CC BY
36УДК 631.58.551
ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ РОБОТИЗАЦИИ ЗЕМЛЕДЕЛИЯ
Ф.Л. Черноусько, академик РАН, И.Л. Ермолов, д.т.н., Институт проблем механики им. А. HD. Ишлинского, P.A. Афанасьев, д.с.-х.н., ВНИИА
Рассмотрены основные аспекты роботизации агрохимического обслуживания интенсивного земледелия, включая технологии точного земледелия. Доказана необходимость коренной автоматизации сельскохозяйственного производства из-за снижения обеспеченности сельского хозяйства трудовыми ресурсами. Показаны технологические приемы перевода земледелия на роботизированную основу.
Ключевые слова: сельское хозяйство, мониторинг, технологии, удобрения.
БОГ 10/25680/819948603.2018.100.12
Важный принцип роботизации в любой сфере человеческой деятельности состоит в полной или частичной замене рабочих движений человека робототехниче-скими устройствами, позволяющими эффективнее, с меньшими трудовыми и интеллектуальными затратами достигать желаемого результата. Об этом, в частности, можно судить по известным достижениям в области обеспечения безопасности, военном деле, в промышленности, при освоении космического пространства. К производственной деятельности человека в сфере земледелия это относится в полной мере. О важности и актуальности данного направления говорит хотя бы тот факт, что во всем мире, включая нашу страну, происходит постоянная урбанизация населения и его жизнедеятельности вообще, что приводит к сокращению численности сельских жителей, в том числе занятых земледельческим трудом. С 1959 по 1990 г. доля крестьянства в общей численности населения России снизилась с 48 до 26%, т. е. почти в 2 раза. Из 500 тыс. сельских поселений, которые были в России в начале прошлого столетия, в настоящее время осталось 153 тыс., в том числе 88,4 тыс., или 57,8 % с числом жителей менее 50 человек. Отсюда следует, что замена привычного человеческого труда роботизированным, направленным на повышение его производительности и качества, является исторически обусловленной реальностью, которую надо учитывать при планировании научных исследований и проектировании новых агротехнологий. Определенные научно-технические разработки в сфере роботизации земледелия имеются как в нашей стране, так и за рубежом. Прежде всего, это относится к определению потребности земледелия в удобрениях. Известно, что обеспечение растущего народонаселения планеты продовольствием при уменьшающейся площади пахотных земель непосредственно связано с необходимостью
повышения урожайности сельскохозяйственных культур. За 100 лет с 1990 г. численность населения планеты выросла с 1,6 до 6 млрд. человек и продолжает увеличиваться высокими темпами [1]. Средняя урожайность зерновых культур в мире за это время повысилась с 10 до 30 ц/га в основном за счет селекции, орошения и применения удобрений. Причем применение удобрений в комплексе с другими средствами химизации служит одним из основных факторов увеличения продукции растениеводства. Об этом писал академик Д.Н. Прянишников, обосновавший не только научные принципы применения удобрений, но и необходимость их широкого производства в нашей стране, т.е. создания мощной туковой промышленности. В наше время об этом неоднократно писал академик В.Г. Минеев [2]. По его словам, именно комплексная химизация способна обеспечить основной прирост урожайности, и эта комплексность должна осуществляться в каждом хозяйстве, на каждом поле. Лишь на основе всевозрастающего применения удобрений, пестицидов, регуляторов роста растений страны Западной и Восточной Европы, США, Япония добились резкого увеличения урожайности сельскохозяйственных культур - до 50-60 ц/га и более. С середины 60-х до 80-х годов прошлого столетия потребление минеральных удобрений в мире возросло более, чем в 5 раз, что послужило основным фактором повышения урожайности сельскохозяйственных культур (табл. 1). Сейчас в России производится около 20 млн т минеральных удобрений в год, однако, значительная их часть экспортируется за рубеж.
Из таблице 2 видно, что по экономическим и материально-техническим причинам дозы применяемых удобрений под отдельные сельскохозяйственные культуры существенно различаются.
1. Урожайность зерновых культур и использование удобрений в _отдельных регионах в среднем за год [2]_
Регион 1952-1956 гг. 1970-1974 гг. 1978-1982 гг.
Урожай, ц/га Потребление млн /т Урожай, ц/га Потребление млн/т Урожай, ц/га Потребление млн/т
Мир 12.33 19.0 18.29 72.8 21.70 110.5
Европа 16.83 8.5 30.17 26.1 35.82 31.5
Африка 7.59 0.4 9.43 1.8 9.84 3.0
2. Производство и использование минеральных удобрений под посевы сельскохозяйственных культур в России
Показатель Годы
1990 2000 2010 2013 2014
Производство минеральных удобрений, млн т 15.0 12.2 17.9 18.4 19.7
Всего внесено под посевы, млн т 9.9 1.4 1.9 1.8 1.9
Внесено, кг/га: зерновые и бобовые культуры (без кукурузы) 88 19 38 38 40
сахарная свекла 431 119 276 260 255
подсолнечник 85 6 24 26 28
овощи 163 84 179 173 172
картофель 265 255 263 268 306
Тем не менее, исходя из сложившегося положения с сельскими трудовыми ресурсами, с одной стороны, и задачами по обеспечению продовольственной безопасности страны, с другой, представляется необходимой разработка роботизированных агротехнологий, обеспечивающих эту безопасность. В данном отношении, как показали отдельные экспериментальные работы, перспективными направлениями фундаментальных исследований с практическим выходом в производственную среду следует считать разработку автоматизированных систем по оптимизации доз удобрений на планируемую урожайность сельскохозяйственных культур и их роботизированному внесению на поля с учетом фактической потребности растений и почвенно-климатических условий. Актуальность данного направления подтверждают слова основоположника отечественной агрохимии академика Д.Н. Прянишникова, сказанные в середине XX в.: «Определение содержания в почвах подвижных форм азота, фосфора и калия может быть использовано для дифференцировки доз и соотношений азотистых, фосфорнокислых и калийных удобрений, вносимых под одну и ту же культуру, в одном и том же поле севооборота, но на участках поля, различающихся по почвенным условиям... Отсюда большое значение приобретают разнообразные способы учета этих изменяющихся во времени и пространстве свойств почвы в целях наиболее эффективного применения удобрений» [5]. Эти слова, по существу, характеризуют перспективные направления роботизации земледелия, которые должны обеспечить его эффективность. По имеющимся методикам, удобрения вносят в соответствии с усреднёнными показателями плодородия почвы на всем поле севооборота. Однако, исследования показали, что варьирование агрохимического состава почв внутри одного и того же поля может быть очень значительным. Различия агрохимических показателей плодородия почвы на отдельных участках одного и того же поля могут достигать 200-300%, и при внесении удобрений усредненны-
ми дозами растения на одной части поля недополучат требуемые удобрения, а на другой части будут переудобрены (рис. 1). Это не только снизит урожайность сельскохозяйственной культуры, но и отрицательно скажется на качестве растениеводческой продукции, экологии среды.
3 16%
Рис. 1. Обеспеченность растений азотом удобрений при их внесении в усредненной дозе на поле:
1 - достаточная (46% площади поля); 2 - недостаточная (38 %);
3 - избыточная (16 %)
При использовании традиционных методов обследования и картографирования полей учесть внутриполь-ное разнообразие плодородия для расчета оптимальных доз удобрений, определения норм высева семян, проведения других технологических операций практически невозможно. Поэтому требуется роботизация всего комплекса работ от агромониторинга до уборки урожая. В настоящее время можно выделить следующие научные и технические задачи, которые необходимо решить для применения роботов в технологии точного земледелия. Первой задачей является определение фактического уровня плодородия почв сельскохозяйственных полей. Оно заключается в выделении на сельскохозяйственных полях внутрипольных агроконтуров, различающихся по плодородию. Способы выявления таких участков можно разделить на дистанционные и наземные. Дистанционные способы идентификации пестроты почвенного плодородия и посевов могут осуществляться по авиакосмическим снимкам, в том числе выполненным с беспилотных летательных аппаратов. Исследования показали, что дистанционное зондирование в радио- и фотодиапазонах электромагнитных волн может проводиться как по открытой (вспаханной), так и по покрытой растительностью почве [6, 7]. Например, ВНИИ агрохимии им. Д.Н. Прянишникова использовали радиолокационные снимки с космического аппарата НПО машиностроения «Алмаз-1». Радар, установленный на спутнике, позволил выявить на полях ОПХ «Га-зырское» Краснодарского края внутрипольные участки, на которых при отборе и анализе почвенных проб установлена определенная корреляция между отдельными агрохимическими показателями плодородия почвы и результатами радиолокационного сканирования. Важно отметить, что радиолокация позволяет проводить обследование вегетирующих посевов независимо от погоды и времени суток. Сходные результаты получены при дистанционном зондировании полей ОПХ Смоленского НИИСХ с космического аппарата «Ресурс-01» при использовании на нем фотоаппаратуры МСУ-Э, сканирующей электромагнитное излучение сельскохозяйст-
венных полей в красном и ближнем инфракрасном диапазонах. Однако применение спутниковой аппаратуры является достаточно дорогостоящим и малооперативным. Успешное альтернативное дистанционное обследование посевов озимой пшеницы в ОПХ «Газырское» в обычных полевых опытах с удобрениями было осуществлено с применением вертолета, оснащенного фотометром. Коэффициент корреляции показаний фотометра с уровнем обеспеченности растений азотным питанием составил 0,9, что указывает на высокую эффективность проведенного диагностического обследования. В этой связи представляется весьма перспективным использование беспилотных летательных аппаратов (БПЛА), фиксирующих состояние посевов с небольшой высоты, благодаря повышенной точности и оперативности диагностического обследования и в связи с невысокой стоимостью диагностических работ (рис. 2).
Рис. 2. Диагностика обеспеченности посева озимой пшеницы азотным питанием на поле ЦОС ВНИИА путем фотометрии с беспилотного летательного аппарата НПЦ «АгрДронГрупп»
К роботизированным способам наземного выявления внутрипольных контуров плодородия почв условно относится автоматическое определение урожайности сельскохозяйственных культур, главным образом зерновых, в процессе их уборки, так как она тесно связана с уровнем почвенного плодородия. Специальные датчики, устанавливаемые на комбайнах и регистрирующие поток зерна, должны быть сопряжены с системой позиционирования и бортовым компьютером машины. Это позволяет при обработке полученных данных разделять поля на участки по уровню урожайности, используя их для отбора почвенных проб и последующего дифференцированного внесения удобрений. Перспективно также выделение агропочвенных контуров по результатам топографической съемки рельефа полей. Доказана непосредственная связь мезо- и микрорельефа полей с плодородием почвы, т.е. с различиями в агрохимических и агрофизических ее свойствах в разных местоположениях на рельефе. По исследованиям ВНИИА, на агрополигоне Центральной опытной станции (Московская обл.) установлена вполне определенная зависимость агрохимических показателей - кислотности почвенной среды, содержания в ней отдельных элементов питания - от топографии поля. Так, на повышенных участках агрополигона содержание нитратов в пахотном слое почвы превалировало над аммонием, а в пониженных, наоборот, содержание аммонийного азота было выше по сравнению с нитратным, что обусловлено миграцией высокоподвижных нитрат-ионов с
водными потоками в пониженные участки и восстановлением их до менее подвижного аммония. Разработанный во ВНИИА роботизированный способ ускоренной топографической съемки местности с использованием СР8/ГЛОНАСС-навигаторов (рис. 3) позволит использовать ее в роботизированных технологиях точного земледелия [8].
Рис. 3. Модель рельефа агрополигона на ЦОС ВНИИА площадью 18
га (вертикальными столбиками на карте обозначены опоры электролиний), выполненная ускоренным методом
Особо следует отметить такой способ определения уровня плодородия, как сканирование электропроводности почвы. При почти диэлектрических свойствах пород и минералов, образующих почвенный скелет, ее электропроводимость зависит, главным образом, от ионов, являющихся преимущественно элементами питания растений. Кондуктометрическими устройствами электропроводность определяется или непосредственно путём пропускания электрического тока между электродами, присоединенными к погружаемым в почву дискам, или по вторичной электромагнитной индукции, наводимой в почве движущимся над её поверхностью электрическим модулем прибора и считываемой кондуктометром сканирующего устройства [9] .
Таким образом, дистанционное зондирование полей, сканирование урожайности и электропроводности почвы, ускоренное топографировние рельефа в сочетании с автоматизированным отбором проб почвы и использованием ГИС-технологий для обработки картографического материала полей позволяет существенно сократить затраты на их агрохимическое обследование по сравнению с традиционным методом схематического отбора проб по элементарным участкам. Эффект достигается за счет уменьшения количества отбираемых почвенных проб, так как их отбор проводится не схематически, вслепую, а на агроконтурах, сгруппированных по плодородию и заранее выделенных на электронных картах полей. При этом отбор почвенных проб по новым технологическим принципам следует отнести к роботизированным технологиям, поскольку он может проводиться пробоотборником автоматически с движением по заданному маршруту и фиксацией мест отбора на дисплее и в памяти бортовой ЭВМ. Но и в целом разрабатываемые способы агрохимического обследования и картографирования полей, характеризующиеся высокой степенью автоматизации, могут считаться роботизированными технологиями агрохимического мониторинга.
Последующий этап, или направление в рамках комплексной роботизации агрохимического обслуживания, заключается в создании интерактивных программ авто-
матизированного расчета доз удобрений и мелиорантов на запланированную урожайность сельскохозяйственных культур. Суть его заключается в компьютеризации расчетных методов, основанных на результатах полевых опытов Географической сети ВНИИА и Агрохим-службы РФ. Расчет доз удобрений и мелиорантов проводят в соответствии с полученными электронными агрохимическими картограммами плодородия почвы, планируемой урожайностью культуры, учетом качества предшественников, влагообеспеченности, особенностей рельефа полей, агрофизических свойств почвы, ряда других факторов. Разрабатываются способы бесконтактного (дистанционного) обращения пользователей (сельхозтоваропроизводителей, специалистов, руководителей различного иерархического уровня) с сервером ВНИИА, который по запросу должен в автоматическом режиме выдавать клиентам требуемую информацию (рис. 4).
жет отклоняться от прямой линии на 2-3 см, тогда как при ручном управлении агрегатом это отклонение может достигать 10-15 см.
Рис. 4. Схема работы автоматизированной интерактивной системы расчета оптимальных доз минеральных удобрений на запланированную урожайность сельскохозяйственных культур
Освоение программ роботизированного расчета доз удобрений и мелиорантов под важнейшие сельскохозяйственные культуры, возделываемые в земледельческих регионах страны, послужит основой для внедрения технологий точного земледелия, создаст условия для повышения эффективности и экологической безопасности применения средств химизации [10].
Завершающий этап агрохимического обслуживания точного земледелия - дифференцированное внесение удобрений. По имеющимся разработкам, это возлагается на роботизированные агрегаты, состоящие из трактора, навесного или прицепного разбрасывателя удобрений (аппликатора), электронного оборудования, включающего борт-компьютер, навигатор
С Р 8 / Г Л О Н А С С. систему автоматического вождения (автопилот), а для дифференцированной подкормки вегетирующих посевов удобрениями - дополнительные сенсоры (рис. 5). По заложенной в бортовой компьютер карте-заданию, составленной по итогам агромонито-ринга и расчета оптимальных доз удобрений, роботизированный агрегат вносит их в соответствии с фактической потребностью растений на различных участках поля. [11]. По точной навигации сельскохозяйственных машин хорошие результаты получены в Институте проблем управления РАН [12]. Опыт показал, что автоматическое движение трактора при вспашке поля мо-
Рис. 5. Дифференцированная подкормка озимой пшеницы азотными удобрениями роботизированным агрегатом на поле ООО «Восток-Агро» Россошанского р-на Воронежской области
При оценке преимуществ новых технологий следует отметить, что эффективность роботизированного, прежде всего дифференцированного, применения удобрений в условиях точного земледелия во многом зависит от выраженности внутрипольной пестроты почвенного плодородия. На полях, характеризующихся выровненным плодородием, дифференцированное внесение агрохимических средств априори не требуется. По данным полевых опытов, проведенных в нескольких регионах страны, достоверные прибавки урожайности зерновых культур от территориальной дифференциации доз удобрений получали, как правило, при уровне вариабельности агрохимических показателей плодородия не менее 20%. В этих условиях от дифференциации доз органических удобрений прибавка урожайности зерновых культур в зависимости от содержания гумуса в почве колебалась в пределах 5,4-18% (в среднем 9,5%). Дифференцированное внесение минеральных азотных удобрений повышало их окупаемость зерновой продукцией в разных почвенно-климатических условиях от 10 до 30%. Существенно, на 10% и более, снижалась внут-рипольная вариабельность урожайности, что имеет важное значение для повышения качества продукции и улучшения условий уборки урожая. По результатам дифференцированной подкормки озимой пшеницы, выращенной на обыкновенном черноземе в ООО «Вос-ток-Агро» Воронежской области роботизированным агрегатом, её урожайность возросла в среднем на 3 ц/га. Это окупило затраты на приобретение технических средств для дифференцированного внесения удобрений за один год их эксплуатации.
Среди научных задач, стоящих при роботизации точного земледелия, следует отметить: обеспечение точной (дециметровой) навигации; планирование траекторий движения роботов (например, см. [16]); обеспечение движения сельскохозяйственного робота по нетвёрдым грунтам и с переменным рельефом; планирование и адаптивное управление выполнением различных сельскохозяйственных операций.
В России роботизация и автоматизация точного земледелия обсуждались в [11 и 12]. В настоящее время исследования проводят как в исследовательских центрах, занимавшихся вопросами сельскохозяйственного производства (ВИМ, ВНИИА), так и в традиционных центрах
развития робототехники. Так, в МГТУ им. Н.Э.Баумана ведутся работы по использованию преемственности уже существующих технологий в вопросах создания автономных транспортных машин специального назначения для нужд сельхозсектора [13]. В ИПМех РАН осуществляют исследования по управлению движением роботизированных средств по пересечённой местности, в том числе в группе [14]. Данное направление роботизации транспортных операций позволит снять напряженность при доставке удобрений, других агрохимических средств к местам складирования и внесения, перевозке зерна и урожая других сельхозкультур к местам хранения, переработки и подобному грузообороту. Учитывая, что в совместной лаборатории ГУАП-СПИИРАН ведется разработка моделей информационного и физического взаимодействия роботов при обработке сельскохозяйственных объектов, предложены оригинальные классификации агрозахватов и аграрных задач, выполняемых роботизированными системами различного типа базирования [15]. Это может иметь важное приложение к задачам роботизации сельского хозяйства, так как создаст условия для координации технологических операций, производимых беспилотными сельскохозяйственными агрегатами одновременно на полях отдельных севооборотов. В перспективе это направление исследований постепенно может перерасти в серьезную отрасль роботизированной механизации земледелия.
Следует отметить, что исследования, посвящённые научным аспектам роботизации сельскохозяйственного производства, осуществляются в рамках Программы Президиума РАН 1.31 "Актуальные проблемы робототехники". В ней рассматриваются вопросы экспресс-диагностики питания растений с применением БПЛА и последующим роботизированным внесением удобрений. Актуальность проблемы в отношении сельского хозяйства не вызывает сомнений. Разработанные ранее методы диагностики основывались на химических реакциях определения содержания в почвах и растениях азотистых веществ, что сдерживало их широкое применение в практике земледелия. Появившиеся позже рекомендуемые сельхозтоваропроизводителям фотометрические способы диагностики азотного питания растений с использованием портативных и мобильных, устанавливаемых на подкормщиках, приборов имеют недостатки. Наиболее адекватным, простым и легкодоступным способом диагностики азотного питания растений является использование беспилотных летательных аппаратов. Это подтвердили и работы по программе Президиума РАН 1.31.
В перспективной Программе Президиума РАН 1.29 "Актуальные проблемы роботизированных систем" планируются исследования по роботизированной системе агрохимического обслуживания земледелия "РИ-АС - агрохимик". Это задание, направленное на разработку цифровых технологий отечественного земледелия, позволит внедрить в сельскохозяйственную практику информационно-аналитическую систему, обеспечивающую научно обоснованное роботизированное ведение сельскохозяйственного производства широкому кругу землепользователей.
В целом роботизация, как основное направление интенсификации земледелия, может быть эффективной практически повсеместно, поскольку направлена, прежде всего, на повышение производительности труда. Что касается дифференцированного применения удобрений, оно эффективно лишь на полях с выраженной вариабельностью почвенного плодородия. Но так как поля России почти повсеместно характеризуются высокой пестротой почвенного плодородия, роботизированные технологии точного земледелия, включая дифференцированное применение удобрений, несомненно имеют перспективу. Более того, без диверсификации земледелия на основе его роботизации нельзя успешно решить задачи по обеспечению продовольственной безопасности страны. Литература
1. Кулик Г.В. Продовольственная безопасность: от зависимости к самостоятельности,- М: Новые решения, 2017. - 148 с.
2.МинеевВ.Г. Избранное. - М.: Изд-во МГУ. 2005. -318 с.
3. Прянишников Д.Н. Изб. соч. Т. 1. - М.: Колос, 1965. - С. 72.
4. Афанасьев P.A., Благов A.B., Meùep О.Н. Усовершенствованный способ агрохимического обследования почв // Патент России №2102748. 1998.
5. Афанасьев P.A., Ширинян М.Х., Благов A.B., Meùep О.Н. Способ дистанционной диагностики озимой пшеницы вне зависимости от погодных условий и времени суток // Патент № 2075076. 1997.
6. Афанасьев P.A., Бсшбеков Р.Ф., Беличенкко М.А, Березовский Е.В., Рухович О.В., Смирнов М.О., Сычев В.Г., ШишовСА. Способ ускоренного выделения устойчивых внутрипольных контуров почвенного плодородия на сельскохозяйственных полях// Патент № 2455660. 2012.
7. Афанасьев P.A., Аканов Э.Н., Сычев В.Г., Мерзлая Г.Е., Смирнов М.О. Способ определения удельной электропроводности почвы // Патент России № 2331070. 2008.
8. Сычев В.Г., Баибеков Р. Ф„ Афанасьев P.A., Державин JIM., Поляков А.К, Казов Р.П., Ермилов СЛ. Программа для ЭВМ автоматизированного расчета годовых доз минеральных удобрений на планируемую урожайность сельскохозяйственных культур Интер-агрохим. Свидетельство о регистрации № 2013616600.2013.
9. Сычев В.Г., Баибеков Р.Ф., Лзматов А.Ю., Афанасьев P.A., Лич-ман ГЛ., Пугачев П.М. Информационно-технологическое обеспечение точного земледелия // Плодородие,- 2011. - № 3. - С. 44 - 46.
10. Leick A., Rapoport L., Tatarnikov D. GPS Satellite Surveying. Wiley & Sons. 2015.
11. Afanasiev R., Groumpos P., Emiolov I. Interbranch Technology Transfer: IT in Agriculture, Proc. of AMETMAS-NoE Workshop "International Technology Transfer in Russian Federation: Challenges and Opportunities", Moscow, Russia, 1998.
12. Grau J.В., Anton J. M., Packianather M. S., Emiolov I., Aphanasiev R., Cisneros J. M, Cortina-Januchs M. G., Jevtic Alek-sandar, Andina D. Sustainable Agriculture Using an Intelligent Mechatronic System, Proc. IECON: 2009 35th Annual Conference of IEEE Industrial Electronics. Vols. 1-6. pp. 3240-3245.
13. Рубцов II.В., Русанова О.Г. Внедрение технологии группового применения военных робототехнических комплексов для нужд народного хозяйства// Труды десятой всероссийской мультиконференции по проблемам управления,- Дивноморское, 2017. - С. 312-314.
14. Градецкии В.Г., Ермолов ПЛ., Князьков ММ, Семенов Е.А., Собольников С.А., Суханов АЛ. О научных задачах выполнения транспортных операций группой мобильных роботов// Робототехника и техническая кибернетика. - 2016. - № 3 - С. 57-62.
15. Nguyen К, Vu О., Solenaya О., Ronzhin A. Analysis of main tasks of precision farming solved with the use of robotic means // 12th International Scientific-Technical Conference on Electromechanics and Robotics "Zavalishin's Readings" - 2017. MATEC Web of Conferences. vol. 113. 02009 (2017)
16. Галустян Л. К Децентрализованное управление группой квадро-коптеров: диссертация... канд. техн. н.: 05.02.05. - М., 2017.
Данная работа поддержана Программой Президиума РАН 1.31 "Актуальные проблемы робототехники".
PRINCIPAL DIRECTIONS OF AGRICULTURAL ROBOTICS DEVELOPMENT
F.L. Chernousko1, IL Ermolov1, RA. Afansev2
1 Ishlinsky Institute for Problems in Mechanics, Vemadskogo prospect 101 korp. 1, Moscow, 119526, Russia 2 Pryanishnikov Institute of Agrochemistry, Pryanishnikova ul. 31A, Moscow, 127550, Russia, E-mail: [email protected]
In our study we investigated the main aspects of robotic application for agrochemical services in intensive agriculture, including technologies ofprecision farming. Necessity of agricultural production radical automation induced by short human resources supply is proved. The study also shows the technological practices of forwarding agriculture to the robotics basis. Keywords: agriculture, motoring, fertilizers, technologies
УДК 631.58.551
РОБОТОТЕХНИКА В АГРОХИМИИ ТОЧНОГО ЗЕМЛЕДЕЛИЯ
1А.Ю. Измайлов, академик РАН, 1З.А. Годжаев, д.т.н., 2В.Г. Сычев академик РАН, 2Р.А. Афанасьев, д.с.-х.н.
Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ, 2ВНИИА
Проведен анализ почвенных, интеллектуальных и технических ресурсов, способных оказать существенное влияние на совершенствование систем применения удобрений, в частности на развитие технологий точного земледелия. Показаны характерные закономерности внутриполъной пестроты плодородия почв, которые должны учитываться при проектировании и создании техники для дифференцированного применения удобрений в технологиях точного (координатного) земледелия. Выявлены условия эффективности дифференцированного внесения агрохимических средств в зависимости от выраженности внутриполъной вариабельности агрохимическиких показателей плодородия почвы.
Ключевые слова: почва, плодородие, внутрипольная вариабельность, удобрение, дифференцированное внесение, эффективность.
ООГ 10/25680/819948603.2018.100.13
Под термином «точное земледелие» обычно понимают технологические операции, связанные с учетом внутриполъной неоднородности (пестроты, вариабельности) почвенного плодородия. Иногда его ошибочно называют «точечным земледелием», видимо исходя из второго названия точного земледелия - «координатное земледелие», полагая, что координаты - это географические координаты отдельных точек на наших земледельческих полях. Однако такие «точки» могут иметь разные размеры. Если географические координаты обозначаются только в градусах, то площадь такой условной точки на местности в районе экватора может составлять более 10 тыс. км2, если в градусах и минутах, то более 3 км2, а если еще и в секундах, то около 1 тыс. м2. Эти данные приведены для примера, чтобы показать разницу между используемыми в литературе терминами. Мы же будем рассматривать точное земледелие в его номинальном значении, причем с агрохимической точки зрения, так как именно агрохимический подход
позволяет наиболее адекватно оценивать возможности нового направления в современном земледелии.
Условно начало точному земледелию положили в США в 1928 г., когда попытались внести известковое удобрение на поле с учетом неоднородности показателя кислотности почвы. К сожалению, эксперимент не был завершен и эффективность данного приема неизвестна. Тем не менее, основная идея точного земледелия, уже в послевоенное время была озвучена нашими корифеями-агрохимиками: академиком Д.Н. Прянишниковым и членом-корреспондентом АН СССР A.B. Соколовым. В частности, Д.Н. Прянишников указывал на целесообразность дифференцированного по полю внесения азотных, фосфорных и калийных удобрений в соответствии с внутрипольными различиями его плодородия, а также на необходимость поиска наиболее адекватных способов определения этих различий [1]. A.B. Соколов призывал инженеров страны к созданию сельскохозяйственной техники, способной изменять дозировку
