CC BY
18
Рис. 3. Результаты посева зерновых: а — без применения навигационной системы (ширина перекрытия в стыке проходов); б — с навигационной системой (ширина стыка практически равна ширине междурядий сошников).
предприятиях АПК параллельное вождение агрегатов. По нашим наблю-
позволили определить причину неоднородности урожайности яровой пшеницы на упомянутом фрагменте поля. Она имеет постоянный характер и связана с типом и разновидностью почвенного покрова: на преобладающем фоне серой лесной почвы имеется ярко выраженный участок осолодения.
Следующий этап предусматривает детализацию параметров почвенного плодородия, которые могут служить причиной снижения продуктивности агроценозов, внутри проблемных участков. Составляют подробную карту, отражающую наличие необходимых для растений факторов, по элементарным участкам. После этого с использованием компьютерной программы можно разрабатывать технологии с дифференцированным выполнением агроприемов для оптимизации показателей почвенного плодородия.
Техническое переоснащение АПК дает возможность более рационально использовать материальные и финансовые ресурсы при выращивании сельскохозяйственных культур. В Тюменской области достаточно хорошо отработано и широко используется на
дениям, при посеве зерновых с одновременным внесением минеральных удобрений трактором John Deere в агрегате с посевным комплексом Horsh, имеющим техническую ширину 18,0 м, рабочая ширина захвата с навигатором составила 17,8 м (перекрытие стыковых рядков от 0 до 20 см), а без такого оборудования - 17,1 м (перекрытие стыковых рядков от 28 до 130 см) (рис. 3).
Ухудшение водного и температурного режима, агрохимических и биологических факторов почвенного плодородия, условий поступления фотосинтетической радиации в загущенных стыковых междурядьях при посеве без системы навигации
снижает продуктивность агроценоза. Число зерен в колосе, по сравнению с посевами вне перекрытия рядков, уменьшается на 7 шт., масса 1000 зерен - на 6 г, а биологическая урожайность - на 0,2 т/га (табл. 1).
Запасы продуктивной влаги в фазе кущения, когда происходит закладка колоса, в загущенных посевахяровой пшеницы в зоне перекрытия были ниже, чем на участках вне перекрытия рядков, в слое почвы 0-30 см на 6,6 мм, 0-100 см - на 24,6 мм (табл. 2).
Навигационные приборы облегчают труд механизатора, исключают необходимость смотреть по сторонам для работы без огрехов, способствуют снижению физической усталости человека, дают возможность работать в условиях недостаточной видимости (пыль, туман, ночное время и др.). Одновременно снижаются пропуски и перекрытия при посеве, внесении минеральных удобрений,обработке пестицидами. При среднем перекрытии стыковых междурядий 90 см площадь пересева семян яровой пшеницы на 1 га составляет 531 м2, то есть 5,3 сотки (табл. 3).
Учитывая, что широкозахватную технику используют в первую очередь крупные агрофирмы, мы определили, что при площади пашни 10 тыс. га, площадь пересева семян яровой пшеницы и избыточного внесения минеральных удобрений может составить 419 га. При этом перерасход семян (при норме высева 250 кг/га) будет равен 100 т, аммиачной селитры (150 кг/га в физической массе) -63 т. Как следствие, от пересева семян в стыковых междурядьях товаропроизводитель несет убыток 1,2 млн руб. (при цене за 1 т семян 12 тыс. руб.), от излишнего внесения минеральных удобрений - 756 тыс. руб. (в ценах 2014 г. - 12 тыс. руб./т).
Дополнительные затраты на дизельное топливо при посеве яровой пшеницы комплексом Horsch (ATD 18.35) с нормой расхода дизельного топлива 5,0 л/га при цене 34 руб./л составят 71,4 тыс. руб. Выполнение работ на пересеянной площади 419 га приводит к увеличению заработной платы механизаторам, водителям и рабочему персоналу - на уровне 27 тыс. руб.
1. Структура урожая яровой пшеницы (в среднем за 2008-2009 гг. Учхоз, д. Плеханово)
Показатель В рядках вне перекрытия В перекрытии
Число растений, шт./м2 343 615
Число продуктивных стеблей, шт./м2 497 648
Коэффициент продуктивной кустистости 1,5 1,1
Число зерен в колосе, шт. 23 16
Масса 1000 зерен, г 34,3 28,3
Длина растений, см 67 53
Длина колоса, см 7,5 5,0
Урожайность, т/га 3,13 2,93
СО (D 3 ü
(D
д
(D
5
(D
О) 2
О ^
2.Содержание продуктивной влаги в фазу кущения яровой пшеницы (в среднем за 2008-2009 гг.)
■л о
СЧ (О
Ф
S ^
ш
4
ш ^
5
о СО
Вариант Слой почвы, см Продуктивная влага, мм
Посевы 0-30 42,4
без перекрытия 0-100 108,7
Стыковые 0-30 35,8
перекрытия 0-100 84,1
Кроме того, даже при норме выработки 200 га в смену дополнительно потребуется 2 дн. на проведение посевной. Недобор урожая от несвоевременного посева в среднем составляет 0,18 т/га, а убытки при отклонении от оптимальных сроков сева - 905 тыс. руб.
развития растений, учитывая особенности минерального питания, борьбы с сорной растительностью и др. На практике дифференцированную подкормку можно применять в режимах off-line и on-line. Для товаропроизводителей привлекательно внесение минеральных удобрений наземным
3. Эффективность работы посевного комплекса с навигатором (в расчете на 1 га)
Показатель Без навигатора С навигатором Разница Эффективность, руб.*
Площадь пересева, м2 531 112 419 -
Перерасход семян, кг 13 3 10 120
Перерасход удобрений, кг 8 1,7 6,3 75,6
Перерасход топлива, л 0,27 0,06 0,21 7,14
*в ценах 2014 г.
На площади пересева 419 га из 10 000 га при загущенном стеблестое недобор составит 0,2 т/га, что также приведет к потерям в денежном выражении 1 006 тыс. руб.
В связи с этим только использование такого элемента ТЗ, как параллельное вождение с навигационной системой,принесетхозяйству с посевной площадью зерновых 10 000 га экономию 3 959 406 руб. После вычета на приобретение 4 комплектов систем спутниковой навигации класса средней точности стоимостью около 340 000 руб. экономический эффект за один полевой сезон составит 3 619 406 руб.
В адаптивно-ландшафтных системах земледелия при современном развитии ГИС-технологий для моделирования и обеспечения продукционных процессов в растениеводстве ведущее место должны занять элементы ТЗ. Почвенный покров Западной Сибири отличается большим разнообразием не только по почвенно-климатическим зонам, хозяйствам и полям, но и внутри каждого элементарного участка. Из-за неравномерного содержания элементов минерального питания в почве разница в урожайности зерновых на отдельных участках одного поля может достигать 2 раза и более. Такая ситуация может быть обусловлена как природными (структура почвенного покрова, рельеф местности), так и антропогенными (несовершенная система внесения органических и минеральных удобрений, севооборотов, обработки почвы) факторами.
Проектирование и выполнение агротехнологий с использованием элементов ТЗ проводят на основе критериев оптимизации условий роста и
способом в режиме реального времени. Дозы в этом случае устанавливают непосредственно в поле при выполнении операции, используя сенсорные датчики и программное обеспечение на электронных носителях. В то же время для реализации такого подхода требуется более частая калибровка (настройка) работы датчиков, поскольку агроценоз, как правило, представлен многокомпонентной растительностью. Необходимо учитывать и неизбежные потери азотных удобрений при внесении разбрасывателями. Соблюдение оптимальных сроков подкормки может быть нарушено из-за погодных условий и недостаточной организации проведения полевых работ.
Совместно с сотрудниками новосибирского ЛТЦ «Аэросоюз» мы разработали и апробировали в производстве способ дифференцированного внесения азотных удобрений посевными комплексами в расчете на планируемую урожайность зерновых в режиме off-line. После оцифровки опытно-производственных полей Заводоуковского и Тюменского районов были установлены их границы и размер (по 40-75 га), выделены элементарные участки по 4 га, составлен маршрут отбора почвенных образцов в слое 0-40 см с помощью пневмоавтоматического пробоотборника конструкции ГАУ Северного Зауралья. Содержание нитратного азота перед посевом яровой пшеницы по элементарным участкам варьировало от 6 до 133 кг/га (рис. 4).
Для оценки эффективности дифференцированного внесения минеральных удобрений с использованием космических систем поле разделили на элементарные участки в трехкратной повторности. Схема эксперимента предусматривала следующие варианты: без минеральных удобрений; внесение аммиачной селитры на различный уровень планируемой урожайности яровой пшеницы с учетом среднего значения содержания азота на поле; дифференцированное применение N-N03 на различный уровень планируемой урожайности яровой пшеницы с учетом фактического содержания азота.
В последнем случае была составлена карта-задание, согласно которой посевным комплексом John Deere 730 с комплектом линейного
Рис. 4. Запасы нитратного азота перед посевом яровой пшеницы, кг/га (Учхоз ГАУ Северного Зауралья, 2010 г.).
электроактуатора вносили аммиачную селитру в среднем в дозах от 0 до 114 кг д.в./га.
Определение содержания нитратного азота в фазе выхода в трубку яровой пшеницы показало, что при дифференцированном внесении в режиме off-line предельные границы варьирования величины этого показателя в слое почвы 0-40 см сузились с исходных 6-133 кг/га до 14-65 кг/ га. Усредненная норма внесения аммиачной селитры по элементарным участкам, наоборот, увеличивала варьирование содержания N-NO3 в указанный период - с 18-120 до 22147 кг/га.
На участках с дифференцированным внесением азотных удобрений растения дружнее всходили, росли и развивались, характеризовались выровненными показателями структуры урожая (длина колоса, озерненность, масса 1000 зерен). Например, число зерен в колосе колебалось при дифференцированном способе внесения азотных удобрений от 22 до 25 шт., при традиционном - от 21 до 27 шт. Масса 1000 зерен варьировала, соответственно, в пределах 32-36 и 28-36 г.
Длительное дифференцированное внесение минеральных удобрений на планируемую урожайность в режиме off-line стабилизировало питательный режим почв. Так, в 2013 г. пространственная вариабельность содержания N-NO3 в этом варианте сохранялась от посева до кущения яровой пшеницы на одном уровне, а в 2014 г. увеличилась только на 5,7%. Внесение аммиачной селитры при посеве усредненной нормой по элементарным участкам увеличивало вариабельность содержания N-NO3 в слое 0-40 см на 17,5%, а в 2014 г - на 9,9%.
Урожайность яровой пшеницы в среднем за 2009-2011 гг. составила 4,11 т/га, то есть была близкой к запланированной (4,00 т/га).
Разброс урожайности по элементарным участкам при дифференцированном применении удобрений составил 0,64 т/га (от 3,82 до 4,46 т/га), или 14,4%. А в варианте со сплошным внесением по усредненному содержанию азота в почве он был почти двукратным - 2,32 т/га (от 2,29 до 4,61 т/га). При этом в случае использования удобрений традиционным способом отмечено увеличение продолжительности фаз молочной, восковой и полной спелости зерна пшеницы на 3-4 дн. относительно варианта с дифференцированным внесением. Более того, в 2011 г. несбалансированное питание на отдельных участках поля привело к полеганию растений, что стало при-
чиной неравномерного созревания и ухудшения качества урожая.
Эффективность дробного внесения минеральных удобрений зависит от контрастности элементарных участков по плодородию почвы и уровня планируемой продуктивности агроценозов. Расчеты показывают, что для достижения урожайности 2 т/га на черноземе выщелоченном даже в случае существенных различии по плодородию почвы дифференцированное внесение аммиачной селитры посевным агрегатом нецелесообразно. При планировании урожайности 3 т/га использование такого элемента технологии сокращает расходы минеральных удобрений на единицу площади до 56%, по сравнению с традиционным способом их внесения, что позволяет экономить на площади 10 000 га 3,96 млн руб. (при стоимости удобрений 12 руб./ кг). С увеличением сбора зерна до 4 т/га экономия при внесении азотных удобрений снижается до 14%, однако из-за увеличения объема их использования в денежном выражении она остается внушительной -3,72 млн руб. на 10 000 га.
Таким образом, элементы ТЗ обеспечивают рациональное использование естественного плодородия почвы и средств химизации при планировании урожайности зерновых 3-4 т/га.
Движение агрегата по полю с использованием навигационного оборудования снижает затраты (в пересчете на 100 га): на семена - на 1200,2 тыс. руб.; на удобрения - на 756 тыс. руб.; на топливо - на 71,4 тыс. руб.
Применение разработанного способа дифференцированного внесения минеральных удобрений в режиме off-line в зависимости от содержания элементов питания по элементарным участкам снижает нормы внесения, относительно традиционного способа, на 14-56% и обеспечивает экономию 3,72-3,96 млн руб. на 10000 га.
Прецизионное земледелие устраняет негативный эффект самоугнетения растений на стыках прохода посевных агрегатов, обеспечивает однородность элементов структуры урожая, одновременность развития растений и созревания урожая.
Литература.
1. Абрамов Н.В. Производительность агроэкосистем и состояние плодородия почв в условиях Западной Сибири. Тюмень: ГАУ Северного Зауралья, 2013. 270 с.
2. Афанасьев Р.А. Агрохимические принципы точного земледелия // Геоинформационные технологии в сельском хозяйстве. Оренбург: ОрГАУ, 2013. С. 3-7.
3. Кобец Н.И. Применение данных дистанционного зондирования Земли в системах точного земледелия. М.: 2006.
4. Михайленко И.М. Управление системами точного земледелия. СПб.: С.-Петербургский университет, 2005. 233 с.
5. Якушев В.П., Якушев В.В. Информационное обеспечение точного земледелия. СПб., 2007. 382 с.
6. Шпаар Д., Лайтхольд П., Файфер А. Дифференцированное управление посевами с учетом гетерогенности полей в рамках precision agriculture // Агротехно-логии XXI века: Сб. науч. тр. М.: РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева, 2007. С. 6-8.
Summary. In 2004-2014 researches and production tests were conducted in the northern forest-steppe of the Tyumen region in the black earth and gray forest soils to substantiate agro-economically the technological operations of crops cultivation with space systems use. The procedure for the use of elements of precision farming was determined: field relief digital modeling; creation of an electronic map of fields with boundaries fixing by geographic coordinates points; creating map-chart of plots; fields mapping by crop yields, technical operations by means of the navigation system. The size of the electronic field maps differed by 10-28% relative to previously created ones. When mapping by yields due to the spatial variability of soil fertility on the planned yield of spring wheat was not received in the field area up to 45%. Navigation system using for aggregates parallel driving decreased seeds overrun by 10 kg/ha, fertilizer - 6.3 and fuel -0.21 l/ha. The coefficient of variation N-NO3 content in the 0-30 cm layer of basic plots was 9.3-52.8%. Differentiated application of ammonium nitrate for the planned yield of spring wheat in the off-line mode provided stabilization of the black soil nutrient regime. In 2013, the spatial variability was preserved from sowing until tillering of spring wheat at the same level, but in 2014 increased only by 5.7%. Application of average rate of ammonium nitrate at sowing increased variability of nitrate in the soil from sowing until tillering phase in 2013 by 17.5% and in 2014 - by 9.9%. Differentiated application of mineral fertilizers before cereals sowing in off-line mode reduced the application rate by 14-56%, and increased the profitability of grain production by 9-11%.
Keywords: precision agriculture, navigation system, elementary plots, parallel driving, differentiated application of mineral fertilizers, field mapping. U
Author Details: N.V. Abramov, Dr.Sc. ¡S (Agr.), Professor; S.A. Semizorov, Cand. ^ Sc.(Agr.), Senior Lecturer (e-mail: semizo- g rov-tyumen@yandex.ru); S.V. Sherstobitov, ® Researcher. s
For citation: Abramov N.V., Semizorov № S.A., SherstobitovS. V. Agriculture with space 6 systems using. Zemledelie. 2015. No. 6. 2
pp. 13-17 (in Russ.). o
■ 5
Using space systems in agriculture
N.V. Abramov, S.A. Semizorov, S.V. Sherstobitov
State Agrarian University of the Northern Trans-Urals, Republic str., 7, Tyumen, 625003, Russia
