CC BY
171
3. Gataulina, G.G. Tehnologija proizvodstva produkcii rastenievodstva [Tekst] /G.G. Ga-taulina,V.E. Dolgodvorov, M.G. Ob#edkov. - M.: Kolos S, 2007. - 528 p.
4. Golubev, V.V Minimal'naja obrabotka pochvy v polevom sevooborote [Tekst] / V.V.Golubev // Puti uvelichenija proizvodstva zernovyh kul'tur i soi v Amurskoj oblasti. - Blago-veshhensk, 1981. - 85 p.
5. Medvedev, G.A. Vlijanie priemov agrotehniki na urozhajnost' i kachestvo zernobobovyh kul'tur v zone chernozemnyh pochv Volgogradskoj oblasti [Tekst] / G.A. Medvedev, S.I. Utuchenkov, A.V. Martynov// Izvestija Nizhnevolzhskogo agrouniversitetskogo kompleksa: nauka i vysshee pro-fessional'noe obrazovanie. - 2010. - №4 (20). - P. 42-47.
6. Medvedev, G.A. Vlijanie stimuljatorov rosta i sposobov osnovnoj obrabotki pochvy na urozhajnost' zernobobovyh kul'tur na juzhnyh chernozemah Volgogradskoj oblasti [Tekst] //Novye napravlenija v reshenii problem APK na osnove sovremennyh resursosberegajushhih innovacionnyh tehnologij. - Volgograd: Volgogradskaya GSXA, 2010. - T. 1. - P. 93-97.
7. Nichiporovich, A.A. Fotosintez i voprosy produktivnosti rastenij [Tekst]/ A.A. Nichipo-rovich. - M.: Izd-vo AN SSSR, 1963. - P. 5-36.
8. Shhegorec, O.V. Soevodstvo [Tekst]/ O.V.Shhegorec. - Blagoveshhensk, 2002. - 432 p.
9. Johson, H.W. Genetics and breeding soybean [Tekst] / H.W. Johnson.
10. Bernard, R.L. The soybean. genetics, breeding, physiology, nutrition, management [Tekst]/ R.L. Bernard New York- London,1967. - P. 5-92.
11. Lubke, A. Die soja bohne [Tekst]/ A. Lubke // Die Muhle. - 1970. - P. 217.
E-mail: [email protected]
УДК 631.58:631.421.1
ТОЧНОЕ (КООРДИНАТНОЕ) ЗЕМЛЕДЕЛИЕ: РЕАЛЬНОСТЬ И ПЕРСПЕКТИВЫ
PRECISION (COORDINATE) AGRICULTURE: REALITY AND PROSPECTS
Ю.Н. Плескачев1, доктор сельскохозяйственных наук А.И. Беленков2, доктор сельскохозяйственных наук А.Ю. Тюмаков2, аспирант; Сабо Умар2, аспирант
Yu. N. Pleskachev, A. I. Belenkov, A. Yu. Tumakov, Sabo Umar
1 Волгоградский государственный аграрный университет 2Российский государственный аграрный университет - МСХА имени К.А. Тимирязева
г. Москва
1 Volgograd State Agrarian University 2Russian state agrarian university - Moscow agricultural academy named after K. A. Timiryazev
Приводятся материалы научно-практического представления о точном (координатном) земледелии, в первую очередь, на примере полевого опыта Центра точного земледелия (ЦТЗ) РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева. Основу точного земледелия составляет дифференцированное выполнение операций, которое базируется на трех составляющих: определение координат агрегата на поле. Это может быть сделано при помощи радио-трилатерации или спутниковой навигации; компьютеризированной базы данных, аналогичной Географической Информационной Системе (ГИС), которая содержит всю информацию, необходимую для составления карт; контролирующие элементы, при помощи которых осуществляются сельскохозяйственные операции в соответствии с электронной картой. На делянках точного земледелия дифференцированно, с учетом заранее определенного индекса NDVI биомассы озимой пшеницы, фиксируемого согласно координатам, и в соответствии с величиной которого, вносилась различная доза аммиачной селитры. Дозировка составляла от 55 до 70 кг/га, что позволяет экономить порядка 15-20 % минеральных удобрений на каждом гектаре. Наибольшая урожайность ячменя отмечалась на вариантах с последействием внесения удобрений под озимую пшеницу по минимальному фону обработки почвы. Разница между вариантами по фактору С составляла в среднем 0,15-0,20 т/га, по фактору В - 0,10-0,15 т/га. Технология возделывания обеспечивала одинаковую урожайность, различаясь в пределах 0,05 т/га.
The materials of scientific-practical vision of precision (coordinate) agriculture, primarily at the example of field experiment of Center of Exact Agriculture Russian state agrarian university - Moscow agricultural academy named after K. A. Timiryazev, are presented in the article. The basis of precision agriculture is differentiated operations, which are based on three components: the unit coordinates determination on the field. This can be done by using radio-trilateration of satellite navigation; a computerized database similar to the Geographical Information System (GIS) that contains all the information necessary for mapping; controlling elements, which help to carry out agricultural operations in accordance with the electronic map. The plots of precision agriculture in a differentiated way, taking into account a predetermined index NDVI of winter wheat biomass, according to fixed coordinates, and in accordance with the its value, a various dose of ammonium nitrate was applied. The dosage ranged from 55 to 70 kg/ha, it allowed to save about 15-20% of mineral fertilizer on each hectare. The highest yield of barley was observed on variants with the aftereffect of fertilizers application under a winter wheat background on the minimum soil processing. The difference between the factor C amounted to an average of 0.15-0.20 t/ha, factor B - 0,100,15 t/ha. The cultivation technology provided the same yield, differed within 0.05 t/ha.
Ключевые слова: точное (координатное) земледелие, полевой опыт ЦТЗ, пестрота почвенного плодородия, дифференцированное внесение агрохимикатов, системы GPS и ГЛОНАСС, картирование урожайности, компьютерные программы.
Key words: precision (coordinate) agriculture, Center of Exact Agriculture field experiment, diversity of soil fertility, differentiated application of agrochemicals, GPS and GLONASS systems, yield mapping, software.
Введение. Основной предпосылкой к быстрому развитию в последние годы точного земледелия (ТЗ) явилось создание в конце 1970-х годов глобальных систем позиционирования, основанных на системе спутников, выведенных на околоземную орбиту в военных целях. Эта система позволяет круглосуточно определять координаты объектов в трехмерном пространстве в любой точке околоземного пространства с точностью до нескольких сантиметров, дифференцированно воздействовать на различные участки поля и растения [9].
Одной из первых операций ТЗ были осуществлены в 1988 г. на мобильном агрегате для смешивания и внесения минеральных удобрений, разработанном в США. При этом карту применения удобрений, основанную на фотоснимках, и мобильное средство позиционировали с помощью недостаточно эффективной в те годы системы GPS. Исследования были продолжены в 1990-е гг., т. к. в эти годы глобальные системы позиционирования стали более надежными и точными [7].
Материалы и методы. Основу точного земледелия составляет дифференцированное выполнение операций, которое базируется на трех составляющих [3]:
1) определение координат агрегата на поле. Это может быть сделано при помощи радио-трилатерации или спутниковой навигации. Из последнего предпочтение отдается Дифференцированной Глобальной Системе Позиционирования (DGPS);
2) компьютеризированная база данных, аналогичная Географической Информационной Системе (ГИС), которая содержит всю информацию, необходимую для составления карт;
3) контролирующие элементы, при помощи которых осуществляются сельскохозяйственные операции в соответствии с электронной картой.
Результаты и их обсуждение. В 2007 году в РГАУ-МСХА имени К. А. Тимирязева впервые в стране был создан научный Центр точного земледелия (ЦТЗ). Основу Центра представляет полевой опыт по сравнительному изучению точного и традиционного земледелия. В рамках четырехпольного зернопропашного севооборота: викоовся-ная смесь на корм - озимая пшеница с пожнивным посевом горчицы на сидерат - картофель - ячмень. Изучаются три фактора: технология возделывания полевых культур (фактор А), приемы основной обработки почвы (фактор В), подкормка пшеницы аммиачной селитрой (фактор С) [8].
Традиционная технология возделывания культур основана на использовании современной импортной техники германской фирмы «Amazone» с соблюдением рекомендуемых параметров и нормативных показателей их выполнения. Технология точного земледелия основана на использовании околоземной спутниковой системы GPS. С её помощью корректируется выполнение отдельных агроприемов. Основная обработка почвы включает отвальную, минимальную и нулевую. Первая обработка проводится оборотным плугом Eur Opal на 0,20-0,22 м под все культуры, вторая - культиватором Pegasus на 0,12-0,14 м под картофель и ячмень. Вариант «нулевой» обработки предусмотрен под викоовсяную смесь и озимую пшеницу. В период вегетации озимой пшеницы в фазу весеннего кущения и колошения проводятся две подкормки аммиачной селитрой дозой 70 кг д.в./га на делянках традиционной технологии сплошным методом, по технологии точного земледелия - дифференцированно [3].
К числу определяющих элементов технологии точного земледелия относится посев с.-х. культур с использованием корректирующего навигационного оборудования, т.е. автопилота. В наших исследованиях посев зерновых культур (озимой пшеницы и ячменя) проводится, в одном случае, по автопилоту, в другом, по маркеру. При этом семена озимой пшеницы и ячменя на отвальном фоне высеваются сеялкой точного высева Д-9-30 с применением системы GPS и маркера. По варианту нулевой (без обработки) и минимальной обработок почвы проводится посев пневматической сеялкой прямого посева DM^3 только с использованием автопилота. Маркер при работе этой сеялки использовать не удается в силу конструктивных и технических недоработок [10].
Слагаемым компонентом системы точного земледелия является внесение удобрений в зависимости от состояния культурных растений с применением специальных сканеров и сенсоров, корректирующих количество вносимых удобрений [8, З, 5]. В Центре точного земледелия РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева для сканирования посевов используется оптический датчик и N-Sensor ® ALS (Германия), установленный на трактор Джон Дир. Принцип работы сенсорных датчиков основан на измерении индекса NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) — нормализованного относительного индекса растительности, показателя количества фотосинтетически активной биомассы, т.е. вегетационного индекса. Величины показателей содержания фотосинтетических пигментов и значения ряда других параметров могут значительно колебаться даже в пределах поля. На основе NDVI-карты можно быстро и точно определять участки на поле, нуждающиеся в дополнительном внесении удобрений или проведении других мероприятий, что позволяет выровнять агрофон на всей площади. Составление карт развития растений, по которым определяется распределение биомассы внутри поля, становится основой определения координат внесения удобрений. На делянках точного земледелия дифференцированно, с учетом заранее определенного индекса NDVI биомассы озимой пшеницы, фиксируемого согласно координатам, и в соответствии с величиной которого вносилась различная доза аммиачной селитры. Дозировка составляла от 55 до 70 кг/га, что позволяет экономить порядка 15-20 % минеральных удобрений на каждом гектаре [1].
Следующим элементом точного земледелия является оценка содержания элементов питания почвы каждого конкретного участка поля. Один из способов такой оценки - отбор огромного количества почвенных проб, после чего каждый образец анализируется, определяется содержание в нём азота, фосфора, калия, микроэлементов, в результате чего формируется карта плодородия. Эта карта загружается в специальную программу SMS Advanced, формирующую задания для бортового компьютера машины для внесения удобрений. В результате на каждый квадратный метр поля будет внесено именно то количество удобрений и микроэлементов, которые необходимы именно этому участку [4, 6, 10]. Мож-
9В
ИЗВЕСТИЯ'
№ 2 (42), 2016
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА: НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
но идти от обратного, и анализировать не состояние почвы, а во время уборки оценивать урожайность не в среднем, а на каждом конкретном участке. Исходя из этих данных, составляется карта урожайности того или иного поля (рисунок 1).
а
Ь
У1еЫМа5 5 (Огу)
6.12 - 7.50
3.31 - £.12
4.77 - 5 _ 51
3.18 - 4.77
a) сетка сплошного учета урожайности;
b) точки по центру каждой ячейки сетки сплошного учета, размер точки 10 м;
c) сетка 3x3 м; е) контур.
Рисунок 1 - Различное представление данных об урожайности с.-х. культур [1]
Данные карты содержат информацию об уровне урожайности культур, что позволяет выявить проблемные участки поля, требующие внесения удобрений, особенно там, где урожайность низкая [8, 2, 3].
Технология (А) Обработка почвы (В) Подкормка и последействие (С) Урожайность по годам, т/га
2011 2012 2013 средняя
Озимая пшеница
точная отвальная без подкормки 3,69 5,43 5,28 4.80
N70 + N70 4,13 5,71 5,68 5.17
нулевая без подкормки 3,57 4,94 5,16 4.56
N70 + N70 3,95 5,63 5,47 5.02
традиционная отвальная без подкормки 3,81 5,34 5,20 4.78
N70 + N70 4,01 5,58 5,51 5,03
нулевая без подкормки 3,52 4,84 5,12 4,49
N70 + N70 3,80 5,52 5,33 4,88
НСР05, т/га А 0,20 0,17 0,11 -
В 0,13 0,24 0,19 -
С 0,27 0,30 0,23 -
Ячмень
точная отвальная без подкормки 2,97 3,83 4,90 3,90
последействие 3,13 4,23 5,00 4,12
минимальная без подкормки 2,90 3,94 5,07 3,97
последействие 3,06 4,37 5,18 4,20
традиционная отвальная без подкормки 3,05 3,87 4,91 3,94
последействие 3,25 4,02 4,95 4,07
минимальная без подкормки 2,97 4,00 5,06 4,01
последействие 3.24 4,32 5,20 4,32
НСР05, т/га А 0,18 0,10 0,04 -
В 0,11 0,20 0,13 -
С 0,15 0,30 0,07 -
В таблице 1 представлена средняя урожайность зерновых культур по вариантам полевого опыта ЦТЗ за период 2011-2013 гг.
99
c
Анализ усредненных урожайных данных зерновых культур по отдельным годам позволяет выявить влияние различных факторов полевого опыта на их значения. Так, озимая пшеница по-разному реагировала на технологию возделывания, имея только в некоторых случаях существенное различие. Наиболее заметна она при сравнении вариантов с подкормкой и без подкорки культуры. В целом же технология практически не оказывала влияния на величину прибавки урожая. Сравнение обработок почвы позволило установить положительное влияние вспашки на урожайность озимой пшеницы в сравнении с нулевой обработкой. По большинству сравнений разница математически доказана. Наиболее характерны различия между делянками озимой пшеницы с двумя подкормками аммиачной селитрой и без таковой. Разница в урожайности превышает величину НСР. Максимальная урожайность озимой пшеницы сформирована на вариантах с применением двух подкормок как по отвальной, так и нулевой обработкам независимо от технологии. Варианты без подкормки уступали в среднем на 0,3-0,5 т/га. На ячмене практически не проявляется влияния технологии возделывания культуры. Преимущество минимальной обработки культиватором Pegasus отмечается на делянках с последействием применения подкормок. Влияние их последействия на урожайность ячменя не всегда находит статистическое подтверждение и проявляется только в отдельные годы, превосходя НСР.
Заключение. В среднем за 3 года исследований наибольшая урожайность ячменя отмечается на вариантах с последействием внесения удобрений под озимую пшеницу по минимальному фону обработки почвы. Разница между вариантами по фактору С составляет в среднем 0,15-0,20 т/га, по фактору В - 0,10-0,15 т/га. Технология возделывания обеспечивает одинаковую урожайность, различаясь в пределах 0,05 т/га.
Таким образом, прослеживается необходимость продолжения и расширения исследований по изучению и внедрению точного (координатного) земледелия в рамках аграрных вузов страны.
Библиографический список
1. Березовский, Е.В. Опыт составления карт для точного земледелия [Текст]/ Е.В. Березовский, С.В. Железова, В.П. Самсонова // Аграрное обозрение. - 2010. - №2. - С. 43-46.
2. Железова, С.В. Пространственная неоднородность электрического сопротивления почвы и ее связь с урожайностью ячменя в полевом опыте Центра точного земледелия [Текст] / С.В. Железова, В.П. Самсонова // Вестник Алтайского ГАУ. - 2014. №6. - С. 79-83.
3. Навигационные технологии в сельском хозяйстве. Координатное земледелие [Текст]: учебное пособие / В.И. Балабанов, С.В. Железова, Е.В. Березовский, А.И. Беленков, В.В. Егоров. - М.: Изд-во РГАУ - МСХА имени К.А. Тимирязева, 2013. -148 с.
4. Новые технологии обработки почвы [Текст]/ И.Б. Борисенко, Е.А. Иванцова, Ю.Н. Плескачёв, А.Н. Сидоров // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса, наука и высшее профессиональное образование. - 2012. - №1 (29). - С. 22-24.
5. Овчинников, А.С. Программирование урожайности сельскохозяйственных культур при возделывании их с применением инновационных технологий [Текст] : монография / А.С. Овчинников, И.Б. Борисенко, Н.Ю. Плескачев. - Волгоград: Волгоградская ГСХА, 2011. - 124 с.
6. Плескачёв, Ю.Н. Полевые севообороты, обработка почвы и борьба с сорной растительностью в Нижнем Поволжье [Текст] : монография / Ю.Н. Плескачёв, А.А. Холод, К.В. Ши-янов. - М.: Изд-во «Вестник РАСХН», 2012. - 357 с.
7. Точное сельское хозяйство (precision agriculture) [Текст]/ Под ред. Д. Шпаара, А.В. Захаренко, В.П. Якушева. - СПб.: Пушкин, 2009. - 400 с.
8. Элементы технологии точного земледелия в полевом опыте РГАУ - МСХА имени К.А. Тимирязева [Текст]/ А.И. Беленков, С.В. Железова, Е.В. Березовский, М.А. Мазиров // Известие ТСХА. - 2011. - Вып. 6. - С. 90-100.
9. Якушев, В.П. На пути к точному земледелию [Текст] /В.П. Якушев. - СПб.: Изд-во ПИЯФ РАН, 2002. - 458 с.
10. Precision agriculture methods in a field experiment of Russian Timiryazev state agricultural university [Tekst] / A.I. Belenkov, S.V. Gelezova, E.V. Berezovky, M.A. Mazirov // Izwestiya of Timiryazev agricultural academy. - 2012. - Special Issue. - P. 94-101.
Reference
1. Berezovskij, E.V. Opyt sostavlenija kart dlja tochnogo zemledelija [Tekst]/ E.V. Berezov-skij, S.V. Zhelezova, V.P. Samsonova // Agrarnoe obozrenie. - 2010. - №2. - P. 43-46.
2. Zhelezova, S.V. Prostranstvennaja neodnorodnost' jelektricheskogo soprotivlenija pochvy i ee svjaz' s urozhajnost'ju jachmenja v polevom opyte Centra tochnogo zemledelija [Tekst]/ S.V. Zhelezova // Vestnik Altajskogo GAU. - 2014. - №6. - P. 79-83.
3. Navigacionnye tehnologii v sel'skom hozjajstve. Koordinatnoe zemledelie [Tekst] : uchebnoe posobie / V.I. Balabanov, S.V. Zhelezova, E.V. Berezovskij, A.I. Belenkov, V.V. Egorov. -M.: Izd-vo RGAU - MSHA imeni K.A. Timirjazeva, 2013. -148 p.
4. Novye tehnologii obrabotki pochvy [Tekst] / I.B. Borisenko, E.A. Ivancova, Ju.N. Pleskachjov, A.N. Sidorov // Izvestija Nizhnevolzhskogo agrouniversitetskogo kompleksa: nauka i vysshee profession-al'noe obrazovanie. - 2012. - №1(25). - P. 22-24.
5. Ovchinnikov, A.S. Programmirovanie urozhajnosti sel'skohozjajstvennyh kul'tur pri vozde-lyvanii ih s primeneniem innovacionnyh tehnologij [Tekst] : monografija / A.S. Ovchinnikov, I.B. Borisenko, N.. Pleskachev. - Volgograd: Izd-vo Volgogradskaja GSHA, 2011. - 124 p.
6. Pleskachjov, Ju.N. Polevye sevooboroty, obrabotka pochvy i bor'ba s sornoj rastitel'nost'ju v Nizhnem Povolzh'e [Tekst]: monografija /Ju.N. Pleskachjov, A.A. Holod, K.V. Shijanov. -М.: Izd-vo «Vestnik RASHN», 2012. - 357 p.
7. Tochnoe sel'skoe hozjajstvo (precision agriculture) [Tekst]/ Pod red. D. Shpaara, A.V. Zaharenko, V.P. Jakusheva. - SPb-Pushkin, 2009. - 400 p.
8. Jelementy tehnologii tochnogo zemledelija v polevom opyte RGAU - MSHA imeni K.A. Timirjazeva [Tekst]/ A.I. Belenkov, S.V. Zhelezova, E.V. Berezovskij, M.A. Mazirov // Izvestie TSHA. - 2011. - Issue 6. - P. 90-100.
9. Jakushev, V.P. Na puti k tochnomu zemledeliju [Tekst] /V.P. Jakushev. - SPb.: Izd-vo PI-JaF RAN, 2002. - 458 p.
10. Precision agriculture methods in a field experiment of Russian Timiryazev state agricultural university [Tekst]/ A.I. Belenkov, S.V. Gelezova, E.V. Berezovky, M.A. Mazirov //Izwestiya of Timiryazev agricultural academy. - 2012. - Special Issue. - P. 94-101.
E-mail: [email protected]
УДК 631.17:634.958
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЯВЛЕНИЯ ДЕФЛЯЦИИ ПОЧВ В УСЛОВИЯХ ВОЛГОГРАДСКОЙ ОБЛАСТИ
SOIL DEFLATION OCCURRENCE RESEARCH IN VOLGOGRAD REGION CONDITIONS
А.С. Рулев, член-корреспондент РАН, доктор сельскохозяйственных наук А.М. Беляков, доктор сельскохозяйственных наук А.Н. Сарычев, кандидат сельскохозяйственных наук
A.S. Rulev, A.M. Belyakov, A.N. Sarychev
Всероссийский научно-исследовательский агролесомелиоративный институт, г. Волгоград All-Russian scientific-research institute of agrosilviculture
Изложены материалы исследований, посвященных изучению последствий пыльной бури на территории Волгоградской области в марте 2015 года. Исследования проводились на территории южных, западных, северных районов Волгоградской области. Причиной возникновения пыльной бури в 2015 году является следующий ряд факторов: формирование над юго-восточной европейской территорией России и Западным Казахстаном малоподвижного антициклона, длительное отсутствие в осенне-зимний период атмосферных осадков, иссушение
