Приборное и программно-аппаратное обеспечение информацией систем точного земледелия — ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ И ВНЕДРЕНИЯ В СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО ТОЧНОГО ЗЕМЛЕДЕЛИЯ

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ И ВНЕДРЕНИЯ В СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО ТОЧНОГО ЗЕМЛЕДЕЛИЯ

В настоящее время совершенствование системы земледелия на агроландшафтной основе сопряжено с поиском и обоснованием путей повышения устойчивого сельскохозяйственного производства, снижения последствий предшествующих негативных техногенных воздействий на почвенный покров, создания ресурсо- и энергоэкономных агротехнологий с учетом сезонных потоков энергии в почвенно-растительной системе, улучшения качества получаемой продукции и более полной реализации средообразующего потенциала растений. Современные задачи повышения устойчивости сельского хозяйства в условиях пространственно-временной изменчивости физических, физико-химических и биологических процессов в системе «почвенный покров-посев-деятельный слой атмосферы», в конечном итоге, эффективно могут быть решаемы в рамках технологии ТЗ.

Точное земледелие, не оставляя в стороне традиционные вопросы обеспечения высокой интегральной продуктивности посевов, выдвигает на первый план научно обоснованную современную технологию решения злободневных задач сельскохозяйственного землепользования – поддержание экологической устойчивости агроландшафтов и эффективное использование материальных ресурсов, привлекаемых для получения продукции заданного качества. В ТЗ на новой технической основе реализуются многие идеи, сформированные отечественной наукой еще в 70-х годах ХХ века в рамках проекта по программированию урожаев. Развитие этих исследований для совершенствования наукоемких технологий требует создания специальных биополигонов, оснащенных современным оборудованием и программно-аппаратным обеспечением для сбора и обработки информации о состоянии растений и среды их обитания.

Оценивая перспективы развития нового направления в сельскохозяйственном производстве, важно понимать, что ТЗ – это «информационно-интенсивная» технология. Применение этой технологии может быть эффективным, если используется системный подход в управлении на фоне увеличивающегося информационного потока. Большинство производителей не знают (не обучены), как эффективно использовать обширное количество данных, и поэтому они сталкиваются с многочисленными проблемами интерпретации этих данных как основы для принятия решений при управлении урожайностью.

Внедрение точного земледелия происходит медленнее, чем ожидалось, частично потому, что трудно определить преимущества (такие, например, как лучшее распределение затрат и увеличение урожайности) по сравнению с инвестициями, распределением времени, сбором информации и их обработкой /78/.

Исследования в области ТЗ за последние 10 лет показали, что это направление многопрофильное и для его развития и внедрения в производство потребуется намного больше времени, чем для традиционных технологий /36,37,38/.

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

Например, в Дании и Германии существует строгое законодательство об окружающей среде, предполагается 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

Дополнительные затраты.

Введение в с.-х. производство ТЗ и, в частности, технологий дифференцированного применения средств химизации требует 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 свои машины или приобретать новые /37/.

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, систем 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 отборе почвенных проб для оценки пестроты распределения элементов питания по полю наиболее часто применяется сеточный метод отбора проб. В США более 36% дилеров, оказывающих услуги по анализу полей, используют клетки размером 1 га, с целью снизить затраты на отбор 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 позволяет 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 принятия 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 элементом 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.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями: