Приборное и программно-аппаратное обеспечение информацией систем точного земледелия

ПРИБОРНОЕ И ПРОГРАММНО-АППАРАТНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ИНФОРМАЦИЕЙ СИСТЕМ ТОЧНОГО ЗЕМЛЕДЕЛИЯ

Методические предпосылки

В основе точного земледелия лежит идея управления продуктивностью посевов, детально учитывающего изменчивость среды обитания растений в пространстве и во времени. Пространственная изменчивость – это, прежде всего, вариабельность характеристик почвы в пределах поля, что в свою очередь приводит к изменчивости величины урожая, собираемого в различных частях поля. И если для данного поля она существенна, ее нужно научиться измерять, анализировать и использовать при принятии решений.

Одним из перспективных путей развития информационных технологий в сельскохозяйственном производстве явилось создание и распространение геоинформационных систем (ГИС), позволяющих представлять любую почвенную информацию — количественную или качественную – в виде электронных карт и картограмм с возможностью отслеживания и вывода на экран или на печать всех временных изменений почвенных характеристик, состояния и развития посевов, хозяйственных условий и т.п. Но для успешного применения новых возможностей, связанных и использованием персональных компьютеров (ПК), необходимо получение значительного объема почвенно-агрофизической информации, которая требуется также и для создания и применения других программных продуктов в сельскохозяйственной отрасли. К таким средствам относятся, например, компьютерные экспертные системы поддержки агротехнологических решений (КЭСПАР) – системы, которые на основе имеющейся в их базе знаний (БЗ) обширной экспертной информации генерируют и выдают пользователю высококвалифицированные рекомендации по осуществлению технологических операций в широком диапазоне ситуаций, возникающих в процессе выращивания и хранения сельскохозяйственной продукции. Следует отметить, что в отличие от обычных типовых технологических программ эти системы предполагают широкое использование информации, как о складывающихся метеорологических условиях, так и о характеристиках конкретного сельскохозяйственного поля (геоморфологических, биологических, агрофизических, агрохимических и хозяйственных), что сближает их с новым направлением – точным земледелием.

Общее правило состоит в том, что агротехнологические решения принимаются на основе данных об исходных характеристиках поля и контроля за состоянием поля и погоды в ходе вегетации растений. Исходные характеристики определяют и прогноз урожаев на данном поле, что также является важным моментом формирования технологии /46/.

Для определения потребности в той или иной информации, необходимой для принятия соответствующих агротехнологических решений (АР), следует провести предварительный анализ технологических программ (ТП) возделывания различных сельскохозяйственных культур и определить те параметры, которые обусловливают принятие этих решений. Перечень параметров дифференциации агротехнологий будет специфичным для данного региона и рассматриваемых культур.

Применение агротехнологий без учета пространственной и временной вариабельности параметров плодородия почв повсеместно приводит к нарушению равновесия агроэкосистем. Технология ХХI века – точное земледелие — во многом построена именно на оценке пространственно-временной неоднородности сельскохозяйственных полей. Более того, от степени неоднородности зависит эффективность внедрения новой технологии в конкретных хозяйствах. Если агрохимические и агрофизические показатели качества и плодородия почв значительно отличаются в пределах одного поля, то затраты на новую технологию с большей вероятностью окупятся. Следовательно, первым необходимым шагом при переходе на новую технологию является объективная оценка пространственно-временной изменчивости полей.

Известно, что при внесении минеральных удобрений определяющее значение для расчета доз удобрений под конкретную культуру имеют почвенно-климатические характеристики полей, включающие основные агрофизические и агрохимические параметры, такие как гранулометрический состав, кислотность, подвижные формы фосфора и калия, органическое вещество, плотность, влагообеспеченность, гидролитическая кислотность, сумма поглощенных оснований. Для определения значений этих, так называемых, химических индексов плодородия регулярно проводится обследование почв.

Традиционно обследование проводится вручную и, самое главное, без точной привязки к местности, поэтому при повторном обследовании трудно с уверенностью утверждать, что пробы были взяты в том же самом месте. Из этого следует, что информация, полученная таким способом, скорее всего не отражает реальную картину и динамику изменения почвенных показателей на поле, что, в свою очередь, приводит к неверным результатам расчета доз удобрений. Это отражается как на экономической политике хозяйства, так и на экологической обстановке в хозяйстве.

С другой стороны, почти повсеместно в России наблюдается широкое варьирование агрохимических показателей на пахотных площадях. Исследования, проведенные на агрополигоне Всероссийского НИИ агрохимии им. Д.Н. Прянишникова, в частности, показали, что на участке площадью 4 га, разделенном на 400 равновеликих делянок размером 10х10 м, содержание гумуса по отдельным делянкам колебалось от 1,15 до 3,1%, то есть от очень низкой до высокой обеспеченности по принятой градации /78/.

Последние достижения науки и техники, особенно, в области информационных технологий, позволяют выйти на качественно новый уровень обследования почв. Для применения технологии ТЗ необходимо проводить обследование почв с использованием датчиков, приборов и мобильных информационных систем, позволяющих исследовать вариабельность пространственно-ориентированных характеристик почвенного и растительного покровов, в том числе конечного урожая в пределах конкретного поля.