Перспективы развития и освоения точного земледелия в стране и мире

Исследования в области точного земледелия (ТЗ) за последние 10 лет показали, что это данное направление многопрофильное и для его развития и внедрения в производство потребуется намного больше времени, чем для традиционных технологий.

 

Можно выделить четыре основных фактора, способствующих широкому применению ТЗ: ужесточение законодательства об охране окружающей среды; необходимость полного отслеживания цепочки производства и переработки продуктов питания (поле-магазин); растущий контроль общества за качеством производством продуктов питания; возможность существенного уменьшения применения ядохимикатов в с.-х. производстве.

 

Например, в Дании и Германии существует законодательство об охране окружающей среды, которое предполагает введение налога на применение пестицидов. Новые директивы Европейского Союза могут вынудить фермеров существенно уменьшить количество применяемых химикатов. 

 

Современные машинные технологии внесения органических и минеральных удобрений, а также других средств химизации характеризуются значительным совершенством и потенциально могут обеспечить выполнение агротехнических требований в соответствии с принятой концепцией их рационального применения. Однако результаты новейших исследований в области с.-х. производства свидетельствуют о том, что развитие технологий и технических средств, базирующихся на концепции усреднения показателей плодородия каждого отдельно взятого поля, достигло своего предела. Решение проблемы дальнейшего развития машинных технологий применения удобрений без учета пестроты плодородия почвы в пределах каждого поля не может рассматриваться как перспективное.

 

Преимущество ТЗ состоит в том, что оно позволяет сельхозпроизводителям вести агропроизводство на экологически чистой основе, ориентированной на экономию удобрений, снижение рисков, получение запрограммированных урожаев и предохранение окружающей среды от загрязнения.

 

Проблема может быть решена лишь совместными усилиями ученых разного профиля. Это обусловлено необходимостью решения как агротехнических задач дифференцированного внесения удобрений, так и механико-технологических. Широкое и быстрое введение в с.-х. производство дифференцированного внесения удобрений сдерживается рядом объективных и субъективных причин. Среди них можно выделить социально-экономические, агрономические и механико-технологические.

 

Социально-экономические причины 

 

Введение в с.-х. производство ТЗ и, в частности, технологий дифференцированного применения средств химизации требует увеличение дополнительных затрат. Это может явиться одной из главных причин, сдерживающих применение данной технологии у нас в стране, особенно при низких закупочных ценах на с.-х. продукцию. 

 

Исследованиями, выполненными учеными США, было установлено, что основными препятствиями к широкому внедрению ТЗ являются дополнительные затраты (61%), недостаточное осознание экономического эффекта  (34%), сложность адаптации существующих технологий к ТЗ (24%), недостаток профессионализма (19%).

 

Затраты, в первую очередь, связаны с необходимостью приобретения дополнительного технологического оборудования и услуг, таких, например, как системы мониторинга урожайности, системы позиционирования GPS, математического обеспечения (GIS) для сбора информации о параметрах плодородия поля, состоянии посевов, хранения, обработки и принятия оптимальных управленческих решений. Главное препятствием к внедрению технологии дифференцированного применения удобрений - высокая стоимость получения информации, необходимой для составления электронных карт распределения элементов питания на обрабатываемом поле. Затраты связаны также с обработкой данных и составлением электронных карт дифференцированного внесения удобрений. Большинство товаропроизводителей не имеют достаточной квалификации и времени для применения данной технологии. Дифференцированное внесение удобрений также требует определенных затрат. Когда дифференцированное внесение удобрений выполняется дилерами, стоимость этой операции обычно составляет 12-25 $ США на гектар и зависит от вида услуг и их количества. В том случае, когда товаропроизводители сами предполагают  вносить удобрения, они должны модернизировать  машины или приобретать новые.

 

Агрономические причины

 

Практика показала, что применение элементов точного земледелия, таких как мониторинг урожайности, сеточный отбор проб для анализа содержания элементов питания на отдельных участках поля, система принятия оптимальных управленческих решений, позволяет товаропроизводителям значительно повысить эффективность своего производства за счет повышения урожайности и качества с.-х. продукции, снижения загрязнения окружающей среды. При этом они столкнулись со сложностями, обусловленными отставанием агрономической науки. В частности, отсутствием рекомендаций по дифференцированному применению удобрений, почвенных карт необходимого масштаба.

 

Первоочередной задачей в устранении этих недостатков является разработка новых методов составления почвенных карт, базирующихся на использовании современных технологий, таких как GIS, GPS, дистанционное зондирование, моделирование рельефа поля с целью создания карт масштабом 1:5000.

 

Исследования по точному земледелию показали, что данные о рельефе местности имеют большое значение, особенно при определении зон воздействия. Существует сильная корреляционная зависимость между рельефом местности, дозами внесения удобрений, распределением сорняков и урожайностью. Топографические карты необходимого масштаба отсутствуют. При разработке этих карт должны быть использованы современное топографическое оборудование, высокоточные системы позиционирования DGPS  и дорогостоящие системы дистанционного зондирования.

 

Отбор почвенных  проб

 

В настоящее время при оборе почвенных проб для оценки пестроты распределения элементов питания по полю наиболее часто применяется сеточный метод отбора проб. По данным Марченко Н.М., Личман Г.И. [10] более 36%  дилеров, оказывающих услуги по анализу полей, используют клетки размером 1 га, с целью снизить затраты на обор проб. Установлено, что получаемые при таком размере клеток карты распределения питательных элементов в почве обладают большой погрешностью. Для получения карт, необходимых для принятия решений о дозах внесения удобрений, размер ячеек должен быть не более 0,4 га.  При таком размере ячеек существенно увеличиваются затраты на взятие почвенных проб и их анализ. Поэтому необходима разработка более дешевых способов оценки параметров плодородия поля. Альтернативой сеточному методу отбора проб может быть способ, основанный на разбивке поля на несколько участков (зон), однородных по агрохимическим показателям. Для реализации этого метода необходимо иметь базовую информацию о почвенных характеристиках поля, его рельефу, карту урожайности, историю поля и материалы аэрофотосъемки.

 

Мониторинг посевов 

 

Мониторинг посевов с целью определения потребностей растений в питательных элементах, особенно азоте, влаге, наличия сорняков и вредителей растений может меняться значительно по интенсивности и качеству обследования в зависимости от культуры, хозяйства, региона. В большинстве случае мониторинг осуществляется самим товаропроизводителем или агрономом посредством быстрого визуального обзора небольшой части поля. 

 

Для повышения эффективности мониторинга необходимо проводить почвенную и листовую диагностику, используя современные методы для получения информации, требуемой для построения карт состояния почвы и посевов.

 

Рекомендации по дифференцированному внесению удобрений

 

Использование существующих рекомендаций по применению удобрений не позволяют оптимизировать дозы при дифференцированном их внесении. Рекомендации по дифференцированному применению удобрений с учетом пестроты параметров плодородия, рельефа местности и возделываемой культуры отсутствуют. Для разработки таких рекомендаций необходимо проведение экспериментальных исследований в конкретном хозяйстве, на конкретном поле. К сожалению, большинство товаропроизводителей не обладают  знаниями для проведения таких исследований. 

Для решения этой проблемы следует внести соответствующие изменения в программах с.-х. учебных заведений, ввести проведение семинаров по обучению агрономов, консультантов методам проведения таких исследований.

 

Недостаток агрономической информации для принятии управленческих решений

 

Технология дифференцированного внесения удобрений  базируется на использовании большого объема информации при принятии решений. Это является основной проблемой для товаропроизводителей, решивших использовать новую технологию, так как они привыкли принимать решения на основе ограниченной информации и упрощенных правил. Некоторые товаропроизводители, осознавшие значимость информации, накапливали ее в течение нескольких лет, но не знали, как правильно ее использовать. Другие, наоборот, немедленно использовали ограниченные данные без соответствующего их анализа. Например, очень часто карты урожайности неправильно использовались при определении доз внесения удобрений, так как низкая урожайность могла быть обусловлена другими факторами, а не дефицитом элементов питания. 

 

Поэтому при принятии решений необходимо учитывать пространственную изменчивость параметров плодородия, точность дозирующих и распределяющих рабочих органов машин для дифференцированного внесения удобрений и посева, точность калибровки датчиков, природно-климатические условия и т.д.

 

Механико-технологические причины

 

Концепция ТЗ предусматривает разработку технологии и технических средств для ее реализации. За последние десять лет индустриально развитые страны (США, Англия, Австралия, Германия, Япония) достигли определенного прогресса в разработке  новых  технологических и технических решений. Однако еще существует необходимость в дальнейшем развитии таких элементов ТЗ, как машины для дифференцированного выполнения операций, датчики, системы позиционирования и навигации с.-х. агрегатов, GIS, математическое обеспечение, системы дистанционного зондирования.

 

Машины для дифференцированного внесения удобрений

 

Большинство существующих машин предназначено для поверхностного разбросного внесения удобрений. При их модернизации они могут быть использованы для дифференцированного внесения удобрений. Необходима дальнейшая разработка машин для локального внутрипочвенного дифференцированного внесения как минеральных, так и органических удобрений. Необходима разработка стандартов на машины, системы контроля и управления технологическим процессом, математического обеспечения. До настоящего времени отсутствуют методы калибровки машин для дифференцированного внесения средств химизации. 

 

Датчики

 

Датчики - неотъемлемая часть ТЗ. Необходимы датчики, позволяющие получать информацию при движении агрегата по полю. Особенно для измерения параметров, которые быстро меняются во времени, таких, например, как  содержание азота в почве, влажность почвы. В настоящее время разрабатываются датчики: 

 

- оценки свойств почвы (структура почвы и ее физические свойства; содержание элементов питания);

- оценки состояния посевов (густота посевов; подверженность растений стрессам; обеспеченность растений элементами питания);

- мониторинга урожайности (ширина захвата уборочного агрегата; влажность зерна);

- контроля дифференцированного внесения удобрений (расход удобрений; обнаружения сорняков).

 

Ведутся исследования по развитию новых способов получения информации о состоянии почвы и посевов. Особо следует отметить приборы, основанные на использовании электромагнитной индукции, электропроводности почвы, системы распознания образов и комбинированное использование этих методов.

 

Системы позиционирования

 

Системы позиционирования типa GPS широко применяются в народном хозяйстве. Для использования в ТЗ необходимы станции для корректировки сигналов с целью обеспечения требуемой точности. В большинстве случаев такие станции отсутствуют, а если и имеются, то плата за пользование ими значительна.

 

Для успешного внедрения технологий точного земледелия необходимо, чтобы товаропроизводитель имел доступ к системам позиционирования с точностью до нескольких сантиметров.

 

Продолжение читайте в следующем номере.