Проблемные моменты существующих традиционных технологий
Современное мировое земледелие базируется на принципах уравнительной системы землепользования, т.е. все воздействия на систему «почва - растение» основываются на усредненных показателях параметров плодородия. Обработку почвы независимо от ее плотности, мощности пахотного слоя отдельных участков поля проводят на одинаковую глубину. Посев на всем поле выполняется одной нормой, на постоянную глубину. Доза внесения удобрений определяется на основе усредненных агрохимических показателей, характерных для всего поля, несмотря на то, что коэффициент вариации питательных элементов в почве меняется в широких пределах и достигает в ряде случаев 100 и более %. Применение химических средств борьбы с вредителями, болезнями растений и сорняками, несмотря на очаговый характер распределения их по полю, осуществляют при максимальной норме сплошным способом. Уборку зерновых проводят без должного учета неравномерности урожайности и изменения физических свойств зерна на различных участках поля.
Все это приводит к экспоненциальному росту затрат невосполнимой энергии на каждую дополнительную единицу продукции, к все возрастающим масштабам загрязнения и разрушения окружающей среды, высокой вариабельности урожайности и качества получаемой продукции в зависимости от факторов риска, и прежде всего, капризов погоды.
Проведенные ранее исследования показали, что плодородие почвы и другие показатели меняются в широких пределах в рамках одного, даже, относительно небольшого поля. Особенно это относится к содержанию питательных элементов в почве, варьирование которых достигает 60-90%.
Стратегический курс интенсификации сельхоз. производства
Рациональной альтернативой концепции уравнительного землепользования может быть только качественно новая стратегия интенсификации сельскохозяйственного производства, базирующаяся на информационных технологиях, дифференцированном воздействии на систему «почва-растение». Такая концепция имеет социальную значимость и характеризуется комплексом качественно новых признаков, предопределяющих снижение расхода техногенной энергии на каждую дополнительную единицу продукции, исключение загрязнения и разрушения природной среды, максимальную реализацию генетического потенциала новых сортов и гибридов в конкретных почвенно-климатических условиях при получении запрограммированных урожаев, уменьшение зависимости продуктивности и экологической устойчивости агроэкосистем от погодных факторов, получение высококачественных и безопасных продуктов и сырья для промышленности.
Целесообразность дифференцированного применения минеральных удобрений с учетом внутрипольной пестроты плодородия почвы издавна привлекала внимание агрономов и агрохимиков. Еще в середине прошлого века академик Д.Н. Прянишников писал: «Определение содержания в почвах подвижных форм азота, фосфора и калия может быть использовано для дифференцировки доз и соотношений азотистых, фосфорнокислых и калийных удобрений, вносимых под одну и ту же культуру, на одном и том же поле севооборота, но на участках поля, различающихся по почвенным условиям». Однако практическое осуществление такой возможности впервые появилось с созданием удобрительных машин, т.н. аппликаторов (США), способных работать с использованием локальных или глобальных систем позиционирования, а также в автоматическом режиме изменять норму внесения средств химизации.
Реализацию концепции дифференцированного воздействия на систему «почва-растение» в реальном масштабе времени возможно осуществить на основе рациональных компьютеризированных и информационных технологий в системе глобального позиционирования с использованием географических информационных систем (ГИС). Объективная возможность реализации высокоадаптивных технических решений появилась только в последние годы благодаря использованию спутниковых навигационных систем, быстродействующих ЭВМ, достижений в проектировании блочно-модульных технических средств.
Выполнение технологических операций с использованием спутниковых навигационных систем, например, Глобальной навигационной спутниковой системы (GLONASS), позволит существенно сократить удельный расход энергии на производство сельскохозяйственной продукции и существенно повысить качество выполнения технологических процессов.
Технология дифференцированного воздействия на систему «почва-растение» при выращивании сельскохозяйственных культур в системе глобального позиционирования базируется на трех основных блоках, составляющих сущность программированного производства сельскохозяйственных культур:
- компьютерная программа формирования банка данных о пестроте плодородия каждого элементарного участка поля, составляемого на основе координатного отбора проб почвы, оценки урожайности возделываемой культуры в период уборки и оперативной почвенной и листовой диагностики;
- план дифференцированного воздействия на систему «почва-растение» с учетом пестроты распределения основных показателей плодородии почвы и состояния посевов, необходимый для получения программируемой урожайности с учетом ограничений и допущений;
-высокоадаптивная компьютеризированная технология и технические средства, обеспечивающие дифференцированное воздействие на систему «почва-растение».
Технология и техника дифференцированного воздействия на почву и растения
Для реализации информационной технологии, на наш взгляд, в первую очередь необходимо разработать и поставить на производство следующие машины (в основном к тракторам тяговых классов 1,4 и 2):
- универсальная машина для дифференцированного внесения твердых органических удобрений и мелиорантов;
- универсальная машина для дифференцированного внесения жидких органоминеральных удобрений;
- агрегат для производства органоминеральных удобрений с программированными свойствами;
- машина для дифференцированного внесения твердых минеральных удобрений;
- машина для дробно-дифференцированного внесения азотных удобрений в период вегетации сельскохозяйственных культур;
- комбинированный агрегат для внутрипочвенного локально-ленточного дифференцированного внесения основной дозы минеральных удобрений одновременно с посевом зерновых культур;
- машина для дифференцированного внесения жидких средств химизации в почву;
- машина штанговая для дифференцированного внесения пылевидных мелиорантов (базовая модель) и пылевидных удобрений;
- агрегат для транспортировки и загрузки машин-удобрителей для дифференцированного внесения незатаренных удобрений, а также готовых тукосмесей.
Комплекс машин для дифференцированного применения органических удобрений отличается тем, что с целью выравнивания содержания гумуса и снижения кислотности почвы на обрабатываемом поле посредством внесения дифференцированных доз органических удобрений с программированными свойствами все машины оснащены высокоадаптивными дозирующими и распределительными рабочими органами, управляемыми автоматизировано в соответствии с планом оптимального применения удобрений под программированную урожайность. Система обеспечения оптимальной ширины захвата и ориентации движения агрегатов гарантирует высокое качество распределения удобрений по обрабатываемому полю и минимальное уплотнение почвы.
Агрегат для производства органо-минеральных удобрений с программированными свойствами с целью обеспечения дифференцированного внесения оптимальных доз удобрений на поле с учетом пестроты распределения в почве позволяет производить компосты с программированными свойствами в системе рационального применения удобрений.
Комбинированный агрегат для внутрипочвенного локально-ленточного дифференцированного внесения основной дозы минеральных удобрений одновременно с посевом зерновых культур отличается тем, что для получения программированной урожайности с минимальными затратами ресурсов оснащен высокоадаптивными дозирующими рабочими органами, управляемыми в соответствии с электронной картой, обеспечивающей размещение оптимальных доз туков строго ориентированно по глубине и междурядьям относительно семян. Норма высева и глубина заделки на каждом участке поля дифференцированы в зависимости от определяющих факторов их оптимальной эффективности. Энергозатраты снижаются на 30-35%.
Машина для дробно-дифференцированного внесения азотных удобрений в период вегетации зерновых культур с целью обеспечения оптимального питания растений по фазам развития на каждом элементарном участке поля посредством внесения дифференцированных доз удобрений оснащена высокоадаптивными дозирующими и распределяющими рабочими органами, управляемыми автоматизировано Машина выполняется в двух модификациях с шириной захвата штанги 10,8 и 21,8 м. Дифференцированное внесение удобрений в период подкормки осуществляется за счет сканирования посевов специальными приборами, типа N-сенсорв, установленными на кабине трактора.
Эффективность новых технологий
Выполнение основной обработки почвы с разноглубинным дифференцированным рыхлением подпахотного горизонта, ранневесенней обработки с дифференцированным рыхлением поверхности поля, основываясь на карте распределения типа почвы по полю, влажности, уплотнения, обеспечит:
- повышение до 3% биологической активности и плодородия;
- однородную комковатость почвы и сохранение до 2% влаги;
- выравненность фона почвы;
- повышение биологической активности почвы и урожайности до 15%.
Принципы технологии точного земледелия в значительной мере должны быть использованы в почвозащитной системе земледелия при возделывании яровой пшеницы в севооборотах с короткой ротацией.
Высокоадаптивные автоматизированные средства для локального припосевного внесения основной дозы удобрений, дробно-дифференцированного внесения азотных удобрений, дифференцированного применения мелиорантов на основе электронной карты рационального выполнения операций в системе GPS позволят:
- повысить окупаемость удобрений в 2-2,5 раза, в том числе 1 кг действующего вещества минеральных удобрений с 4-5 до 8-10 кг условных зерновых единиц;
- обеспечить экономию 2-4,5 тыс. МДж/га энергии;
- снизить антропогенную нагрузку на окружающую среду;
- получить чистые продукты питания человека и кормов для животных.
Дифференцированное применение химических средств защиты растений (СЗР) в зависимости от вида засорения, численности сорняков и популяций вредителей обеспечит высокую избирательность СЗР, снижение в 1,5-2 раза антропогенной нагрузки на окружающую среду, расхода химических средств защиты растений в 1,5-3,5 раза.
Дифференцированный посев зерновых (по глубине и норме высева) с учетом рельефа поля, глубины залегания продуктивной влаги обеспечит:
- получение запрограммированной урожайности;
- максимальную реализацию сортовых особенностей семян;
- оптимальную густоту посевов;
- экономию до 10-15% посевного материала;
- снижение повреждаемости растений в 1,2 раза при междурядной обработке пропашных культур.
Дифференцированный мониторинг качества зерна и урожайности при комбайновой уборке зерновых в системе глобального позиционирования даст возможность:
- осуществить дифференцированную подачу зерна различного качества (по влажности, засоренности) в разные бункеры;
- оценить пестроту урожайности в рамках одного поля и построить карту урожайности убираемой культуры;
- повысить производительность уборочных агрегатов и качество зерна;
- снизить потери зерна за счет оптимизации режимов работы комбайна, базирующихся на данных о распределении урожайности по полю, полученной в результате дистанционного зондирования в системе позиционирования.
Применение информационной технологии возделывания зерна в сельскохозяйственном производстве обеспечит:
- производство запрограммированных урожаев сельскохозяйственных культур во всех регионах РФ при повышении окупаемости средств химизации в 2-2,5 раза, в т. ч. 1 кг минеральных удобрений с 4-5 до 8-10 кг зерновых единиц;
- существенную и гарантированную экономию энергии - 2-4,5 тыс. МДж/га;
- экономически безопасное производство сельскохозяйственных культур, а также получение «чистых» продуктов питания и кормов;
- повышение и выравнивание плодородия почв.
Внедрение точной агротехнологии и технических средств для ее реализации позволит оптимизировать все регулируемые лимитирующие факторы, максимально возможно использовать факторы жизни растений.
Библиографический список
1. Афанасьев Р.А. Проблемы координатного земледелия и пути их решения // Доклады ТСХА. -2006.- №278. –С. 187-190.
2. Беленков А.И., Железова С.В., Березовский Е.В., Мазиров М.А. Элементы технологии точного земледелия в полевом опыте РГАУ – МСХА имени К.А. Тимирязева // Известие ТСХА. – 2011.- Вып. 6. – С. 90-100.
3. Боровкова А.С., Цирулев А.П. Дифференцированное внесение минеральных удобрений в условиях лесостепи Самарской области // Агрономия и защита растений. - 2012.-№3.- С.11-15.
4. Личман Г.И., Марченко Н.М. Перспективы развития и введения в сельское хозяйство точного земледелия. В сб. «Перспективные технологии для современного сельскохозяйственного производства». СПб., 2007. – С. 91 – 100.
5. Навигационные технологии в сельском хозяйстве. Координатное земледелие: Учебное пособие / В.И. Балабанов, С.В. Железова, Е.В. Березовский, А.И. Беленков, В.В. Егоров. –М.: Изд-во РГАУ – МСХА имени К.А. Тимирязева, 2013. –148 с. –
6. Шпаар, Д. Дифференцированное управление посевами с учетом гетерогенности полей в рамках PRECISION AGRICULTURE / Д. Шпаар, П. Лайтхольд, К.-Х. Даммер, А. Файфер.// Агротехнологии XXI века. – М.: ФГОУ ВПО РГАУ – МСХА имени К.А. Тимирязева, 2007. –С. 6-8.
7. Якушев В.В. Дифференцированное внесение минеральных удобрений в системе точного земледелия // Ресурсосберегающее земледелие. - 2011.- №3.- С. 17-24.
8. Belenkov A.I., Gelezova S.V., Berezovky E.V., Mazirov M.A. Precision agriculture methods in a field experiment of Russian Timiryazev state agricultural university // Izwestiya of Timiryazev agricultural academy.- 2012.- Special Issue. – P. 94-101
А.И. Беленков д. с.-х. н, профессор, РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева)
Журнал "Нивы Зауралья" №5 (116), июнь 2014
.gif)
Нет комментариев. Ваш будет первым!