ИТ-инструменты улучшают глобальные стратегии управления растениеводством

Вырос в Уругвае — стране, где на каждого человека приходится четыре коровы. Вирджиния Правиа рано погрузился в сельское хозяйство. Летом и в праздничные дни Правиа наблюдала, как ее семья разводила крупный рогатый скот и овец и выращивала такие культуры, как сорго, кукурузу, пшеницу, ячмень и соевые бобы.

Это было незадолго до того, как Pravia развила подобную страсть к жизни за счет земли и делала это устойчивым образом. Теперь, будучи докторантом в Колледже сельскохозяйственных наук, Правиа использует программное обеспечение, разработанное в Пенсильванском университете, чтобы помочь защитить природные ресурсы Уругвая и обеспечить долгосрочные средства к существованию в стране на долгие годы.

Работа с Национальный институт сельскохозяйственных исследований в Треинта-и-Трес, Уругвай, Pravia использует Циклы — вычислительная имитационная модель разработан исследователями в Лаборатория моделирования агроэкосистем штата Пенсильвания — изучить питательные вещества почвы в культурно-пастбищных системах.

По оценкам  Армен Кеманян, адъюнкт-профессор производственных систем и моделирования и ведущий разработчик программного обеспечения, Cycles позволяет фермерам и исследователям прогнозировать и изучать изменения, влияющие на урожай с течением времени.

«Мы создаем компьютерные модели, которые используются для приложений на многих уровнях — на уровне фермы, на уровне исследований и на уровне водораздела», — сказал Кеманян. «Эти модели могут имитировать то, что происходит на ферме с точки зрения производства, используемых питательных веществ, количества урожая, потерь в окружающей среде и воздействия климата».

Используя программное обеспечение Cycles, фермеры могут вводить текущие данные (например, уровень питательных веществ в почве) и видеть потенциальные будущие результаты одним нажатием кнопки — алгоритм программного обеспечения выполняет все расчеты.

Поскольку даже самые незначительные решения по управлению посевами могут иметь потенциально разрушительные последствия в будущем, эти инструменты моделирования могут означать разницу между быстрорастущим урожаем и неплодородным или эродированным полем.

Правиа, один из руководителей проекта, счел эти программные инструменты бесценными при работе на полях Уругвая. Используя Cycles для моделирования уровней углерода и азота, Pravia может работать с местными фермерами для разработки планов управления и обеспечения успешных будущих урожаев.

«В агрономии мы должны интегрировать множество вещей, происходящих в окружающей среде одновременно; например, что происходит с растениями, почвой и климатом», — сказал Правиа. «Инструменты моделирования очень хорошо помогают визуализировать все процессы вместе».

После запуска вычислительных моделей в полевых условиях Pravia безопасно загружает свои данные в Коробка в штате Пенсильвания и система Lion-X, размещенная Институт кибернауки Advanced CyberInfrastructure. Использование этих инструментов облачных вычислений позволяет Правиа сотрудничать с Кеманяном и его командой, несмотря на то, что их разделяют более 5,000 миль.

Этот акцент на междисциплинарном и международном сотрудничестве имеет важное значение для миссии лаборатории, поскольку различные отрасли промышленности могут извлечь выгоду из программного обеспечения Cycles.

Например, Джон Уоллес, ученый с докторской степенью, изучающий науку о растениях, говорит, что одной из областей применения Cycles является индустрия органического земледелия. Поскольку органические фермеры работают без использования синтетических пестицидов и удобрений, умные и творческие решения по управлению культурами необходимы для получения успешного урожая.

«Что мы можем сделать, так это смоделировать множество различных стратегий, адаптировав модель Cycles к органическим практикам», — сказал Уоллес. «Есть потенциал для того, чтобы стать инструментом прогнозирования, а также отличным инструментом обучения. Таким образом, пока фермер планирует свой севооборот, он может использовать эти инструменты, чтобы подумать о том, как он может изменить свои планы управления культурами».

И хотя Cycles еще не попала в руки фермеров Пенсильвании, Уоллес говорит, что общая реакция на эту идею была положительной.

«У нас есть консультативный совет, в который входят некоторые фермеры из органического сообщества в Пенсильвании, и прошлой зимой мы представили им эту идею в ходе открытой дискуссии о потенциальной ценности и о том, как они могут увидеть себя, используя этот инструмент», — сказал Уоллес. . «Мы учли их мнение и теперь работаем над разработкой бета-инструмента для более удобного использования».

Программное обеспечение Cycles не только помогает фермерам в принятии решений по управлению культурами, но и может использоваться для изучения и прогнозирования изменений в сельском хозяйстве из-за изменения климата.

«Раньше можно было догадаться и сказать: «Температура, вероятно, повысится и станет суше, поэтому у нас может снизиться урожайность», — сказал Юнинг Ши, научный сотрудник Департамента наук об экосистемах и управления ими. «Но с помощью моделей мы можем не только количественно оценить эти климатические изменения, но и понять, как с ними бороться».

Как один из соавторов программного обеспечения Cycles, Ши работает с Фелипе Монтесом, научным сотрудником по моделированию систем земледелия, над объединением Cycles с Интегрированная система гидрологического моделирования штата Пенсильвания (PIHM), программное обеспечение, моделирующее гидрологию и перенос питательных веществ в сельскохозяйственных водоразделах. Комбинируя эти инструменты, исследователи получают более полное представление о проблемах, с которыми могут столкнуться природные ресурсы в ближайшие годы.

По словам Кеманяна, эти разнообразные приложения программного обеспечения Cycles являются частью растущей тенденции интеграции ресурсов сельского хозяйства и информационных технологий (ИТ).

«Студенты и молодые исследователи возглавят продвижение этих инструментов, — сказал Кеманян. «Потому что они понимают необходимость беспрепятственного соединения науки и практических приложений с помощью ИТ».

А что касается Правии, хотя она не пасет скот и не возделывает землю, как ее семья, она обязательно продолжит многовековую традицию сельскохозяйственного прогресса с небольшой помощью технологий.

Чтобы узнать больше об ИТ в Penn State, посетите новости.it.psu.edu.

— Рэйчел Гарман, Penn State

Источник: Новости штата Пенсильвания.