під Полігони плануєте на 2025 рік?

— Площу змінювати не будемо, це так само 27 800 га. Окрім експериментів із диференційним висівом, основним живленням і підживленням, ми також додамо у кількох локаціях випробування обробітку ґрунту, зокрема тестуватимемо strip-till. Наше бачення, що способи обробітку потрібно тестувати на невеликих площах з урахуванням сівозміни, а вже далі дивитися, чи підходить технологія для масштабування.

Також тестуватимемо різноманітні датчики, аналізатори ґрунту, системи внесення рідких добрив, словом, всі новинки, які будуть доступні на ринку.

Окрім Полігонів, на 2025 рік у нас додатково заплановано провести диференційний висів і живлення на площі понад 80 тис. гектарів — це заявки наших агрономів. Тобто в цілому в масштабах компанії матимемо 110–120 тис. гектарів в обробітку з використанням диференційних технологій.