Искусственный интеллект позволяет сэкономить до 15,7% поливной воды
2026-09-03 11:30:00 / Новости
Для эффективного использования воды в сельском хозяйстве важно точно знать потребность культуры в воде. Однако эта потребность не всегда одинакова. Она меняется в зависимости от температуры воздуха, осадков, ветра, солнечного света, влажности почвы и фазы развития растения.
На практике посевы часто поливают по заранее составленному графику или на основе опыта фермера. При этом не всегда учитывается возможное выпадение дождя в ближайшие дни или наличие достаточной влаги в нижних слоях почвы. В результате в одних случаях поле орошается сверх необходимого, а в других — вода подаётся посевам с опозданием.
"Новая система под названием AI-STGNN направлена на решение именно этой проблемы. Она комплексно анализирует данные о влажности почвы, температуре воздуха, осадках, уровне влажности, скорости ветра, солнечной радиации и состоянии посевов. Учитывается влажность не только верхнего слоя почвы, но и различных слоёв на глубине до 100 сантиметров," — говорят учёные.
Система изучает данные за последние 14 дней и прогнозирует, как изменится влажность почвы в последующие семь дней и сколько воды потребуется посевам. После этого она готовит рекомендацию по времени начала полива и объёму подаваемой воды.
В исследовании использовались данные 15 орошаемых хозяйств в американских штатах Небраска, Айова и Канзас. В этих хозяйствах в основном выращивают кукурузу и сою. Учёные проанализировали данные 43 800 ежедневных наблюдений, собранных в период с 2015 по 2022 год.
Сначала данные за 2015–2019 годы были использованы для обучения искусственного интеллекта. Работа системы была проверена по показателям за 2020 год, а на основе данных за 2021–2022 годы было проведено итоговое испытание.
Результаты новой технологии сравнили с несколькими существующими компьютерными моделями, используемыми для прогнозирования потребности в воде и влажности почвы. AI-STGNN показал более точный результат, чем все они. В частности, он снизил погрешность прогноза на 7,2% по сравнению с ближайшей конкурирующей моделью и на 16,7% по сравнению с другой широко используемой моделью искусственного интеллекта.
Также была проверена работа технологии в условиях сильных осадков и продолжительной засухи. Во время сильных дождей погрешность других моделей возрастала на 59–70%, тогда как у новой системы этот показатель составил 45%.
В качестве отдельного примера приводится день, когда в ходе эксперимента выпало 32 миллиметра осадков. На поле, управляемое по традиционному графику, за день до дождя было подано 35 миллиметров воды. После осадков почва оказалась переувлажнена, и часть воды стекла с поверхности поля.
На участке, управляемом искусственным интеллектом, система заранее учла осадки и отменила запланированный полив. Таким образом была сэкономлена вода и предотвращено образование избыточного стока. В другом случае система из-за осадков рекомендовала отложить полив на три дня, а затем подать меньше воды с учётом фактической влажности почвы.
В период засухи технология работала иначе. Она заранее определила 12-дневный засушливый период в 2022 году и запланировала полив до того, как у растений начался дефицит влаги. В результате влажность почвы не опустилась до критического уровня, а потери урожая составили менее одного процента. На участке, где применялся традиционный метод, из-за более позднего полива было потеряно около 2,5% урожая.
При этом исследователи показали, что водосберегающий полив не означает подачу меньшего количества воды в любой ситуации.
"Основная цель — доставить воду к растениям именно тогда, когда это необходимо, и в нужном объёме. В некоторых случаях более ранний или обильный полив также может быть эффективным решением, чтобы не оставить посевы без воды," — говорят исследователи.
Технология была апробирована на практике в трёх хозяйствах в течение двух вегетационных сезонов. Часть полей поливалась по обычному графику, другая часть — по рекомендациям искусственного интеллекта. В первом хозяйстве количество поливов сократилось с 14 до 11, во втором — с 15 до 10, а в третьем — с 13 до 9.
Всего за два сезона благодаря прогнозам осадков было отложено или полностью отменено 12 поливов. Вместо того чтобы каждый раз подавать одинаковое количество воды, система рассчитывала, сколько влаги не хватает в почве, и корректировала норму полива в соответствии с этим.
В результате в трёх опытных хозяйствах расход воды сократился на 12,3–15,7%. Урожайность выросла на 3,5–4,2%, а объём продукции, полученной на один кубометр воды, — на 13,7–17,8%.
Учёные оценили текущие результаты как многообещающее, но предварительное доказательство того, что с помощью искусственного интеллекта можно экономить воду.