Modernūs žemės ūkio produkcijos auginimo metodai remiasi technikos gamintojų pasiekimais ir perspektyviomis augalų auginimo technologijomis. Šiuolaikiniame grūdinių augalų ūkyje mąstoma ne tik apie naudą, bet pirmiausia kreipiamas dėmesys į tvarų gamtos išteklių naudojimą ir agrobiologinės aplinkos išsaugojimą.

Tiksliajai žemdirbystei keliami šie uždaviniai: kiekvienam žemės ploteliui pagal dirvos ir augalų būklę bei poreikius pritaikyti reikiamą purenimą, pasėti optimalų sėklų skaičių tinkamiausiame gylyje, purkšti pasėlius laiku, tręšti laukus ten, kur reikia, ir išberti trąšų tiek, kiek reikia. Visa tai – vienas iš būdų mažinti degalų sąnaudas, taupyti sėklas, trąšas ir augalų apsaugos preparatus ir taip atpiginti augalininkystės produkciją.

Duomenų gavimo metodai

Tikslioji žemdirbystė – tai pagal autonominę ir operatyvinę informaciją valdoma augalininkystės sistema, kuri grindžiama naujomis arba tobulinamomis technologijomis. Svarbiausios yra vietos nustatymo sistemos ir duomenų gavimo jutiklinės technologijos. Ši informacija specialiomis sistemomis perduodama dirvos dirbimo, sėjos ir augalų priežiūros mašinoms, todėl kiekviename plotelyje preciziškai pritaikomos augalams būtinos priemonės. Priklausomai nuo ryšių tarp duomenų gavimo, rasto sprendimo ir panaudotų poveikio priemonių, tikslioji žemdirbystė remiasi iš esmės skirtingais autonominiais, operatyviniais ir sudėtiniais (autonominiais ir operatyviniais) duomenų gavimo metodais.

Naudojant autonominius duomenų gavimo metodus, tarp duomenų gavimo, persiuntimo ir žemės ūkio mašinos poveikio pakeitimo nėra ryšio laiko atžvilgiu. Šie metodai tinkami, kai duomenys yra palyginti stabilūs ir keičiasi pamažu, pavyzdžiui, įvertinant fosforo kiekį dirvoje. Tada gauti duomenys yra patikimi ilgą laiką. Duomenų gavimas autonominiais metodais, jų perkėlimas į perforacines korteles yra žinomas ir patikimas. Sunkumų gali sudaryti didelės darbų apimtys, pavyzdžiui, piktžolėtumo įvertinimas, dirvos pavyzdžių analizė ir kt. Didžiausias šio būdo trūkumas – brangus didelio kiekio duomenų gavimas, valdymas ir analizė, taip pat perforacinių kortelių sudarymas, nes jos turi būti gana tikslios ir nebrangios.

Naudojant operatyvinius metodus duomenų gavimas, įvertinimas ir nurodymai žemės ūkio mašinai vyksta beveik tuo pačiu laiku. Tai reiškia, kad būtini parametrai nustatomi čia pat lauke ir priimamos atitinkamos priemonės. Taikant šiuos metodus, nereikia kartografuoti duomenų. Reikiamas poveikis nustatomas pagal esamą dirvos ir augalų būklę. Šis būdas ypač tinkamas palyginti greitai besikeičiančioms dirvos ir augalų savybėms įvertinti (azoto trąšų, piktžolių, dirvos dirbimo sąlygų ir kt.). Tam įvertinamos optinės, mechaninės ar biocheminės augalų savybės čia pat lauke esančiomis matavimo priemonėmis. Šie duomenys tiesiogiai susieti su atitinkamų operacijų įvykdymu (pvz., tręšimo normos pakeitimu). Operatyvinių metodų trūkumas – nelabai tikslūs jutikliais gaunami duomenys, nes dauguma jų yra tyrimų ir tobulinimo stadijose. Kitas, kaip ir autonominių metodų, trūkumas – gana netikslus ar klaidingas jutikliais gautų duomenų interpretavimas, neatitinkantis tikrųjų augalų poreikių.

Sudėtinis metodas yra autonominių ir operatyvinių technologijų naudojimas kartu. Tada duomenys gaunami ir iš lauke, ir darbo vietoje esančių jutiklių, ir gautų kitais tyrimais bei pažymėtų kartogramose.

Tiksliosios žemdirbystės metodus ypač palanku taikyti ekologiniuose ūkiuose. Tai tiksliosios žemdirbystės technikos panaudojimas mechaniškai ir termiškai piktžolėms naikinti, selektyvus atskirų plotų tręšimas organinėmis ir mineralinėmis trąšomis. Jutiklių valdomi purentuvai – patobulinti padargai piktžolėms naikinti. Tik dėl didelės kainos ir nepakankamo našumo jie dar nenaudojami. Ekologiniuose ūkiuose tiksliosios žemdirbystės metodai naudingi ir imant derlių (pvz., pagal derliaus kokybę), taip pat tvarkant dokumentaciją.

Palydovinės agregatų padėties nustatymo sistemos (GPS)

Tręšiant, sėjant, įdirbant dirvą naudojami įvairūs ženklintuvai, pagal kuriuos vairuojant rankiniu būdu, žemės ūkio agregatai dirba 30–50 cm tikslumu. Palydovinio ryšio naudojimas agregatams važiuoti nustatytomis vėžėmis nuolat tobulinamas. Ši agregatų padėties nustatymo sistema padeda tiksliau ir lengviau valdyti žemės ūkio agregatus. Ji ypač patogi, kai mašinų darbiniai pločiai dideli ir blogas matomumas (esant rūkui arba naktį). Taip sumažinami persidengimai ir tarpai tarp gretimų agregato važiavimų, padidėja agregato darbo našumas. Be to, palengvėja vairuotojo darbas, todėl jis gali atidžiau stebėti prie traktoriaus prijungto padargo darbo procesą.

Viena iš labiausiai paplitusių ir specia­liai tiksliajam ūkininkavimui pritaikyta kompanijos „Trimble“ valdymo sistema. Gaminamos skirtingo tikslumo sistemos. Mažiau tiksli AgGPS EZGuide Plus 150 sistema. Paklaida tarp gretimų važiavimų 20–30 cm, absoliuti – 50–70 cm. Daug tikslesnė AgGPS EZ-Guide Plus 252. Paklaida tarp gretimų važiavimų 5 cm, absoliuti – iki 10 cm.

GPS sistemos gali būti pritaikytos agregatą valdyti rankiniu ar automatiniu būdu. Esant rankiniam valdymui, traktoriaus kabinoje įrengiamas ekranas, rodantis vizualaus vairavimo kryptį. Antena montuojama virš traktoriaus kabinos, o likusi įranga kabinoje. Dar palengvinti vairuotojo darbą ir padidinti vairavimo tikslumą galima, įtaisius automatinio vairavimo sistemą. Pagal GPS duomenis ji per traktoriaus hidraulinę vairavimo sistemą vairuoja traktorių. Tačiau tokia automatinio vairavimo sistema sudėtinga ir jos įrengimas trunka ilgai. Šiuo metu pagamintos automatinio vairavimo sistemos traktoriuje sumontuojamos greitai ir paprastai. Įmonės „Trimble“ pagaminta EZ-Steer sistema paprastai tvirtinama prie vairo rato, todėl nereikia jungtis prie hidraulinės vairavimo sistemos. Šią įrangą galima paprastai perkelti į kitą traktorių, nereikia jokių papildomų priemonių. Vairuotojas mažiau pavargsta, gali atidžiau stebėti mašinų darbą. Be to, padidėja vairavimo tikslumas. Ši sistema tinka įdirbant dirvą, purškiant, tręšiant. Jei naudojami tikslesni GPS imtuvai (pvz., AgGPS 252, AgGPS 332 arba kiti panašaus tikslumo), sistemą galima naudoti javams, kukurūzams ir kitiems augalams sėti. Naudojant EZ-Guide Plus 150 imtuvą kartu su EZ-Steer automatinio vairavimo įranga, nukrypimas neviršija 15–20 cm. Turint tikslesnius imtuvus (pvz., AgGPS 252 arba AgGPS 332) ir automatinio vairavimo įrangą EZ-Steer, nukrypimas neviršija 5–10 cm. Dar tikslesnė Trimble RTK Autopilot sistema. Ši įranga vairuoja traktorių labai tiksliai, nukrypimas neviršija 2,5 cm, tačiau būtina atskaitos stotis, susidedanti iš GPS imtuvo, antenos, Funk įrangos, kabelių. Per Funk modemą perduodami koregavimo duomenys. Ši stotis, priklausomai nuo vietovės kalvotumo, gali būti nutolusi 3–10 km, palankiomis sąlygomis iki 30 km.

Jutiklių paskirtis

Tiksliosios žemdirbystės pagrindinis principas – surinkti kiekvieno mažo lauko plotelio duomenis ir perduoti lauke dirbančioms mašinoms. Kadangi laukų tręšimo, piktžolių paplitimo, apsikrėtimo ligomis įvairovė didelė, lauko dirbimo, sėjos, tręšimo ir augalų apsaugos priemonės turi būti naudojamos preciziškai pagal poreikį. Tam įtakos turi auginamų augalų rūšys ir būklė.

Šiuo metu tiksliosios žemdirbystės technikos, skirtos augalininkystei, galimybės gana ribotos. Yra neišspręstų techninių ir metodinių reikalavimų, kurie stabdo praktinį tiksliosios žemdirbystės pritaikymą. Ypač daug tyrimų reikia operatyviniams dirvos analizės metodams tobulinti.

Dirvos maisto medžiagų kartogramos gaunamos, kartografuojant dirvos pavyzdžių duomenis. Žemėlapiai sudaromi, ištyrus laboratorijoje anksčiau paimtus dirvos pavyzdžius. Kiekvienas dirvos pavyzdys sudaromas iš 10–20 ėminių. Dirvos pavyzdžiai paimami mobiliuoju mėginių imtuvu. Pavyzdžių imtuvas iki 60 cm gylio dažniausiai montuojamas prie traktoriaus, o mažesnio gylio – prie kitų transporto priemonių (visureigių, priekabų ir net rankinių vežimėlių). Pavyzdžių imtuvai turi padėties nustatymo įrangą, todėl tiksliai pažymima mėginių paėmimo vieta. Dirvos pavyzdžių paėmimo tankis priklauso nuo dirvos nevienodumo. Dažniausiai vienas dirvos pavyzdys imamas 1 ha plote, bet esant nevienodos sudėties dirvoms tame plote imama daugiau pavyzdžių.

Azoto trąšų kiekis dirvoje gali būti įvertinamas pagal augalų spalvą. Augalų atspindima šviesa matuojama optiniu-elektroniniu jutikliu. Pagal tai nustatomas trąšų poreikis, tačiau azoto poreikiui nustatyti vegetacijos pradžioje šis būdas netinkamas. Kad metodas būtų efektyvus, augalams neturi trūkti drėgmės ir kitų maisto medžiagų.

Selektyvinio piktžolių naikinimo metodai iš esmės dar tik kuriami. Jų veikimo principas pagrįstas raudonųjų ir infraraudonųjų spindulių spektro analize ir įvertinimu. Kuriamos sistemos, kurios įvertina daugiau kaip du bangų ilgius ir gali atpažinti ne tik augalų kiekį, bet ir jų rūšis. Pagal spalvą įvertinamas augalų užimtas plotas (žalia spalva) ir dirva (kita spalva). Siekiama, kad lauko purkštuvas pažintų piktžolių rūšį ir kiekį. Pagal tai iš kelių turimų cheminių priemonių atrenkamos tinkamiausios ir reguliuojamas jų išpurškimo kiekis.

Panašiu principu veikiantys jutikliai kuriami ir derliaus kokybei nustatyti. Prietaisai, skirti augalų ligoms atpažinti ankstyvosiose stadijose, šiuo metu dar yra tiriami. Dažniausiai jie pagrįsti chlorofilo fluorescensija, termografija ir daugiaspektrinio vaizdo analize.

Derliaus kartografavimas – labiausiai paplitęs tiksliosios žemdirbystės metodas. Augalų masei nustatyti gaminamas prietaisas CROP-Meter. Tai tiesiogiai augalų masę įvertinanti sistema. CROP-Meter valdomas BASIC-Terminal valdikliu. Pasėlius liečia dirvos paviršiui lygiagretus vamzdis, laisvai pakabintas traktoriaus priekyje. Matuojamas vamzdžio atsilenkimas, kuris priklauso nuo augalų masės ir važiavimo greičio. Matavimų duomenys yra naudojami santykiniams pasėlio vystymosi skirtumams nustatyti. Polinkio ir darbinio gylio netolygumai yra įvertinami ir kompensuojami. Pagal matavimo rezultatus perskaičiuojami, užrašomi ir tiesiogiai nustatomos reikalingos trąšų ar augalų apsaugos priemonių normos. CROP-Meter yra paprasta, tvirta ir universali sistema, kuri gali būti naudojama tiksliajam ūkininkavimui, t. y. atskiras lauko vietas tręšti arba purkšti skirtingomis trąšų ir pesticidų normomis. Vokietijoje taip dirbama jau apie 400 000 ha plote. Tai sudaro apie 3,4 proc. visų dirbamų laukų.

Ekonominė nauda

Parenkant tręšimo normas atskiriems dirvos ploteliams galima vidutiniškai sutaupyti apie 7 proc. (apie 14 kg/ha) trąšų arba gauti apie 6 proc. didesnį derlių, nes jų poreikis visame lauko plote yra skirtingas. Ypač efektyvūs tiksliosios žemdirbystės metodai augalų apsaugos sistemoje. Purškiant herbicidais galima sutaupyti apie 50 proc. preparatų (kartais nuo 10 iki 90 proc.). Purškiant herbicidus ir reguliuojant purškimą CROP-Meter jutikliu, dažniausiai sutaupoma nuo 10 iki 20 proc. Panašūs rezultatai gaunami ir purškiant augimo reguliatorius. Degalų sunaudojimas sumažėja ir skirtingai purenant atskirus dirvos plotus. Sėjant teigiamas efektas gaunamas sumažinus išsėtos sėklos kiekį, taip pat padidėja derlius.

Efektas, įdiegus automatinio traktoriaus vairavimo sistemą, gaunamas dėl sumažėjusio dirvos dirbimo sąnaudų, mažesnio skleidžiamų organinių ar mineralinių trąšų persidengimo. Tiksliosios žemdirbystės metodų taikymas yra tuo efektyvesnis, kuo didesni laukų plotai ir kuo nevienodesnės atskirų plotelių dirvos savybės. Taikyti šiuos metodus žieminių kviečių pasėliams tręšti, purkšti herbicidais ir augimo reguliatoriais ekonomiškai naudinga, jei pasėlių plotas siekia kelis šimtus hektarų. Tuomet investicijos 1 ha gana nedidelės. Jei plotai mažesni, tikslinga kooperuotis ar techniką nuomoti.