AGROCHEMICAL ANALYSIS OF SOILS IN PRECISION FARMING TECHNOLOGIES: A CASE STUDY OF THE CHERNIHIV REGION

Vitaliy ZATSERKOVNYI; Victor VOROKH; Olga HLOBA; Tetiana MIRONCHUK; Iryna SIUIVA

doi:10.17721/1728-2713.108.12

Authors

Vitaliy ZATSERKOVNYI Taras Shevchenko National University of Kyiv (Kyiv, Ukraine) https://orcid.org/0009-0003-5187-6125
Victor VOROKH Taras Shevchenko National University of Kyiv (Kyiv, Ukraine) https://orcid.org/0009-0005-0112-8422
Olga HLOBA Taras Shevchenko National University of Kyiv (Kyiv, Ukraine) https://orcid.org/0009-0003-4923-3374
Tetiana MIRONCHUK Taras Shevchenko National University of Kyiv (Kyiv, Ukraine) https://orcid.org/0000-0002-5923-1028
Iryna SIUIVA Taras Shevchenko National University of Kyiv (Kyiv, Ukraine) https://orcid.org/0000-0002-5001-2750

DOI:

https://doi.org/10.17721/1728-2713.108.12

Keywords:

precision agriculture, agrochemical soil analysis, soil sampling scheme, geographic information technologies, agricultural automation, soil mapping

Abstract

Background. Precision agriculture aims to create a comprehensive decision-support system that enhances the efficiency and sustainability of agricultural practices. It is based on the principle that fields are not homogeneous and consist of various zones with distinct characteristics. Variability in soil, terrain, climatic conditions, and other factors results in different plant requirements across different field zones. Precision agriculture allows for consideration of this variability, enabling an individualized approach for each field section. A research presents a comprehensive approach to analyzing all key stages of agrochemical surveys, from the preparatory phase to laboratory analysis, the development of agrochemical maps, as well as the creation of fertilizer requirement maps and task maps for agricultural machinery. Particular attention is paid to the potential use of remote sensing data and geographic information technologies for processing and visualizing results.

Methods. Soil sampling begins with determining the configuration and area of elementary zones. Several soil sampling strategies are considered, allowing each agricultural enterprise to choose the most suitable one based on its goals and specific field conditions. Agrochemical soil properties can vary significantly even within small field areas, necessitating a meticulous approach to sampling for analysis.

Results. Developed agrochemical maps serve as additional visual materials that modern laboratories provide along with agrochemical soil reports. These maps, available in both paper and digital formats, illustrate various levels of humus content, nutrient levels in the soil, and soil solution pH.

Conclusions. Agrochemical soil analysis provides essential information for optimizing the processes of differential fertilizer and seed applications. Based on the data obtained about soil type, macro- and micronutrient content, organic matter levels, moisture levels, and other key indicators, the nutrient requirements of elementary zones can be accurately determined. This enables the development of effective agronomic strategies tailored to specific field conditions.

References

Association of Equipment Manufacturers. (2021, February 1). U.S. Precision Agriculture Study Unveiled by AEM, Ag Organizations. https://newsroom.aem.org

Austin, R., Gatiboni, L., & Havlin, J. (2020). Soil Sampling Strategies for Site-specific Field Management. NC State Extension Publications. https://content.ces.ncsu.edu/

Beven, K. J., & Kirkb, M. J. (1979). A Physically Based, Variable Contributing Area Model of Basin Hydrology. Hydrological Sciences Bulletin, 24(1), 43–69. https://doi.org/10.1080/02626667909491834

Brovarets, O. O. (2018). Probabilistic-Statistical Methods for Determining the Magnitude of Variability Zones of Agrobiological Parameters of Agricultural Lands to Ensure Proper Quality of Technological Operations in Crop Production Based on Local Operational Monitoring Data. Bulletin of Khmelnytskyi National University, 5, 272–283 [in Ukrainian]. [Броварець О. О. (2018). Ймовірнісно-статистичні методи визначення величини зон варіабельності агробіологічних параметрів сільськогосподарських угідь для забезпечення належної якості виконання технологічних операцій у рослинництві на основі даних локального оперативного моніторингу. Вісник Хмельницького національного університету, 5, 272–283].

Commission on Population and Development. (2019). Review and Appraisal of the Programme of Action of the International Conference on Population and Development and its Contribution to the Follow-up and Review of the 2030 Agenda for Sustainable Development. United Nations. Retrieved from https://www.un.org/en/development/ desa/population/pdf/commission/2019/country/AgendaItem3/poland_en.pdf

Gruntovidbirnyk AgriSoilSampler (n.d.). AgriLab [in Ukrainian]. https://agrilab.ua/services/systemy-raven/ ["Грунтовідбірник AgriSoilSampler" (н.д.). AgriLab. https://agrilab.ua/services/systemy-raven/].

Midwest Laboratories. (n.d.). Calculating Cation Exchange Capacity and the Percent Base Saturation. Retrieved from https://www.researchgate.net/

Morgun, V. V., Shvartau, V. V., & Kyryzii, D. A. (2010). Physiological Bases of Forming High Productivity of Cereal Crops. Physiology and Biochemistry of Cultivated Plants, 42(5), 371–392 [in Ukrainian]. [Моргун В. В., Швартау В. В., & Киризий Д. А. (2010). Фізіологічні основи формування високої продуктивності зернових злаків. Фізіологія і біохімія культурних рослин, 42(5), 371–392].

Shevchenko, K. (2019, April 2). School of Agronomists: What you Need to Know about Yield Maps [in Ukrainian]. Agravery. Retrieved from https://agravery.com/uk/posts/show/skola-agronomiv-so-treba-znati-pro-karti-vrozajnosti [Шевченко, К. (2019, 2 квітня). "Школа агрономів: що треба знати про карти врожайності" Agravery. Отримано з https://agravery.com/uk/posts/show/skola-agronomiv-so-treba-znati-pro-karti-vrozajnosti].

Sikora, F. J. (2005). Replacing SMP Buffer with Sikora Buffer for Determining Lime Requirement of Soil. Oklahoma State University Stillwater. Retrieved from https://www.naptprogram.org/files/napt/publications/methodpapers/2005-replacing-smp-buffer-with-sikora-buffer-for-determining-lime-requirement-of-soil.pdf

Singh, B., Caughman, W., & Park, D. (2020). Precision Agriculture-based Soil Sampling Strategies. Land-Grant Press by Clemson Extension. Retrieved from https://lgpress.clemson.edu/

Sokolik, S. P. (2024). Analysis of the Development of Modern Mobile Systems for Monitoring Soil Characteristics. Bulletin of Sumy National Agrarian University. Series: Mechanization and Automation of Production Processes, 2(56), 86–89 [in Ukrainian]. [Соколік, С. П. (2024). Аналіз розвитку сучасних мобільних систем моніторингу характеристик ґрунту. Вісник Сумського національного аграрного університету. Серія: Механізація та автоматизація виробничих процесів, 2(56), 86–89].

State Enterprise "Ukrainian Research and Training Center for Standardization, Certification and Quality". (1999). DSTU 3866-99. Soils. Classification of soils by degree of secondary salinization [in Ukrainian]. O.N. Sokolovsky Institute for Soil Science and Agrochemistry of the National Academy of Agrarian Sciences of Ukraine. [Державне підприємство "Український науково-дослідний і навчальний центр проблем стандартизації, сертифікації та якості". (1999). ДСТУ 3866-99. Ґрунти. Класифікація ґрунтів за ступенем вторинного засолення [in Ukrainian]. Інститут ґрунтознавства та агрохімії імені О.Н. Соколовського Національної академії аграрних наук України].

State Enterprise "Ukrainian Research and Training Centre for Standardization, Certification and Quality". (2019). DSTU ISO 10390:2019. Soil Quality – Determination of pH. SE "UkrNDNC" [in Ukrainian]. [Державне підприємство "Український науково-дослідний і навчальний центр проблем стандартизації, сертифікації та якості". (2019). ДСТУ ISO 10390:2019. Якість ґрунту – визначення pH. ДП "УкрНДНЦ"].

State Enterprise "Ukrainian Research and Training Centre for Standardization, Certification and Quality". (2005). DSTU ISO 14870:2005. Soil Quality – Extraction of Trace Elements Using a Buffered DTPA Solution (ISO 14870:2001, IDT) SE "UkrNDNC"[in Ukrainian]. [Державне підприємство "Український науково-дослідний і навчальний центр проблем стандартизації, сертифікації та якості". (2005). ДСТУ ISO 14870:2005. Якість ґрунту – Екстрагування слідів елементів буферним розчином DTPA (ISO 14870:2001, IDT). ДП "УкрНДНЦ"].

State Enterprise "Ukrainian Research and Training Centre for Standardization, Certification and Quality". (2005). DSTU 4289:2004. Soil Quality. Methods for Determining Organic Matter. O.N. Sokolovsky Institute of Soil Science and Agrochemistry of the Ukrainian Academy of Agrarian Sciences. [in Ukrainian]. [Державне підприємство "Український науково-дослідний і навчальний центр проблем стандартизації, сертифікації та якості". (2005). ДСТУ 4289:2004. Якість ґрунту. Методи визначення органічної речовини. Інститут ґрунтознавства та агрохімії імені О.Н. Соколовського Національної академії аграрних наук України].

State Enterprise "Ukrainian Research and Training Centre for Standardization, Certification and Quality". (2002). DSTU 4115-2002. Soils. Determination of Mobile Phosphorus and Potassium Compounds by the Modified Chirykov Method . Technical Committee for Standardization of "Soil Science" [in Ukrainian]. [Державне підприємство "Український науково-дослідний і навчальний центр проблем стандартизації, сертифікації та якості". (2002). ДСТУ 4115-2002. Ґрунти. Визначення рухомих сполук фосфору і калію за модифікованим методом Чирикова. Технічний комітет стандартизації "Ґрунтознавство"].

Tsyhanenko, M. O. (2015). Sistema tochnoho zemlerobstva. Konspekt lektsii z elementamy kredytno-modulnoi systemy orhanizatsii navchalnoho protsesu z kursu "Systema tochnoho zemlerobstva" dlia studentiv za spetsialnistiu 8.10010203 "Mekhanizatsiia silskoho hospodarstva". KhNTUSG [in Ukrainian]. [Циганенко М. О. (2015). Система точного землеробства. Конспект лекцій з елементами кредитно-модульної системи організації навчального процесу з курсу "Система точного землеробства" для студентів за спеціальністю 8.10010203 "Механізація сільського господарства". ХНТУСГ].

U.S. Government Accountability Office. (2024, January 31). Precision Agriculture: Benefits and Challenges for Technology Adoption and Use (Full report GAO-24-105962, pp. 1–80). https://www.gao.gov/products/gao-24-105962

Ward, R. C. (n.d.). Figure 3–1: Four Relationships between Broadcast and Band Phosphorus. In Ward Guide (pp. 80–81). Ward Laboratories. Retrieved February 16, 2025, from https://www.wardlab.com/

Warncke, D., & Brown, J. (1988). Recommended Chemical Soil Test Procedures for the Central North Region. North Central Regional Research Publication, 221 (Revised), 31–33.

Where to do soil analysis: List of agro-laboratories (2024, November 5). SuperAgronom. Retrieved November 15, 2024, from https://superagronom.com/blog/1073-de-zrobiti-analiz-gruntu-spisok-agrolaboratoriy [in Ukrainian]. ["Де зробити аналіз ґрунту: список агролабораторій" (2024, 5 листопада). SuperAgronom. https://superagronom.com/blog/1073-de-zrobiti-analiz-gruntu-spisok-agrolaboratoriy].

Yatsuk, I. P., & Balyuk, S. A. (2019). Metodyka provedennia ahrokhimichnoi pasportyzatsii zemel silskohospodarskoho pryznachennia (2nd ed.) State Institution "Institute of Soil Protection of Ukraine". [in Ukrainian]. [Яцук І. П., & Балюк С. А. (2019). Методика проведення агрохімічної паспортизації земель сільськогосподарського призначення (2-ге вид.). Державна установа "Інститут охорони ґрунтів України"].

Zatserkovnyi, V. I., & Vorokh, V. V. (2024). Dyferentsiini tekhnolohii pretsyziinoho zemlerobstva [Differential Technologies of Precision Agriculture]. Tekhnichni nauky ta tekhnolohii, 1(35), 292–301 [in Ukrainian]. [Зацерковний В. І., & Ворох В. В. (2024). Диференційні технології прецизійного землеробства. Технічні науки та технології, 1(35), 292–301].