CC BY
11
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
Научная статья
УДК 631.6
doi: 10.37670/2073-0853-2021-89-3-108-112
Эффективность дифференцированного внесения минеральных удобрений при посеве на участках с разной глубиной залегания гумуса
Владимир Александрович Милюткин1, Михаил Анатольевич Канаев1,
Ринат Хамидуллович Баймишев1, Константин Александрович Кузнецов2
1 Самарский государственный аграрный университет
2 ООО «Сингента»
Аннотация. Производство продукции растениеводства является ключевым направлением развития сельского хозяйства Российской Федерации. Цель исследования - определение эффективности дифференцированного внесения минеральных удобрений при помощи посевного агрегата УПС-8 (Веста), оснащённого специальным оборудованием, разработанным в Самарском ГАУ, в зависимости от глубины гумусового горизонта почвы. Образцы почвы отбирались для определения наличия доступных форм азота, фосфора и калия, а также процентного содержания гумуса. Проведено также исследование твёрдости почвы и глубины залегания гумуса. В работе рассмотрены 3 варианта внесения удобрений в зависимости от дозы и площади: 1-й - единая рассчитанная усреднённая доза удобрений N31P40 по всей площади опытной делянки; 2-й - в местах с максимальной твёрдостью внесено N31P40, а с минимальной - снижение дозы на 20 %, до N26P35; 3-й - снижение дозы на 30 %, до N21P28. Дифференцированное внесение удобрений проводилось в режиме онлайн. Внесение осуществили при посеве сои. По результатам исследования установлено, что уменьшение дозы на 30 % вызвало снижение урожайности на 26 -28 %. Уменьшение количества вносимых удобрений на 15 - 20 % в местах с наибольшей глубиной залегания гумуса путём дифференцированного внесения разработанным посевным агрегатом не привело к существенному снижению урожайности (4 - 6 %). Второй вариант дифференцированного внесения удобрений позволил существенно сэкономить минеральные удобрения и является самым эффективным.
Ключевые слова: дифференцированное внесение удобрений, технология, посевной агрегат УПС-8, гумус, почва, точное земледелие.
Для цитирования: Эффективность дифференцированного внесения минеральных удобрений при посеве на участках с разной глубиной залегания гумуса / В.А. Милюткин, М.А. Канаев, Р.Х. Баймишев [и др.] // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2021. № 3 (89). С. 108 - 112. doi: 10.37670/2073-0853-2021-89-3-108-112.
Original аrticle
The effectiveness of the differentiated application of mineral fertilizers when sowing in areas with different depths of humus
Vladimir A. Milyutkin1, Mikhail A. Kanaev1, Rinat Kh. Baimishev1, Konstantin A. Kuznetsov2
1 Samara State Agrarian University
2 LLC "Syngenta"
Abstract. Crop production is a key area in the development of agriculture in the Russian Federation. The purpose of the study is to determine the effectiveness of the differentiated application of mineral fertilizers using a seeding unit UPS-8 (Vesta), equipped with special equipment developed at the Samara State Agrarian University, depending on the depth of the humus horizon of the soil. Soil samples were taken to determine the presence of available forms of nitrogen, phosphorus and potassium, as well as the percentage of humus. The study of soil hardness and depth of humus was also carried out. The work considers 3 options for applying fertilizers depending on the dose and area: 1st - a single calculated averaged dose of N3^40 fertilizers over the entire area of the experimental plot; 2nd - in places with maximum hardness, N3^40 was introduced, and from a minimum - a dose reduction by 20 %, to N26P35; 3rd - dose reduction by 30 %, to N21P28. Differentiated fertilization was carried out online. The introduction was carried out when sowing soybeans. According to the results of the study, it was found that reducing the dose by 30 % caused a decrease in yield by 26 -28 %. A decrease in the amount of applied fertilizers by 15 - 20 % in places with the greatest depth of humus by means of differentiated application by the developed sowing unit did not lead to a significant decrease in yield (4 - 6 %). The second variant of the differentiated fertilization allowed to significantly save mineral fertilizers and is the most effective.
Keywords: differentiated fertilization, technology, seeding unit UPS-8, humus, soil, precision farming.
For citation: The effectiveness of differentiated application of mineral fertilizers when sowing in areas with different depths of humus / V.A. Milyutkin, M.A. Kanaev, R.Kh. Baimishev et al. Izvestia Orenburg State Agrarian University. 2021; 89(3): 108 - 112. (In Russ.). doi: 10.37670 / 2073-0853-2021-89-3-108-112.
Производство продукции растениеводства является ключевым направлением развития сельского хозяйства Российской Федерации. Для интенсификации отрасли производства продуктов питания совершенствуются технологии в земледелии, используются различные методы и приёмы, такие, как выбор оптимального посевного материала для возделывания в конкретном регионе, ведение обоснованных севооборотов, использование инновационных удобрений, мелиорантов и химических средств защиты растений. Для получения стабильно высоких урожаев необходимо обеспечить следующие оптимальные основные условия: температурный режим, водный режим, наличие необходимых питательных веществ в почве, а также подготовку почвы к качественному посеву. Из всего многообразия условий сельхозтоваропроизводитель в первую очередь должен обратить внимание на наличие питательных веществ в почве и механические агроприёмы.
В складывающихся условиях рынка, следуя трендам экологического и точного земледелия, а также постоянного роста цен на минеральные удобрения и ГСМ, хозяйства вынуждены адаптироваться к этим условиям. Существует несколько основных подходов для решения этих вопросов: снижение доз вносимых удобрений, использование методов дробного внесения, позволяющее эффективно использовать элементы питания, управляя режимом питания растений в течение всего периода вегетации. Отдельным, широко распространяемым направлением в новых технологиях является дифференцированное внесение минерального удобрения в системе точного земледелия [1 - 10].
Материал и методы. Цель исследования -определение эффективности дифференцированного внесения минеральных удобрений в зависимости от глубины гумусового горизонта почвы. В задачи исследования входило определение потребности в питательных элементах путём взятия проб почвы; внесение удобрений в различных дозировках на различных глубинах гумусового горизонта; определение эффективности применяемой технологии.
В традиционной системе земледелия предполагается использование единой усреднённой дозы удобрений на запланированный урожай по всему полю. Для расчёта усреднённой дозы, согласно зональным рекомендациям, поле разбивают на участки площадью 25 га с мониторингом плодородия по почвенным пробам, после чего удобрения вносятся по рассчитанной норме на всё поле. На практике потребность в питательных элементах в разных частях одного и того же поля может отличаться в разы. В связи с этим единая усреднённая доза может создавать перенасыщенный питательными элементами фон в одной
части поля и недостаточное их количество - в другой, что сказывается на урожайности, а также на почвенном плодородии участка.
В технологиях точного земледелия, если и ведётся отбор проб, то чаще всего с участков с низкой урожайностью, которые были определены при помощи датчиков урожайности, установленных на уборочной технике. Также могут отбираться пробы с небольших (5" = 1 га) по сравнению со стандартной методикой (5 = 5 га) участков поля.
В нашем случае образцы почвы отбирались для определения наличия доступных форм азота, фосфора и калия, а также процентного содержания гумуса. Кроме того, исследовали твёрдость почвы и глубину залегания гумуса. Для этого в местах с максимальной, средней и минимальной твёрдостью выкапывали шурфы в трёхкратной повторности глубиной 90 см для определения глубины залегания гумуса.
Анализ почвенных образцов показал, что почва опытного участка мало обеспечена азотом и фосфором, но в достаточной мере для питания сои обеспечена калием. Процентное содержание гумуса варьировалось от 3,6 до 5,1 %, что является средним показателем для данного типа почв в Самарском регионе Среднего Поволжья. Глубина залегания гумуса в различных местах изменялась от 27 до 76 см. Опытное поле отличалось значительной пестротой распределения питательных элементов по всей площади.
В работе использовали три варианта опыта. Первый вариант предусматривал внесение единой рассчитанной усреднённой дозы удобрений, вносимых по всей площади опытной делянки. Размеры опытной делянки составляли 56^100 м (это обусловлено шириной захвата посевного агрегата - 5,6 м). Средняя доза составляла N3^40. Во втором варианте дозировка варьировалась и в местах с максимальной твёрдостью составляла N3^40, а с минимальной - на 20 % ниже, т.е. ^бРз5. Снижение дозы осуществляли постепенно (табл. 1).
Снижение доз в местах с минимальной твёрдостью почвы обусловлено наличием максимальной глубины гумусового горизонта. Этот факт подтверждается нашими предыдущими исследованиями, проводимыми на протяжении 15 лет [3 - 5].
В третьем варианте опыта в местах с минимальной твёрдостью снижали дозу тукосмеси на 30 % до ^Р28 (табл. 2).
Дифференцированное внесение удобрений возможно осуществлять в режимах офлайн и онлайн. Для осуществления офлайн-режима необходимо иметь созданную предварительно карту-задание на основе данных о содержании питательных элементов или карту урожайности предшественника, составленную уборочной
Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2021. № 3 (89)_
.Технические науки
1. Тарировочная таблица для дифференцированного внесения минеральных удобрений (2-й вариант)
Доза минерального удобрения, кг на 1 га Твёрдость почвы в абс. велич.
N Р
31 40 210
31 40 200
30 39 190
30 39 180
29 38 170
29 38 160
28 37 150
28 37 140
27 36 130
27 36 120
26 35 115
2. Тарировочная таблица для дифференцированного внесения минеральных удобрений (3-й вариант)
Доза минерального удобрения, кг на 1 га Твёрдость почвы, в абс. велич.
N Р
31 40 210
30 39 200
29 38 190
28 37 180
27 36 170
26 35 160
25 34 150
24 33 140
23 32 130
22 30 120
21 28 115
техникой [1]. При движении агрегата по полю предварительно рассчитанные дозы вносятся согласно карте-заданию. Этот способ внесения менее предпочтительный, так как между получением информации, на основе которой создаётся карта-задание, и внесением удобрений на её основе проходит значительное время, и актуальность этих карт снижается. Для обеспечения онлайн-режима нет необходимости составлять карты-задания. Удобрения вносятся непосредственно по информации, поступающей из внешних датчиков, установленных на сельскохозяйственных машинах, таких, как ^сенсор, датчик стеблестоя и т.п. Такое оборудование работает на косвенных данных о потребности в питательных веществах, например индекс NDVI. В итоге после внесения удобрений получают карту о потребности растений в питании, а также карту внесённых доз удобрений. Этот способ более сложный и требует специального оборудования, установленного на сельскохозяйственную технику, но и более точный, так как элементы питания, такие, как азот и фосфор, подвижны и перемещаются в течение года вместе с почвенной влагой.
Часто дифференцированное внесение удобрений проводится в виде подкормки при помощи разбрасывателя и опрыскивателя, но, по мнению многих учёных, стартовая доза удобрений не менее важна, а при некоторых факторах предпосевное внесение более целесообразно.
Исходя из этого в нашей работе дифференцированное внесение проводилось в режиме онлайн. Внесение осуществляли при посеве сои. В данном опыте основной целью было выравнивание плодородия-урожайности путём дифференцированного внесения удобрений в местах с различной глубиной гумусового горизонта.
Дифференцированное внесение осуществляли при помощи посевного агрегата УПС-8 (Веста),
оснащённого специальным оборудованием, разработанным в Самарском ГАУ [2, 5]. Оборудование представляет собой систему измерения твёрдости почвы, а также систему автоматического дифференцирования удобрений.
В систему измерений твёрдости почвы входит твердомер в виде ножа, установленного под углом к горизонту и перемещаемого в почве на определённой глубине, которую можно регулировать. Нож шарнира связан с тензодатчиком растяжения, соединённым с рамой посевного агрегата. Информация с датчика растяжения поступает в бортовой компьютер, где при помощи специального программного обеспечения определяется твёрдость почвы, и производится расчёт глубины залегания гумуса. Между твёрдостью почвы и мощностью гумусового горизонта, по нашим исследованиям, имеется высокая прямая корреляционная зависимость. Затем в соответствии с различными дозировками для разных глубин залегания гумуса производится вычисление дозы вносимых удобрений, а также генерация управляющего сигнала для дозирующего устройства. Дозирующее устройство состоит из бункера, на дне которого имеется шнек, перемещающий массу удобрений к выходному окну бункера, после чего туки исходят по тукопроводу и попадают в почву. Частота вращения шнека туковысевающего агрегата регулирует норму вносимых удобрений. Для изменения частоты вращения шнека в нашем случае использовали управляемый мотор-редуктор (рис. 1), сигнал на изменение частоты вращения которого поступает из бортового компьютера. Перед началом посева с дифференцированным внесением удобрения проводили калибровку системы (определяли количество удобрений, которое выходит из бункера за один оборот вала шнека). Для этого под выходное окно бункера подставляли ёмкость, включали мотор-редуктор и делали 10 оборотов. Затем
вышедшие из бункера удобрения взвешивали и результат делили на 10. Полученное значение использовали при расчёте управляющего сигнала. Далее в сеялку загружали семена и удобрения и производили посев с дифференцированным внесением удобрений. В опытах использовали сорт сои Самер-2.
Измерение твёрдости системой идёт в абсолютных величинах и варьируется от 0 до 255. Экспериментально установили, что для опытного участка величина твёрдости лежит в диапазоне от 115 до 200. Если величина выходит за эти пределы, то система устанавливает внесение средней дозы.
Рис. 1 - Принципиальная блок-схема системы дифференцированного внесения минеральных удобрений посевным агрегатом
Вносимые дозы удобрений приведены в таблицах 1 и 2. Средняя доза, рассчитанная на планируемую урожайность, составляла N3^40.
Урожайность варьировала в богарных условиях в засушливый год от 1,21 до 1,82 т/га (рис. 2). Как показал анализ, урожайность сои на усреднённой дозе составляла 1,71 т/га. На фоне снижения дозы удобрений на 20 % в местах с максимальной твёрдостью урожайность была одинаковой либо снижалась незначительно, примерно на 2 - 4 %. В третьем варианте произошло снижение урожайности в среднем на 28 %.
Выводы. По результатам проведённых опытов видно, что внесение средней дозы удобрений дало приблизительно такой же эффект, как и дифференцированное внесение со снижением дозировки на 15 - 20 % в местах с большой глубиной залегания гумуса. Это обусловлено тем, что в местах с максимальной глубиной гумусового горизонта имеется запас необходимых питательных веществ и влаги, обеспечивающий достаточное питание посевов сои. Эффективность данного способа дифференцированного внесения напрямую зависит от глубины залегания гумуса, что ещё раз доказывает необходимость сохранения плодородия почв путём увеличения уровня органического вещества почв.
Исходя из вышесказанного можно сделать вывод, что снижение количества вносимых удобрений на 15 - 20 % в местах с наибольшей глубиной залегания гумуса путём дифференцированного внесения разработанным посевным агрегатом не дало существенного снижения урожайности (4 - 6 %), что позволяет существенно экономить расход минеральных удобрений. Сокращение дозы на 30 % приводит к снижению урожайности на 26 - 28 %.
2
1,8 1,6 1,4 1,2 1
0,8
0
2
4
6
— • — Снижение 20% — — Снижение 30% Рис. 2 - График урожайности по вариантам опыта
10 12 Единая усреднённая доза
Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2021. № 3 (89)
Технические науки
Литература
1. Зыков А.В., Юнин В.А., Захаров А.М. Использование робототехнических средств в АПК // Международный научно-исследовательский журнал. 2019. № 3 (81). С. 8 - 11.
2. Канаев М.А., Милюткин В.А. Разработка электронной системы дозирования минеральных удобрений для сельскохозяйственных агрегатов при использовании технологий точного земледелия // Вестник Чувашской государственной сельскохозяйственной академии. 2019. № 3. С. 89 - 94.
3. Милюткин В.А., Канаев М.А. Новый способ дифференцированного внесения удобрений при посеве сельскохозяйственных культур // Известия Самарской государственной сельскохозяйственной акапдемии. 2010. Вып. 3. С. 16 - 18.
4. Милюткин В.А., Канаев М.А., Кузнецов М.А. Система механизации мониторинга и управления плодородием почвы в режиме on-line // Известия Самарской государственной сельскохозяйственной академии. 2013. Вып. 3. С. 34 - 39.
5. Милюткин В.А., Канаев М.А. Разработка системы дифференцированного внесения удобрений на базе платформы ARDUINO // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2016. Вып. 2. С. 52 - 55.
6. Милюткин В.А., Канаев М.А. Совершенствование технических средств для внесения удобрений // Аграрная наука - сельскому хозяйству: сб. ст.: в 3-х кн. Алтайский государственный аграрный университет. 2016. С. 36 - 37.
7. Милюткин В.А., Буксман В.Э. Интеллектуальный опрыскиватель нового поколения // Техника и оборудование для села. 2018. № 7. С. 10 - 12.
8. Милюткин В.А., Буксман В.Э. Высокоэффективный агрегат для внутрипочвенного внесения удобрений XTENDER с культиватором Cemus-ТХ (AMAZONENWerke, АО «Евротехника») в технологиях No-Till, MiniTill и гребне-рядовых // Агроэкологические аспекты устойчивого развития АПК: матер. XIV Междунар. науч. конф. 2017. С. 488 - 493.
9. Милюткин В.А., Буксман В.Э. Технико-агрохимическое обеспечение повышения урожайности и качества сельхозпродукции внесением жидких минеральных удобрении // Ресурсосберегающие технологии и технические средства для производства продукции растениеводства и животноводства: сб. ст. IV Междунар. науч.-практич. конф. 2018. С. 122 - 127.
10. Милюткин В.А., Длужевский Н.Г., Длужев-ский О.Н. Технико-технологическое обоснование эффективности жидких минеральных удобрений на базе КАС-32, целесообразность и возможность расширения их использования // АгроФорум. 2020. № 2. С. 47 - 51.
Владимир Александрович Милюткин, доктор технических наук, профессор. ФГБОУ ВО «Самарский государственный аграрный университет». Россия, 446442, Самарская область, г. Кинель, п.г.т. Усть-Кинельский, ул. Учебная, 2, [email protected]
Михаил Анатольевич Канаев, кандидат технических наук, доцент. ФГБОУ ВО «Самарский государственный аграрный университет», Россия, 446442, Самарская область, г. Кинель, п.г.т. Усть-Кинельский, ул. Учебная, 2, [email protected]
РинатХамидуллович Баймишев, кандидат технических наук, доцент. ФГБОУ ВО «Самарский государственный аграрный университет». Россия, 446442, Самарская область, г. Кинель, п.г.т. Усть-Кинельский, ул. Учебная, 2, [email protected]
Константин Александрович Кузнецов, кандидат сельскохозяйственных наук. ООО «Сингента». Россия, 446442, Самарская область, г. Кинель, п.г.т. Усть-Кинельский, ул. Селекционная, 6/57, [email protected]
Vladimir A. Milyutkin, Doctor of Technical Sciences, Professor. Samara State Agrarian University. 2, Uchebnaya St., Kinel, Ust-Kinelsky twp, Samara region, 446442, Russia, [email protected]
Mikhail A. Kanaev, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor. Samara State Agrarian University. 2, Uchebnaya St., Kinel, Ust-Kinelsky twp, Samara region, 446442, Russia, [email protected]
Rinat Kh. Baimishev, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor. Samara State Agrarian University. 2, Uchebnaya St., Kinel, Ust-Kinelsky twp, Samara region, 446442, Russia, [email protected]
Konstantin A. Kuznetsov, Candidate of Agriculture. Syngenta LLC. 6/57, Selectionnaya St. Ust-Kinelsky, Kinel,
Samara Region, 446442, Russia, [email protected]
-♦-
Научная статья УДК 631.33.021.4
ао1: 10.37670/2073-0853-2021-89-3-112-115
Определение размеров отверстий ячеек высевающего диска
Валерий Викторович Цыбулевский, Алексей Евгеньевич Матущенко,
Александр Александрович Полуэктов
Кубанский государственный аграрный университет
Аннотация. Размер отверстий высевающего диска находится в определённой зависимости от величины зерна и скорости движения диска. Установлено, что с увеличением диаметра отверстия высевающего диска при заданных размерах зерна скорость диска увеличивается. Однако увеличивать диаметр диска можно до определённого предела. При односемянном заполнении отверстий высевающего диска диаметр отверстия ограничивается пределом, при котором будет исключена возможность попадания в отверстие диска более одного семени. Необходимость такого решения позволит обеспечить более качественный высев семян, улучшит равномерность высева семян как в самом рядке, так и самого рядка в целом. В результате
