A precíziós növénytermesztés döntéstámogató eszközei Harnos Zsolt Csete László
"Precíziós növénytermesztés" NKFP projekt konferencia Bábolna 2004. június 7-8. 1
A precíziós mezőgazdaság egy olyan farm gazdasági koncepció, amely magába foglalja a tudásalapú technikai menedzsment rendszer fejlesztését és adaptációját a profit maximalizálás érdekében. A menedzsment rendszer lehetővé teszi a mikromenedzsment fogalmát, azaz azt a képességet, hogy a műveletek alkalmazkodjanak a művelés alatt lévő földterület változó feltételeihez, ha azok technológiailag előnyösek. A rendszer az inputon keresztül (talajművelés, vetőmag, növényvédelem stb.) szabályoz. 2
Az informatikára és technológiára alapozott farm menedzsment rendszer, amely azonosítja, elemzi és irányítja a műveleteket a változó termőhelyi feltételek között az optimális jövedelmezőség, a fenntarthatóság (sustainability) és a termőföld védelme érdekében.
3
4
5
A sikeres PM feltételei: • információ, • adatelemzés, előrejelzési módszerek, • informatikára alapozott technológia, • menedzsment.
6
A PM implementálása a gazdaság szintjén • térbeli és időbeli adatok begyűjtése (távérzékelés, termés monitorozás, talajmintavétel stb.), • adattérképezés és interpretáció (GPS és GIS technológia), • az agrotechnológiai folyamatok helyspecifikus irányítása, • a PM technológia hatásainak az elemzése három szempont alapján – agronómiai - termés maximalizálás – gazdasági - jövedelem maximalizálás – környezeti - az agrotechnika környezeti hatásainak minimalizálása
7
ADATBÁZIS • METEOROLÓGIAI IDŐSOROK • TALAJTANI ADATOK • TERMŐHELYI ÉRTÉKELÉS NÖVÉNYENKÉNT • TERMŐHELYI KOCKÁZAT
8
Relatív termőképesség Búza
Kukorica
9
Kockázatot a tervezett terméstől való eltérés – valószínűségével és eloszlásával, azaz a termésveszteség eloszlásával
(
F (y) = P η < y −
)
– adott valószínűség esetén a veszteség mértékével – a termésveszteség várható értékével
( )
Ey = E η
−
mérhetjük. 10
11
A termésprognózistól való relatív eltérés valószínűsége
Csongrád megye Hajdú-Bihar megye 12
A folyamatokat modellezni, szimulálni kell, s az eredményeket időnként kalibrálni. Eszközök: • növényi növekedési modellek (szimuláció), • talaj vízháztartás, • tápanyag forgalom, • kockázatelemzés, • agrotechnikai beavatkozások hatásainak hosszú távú szimulációja, • időjárástól függő kártevő előrejelzés, • helyspecifikus cost-benefit elemzés. 13
Tényleges és szimulált búza termésátlagok Hajdú-Bihar megye
14
15
16
17
talaj klíma genetika agrotechnika
módosított talaj klíma genetika agrotechnika
növény és környezeti modell
gazdasági döntési modell
növény és környezeti modell
környezeti hatások erózió talajtömörödés, stb.
termőképesség módosulási modell
t. periódus
t+1 periódus
18
Termést leíró valószínűség változó
η = η(x ,ξ , u) ahol x a termőhely állapot változója ξ az időjárást jellemző valószínűségi változó u az agrotechnikát reprezentáló vezérlési változó A veszteség eloszlásfüggvénye
(
)
Fν (α ) = P η − ( x, ξ , u ) > α E (η ( x, ξ , u )) A termőhely változását kifejező függvény:
x(t + 1) = g ( x(t ), u (t )) 19
Ökológiai marginalitás
Termékszerkezet
Üzemi marginalitás
Adaptív gazdálkodás
Piaci feltételek, gazdasági célok
Makroszintű optimalitás
Közgazdasági szabályozók
20
Költség – haszon elemzés
η = η ( x, ξ , u ) a termés eloszlásfüggvénye és
((
E η x, ξ , u u ∈Ω ,
)) a várható értéke
Ω p = {pu u ∈ Ω}
a megengedett agrotechnikák és azok költségei Megoldandó a
max {q E (η ( x , ξ , u )) − p u }
u∈Ω optimalizációs feladat 21
Kukorica terméseloszlás-függvényei
(
(
)
P ξ tm < y ξ tm−1 < 0.95 ⋅ E (ξ m )
P (ξ m < y )
)
P ξ tm < y ξ tm−1 < 0.95 ⋅ E (ξ m ), ξ tm− 2 < 0.95 ⋅ E (ξ m )
(
)
P ξ tm < y ξ tm−1 > 1.1 ⋅ E (ξ m )
22
A termőföld védelme, sustainabilitás Definíció One definition of sustainability is that „world conservation strategy should include management of the use of a resource so it can meet human demands of the present generation without decreasing opportunities for future generations.” NRC Board on Agriculture, Managing Global Genetic Resources: National Academy Press, 1991 (248pp.)
23
Módszertani, modellezési problémák:
• kvantifikálható módon definiálni kell a termőhely állapotát, a termőképességet, • szimulálni kell az agrotechnikai beavatkozások hatását a termőhely állapotára, termőképességére, • rövid távú gazdasági érdekek ütköznek a hosszú távú ökológiai problémákkal, • időben és térben elválik a kárt okozó és annak következménye. 24
A termőképesség fenntarthatóságának a biztosítása:
1. 2.
E (η ( x(t ),ξ , u )) ≥ y (t )
E (η ( x(T ), ξ , u )) ≥ y (T )
t ∈ [0, T ]
E (η ( x(t + 1), ξ , ut )) ≥ E (η ( x(t ), ξ , u t )) t ∈ [0, T ]
3.
Büntető függvény használata a döntési modellben. 25
A cost-benefit analízis korlátozó feltételei lehetnek: Kockázat szabályozás
{
(
)}
Ωα = u ∈Ω P η (x, ξ , u) > α E(η(x,ξ , u)) −
Termőföld védelme
Ωs = {u E(η(x(t ),ξ , u )) ≥ y(t )}
26
