Приборное и программно-аппаратное обеспечение информацией систем точного земледелия — Датчики для измерения параметров почвы

Датчики для измерения параметров почвы

Получение информации об урожайности с.-х. культур, отбор и анализ почвенных проб требует наличия соответствующих приборов и оборудования. В связи с этим возникает большая потребность в разработке датчиков и технических средств для автоматизированного отбора и анализа данных о состоянии почвы, растений, наличии вредителей и болезней, сорняков и т.д.

Измерение параметров почвы, которые влияют на рост и развитие растения, является неотъемлемой составляющей точного земледелия. Эффективность точного земледелия будет во многом зависеть от того, как быстро и точно будут измерены эти показатели. Частота измерений (пространственная и временная) будет зависеть от того какова изменчивость измеряемого показателя (изменчивость этого параметра по полю и во времени).

Такие показатели, как содержание нитратов, влажность почвы, могут меняться быстро как по полю, так и во времени и должны измеряться в реальном масштабе времени.

Другие параметры, такие как содержание органического вещества, глубина пахотного слоя, будут несущественно меняться во времени и их можно замерять один раз в год или реже. Что касается количества замеров, то оно зависит от вариабельности измеряемого параметра. Для определения вариабельности того или иного показателя нужно проводить замеры с малым шагом квантования, что очень дорогостояще. Поэтому нужны автоматизированные системы отбора и анализа проб.

Имеется два источника ошибок при измерении параметров почв: ошибка анализа и ошибка, обусловленная изменчивостью показателей от точки к точке. При традиционных методах отбора и анализе проб ошибка анализа — незначительна, а ошибка, связанная с отбором проб, существенна, так как отбирается мало проб вследствие дороговизны. При оценке параметров плодородия с помощью датчиков в реальном масштабе времени картина меняется на противоположную.

Существует острая необходимость в разработке систем для оценки распределения элементов питания в почве и повышения точности карт распределения азота, фосфора, калия (NPK). В настоящее время основное внимание сосредоточено на разработке датчиков для оценки содержания азота и его форм в почве в связи с большой отзывчивостью растений на азот и существенным влиянием его на загрязнение окружающей среды и значительной временной и пространственной изменчивостью.

Большой объем работы, включающий отбор презентативного образца, его сушку, размол и проведение лабораторных анализов, требует разработки и оснащения агрохимических лабораторий специализированным лабораторно-полевым оборудованием, быстродействующими аналитическими системами, а также создания новых методов и технологий массовых анализов.

Одним из направлений снижения затрат на взятие почвенных проб является разработка мобильного пробоотборника.

Выполненный анализ зарубежных источников показал, что, независимо от фирмы производителя, пробоотборники обладают рядом специфических особенностей /37/.

Пробоотборник CEE 98SS отличается высокой маневренностью благодаря передней навеске. Наличие рамы обеспечивает устойчивую работу пробоотборника СЕЕ. Такая конструкция пробоотборника позволяет отбирать пробы в местах, где работа навесных пробоотборников невозможна.

Пробоотборник Dura—Drill предназначен для отбора проб из твердой или промерзлой почвы. Это позволяет отбирать пробы в течение круглого года. Рабочим органом пробоотборника является шнек. Диаметр шнека 3 см, он оснащен карбидовым наконечником, что позволяет бурить мерзлую почву. Длина шнека 25, 90, 120 см. Пробоотборник навешивается на мобильное средство, управляется с помощью пульта управления. Привод пробоотборника осуществляется с помощью гидронасоса. После выглубления шнека почва выгружается в контейнер. Частота вращения шнека и заглубления выбираются в зависимости от физических свойств почвы.

Таблица 2

Техническая характеристика пробоотборника

Пробоотборник SoilRover оснащен:

· гидравлическим буром фирмы «Конкорд»;

· измерителем плотности почвы;

· системой позиционирования DGPS фирмы Trimbler;

· системой хранения и обработки данных (RDS+GIS);

· системой ближнего сканирования (VIS/NIR);

· цифровой фотосъемкой;

· системой измерения электропроводности почвы EN38.

Пробоотборник навешивается на автомобиль Landrover Defender 110. С помощью бура можно отбирать почвенные образцы на глубину 0…1 м.

Немецкая фирм Nietfeld модернизировала бур, и он стал в состоянии отбирать пробы на глубине до 3 м.