Карты потенциала урожайности - почему они, к сожалению, не работают
Карты урожайности известны в сельскохозяйственной практике уже добрых 25 лет. За это время измерение урожайности по конкретным полям и составление карт урожайности по полю значительно улучшились. Поэтому сегодня их качество можно считать достаточно высоким. Теперь возникает вопрос, что делать с картами доходности? Есть две возможности:
(1) Анализ слабых мест производственного результата одного года, хорошая идея!
(2) Основа для выработки решений по управлению посевами на следующий год, лучше не надо!
Почему бы и нет?
Карты потенциала урожайности должны быть рассчитаны на основе серии карт урожайности. Это, в свою очередь, должно быть использовано в точном земледелии, чтобы иметь возможность планировать меры по управлению и использованию операционных ресурсов. На первый взгляд, эта идея имеет смысл. Поэтому многие фермеры также озабочены этой темой и вкладывают средства, например, в системы измерения урожайности в зерноуборочных комбайнах.
Однако желание - отец мысли! Я все еще помню время на рубеже тысячелетий, когда многие пользователи впервые получили многолетние карты урожайности. Отрезвляющий вывод: "Чем больше карт урожайности мы собираем, тем меньше мы понимаем".
Простите? Означает ли это, что чем конкретнее данные, тем очевиднее, что карты потенциальной доходности не работают?
Нам нужно присмотреться!
Профессор Саймон Блэкмор (Университет Харпера Адамса) уже исследовал возможность прогнозирования будущих урожаев в 2002 году, используя структуру 6-летних карт урожайности из Дании. Цель заключалась в создании карт потенциала урожайности, чтобы иметь возможность определить будущие меры управления. Профессор Блэкмор пришел к пяти основным выводам:
- Различия в урожайности между отдельными годами могут оказать наибольшее влияние на урожайность.
- Пространственная изменчивость (структура урожайности) отдельного года ярко выражена.
- Модели доходности за несколько лет аннулируют друг друга.
- Карты трендов урожайности не могут предсказать урожайность следующего года.
- Поэтому вместо урожайности необходимо управлять текущим спросом.
Уровень урожайности, структура урожайности и предсказуемость будущего урожая
Благодаря точным научным данным профессора Блэкмора, мы повторили анализ с картами урожайности из Германии. Мы изучили карты урожайности за 5-8 лет с семи полей из Мекленбурга-Передней Померании, Саксонии-Ангальт, Тюрингии и Саксонии. Точный вопрос заключался в том, можно ли с достаточной уверенностью предсказать будущую доходность на основе исторических данных о доходности? Наши результаты были поразительно четкими!
Однако сначала необходимо провести различие между двумя эффектами при анализе данных:
(A) Эффект №1:
➔ Годовой эффект формирования урожайности, или где находится средняя урожайность поля?
Для каждого поля можно рассчитать среднюю урожайность за определенный период времени. В нашем примере эта средняя урожайность варьировалась от 54 до 89 дт/га, в зависимости от поля и количества рассматриваемых лет.
➔ Однако сейчас волнующий вопрос заключается в том, насколько сильно отдельные годы могут отклоняться от долгосрочной средней урожайности поля? В нашей выборке отклонения в отдельные годы в среднем по всем полям составляют около 17 дт/га (от 7 до 28 дт(га)). Это означает, что только эффект года (хорошие и плохие годы) приводит к изменчивости средней урожайности полей примерно на 34 дт/га. Кто осмелится предсказать среднюю урожайность поля в октябре или марте с качеством около 5 дт/га? Этот человек стал бы человеком в страховании града или у брокеров!
Эффект № 2: Структура урожайности отдельного года или существуют ли пространственно выраженные различия в урожайности в пределах поля и всегда ли они одинаковы?
Различия в урожайности в пределах поля и года более или менее выражены. Степень этой разницы может быть хорошо описана математически путем вычисления стандартного отклонения. Стандартное отклонение - это мера разброса значений характеристики вокруг ее среднего значения (среднего арифметического). В нашем случае это означает, что стандартное отклонение урожайности - это среднее расстояние всех измеренных индивидуальных урожаев от средней урожайности поля. На исследованных нами полях среднее стандартное отклонение составило около 12 дт/га (от 5 до 28 дт/га). Проще говоря, это означает, что на данном поле урожайность каждого отдельного подпланта в среднем (!) на 12 дт/га выше и ниже средней по полю. Так, если средняя урожайность поля составляет 80 дт/га, то статистически каждая измеренная точка урожайности будет находиться в коридоре от 69 до 92 дт/га. Конечно, многие точки ближе, но другие точки доходности еще дальше от среднего значения. В двух словах: "...глубина деревенского пруда составляла в среднем всего 80 см, и все же корова утонула".
Если вы посмотрите на паттерны доходности на карте трендов (карта средней доходности с течением времени), они имеют тенденцию к аннулированию. Чем больше вы усредняете, тем менее значительны закономерности формирования многолетней карты урожайности по сравнению с однолетней картой урожайности. Карты урожайности засушливых и влажных лет в некоторых случаях даже полностью аннулируют друг друга. Теперь возникает вопрос, насколько точно можно предсказать эти закономерности урожайности, т.е. отклонения от средней урожайности? Если предположить, что коридор неопределенности около 10 дт/га принимается для целей планирования, то получается следующий результат. Только от 3 до максимум 20% площадей могут быть спрогнозированы как стабильно высокие или стабильно низкие урожаи. И наоборот, это означает, что для 80-97% площади нельзя с достаточной уверенностью предсказать отклонение отдельного участка от средней урожайности по полю.
Важнейший вопрос остается открытым
Можно ли прогнозировать будущие урожаи одного года по многолетним картам урожайности? Мы попытались сделать это на примере данного набора данных. В качестве показателя мы использовали качество предсказания (R²). В среднем он составляет 0,15. Это означает, что только 15% доходности одного года можно объяснить историческими данными. Наилучшие значения составили 41%, наихудшие - 0%. Другими словами, исторические данные не могут быть использованы для выводов об урожайности в следующем году.
Теперь можно возразить, что исторические данные о доходности сами по себе не ведут к составлению карты потенциала доходности. Кроме всего прочего, необходимо включить образцы почвы и данные о погоде. Я слышу этот аргумент уже добрых 25 лет. Но за все это время я так и не нашел никого, кто смог бы показать, что это работает где-либо. В конце концов, если вы знаете, что, например, тип почвы как положительно, так и отрицательно коррелирует с урожайностью, или что никто не может предсказать сухой год или влажный год, холодный год или теплый год, то такой подход не подходит для практических целей.
Однако в соответствующей литературе можно найти научные исследования, которые приходят к более или менее одинаковым выводам, а именно к непредсказуемости будущих урожаев.
Выводы
- Будущая урожайность не может быть предсказана с достаточной уверенностью на основе наблюдения многолетних карт урожайности для выведения оперативных мер по управлению посевами. Агрономический подход к планированию производственных затрат на основе карт потенциала урожайности не может быть поддержан (или только в ограниченной степени).
- Следует сосредоточиться на управлении текущей изменчивостью в течение года. Важно определить лимитирующие факторы во время процессов роста, которые ограничивают возможную урожайность года (водоснабжение, температура, глобальная радиация) и определить их влияние (текущая потребность в азоте, инфекционное давление, появление сорняков и т.д.) на использование ресурсов.
- Вместо целевого показателя выручки необходимо управлять текущим спросом.
- Данный анализ не ставит под сомнение общее использование систем картирования урожайности. Они по-прежнему являются отличным инструментом, в частности, для ежегодного анализа уязвимости. Однако данные, полученные с их помощью, не могут выполнять ту функцию, для которой они были предназначены.
Меня не перестает удивлять, что тема карты потенциала урожайности постоянно попадает в сельскохозяйственные журналы и на сельскохозяйственные конференции. На мой взгляд, ее сторонникам никогда не приходилось проверять свои утверждения на практике. Это была и остается всего лишь теория - без обоснования и точности. Тот факт, что его все же можно услышать на практике, удивляет и отрезвляет. Я также не понимаю, почему карты потенциала урожайности регулярно упоминаются в связи с датчиками растений (не YARA N-Sensor®!). Потому что я с беспокойством наблюдаю, что отдельные ученые, консультанты, а также продавцы этих датчиков всегда сваливают задачу по созданию предполагаемых карт потенциала урожайности на фермера. И если расчет не получается, то, конечно, виноват не датчик растений, а фермер. У фермера просто нет нужного потенциала урожайности. Фермер просто не создал правильную карту потенциала урожайности! Вот так "легко" вы можете сделать это и продолжать оставаться несбыточной мечтой.
