Статья Кейт Пренгаман (Kate Prengaman) , перевод Красохиной С.И.
Измерение нагрузки на куст с помощью испытаний на давление воды в штамбе и побегах отнимает много времени, но новый подход, использующий потенциал почвенной влаги и сосущую силу почвы, может дать виноградарям множество ценных данных.
Использование недорогих датчиков сосущей силы почвы на глубине 30, 60 и 90 см может дать производителям представление о том, как мощные кусты винограда работают над извлечением воды из почвы, предоставляя более эффективный метод оценки нехватки воды в растениях для определения практики полива при дефиците влаги, по сравнению с использованием бомб давления для измерения потенциала воды в штамбе, считает консультант виноградника Алан Кэмпбелл (Alan Campbell). Его компания СмартВинейардс (SmartVineyards) стремится помочь производителям включать подробные данные о влажности почвы в свои системы возделывания виноградников.
Джим Холмс (Jim Holmes) точно знает, что чувствуют кусты на его винограднике. Инженер, ставший производителем винограда, имеет сотни датчиков объема воды в почве, разбросанных по его 100-акровому (40,5 га) винограднику Сель дю Шеваль (Ciel du Cheval), район Ред Маунтин, штат Вашингтон, и он отслеживает тенденции изменения влажности почвы на разных глубинах, чтобы измерить водный стресс на виноградниках и улучшить свои решения по орошению насаждений.
По его словам, важны не сами цифры - точный объем воды в почве, а именно тенденции и то, как вода в почве меняется со временем. «Если объем воды в почве меняется быстро, то куст использует много воды. Если же объем воды в почве меняется очень медленно, то у куста возникают проблемы с вытягиванием воды из почвы», - сказал Холмс. «Мы не только можем измерить то, что происходит на винограднике, мы, вероятно, можем манипулировать им, чтобы получить виноград более высокого качества», - сказал он. «Сокращение чисел помогает вам найти прогнозные зависимости того, как градиенты влажности почвы влияют на виноградную лозу».
«Если число быстро меняется, лоза использует много воды. Если число меняется очень медленно, у лозы возникают проблемы с вытягиванием воды из почвы», - сказал Холмс. «Мы не только можем измерить то, что происходит в растении, мы, вероятно, можем манипулировать сосущей силой почвы, чтобы получить виноград более высокого качества», - сказал он. «Сокращение чисел помогает вам найти прогнозные зависимости того, как градиенты влажности почвы влияют на кусты винограда». Однако, по его словам, когда Холмс объясняет свой подход, основанный на полученных с датчиков данных, своим соседям – производителям винограда, «их глаза стекленеют», возможно, потому, что экзотическая математика не является обычным хобби для виноградарей.
В то же время консультант виноградников и физиолог Алан Кэмпбелл считает, что с правильными датчиками и алгоритмами для интерпретации данных фермеры с меньшим математическим уклоном могли бы получить те же преимущества от управления, основанного на водном стрессе.
Он является одним из многих поставщиков услуг и исследователей, стремящихся удовлетворить потребности отрасли в данных для оптимизации орошения, но одним из немногих, кто хочет использовать искусственный интеллект, чтобы учиться у лучших менеджеров виноградников и выявлять схемы точного орошения, чтобы соответствовать управлению надземной частью куста и качеством. «Менеджерам виноградников нужны лучшие инструменты для борьбы с водным стрессом, который испытывают кусты винограда», - сказал Кэмпбелл. По его словам, использование бомб давления для измерения потенциала воды в побегах и штамбе отнимает много времени и стоит дорого, поэтому даже производители, покупающие такое оборудование, в конечном итоге редко его используют. «Причина, по которой листья увеличиваются и растягиваются в размере, состоит в том, чтобы вытягивать воду из почвы, так почему бы не измерить и управлять водой в почве?»
Система SmartVineyard использует три датчика Watermark, изготовленных Irro-meter, для отслеживания того, как сильные кусты винограда должны работать, чтобы вытягивать воду из почвы.
В 2013 году Кемпбелл создал компанию SmartVineyards для решения этих задач. Прошли годы, прежде чем он усовершенствовал свой подход к использованию датчиков сосущей силы почвы и систем телеметрии для передачи данных. По словам Кэмпбелла, электронные датчики сосущей силы почвы дешевле, чем датчики объема почвенной влаги, а его собственное исследование показывает более чем 90-%ную корреляцию между сосущей силой почвы и потенциалом воды в побегах.
Первый год использования датчиков Кэмпбелл рекомендует производителям просто отслеживать сосущую силу почвы при нормальном поливе и определять ключевые целевые точки для управления орошением. «Вы можете использовать показания датчиков, чтобы повторить успешный год или изменить свою стратегию», - сказал он.
По словам Маркуса Келлера (Markus Keller), профессора виноградарства в Университете штата Вашингтон (Washington State University), в винодельческой промышленности существует потребность в управлении орошением на основе получаемых данных. Он не смог прокомментировать особенности системы Кэмпбелла, но сказал, что в целом подход к данным о почве должен принести пользу производителям, если они могут позволить себе установить системы. «В течение многих лет я настаивал на том, что фермеры должны лучше разбираться в вопросах о том, как планировать полив», - сказал Келлер. «Им нужны лучшие инструменты и приборы, это один из главных приоритетов отраслевых исследований по вопросам почвоведения и орошения».
Холмс отметил, что использование данных о влажности почвы для орошения теперь настолько важно для его технологии возделывания виноградников, что «в настоящий момент мы чувствуем себя голыми, если у нас нет этой информации».
Кэмпбелл начал работать с Холмсом, потому что количество и набор полученных данных по влажности почвы и орошению, накопленный на виноградниках Сель дю Шеваль, является сокровищницей для анализа, который Кэмпбелл хочет предложить своим клиентам.
Холмс ранее использовал датчики объема воды в почве, которые являются более дорогостоящими инвестициями: «Мы с самого начала работали в этом ключе на нашем винограднике, и причина использования различных датчиков в том, что мы понятия не имели, что именно нам может понадобиться, какие именно данные», - сказал Холмс, который впервые посадил виноград в 1975 году, когда он работал инженером в Хэнфорде. «Чтобы восполнить это, в биосистеме нашего виноградника мы попытались измерить и зафиксировать все, что могли».
Достижения области телеметрии означают, что больше данных от датчиков может передаваться через большие виноградники с меньшим количеством оборудования. На этом фото показана инсталляция в Пасо Роблес, Калифорния (Paso Robles, California).
В те годы Холмс проверял свои ручные датчики почвы раз в неделю, записывая и анализируя данные вручную. Теперь автоматическая запись производится каждые 15 минут на шести глубинах, от 20 до 120 см, передается в облако, чтобы он мог устанавливать графики полива, не выходя из своего кабинета, наблюдая, как кусты в течение времени вытягивают воду из глубины профиля почвы.
Эта диаграмма показывает данные о влажности почвы для виноградника в долине Уолла-Уолла (Walla Walla Valley) в штате Вашингтон и показывает, как график полива меняет доступную воду по всему профилю почвы. Каждый всплеск зеленой линии представляет применение для орошения, как видно на мелких почвах, в то время как серая линия показывает более устойчивые тренды в более глубоких почвах.
Но Кэмпбелл хочет сделать еще один шаг вперед. «Мы хотим давать производителям рекомендации, а не только данные», - сказал он, поэтому он объединился с исследователями из Университета штата Орегон (Oregon State University), чтобы применить принципы компьютерной передачи данных их анализа к данным о почвенных водах, и найти автоматизированные модели и стратегии управления водным стрессом. «Можем ли мы научить компьютер быть Джимом Холмсом, смотреть на данные каждый день и принимать те же решения для полива, что и Джим?»
Пока что это многообещающая тенденция. По словам Кэмпбелла, компания и ее сотрудники из профильных университетов ищут исследовательские гранты для дальнейшей разработки данного подхода измерений и тестирования его на других орошаемых культурах, помимо винограда.
Конечно, Холмсу не нужен компьютер, чтобы быть им. Но он заинтригован идеей Кэмпбелла о том, что искусственный интеллект сможет находить новые данные в полученных измерениях и, связываясь с прогнозами погоды, анализировать и делать прогнозы о том, как вы можете проводить поливы в будущем. И тогда на виноградниках не будут нужны управляющие, имеющие знания о том, как максимально правильно вести стратегию орошения виноградников с целью получить высокое качество ягод. Подход Кэмпбелла обещает перехватить и с помощью компьютеров систематизировать и привести к точным алгоритмам эти передаваемые ранее знания для будущих поколений производителей.
Представленные в статье фото - Алана Кемпбелла (Alan Campbell)
По теме водного стресса и орошения виноградников дополнительно можно почитать здесь:
Когда виноградник нуждается в орошении
Как виноград реагирует на засуху
Университет штата Вашингтон получил гранты для исследования
Сколько воды требуется для выращивания винограда
