Точное земледелие в сельском хозяйстве реферат

Обновлено: 02.07.2024

Освещены основные элементы системы точного земледелия, такие как глобальные системы позиционирования, географические информационные системы, оценка урожайности, дифференцированное внесение материалов, дистанционное зондирование земли.

Главная цель точного земледелия при производстве сельскохозяйственных культур – максимизация урожая, финансовых выгод и минимизация вложений капитала, воздействия на окружающую среду.

Основой научной концепции точного земледелия являются представления о существовании неоднородностей в пределах одного поля. Для оценки и детектирования этих неоднородностей используют новейшие технологии, такие как системы глобального позиционирования (GPS, ГЛОНАСС), специальные датчики, аэрофотоснимки и снимки со спутников, а также специальные программы, разработанные для агроменеджмента. Полученные данные применяют для планирования посева, расчета норм внесения удобрений и средств защиты растений, более точного предсказания урожайности и финансового планирования.

В последние годы точное сельское хозяйство распространилось и на динамично развивающееся животноводство – точное животноводство (precision livestock farming) и его отрасли – точное молочное скотоводство (precision dairy farming), точное свиноводство (precision pork farming) и точное птицеводство (precision poultry farming) (рисунок 1).

Применение точного земледелия требует учета дополнительных затрат, среди которых можно выделить категории:
– затраты на сбор данных (карты, глобальные системы позиционирования (ГСП), сенсоры);
– затраты на менеджмент данных (техника и программное обеспечение);
– затраты на специальную технику для точного выполнения агроприемов и навигацию (ГСП-управляемые машины и оборудование для дифференцированной обработки почвы, посева, внесения удобрений, средств защиты растений и др.).

Глобальные системы позиционирования

Глобальная навигационная спутниковая система (ГНСС) предназначена для определения пространственных координат, составляющих векторы скорости движения, поправки показаний часов и скорости изменения показаний часов потребителя в любой точке на поверхности Земли, акватории Мирового океана, воздушного и околоземного космического пространства.

Возникновение глобальной спутниковой навигации пришлось на середину 90-х гг. XX в.

На территории России основными видами спутниковых бесплатных дифференциальных поправок являются системы: EGNOS (только европейская территория России, не включая Южный федеральный округ и Поволжье), обеспечивающая точность радиуса действия 40– 50 см; StarFire 1 (фирма John Deere) работает только с фирменным оборудованием и обеспечивает точность 35 см.
Среди платных систем коррекции следует отметить спутниковые дифференциальные сервисы Omnistar, предусматривающие несколько видов поправок:
Omnistar VBS с точностью 15–20 см, Omnistar HP/XP – 8–10 см, а также StarFire 2 – 10–18 см.

Системы спутниковой навигации развиваются в направлении повышения точности, совершенствования предоставляемого пользователям сервиса, увеличения срока службы и надежности бортовой аппаратуры спутников, достижения максимальной совместимости с другими радиотехническими системами и формирования дифференциальных подсистем.

Географические информационные системы

Географическая информационная система (ГИС) обеспечивает сбор, хранение, обработку, доступ, отображение и распространение пространственно-координированных данных. ГИС предназначены для решения научных и прикладных задач инвентаризации, анализа, оценки, прогноза и управления окружающей средой и территориальной организацией общества. Они позволяют создавать базы данных с пространственной информацией.

Геоинформационные технологии – это совокупность приемов, способов и методов применения программно-технических средств обработки и передачи информации, позволяющих реализовать функциональные возможности геоинформационных систем. Они включают: методы дистанционного зондирования земли (ДЗЗ), системы управления базами данных (СУБД), системы глобального позиционирования (GPS), методы анализа, интернет-технологии, системы картографирования, методы цифровой обработки изображений. Геоинформационные технологии применяются для составления тематических карт хозяйства, таких как карты использования земель, уклонов территории и экспозиций склонов, климатических и гидрологических условий, типов и характеристик почв, агрохимических данных, текущего состояния растений, урожайности и др. На основе анализа данных, представленных на перечисленных картах, осуществляется оценка агроклиматических условий данного хозяйства, необходимости внесения удобрений и возможности выращивания конкретной сельскохозяйственной культуры.

Обязательными модулями геоинформационной системы (ГИС) являются: графические и тематические базы данных; преобразование систем координат и трансформация картографических проекций; система управления, анализа и моделирования, система вывода и предоставления данных; взаимодействие с пользователем (рисунок 2).

Оценка урожайности

Основным источником информации для составления прогнозов урожайности служат результаты полевых обследований состояния посевов сельскохозяйственных культур и определение урожайности на отдельных участках поля с обязательной географической привязкой полученных данных.

Для измерения урожайности в процессе движения уборочной техники используют специальное оборудование, которое может отражать такие показатели, как урожайность, влажность и масса собранного зерна, обработанная площадь. В состав этого оборудования входят датчики (оптический датчик объема зерна в бункере, датчик влажности зерна, датчик поперечных и продольных отклонений и др.), представляющие собой набор сенсоров, GPS-приемник, электронно-вычислительный модуль определения урожайности, бортовую информационную систему, карточку памяти, калибратор. GPSприемник определяет координаты комбайна на поле, которые записываются одновременно с сигналами датчиков урожайности зерна, через определенные промежутки времени. После компьютерной обработки данных создается детальная пространственно ориентированная карта урожайности убранного поля с выделенными определенным цветом участками, отличающимися по урожайности. Погрешность при определении урожайности составляет 3–8 %.

Для картирования полей используют специальные многофункциональные компьютерные программы. Среди них следует отметить немецкую программу Agro-Net NG (фирма Agrocom).

Дифференцированное внесение материалов

Технологию дифференцированного внесения материалов применяют в основном при таких технологических операциях, как внесение удобрений и средств защиты растений. Согласно этой технологии предусматривается корректировка нормы внесения питательных веществ и средств защиты растений в зависимости от ситуации на каждом отдельном участке поля.

Традиционная технология предполагает внесение одной усредненной дозы удобрений для всего обрабатываемого поля, без учета особенностей рельефа, почвенного покрова, показателей освещенности, температуры почвы, необходимого количества влаги, минеральных и органических веществ на каждом участке.
Современные способы внесения удобрений должны удовлетворять требованиям экологической безопасности, обеспечивать точное внесение требуемой дозы
удобрения в зависимости от различных агрофизических, агрохимических, фитосанитарных и других показателей, характерных для этого участка. В наибольшей степени
этим требованиям отвечает технология дифференцированного внесения удобрений, которая является основным структурным элементом точного земледелия. Работа по данной технологии осуществляется в двух основных режимах: on-line (режим реального времени) и offline (на основе готовой карты поля). К преимуществам технологии точного земледелия относится возможность электронной записи и хранения информации по истории проведения полевых работ и урожаев, что помогает как при последующем принятии решений, так и при составлении отчетности о производственном цикле.

В режиме off-line предусматривается предварительное проведение агрохимического обследования и создания карт обеспеченности почвы элементами питания, на
которых наглядно представлено распределение по площади поля пространственно обусловленных элементов питания, их неоднородное количественное содержание. Анализ накоплений информации после картирования полей с использованием GPS-приемника осуществляется с помощью соответствующих программ (SMS, SSToolBox, Agro-Map, Arpoменеджер, ЛИССОЗ и др.), которые позволяют сначала рассчитывать дозы вносимых минеральных удобрений под планируемый урожай на каждом участке поля, а затем их нормы в физическом весе. Эти программы создают карту-задание для дифференцированного внесения удобрений, которая переносится на носителе информации в бортовой компьютер сельскохозяйственной техники, оснащенной GPS-приемником.

В режиме on-line, который обычно используют для подкормки растений, доза удобрений рассчитывается непосредственно во время операции за один проход техники по полю. Сенсорные датчики в реальном времени определяют основные параметры состояния почв, плотность травостоя и его жизнеспособность, содержание хлорофилла в листьях и биомассу растений. Информация передается на бортовой компьютер трактора, управляющего дозирующей системой машины для внесения удобрений. С помощью соответствующего программного обеспечения происходит обработка данных, после чего определяются необходимые для внесения дозы удобрений и посылается сигнал на контроллер по той же схеме, что и в режиме off-line.

Дистанционное зондирование земли

В аграрных ГИС основополагающими данными являются карты полей масштаба 1:10000. Эти карты могут создаваться с использованием различных технических и
программных средств. Максимально точное и полное представление о сельскохозяйственных угодьях можно получить с помощью использования данных дистанционного зондирования земли (ДЗЗ). Эта технология позволяет получать информацию о поверхности Земли и объектах, расположенных на ней, атмосфере, океанах, верхнем слое земной коры бесконтактными методами, когда регистрирующий прибор удален от объекта исследований на значительное расстояние.

Процесс сбора данных дистанционного зондирования и их использования в географических информационных системах схематически представлен на
рисунке 3.

Методы дистанционного зондирования основаны на применении сенсоров, которые размещены на космических аппаратах и предназначены для регистрации электромагнитного излучения в форматах, существенно более приспособленных для цифровой обработки, и в более широком диапазоне электромагнитного спектра. В большинстве методов ДЗЗ используют инфракрасный диапазон отраженного излучения, тепловой инфракрасный и радиодиапазон электромагнитного спектра.

Аэрокосмические снимки получают с помощью технических средств малой авиации (самолеты типа Ан-2, Ан-30, Cesna, L-410; вертолеты типа Ми-8Т, Ка-26), беспилотной авиационной системы (беспилотный летательный аппарат (БПЛА) в совокупности с его приборным оснащением) или со спутников (Ресурс-ДК1, WorldView-1, WorldView-2, GeoEye-1, QuickBird и др.).

Беспилотный летательный аппарат (БПЛА) – это летательный аппарат без экипажа на борту, оснащенный двигателем и имеющий полезную нагрузку и продолжительность полета, достаточные для выполнения специальных задач. В его программно-приборное оснащение входят интегрированная навигационная система, приемник спутниковой навигационной системы, накопитель полетной информации. БПЛА запускается вручную, взлетает, садится в автоматическом режиме по заранее спланированному в ГИС маршруту и выполняет цифровую съемку местности. Каждый снимок сопровождается полным набором цифровой информации (географические координаты центральной точки снимка, высота съемки, угол экспонирования) и телеметрических данных для переноса и использования в ГИС-системах.

Применение БПЛА, по сравнению с аэрофотосъемкой, проводимой с помощью самолетов, имеет следующие преимущества : возможность съемки с небольших высот и вблизи объектов; оперативное получение снимков высокого разрешения; возможность применения в зонах чрезвычайных ситуаций без риска для жизни и здоровья пилотов.

Экономические аспекты технологии точного земледелия

При внедрении системы технологий точного земледелия необходимо учитывать предполагаемые затраты на каждую из них и многочисленные факторы и обстоятельства, которые в итоге обеспечивают эффект.

Одни категории затрат реализуются один раз в 5–10 лет, другие – ежегодно. Привлекательность технологий точного земледелия, как и других технологических инноваций, на практике определяется экономической эффективностью.

Большинство современных подходов к экономическому анализу технологии точного земледелия сводится к оценке применяемой техники и соответствующих технологий при выращивании отдельной сельскохозяйственной культуры. Вместе с тем очевидно, что общий агроэкономический эффект от интеграции технологий точного земледелия в масштабах хозяйства с учетом синергетических эффектов будет более высоким по сравнению с применением отдельных технологических комплексов.

В отличие от других современных инновационных процессов, как, например, генной инженерии, отношение населения и потребителей к точному земледелию, как правило, положительное или нейтральное. Повышается наукоемкость сельскохозяйственного производства и привлекательность сельскохозяйственных профессий, особенно среди молодого поколения фермеров и специалистов. Однако технологии точного земледелия внедряются в сельскохозяйственную практику сравнительно медленно.

Экологические аспекты технологии точного земледелия

Внедрение технологии точного земледелия обеспечивает получение положительных экологических эффектов за счет дифференцированного применения химических средств защиты растений на отдельно взятых полях с учетом их дифференциации по плодородию почв и другим условиям роста и развития растений. При этом достигаются экономия материально-технических ресурсов за счет более рационального их использования и положительный экологический эффект.

В научной литературе экологические эффекты от применения технологий точного земледелия определяют при сравнении дифференцированной обработки отдельно взятого поля с традиционными сплошными обработками без учета различий по плодородию, но при одинаковом уровне прикладываемых усилий.

Снижение интенсивности обработки почвы с учетом дифференциации глубины в пределах отдельно взятого поля обеспечивает прежде всего возможность сокращения расхода горючего.

Экологический эффект от применения дифференцированной технологии посева в зависимости от неоднородности поля в целом, вероятно, ниже по сравнению с дифференцированной обработкой почвы, а его количественная оценка гораздо сложнее.
В результате обеспечивается экономия посевного материала, удобрений и средств защиты растений, а также снижается потребность в посевных площадях. Очевидно, что экологический потенциал этого элемента технологии точного земледелия невысок.

Дифференцированное внесение удобрений имеет, несомненно, более высокий положительный экологический эффект. При уменьшении расхода удобрений в связи с дифференцированным их внесением можно ожидать снижение совокупного отрицательного влияния на внешнюю среду, как при их производстве, так и при внесении. При этом сокращаются расход невозобновляемых энергетических ресурсов, а также поступление содержащихся в удобрениях тяжелых металлов (урана, кадмия) в почву. Количественная оценка этих эффектов затруднительна. Кроме того, в ряде случаев применение технологий точного земледелия связано с увеличением доз вносимых удобрений с целью повышения экономической эффективности адаптивно-ландшафтного земледелия.

Эффективное управление популяциями агроценозов обеспечивает повышение уровня их саморегулирования. Благодаря этому применение технологии точного земледелия открывает дополнительные возможности для управления резистентностью популяций вредных организмов к средствам защиты растений.

Лекции

Лабораторные

Справочники

Эссе

Вопросы

Стандарты

Программы

Дипломные

Курсовые

Помогалки

Графические

Доступные файлы (1):

ОБОРУДОВАИЕ И ПРИБОРЫ ТОЧНОГО ЗЕМЛЕДЕЛИЯ (КООРДИНАТНОГО ЗЕМЛЕДЕЛИЯ)

5.1. Основные компоненты системы точного земледелия
В настоящее время рост цен на семена, минеральные удобрения, средства защиты растений, технику и другие средства производства в сельском хозяйстве приводит к необходимости повышать эффективность их использования.

Перед руководителями и специалистами сельского хозяйства стоит задача повышения уровня менеджмента, как важного фактора для достижения результативного хозяйствования. Поставленную задачу решает новое направление под названием точное (прецизионное) земледелие, которое в настоящее время получает все большее распространение во многих странах.

Точное земледелие – это комплексная высокотехнологичная система сельскохозяйственного менеджмента, включающая в себя технологии глобального позиционирования (GPS), географические информационные системы (GIS), технологии оценки урожайности (Yield Monitor Technologies), технологию переменного нормирования (Variable Rate Technology) и технологии дистанционного зондирования земли (ДЗЗ).

Суть точного земледелия в том, что обработка полей производится в зависимости от реальных потребностей выращиваемых в данном месте культур. Эти потребности определяются с помощью современных информационных технологий, включая космическую съемку. При этом средства обработки дифференцируются в пределах различных участков поля, давая максимальный эффект при минимальном ущербе окружающей среде и снижении общего расхода применяемых веществ. Наиболее важным вопросом, решенным в последнее время в европейских странах было нахождение оптимального уровня использовния удобрений и химикатов в растениеводстве, а также определение доз их внесения, исключающих негативное воздействие на почву, растения и окружающую среду.

Накопление статистики обработки (куда и сколько внесли каждого вещества) и получаемых результатов (урожайность) позволяет применять различные виды анализа с тем, чтобы в дальнейшем корректировать применяемые дозы для получения максимума отдачи на каждый вкладываемый в обработку рубль.

оптимизация использования расходных материалов (минимизация затрат);
повышение урожайности и качества сельхозпродукции;
минимизация негативного влияния сельскохозяйственного производства на окружающую природную среду;
повышение качества земель;
информационная поддержка сельскохозяйственного менеджмента.

система сбора пространственной информации (ДЗЗ, наземные аналитические методы); система пространственного контроля выполнения операций: GPS (приборы спутниковой навигации) и сенсорные датчики

. Приборы спутниковой навигации, используемые в сельском хозяйстве.

Принцип работы системы приборов спутниковой навигации (GPS):

В околоземном пространстве развернута сеть искусственных спутников Земли (ИСЗ), равномерно “покрывающих” всю земную поверхность. Орбиты ИСЗ определяются с очень высокой точностью, поэтому в любой момент времени известны координаты каждого спутника. Радиопередатчики спутников непрерывно излучают сигналы в направлении Земли. Эти сигналы принимаются GPS-приемником, находящимся в некоторой точке земной поверхности, координаты которой нужно определить.

Рисунок 5.1. GPS спутник

Приемник измеряет время распространения сигнала от ИСЗ и вычисляет дальность “спутник-приемник” (радиосигнал, как известно, распространяется со скоростью света).

Для определения местоположения точки нужно знать три координаты (плоские координаты X, Y и высоту H), следовательно, в приемнике должны быть измерены расстояния до трех различных ИСЗ). При таком методе радионавигации (он называется беззапросным) точное определение времени распространения сигнала возможно лишь при наличии синхронизации временных шкал спутника и приемника.

В связи с этим, в состав аппаратуры ИСЗ и приемника входят эталонные часы (стандарты частоты), точность которых исключительно высока (долговременная относительная стабильность частоты обеспечивается на уровне 10-13 - 10-15 за сутки). Бортовые часы всех ИСЗ синхронизированы и привязаны к так называемому “системному времени”. Эталон времени GPS- приемника менее точен, чтобы чрезмерно не повышать его стоимость. Этот эталон должен обеспечивать только кратковременную стабильность частоты - в течение процедуры измерений.

На практике в измерениях времени всегда присутствует ошибка, обусловленная несовпадением шкал времени ИСЗ и приемника. По этой причине в приемнике вычисляется искаженное значение дальности до спутника или “псевдодальность”. Измерения расстояний до всех ИСЗ, с которыми в данный момент работает приемник, происходит одновременно. Следовательно, для всех измерений величину временного несоответствия можно считать постоянной. С математической точки зрения это эквивалентно тому, что неизвестными являются не только координаты X,Y и H, но и поправка часов приемника D t. Для их определения необходимо выполнить измерения псевдодальностей не до трех, а до четырех спутников. В результате обработки этих измерений в приемнике вычисляются координаты (X,Y и H) и точное время.

Если приемник установлен на движущемся объекте и наряду с псевдодальностями измеряет доплеровские сдвиги частот радиосигналов, то может быть вычислена и скорость объекта. Таким образом, для выполнения необходимых навигационных определений надо обеспечить постоянную видимость с нее, как минимум, пяти спутников. После полного развертывания созвездия ИСЗ в любой точке Земли могут быть видны от 5 до 12 спутников в произвольный момент времени. Современные GPS-приемники имеют до 12 каналов, т.е. могут одновременно принимать сигналы от такого количества ИСЗ. Избыточные измерения (сверх пяти) позволяют повысить точность определения координат и обеспечить непрерывность решения навигационной задачи.

созвездие ИСЗ (космический сегмент)
сеть наземных станций слежения и управления (сегмент управления);
собственно GPS-приемники (аппаратура потребителей).

Технология отлично зарекомендовала себя и успешно применяется в США, Канаде, Бразилии и в странах Европы. В США и Канаде навигационное оборудование особенно распространено, т.к. в производстве используется широкозахватная техника.

GPS – оборудование востребовано в связи с тем, что обеспечивает экономию средств. В Европе, например, подсчитано, что экономический эффект от применения GPS – оборудования достигает 50-60 Евро на гектар. Кроме того, пользователи данного оборудования получаю возможность проводить полевые работы ночью, в тумане, при повышенной запыленности и т.д.

В настоящее время, сравнивая производимые российские и зарубежные приборы спутниковой навигации для работы в сельском хозяйстве, можно сказать, что иностранные приборы имеют преимущества по своим функциям.

Зарубежный опыт насчитывает гораздо больше подобных приборов: это известная компания John Deere с прибором Green Star Parallel Tracking System, и менее известные: Mid-Tech Center-Line, Raven RGL 500, Cultiva ATC, Outback S, и другие. Однако, неоспоримым лидером в данном направлении на сегодняшний день является компания Trimble с семейством навигационных приборов серии AgGPS, которые широко применяются в точном земледелии в Европе, США, Канаде, а теперь и в России.

Применение приборов точного земледелия на сельскохозяйственных операциях

^ Обработка почвы и посев .

Обработка почвы и посев являются такими технологическими операциями, которые должны быть выполнены в сжатые сроки и с максимальной точностью. Существует много различных решений в данной области, начиная от простого параллельного вождения и заканчивая автопилотированием.

повышать продуктивность полей за счет более быстрого и точного выполнения операций;
сокращать сроки за счет работы в ночное время;
создавать и записывать различную детализированную по участкам поля информацию, топографические данные и т.д.

Техническое описание приборов.

Навигационные приборы серии AgGPS состоят из: курсоуказателя, антенны и GPS-приемника, который может быть встроенным или внешним. Эти компоненты прибора показаны на рисунке 5.2.

Рисунок 5.2. Компоненты навигационного прибора серии AgGPS

Следует отметить, что навигационный прибор AgGPS EZ-Guide Plus 252 имеет антенну с уже встроенным GPS-приемником. Данный навигационный прибор обладает следующими техническими характеристиками:

a. 35 световых индикаторов для вождения

b. Графический жидкокристаллический дисплей размером 160*120 пикселей

c. Возможность регулировки яркости

d. Вакуумное крепление для быстрого монтажа в кабине

e. Встроенный GPS приемник

a. 12 канальный DGPS приемник

b. Позиционирование, базирующееся на высокоточной системе приемника

c. Технология мультипроходного отклонения EVEREST™

a. Высококачественная устойчивая к ударам антенна

b. Антенный кабель длиной 8 м

c. Магнитная подставка и подставочная пластина для простой установки

d. Небольшой размер для удобства размещения
Передвижение трактора с использованием данного прибора может осуществляться при наименьшем вмешательстве механизатора. Это достигается путем дооснащения навигационного прибора AgGPS EZ-Guide Plus 252 System подруливающим устройством EZ-Steer (рисунок 5.3), которое крепится на рулевой механизм трактора и получает сигналы от навигационного прибора AgGPS EZ-Guide Plus 252 System. Таким образом, снижается необходимость механизатора постоянно следить за индикаторами движения LED на курсоуказателе. Эту функцию выполняет подруливающее устройство EZ-Steer. При этом значительно повышается точность вождения.

Рисунок 5.3. Подруливающее устройство EZ-Steer
В этом случае механизатору остается лишь браться за руль на поворотах, когда трактор подходит к концу ряда. Для этого достаточно перехватить руль, либо откинуть подруливающее устройство EZ-Steer в сторону. Монтаж данного устройства занимает несколько минут, что позволяет с легкостью переставлять его на другие трактора.

Подруливающее устройство EZ-Steer может быть установлено на любую импортную технику. Вопрос о дооснащении данным прибором тракторов российского производства необходимо рассматривать в каждом отдельном случае т.к., основной проблемой отечественных машин является тяжелая гидравлика (гидроусилитель руля).

Существует также система полного автоматического вождения AgGPS Autopilot, при которой может использоваться еще и навигационный контроллер AgGPS, являющийся необходимым устройством для систем автоматического вождения. Используя выход GPS- приемника, и свои собственные встроенные сенсоры, прибор передает точный сигнал, необходимый для автоматического вождения.
Уход за растениями.

Данные навигационные приборы имеют ряд преимуществ перед различными маркерами, полностью их заменяя, что видно из таблицы 5.2.

Точное земледелие и системы параллельного вождения необходимы для оптимизации работы сельскохозяйственной техники. Данные системы навигации позволяют сэкономить топливо и сократить время выполнения конкретных задач. В результате такой оптимизации деятельности появляется возможность увеличить общую загрузку техники при этом сохраняя качество работы. Экономические показатели применения систем параллельного вождения превысят все ваши ожидания!

Что такое точное земледелие?

Современное сельское хозяйство работает по тем же принципам, что и любой бизнес — постоянное стремление снижать себестоимость единицы продукции и повышать производительность в расчете на единицу затраченных ресурсов.

На протяжение всего XX века достигать этих целей позволял классический инструментарий — использование все более:

экономичных сельхозмашин,
продуктивных сортов растений,
эффективных удобрений,
рациональных агротехнологических приемов.

Сегодня эти инструменты по-прежнему актуальны, но их потенциал практически достиг предела, возможного при современном уровне технологий. В то же время появились новые инструменты, недоступные прежде. В частности спутниковые и компьютерные технологии, ставшие общедоступными.

После того как на основе спутниковых и лабораторных данных составляется точная карта поля с указанием характеристик каждого его участка, фермер получает возможность более рационально распределять ресурсы между ними. Таким образом, удается избежать перерасхода ресурсов там, где они прежде использовались в избытке, и повысить продуктивность тех участков поля, которые ранее недополучали в удобрениях, вспашке или поливе.

При достаточно большом масштабе такой подход позволяет снизить расходы на производство единицы продукции и повысить отдачу с каждого квадратного метра земли. Кроме того, эта технология открывает дополнительные возможности для повышения качества продукции и в глобальном масштабе снижает нагрузку на окружающую среду.

Система точного земледелия — это не строго определенный набор методик и технических средств, а, скорее, общая концепция, основанная на использовании технологий спутникового позиционирования (GPS), геоинформационных систем (GIS), точного картографирования полей и др.

Немного истории

История возникновения и развития земледелия насчитывает более восьми тысяч лет. На самой его заре человек ещё не умел добывать железо, и все работы на земле производились с помощью деревянных мотыг и заступов — структура и плодородие почвы не нарушались. С возникновением крупных поселений и увеличением численности населения возникает полеводство, и люди изобретают первое пахотное орудие — деревянную соху, которая была предназначена для нарезки борозд, а как тяговую силу использовали волов или лошадей. С того момента, как человек научился добывать и переплавлять железо, на смену деревянной сохе пришла металлическая.

На территории России массовое использование отвальной вспашки с помощью плуга началось при Петре Первом. И это стало началом конца. Массовая вырубка лесов и отвальная обработка земли быстро вызвали обесструктуривание почвы центральной России.

Первым предвестником предстоящих экологических катастроф, вызванных масштабной вспашкой целины, стала сильная эрозия, дегумификация и обсыхание грунтов на юге Российской империи в середине 19 века. И уже тогда некоторые российские учёные (В.В. Докучаев, И.Е. Овсинский) начали бить в набат, говоря о том, что отвальная вспашка пагубно влияет на структуру почвы и на её плодородие. Уже тогда Овсинский вместо плуга стал использовать конный плоскорез, получая при этом замечательные урожаи, даже в засуху 1895–1897 годов.

Следующая экологическая катастрофа произошла на равнинах США и Канады в 30-х годах 20 столетия. Распашка миллионов гектаров целины в прериях привела к возникновению жуткой ветровой эрозии, а пыльные бури того времени местные жители воспринимали как наступивший конец света.

В 60-х годах двадцатого столетия такая же катастрофа разразилась в СССР, на землях Казахстана, Урала и Сибири. В период с 1954 по 1962 год здесь методом отвальной вспашки было распахано 42 миллиона гектар. Грандиозное облако из пыли повисло во всю ширь степных полей. И таких примеров можно привести не один десяток.

Изобретение минеральных удобрений сыграло колоссальную роль в уничтожении плодородия и уменьшении гумусного слоя почвы. А про опасность употребления овощей и фруктов, выращенных с помощью таких подкормок, говорить уже не приходится.

В это же время в Германии возникает биодинамическое земледелие, основным принципом которого стал полный отказ от использования минеральных удобрений и ядохимикатов. Для удобрения почвы и борьбы с вредителями в данном случае применяются специальные биодинамические препараты, о которых мы поговорим в следующих статьях. Основоположником биодинамического земледелия является Рудольф Штайнер (1861–1926). Эти два направления и дали основу для развития методов современного органического земледелия. Данная система уже давно и успешно используется во многих странах. Это особенно актуально, учитывая, что экологическая ситуация в мире вызывает у многих серьезные опасения.

Система параллельного вождения

Одной из самых доступных и в то же время самых популярных технологий точного земледелия является система параллельного вождения. Она требует гораздо меньше затрат на внедрение, чем другие, а эффект заметен сразу.

Система параллельного вождения основана на использовании сигнала спутниковой навигации. При этом, если использовать бесплатный GPS-сигнал, движение сельхозтехники по полю осуществляется с точностью до 30 см. При работе с платным сигналом точность доходит до 2,5 см. Используя платный сигнал, можно радикально сократить площадь пропущенных (необработанных) или дважды обработанных участков поля. Также сокращается длина холостого хода техники и ширина разворотной полосы. В целом сильно снижается (до 20%) удельное количество используемых ресурсов — топлива, семян, удобрений.

Преимуществом системы параллельного вождения является то, что она не требует таких высоких затрат, как другие элементы точного земледелия (например, не нужно составлять подробные карты полей). К тому же она технологически более простая и доступная. При этом система очень быстро окупается — буквально за один-два сезона.

Взгляд на мир глазами органического земледельца

Чтобы стать органическим земледельцем, недостаточно просто отказаться от применения ядохимикатов и глубокой обработки почвы. В основе этого научного подхода лежит глубокое понимание процессов, происходящих в природе. И не нужно воспринимать природу, как какое-то отвлеченное понятие. Природа в органическом земледелии — это почва и растения, которые мы выращиваем на своих участках.

Органическое земледелие (его еще называют природным или биологическим) в корне отличается от традиционного. Здесь землю не копают и не пашут, а лишь взрыхляют с помощью специальных приспособлений, таких как плоскорез Фокина. Более подробно об этом уникальном инструменте мы поговорим в следующих статьях. Огородники-органисты для удобрения почвы и борьбы с вредителями и болезнями растений используют только органические удобрения и специальные биопрепараты.

Основными целями природного земледелия являются увеличение плодородия почвы и получение экологически чистых продуктов. Методы и приёмы, которые используют приверженцы этого подхода, позволяют сделать труд огородника лёгким и приятным.

Основой органического земледелия является особое отношение к почве. Почва воспринимается как живое существо, которое нужно беречь и всячески заботиться о его здоровье. Потому что, если почва здорова, то и культурам, произрастающим на ней, ничего бояться не стоит.

Именно такое отношение и обуславливает отказ от глубокой обработки земли, так как постоянное перекапывание убивает всех живых существ, которые создают основу плодородия — гумус. Гумус — сложный по составу комплекс питательных органических соединений, которые образуются в почве в результате жизнедеятельности червей, грибов, микробов и других почвенных живых организмов.

Для увеличения гумуса и улучшения структуры почвы в биологическом земледелии применяются только органические удобрения, главными из которых являются компост и сидераты. Сидераты — это зелёные удобрения, в качестве которых можно использовать различные травы и зерновые культуры (горчица, клевер, люпин, рапс, рожь, овёс и другие). Обо всём этом подробно мы поговорим в следующих статьях

О пермакультуре

Многолетняя практика некоторых современных земледельцев доказывает, что соблюдая определенные условия и имея достаточно знаний и опыта, выращивать овощи и фрукты для обеспечения своей семьи можно без применения различных удобрений (даже органических). Совсем не обязательными будут большинство агротехнических приемов — рыхление, прополка, полив, мульчирование, компостирование, сидерация.

Это реально доказал известный австрийский аграрий-революционер Зепп Хольцер. Его поместье расположено на высоте 1100 метров над уровнем моря, и среднегодовая температура здесь составляет плюс 6 градусов. И вот в этих сложных климатических условиях Зеппу Хольцеру удаётся успешно выращивать такие теплолюбивые деревья, как вишни, абрикосы, черешни и другие. Прекрасно растут у австрийского профессора бахчевые культуры и виноград. Следует отметить, что всё это произрастает здесь вопреки канонам традиционного земледелия.

Итак, подведем итоги. Экологическая ситуация на планете требует от каждого человека задуматься и принять меры для того, чтобы сохранить то, что ещё осталось. А использование методов органического земледелия может нам в этом здорово помочь.

К основным постулатам природного земледелия относятся:

Не рыхли почву глубже, чем на пять сантиметров.
Всегда прикрывай землю слоем органики.
Защищай и береги почвенную живность, которая и является главным производителем гумуса.
Бойся голой земли, не оставляй почву без растений, а на освободившейся почве высевай сидераты.Эти основные правила также станут темами наших следующих статей. Наблюдайте за природой, живите в гармонии с ней — и тогда труд на земле принесёт вам не только хорошие урожаи, но и доставит максимум удовольствия и положительных эмоций.

Другие популярные технологии точного земледелия

Как уже было сказано, точное земледелие в сельском хозяйстве — это общая концепция, подход к управлению производственным процессом, а не перечень из нескольких конкретных технологий. По большому счету, к точному земледелию можно отнести все технологии и системы, основанные на компьютерных и спутниковых системах и призванные рационализировать и оптимизировать использование сырья и ресурсов.

Помимо системы параллельного вождения и картографирования полей, о которых мы уже рассказали, стоит упомянуть еще несколько популярных технологий данного направления:

Использовать эти и другие технологии можно как по отдельности, так и в комплексе. Всё зависит от финансовых возможностей предприятия и проблем, которые стоят наиболее остро перед ним.

Преимущества и недостатки точного земледелия

Отчасти мы уже рассказали о том, какие преимущества несет в себе использование технологий точного земледелия. Если резюмировать, то список достоинств данной системы выглядит так:

Оптимизация (минимизация) затрат сырья и материалов — топлива, семян, удобрений, воды и т.д.
Повышение урожайности используемых полей.
Улучшение качества получаемой продукции.
Повышение качественных характеристик используемой земли.
Снижение негативного влияния на окружающую среду.

Однако на пути внедрения данных технологий стоит несколько препятствий, которые с определенной долей условности можно назвать недостатками. Особенно актуальны эти проблемы точного земледелия в России:

Дороговизна. На внедрение этих технологий нужны немалые средства, которых у большинства сельхозпредприятий и так не хватает. Даже с учетом хорошей окупаемости не каждое хозяйство может позволить себе технологии точного земледелия.
Техническая сложность. По сути речь идет о современных ультра-сложных компьютерных технологиях. В сельской местности не так-то просто найти специалистов, способных не то что внедрить, а хотя бы обслуживать девайсы системы точного земледелия.
Отсутствие практического опыта. Почти все технологии точного земледелия являются совершенно новыми. К тому же они быстро меняются и совершенствуются. Столь быстрый технический прогресс означает, что нет достаточной практики их применения, а следовательно, невозможно адекватно оценить эффективность их применения в тех или иных условиях.

И всё же эти недостатки нельзя считать существенной причиной для отказа от использования точного земледелия в принципе. Очевидно, что за ним будущее, и те предприятия, которые раньше освоят данные технологии, получат существенные преимущества в конкурентной борьбе за рынки сбыта своей продукции.

Кол-во блоков: 9 | Общее кол-во символов: 19794
Количество использованных доноров: 3
Информация по каждому донору:

Aggeek отвечает на основные вопросы о точном земледелии.

Точное земледелие — что это?

Точное земледелие (или прецизионное — от precision agriculture) — это комплексный подход к управлению продуктивностью почвы с применением компьютерных и спутниковых технологий. А именно: глобального позиционирования GPS, оценки урожайности YMT (Yield Monitor Technologies), географической информационной системы GIS, дистанционного зондирования земли (ДЗЗ), переменного нормирования VRT (Variable Rate Technology) и других. Такое земледелие основано на учете дифференцированности среды обитания посевов в пределах одного поля.

Хорошо, так а суть в чем?

Если говорить кратко, точное земледелие — это управление урожайностью на каждом отдельном участке посевной площади. Ведь условия для развития растений в разных местах одного и того же поля подобные, но не одинаковые. С помощью спутниковой съемки и других современных технологий по каждому участку можно определить реальные потребности всходов в удобрениях, поливе и прочем. После чего — удовлетворить эти потребности, управляя агрегатом с компьютерной точностью. В результате эффект получится максимальным, а расход веществ — оптимальным.

Поля разбиты на единичные участки. Источник: сельхозпортал

Точное земледелие не следует путать с инновационными приемами обработки почвы. Это не просто очередная технология, предусматривающая какой-то определенный перечень технического оборудования и методических рекомендаций. Это общая концепция. Она заключается в использовании разных технологий: GPS, подробного картографирования, параллельного вождения и других. Их можно применять все сразу либо лишь некоторые, на усмотрение руководства. Главное — выполнение поставленных задач и достижение запланированного эффекта.

Зачем это нужно?

А есть ли вообще необходимость во внедрении точного земледелия? На полях сейчас работают высокопроизводительные машины, селекционеры выводят новые сорта, в агрофирмах осваиваются передовые технологии. Разве этого недостаточно? К сожалению, нет.

Принципы работы сельского хозяйства аналогичны законам любого другого бизнеса. Эффективность достигается за счет повышения производительности труда и снижения себестоимости продукции. На рубеже XX-XXI вв. поставленные цели достигаются при помощи таких классических инструментов:

Повышение производительности и экономичности сельскохозяйственной техники.
Селекция более продуктивных сортов агрономических культур.
Применение высокоэффективных удобрений и средств защиты растений.
Внедрение рациональных технологических приемов и новых технологий обработки почвы.

Актуальность перечисленных инструментов не оспаривается. Речь не идет о том, чтобы от них отказаться. Вопрос в другом. Все они, за исключением, пожалуй, только новых технологий (ноу-тилл, мини-тилл, стрип-тилл), при современном уровне развития науки работают "на пределе". Цены на технику, семена, удобрения и СЗР постоянно растут.

Чтобы решить проблему интенсификации агропроизводства, указанный список можно дополнить новыми инструментами, прежде недоступными. Это компьютерные и спутниковые системы. Вот их-то и предлагается использовать для серьезного улучшения результатов труда.

Что лежит в основе такой системы?

Точное земледелие основывается на применении максимально детализированных по участкам и характеристикам карт полей. Имеющиеся кадастровые карты дают мало полезной информации, определяя в основном границы поля на местности. А ведь нужны еще сведения об уровне влажности почвы (в том числе УГВ), химическом составе, преобладающих ветрах, угле наклона поверхности, количестве солнечного излучения, наличии естественных и искусственных объектов и расстояния до них (водоемы, леса, дороги, предприятия и прочее). Чем подробнее получается карта, чем больше факторов в ней учтено, тем точнее будут работать компьютерные и спутниковые технологии. И тем быстрее и эффективнее можно вносить изменения в производственный процесс.

Есть разные методики составления подобных карт. Со спутников получается необходимая информация, на местности берутся пробы грунта, по каждому участку выполняется общий анализ. Карты составляются на компьютере и совмещаются с прочим оборудованием.

Затем на основе имеющихся электронных карт прописываются точные рекомендации. В них по каждому участку указывается, сколько надо внести семян, воды, удобрений. Эти инструкции загружаются в бортовой компьютер выезжающей в поле сельхозмашины.

Во время работы агрегата участие в процессе человека (механизатора) сводится к минимуму. В основном он контролирует, правильно ли машина выполняет инструкции. Техника, ведомая спутниковой навигацией, движется по полю, вносит в грунт семена и удобрения, регулируя их количество на каждом участке согласно полученным рекомендациям. Благодаря GPS курс прокладывается так, чтобы исключить накладки или просветы между обработанными полосами. Это называется системой параллельного вождения.

Насколько система параллельного вождения точна? В чем ее эффективность?

Параллельное вождение — это движение сельскохозяйственной машины по GPS-сигналу. Если используется бесплатный канал, то точность курса будет равна 30 см. Если платный — то 2,5 см. В последнем случае площадь участков, обработанных дважды (накладки) или совсем не обработанных (просветы), значительно уменьшается. Кроме того, сокращается ширина полосы разворота и длина холостого хода. В результате расход топлива, удобрений и семян снижается до 20%

Важен еще один фактор. Во время опрыскивания при "обычном" вождении механизатор, стараясь работать без огрехов, нередко проходит по соседним полосам с перекрытием, как показывает практика, шириной от 0,5 м до 1,5 м. По разным оценкам, "нахлест" составляет от 5 до 15% площади поля. Это значительно повышает фитологическую токсичность внесенных химикатов и снижает качество продукции. Использование GPS-навигации сводит двойную обработку к минимуму, фактически устраняя данный недостаток.

Возможность выполнять механизированные работы (пахота, культивация, внесение удобрений, посев, уборка) с минимумом "лишних" движений — это не единственное преимущество данной системы. Она позволяет работать ночью так же точно и эффективно, как днем. Это очень важно в годы с неблагоприятными погодными условиями, когда для выезда в поле выпадает несколько подходящих дней и в буквальном смысле слова нельзя терять ни единого часа.

Система параллельного вождения является наиболее популярным элементом точного земледелия по двум причинам. Во-первых, она не требует больших капиталовложений. Окупается за один-два года. Во-вторых, она достаточно простая в технологическом отношении.

Какие технологии применяются в системе точного земледелия?

Описанные выше подробное картографирование и параллельное вождение — это тоже технологии, притом самые распространенные. О прочих можно сказать, что к точному земледелию относятся фактически все технологии, которые основаны на использовании спутниковых и компьютерных систем и применяются для оптимизации расхода ресурсов.

Наиболее популярны следующие:

GPS-мониторинг. При помощи спутниковой навигации можно не только организовать параллельное вождение. Она хорошо подходит для того, чтобы в любой момент определить местоположение сельскохозяйственной машины. Достаточно смонтировать GPS-маяки на весь служебный и технологический транспорт. После этого можно легко контролировать, не расходуют ли водители и трактористы топливо предприятия для поездок по личным делам.

Орошение. Нередко агрофирмы сталкиваются с тем, что в нужное время поливной воды не хватает в достаточном количестве. Благодаря современным технологиям влажность почвы контролируется 24 часа в сутки. Автоматизированная техника дает возможность поливать только критичные участки. В результате вносится столько воды, сколько необходимо. Это более эффективно, чем заливать все поле по графику.

Датчики. Если на полях разместить беспроводные датчики, то контроль важнейших характеристик, таких как влажность почвы, состояние посевов и другие, можно выполнять удаленно в реальном времени. В результате специалисту не нужно каждый день ездить по полям, расходуя топливо и рабочее время. Кроме того, реакция на любые изменения становится более оперативной.

Мобильные гаджеты. В сельском хозяйстве надо широко применять планшеты, смартфоны и прочие девайсы. После инсталляции специальных приложений с их помощью можно, выезжая в поле, сразу отследить состояние грунта и растений, после чего на месте провести первичный анализ.

Технология SMART ("облака"). Правильная постановка "умной" цели позволяет объединить в общую информационную систему все основные объекты, такие как здания, оборудование, техника. После этого их работу и состояние можно не только контролировать из единого центра — таким образом ими можно даже частично управлять.

Роботизация. Чем дальше развиваются технологии, тем больше появляется машин, способных работать самостоятельно, без постоянного контроля со стороны оператора. Подобные системы уже разработаны практически для всех основных этапов растениеводства: посева, уборки, полива, внесения удобрений.

В чем достоинства точного земледелия?

Значительное уменьшение расхода семян и материалов: удобрений, топлива, воды и прочих. Как следствие — снижение себестоимости продукции.
Увеличение урожайности и повышение прибыли.
Продукция получается более качественной.
Свойства почвы улучшаются.
Снижается отрицательное воздействие производства на природную среду.
Сельскохозяйственный менеджмент получает и накапливает много полезной информации.

А недостатки?

Чтобы внедрить комплексную систему точного земледелия, надо вложить серьезные деньги. Подобные расходы может позволить себе не каждое хозяйство даже из тех, которые работают с немалой прибылью.
Точное земледелие, по сути, представляет собой набор довольно сложных компьютерных технологий. В сельской местности могут возникнуть проблемы с подбором специалистов не только для внедрения, а даже для обслуживания девайсов.
Система точного земледелия — новая, практический опыт небольшой. Мало того, имеющиеся технологии еще и постоянно совершенствуются, что дополнительно уменьшает опыт их применения. В результате правильно оценить эффективность ее внедрения и использования довольно сложно.

Нетрудно заметить, что перечисленные недостатки являются, скорее, не столько базовыми минусами, сколько проблемами роста. Они не становятся непреодолимым препятствием для тех, кто понимает, что за точным земледелием будущее. И кто раньше его освоит, тот получит преимущества в борьбе за рынок сбыта.

Читайте также: