Что такое дифференцированное внесение минеральных удобрений

Содержание:

1. Особенности процесса
2. Способы систематизации
3. Средства автоматизации
4. Отбор проб
5. Анализ полученных проб
6. Построение электронных карт
7. Завершающий этап

Точное земледелие представляет собой совокупность способов обработки участков, благодаря которым повышается урожайность, а с ней — экономическая эффективность инвестиций в сельскохозяйственные угодья. Способ строго дифференцированного внесения удобрений обеспечивает максимум благоприятных условий в отдельных зонах поля для выращивания определенных видов культур.

Агрономам известно, что даже на одном участке среда обитания варьируется по составу грунта и рельефу. Получается, что резерв повышения урожайности скрывается в совершенствовании управления подкормкой растений внутри границ поля. С момента появления идеи дифференцированного внесения минеральных удобрений до реализации прошло около 2 десятилетий. Первый опыт состоялся в Германии в 1989 г., после чего технологию зачислили в перспективные, но инструменты тех лет не позволили реализовать инновационную технологию в полной мере.

После того как в 1995 г. на орбиту Земли вывели спутники GPS, обеспечили мониторинг ресурсов и открыли НИЦ в Австралии и США, ученые занялись точным земледелием. К 2019 году наличие беспроводных сетей, программно-аппаратных решений, новых датчиков и компактных видеокамер позволило реализовать систему дифференцированного внесения удобрений.

Особенности процесса с научным подходом

В традиционном выращивании культур аграрии часто сталкиваются с «залысинами» на полях. Это участки, где всходы сильно прорежены либо слабо выражены. Наличие таких участков негативно сказывается на урожайности. На одном и том же поле разница в урожайности разных зон доходит до 500–600%. Нередко причина кроется в неравномерном распределении важных элементов, а после добавления удобрений по единой норме проблема усугубляется: на одних участках переизбыток, на других — острая нехватка питания.

Задача решается дифференцированным внесением удобрений с учетом анализа грунта и потребностей почвы. Точное земледелие позволяет управлять нормированием доз подкормок в соответствии с составом грунта и планируемой урожайностью. Чтобы определить потребности почвы, отбирают пробы, и лаборанты анализируют результаты, на базе которых составляются карты полей и ставятся задачи машинам, распределяющим удобрения. В процессе используется не только спутниковая навигация, но и специальное программное обеспечение для удаленного контроля над рабочим процессом. Методика способствует увеличению урожая, сокращению количества используемых удобрений и повышению экологичности земледелия.

Способы систематизации дифференцированного внесения удобрений

Существуют две основополагающих системы дифференцированного внесения удобрений: менее трудоемкая — офлайн и более дорогостоящая — онлайн. Первый вариант предполагает заблаговременный расчет норм внесения подкормок по каждой выделенной на поле зоне, техника работает в запрограммированном режиме. Второй способ подразумевает выполнение расчетов непосредственно в процессе внесения подкормок. Для этого нужны датчики-спектрометры, установленные на беспилотник или трактор. Сенсоры излучают световые волны на 2 длинах, контролируют и запоминают отражение от растений. Разницу между показателями в инфракрасном и красном спектрах сопоставляют с плотностью посадки и насыщенностью полезными веществами. По результатам вычисляют индексы различий в растительном покрове, включая самый известный NDVI. Такие индексы учитываются в программе, которая на основе заданных алгоритмов вычисляет дозировку удобрений под каждую исследуемую зону поля. Машины сразу вносят подкормку, перемещаясь по участкам.

Эксперты считают, что будущее — за онлайн-технологией, которая будет развиваться за счет появления новых датчиков, способных определять потребность грунта в конкретных элементах питания методом неразрушающего контроля. Аграриям, планирующим внедрять новые технологии, стоит внимательно присмотреться к опыту зарубежных коллег, следить за развитием машин для дифференцированного внесения минеральных удобрений и сопутствующего оборудования.

Средства автоматизации дифференцированного внесения удобрений

Оснастка машин для дифференцированного внесения минеральных удобрений предполагает наличие экранов, навигационного оборудования со спутниковой связью и модемов от ведущих производителей. На интернет-ресурсы из отдела ГИС грузятся карты с заданиями, откуда они перемещаются на бортовой компьютер спецтехники. Дополнительно передаются сведения от беспилотников о рельефе местности, чтобы оптимизировать перемещение техники по участкам с учетом препятствий.

Диспетчеры контролируют процессы и реагируют на отклонения поступающих данных от запланированных. В учет берутся простои техники, расход горючего, отклонение от заданного маршрута, нормы по удобрениям. Информация о технике поступает от трекеров и датчиков онлайн, а по необходимости диспетчер выходит на связь с машинистом для корректировки рабочего процесса.

Как осуществляется отбор проб на полях

Места, откуда требуется взять пробы для дифференцированного внесения минеральных удобрений, выбираются не произвольно, а согласно специальному заданию на отбор, основанному на электронной карте. Определение заданных точек на поле легко осуществить с помощью GPS-мониторов на мотоциклах и автомобилях. Добравшись до нужной точки, остается лишь сделать прокол и взять пробу грунта. Глубина прокола варьируется с учетом толщины пахоты, в среднем это 30 см. Для участка площадью в 5–10 га достаточно сделать 15–20 проколов.

Анализ полученных проб

Отобранный с полей грунт доставляют в комнату пробоподготовки и помещают в сушильный шкаф (t=39°С). Пробы выдерживаются до воздушно-сухого состояния, очищаются от мусора, помещаются в мельницу для перетирания. Полученный состав упаковывают в герметичный пакетик, на котором проставляют номер образца и конкретной зоны на поле, складируют в ящик с другими пробами и отправляют в лабораторию.

Лаборанты взвешивают образцы поштучно, пересыпают в колбы, таким способом получая «навески» для подсчета содержащихся в грунте подвижных питательных элементов. В колбы добавляют экстрагент, чтобы выделить каждый из элементов. Оставшийся после процесса фильтрации экстракт изучают по специальным методикам.

Наличие калия в пробе исследуют пламенной фотометрией (изучение уровня насыщенности излучения от веществ). Тепло выделяется за счет движения микрочастиц. Нагрев активизирует приток энергии. Это приводит к ускорению движения электронов и их отдалению от ядра атома. От последующего охлаждения электроны начинают возвращаться, отдавая энергию. Эту энергию и фиксируют приборы. У каждого из элементов (азота, калия и др.) — своя длина волны излучаемой энергии, а интенсивность излучения находится в зависимости от концентрации этого элемента в пробе.

Лаборант сравнивает полученные результаты проб с градуировочной кривой, построенной по эталонным растворам. По итогам сравнений выявляются отклонения и подсчитываются объемы исследуемых элементов в пробе. С учетом дефицита или наличия определенных веществ в грунте можно выяснить, насколько участок земли подходит под высадку определенной культуры, какие удобрения необходимо использовать и в каком количестве. Лаборанты исследуют количество фосфора, серы и азота в почве, оценивают гранулометрический состав и кислотность. По каждой пробе информация заносится в базу данных на компьютере и отправляется в отделение геоинформационных систем.

Построение электронных карт

Один из главных этапов технологии — составление электронных карт. Их создают на основе данных спутников, картирования информации от беспилотников, карт урожайности с записывающих устройств на комбайнах, а также объезда полей с GPS-оборудованием. На готовые карты наносят аналитические сведения, полученные лаборантами при анализе проб. Карты используют, чтобы сформировать техническое задание полевому оборудованию. Создаются карты под каждый элемент (фосфор, калий и азот), а также их комбинации для понимания цельной картины состояния грунта на участке.

Дифференцированное внесение удобрений выполняется с учетом насыщенности почвы теми либо иными элементами. Перечисленные инструменты работают на локальных установках. Облачные продукты используются для скоростной обработки данных от техники, онлайн-оценки выполняемых задач и корректировки заданий. При наложении данных на карту выявляются размытые зоны, где насыщенность грунта неоднородная. Под каждую зону рассчитывается конкретная дозировка удобрений, формируется задача по элементам.

Завершающий этап процесса

Карту с заданием загружают в бортовой компьютер полевой техники. Во время перемещения оборудования по участку бортовой компьютер с помощью высокоточного навигатора высчитывает собственную локализацию и соотносит координаты с данными на карте. Компьютер управляет системой по распределению удобрений так, чтобы положение заслонок дозаторов менялось во время прохождения определенных участков. В итоге на одном поле удобрения расходуются максимально эффективным способом, при этом экономично и целенаправленно. Почва избавлена от переизбытка веществ, а значит, урожай будет высоким, полезным и соответствующим нормативам.

За такими технологиями — будущее аграрной отрасли, поэтому в их развитие и внедрение стоит инвестировать уже сейчас, не отставая от конкурентов.