Внедрение систем точного земледелия в производство

 Юрий Николаевич Плескачев.
д. с.-х. н., заведующий кафедрой «Земледелие и агрохимия»
Волгоградского государственного университета

 

fotoЭффективность и точность приобретают в сельском хозяйстве все большее значение. Точное земледелие – это стратегия менеджмента, которая использует информационные технологии, извлекая данные из множественных источников с тем, чтобы принимать правильные решения по управлению сельскохозяйственным предприятием. Данные технологии рассматривают каждое поле как неоднородное по рельефу, почвенному покрову, агрохимическому содержанию и подразумевают дифференцированное применение на каждом участке вариабельных доз удобрений, средств защиты растений. Точное земледелие позволяет проводить мониторинг урожайности по отдельным участкам поля, а также качественно и эффективно выполнять все полевые работы круглосуточно.

 

1 ступень.

Картирование сельскохозяйственных угодий – основа повышения плодородия почвы в системе точного земледелия

Использование технологии точного земледелия начинается с построения электронных карт при помощи геоинформационных систем (ГИС) и спутниковых снимков, отражающих ландшафтную дифференциацию условий земледелия. Внедрение ГИС позволяет повысить эффективность менеджмента сельхозпредприятий и более оперативно и профессионально принимать управленческие решения, вести производство с учетом рельефа и всех других особенностей территорий.

Внедрение космических методов съемки позволяет

 

  • уточнять размеры полей,
  • выявлять земли, потенциально подверженные водной эрозии,
  • познавать закономерности и особенности проявления эрозионных процессов,
  • получать принципиально новые сведения о структурном плане и динамике развития овражно-балочной сети,
  • рационально управлять земельными ресурсами.

 

Полученные данные могут быть использованы:

 

  • для уточнения площади при проведении правильного расчета потребности в расходных материалах: семенах, минеральных удобрениях, средствах защиты растений, ГСМ;
  • при планировании направления движения посевных и почвообрабатывающих агрегатов;
  • организации орошения;
  • проведении противоэрозионных мероприятий;
  • выполнении других агротехнических приемов;

 

Картирование почв на основе систем глобального позиционирования представляет собой составление почвенных карт или картосхем, а также позволяет определять границы полей в зависимости от разрешающей способности прибора. Составной частью является агрохимическое картирование почвы – составление агрохимических карт на основе полевых, лабораторных и камеральных работ. Новый подход к картированию предусматривает точную географическую привязку с помощью систем глобального позиционирования.

 

2 ступень.

Изучение системы параллельного вождения на примере GPSEZ-GuidePlus

Наиболее простым и доступным элементом точного земледелия, который можно использовать в любом хозяйстве является использование навигационных приборов GPSEZ-GuidePlusдля параллельного вождения агрегатов при внесении удобрений и обработке средствами защиты растений.

Учитывая, что большинство полей имеют неправильную форму, механизаторы допускают при применении СЗР, внесении удобрений, посеве большие перекрытия или пропуски до 20%. При использовании EZ-GuidePlus существенно экономятся средства защиты растений, семена, топливо и время. Точность выполнения работ составляет 15-20 см.

 

Эффект от использования параллельного вождения на примере GPSEZ-GuidePlus:

  • избежание «перекрытий» 11% и «пропусков» 4% при обработке посевов;
  • сокращение затрат на удобрения до 20% на гектар, СЗР до 20% на гектар, ГСМ до 20% на гектар;
  • сокращение инвестиционных затрат на опрыскиватель и разбрасыватель;
  • сокращение времени выполнения полевых работ;
  • возможность качественно производить работы ночью и при любой видимости;
  • увеличение производительности на 13–20%;
  • минимизация уплотнения почвы и негативного воздействия на окружающую среду.

В условиях Поволжья система параллельного вождения GPSEZ-GuidePlusобеспечивает экономию денежных средств в пределах 180 руб./га. При стоимости прибора чуть более 150 тыс. руб., срок его окупаемости составит менее одного года.

 

3 ступень.

Изучение системы параллельного вождения на примере AgGPSEZ-Guide500 с подруливающим устройством EZ-Steer

Еще большую экономию в средних и крупных хозяйствах можно получать при использовании системы параллельного вождения AgGPSEZ-Guide500 вместе с подруливающим устройством EZ-Steer, обеспечивающей любой необходимый уровень точности от 20 до 2 см и предназначенной для проведения всех видов полевых работ – включая обработку почвы, посев и уборку. При этом кроме удобрений и средств защиты растений, экономятся семена и топливо на любых операциях.

Система параллельного вождения AgGPSEZ-Guide500 Lightbar– первая система, сочетающая функции картирования и управления с трех сантиметровой точностью. Качественная графика обеспечивает отображение обработанной площади, показывая, где была проведена обработка.

Экономия при использовании данной системы в условиях Поволжья составила 270 руб./га.

Прибор параллельного вождения с подруливающим устройством стоимостью около 375 тыс. Руб. окупается в течение одного года.

Преимущества системы параллельного вождения AgGPSEZ-Guide500 Lightbar

  • приемник последнего поколения обеспечивает точность до 2 см;
  • цветной, широкий дисплей;
  • экранные подсказки;
  • встроенная функция картирования с записью на съемный носитель.

 

4 ступень.

Изучение дифференцированного внесения удобрений

Следующим этапом является применение систем дифференцированного внесения удобрений. Дифференцированное применение минеральных удобрений предусматривает их внесение по площади поля в зависимости от обеспеченности каждого элементарного участка и потребности конкретной культуры. Существуют две методики: «off-line» и «on-line».

 

Дифференцированное внесение удобрений в системе «off-line»

Режим off-lineпредусматривает предварительно проведение агрохимического обследования и создания карт обеспеченности почвы элементами питания. Создание карт проводится в соответствующих программных продуктах: SMS, SSToolsbox и др. На карту наносится распределение элементов питания по площади поля, причем пространственно привязанных, их неоднородное количественное содержание.

От этой пространственной неоднородности зависит количество элементов питания, которое будет доступно растениям на данном участке. При этом имеются участки с максимальным содержанием макро и микроэлементов, где дозы удобрений можно снизить и участки с минимальным содержанием, где дозы требуется увеличить.

При традиционном агрохимическом картировании составляются картограммы только по шести классам обеспеченности и неоднородность распределения питательных веществ учитывается гораздо меньше.

Экономия на 1 га составляет 392,8 руб. Экономия на поле площадью 50 га составляет 19,6 тыс. руб.

Далее в этих же компьютерных программах рассчитываются дозы удобрений под планируемый урожай конкретной культуры, а затем нормы в физическом весе вносимых минеральных удобрений. Программа же создает карту-задание для дифференцированного внесения удобрений. В карте-задании содержатся пространственно привязанные, с помощью GPS, дозы удобрения для каждого элементарного участка поля.

Затем карта-задание переносится на чип-карте (носитель информации) на бортовой компьютер сельскохозяйственной техники, оснащенной GPS-приемником и выполняется заданная операция. Трактор оснащенный бортовым компьютером, двигаясь по полю, с помощью GPS определяет свое местонахождение, считывает с чип-карты дозу удобрений, соответствующую месту нахождения и посылает соответствующий сигнал на контроллер распределителя удобрений (или опрыскивателя). Контроллер же, получив сигнал, выставляет на распределителе удобрений нужную дозу.

 

Преимущества дифференцированного внесения удобрений в системе «off-line»:

  • расчет дозы удобрений на планируемую урожайность для каждого элементарного участка;
  • выполнение заданной операция путем считывания необходимой дозы с карты при движении трактора по полю;
  • экономия удобрений до 30%;
  • возможность работы в ночное время;
  • сокращение инвестиционных затрат на технику.

 

Мобильные почвенные лаборатории Fritzmeier

Последнее время в практике мирового земледелия все большее распространение получает оптимизация доз азотных удобрений по содержанию минерального азота (нитратного и аммиачного) в почве перед посевом (метод Nmhh.). Наиболее доступный способ корректировки доз азота с применением Nmhh. Заключается в следующем: допускается одинаковое усвоение растениями минерального азота почвы и удобрений. Зная потребность культурного растения в азоте на планируемый урожай и содержание азота в почве, разницу компенсируют внесением азотного удобрения. Для корректировки доз азотных удобрений в системе off-line широко могут использоваться экспресс-методы определения питательных веществ, в частности, минерального азота. Проводить данную работу непосредственно перед посевом можно с помощью почвенной лаборатории Fritzmeier. В условиях ЗАО «Самара-Солана» экономия азотных удобрений от корректировки дозы азота на планируемый урожай озимой пшеницы составила 9,8%.

 

Преимущества мобильной почвенной лаборатории Fritzmeier

  • позволяет определять реакцию почвенной среды (рН), нитратный и аммиачный азот в почве, воде, компосте, удобрениях;
  • простота в использовании;
  • взвешивание и обработка почвы;
  • наличие всех необходимых реактивов, лабораторной посуды, тест-полосок, многоцелевого измерительного прибора (рефлектометра) в одном удобном корпусе;
  • определение одного показателя занимает около 15 минут, включая отбор пробы, зависит от типа почвы;
  • возможность дополнительного заказа комплектов тестов для увеличения количества анализов;
  • корректировка доз азотных удобрений перед посевом культур;
  • экономия азотных удобрений, защита окружающей среды.

 

5 ступень.

Дифференцированное внесение удобрений в системе «on-line» на примере использования сенсора GreenSeekerRT 200

Режим реального времени (on-line) предполагает предварительно определить агротребования на выполнение операции, а доза удобрений определяется непосредственно во время выполнения операции за один проход техники по полю.

Агротребования, в данном случае, это количественная зависимость дозы удобрения от показаний датчика установленного на сельскохозяйственной технике, выполняющей операцию. Оптический датчик GreenSeekerRT 200 производства фирмы NTechIndustries, Inc в инфракрасном и красном диапазоне света определяет содержание хлорофилла в листьях и биомассу. На основании этих данных, а также данных по сорту и фенофазе растения определяется доза азотных удобрений. Для использования GreenSeekerRT 200 также необходим портативный прибор N-tester, определяющий те же параметры. Результаты выполнения операции (дозы и координаты, обработанная площадь, время выполнения и фамилия исполнителя) записываются на чип-карту. Информация от датчиков также передается на бортовой компьютер Amatron+, который в свою очередь управляет дозирующей системой разбрасывателя минеральных удобрений или опрыскивателя Amazone. В зависимости от интенсивности окраски листьев (то есть от содержания хлорофилла в них), будет повышаться или понижаться норма внесения азотных удобрений.

В настоящее время активно ведутся разработки различных датчиков, позволяющих использовать режим «on-line». Это оптические датчики, определяющие содержание азота в листьях и засоренность посевов; механические, оценивающие биомассу; электромагнитные и прочие.

 

Необходимое оборудование дифференцированного внесения удобрений в системе «on-line»: Навигационная система (курсоуказатель со встроенным GPS-приемником), датчик определения азота с сенсором, разбрасыватель удобрений с оборудованием для дифференцированного внесения.

Применение сенсора рекомендуется в хозяйствах, где получают высокие урожаи и вносятся дозы удобрений до 90–120 кг/га в д. в., в этих условиях затраты на оборудование для внесения удобрений в режиме «on-line» стоимостью 2,2 млн руб. окупаются уже за 2–2,5 года.

 

Преимущества дифференцированного внесения удобрений в системе online:

  • снижение затрат на азотные удобрения до 30%;
  • уменьшение полегания растений;
  • рост производительности труда оператора на 15%;
  • увеличение содержания «сырого белка» на 0,5–1,0%;
  • подходит для озимой и яровой пшеницы, озимой ржи, ячменя, рапса, кукурузы, картофеля и других культур;
  • увеличение эффективности использования удобрений;
  • повышение комфортности работы, снижение усталости оператора;
  •  охрана окружающей среды;
  • N-testerпрост в эксплуатации, подходит для разных культур и сортов,
    быстрое измерение потребности в азоте без механического повреждения
    растений.

 

6 ступень.

Система картирования урожайности на примере использования «InSight»

Оборудование для картирования урожайности устанавливается на комбайны и предназначено для определения урожайности на отдельных участках поля. Прибор способен отображать такие показатели как урожайность, влажность и массу собранного зерна, обработанную площадь. Особенно важным является контроль влажности зерна, поскольку влажное зерно не пригодно к хранению и требует дополнительных затрат на просушку. Показания датчика позволят разделить партию зерна на фракции по влажности и спланировать затраты на просушку.

На комбайне устанавливаются датчики, связанные с GPS приемником, которые определяют влажность и массу зерна. Результаты отражаются на мониторе урожайности InSight.

На основе полученных данных составляют карту урожайности, по которой в дальнейшем агроном может делать выводы об оптимальной или, наоборот, недостаточной обработке конкретного участка поля, чтобы в будущем, изменив соответствующие параметры получить более высокий урожай.

Картирование урожайности позволяет сократить количество почвенных проб при последующем агрохимическом обследовании.

Преимущества системы картирования урожайности InSight:

  • получение точных данных об урожайности сразу после уборки;
  • контроль влажности зерна с целью определения необходимости в просушке;
  • анализ зон с минимальной урожайностью;
  • экономия на последующем проведении почвенного обследования (отбор проб только в проблемных местах);
  • не влияет на производительность комбайна;
  • создание карт урожайности для проведения последующего анализа.

 

Программное обеспечение точного земледелия

Точное земледелие базируется на современном информационном и техническом обеспечении технологий, поэтому основой использования систем точного земледелия являются такие программные продукты как SMS, SSTools, «Agroview» и «FieldManager».

При помощи многофункциональных программ «SSTools» или «SMS» создается многослойная карта, включающая карту границ полей, топографическую карту, почвенную карту, карту урожайности, на основе систематизированных данных может быть рассчитана карта прибыльности. Информационные слои программы SSTools организуются, хранятся, анализируются и выводятся для принятия решений.

Функционально программы «SSTools» и «SMS» позволяют решить ряд задач эффективного ведения сельскохозяйственного производства:

  • составление и ведение цифровых карт полей сельскохозяйственного назначения;
  • создание базы данных по истории полей для определения оптимальной структуры посевных площадей и севооборотов;
  • определение состояния плодородия почвы и всхожести культур;
  • рациональное использование минеральных удобрений и средств защиты растений;
  • совершенствование прогнозирования развития сельскохозяйственных культур, их возможной урожайности;
  • определение площадей, подверженных водной и ветровой эрозии;
  • предоставление сведений, хранящихся в базе данных в табличном виде, составление карт и вывод их на печать;
  • оценку рисков и уточнение страховых платежей.

Комплексное использование системы точного земледелия – это реальная экономия денежных средств, рациональное применение средств химизации, защита окружающей среды, забота о сохранении и восстановлении почвенного плодородия, это инвестиции в ваше будущее!