Об эффективности внесения минеральных удобрений в системе точного земледелия

Об эффективности внесения минеральных удобрений в системе точного земледелия

Точное земледелие — это оптимальное управление каждым квадратным метром поля. Целью такого управления является получение максимальной прибыли при условии оптимизации сельскохозяйственного производства, экономии хозяйственных и природных ресурсов. При этом открываются реальные возможности производства качественной продукции и сохранения окружающей среды. точный земледелие минеральный удобрение Такой подход, как показывает международный опыт, обеспечивает гораздо больший экономический эффект и, самое главное, позволяет повысить воспроизводство почвенного плодородия и уровень экологической чистоты сельскохозяйственной продукции.

Точное земледелие включает в себя множество элементов, но все их можно разбить на три основных этапа: первый этап — сбор информации о хозяйстве, поле, культуре, регионе, второй этап — анализ информации и принятие решений, третий этап — выполнение решений (проведение агротехнологических операций).

Для реализации технологии точного земледелия необходима высокотехнологичная сельскохозяйственная техника, управляемая бортовой ЭВМ и способная дифференцированно проводить агротехнические операции: приборы точного позиционирования на местности (GPS-приемники), технические системы, помогающие выявить неоднородность поля (автоматические пробоотборники, различные сенсоры и измерительные комплексы), уборочные машины с автоматическим учетом урожая, приборы дистанционного зондирования сельскохозяйственных посевов.

Ядром технологии точного земледелия (второй этап) является программное наполнение, которое обеспечивает автоматизированное ведение пространственно-параметрических данных картотеки сельскохозяйственных полей, а также генерацию, оптимизацию и реализацию агротехнических решений с учетом неоднородности характеристик в пределах возделываемого поля. Этап сбора информации о хозяйстве, поле, культуре (первый этап) достаточно развит в плане технического и программного обеспечения. За рубежом активно используются автоматические почвенные пробоотборники, оснащенные GPS-приемниками и бортовыми компьютерами; геоинформационные-системы (ГИС) для составления электронных карт полей, карты урожайности обмолачиваемых культур, получаемые сразу после уборки; дистанционные методы зондирования (ДДЗ), такие как аэрофотосъемка и спутниковые снимки [1].

Второй этап на сегодняшний день наименее развит, однако на рынке существует ряд программных продуктов, предназначенных для анализа собранной информации и принятия производственных решений. В основном это программы расчета доз удобрений с элементами геоинформационных систем (ГИС), таких как АСУР «АгроКонсул» (Казань), «AgroOffice» (Германия), «АдептИС» (Воронеж) [2].

Этап выполнения агротехнологических операций так же, как и первый этап, динамично развивается. Здесь самыми «продвинутыми» являются операции по внесению жидких и твердых минеральных удобрений, а также посев зерновых культур. Внесение удобрений, средств защиты и посев по технологии точного земледелия проводится дифференцированно, то есть, условно говоря, на каждый квадратный метр вносится столько удобрений, средств защиты и семян, сколько необходимо именно здесь (на данном элементарном участке поля).

Для подготовки операций внесения удобрения, средств защиты или посева на стационарном компьютере формируются карты-задания, в которых содержатся пространственно привязанные с помощью GPS дозы внесения удобрений, средств защиты или семян для каждого элементарного участка поля. Для этого проводится сбор необходимых для расчета данных о поле. Проводится расчет дозы для каждого элементарного участка поля, тем самым формируется карта-задание. Затем карта-задание переносится 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 дозу внесения или норму высева, соответствующую месту нахождения, и посылает соответствующий сигнал на опрыскиватель или высевающий аппарат и выставляет необходимую дозу внесения или норму высева.

Таким образом, для реализации концепции точного земледелия необходимо создать адаптированную к определенным условиям систему поддержки принятия решений (СППР), использующую приборы спутниковой навигации, ГИС-средства, данные дистанционного зондирования (космические изображения), бортовые компьютеры, робототехнические устройства сельскохозяйственного назначения, находящиеся на сельскохозяйственном агрегате, программное обеспечение. Устройства фиксируют на каждом поле температуру почвы, приземного слоя и воздуха, скорость ветра, количество осадков и т. п.

Специализированное программное обеспечение заполняет технологическую карту поля с момента сева до жатвы, выдавая экономические расчеты, справочную информацию. Собранная система данных упрощает управление, позволяет специалистам принимать адекватные решения и оперативно корректировать ситуацию на полях.

Естественно, это приводит к экономии средств защиты растений, энергоносителей и семенного материала, поскольку задействованы сберегающие технологии, а в конечном итоге — к росту производительности, снижению себестоимости и повышению эффективности хозяйствования. При этом весь производственный цикл отслеживают документально, в электронной форме, что гарантирует высокое качество продукции. При этом хозяйственный субъект будет знать, кто и как выполнил определенную технологическую операцию.

Анализ источников. Режим реального времени можно предварительно определить агротребования на выполнение операции, а доза удобрений определяется непосредственно во время выполнения операции. Агротребования в данном случае — это количественная зависимость дозы удобрения от показаний датчика, установленного на сельскохозяйственной технике, выполняющей операцию. Согласно данным Института почвоведения и агрохимии НАН Беларуси, снижение прибавки урожая сельскохозяйственных культур при повышении неравномерности внесения 3 т/га доломитовой муки, например до 50%, составляет для озимой пшеницы при рН 4,5 и ниже 13,9%, при рН 5,1−5,5 — 11,4%, для озимой ржи при тех же уровнях кислотности — 12,9 и 25,6, кукурузы на силос — 4,3 и 15,4%, сахарной свеклы — 16,5 и 17,7%, картофеля — 3,7 и 14,9%. Неравномерность 60−90% и более отмечается при использовании для внесения доломитовой муки центробежными машинами. Это является причиной того, что в настоящее время по результатам последнего агрохимического картирования в 63 районах республики отмечается повышение кислотности пахотных почв. В том числе: в Брестской области — в 10 районах, Витебской — в 6, Гомельской — 14, Гродненской — 13, Минской — 15 и Могилевской — в 5 районах. В республике 26% от всей площади пахотных угодий, улучшенных сенокосов и пастбищ составляют кислые почвы, которые подлежат известкованию. На этой площади недобирается от 10 до 17% урожая сельскохозяйственных культур [3].

Методы исследования. Отобранные образцы почвы для определения питательных элементов сельскохозяйственных предприятий Горецкого района Могилевской области (РУП «Учхоз БГСХА» и ЗАО «Горы»), а также кислотности и гумуса были подготовлены для агрохимического обследования, а именно высушены и просеяны с целью удаления крупных частиц. В агрохимической лаборатории БГСХА выполнен анализ проб на содержание калия, фосфора, гумуса. Была определена также и кислотность почвы. Эти элементы определялись согласно методике, применяемой при составлении агрохимического паспорта полей в производственных условиях.

Питательные элементы определялись согласно методике, применяемой при составлении агрохимического паспорта полей в производственных условиях. Содержание фосфора (Р2О5) определялось по методу Кирсанова (мг/100 г почвы), гумуса — по методу Тюрина (%), калия (К2О) — по Кирсанову (мг/100 г почвы), кислотность (рН) — в растворе КСL.

Метод определения содержания фосфора в почвах по Кирсанову основан на извлечении из почвы подвижного фосфора 0,2 к раствору соляной кислоты с последующим определением содержания фосфора на фотоэлектреколориметре (соотношение почва: раствор = 1: 5).

Аналогично из почвы извлекается и подвижный калий, который в последующем определяется на пламенном фотометре.

Обменная кислотность определялась следующим образом: на технологических весах брали 10 г воздушно-сухой почвы, помещали ее в стаканчик на 50 мл и добавляли 25 мл IM раствора КСL. Содержание стаканчика перемешивается стеклянной палочкой и оставляется на 5−10 мин. После отстаивания величину рН определяли на потенциометре.

В каждой точке образцы были взяты в двукратной повторности на глубину пахотного слоя, глубина пахотного слоя принималась согласно агрохимическому паспорту полей, образцы отбирались через 5 метров, уклон поверхности почвы определялся путем нивелирования створа через 20 м.

Проведена статистическая обработка результатов агрохимического анализа и данных нивелирования поверхности почвы по створам полей. При статистической обработке рассматривались только абсолютные значения уклона поверхности.

В Государственной программе возрождения и развития села на 2005;2010 годы планируется увеличить к 2010 г. внесение удобрений:

• 1) органических, в том числе с использованием торфа, в объеме не менее 40 млн. тонн в год (10 тонн на гектар пашни);
• 2) минеральных — до 1760 тыс. тонн, в том числе азотных — до 633 тыс. тонн, фосфорных — до 300 тыс. тонн и калийных — до 827 тыс. тонн действующего вещества (не менее 240 кг действующего вещества минеральных удобрений на гектар сельскохозяйственных угодий и 270 кг на гектар пашни).

Динамика наращивания объемов внесения удобрений по годам и регионам представлена на рис. 1:

• — ежегодно проводить известкование не менее 500 тыс. гектаров пахотных земель (2,5 млн. тонн в год известковых материалов);
• — увеличить к 2010 г. мощности предприятий по производству азотных минеральных удобрений до 676 тыс. тонн действующего вещества, фосфорных — до 220 тыс. тонн, калийных — до 4681 тыс. тонн 1. В технологической цепи применения удобрений последним звеном является их внесение и заделка в почву. При этом основными показателями, характеризующими качество выполнения технологического процесса, являются: доза внесения, неравномерность распределения, нестабильность дозы, рабочая ширина захвата машины.

Рис. 1. Объемы внесения минеральных удобрений.

Основной операцией, качество выполнения которой значительно сказывается на эффективности удобрений, является распределение их по поверхности почвы.

Согласно данным РУП «Институт почвоведения и агрохимии» эффективность твердых и жидких минеральных удобрений находится в прямой зависимости с показателем неравномерности их внесения, то есть снижение неравномерности внесения удобрений на 1% приводит к увеличению прибавки урожая за их счет также на 1%, и наоборот.

Показатель неравномерности распределения удобрений сверх допустимого уровня должен рассматриваться не только как причина недобора урожая сельскохозяйственных культур, но и как причина потерь самих удобрений 2.

При окупаемости 1 кг NPK даже 5 кг зерна недополученный урожай в масштабах страны составит 600 тыс. тонн. С точки зрения энергосбережения это означает, что потери топлива составят более 17 тыс. тонн.

Недостаточно высокая эффективность применения минеральных удобрений является следствием высокой неравномерности распределения их по полю. Агрохимической наукой и практикой доказано, что прибавка урожая от применения удобрений находится в прямой зависимости от неравномерности их внесения.

Действующими нормативными документами допустимая неравномерность внесения азотных удобрений составляет 10%, калийных и фосфорных — 20%. На основании многолетнего опыта разработки отечественных машин для внесения удобрений, испытания зарубежных образцов можно утверждать, что на практике эти нормативы не выдерживаются как по ширине захвата машины, так и по полю в целом. Основной парк машин для внесения твердых минеральных удобрений составляют сегодня машины, у которых разбрасывающие рабочие органы — диски с регулируемыми лопатками, причем число вариантов положения лопаток около 1000. Поэтому определить оптимальное положение этих лопаток для конкретного вида удобрений, не располагая специальными стендами, практически невозможно.

Кроме того, в республике машины для внесения удобрений не оборудованы маркером, с помощью которого механизатор мог бы правильно выдерживать расстояния между смежными проходами. В результате изменяется норма внесения, повышается неравномерность распределения удобрений. Институтом почвоведения и агрохимии НАН Беларуси доказано, что мы недобираем из-за этого 24 ц зерна на каждом гектаре. В целом по стране из-за неравномерного внесения удобрений ежегодно недополучаем около 500 тыс. тонн зерна.

Эффективность минеральных удобрений существенно зависит от кислотности почв. На кислых почвах, по данным агрохимической науки, эффективность минеральных удобрений снижается на 20−30%, а на сильно кислых — на 50% и более. Исследованиями Института почвоведения и агрохимии НАН Беларуси установлено, что при смещении рН с первой до четвертой группы кислотности эффективность азотных удобрений повышалась для зерновых культур в 2,22,5 раза и в 1,52,0 раза для картофеля и сахарной свеклы [5].

Согласно данным Института почвоведения и агрохимии НАН Беларуси, снижение прибавки урожая сельскохозяйственных культур при повышении неравномерности внесения 3 т/га доломитовой муки, например до 50%, составляет для озимой пшеницы при рН 4,5 и ниже 13,9%, при рН 5,1−5,5 — 11,4%, для озимой ржи при тех же уровнях кислотности — 12,9 и 25,6%, кукурузы на силос — 4,3 и 15,4%, сахарной свеклы — 16,5 и 17,7%, картофеля — 3,7 и 14,9%.

Руководством нашей страны плодородие почв отнесено к числу важнейших государственных приоритетов. Одним из определяющих показателей плодородия почв является содержание гумуса. По результатам последнего обследования оно составляет всего 2,25% [3], причем в последние годы обнаруживается тенденция его снижения. Объяснение такого положения кроется в недостаточных объемах и несовершенстве технологий применения органических удобрений, которые являются основным источником для образования гумуса.

Исследование вариантности содержания элементов питания в почве производилось в сельскохозяйственных предприятиях Горецкого района Могилевской области РУП «Учхоз БГСХА».

Для четырех переменных (фосфор, калий, гумус, рН), представляющих значимость, приведены градации по основным показателям питательности почвы (табл. 1, 2). Полученные данные табл. 1 и 2 показывают, что содержание питательных элементов в почве значительно ниже по сравнению с оптимальными значениями содержания питательных элементов для оптимального роста сельскохозяйственных культур, которые приведены в справочнике агрохимика [4, с. 338].

Таблица 1. Градации по содержанию питательных элементов в почве полей отделения «Горки», РУП «Учхоз БГСХА».

*Градации по содержанию и запасам фосфора в почвах.

**Оптимальные значения агрохимических показателей в зависимости от типа и гранулометрического состава почв.

Таблица 2. Градации по содержанию питательных элементов в почве полей отделения «Паршино», РУП «Учхоз БГСХА».

*** Градации почв по содержанию и запасам гумуса.

Внесение удобрений по технологии точного земледелия проводится дифференцированно, то есть, условно говоря, вносим на каждый квадратный метр столько удобрений, сколько необходимо именно здесь (на данном элементарном участке поля). Внесение проводится в двух режимах — off-line и on-line. Стоит отметить, что дифференцированное внесение минеральных удобрений на сегодняшний день является ключевым элементом в точном земледелии.

Режим off-line предусматривает предварительную подготовку на стационарном компьютере карты-задания, в которой содержатся пространственно привязанные с помощью GPS дозы удобрения для каждого элементарного участка поля. Для этого проводится сбор необходимых для расчета доз удобрений данных о поле (пространственно привязанных). Проводится расчет дозы для каждого элементарного участка поля, тем самым формируется (в специальной программе) карта-задание. 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.

В режиме on-line бортовой компьютер получает данные от датчика, сравнивает их с определенными и записанными в память агротребованиями и посылает сигнал на контроллер по той же схеме, что и в режиме off-line. 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.

Заключение

В последние годы в среднем по республике окупаемость 1 кг NPK зерном колеблется от 4,5 до 6 кг. В то же время при внесении научно-обоснованных доз удобрений в оптимальные агротехнические сроки этот показатель должен быть в пределах 8−10 кг.

Среди основных причин относительно низкой эффективности применения минеральных удобрений (неравномерность уклона поверхности почвы, количество осадков, несоблюдение агротехнических сроков внесения и др.) неравномерное распределение удобрений по площади поля является практически самой главной причиной.

Агрохимической наукой, отечественной и зарубежной практикой доказано, что прибавка урожая основных сельскохозяйственных культур от удобрений находится в прямой зависимости от неравномерности внесения. Снижение неравномерности внесения удобрений на 1% дает прибавку урожая также на 1%, и наоборот.

Для получения дружных всходов возделываемых сельскохозяйственных культур и одновременного их созревания необходимо добиться равномерного распределения питательных элементов в почве. Исходя из данных по распределению питательных веществ в почве, необходимо в сельскохозяйственных предприятиях использовать компьютеризированные машины для внесения удобрений, которые работают, используя данные картограмм полей.

Необходимо разработать новые современные технологии и машины дифференцированного внесения удобрений: внедрение сравнительно дешевого маркерного устройства и системы точного земледелия.

• 1. Петровец, В. Р. Технологии и машины для внесения удобрений / В. Р. Петровец, Н. В. Чайчиц. Горки, 2008. 29 с.
• 2. Дыба, А. Г. Эффективное использование машин для внесения минеральных удобрений: рекомендации / А. Г. Дыба, Л. Я. Степук, В. Р. Петровец, Н. В. Чайчиц. Горки: БГСХА, 2008 16 с.
• 3. Привалов, Ф. И. Как обеспечить расширенное воспроизводство плодородия почв / Ф. И. Привалов, В. В. Лапа // Белорусская нива. 2007. 4 сент. № 171.
• 4. Лапа, В. В. Справочник агрохимика / В. В. Лапа. Минск: Белорусская наука, 2007.
• 5. Степук, Л. Я. Машины для современных и перспективных технологий применения удобрений и пестицидов: монография / Л. Я. Степук, В. Р. Петровец. Горки, 2007. 178 с.
• 6. Государственная программа возрождения и развития села на 2005;2010 годы // Министерство информации РБ. Минск: Беларусь, 2005.
• 7. Степук, Л. Я. Энергосбережение: виртуальность и реалии / Л. Я. Степук // Белорусская Нива. 2008. 11 марта.
• 8. Agro Web Беларусь: общая информация о сельском хозяйстве / Материально-техническая база [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://aw.belal.by/russian/prof/prof.htm. Дата доступа: 6.07.2010.
• 9. Независимая аграрная пресса: лучшее в сельском хозяйстве / Материально-техническая база [Электронный ресурс]. Режим доступа: Этот адрес e-mail защищен от спам-ботов. Чтобы увидеть его, у Вас должен быть включен Java-Script Дата доступа: 12.07.2010.