Что такое дифференцированное внесение удобрений
Почему используют
Однородных полей в природе не существует. В пределах одного поля плодородность почвы и урожайность всегда отличаются. В нашей практике были случаи, когда разница в урожайности на участках одного поля доходила до 400%. Соответственно, растения в разных частях поля реагировали на внесение удобрений по-разному.
Если на таком поле использовать единую норму удобрений, в одних участках возникнет избыток питательных веществ, в других — дефицит. Эффективность удобрений, в итоге, в некоторых участках поля будет низкой.
При дифференцированном внесении удобрений мы учитываем неоднородность и выбираем точные нормы удобрений для всех участков поля.
Чем полезно
Баланс питательных веществ. Все участки поля получают необходимое им количество удобрений.
Максимальный урожай. За счёт эффективного распределения доз удобрений.
Экономия удобрений. Нет перерасхода в тех участках, где вынос питательных веществ небольшой.
Что понадобится для начала
Трактор с бортовым компьютером и распределитель с функцией дифференцированного внесения. В бортовой компьютер через флешку или специальный модем вы загружаете карту с дозами удобрений. После этого трактор, двигаясь по полю, будет понимать, в какой части он находится, и передавать нужную норму удобрений на распределитель.
Самоходный или подвесной опрыскиватель, а также сеялка. Их можно использовать вместо распределителя для внесения удобрений. По опыту, получается даже точнее, чем распределителем: опрыскиватели и сеялки с функцией дифференцированного внесения умеют переключать норму быстрее.
Карта-задание с дозами удобрений для техники. Создать такую карту можно в приложении OneSoil.
Что может пойти не так
У бортового компьютера не получится прочесть карту-задание. Карты-задания создают в специальных программах. Иногда их формат может не подойти бортовому компьютеру, но сейчас такое редкость. Самые распространённые форматы файлов — shape и iso xml. Их поддерживают практически все бортовые компьютеры. Если файл всё-таки не сработает, его можно конвертировать в нужный формат.
Вы можете ошибиться с дозировкой удобрений. Как и с единой нормой, при дифференцированном внесении удобрений важно изучить своё поле. Если этим пренебречь, результат получится непредсказуемым. Избежать этого просто — исследовать поле и выделить на нём стабильные зоны продуктивности. Это те зоны, где относительная урожайность из года в год остаётся на одинаковом уровне. Создать зоны продуктивности для своего поля можно бесплатно в приложении OneSoil.
Техника не переключится на нужную норму моментально. Распределитель минеральных удобрений обычно увеличивает или уменьшает норму примерно на 20 кг на 100 метров поля. Это зависит от скорости движения техники и типа удобрений. Если вам нужно внести меньшее количество удобрений в конкретном небольшом участке, скорее всего, с этим будут трудности. Как этого избежать? Увы, способов не так много: покупать технику с точным учётом вносимых удобрений или смириться.
Источник
Что такое дифференцированное внесение минеральных удобрений
Содержание:
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.
Источник
Что такое дифференцированное внесение удобрений
Точное земледелие — это совокупность технологий, которые позволяют повысить урожайность и экономическую эффективность сельскохозяйственных работ. Наверное, правильнее было бы называть этот подход точечным, ведь идея состоит в том, чтобы обеспечить максимально благоприятные условия для выращивания на каждом участке поля.
Агрономы знают, что среда обитания достаточно вариабельна даже внутри одного поля. Могут различаться состав почв и рельеф, а значит, солидный резерв повышения продуктивности кроется в совершенствовании внутрипольного управления питанием растений. Одной из таких технологий является система дифференцированного внесения удобрений.
Как это работает? С какими сложностями встречаются производители, внедряющие системы дифференцированного внесения удобрений, мы расскажем и покажем в первой серии спецпроекта «ИнноАгро».
Для внесения нужного количества удобрений на каждом участке делают отборы проб, в лаборатории анализируют полученные результаты, составляют карты полей, определяют задачи для машин, работающих в поле. При этом задействуется спутниковая навигация и специализированные программы для удаленного управления техникой.
Этот метод позволяет достичь максимальной урожайности, сократить объем вносимых удобрений, повысить экологичность земледелия.
Мы отправляемся изучать особенности технологии в один из кластеров инновационного агрохолдинга «Кернел» — «Дружба-Нова» . В 2016 г. площадь внесения удобрений локальным способом с возможностью использования переменной нормы в компании составила 150 тыс. га.
С момента возникновения идеи дифференцированного внесения удобрений до ее первого внедрения в нашей стране прошло более 20 лет.
Первый опыт по дифференцированному внесению гербицида с применением GPS был получен в Германии в
1989 г. Тогда технологию признали перспективной, однако качество GPS-позиционирования не позволяло реализовать потенциал этого метода в полной мере.
В 1995 г. после вывода всех спутников GPS на орбиту и создания коммерческой системы мониторинга земельных ресурсов LORIS™ открылись научно-исследовательские центры по точному земледелию в США и Австралии.
К началу нынешнего века GPS прибавила в функциональности. Появилась развитая беспроводная связь, компактные доступные видеокамеры и датчики, программно-аппаратные решения для оперативного управления и анализа массивов данных, в том числе и сельскохозяйственных. Только в комплексе эти средства способны обеспечить реализацию идеи дифференцированного внесения удобрений.
На рынке Украины одним из первопроходцев была «Дружба-Нова» , где внедрение элементов точного земледелия началось в 2009-2010 гг. с запуска системы параллельного вождения. С 2010 по 2013 г. компания внедрила технологию автоматического отбора почв, создала агрохимическую лабораторию, произвела первичное агрохимическое обследование почв основной части полей «Дружбы-Нова».
В 2012 г. технология переменного внесения фосфорно-калийных удобрений частично использовалась для локального внесения удобрений в рамках технологий Strip-Till, Mini-Till. Техника была оборудована системами управления и навигации Raven. Культиваторы-бункера Horsch и Ortman были модернизированы под функцию работы с заданиями согласно сменной нормы.
С 2013 по 2016 г. технологию агрохимического обследования реализовали на всей площади предприятий «Кернел». Обследовано 400 тыс. га, при средней продуктивности 150 тыс. га в год.
Для внедрения технологии создана сеть покрытия всех посевных площадей компании собственной сетью базовых РТК станций для получения точности в 2,5 см, установлены и запущены в работу около 300 систем управления и навигации техникой Trimble, John Deere, Raven, CNH. Дополнительно 38 прицепных бункеров переоборудованы для управления сменной нормой внесения удобрений. Бункера управляются и работают как с дополнительными системами управления нормой, так и через ISO BUS соединение (специально разработанным протоколом совмещения навесного и прицепного оборудования с бортовыми компьютерами).
Каждый образец взвешивают и пересыпают в колбу, получая «навески», для последующего определения содержания в почве подвижных химических элементов, которыми питаются растения. «Навески» заливают экстрагентом, чтобы получить экстракт каждого элемента отдельно. Экстракт, оставшийся после фильтрации почвы, также исследуют с помощью специальных методов.
Например, обеспеченность калием определяют с помощью метода пламенной фотометрии. Он основан на изучении насыщенности спектра излучения, энергии, выделяемой веществами.
Техника «Кернел» оборудована системами навигации, дисплеями и модемами ведущих мировых производителей: Trimble, Raven и John Deere. На интернет-порталы этих компаний из отдела ГИС загружаются карты-задания, а оттуда они поступают на бортовые компьютеры техники. Также передается информация, полученная с беспилотных летающих аппаратов, о рельефе местности и уклонах, что позволяет оптимизировать движение по полям и учесть препятствия.
Диспетчерский пункт контролирует процесс внесения удобрений и оперативно реагирует на отклонение полученных показателей от плановых. Отслеживаются расход топлива, простой, отклонения от маршрутов, нормы расхода удобрений. Информация по каждой единице техники собирается с помощью датчиков и трекеров и загружается на портал Сonnectedfarm в виде файлов о фактически проделанной работе. Если есть необходимость вмешаться, дежурный диспетчер сразу же связывается с машинистом и корректирует его действия.
За годы использования технологии дифференцированного внесения удобрений «Кернел» наработал внушительный опыт и собрал огромную базу данных. Если в 2015 г. технология внесения удобрений по переменной норме была реализована в рамках 3 кластеров на площади 55 тыс. га, то в 2016 г. компания использовала единую технологию внесения удобрений на всех кластерах (70% площадей) — локально-ленточную с работой по карте-предписанию в единую или переменную норму.
Как показала практика, локально-ленточное внесение удобрений в сравнении с внесением их в разброс повышает эффективность потребления элементов питания из удобрений на 10-30%. Это дает такое же уменьшение в физическом весе. Сегодня «Кернел» использует самый консервативный вариант уменьшения нормы — на 10%. Затраты на минеральное питание в денежном выражении сокращаются на сумму от 150 до 260 грн в расчете
на 1 га.
В 2015 г. компания «Кернел» использовала технологию дифференцированного внесения удобрений на предприятиях в Черниговской и Черкасской областях. В среднем получено уменьшение физической нормы фосфорно-калийных удобрений на 13% (в сравнении с внесением по единой норме). В денежном эквиваленте такое уменьшение составляет от 190 до 340 грн/га.
Для локального внесения переменных норм необходимы инвестиции в переоборудование техники. Переоснащение одного агрегата может стоить 280-400 тыс. грн. При этом предполагается, что в наличии уже имеется техника с навигационной системой и бункер. Таким образом, перевод одного агрегата на переменные нормы окупается при обработке 2 тыс. га за один сезон.
Кроме экономии на удобрениях, достигается сокращение расходов и по другим статьям, например, ГСМ. Для прицельной работы с рассчитанными объемами удобрений и посевного материала техника оборудуется системами параллельного и автоматического вождения, что снижает площади перекрытий при проведении полевых работ, в том числе и внесении удобрений.
Использование систем автоматического вождения — основной базовый элемент работы с любыми технологиями использования переменных норм. Логика проста: нет точного спутникового сигнала и автоматического вождения — нет всех других технологий точного земледелия. Поэтому они являются определяющими для достижения эффекта от технологии точного земледелия:
- экономия ресурсов за счет отключения секций;
использование переменных норм внесения продуктов (удобрения, семена, баковые смеси);
Внедрение новых технологических решений всегда сопровождается техническими или организационными сложностями. В случае с дифференцированным внесением удобрений проблемы чаще всего возникают в связи с достижением необходимой пространственной точности и правильностью дозирования.
Например, бывают ситуации с попаданием рядов посева в ленту внесения удобрений, а также прохождением агрегатом в одну и ту же линию из года в год.
Особое внимание следует уделить отладке механизмов калибровки раздаточного дозирующего механизма бункера, точности дозирования и равномерности распределения удобрения от бункера до сошника внесения.
Инноваторы могут столкнуться с «системными конфликтами» между телекоммуникационными устройствами различных производителей, которые используются при подготовке карт-предписаний для техники.
Не всегда высоким является качество беспроводной связи, которая необходима для загрузки заданий на технику удаленно и получения отчетов.
Дифференцированное внесение удобрений осуществляется по единому принципу. Однако формирование исходных данных и их использование в организации процесса дифференцированного внесения удобрений может осуществляться различными способами.
Сейчас конкурируют два основных процессных подхода. Условно их называют оффлайн и онлайн-подход. В первом случае нормы внесения по каждому участку поля определяются заранее, и техника работает по уже введенной программе со всеми расчетами по каждому участку поля. Так работают в «Кернеле».
Онлайн-способ позволяет производить расчет и коррекцию необходимого объема удобрений прямо во время проведения этой операции, в поле. Этот способ напоминает пошаговую стратегию, предполагает использование датчиков-спектрометров, которые могут находиться на движущемся тракторе или на беспилотнике. Сенсор излучает свет на двух длинах волн и измеряет отражение от поверхности растений. Возникающая разница в красном и инфракрасном спектрах тесно коррелирует с плотностью растительности и ее насыщенностью питательными веществами. На основе полученных данных вычисляются стандартизированные индексы различий растительного покрова — таких насчитывается более двух десятков. Среди них и наиболее известный вегетационный индекс NDVI. Они принимаются в расчет специальной программой, определяющей по заданном алгоритму оптимальную норму для каждого участка поля.
И так, шаг за шагом, в режиме онлайн с одновременным внесением удобрений. Будущее за развитием именно этой схемы, считает Константин Шитюк.
Источник