Системи землеробства майбутнього з використанням елементів точного землеробства
Для забезпечення оптимальних умов для росту і розвитку рослин потрібно мати інформацію про стан поля на елементарних ділянках (кількість поживних речовин у ґрунті, вологість, щільність тощо). Сучасні технології вирощування сільськогосподарських культур не дають можливості отримати таку інформацію.
Для її одержання з поля необхідно зібрати два „врожаї" - біологічний та інформаційний. Інформаційний „урожай" лежить в основі технологій точного землеробства (ТЗ) - способу виробництва продукції рослинництва, який ґрунтується на застосуванні змінних норм внесення технологічних матеріалів (насіння добрив, пестицидів) відповідно до потреб рослин на кожній елементарній ділянці поля.
Основними рушійними факторами становлення ТЗ стали новітні технологічні досягнення в розвитку суспільства, зокрема:
• поява надійних і високопродуктивних засобів механізації сільського господарства;
• стрімке поширення електроніки та інформаційних технологій;
• наявність цивільного доступу до глобальних систем позиціонування.
Останнім часом інформаційні технології, що застосовують при адаптації ТЗ в умовах вирощування польових культур, сприяли створенню систем точного садівництва, виноградарства, тваринництва, лісівництва тощо. До основних компонентів системи точного землеробства (СТЗ) можна віднести: глобальні системи позиціонування (ГПС); географічні інформаційні системи (ГІС); технології змінних норм внесення (ЗНВ) технологічних матеріалів (ТМ); засоби картографування врожаю; системи дистанційного моніторингу; системи та методи вимірювання параметрів рослин та властивостей ґрунту.
Глобальні системи позиціонування. Нині у світі існує кілька альтернативних супутникових систем позиціонування: Global positioning system (GPS - США), Глобальна супутникова система (ГЛОНАСС - Російська Федерація), навігаційна система (Galileo - Європейський Союз).
ГПС ґрунтується на радіонавігаційній супутниковій системі, яка дає змогу визначати місцезнаходження машинно-тракторного агрегату (МТА) в полі у світових координатах (широта і довгота). При цьому похибка визначення місцезнаходження МТА має не перевищувати ±2 м.
Географічні інформаційні системи - комплекс обладнання, програмного забезпечення і методик для накопичення, опрацьовування, зберігання та інтерпретації даних із географічною прив'язкою.
ГІС забезпечує опрацювання даних про стан ґрунту, врожайність сільськогосподарських культур і побудову картограм.
Технології змінних норм внесення технологічних матеріалів. Витрати на накопичування і опрацювання даних не приведуть до поліпшення економічних показників виробництва до того часу, поки не відбудеться обґрунтована зміна стратегії менеджменту з врахуванням агробіологічного потенціалу поля. Найбільш ефективні такі зміни мають місце при запровадженні ЗНВ ТМ (насіння, добрив, вапна, засобів хімічного захисту тощо).
З технічного погляду реалізація ЗНВ ТМ може бути досягнута через варіювання швидкості руху МТА або диференційовану подачу технологічних матеріалів до робочих органів машин. Переважно зміна норм внесення ТМ відбувається за рахунок зміни швидкості руху вивантажувального конвеєра, величини відкриття заслінки, тиску в системі розпилювання, калібру розпилювача, концентрації хімікату, частоти пульсуючого розпилення тощо. Керування цими процесами може бути ручним або автоматизованим. При автоматичній системі контролю керуючий пристрій встановлює норму внесення, що відповідає значенню попередньо складеної картограми або з урахуванням сигналу від сенсора, що визначає параметри ґрунту або рослин у реальному часі. У будь-якому випадку контролюючий пристрій бере на себе функції зміни норми внесення ТМ, тоді як оператор виконує традиційну роботу.
Засоби картографування врожайності сільськогосподарських культур. Найбільш поширеним компонентом технологій ТЗ можна вважати операції картографування (моніторингу) врожайності сільськогосподарських культур. Саме створення комплексу спеціалізованого обладнання для реєстрації кількості зібраної сільськогосподарської продукції з кожної елементарної ділянки поля сприяє поширенню ідеї місцевизначеного менеджменту. Сьогодні існують технічні засоби картографування врожайності для багатьох культур: від зернових до цитрусових і бавовнику.
Картограми врожайності - індикатор доцільності впровадження технологій ТЗ. Але однорічна картограма врожаю не може переконливо свідчити про стан і потенціал виробництва продукції рослинництва на окремому полі. Йдеться про накопичення історії врожайності. При цьому картограми врожайності, отримані після трьох і більше сезонів, потрібно мати по кожній культурі, якщо застосовується сівозміна. Наявність картограм урожайності для сезонів з надлишком, достатністю або нестачею опадів можуть розкрити справжній потенціал застосування технологій ТЗ.
Якщо не існує істотної і постійної різниці в кількості та (або) якості вирощеної культури на окремих елементарних ділянках поля, то доцільно лише переглянути традиційний менеджмент на предмет можливого заощадження технологічних матеріалів і оптимізувати норми внесення без їх диференціювання.
Також не має сенсу поширювати технології ЗНВ на випадки, коли невідомі причини істотної нерівномірності врожаю. Якщо ж така причина відома, то можна або усунути її (наприклад внести вапно на кислій ділянці поля), або враховувати існуючу неоднорідність умов (зменшити норми внесення азотних добрив там, де зниження врожайності обґрунтоване неоднорідними типами ґрунтів).
Дуже актуальне на сьогодні питання щодо якості сільськогосподарської продукції. Картограми якості зібраного врожаю (вміст білка в зернових, цукру в цукрових буряках тощо) також можуть сприяти підвищенню ефективності виробництва. Необхідні для цього сенсори в основному перебувають на стадіях розробок і базуються на принципі визначення оптичних характеристик зібраного матеріалу.
Системи дистанційного моніторингу. Карти врожайності вказують на неоднорідність умов вирощування сільськогосподарських культур, але не дають інформації про стан ґрунту і рослин на різних стадіях їхнього росту. Системи дистанційного моніторингу дають можливість отримувати таку додаткову інформацію. За допомогою оптичних і радіометричних датчиків і фотокамер, установлених на супутниках, літаках, інших повітряних платформах (враховуючи модельні літаки і повітряні кулі), можна досить швидко отримати знімок усієї площі сільськогосподарського поля. Отримані дані порівнюють з картограмами врожаю, картами типів ґрунту та іншими інформаційними ресурсами. Дані дистанційного моніторингу можуть бути використані для визначення площ, уражених бур'янами, шкідниками або хворобами.
Засоби вимірювання параметрів рослин. Серед усіх видів датчиків, що характеризують неоднорідність умов росту рослин, найліпшим є сама рослина. Ще з початку впровадження систем ТЗ досить популярним була так звана польова розвідка стану рослин, яка дає змогу реєструвати інформацію про стан рослин, наявність бур'янів, комах тощо. Наприклад, використовують оптичні датчики, що встановлюють безпосередньо на сільськогосподарській машині. За допомогою такого датчика можна виявити наявність і кількість бур'янів на ранніх стадіях росту рослин. Сигнал від оптичного датчика регулює норму використання гербіциду.
Системи та методи визначення властивостей ґрунту. На відміну від вимірювання параметрів рослин, стан ґрунту не має великої динаміки зміни параметрів. Картограми властивостей ґрунту будують на базі відбору і лабораторного аналізу проб, що потребує значних фінансових витрат. Застосування автоматичних збірників проб дещо зменшує вартість роботи в полі, але залишаються досить високими витрати на лабораторні виміри.
Однією з альтернатив систематичному відбору проб є адаптивні схеми. У цьому випадку використовується попередньо відома інформація про необхідність поля. Проби ґрунту відбирають з кожної зони, як і з незалежних полів. Можливі технічні засоби, що дозволяють впроваджувати агротехнології точного землеробства, наведено в табл. 15.2.
Це досить економічно збалансована технологія, але вона вимагає залучення до роботи експертів високого фахового рівня і має ризик незалежності деяких хімічних властивостей (рН, вміст Фосфору тощо) від попередньо відомої інформації, що використовується.
Тому дослідження в галузі поліпшення тематичних картограм ґрунтів є ще одним пріоритетним напрямком сучасних досліджень.
Таблиця 15.2.
Технічні засоби для впровадження агротехнологій точного землеробства
| Агротехнологічний процес | Технічний засіб |
| Облік урожаю Створення карти: | |
| врожайності поля | Комбайн із системою картографування врожайності на полі |
| електропровідності поля | Трактор із причіпною системою вимірювання електропровідності ґрунту в координатах поля |
| Взяття проб ґрунту в характерних координатах поля | Трактор із системою визначення координат і пробовідбирачем ґрунту |
| Визначення агрохімічних показників ґрунту в окремих координатах поля | Лабораторний агрохімічний аналіз ґрунту |
| Створення агрохімічної карти поля для передпосівного внесення добрив | Автоматизоване робоче місце фермера |
| Передпосівний обробіток ґрунту: механічний обробіток ґрунту до посіву | Трактор із причіпним обладнанням для обробітку фунту до посіву |
| Захист ґрунту від бур'янів | Обприскувач із системою управління технологічним процесом внесення засобів захисту рослин за картою забур'яненості поля |
| Внесення добрив за агрохімічною картою поля | Розкидач з автоматизованою системою управління внесенням добрив за агрохімічною картою поля |
| Сівба, підживлення рослин: мінеральними добривами | Розкидач з автоматизованою системою управління технологічним процесом внесення добрив за агрохімічною картою поля |
| Рідкими добривами | Обприскувач з автоматизованою системою діагностики фізіологічного стану рослин і управління технологічним процесом внесення добрив |
| Захист рослин Профілактичні засоби Захист рослин від бур'янів, хвороб і шкідників на різних стадіях вегетації | Обприскувач з автоматизованою системою управління для рівномірного внесення засобів захисту рослин Обприскувач з автоматизованою системою управління технологічним процесом при внесенні хімічних засобів захисту рослин за агрохімічною картою поля |
Перспективною вважається розробка датчиків для визначення фізико-хімічних властивостей ґрунту на ходу. Такі датчики можуть бути застосовані безпосередньо із системами ЗНВ ТМ або для створення картограм з подальшим опрацюванням за допомогою ГІС.
Отже, основне завдання землеробства – збереження родючості землі для нащадків незалежно від форм власності та ведення господарства.
Контрольні запитання
1. Форми ведення землеробства в сучасних умовах.
2. Умови підтримання стійкості землеробства в різних типах господарств.
3. Завдання, що стоять перед сільським господарством України на сучасному етапі.
4. Завдання систем землеробства України на сучасному етапі.
5. Поняття про технології точного землеробства.
6. Системи землеробства майбутнього.