كفاءة استخدام النيتروجين. دراسة حالة من LVA - تاجر John Deere من ألمانيا

في عالم الزراعة الحديثة المتغير باستمرار، يواجه المزارعون تحديات متعددة، تشمل آثار تغير المناخ، وارتفاع تكاليف الأسمدة، والحاجة المُلحة إلى ممارسات مستدامة بيئياً. ويُعدّ التحكم في النيتروجين، وهو عنصر غذائي بالغ الأهمية، محور هذه التحديات، إذ قد يؤدي سوء إدارته إلى عواقب بيئية وخيمة.

مع ذلك، وسط هذه التعقيدات، يبرز مقياسان كحلولٍ وعوامل تغيير جذرية: كفاءة استخدام النيتروجين (NUE) وامتصاص النيتروجين (NU). يقدم كل من NUE وNU نموذجًا جديدًا في الممارسات الزراعية، محولين التحديات إلى فرصٍ لزراعة مستدامة وفعالة.

تضطلع شركة جون دير، الرائدة في تصنيع المعدات الزراعية، بدور محوري في مواجهة هذه التحديات. فمن خلال نظام HarvestLab GrainSensing، توفر الشركة بيانات بالغة الأهمية حول البروتين الخام، مما يتيح فهمًا أدق لديناميكيات النيتروجين في المحاصيل. علاوة على ذلك، تدعم جون دير دمج التقنيات الحديثة لجعل الزراعة أكثر استدامة.

في هذا المسعى، تُعدّ وكالات جون دير مثل LVA حليفًا أساسيًا. تعمل LVA، وهي وكالة رائدة في مجال منتجات جون دير في ألمانيا، بشكل وثيق مع المزارعين لدمج التقنيات الحديثة وتطبيق استراتيجيات زراعية متطورة. ويُعدّ دورها محوريًا في مساعدة المزارعين على فهم تعقيدات الزراعة الحديثة، وضمان استفادتهم القصوى من التقنيات المتاحة لتحسين ممارساتهم الزراعية.

في تربة ماغديبورغر بورده الخصبة، تكمن قصة مزرعة باومغارتل جي بي آر، وهي مزرعة عائلية ذات إرث زراعي يمتد لثلاثين عامًا، حيث يُعد القمح أحد المحاصيل الرئيسية. في هذه المزرعة، تتجاوز الإدارة الدقيقة للنيتروجين مجرد تحسين إنتاجية المحاصيل، فهي التزام بالزراعة المستدامة في مواجهة التحديات البيئية العالمية.

تُعدّ GeoPard، بصفتها شركة رائدة في مجال برمجيات الزراعة الدقيقة، حلقة الوصل بين هذه الركائز الأساسية - John Deere وLVA والمزارعين مثل أولئك الموجودين في Baumgärtel GbR. تُبسّط GeoPard إدارة البيانات وتُؤتمت العمليات التحليلية، مُحوّلةً البيانات إلى رؤى قابلة للتنفيذ. في هذه الحالة، يُتيح تركيزها على كفاءة استخدام النيتروجين للمزارعين رؤية ممارساتهم وتحسينها، مما يضمن الاستدامة والكفاءة في جميع جوانب عملياتهم.

إدارة النيتروجين في مزرعة Baumgärtel

تتبنى عائلة باومغارتل، بقيادة فريدريش باومغارتل، إمكانات الزراعة القائمة على البيانات لتحسين استراتيجيات التسميد الخاصة بهم وإدخال تقنيات جديدة، وكل ذلك بهدف تحسين ممارساتهم الزراعية.

يُعدّ التحكم في النيتروجين عنصرًا أساسيًا في استراتيجيتهم. شهد عام 2023 ربيعًا ماطرًا وصيفًا جافًا مبكرًا في منطقة ماغديبورغر بورده، مما أدى إلى غلة متوسطة. وللتغلب على هذه الظروف، استخدم آل باومغارتل أساليب خاصة بكل موقع لضبط كميات النيتروجين المُستخدمة بدقة.

بالإضافة إلى ذلك، استخدموا نظام HarvestLab GrainSensing لقياس البروتين الخام في الحبوب المحصودة. بعد ذلك، وباستخدام برنامج GeoPard، تم تقدير استهلاك المحصول للنيتروجين، مما مكّن من حساب كفاءة استخدام النيتروجين (NUE) بدقة عالية.

بالنسبة لعائلة باومغارتل، أصبح مؤشر كفاءة استخدام النيتروجين (NUE) معيارًا أساسيًا. فهو يُحدد المناطق التي تحتاج إلى تعديلات في استراتيجيات استخدام النيتروجين. في المناطق التي يقل فيها مؤشر كفاءة استخدام النيتروجين عن 80%، يخططون لتقليل استخدام النيتروجين في الموسم التالي. في المقابل، تتطلب المناطق التي يتجاوز فيها مؤشر كفاءة استخدام النيتروجين 100% تحليلًا معمقًا، وهو تحدٍّ يتوقعون أن يتطلب عدة مواسم من المراقبة الدقيقة والتعلم المستمر.

التعاون بين LVA و GeoPard Agriculture

في عام 2022، تمّ إبرام تحالف استراتيجي بين شركة GeoPard وشركة LVA Altenweddingen المتخصصة في الآلات الزراعية، وهي وكالة جون دير المبتكرة في ألمانيا. وقد انبثق هذا التعاون من رؤية مشتركة للاستفادة من بيانات جون دير الواسعة وتحويلها إلى رؤى ميدانية قابلة للتنفيذ.

منذ ذلك الحين، نمت الشراكة وتطورت، مركزةً على أساليب مبتكرة لتحسين الممارسات الزراعية من خلال اتخاذ قرارات مبنية على البيانات. في الأقسام التالية، سنسلط الضوء على كيفية استفادة المزارعين القصوى من استخدام النيتروجين.

مايكل إيكهارت، رئيس قسم الزراعة الدقيقة في LVA, ، كما ذكر، "إن التآزر بين GeoPard و LVA هو أكثر من مجرد شراكة تجارية؛ إنه التزام بإحداث ثورة في الممارسات الزراعية التطبيقية من خلال القرارات القائمة على البيانات".

يهدف هذا التعاون إلى تمكين المزارعين من خلال تعزيز معرفتهم الزراعية. وتستفيد شركة LVA، من خلال خدماتها الزراعية الموسعة، من قوة معدات جون دير، مثل نظام HarvestLab GrainSensor، لجمع بيانات بالغة الأهمية.

من جهة أخرى، يقوم محرك التحليل الخاص بـ GeoPard بمعالجة هذه البيانات، موفراً معلومات استخباراتية قابلة للتنفيذ. تشكل هذه الشراكة تحالفاً يركز على تحسين ممارسات المزارعين (مثل إدارة النيتروجين) من خلال الجمع بين أفضل ما في عالم الآلات والبرمجيات.’

جمع البيانات وإعدادها

يكمن جوهر هذا التطور الزراعي القائم على البيانات في التكامل السلس بين GeoPard ومركز عمليات جون دير. يجسد هذا التعاون الدور المحوري لشركة جون دير في توفير الوصول إلى البيانات عبر واجهة برمجة التطبيقات الخاصة بها، وهي خطوة تثري بشكل كبير تدفق البيانات الواردة من الحقول الزراعية.

يضمن هذا التكامل أن يقوم نظام GeoPard بجمع البيانات فور توثيقها في مركز عمليات جون دير. وتشمل عملية استرجاع البيانات الفورية هذه عمليات الحصاد (بما في ذلك تفاصيل مثل بيانات البروتين الخام واستهلاك الوقود) وتطبيقات أخرى مثل الرش والتسميد والبذر والحرث.

لا يقتصر هذا الاتصال المبسط على شركة جون دير فقط؛ فالمبدأ الأساسي لمنصة GeoPard هو توافقها مع مختلف مزودي بيانات الآلات، مما يسهل الاتصالات عبر واجهة برمجة التطبيقات (API).

بفضل تدفق البيانات بسلاسة إلى نظام GeoPard، يتمتع المزارعون برؤى تحليلية شبه فورية. ويُعدّ هذا النقل السريع للبيانات حجر الزاوية في إطلاق مجموعات التحليل الآلي، مثل تحليل كفاءة استخدام النيتروجين، مما يضمن حصول المزارعين على رؤى آنية وقابلة للتنفيذ في متناول أيديهم.

مجال

في عام 2023، واجهت شركة Baumgärtel GbR تحديًا يتمثل في تحسين نمو المحاصيل في الحقل. ولتحقيق ذلك، تم تطبيق النيتروجين أربع مرات، بدءًا من سماد SSA في فبراير، ثم ثلاث مرات من سماد AHL في الربيع. وقد تم ضبط هذه التطبيقات في الحقل بدقة باستخدام طريقة خاصة بكل موقع. بالإضافة إلى ذلك، لعب نظام HarvestLab GrainSensing دورًا حاسمًا في الكشف عن توزيع البروتين الخام في الحبوب المحصودة.

محصول

استكشف تفاصيل أحدث حصاد بتاريخ 8 أغسطس 2023 من خلال لقطات الشاشة المرفقة. تُظهر هذه البيانات المهمة، التي تم جلبها بسلاسة من مركز عمليات جون دير بواسطة GeoPard بطريقة آلية، التوازن الدقيق بين طبقات بيانات البروتين الخام والكتلة الرطبة التي تم جمعها أثناء الحصاد.

على الرغم من أن بيانات الحصاد قد تُظهر اختلافات في بعض الأحيان، إلا أن تطبيق معايرة المحصول يُحسّن هذا بشكل ملحوظ دقة التحليل، مما يضمن الحصول على نتائج موثوقة حتى في حال وجود قيم استثنائية مثل 19 طن/هكتار للقمح. يُوضح الشكل أدناه الكتلة الرطبة المُعايرة.

عمليات التسميد باستخدام منتجات النيتروجين المطبقة

خلال موسم 2023، عُولج محصول القمح بنظام تسميد نيتروجيني مُخطط بعناية، تضمن أربع معالجات مُختلفة. شمل ذلك تطبيق منتجات SSA في 23 فبراير 2023، تلاه ثلاث تطبيقات نيتروجينية ربيعية من AHL في 18 مارس، و6 أبريل، و13 مايو 2023. الكميات الدقيقة المُستخدمة في كل معالجة موثقة في لقطات الشاشة المُرفقة.

لعب نظام GeoPard دورًا محوريًا في هذه العملية من خلال جلب مجموعات البيانات بسلاسة من مركز عمليات جون دير. وقد مهّد هذا الاسترجاع الفعال للبيانات الطريق لإجراء تحليل شامل لكفاءة استخدام النيتروجين (NUE) وامتصاص النيتروجين (NU). ومن خلال تحليل هذه البيانات، حوّلنا المعلومات الخام إلى رؤى قيّمة، مما مهّد الطريق لتحسين العمليات والاستراتيجيات الزراعية.

إجمالي النيتروجين المطبق

يقيس إجمالي النيتروجين المضاف (TAN) الكمية التراكمية للنيتروجين المضاف إلى الحقل، ويُعرض بالأرقام المطلقة بالكيلوغرام/هكتار. ويُستمد هذا المقياس من مجموع منتجات النيتروجين الفعلية المضافة طوال موسم الزراعة.

لضمان أعلى دقة في التقييم، تم استخدام البيانات الفعلية المطبقة فقط، باستثناء البيانات المستهدفة والمخططة. ويراعي هذا النهج أيضاً المناطق التي تم فيها تطبيق كميات زائدة أو ناقصة من النيتروجين.

بالتعمق أكثر، قمنا بفحص كل متر مربع لتزويد المزارعين بفهم دقيق لكميات النيتروجين المستخدمة لكل هكتار. تجمع الخريطة أدناه معلومات من جميع عمليات التسميد النيتروجيني الأربع، مما يوفر رؤية موحدة لتوزيع النيتروجين المستخدم خلال الموسم.

جميع البيانات الإحصائية المعروضة هي بيانات مطلقة، مقاسة بالكيلوغرام/هكتار. يساعد التمثيل المرمز بالألوان على سهولة التفسير: يشير اللون الأحمر إلى المناطق التي تم فيها استخدام أقل كمية من النيتروجين، بينما يشير اللون الأخضر إلى المناطق التي تم فيها استخدام أعلى كمية.

امتصاص النيتروجين

يمثل امتصاص النيتروجين (NU) إجمالي كمية النيتروجين التي تستهلكها النباتات طوال موسم نموها. ولحساب امتصاص النيتروجين بدقة، يُؤخذ في الاعتبار عنصران أساسيان: (1) قياس البروتين الخام، كما يلتقطه نظام HarvestLab GrainSensing، و(2) إجمالي كتلة المحصول المحصود.

بالنسبة للقمح، يُعرض توزيع عدد النباتات (NU) بقيم مطلقة، مقاسة بالكيلوغرام/هكتار. ويمكن الاطلاع على تمثيل جغرافي مكاني وإحصائي مفصل لعدد النباتات في الحقل في لقطة الشاشة المرفقة.

كفاءة استخدام النيتروجين

تُقاس كفاءة استخدام النيتروجين (NUE) بنسبة النيتروجين المستهلك إلى إجمالي النيتروجين المُضاف، معبرًا عنها كنسبة مئوية. وهي مشتقة من امتصاص النيتروجين (NU) وإجمالي النيتروجين المُضاف (TAN) المذكورين سابقًا، وتُعتبر قيمة NUE قريبة من 100% مثالية، مما يدل على أن النباتات قد استهلكت تقريبًا كل النيتروجين المُضاف، وبالتالي تحسين المحصول.

ومع ذلك، تشير قيم NUE التي تبلغ حوالي 50% إلى الإفراط في استخدام النيتروجين مع وجود نيتروجين متبقٍ في التربة، في حين أن القيم التي تتجاوز 100% تشير إلى نقص في الاستخدام، حيث تستمد النباتات من مخزون النيتروجين في السنوات السابقة.

كلا السيناريوهين غير مرغوب فيهما: الأول يُعرّض التربة لخطر الإفراط في التسميد، بينما يُستنزف الثاني مواردها. ويُمكن تمثيل هذا التوازن بصريًا في الخريطة أدناه، حيث لُوّنت المناطق القريبة من 50% NUE باللون الأحمر، وتلك القريبة من 100% باللون الأخضر.

فائض النيتروجين

يقيس فائض النيتروجين (NS) الفرق بين إجمالي النيتروجين المُضاف (TAN) وامتصاص النيتروجين (NU) الذي تستهلكه النباتات خلال الموسم، ويُعبّر عنه بوحدة كجم/هكتار. وهو يُشير أساسًا إلى كمية النيتروجين التي لم تستخدمها النباتات، والتي تلعب دورًا محوريًا في تخطيط إضافة النيتروجين للموسم التالي.

يمكن الاطلاع على التوزيع الجغرافي والإحصائي لهذا النيتروجين غير المستخدم، المنتشر عبر الحقل، في الخريطة المرفقة أدناه.

مقارنة بين كتلة الناتج والبروتين الخام

يُعدّ فهم بيانات البروتين الخام أمرًا بالغ الأهمية عند قياس المحصول، إذ يُقدّم رؤى قيّمة حول القيمة الغذائية للمحصول وقيمته السوقية المحتملة. يُستخدم نظام HarvestLab GrainSensing لقياس البروتين الخام، وقد أُرفقت لقطة شاشة توضح ارتباطه بالمحصول كمرجع.

لتصنيف البيانات وفهمها، حددنا عتبات معينة: عتبة البروتين عند 12.51 طن/هكتار، وعتبة الكتلة الرطبة للمحصول عند 7.9 طن/هكتار. بناءً على هذه العتبات، نستخدم مصطلحي "أعلى" و"أدنى" لتوضيح مدى ارتباط البيانات المرصودة بهذه المعايير المحددة. من خلال مقارنة هذه المقاييس وتحليلها، نستطيع استخلاص أفكار قيّمة لتحسين العمليات الزراعية وتطويرها في المواسم اللاحقة.

من خلال دمج المقاييس على خريطة واحدة، يتم تصوير العلاقة بين البروتين الخام والكتلة الرطبة. ويحدد هذا التمثيل الشامل أربعة سيناريوهات متميزة:

1. زيادة في المحصول بمقدار 7.9 طن/هكتار مع زيادة في نسبة البروتين بمقدار 12.51 طن/هكتار
2. إنتاجية أعلى تبلغ 7.9 طن/هكتار مع انخفاض نسبة البروتين إلى 12.5%
3. انخفاض المحصول بمقدار 7.9 طن/هكتار مع ارتفاع نسبة البروتين 12.5%
4. انخفاض المحصول بمقدار 7.9 طن/هكتار مع انخفاض نسبة البروتين بمقدار 12.5%

الخاتمة

1. البيانات: بفضل التكامل السلس مع مركز عمليات جون دير، يضمن نظام GeoPard جمع البيانات بدقة وفي الوقت الفعلي، مما يشكل أساسًا لجميع التحليلات اللاحقة. ويُعدّ دمج البيانات المقاسة الفعلية من نظام HarvestLab GrainSensing مع البيانات التطبيقية الفعلية أمرًا بالغ الأهمية، إذ يضمنان معًا دقةً لا مثيل لها في الحسابات.
2. امتصاص النيتروجين (NU) وإجمالي النيتروجين المضاف (TAN)يُعدّ هذان المقياسان أساسيين لمزارعي المحاصيل الذين يسعون إلى فهم توازن وديناميكية النيتروجين في حقولهم. فهما معًا يُقدّمان صورة كاملة لدورة حياة النيتروجين على مدار الموسم.
3. كفاءة استخدام النيتروجين (NUE): يُعدّ مؤشر كفاءة استخدام النيتروجين (NUE) مقياسًا رئيسيًا لتقييم فعالية استخدام النيتروجين في الحقل. ومن خلال تحديد المناطق ذات قيم NUE المتفاوتة، يستطيع مزارعو المحاصيل تحديد فرص تحسين استراتيجيات استخدام النيتروجين وتطوير الممارسات الزراعية بشكل عام.
4. فائض النيتروجين (NS): توفر خدمة التغذية التكميلية (NS) رؤى بالغة الأهمية يمكن أن تؤثر على استراتيجيات تطبيق معدل التسميد المتغير (VRA) للموسم القادم. ومن خلال معالجة النيتروجين غير المستغل، يستطيع المزارعون اتخاذ قرارات مدروسة لتعديل خطط التسميد الخاصة بهم.

من وجهة نظر المزارع، يُعدّ دمج جمع البيانات الدقيقة مع التحليلات المتعمقة نقلة نوعية. فالأمر لا يقتصر على تحقيق التوازن في استخدام النيتروجين فحسب، بل يتعداه إلى فهم تعقيدات زراعة المحاصيل بشكل مستدام، وضمان أفضل إنتاجية ممكنة، والحفاظ على صحة الأرض للمواسم القادمة.

نبذة عن الشركات

جيبارد تُعدّ GeoPard شركة رائدة في مجال برمجيات الزراعة الدقيقة. تأسست الشركة عام ٢٠١٩ في مدينة كولونيا الألمانية، ولها حضور عالمي. تقدم الشركة مجموعة من الحلول التي تساعد المزارعين على تحسين عملياتهم وزيادة إنتاجهم. وبتركيزها على الاستدامة والاقتصاد المتجدد، تسعى GeoPard إلى تعزيز ممارسات الزراعة الدقيقة في جميع أنحاء العالم.

يشمل شركاء الشركة علامات تجارية معروفة مثل جون دير، وكورتيفا أجريسنس، وفايفر آند لانجن، وجمعية فول الصويا في ولاية أيوا، وغيرها الكثير.

LVA, شركة ألتنفيدينجن، المتخصصة في الآلات الزراعية، هي شركة متوسطة الحجم ذات تاريخ طويل ولها فروع في ساكسونيا-أنهالت، وبراندنبورغ، وساكسونيا السفلى. وتركز الشركة على المبيعات والتصدير والتأجير وخدمات ورش العمل وقطع الغيار للآلات الزراعية، بالإضافة إلى الخدمات الزراعية. وتُعدّ LVA من أنجح وكلاء جون دير في أوروبا لأكثر من 30 عامًا.

يقدم القسم الزراعي في LVA خدمات مثل الاستشارات الزراعية الدقيقة، ومسح التربة، وتحليلات البيانات، وشبكة RTK لتصحيح نظام تحديد المواقع العالمي (GPS).

يوجد اليوم 100 موظف في موقع ألتنفيدينجن، و220 زميلاً آخر في المواقع الأخرى في ساكسونيا السفلى وبراندنبورغ وساكسونيا-أنهالت. ومن بينهم حوالي 40 متدرباً.