Научная статья на тему 'Центр точного земледелия - стратегия развития инновационного обучения'

Центр точного земледелия - стратегия развития инновационного обучения Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

CC BY
656
202
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ЗЕМЛЕДЕЛИЕ / ТОЧНОСТЬ / СТРАТЕГИЯ / ИННОВАЦИИ / ОБУЧЕНИЕ

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Беленков А. И.

В статье приводится информация о создании в РГАУ МСХА им. К.А. Тимирязева Центра точного земледелия новой инфраструктуры инновационной подготовки студентов, бакалавров, магистров современного профиля. Рассмотрены цели и задачи ЦТЗ, анализируются первые результаты.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Беленков А. И.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Центр точного земледелия - стратегия развития инновационного обучения»

АГРОНОМИЯ И ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО

УДК 631. 58 : 631.51

ЦЕНТР ТОЧНОГО ЗЕМЛЕДЕЛИЯ - СТРАТЕГИЯ РАЗВИТИЯ ИННОВАЦИОННОГО ОБУЧЕНИЯ

THE CENTRE OF EXACT FARMING IS THE STRATEGY OF INNOVATION STUDYING DEVELOPMENT

А.И. Беленков, доктор сельскохозяйственных наук, профессор

РГАУ—МСХА им. К.А. Тимирязева

A.I. Belenkov

Russian State Agrarian university — Moscow agricultural academy

В статье приводится информация о создании в РГАУ - МСХА им. К.А. Тимирязева Центра точного земледелия -новой инфраструктуры инновационной подготовки студентов, бакалавров, магистров современного профиля. Рассмотрены цели и задачи ЦТЗ, анализируются первые результаты.

The article is about information, which is connected with creation of the exact farming centre in Russian State Agrarian university - Moscow agricultural academy. It is a new infrastructure of innovational students, bachelors, holders of a master’s degree modern training there are considered purposes and tasks of CEF, and are analysed the first results.

Ключевые слова: земледелие, точность, стратегия, инновации, обучение.

Центр точного земледелия (ЦТЗ) создан в 2007 году в РГАУ - МСХА им. К.А. Тимирязева как один из элементов инфраструктуры в рамках реализации инновационной образовательной программы (ИОП) «Формирование инновационной образовательной среды в РГАУ - МСХА имени К.А. Тимирязева для подготовки нового поколения специалистов аграрного профиля». Центр сформирован и функционирует на базе Полевой опытной станции, учебно-научное обеспечение координирует кафедра земледелия и методики опытного дела.

Деятельность Центра точного земледелия сосредоточена на обучении студентов, бакалавров, будущих магистров новейшим агротехнологиям с использованием современной сельскохозяйственной техники, системы глобального позиционирования (GPS), навигационных приборов и оборудования, осуществлении научных исследований по приоритетным направлениям адаптивно-ландшафтного земледелия, демонстрации возможностей новой техники и технологий, а также проведении конференций, семинаров и выставок, курсов повышения квалификации, как для сотрудников Университета, так и для всех заинтересованных предприятий и организаций, пропаганды и рекламы достижений ученых в области агрономии, с целью совершенствования систем земледелия.

В 2008 году разработана и осуществляется программа научных исследований на базе Центра, утверждена схема и заложен полевой стационарный опыт по сравнительному изучению традиционной технологии и технологии точного земледелия. Перед закладкой опыта определена пестрота почвенного плодородия опытного участка, подготовлены электронные картограммы содержания в почве основных элементов питания.

Основу заложенного полевого опыта составляет четырехпольный плодосменный севооборот с чередованием широко распространенных в Нечерноземной зоне культур: викоовсяной смеси на корм, озимой пшеницы, картофеля и ячменя. Варианты опыта заложены в двукратной повторности.

В 2008 году получены первые предварительные результаты. Сравнение посева с.-х. культур двумя способами - по маркеру и автопилоту показало, что величина стыковых междурядий при посеве с использованием системы GPS составила всего лишь 2-3 см, а по

маркеру этот показатель увеличивался в 2-2,5 раза. При этом отмечается улучшение качества посева. Если при посеве по маркеру со временем, из-за отклонения в прямолинейности проходов агрегата, образуется клин, то при выполнении агроприема через спутниковую связь, таких отклонений не наблюдалось. Это позволяет качественно проводить полевые работы в ночное время и в условиях плохой или ограниченной видимости (пыль, туман, дым). Технология точного земледелия обеспечивает экономию горючего, посевного материала, повышает общую культуру земледелия.

Установлено, что при применении навигационных приборов расход химических препаратов и рабочего раствора уменьшается на 25-30 % по сравнению с традиционными способами внесения удобрений и пестицидов. Гербициды в системе точного земледелия используются с предварительным сенсорным определением фактического уровня засоренности и автоматической корректировкой локального внесения.

На основе дробного учета поделяночной урожайности полевых культур составляются соответствующие электронные карты, которые позволят сделать определенные выводы по дальнейшему совершенствованию технологии возделывания опытных культур.

Демонстрация преимуществ технологии точного земледелия, ознакомление с самой современной техникой обеспечит повышение методологического и методического уровня обучения. Студенты и бакалавры получили возможность наглядно представить сущность локального и адресного внесения удобрений, химических средств защиты растений, особенности посева и ухода за посевами с использованием автопилота, проведение дробного учета урожайности с представлением соответствующей электронной карты. Будущие магистры приобретут навыки выполнения научно-исследовательской работы по совершенно новой, до настоящего времени не освоенной тематике. Подобного рода исследования впервые проводятся в вузе, что предполагает научный и практический интерес.

В этом направлении уже сделаны первые шаги. На базе Центра точного земледелия организована учебная практика студентов университета, на опытном поле проходят преддипломную практику семь студентов агрономического факультета. Студенты-дипломники принимают непосредственное участие в подготовке техники к проведению работ, следят за выполнением агротехнических мероприятий, проводят сопутствующие наблюдения и учеты, анализируют полученные результаты и делают определенные выводы. Все это позволит подготовить качественные, полноценные дипломные работы и успешно защитить их.

В рамках межфакультетской и межкафедральной интеграции запланированы и проводятся наблюдения за ростом и развитием растений, засоренностью посевов и почвы, определение агрофизических и агрохимических свойств почвы, комплекс микробиологических, фитопатологических и энтомологических исследований.

В программе НИР, помимо кафедры земледелия и методики опытного дела, заявлено участие кафедр растениеводства, физиологии растений, метеорологии, агрохимии, защиты растений, микробиологии, фитопатологии, энтомологии. Комплексный подход к проведению научных исследований позволит более четко и конкретно выявить преимущества технологии точного земледелия, активно пропагандировать и рекламировать необходимость ее внедрения.

Освоение новых, прогрессивных технологий точного земледелия на основе Центра открывает возможности углубления и расширения комплексных связей с другими ВУЗами, НИИ РАСХН, сельскими товаропроизводителями, проводить научно-практические конференции, семинары, занятия, повышение квалификации на основе современных инновационных программ.

Термин точное земледелие (ТЗ) появился в 90-е годы ХХ столетия как естественное развитие понятия устойчивого земледелия. Принципиальное отличие новой концепции состоит в том, что технология точного земледелия позволяет осуществлять управляющее воздействие в разных частях сельскохозяйственного поля, т. е. вносить разные нормы

минеральных и органических удобрений, а также проводить дифференцированную обработку участка средствами защиты растений.

Новые возможности, обусловившие переход к новой методологии, связаны с появлением GIS (программное обеспечение) и GPS (система глобального позиционирования) технологий, когда информация из разных источников вводится в бортовой компьютер сельскохозяйственной техники, и появляется возможность регулирования интенсивности технологических операций по ходу движения агрегата по полю (изменение норм высева, норм внесения удобрений, количества применяемых средств защиты). ТЗ рассматривается как неотъемлемая часть ресурсосберегающего экологического сельского хозяйства и подразумевает применение интегрированной системы управления (Якушев, 2002).

Основу технологии точного земледелия составляет использование новой сельскохозяйственной техники компании «AMAZONE» и вспомогательных систем, обеспечивающих проведение и выполнение агротехнических мероприятий по возделыванию полевых культур.

Приведенные системы работают на основе использования сигналов спутников GPS. Система повышает эффективность и точность всех сельскохозяйственных операций, позволяет до минимума сократить пропуски и перекрытия рядков, что приводит к экономии семян, удобрений и ГСМ. Система дает возможность работать в условиях плохой видимости (ночью, в тумане, в пыли и т.д.).

Система GPS состоит из курсоуказателя с монохромными дисплеями рядом светодиодов, встроенного GPS-приемника и антенны. Курсоуказатель крепится на вакуумной присоске к стеклу кабины, антенна монтируется на крыше. При необходимости систему можно дополнять внешним приемником, позволяющим повысить точность выполняемой работы до 5-10 см к ряду. Машина может быть оборудована подруливающим устройством, которое ведет ее по заданной траектории.

Управление в рамках ТЗ осуществляется следующим образом: например,

зерноуборочный комбайн, оборудованный GPS-приемником, движется по полю, его положение определяется и фиксируется с точностью до нескольких метров. Если комбайн оборудован также оптическим датчиком учета потоков зерна, то при объединении этих двух параметров (координат комбайна и количества зерна, поступающего в единицу времени) можно получить карту варьирования урожая. При этом отбор образцов почвы для химического анализа, а также анализ данных дистанционного зондирования проводят с точной привязкой местоположения образца к карте урожая с использованием базы данных GIS (Якушев, 2002).

Далее разрабатывается стратегия обработки поля на следующий год, при этом решаются вопросы о том, какие удобрения следует вносить и как должно изменяться их количество внутри участка. Генерация оптимальной стратегии обработки поля осуществляется с помощью специального программного обеспечения, интегрированного в среду GIS и использующего базу данных этой системы. Стратегия обработки формируется в среде GIS в виде тематической карты обработки.

Весной следующего года полученная карта загружается в GIS бортового компьютера сельскохозяйственной машины, вносящей органические и минеральные удобрения. Прибыв на обрабатываемое поле, тракторист включает GPS-приемник для определения своего местоположения, а компьютер отдает команду на внесение того удобрения, которое запланировано в необходимом количестве, как только трактор достигает требуемой точки на поле. Компьютерная система фиксирует движение трактора и может напомнить механизатору, какие участки поля остались необработанными (Хохлов, 2007).

Приемники глобальных позиционных систем, установленные в любом объекте (машине, агрегате) пеленгуют сигналы со спутников. Точность при этом может составлять от нескольких метров до сантиметров. Другое необходимое условие - наличие программного обеспечения, позволяющего обрабатывать и показывать пространственную информацию.

Предполагается, что GIS содержит всю информацию о содержании гумуса, фосфора, калия, кислотности, агрофизических характеристиках поля. Там, где по данным GIS плодородие участка высокое, норма внесения удобрений автоматически уменьшается, и наоборот, там, где ожидается недобор урожая - доза удобрений увеличивается (Шпаар, Лайнхольд, Файфер, 2007).

В ходе проведения полевых работ применяют системы: параллельного вождения «Автопилот» для внесения жидких материалов, картирования урожайности, пробоотборник для отбора почвенных образцов, для дифференцированного внесения удобрений.

Техника для внесения ядохимикатов оборудована автоматической системой контроля сорной растительности на поле, поэтому средства защиты растений вносят автоматически в местах появления сорняков (Даммер, 2007).

Одной из важнейших предпосылок внедрения ТЗ является наличие подробных почвенных карт и банка данных по почвенному блоку. Измерение изменчивости в агроценозе и управление им основывается на картах урожайности, которые создаются путем фиксации текущих значений урожая по ходу движения комбайна в момент уборки.

Задачи, которые решались в наших ранее проведенных исследованиях, напрямую не преследовали совершенствования технологии точного земледелия. Косвенным результатом наших опытов, в этом отношении, является тенденция возможной минимализации обработки почвы или отказ от нее, систематический и комплексный контроль уровня плодородия почвы, локальное внесение минеральных удобрений, определение качества агротехнических мероприятий (Беленков, Сухов, Имангалиев, 2007).

Следует отметить, что в основе предполагаемого перехода к новой системе точного земледелия лежит проводимый многими зарубежными странами курс на ресурсосбережение и оптимизацию сельскохозяйственного производства. В России, в связи с ростом цен на энергоносители, нестабильностью и незначительной эффективностью аграрного сектора экономики, остро и актуально встают вопросы совершенствования технологии выращивания с.-х. культур, когда бы учитывались интересы науки и производства, экономно использовались материальные и денежные средства. В этом отношении следует проводить серьезные комплексные исследования, обозначать новые, передовые задачи перед наукой и практикой сельскохозяйственного производства, системно и разумно решать их на более высоком технологическом и организационном уровне. Для решения подобных задач предназначен, организованный на базе РГАУ - Московской СХА им. К.А. Тимирязева, Центр точного земледелия.

Библиографический список

1. Беленков, А.И. Полевые севообороты, основная обработка почвы и приемы регулирования плодородия почв в черноземностепной, сухостепной и полупустынной зонах Нижнего Поволжья: Монография / А.И. Беленков, А.Н. Сухов, К.А. Имангалиев. - ФГОУ ВПО ВГСХА. - Волгоград, 2007. - 268 с.

2. Диммер, К.-Х. Применение в системе реального времени варьирующего расхода гербицидов и фунгицидов при обработках полевым опрыскивателем с сенсорным контролем // Сб. науч. трудов. «Агротехнологии XXI века». - М.: ФГОУ ВПО РГАУ - МСХА им. К.А. Тимирязева, 2007. - С. 19 -22.

3. Хохлов, Н.Ф. Агрофизическое обоснование пространственно-дифференцированной обработки почвы в системе точного земледелия // Доклады ТСХА. Вып. 279, ч. 1. В 2-х ч. - М.: ФГОУ ВПО РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева, 2007. -С. 271-274.

4. Шпаар, Д. Дифференцированное управление посевами с учетом гетерогенности полей в рамках PRECISION AGRICULTURE контролем / Д. Шпаар, П. Лайтхольд, А. Файфер // Сб. науч. трудов. «Агротехнологии XXI века». - М.: ФГОУ ВПО РГАУ - МСХА им. К.А. Тимирязева, 2007. - С. 6-8.

5. Якушев, В.П. На пути к точному земледелию. - СПб.: Изд-во ПИЯФ РАН, 2002. - 458 с.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.