Сканеры почвы – точные системы повышения эффективности земледелия
Успешное агропредприятие анализирует множество аспектов при управлении производством. Так, современная сельскохозяйственная техника, качественные удобрения и СЗР могут не принести ожидаемого результата, если не учитывать характеристики почвы. Структура почвы, уплотнения, влажность — важные параметры, которые влияют на урожайность. Но агропроизводители часто игнорируют необходимость исследования этих свойств.
Почему необходимо исследовать свойства почвы?
Различные типы почв, коэффициенты их уплотнения и содержание влаги влияют на формирование урожайности и состояние агрокультур. Знание этих параметров поля определяет подходы в обработке, которые позволяют минимизировать негативные факторы и повысить эффективность растениеводства.
Сельскохозяйственные культуры чувствительны к состоянию почвы. Например, недобор урожая на полях с чрезмерно уплотненной почвой может достигать 30-40%. Усвоение атмосферных осадков на таких почвах также снижается (по результатам исследований украинского Института земледелия НААН, в 3-4 раза). При орошении этот показатель может быть еще выше.
Подробная информация о физических свойствах почвы, толщине слоя плужной подошвы будет способствовать ресурсосберегающей обработке поля. А также позволит определять оптимальную глубину рыхления.
Данные о способности поля сохранять влагу помогут определить сельскохозяйственный потенциал почв и соответствующую ему норму удобрений. А карта структуры почв позволит применять современные методы земледелия, такие как дифференциальное внесение удобрений.
От пенетрометров к сканерам
Свойства почвы фермеры исследовали и раньше. Ее плотность определяли и определяют при помощи пенетрометров. Принцип работы устройства достаточно прост: инструмент погружается в землю с определенной нагрузкой. Датчики фиксируют сопротивление почвы, на основе которого и рассчитываются параметры. Есть более модернизированное устройство, оснащенное GPS, — пенетрологгер. Такой инструмент позволяет измерить плотность и зафиксировать точные координаты исследования.
Недостаток подхода очевиден: чтобы составить карты полей, необходимо создать сетку, согласно которой и проводить сбор показателей. Это отнимает много времени и ресурсов, но не дает необходимой точности, поскольку точные показатели только в точках замеров, а на остальные участки поля результаты интерполируются. Для определения физико-химических свойств также необходимо отбирать пробы почвы согласно сетке. Соответственно, недостатки те же, что и при создании карты уплотнений.
Одна из альтернатив — использование карт урожайности, но такие данные есть у ограниченного количества хозяйств. Современное развитие техники предлагает более эффективное решение — сканеры почвы. Они позволяют определить основные параметры быстрее и точнее. Просканировав почву, хозяйство получит готовую карту, согласно которой и сможет спланировать работы.
Принцип работы сканеров
В наиболее распространенных на рынке сканерах используется один и тот же принцип — электромагнитная индукция (ЭМИ). Устройства при помощи излучения электромагнитных полей измеряют электропроводность почвы.
Электропроводность — основной геофизический параметр почвы. Она зависит от ряда физико-химических свойств, в частности от структуры, пористости, влажности, минералогии и засоленности. Поэтому имея показатель электропроводности, данные приборы могут определить и другие характеристики почвы.
Распространенные сканеры почв
Сегодня наибольшее распространение получили три основные системы, которые позволяют сканировать почву: Geonics EM-38, Veris и Topsoil Mapper.
EM-38. EM-38 работает, используя принцип ЭМИ. Сканер имеет две катушки: одна для создания магнитного поля (катушка передатчика), а другая для отслеживания внешнего магнитного поля (катушка приемника). В катушке передатчика создается первичное магнитное поле. Это поле проникает в почву (и в любой другой соседний объект) и вызывает там вихревые токи. В итоге создается «вторичное» магнитное поле, которое затем принимается катушкой приемника, расположенного на другом конце устройства. Чтобы просканировать таким сканером поле, его необходимо установить на специальные сани, а затем прикрепить к транспортному средству.
Veris. Этот сканер предоставляет больше возможностей, чем EM-38. Он позволяет определить электропроводность на двух глубинах, органическое вещество, кислотность почвы и емкость катионного обмена.
Электропроводность определяется при помощи шести дисков, которые размещены в передней части сканера. Два внешних диска предназначены для сканирования на глубине до 90 см. Четыре внутренних диска сканируют на глубине до 30 см. Для осуществления операции они погружаются в почву.
На основе полученных данных уже строится карта электропроводности, которая поможет обнаружить почвенные контуры с разными физическими свойствами.
Содержание органики в почве определяется оптическим сенсором, который работает в красном и инфракрасном диапазонах. Измерения проводятся на глубине 3-10 см. Данные необходимо откалибровать, отобрав образцы почвы в контрольных точках.
Для анализа pH почвы на сканере установлен пробоотборник. Пробы отбираются по ходу движения агрегата. Два pH-электрода автоматически определяют этот показатель за несколько секунд. После чего автоматически очищаются и принимают следующее пробы. При скорости 10 км/час сканер позволяет отобрать 16 проб на гектар.
Емкость катионного обмена определяется после анализа параметров электромагнитной индукции и данных оптического сенсора. Также проводится анализ проб почвы из контрольных точек. Это осуществляется для того, чтобы перейти от относительных к абсолютным значениям. Параметр емкости катионного обмена помогает определить способность почвы усваивать питательные вещества.
Topsoil Mapper. Это устройство разработала австрийская компания Geoprospectors. Сегодня Topsoil Mapper — наиболее современный и удобный сканер. Система позволяет фиксировать уплотнение, структуру и влажность почвы практически в режиме реального времени. Данные отправляются на терминал трактора или автомобиля, который осуществляет сканирование.
Topsoil Mapper позволяет определять свойства почвы на глубине до 1 м. Его не нужно буксировать — он устанавливается с помощью специального крепления на автомобиль или трактор. Также устанавливается защитный экран из композитного материала, который блокирует электромагнитные колебания от транспортного средства. Его используют для того, чтобы избежать влияния помех на результаты.
С Topsoil Mapper хозяйство получает данные о свойствах почвы на полях значительных площадей в достаточно короткий промежуток времени. Кроме того, реализовано специальное программное обеспечение, которое автоматически создает карты почв. Обработать полученные данные и получить результаты достаточно просто.
Еще один плюс системы — она позволяет контролировать глубину обработки почвы во время работы. Собранные данные в режиме реального времени передаются непосредственно на бортовой компьютер трактора, а затем на почвообрабатывающий агрегат. Это способствует повышению как экологической, так и экономической эффективности сельского хозяйства.
Главное преимущество Topsoil Mapper перед конкурентами заключается в том, что он бесконтактный. Это позволяет снизить нагрузку на почву, а также значительно ускорить процесс сканирования. Другие же системы имеют электродные диски, которые требуют контакта с землей или перемещаются на специальных «санях» позади трактора или автомобиля.
Актуальность технологии для фермеров
Созданные высокоточные карты уплотнений, почвенно-фракционного состава и влагоемкости поля можно будет использовать не один год. А технология их составления позволит сэкономить и средства, и ресурсы, которые пошли бы на отбор проб. Имея такие карты, аграрий сможет определить потенциал поля, осуществлять дифференциальное внесение удобрений, проводить вспахивание на разной глубине и решить множество других задач.
К примеру, работа почвообрабатывающих агрегатов на чрезмерной глубине обработки приводит к перерасходам топлива. Карта уплотнений позволит избежать лишних потерь.
Использование сканеров почв — еще один важный шаг, позволяющий повысить эффективность агробизнеса.
Источник
Оборудование для анализа почвы
Почвы: 0,5 . 5 г (в завис. от почв. горизонта) / Вытяжки: <
Почвы: 1 . 15 г (в завис. от почв. горизонта) / Вытяжки: 40 . 150 мл (в завис. от почв. горизонта)
Почвы: 10 г / Вытяжки: 10 мл
Почвы: 10 г / Вытяжки: 2,5 мл
Ранца: 70 л / Контейнера: 4 л / Почвы: <
Ранца: 70 л / Почвы: <
1 г / Вытяжки: >
2 г / Вытяжки: >
10 г / Вытяжки: >
10 г / Вытяжки: <
15 г / Вытяжки: <
50 г / Вытяжки: 1,0 . 40 мл (в завис. от компонента)
50 г / Вытяжки: 1,0 . 40,0 мл (в завис. от компонента)
Оборудование для анализа почвы
Внесение основных удобрений в почву является первым этапом технологии минерального питания сельскохозяйственных культур. Искусственные удобрения должны восстанавливать баланс элементов, но при этом не нарушать экосистему жизнедеятельности микроорганизмов.
Кроме восполнения выноса основных элементов формирования урожая – азота, фосфора и калия, почва должна обеспечивать сбалансированное поступление доступных для питания растений всех элементов питания, необходимых для формирования урожая.
Дисбаланс элементов питания приводит к разрушению структуры почвы и ухудшению ее плодородия, уменьшению урожайности и качества продукции, снижению иммунитета растений и увеличению пестицидной нагрузки.
Для повышения эффективности применения удобрений и сохранения почвенного плодородия перед проведением посевной кампании проводится комплексное обследование почв, для расчета ресурса поля и выявления ограничений формирования высокой продуктивности растений.
Анализ почв – сложная аналитическая задача, включающая множество этапов. Это и отбор проб, и пробоподготовка и использование специальных методик анализа. Каждый из этапов требует тщательного подхода в выборе оборудования. В данном тематическом каталоге мы постарались объединить все оборудованием, которое может быть востребовано как специалистами почвоведами и геологами, так и аналитиками, в область интересов которых входит анализ химического состава почв и присутствующих загрязнений.
Источник
Автоматические пробоотборники для сельского хозяйства
Один из факторов получения хорошего урожая в сельском хозяйстве — качественный агрохимический анализ почвы. Поскольку приглашение специалистов для проведения обследования полей может занимать много времени и быть довольно дорогостоящим, крупным сельхозпредприятиям следует рассмотреть вариант покупки собственного агрегата для забора образцов грунта. Современные машины характеризуются простотой конструкции и высокой производительностью.
Виды пробоотборников
Если сельхозучасток небольшой, можно воспользоваться ручными отборниками, которые позволяют получать пробы при помощи физической силы человека. Надавливая на рукоять, оператор опускает инструмент в грунт, затем поворачивает его и вынимает наружу для выгрузки почвенного образца. Для работы не нужно привлекать технику. Бур хорошо выполняет задачи на небольшой глубине однородного грунта.
Но на больших площадях при интенсивном ведении сельского хозяйства такой способ не подходит. Современный рынок аграрной сферы требуют ускоренных методик, точного соблюдения глубины и необходимого числа проб. С этими задачами справляются пробоотборники автоматического типа, сводящие к минимуму человеческий фактор и обеспечивающие достоверные показатели. Они позволяют быстро и эффективно проводить отбор проб одному человеку вместо бригады работников при ручном способе агрохимического обследования.
Автоматические пробоотборники
Автоматические почвенные агрегаты представляют собой навесное оборудование, агрегатируемое на пикапы любого класса, УАЗ или другие автомобили, тракторы, квадроциклы и прицепы.
Для получения проб грунта используют два вида автоматических пробоотборников:
- сверлильного типа с буром, вращающимся при погружении;
- ударного типа с буром, вбиваемым в почву при помощи гидравлической станции, которые могут работать с разделением и смешением слоев и погружаться на большую глубину.
Оба варианта имеют схожий принцип действия: пустотелый бур погружается в почву, одновременно набирая ее, а при возвратном движении специальные скребки стряхивают грунт в один из ящиков.
В зависимости от модификации, автоматические пробоотборники приводятся в действие:
- собственным силовым гидроблоком;
- электрическим приводом с подачей питания через бортовую цепь транспорта;
- приводом помпы двигателя;
- комбинацией гидравлической помпы и электродвигателя.
Управлять агрегатом позволяет блок управления, установленный в кабине оператора для контроля глубины отбора проб, их интервала и рабочего давление в системе. Разработаны также пробоотборники, способные отбирать почвенные пробы непосредственно во время движения.
Особенности установки на транспортные средства
Пробоотборники автоматического типа, как правило, монтируются как навесное оборудование на заднюю часть собственной рамы техники. А также могут устанавливаться на доработанную конструкцию в виде выдвижной или раскладной рамы, которая часто применяется на отечественных автомобилях УАЗ-390995.
Наиболее востребован монтаж агрегата на пикап одним или двумя операторами с применением погрузочной техники. После установки он фиксируется к днищу кузова болтами и специальными пластинами. Конструкция пробоотборника позволяет навешивать номерной знак и габаритные огни и регистрировать оборудованный автомобиль в ГИБДД, так как рама выступает не более чем на 1 метр. Установка может работать и на прицепе, но в этом случае требуется сертификация в НАМИ.
Программное обеспечение для отбора почвенных проб
Наиболее эффективно и быстро пробы можно отобрать, оснастив машину с почвоотборником системами точного земледелия. В этом случае мобильный автоматизированный комплекс должен включать навигационные системы, полевой компьютер и соответствующее программное обеспечение для планирования работы и анализа результатов. Многие производители, продавая пробоотборник, предлагают готовые решения, обеспечивающие его «интеллектуальную» работу.
Время для отбора проб, как правило, появляется после уборочных работ до того, как выпадет снег. Для пробоотборников ударного типа даже морозы не помеха, так как некоторые буры способны пробивать грунт на установленную глубину даже при морозе до -40 °С.
Планирование проведения отбора включает нанесение на поле сетки, по ключевым точкам которой будут отбираться пробы, сохранение полученной карты со всеми параметрами в отдельный файл, построение маршрута передвижения техники с точным определением точек отбора и их привязкой к координатам.
Подключив оборудование, исполнитель объезжает поле по заданной сетке отбора проб. Место взятия каждой пробы фиксируется с помощью навигационного приемника с привязкой к координатам. Дальнейший анализ проб может быть проведен в хозяйстве при помощи мобильной лаборатории или на агрохимической станции.
Геоплан
Одним из популярных программных продуктов на рынке России для работы в комплексе с пробоотборниками является ПО «Геоплан» компании АО «ГЕОМИР», задача которого — создать точный и детальный план маршрута взятия проб. Программа проста в использовании и позволяет загружать уже готовые электронные карты полей. Если их нет, то предварительно производится обмер контуров поля, на основании которого строится план отбора почвы.
Trimble Farmer Pro
Для детального анализа и составления агрохимических карт можно использовать программу Trimble Farmer Pro . Это облачное решение, которое поставляется с мобильным приложением и готовой годовой подпиской. Его возможности позволяют обрабатывать не только данные, касающиеся маршрута и точек отбора проб, но и широкий спектр других операций по уходу за посевами.
На основании данных агрохимического обследования составляются электронные карты почвенного плодородия, на которых видно распределение питательных веществ по площади поля. Исходя из содержания в почве элементов питания в специализированном программном обеспечении создаются карты неоднородности поля, которые в дальнейшем используются для расчета доз удобрений и заданий для дифференцированной работы.
Одно из программных решения Trimble позволяет также создать многоуровневые зональные карты PowerZone , используя для этого различные источники: спутниковые снимки, информацию с датчиков урожайности культур, беспилотных летательных аппаратов и другие сведения.
На основе полученных данным можно дифференцированно вносить удобрения и вести сев, а это значить — значительно снижать затраты и обеспечивать высокую урожайность сельскохозяйственных культур.
Обзор техники для взятия проб грунта
Nietfeld
Немецкая компания Nietfeld является разработчиком широкой линейки различных машин для отбора почвы. Компания реализует свою продукцию в Германию, Россию, Словакию и США. Её охотно покупают не только землевладельцы, но и научно-исследовательские институты, лесничества, промышленные предприятия и геологические службы. Официальный дилер в России — АО «Геомир».
Одними из самых популярных на рынке стали агрегаты Nietfeld N 2005 и доработанный N 2006 для сбора образцов почвы на глубинах 10-30 см. Отбор проб производится с помощью зонда, который, проникая в почву, поворачивается по спирали. Время, необходимое для одного прокола в зависимости от типа почвы составляет 3-5 секунд, что делает их одними из самых быстрых для подобных задач на рынке. Агрегаты монтируются сбоку, что дает возможность наблюдать за пробоотбором в боковое зеркало ведущей машины. Серийно снабжены собственным гидравлическим двигателем Power Pack и независимы от гидравлической системы транспортного средства. Управление производится при помощи блока со счетным устройством. Могут быть установлены внутрь кузова на складной раме в различных отечественных автомобилях и прицепах.
N 2012 — скоростной агрегат для сбора почвы на тех же глубинах сверлильного типа с электроприводом. Питание подается через бортовую сеть транспортного средства и отдельный гидроблок не требуется. Возникающие излишки энергии накапливаются в литий-ионной аккумуляторной батарее. Заряженный аккумулятор гарантирует работу на весь день без подзарядки. Аппарат подходит для установки на квадроциклы, John Deere Gator, Kawasaki Mule и другие легкие транспортные средства из-за низкого уровня шума и небольшого веса 115 кг.
Автоматический пробоотборник Duoprob-60-UP с гидравлической ударной системой может работать на тяжелых и плотных почвах на глубинах 0-30 и 30-60 см. Гидравлический «молоток» делает 2500 ударов в минуту, благодаря производительной помпе (до 8 л/мин) и давлению до 100 атмосфер. После проникновения в почву на 30 см пробоотборник автоматически поворачивается, затем погружается еще на 30 см и поднимается. Пробы почвы с разных горизонтов могут быть помещены в разные контейнеры. Предусмотрены режимы работы с разделением и без разделения слоев. Оператор управляет агрегатом не покидая место и останавливает работу только после взятия 15 проб, чтобы освободить боксы. Процесс взятия одной пробы занимает 20-25 секунд. Комплектовать прибор можно установочными элементами для трактора, пикапа или автоприцепа, «укладывающим» устройством, силовым блоком 9 PS с ручным или 13 PS с электрическим стартом.
Агрегат Multiprob 120 UP этой же компании с помощью ударной системы способен автоматически взять пробы с глубины до 90 см с разделением их на 3 горизонта. Может быть переоборудован для работы на глубине 120 см. Машина оснащена дистанционным управлением при помощи пульта и дисплея. Может быть использован индивидуальный гидроагрегат или гидравлика тягача. С помощью гидромолота бур забивается в землю, поворачивается на 180 град и вытаскивается из почвы. Вес конструкции 450 кг, она может быть смонтирована на любые легковесные машины или прицеп.
BOPROB Nietfeld — интегрированная с шасси машина для скоростного сбора образцов почвы на глубине от 10 до 30 см во время движения. Рабочая скорость агрегата до 12 км/ч. Взятие одного укола занимает около 8-10 сек. Его основной плюс — высокая производительность: 16 проб он выполняет за 4 минуты. Гидравлический насос приводится в движение двигателем Honda 5,5 л.с.
Работа Boprobs контролируется при помощи камеры и отображается на мониторе блока управления. Глубина отбора устанавливается на 10, 20, 25 или 30 см. Прицепная конструкция позволяет использовать агрегат на любом подходящем тягаче без модернизации и быстро подготовить его к работе. Широкие покрышки (215/75 R15) снижают давление на грунт.
Amity Technology
Известный производитель пробоотборников для сельского хозяйства американская компания Amity Technology позиционирует свою продукцию как самую экономичную на рынке. Это касается компактного пробоотборника на электрическом питании и кнопочном дистанционном управлении модели 2400 , которую можно устанавливать в кабине транспортного средства. Его плюсы — простота конструкции, быстрый монтаж и смена насадок, сбор образцов на глубине до 61 см. Шнек из твердого сплава позволяет отбирать автоматизировано до 20 проб всех типов грунта, включая мерзлый.
Одна из самых популярных моделей американской компании Amity А2450 может быть установлена на кузов пикапа. Кнопочные элементы управления с 3-метровым шнуром позволяют собирать 25 образцов, не выходя из кабины. Опционно он может быть оснащен оригинальной системой очистки наконечника при помощи струи воздуха и двухзонной системой сбора. Диапазон глубины отбора до 61 см. Крепление почвоотборника регулируется в зависимости от высоты кузова. Агрегат легко приводится в горизонтальное транспортное положение.
Пробоотборник HITCH может устанавливаться на любую трехточечную навеску и работает с помощью гидравлической системы трактора на трех глубинах с максимальным погружением до 122 сантиметров.
Fritzmeier
На отечественном рынке представлена также техника группы компаний Fritzmeier . Среди достижений немецкого производителя — современные автоматизированные устройства PROFI 60 и PROFI 90 . Они могут навешиваться на трактор и питаться от его гидросистемы или устанавливаться в кузов внедорожника. В этом случае для работы применяется стандартная маслонасосная станция. Машину отличает почти бесшумная работа посредством винтового бура. Можно отбирать пробы послойно за один проход и одновременного измерять плотность почвы.
Осенью прошлого года на выставке Агритехника компания Fritzmeier представила новый усовершенствованный вариант этих проверенных временем устройств для сбора образцов почвы под брэндом Isaria Scout. Как уверяют производители, система обеспечивает полностью автоматический отбор проб почвы и трехступенчатое разделение слоев. Сверло покрыто специальным сплавом для долговечности. Обновленный интерфейс и программное обеспечение терминала позволяют из кабины трактора устанавливать глубину сверления, количество и глубину разделения слоев. Для агрегата разработаны решения для точного земледелия.
Wintex Agro
На официальном сайте датской компании Wintex Agro подчеркивается, что с 1999 года автоматический почвоотборник WINTEX 1000 является самым продаваемым. Клиенты ценят простоту использования и высокую скорость отбора проб.
Он предназначен для отбора проб верхних слоев почвы. Глубину можно регулировать от 0 до 25 см. Пробы отбираются зондом-пробоотборником, который при проникновении в почву поворачивается по спирали, уменьшая нагрузку на механизм и обеспечивая высокую скорость забора грунта.
WINTEX 1000 имеет три настройки для адаптации к различным видам почвы, может устанавливаться на любой транспорт с помощью быстроразъемных муфт. Агрегат имеет гидравлическую систему Honda GX160, 4,8 л. с. и весит всего 48,5 килограмма. Производители позиционируют машину как самую быструю. Скорость отборам составляет 20 проб в час по 14-16 мини-образцов в каждой, т.е. за час около 300 мини-проб.
Haldrup
На российском рынке также можно встретить модели WTX-1000 и WTX-2000 немецкой компании Haldrup , где проба отбирается методом бурения. Гидравлика машины по мощности не уступает конкурентам, а управление также осуществляется с места водителя. Глубина отбора пробы устанавливается плавным переключением до 30 см у WTX-1000 до 60 см у WTX-2000 . Проба почвы автоматически извлекается и расфасовывается, а в WTX-2000 образцы из различных слоёв автоматически разделяются.
Для извлечения проб почвы и определения содержания в них нитратов разработан пробоотборник HALDRUP WTX-3000 , который способен проникать на глубину до 200 см.
Подробную информацию о машинах, упомянутых в этом обзоре, можно найти на сайтах производителей и в каталогах российских дилеров. На рынке также можно найти агрегаты для отбора проб грунта других компаний: AutoProbe на гусеничном ходу американской компании AgRobotics, Falcon (Falcon technology, США), FES 3001 (Украина) и другие.
На следующем видео можно посмотреть процесс отбора проб для агрохимического анализа почвы при помощи пробоотборника Duoprob 60 Отбор осуществляет главный специалист агрохимического сервиса компании «ЕвроХим» Иван КСЫКИН.
Подготовлено по материалам компании АО «ГЕОМИР» и официальных сайтов производителей пробоотборников.
Узнавайте первыми самые актуальные новости сельхозтехники России и мира на нашем сайте «ГлавПахарь» .
Источник