Innowacje w polskim rolnictwie
Europejski Fundusz na rzecz Rozwoju Obszarów Wiejskich: Europa inwestująca w obszary wiejskie”
Tytuł operacji: Scan Spectrum - innowacja w polskim rolnictwie
Projekt współfinansowany jest ze środków Unii Europejskiej w ramach działania „Współpraca”
Programu Rozwoju Obszarów Wiejskich na lata 2014-2020
Numer umowy: 00080.DDD.6509.00282.2022.03
Budżet operacji: 6 642 692,78 zł
Kwota dofinansowania: 5 080 975,00 zł, w tym ze środków EFRROW w wysokości 3 233 024,29 zł, z krajowych środków publicznych w wysokości 1 847 950,61 zł.
News
Aktualności
ScanSpectrum - Innowacja w Polskim rolnictwie
1/1/2023
Rozpoczynamy nowy rok, a wraz z nim projekt Scan Spectrum – innowacja w polskim rolnictwie.…
Pierwsze kampanie pomiarowa pszenicy i rzepaku
3/1/2023
Rozpoczynamy pierwsze kampanie pomiarowe w uprawach pszenicy i rzepaku, które pozwolą na…
Pierwsze kampanie pomiarowe jęczmienia i kukurydzy
4/2/2023
Rozpoczynamy pierwszą kampanię pomiarową w uprawie jęczmienia oraz kukurydzy, koncentrując się na…
Kolejne prace polowe
5/2/2023
W trakcie drugiej oraz trzeciej kampanii pomiarowej w uprawach pszenicy, rzepaku, kukurydzy oraz…
Project summary
Podsumowanie projektu
Celem operacji jest wytworzenie ulepszonych innowacji organizacyjnych oraz technologicznych w zakresie badań roślin oraz przekładania wyników na precyzję wykorzystania nawozów i optymalizację środowiska rozwoju roślin. W ramach operacji wytworzona zostanie aparatura pomiarowa, która na podstawie techniki spektrofotometrii zbierze dane o zasobności roślin w azot, wilgotności rośliny oraz wskaźnika stresowego. Wytworzone zostanie rozwiązanie pozwalające na automatyczne generowanie map do precyzyjnego nawożenia na podstawie skorygowanego wskaźnika zapotrzebowania roślin na azot. Ponadto za pomocą aparatury, możliwe będzie zebranie danych takich jak wilgotność rośliny oraz ilość suchej masy, pozwalających na określenie optymalnego terminu zbioru kukurydzy na kiszonkę.
The purpose of the operation is to develop improved organizational and technological innovations in the field of plant research and translation of the results into precision in the use of fertilizers and optimization of the plant development environment. The operation will produce a measuring device that will collect data on plant nitrogen abundance, plant moisture and stress index based on spectrophotometry technique. A solution will be produced that will allow automatic generation of maps for precise fertilization on the basis of the corrected nitrogen demand index of plants. In addition, with the help of the innovation, it will be possible to collect data such as plant moisture and the amount of dry matter, allowing to determine the optimal date for harvesting corn for silage.
Activities description
Opis działań
Realizacja projektu nastąpi w ciągu 5 etapów. Każdy z członków konsorcjum będzie prowadził szereg działań prowadzących do wytworzenia innowacji na skutek prac badawczo-rozwojowych. Do głównych zadań będzie należało wsparcie w zakresie pobierania próbek roślin a nastęnie ich analizowania, prowadzenia odpowiedniej agrotechniki oraz wewnętrznej współpracy oraz zakup niezbędnych urządzeń i maszyn do przeprowadzenia operacji. Konsorcjanci zobowiązują się realizować projekt zgodnie z jego metodologią oraz założeniami.
The project will be carried out in 5 stages. Each member of the consortium will carry out a series of activities leading to the creation of innovations as a result of research and development work. The main tasks will include support for plant sampling and subsequent analysis, conducting appropriate agrotechnology and internal cooperation, as well as the purchase of the necessary equipment and machinery to carry out the operation. The consortium members undertake to implement the project in accordance with its methodology and objectives.
Context
Kontekst projektu
Potrzeba realizacji operacji jest uzasadniona wynikami badań naukowych w rozumieniu art. 4. Ust. 2 ustawy z dnia 20 lipca 2018 r. Prawo o szkolnictwie wyższym i nauce. Badania naukowe jednoznacznie wskazują potrzebę rozwiązań, które pozwolą na określenie zaopatrzenia roślin w substancje odżywcze, co umożliwia dostosowanie prowadzonych zabiegów agrotechnicznych do bieżącego zapotrzebowania upraw, a w efekcie osiągnięcie optymalnych plonów. W tym zakresie kluczowa jest możliwość określenia zasobności azotu w badanej roślinie, a poza tym określenie ilości wody w roślinie oraz potencjalnego występowania w niej stresów. Wdrożenie urządzeń o określonych możliwościach analitycznych może mieć istotny wpływ na redukcję zanieczyszczeń spowodowanych nieprzyswojonym nadmiarem składników pokarmowych zastosowanych w nawozach. Uzyskane pomiary będą mogły posłużyć do stworzenia map wykorzystywanych do precyzyjnego nawożenia.
Planowana operacja bardzo mocno wpisuje się w założenia Wspólnej Polityki Rolnej w zakresie rozwiązań konkurencyjnych, niskoemisyjnych oraz przyjaznych dla klimatu i odpornych na jego zmianę poprzez skupianiu się na wytworzeniu innowacji związanych z wytworzeniem i usprawnieniem innowacji technologicznych i organizacyjnych skupionych wokół optymalizacji podstawowych zasobów zużywanych w rolnictwie i kształtujących plon – nawozów oraz wody. Optymalizacja zasobów ma wiele pozytywnych skutków, zarówno dla rolnika jak i całej gospodarki – nawozy są aplikowane tylko w takiej ilości, w jakiej są potrzebne co pozwala zredukować koszty finansowe u rolnika oraz ograniczyć niefinansowe koszty środowiskowe. W wyniku tego można otrzymać tą samą ilość płodów rolnych przy wykorzystaniu mniejszej ilości zasobów do ich produkcji. Optymalne wykorzystanie zasobów wpisuje się w założenia rolnictwa zrównoważonego.
Ograniczenie zużycia zasobów jest jednym z głównych wyzwań stojących przed europejskimi producentami żywności. Zastosowanie proponowanego rozwiązania, może przyczynić się do efektywniejszego zarządzania zasobami oraz ograniczenia strat wynikających ze stosowania nieodpowiedniej dawki nawozu. Wykorzystanie map sporządzonych na podstawie danych o zasobności roślin w azot i wodę do prowadzonych zabiegów agrotechnicznych i dostosowania optymalnej dawki nawozu może wpłynąć na wzrost jakości osiąganych plonów. Dzięki temu, poza korzyściami dla środowiska naturalnego, może przyczynić się do zwiększenia zysków. Wykorzystanie innowacji przy produkcji kiszonki pozwoli na osiągniecie wyższej produktywności dzięki wyznaczeniu optymalnego terminu zbioru kukurydzy na kiszonkę. Błędów popełnionych w trakcie produkcji kiszonki nie można później zniwelować, dlatego należy prowadzić odpowiednie działania na każdym etapie produkcji, również podczas zbioru. Tym samym innowacja będąca przedmiotem operacji może przyczynić się do wzrostu rentowności gospodarstw rolnych przy jednoczesnym zmniejszeniu ich negatywnego wpływu na środowisko. Pozwoli to również na harmonijne wykorzystanie zasobów od których rolnictwo jest zależne.
The need for the implementation of the operation is justified by the results of scientific research within the meaning of Article 4. Paragraph 2 of the Law of July 20, 2018 Law on Higher Education and Science. Scientific research clearly indicates the need for solutions to determine the supply of nutrients to plants, which makes it possible to adjust the agrotechnical treatments carried out to the current needs of crops and, as a result, achieve optimal yields. In this regard, the ability to determine the abundance of nitrogen in the plant under study is crucial, in addition to determining the amount of water in the plant and the potential occurrence of stresses in the plant. The implementation of equipment with specific analytical capabilities can have a significant impact on reducing pollution caused by unabsorbed excess nutrients used in fertilizers. The measurements obtained will be able to be used to create maps used for precise fertilization.
The planned operation is very much in line with the Common Agricultural Policy in terms of competitive, low-carbon, climate-friendly and climate-resilient solutions by focusing on the generation of innovations related to the creation and improvement of technological and organizational innovations centered around the optimization of the basic resources used in agriculture and shaping yields - fertilizers and water. Optimization of resources has many positive effects, both for the farmer and the economy as a whole - fertilizers are applied only as much as they are needed, which reduces financial costs for the farmer and non-financial environmental costs. As a result, the same amount of agricultural crops can be obtained while using fewer resources to produce them. Optimal use of resources is part of the concept of sustainable agriculture.
Mistakes made during silage production cannot be corrected later, so appropriate measures must be carried out at every stage of production, including during harvesting. Thus, the innovation that is the subject of the operation can contribute to increasing the profitability of farms while reducing their negative impact on the environment. It will also allow harmonious use of the resources on which agriculture depends.
Additional information
Dodatkowe informacje
W wyniku badań zostaną opracowane algorytmy pozwalające na znaczne poprawienie skuteczności rolnictwa precyzyjnego. Algorytmy służące do tworzenia map nawożenia oraz kontrolowania ilości suchej masy w kukurydzy. Mogą one zostać wykorzystane w szeroko pojętych systemach wspomagających podejmowanie decyzji lub systemach ERP wykorzystywanych w dużych gospodarstwach. Oprócz wartości naukowej algorytmy mogą zostać wykorzystane w wielu prywatnych podmiotach. W obliczu zaostrzającej się polityki nawozowej wpłyną one korzystnie na redukcję użytych nawozów azotowych. Algorytmy te wpłyną również na jakość produkowanych pasz w gospodarstwach, pozwalając na określenie momentu zbioru kukurydzy na podstawie zawartości suchej masy. Zakładane założenia będą miały pozytywny wpływ na zakresy ekonomiczne gospodarstwa, ze względu na ograniczenie kosztów związanych z doborem odpowiedniej ilości nawozów zużywanych w celu nawożenia upraw oraz wspomogą gospodarstwa produkujące kiszonkę z kukurydzy. Zastosowanie to będzie miało na celu wspomaganie użytkownika w podejmowaniu decyzji ustalenia terminu zbioru kukurydzy na podstawie określenia odpowiedniego stosunku suchej masy w roślinie. Algorytmy znajdą swoje zastosowanie u producentów rozsiewaczy do nawozów oraz maszyn rolniczych posiadających terminale. Może to być ważny impuls dla polskich producentów maszyn rolniczych oraz rozwoju rolnictwa precyzyjnego, ponieważ wiele z nich dopiero wkracza w etap oferowania maszyn opartych na systemach rolnictwa precyzyjnego, a zapotrzebowanie na tego typu rozwiązania wzrasta w bardzo szybkim tempie.
As a result of the research, algorithms will be developed to significantly
improve the efficiency of precision agriculture.
The algorithms will make it possible to create fertilization maps and control the amount of dry matter in corn.
They can be used in decision support systems or ERP systems used on large farms.
In addition to their scientific value, the algorithms can be used in many private entities.
In the face of tightening fertilizer policies, they will positively influence the reduction
of nitrogen fertilizers used. The algorithms will also affect the quality of forage produced
on farms by allowing the timing of corn harvest to be determined based on dry matter content.
The assumptions will have a positive impact on the economic ranges of the farm, due to the reduction
of costs associated with selecting the appropriate amount of fertilizer used to fertilize the crop,
and will assist farms producing corn silage. The application will be designed to assist the user
in deciding when to harvest corn based on determining the appropriate dry matter ratio in the plant.
The algorithms will find their use with manufacturers of fertilizer spreaders and agricultural machinery
equipped with terminals. This could be an important boost for Polish manufacturers of agricultural machinery
and the development of precision farming, as many of them are just entering the stage of offering machinery
based on precision farming systems, and the demand for such solutions is growing rapidly.
Benefits
Główne korzyści
Rezultatem operacji ma być wdrożenie ulepszonych innowacji w zakresie technologii, oraz metod organizacji. Główną korzyścią operacji jest możliwość korzystania z map do precyzyjnego nawożenia przez producentów rolnych. Producenci będą mogli zarządzać też procesami związanymi produkcją kukurydzy na kiszonkę w sposób cyfrowy.
Głównymi korzyściami dla końcowych użytkowników są: zmniejszenie kosztów produkcji, zmniejszenie kosztów zarządzania, zmniejszenie kosztów środowiskowych (zużycia nawozów oraz emisji gazów cieplarnianych) oraz zwiększenie swojej pozycji marketingowej. Ogół tych działań przekłada się na zwiększenie poziomu innowacyjności w branży rolnej na terenie Polski oraz zwiększeniu poziomu ochrony środowiska oraz łagodzenia efektów zmian klimatu.
The operation is expected to result in the implementation of improved innovations in technology, and methods of organization. The main benefit of the operation will be the ability for agricultural producers to use maps for precision fertilization. Producers will also be able to manage processes related to corn silage production with a digital approach.
The main benefits for end users are reduced production costs, reduced management costs, reduced environmental costs (fertilizer use and greenhouse gas emissions) and increased marketing positioning. The totality of these activities translates into increased levels of innovation in the agricultural industry in Poland and increased levels of environmental protection and climate change mitigation.
Expected results
Oczekiwane rezultaty
Realizacja operacji będzie zakończona opracowaniem praktycznego rozwiązania cyfrowego, które z powodzeniem będzie mogło zostać zastosowane przez rolnika. Cyfryzacja procesów w rolnictwie niesie potencjał do zwiększenia wydajności gospodarstw rolnych, jednocześnie wpływając na zrównoważony rozwój sektora rolnego zarówno pod katem ekonomicznym i ekologicznym. Ich podstawą są zestawy danych, które podlegają przetworzeniu dla celów wymaganych w gospodarstwie. Operacja obejmuje stworzenie aparatury pomiarowej pozwalającej na odczytywanie wskaźnika azotu skorygowanego o wskaźnik stresowy rośliny i poziom jej wilgotności. Na podstawie wskaźnika możliwe będzie tworzenie precyzyjnych map, które rolnik będzie mógł wykorzystać przy realizacji precyzyjnych zabiegów agrotechnicznych. Będzie to rozwiązanie cyfrowe, które pozwoli to rolnikowi między innymi na stosowanie optymalnej dawki nawozu. Aparatura będąca przedmiotem operacji umożliwi wyznaczenie optymalnego terminu zbioru kukurydzy na kiszonkę. Ponadto zostanie stworzona aplikacja przeznczona o zarządzania tym procesem. Opracowane rozwiązanie zostanie udostępnione do użytku w formie rozwiązania oprogramowania cyfrowego. Ze względu na niewielkie koszty dystrybucji rozwiązań cyfrowych, produkt w postaci aplikacji będzie konkurencyjną ofertą na rynku cyfrowych usług rolniczych. Rolnicy są grupą użytkowników, którzy oczekują takich interfejsów, które nie odbiegają od powszechnych rozwiązań, a nowe funkcje prezentują za pomocą prostych w obsłudze i znajomych elementów. Dlatego też, szczególe uwaga poświęcona zostanie dziedzinie user experience (UX). Dzięki wykorzystaniu formy cyfrowej dane będą mobilne, a koszty wdrożenia w gospodarstwie niewielkie. Zastosowanie rozwiązania cyfrowego w postaci map pozwoli korzystającemu z niego rolnikowi na optymalizację zużycia nawozów oraz maksymalizację wielkości plonów przy zachowaniu wysokiej jakości produktów. Stosowanie optymalnej dawki nawozu przełoży się bezpośrednio na wynik ekonomiczny gospodarstw. Metody organoleptyczne stosowane w celu określenia zaopatrzenia roślin w substancje odżywcze są mało precyzyjne, z tego względu rolnicy są zainteresowani rozwiązaniami, których wdrożenie w gospodarstwie przyczyni się do osiągnięcia realnych korzyści. Wskaźnik określny na podstawie informacji wynikających z pomiarów poziomu azotu, skorygowany zostanie między innymi o dane o wilgotność rośliny. W efekcie rolnik dysponować będzie precyzyjnymi danymi dotyczącymi odżywieni roślin w postaci mapy. Dzięki wykorzystaniu rozwiązania cyfrowego wspomagającego proces zarządzania zbiorem kukurydzy na kiszonkę, rolnik będzie mógł osiągnąć większe korzyści z wydajności plonu jak i zawartości białka w surowcu przeznaczonym na kiszonkę, co wpłynie na rentowność upraw.
Implementation of the operation will culminate in the development of a practical digital solution that can be successfully applied by the farmer. Digitization of agricultural processes carries the potential to increase farm productivity, while affecting the sustainability of the agricultural sector both economically and ecologically. They are based on data sets that are processed for the purposes required on the farm. The operation includes the creation of a measuring device to read the nitrogen index corrected for the plant's stress index and moisture level. On the basis of the index, it will be possible to create precise maps that the farmer will be able to use when implementing precise agrotechnical measures. This will be a digital solution that will allow the farmer, among other things, to apply the optimal dose of fertilizer. The measuring apparatus that is the subject of the operation will make it possible to determine the optimal date for harvesting corn for silage.to-use and familiar elements. Therefore, special attention will be paid to the field of user experience (UX). Thanks to the use of digital form, the data will be mobile and the costs of implementation on the farm will be low. The use of a digital solution in the form of maps will allow the farmer using it to optimize the use of fertilizers and maximize yields while maintaining high quality products. The use of the optimal dose of fertilizer will translate directly into the economic result of farms.r plant moisture data, among other things. As a result, the farmer will have precise plant nutrition data in the form of a map. By using a digital solution to support the process of managing the corn silage harvest, the farmer will be able to achieve greater benefits in yield efficiency as well as protein content of the silage feedstock, which will affect the profitability of the crop.
Justification of the need to implement the project
Uzasadnienie potrzeby realizacji projektu
Realizacja operacji jest niezmiernie istotna z punktu widzenia rozwoju rolnictwa precyzyjnego w Polsce. Rynek usług cyfrowych dla rolnictwa powinien rosnąć w tempie ponad 13% rocznie, będąc najszybciej rosnącą gałęzią branży rolno-spożywczej. Nowoczesne rolnictwo opiera się w bardzo mocno na udziale nowoczesnych maszyn. Zabiegi agrotechniczne w tym nawożenie zostało już dawno zmechanizowane lecz ciągły postęp techniczny pozwala na zwiększenie dokładności aplikacji nawozów. Dzięki elektronice w maszynach autonomiczność zabiegów staje się bardzo wysoka a rolnicy mogą w ten sposób poprawić opłacalność produkcji zwiększając tym samym jej skale i ograniczając nakłady produkcji jednostki plonu. Niezbędnym elementem do wyznaczania dawek nawozów jest określenie zasobności gleby i stanu odżywienia roślin (Walczykova 20212). Wraz ze wzrostem powierzchni pola rosną koszty diagnostyki, ponieważ potrzeba stosować nowoczesne urządzenia do pobierania próbek i aplikacji nawozów (Carter i Gregorich 2008). Metody stosowane dotychczasowo mogą oznaczać pogorszenie dokładności otrzymanego wyniku, dlatego też powinny one ustąpić miejsca nowym technologiom takim jak mobilny spektrofotometr, skanery barwy liści, lotnicza analiza typów gleby. Dzięki tym urządzeniom możliwe jest precyzyjne określenie minimalnej ilości próbek oraz ich lokalizacji w oparciu o zmienność zasobności gleb na polu. Potrzeba realizacji projektu opiera się na dwóch filarach - wymogach ograniczania zużycia nawozów oraz środków ochrony roślin w produkcji rolnej, co wynika z polityki od Pola do Stołu w ramach Zielonego Ładu - rolnicy europejscy są zobligowani do zredukowania ilości zużycia nawozów i pestycydów o 50% do roku 2030. Zmniejszenie zużywanych zasobów przy zachowywaniu prawidłowego poziomu produkcji wymaga szczegółowego, precyzyjnego podejścia do zarządzania produkcją rolną oraz doboru dawki nawozu, co będzie ułatwione w wyniku innowacji wytworzonych w ramach wniosku. Jednym z programów Zielonego Ładu jest program ,,Horyzont Europa” którego celem misji w dziedzinie zdrowia gleby i żywności zakłada się opracowanie rozwiązań służących przywróceniu zdrowia i funkcji gleby. Zdobyta wiedza oraz innowacje mają przyczynić się również do zwiększenia skali podejść agroekologicznych w produkcji podstawowej w dziedzinie agroekologii. Skutkiem tych działań ma być ograniczenie stosowania pestycydów, nawozów i środków przeciwdrobnoustrojowych. W ramach rozwoju programu. Komisja zapewnia współpracę z państwami członkowskimi w celu wzmocnienia roli europejskiego partnerstwa innowacyjnego na rzecz zrównoważonego rolnictwa (EIP-AGRI) w ramach planów strategicznych. Pomysły dotyczące precyzyjnego nawożenia oraz ochrony środowiska są wynikiem rozeznania rynku oraz konsultacji z wieloma rolnikami, przedsiębiorcami czy korporacjami. Także publikacje naukowe dotyczące zanieczyszczenia wód z naciskiem na azot i fosfor ze źródeł rolniczych i kierunki działań na rzecz ich ochrony, mogą być podstawą do uzasadnienia potrzeby realizacji operacji dotyczących inwestycji w tworzenie nowych, bądź ulepszenie dotychczasowych rozwiązań rolnictwa precyzyjnego. Zostało to przedstawione w prezentacji przygotowanej przez dr hab. Stefana Pietrzaka: “Prowadzenie działań mających na celu ochronę wody przed zanieczyszczeniem substancjami biogennymi rozproszonymi ze źródeł rolniczych, takimi jak azot i fosfor, jest w Polsce formalno-prawną powinnością, a jest zarazem realnie występującą potrzebą. W porządku formalno-prawnym wymóg prowadzenia działań w tym zakresie wynika w szczególności z takich dokumentów, jak: dyrektywa azotanowa; ramowa dyrektywa wodna; dyrektywa ramowa w sprawie strategii morskiej, Konwencja Helsińska.” Ochrona środowiska jest obecnie jednym z priorytetów polityki UE i zarazem jednym z najważniejszych wyzwań. Zasady ochrony środowiska oraz troska o stan dóbr publicznych są coraz bardziej wymagane przepisami prawa. W odniesieniu do działalności rolniczej istnieją również wymagania względem funkcjonowania gospodarstw (cross- -compliance). Projekt wynika z potrzeb ograniczenia zanieczyszczenia środowiska nadmiarem stosowanych nawozów azotowych, zmniejszeniem emisji CO2 do środowiska oraz optymalizacji kosztów związanych z nieprawidłowo dobieranymi dawkami nawozowymi oraz skutkami pobocznymi jakie za tym idą.
The implementation of the operation is extremely important from the point of view of the development of precision farming in Poland. The market of digital services for agriculture should grow at a rate of over 13% annually, being the fastest growing branch of the agri-food industry. Modern agriculture relies heavily on modern machinery. Agrotechnical treatments, including fertilization, have long been mechanized, but continuous technical progress allows for increasing the accuracy of fertilizer application. Thanks to the electronics in the machines, the autonomy of treatments becomes very high and farmers can thus improve the profitability of production, thus increasing its scale and reducing the production inputs per unit of yield. An essential element for determining the doses of fertilizers is to determine the soil fertility and the nutritional status of plants (Walczykova 20212). With the increase of the field area, the costs of diagnostics increase, because modern equipment for sampling and fertilizer application is needed (Carter and Gregorich 2008). The methods used so far may mean a deterioration in the accuracy of the obtained result, which is why they should give way to new technologies such as a mobile spectrophotometer, leaf color scanners, aerial analysis of soil types. Thanks to these devices, it is possible to precisely determine the minimum number of samples and their location based on the variability of soil fertility in the field. The need to implement the project is based on two pillars - the requirements to reduce the use of fertilizers and plant protection products in agricultural production, which results from the Farm to Fork policy under the Green Deal - European farmers are obliged to reduce the amount of fertilizers and pesticides used by 50% by 2030. Reducing the resources used while maintaining the correct level of production requires a detailed, precise approach to the management of agricultural production and the selection of the dose of fertilizer, which will be facilitated by the innovations created under the application. One of the Green Deal programs is the Horizon Europe programme, whose mission in the field of soil health and food is to develop solutions to restore soil health and function. The acquired knowledge and innovations are also to contribute to the scale-up of agroecological approaches in primary production in the field of agroecology. The effect of these actions is to reduce the use of pesticides, fertilizers and antimicrobials. As part of program development. The Commission is working with Member States to strengthen the role of the European Innovation Partnership for Sustainable Agriculture (EIP-AGRI) in the Strategic Plans. Ideas for precise fertilization and environmental protection are the result of market research and consultations with many farmers, entrepreneurs and corporations. Also, scientific publications on water pollution, with an emphasis on nitrogen and phosphorus from agricultural sources, and directions of activities for their protection, may be the basis for justifying the need to carry out operations related to investments in the creation of new or improvement of existing precision farming solutions. This was presented in a presentation prepared by dr hab. Stefan Pietrzak: “Conducting activities aimed at protecting water against pollution with nutrients dispersed from agricultural sources, such as nitrogen and phosphorus, is a formal and legal obligation in Poland, and is also a real need. In the formal and legal order, the requirement to conduct activities in this area results in particular from such documents as: Nitrates Directive; the water framework directive; Marine Strategy Framework Directive, Helsinki Convention.” Environmental protection is currently one of the priorities of EU policy and one of the most important challenges. The principles of environmental protection and care for the condition of public goods are increasingly required by law. With regard to agricultural activity, there are also requirements regarding the functioning of farms (cross-compliance). The project results from the need to reduce environmental pollution with the excess of nitrogen fertilizers used, reduce CO2 emissions to the environment and optimize the costs associated with incorrectly selected fertilizer doses and the resulting side effects.
Developing the main goal and specific goals
Rozwinięcie celu głównego oraz celów szczegółowych
Cel główny operacji to wytworzenie ulepszonych innowacji organizacyjnych oraz technologicznych w zakresie badań roślin oraz przekładania wyników na precyzję wykorzystania nawozów i optymalizację środowiska rozwoju roślin. W ramach operacji wytworzona zostanie aparatura pomiarowa, która na podstawie techniki spektrofotometrii zbierze dane o zasobności roślin w azot, wilgotności rośliny oraz wskaźnika stresowego. W odróżnieniu od aktualnie dostępnej aparatury na rynku, urządzenie to będzie przekazywać informacje oraz zbierać dane do chmury ze względu na bezpośrednie połączenie z urządzeniem mobilnym. Dzięki temu możliwe będzie odczytanie wskaźnika azotu skorygowanego o wskaźnik stresowy i wilgotności rośliny w trakcie jej wegetacji bez potrzeby analogowego zapisu danych. Wytworzone zostanie rozwiązanie pozwalające na automatyczne generowanie map do precyzyjnego nawożenia na podstawie skorygowanego wskaźnika zapotrzebowania roślin na azot. Mapy te zostaną wykorzystane w terminalach maszyn przystosowanych do analizy danych cyfrowych w celu stosowania precyzyjnych dawek nawozów. Ponadto za pomocą aparatury, możliwe będzie zebranie danych takich jak wilgotność rośliny oraz ilość suchej masy, pozwalających na określenie optymalnego terminu zbioru kukurydzy na kiszonkę. Cel główny ma przełożyć się na poprawę wyników gospodarstw w zakresie opłacalności produkcji, zwiększenie ochrony środowiska i łagodzenie zmian klimatu jak również wspomóc w produkcji wysokiej jakości pasz w gospodarstwie.
Cele szczegółowe to wytworzenie rozwiązania pozwalającego na tworzenie map kondycji roślin, map zawartości azotu w roślinach, automatyczne generowanie map potrzeb nawożenia i wilgotności, usprawnienie skuteczności procesu nawożenia, innowacje polegające na udoskonaleniu określania terminów zbioru kukurydzy na kiszonkę. Zmiana jakościowa może zostać zweryfikowana poprzez możliwość automatycznego wytworzenia mapy wilgotności roślin i potrzeb nawozowych na podstawie danych otrzymanych bezinwazyjnie z rośliny. Mapy te będą wykorzystane w urządzeniach takich jak rozsiewacz do nawozów czy ciągnik z terminalem pozwalającym na przetwarzanie danych cyfrowych z wykorzystaniem dzielonej dawki nawozowej. Będzie to miało istotny wpływ na zmniejszenie dawek nawozowych oraz wyrównanie plonu pod względem jakości. Posiadanie map kondycji roślin pozwoli również zwrócić uwagę na fragmenty pola które różnią się właściwościami od pozostałej części pola. Dzięki temu rolnik może podjąć działania mające na celu podniesienie warunków zasobności gleby w wybranym fragmencie pola. Dzięki przeprowadzeniu pomiarów użytkownik otrzymuje wyniki pozwalające na dobór odpowiedniego terminu zbioru kukurydzy na kiszonkę, na podstawie zawartości suchej masy w roślinie. Przełoży się to na polepszenie procesu zakiszania oraz poprawę właściwości jakościowych paszy. Urządzenie pozwoli nam na przeprowadzenie tych badań bez konieczności pobierania prób w celu ich ważenia bądź dostarczenia do laboratorium. QED będzie podawało wynik końcowy który będzie zapisywany w formie umożliwiającej zapis bezpośrednio do chmury, dzięki czemu użytkownik będzie miał gotową bazę wyników dostępną w swoim urządzeniu, z możliwością pobrania ich w celu przetwarzania lub udostępniania.
Ulepszonej innowacji technologicznej dotyczy: nawożenia, określania suchej masy kukurydzy oraz rozwoju technicznego narzędzia. Cechami jakościowymi wyróżniającymi tą innowacje będą nowe bądź ulepszone współczynniki kalibracji danych dla roślin uprawnych, nowe współczynniki kalibracji względem n-testerów dostępnych obecnie na rynku, nowe bądź ulepszone rozwiązania technologiczne w postaci narzędzi do pomiarów parametrów roślin. Finalnie wytworzone zostanie narzędzie które da nam możliwość utworzenia map nawożenia przy wykorzystaniu ulepszonych wskaźników kalibrujących oraz danych przeprowadzonych pomiarów. Urządzenie umożliwi również uzyskanie danych dotyczących zawartości suchej masy w kukurydzy. Dane te będą wykorzystywane w gospodarstwach produkujących kiszonkę z kukurydzy. Wszystkie dane pobierane podczas badań urządzeniem QED są przekazywane bezpośrednio do chmury. Na rynku tylko fluorymetr Multispeq może przekazywać dane za pomocą bluetooth. QED dzięki połączeniu USB może zapewnić wysoką prędkość przesyłu danych spektralnych oraz kompatybilności nawet ze starszymi urządzeniami. Urządzenie będzie używane bez konieczności przerywania badań ze względu na zasilanie zewnętrzne. Większość konkurencyjnych produktów ma wbudowane ogniwa wymagające ładowania, co uniemożliwia pomiary. W przypadku QED będziemy mieli możliwość podłączania kolejnych banków energii oraz kontynuowania badań, bez ryzyka utracenia wcześniejszych wyników. Ogół cech zawartych w urządzeniu QED ma sprawić, że użytkownik finalnie będzie mógł ograniczyć koszty związane z nawożeniem azotowym swoich upraw, co przełoży się na poprawę ekonomii gospodarstwa oraz będzie miało wpływ na ograniczenie przedostawania się nadmiaru nawozów do środowiska. Urządzenie pozwoli również na zwiększenie właściwości pokarmowych kiszonki, co przełoży się na lepsze wyniki ekonomiczne gospodarstwa.
Podsumowując, innowacja technologiczna opiera się na wytworzeniu podręcznego urządzenia operującego na ulepszonych wskaźnikach korygujących służących do ulepszonego sposobu odczytu zawartości azotu i wody w roślinie na podstawie wyszkolonego zestawu danych spektralnych. W praktyce oznacza to, że powstanie narzędzie wraz z oprogramowaniem pomiarowym pozwalające na swobodny pomiar roślin oraz eksport odczytywanych danych do urządzeń mobilnych oraz chmury w sposób dużo bardziej efektywny procesowo i kosztowo w porównaniu do istniejących narzędzi. Narzędzie będzie posiadało następujące cechy oraz funkcjonalności: dokonywanie bezinwazyjnych pomiarów na roślinie, możliwość automatycznego przechowywania danych, możliwość odczytu wielu parametrów za pomocą jednego urządzenia, łatwość użytkowania połączona z niewielkimi rozmiarami urządzenia oraz minimalizowanie błędu operatora dzięki pomiarom spektrofotometrycznym.
Ulepszona innowacja organizacyjna polega na udoskonaleniu organizacji procesów nawożenia oraz produkcji paszowej. Aktualnie dostępne na rynku urządzenia do prowadzenia badań zawartości azotu, nie są w stanie zagwarantować bezpośredniego utworzenia mapy nawozowej dla danej działki z możliwością wykorzystania jej w przystosowanych do danych rozwiązań maszynach takich jak: rozsiewacz do nawozów czy ciągnik z terminalem. Mapy będą wytworzone na podstawie wyników badanych roślin, co pozwoli zminimalizować zużycie nawozu maksymalizując tym samym efektywność produkcji. Narzędzie to będzie funkcjonowało z wykorzystaniem urządzenia mobilnego które będzie jego bezpośrednim źródłem zasilania. Połączenie poprzez port USB gwarantować będzie szybki przesył danych bezpośrednio do wybranej lokalizacji w chmurze, co eliminuje konieczność ręcznego zapisu wyników jak również nie ma konieczności późniejszego eksportu danych z urządzenia na komputer, QED jest w tym aspekcie jedynym takim urządzeniem na rynku. Urządzenie umożliwia rolnikowi zbadanie reprezentatywnej próby liści tak samo jak robi się to w celu badań ich składu chemicznego, bez konieczności pobierania próbek do laboratorium. Zachowanie regularności w monitorowaniu pól pozwala nie tylko na szacowanie precyzyjnych dawek nawozowych ale również pozwala nam określać występowanie stresów roślin takich jak: stres wodny, choroby czy stres świetlny. Wczesna diagnoza występowania stresów pozwoli nam skupić się na zbadaniu narażonych części upraw oraz podjąć działania adekwatne do występujących potrzeb. Ponadto urządzenie wyróżnia się możliwością określania zawartości suchej masy w roślinie kukurydzy. Wyniki badań będą miały istotny wpływ na podejmowanie decyzji dotyczącej określenia terminu zbioru roślin w momencie kiedy stosunek suchej masy w roślinie jest optymalny. Przełoży się to na poprawę jakości zakiszania sieczki w silosach oraz pozwoli na otrzymywanie paszy o bardzo dobrych właściwościach pokarmowych. Tym samym urządzenie staje się jedyną na rynku przenośną technologią pomagającą w podejmowaniu deyczji dotyczących zbioru kukurydzy na kiszonkę w odpowiedniej fazie. Ma to istotny wpływ na zwiększenie właściwości pokarmowych paszy oraz efektywność gospodarstwa. Ta innowacja pozwoli użytkownikowi na zwiększenie efektów organizacyjnych oraz decyzyjnych w jego gospodarstwie dzięki ustaleniu dawek nawozowych określonych pod konkretne obszary zapotrzebowania przez rośliny jak również będzie określać optymalne terminy zbiorów kukurydzy na kiszonkę.
The main objective of the operation is to produce improved organizational innovations and technology in the field of plant research and the translation of results on the precision of the use of fertilizers and the optimization of the plant development environment. As part of the operation, measuring equipment will be manufactured, which, based on the spectrophotometry technique, will collect data on the nitrogen content of plants, plant moisture and stress index. Unlike the equipment currently available on the market, this device will transmit information and collect data to the cloud due to direct connection to a mobile device. Thanks to this, it will be possible to read the corrected nitrogen indicator o stress and moisture index of the plant during its vegetation without the need for analog data recording. A solution will be developed to automatically generate maps for precise fertilization based on the corrected rate of plant nitrogen demand. These maps will be used in machine terminals adapted to analyze digital data in order to apply precise doses of fertilizers. In addition, using the apparatus, it will be possible to collect data such as plant moisture and the amount of dry matter, to determine the optimum date for maize harvest for silage. The main objective is to translate into improved farm performance in terms of production profitability, increase environmental protection and climate change mitigation as well as support production high-quality forage on the farm.
The specific goals are to create a solution that allows you to create maps of the condition of plants, maps of nitrogen content in plants, automatic generation of maps of fertilization needs and humidity, improving the effectiveness of the fertilization process, innovations consisting in improving the determination maize harvest dates for silage. The qualitative change can be verified by the ability to automatically create a map of plant moisture and fertilization needs on the basis of data obtained non-invasively from the plant. These maps will be used in such devices such as a fertilizer spreader or a tractor with a terminal that allows you to process digital data using a divided fertilization dose. This will have a significant impact on reduction of fertilizer doses and equalization of yield in terms of quality. Having maps of the health of the plants will also allow you to pay attention to parts of the field which differ in properties from the rest of the field. Thanks to this, the farmer can take action to improve soil fertility conditions in the selected part of the field. By carrying out the measurements, the user receives the results allowing the selection of the appropriate date for harvesting maize for silage, based on the content dry matter in the plant. This will translate into improving the silage process and improving properties quality feed. The device will allow us to carry out these tests without having to taking samples for weighing or delivery to the laboratory. QED will provide the final result, which will be saved in a form that allows saving directly to the cloud, thanks to which the user will have a ready database of results available on his device, with the possibility of downloading them for processing or sharing.
Improved technological innovation concerns: fertilization, determination of corn dry matter and technical development of the tool. Distinctive qualitative features this innovation will be new or improved data calibration coefficients for crops, new calibration factors for n-testers currently available on the market, new or improved technological solutions in the form of tools for measuring plant parameters. Finally, a tool will be created that will give us the ability to create fertilization maps using improved calibration indicators and measurement data. The device will also allow you to obtain data on the dry matter content of corn. These data will be used on farms producing maize silage. All data collected during tests with the QED device are transferred directly to the cloud. On the market, only the Multispeq fluorimeter can transmit data via bluetooth. Thanks to the USB connection, QED can provide high speed spectral data transfer and compatibility even with older devices. The device will be used without having to stop testing due to external power supply. Most competing products have built-in cells that require charging, which makes measurements impossible. In the case of QED, we will be able to connect more energy banks and continue research without the risk of losing previous results. All the features contained in the QED device are intended to make the user finally able to reduce the costs associated with nitrogen fertilization of your crops, which will translate into improvement of farm economics and will have an impact on limiting leakage excess fertilizers into the environment. The device will also allow you to increase the properties silage, which will translate into better economic results of the farm.
In conclusion, the technological innovation is based on the creation of a handheld operating device on improved correction factors for an improved way of reading the nitrogen content and water in the plant based on a trained set of spectral data. In practice, this means that the tool will be created together with the measurement software allowing for free measurement of plants and export of read data to mobile devices and cloud in a much more process- and cost-effective way compared to existing tools. The tool will have the following features and functionalities: non-invasive measurements on the plant, the ability to automatically store data, the ability to read many parameters with one device, ease of use combined with a small size of the device and minimizing operator error with spectrophotometric measurements.
Improved organizational innovation consists in improving the organization of fertilization processes and fodder production. Currently available on the market devices for testing nitrogen content, are not able to guarantee the direct creation of a fertilizer map for a given plot with the possibility use it in machines adapted to given solutions, such as: fertilizer spreader or a tractor with a terminal. Maps will be created based on the results of the tested plants, which will minimize the use of fertilizer, thus maximizing production efficiency. This tool will function using a mobile device that will be its own direct power source. The connection via the USB port will guarantee fast transfer data directly to a chosen cloud location, eliminating the need for manual recording results as well as there is no need to export data from the device to a computer, QED is the only such device on the market in this aspect. The device enables the farmer to investigate a representative sample of leaves in the same way as is done to study their chemical composition, without the need to take samples to the laboratory. Maintaining regularity in monitoring fields allows not only to estimate precise fertilization doses but also allows us determine the occurrence of plant stresses such as: water stress, diseases or light stress. Early diagnosis of the occurrence of stresses will allow us to focus on examining the exposed parts crops and take actions adequate to the existing needs. In addition, the device stands out the ability to determine the dry matter content in a maize plant. The test results will be had a significant impact on making decisions regarding the date of plant harvest in when the dry matter ratio in the plant is optimal. This will translate into improvement the quality of chaff ensilage in silos and will allow for obtaining very good fodder nutritional properties. Thus, the device becomes the only portable technology on the market helping in making decisions regarding the harvest of maize for silage at the right stage. This has a significant impact on increasing the nutritional properties of the feed and the efficiency of the farm. This innovation will allow the user to increase organizational and decision-making effects in on his farm by setting fertilization doses defined for specific areas of demand by the plants as well as determine the optimal harvest dates for maize for silage.
