Системы картирования урожайности и дифференцированного внесения удобрений

Добавил пользователь Валентин П.
Обновлено: 19.09.2024

Концепция координатного (точного) земледелия подразумевает использование максимально полного набора информации для выработки агротехнологических решений, оптимизации их в зависимости от почвенно-климатических и других условий и дифференцированное осуществление основных технологических операций. При этом важно осуществлять строго определенные и обоснованные агротехнические приемы при выращивании конкретных культур. В данной статье будет рассмотрен вопрос подкормки озимой пшеницы азотными удобрениями в соответствии с концепцией точного земледелия. В качестве основного источника пространственных данных использованы беспилотные летательные аппараты. О других способах применения БПЛА в сельском хозяйстве вы можете узнать в нашем разделе

Сбор данных

С помощью беспилотных летательных аппаратов, три раза с апреля по июнь, производилась аэрофотосъемка в видимом и ближнем инфракрасном диапазоне, по результатам которой формировались ортофотопланы и карты вегетационных индексов. Эти данные использовались как источник информации о текущем состоянии посевов, а также как основа для пространственного разделения поля на технологические участки.

Первый этап аэрофотосъемки был проведен 13 апреля. Полученная карта вегетационного индекса показана на рис. 1 слева. Для определения зон с исторически низким и высоким индексом применялся пятилетний композит карт вегетации, полученный по космическим снимкам. По этим картам были выбраны два участка (№1 и №2) для наземных наблюдений, которые включали в себя подсчет количества растений на единицу площади и измерение потребности растений в азоте с помощью прибора N-tester. Результаты измерений проиллюстрированы на рис. 2.

Рис. 2. Показания прибора N-tester на участках 1 (слева, 475 растений/м2) и 2 (справа, 687 растений/м2).

Построение файлов предписания

С помощью ГИС Спутник Агро, растровые карты вегетационных индексов были классифицированы и преобразованы в векторные карты в формате Shapefile, представляющие собой набор полигонов, в качестве атрибутов которых можно указать дозу внесения удобрений. Карта-задание для первой подкормки показана на рис. 3. Файлы формата Shapefile загружаются непосредственно в универсальный терминал Amatron 3 (пр-во Amazone). Внесение удобрений осуществлялось разбрасывателем Amazone ZG-B 8200.

Рис. 3. Карта задания для первой подкормки. Величины приведены в физических тоннах удобрения на гектар.

Рис. 4. Экспериментальный алгоритм внесения азотных удобрений на озимой пшенице по рекомендациям прибора N-tester в зависимости от биомассы посева.

Рис. 5. Состояние посевов в апреле (слева) и июне (справа).

Аналогичная ситуация прогнозировалась в 2016 г из-за большого количества осадков в период вегетации. Карта-задание для второй подкормки показана на рис. 6. На большей части поля проводится дифференцированная подкормка, а также закладывается контрольный участок со средней по хозяйству нормой. На рис. 6 также приведен фрагмент ортофотоплана (съемка 6 июня), на котором видно, что стратегия внесения удобрений на хозяйственном фоне, привела к полеганию растений (одна из причин - избыточное азотное питание). Следует отметить, что средняя величина вносимого удобрения на участке с дифференцированной нормой составила 59.9 кг/га. В этом и заключался эксперимент: для установления дозы удобрений использовался весь арсенал накопленной информации на дату внесения, что полностью соответствует концепции точного земледелия.

Рис. 6. Карта задания для второй подкормки. Величины приведены в килограммах на гектар. Увеличенный фрагмент ортофотоплана (съемка 6 июня) иллюстрирует полегание в области с нормой внесения 150 кг/га

Рис. 7. Полегание пшеницы на контрольном участке (норма внесения 150 кг/га во вторую подкормку).

Анализ данных урожайности

Рассмотрим карту урожайности, приведенную на рис. 8. Средние значения урожайности приведены в табл. 1. На карте урожайности отчетливо видна граница контрольного участка. Средние величины урожайности на контрольном участке ниже, что наглядно иллюстрирует правильность выбранной стратегии дифференцированного внесения удобрений. Средняя урожайность на участке 1 составила 58 ц/га, на контрольном – 56,37 ц/га, средняя по полю – 56,76 ц/га. В сумме, за две подкормки на 30 га опыта внесено на 2733 кг аммиачной селитры меньше, что в среднем составило 91 кг/га. Увеличение урожая на 3,45 ц/га и экономия удобрений позволили получить дополнительно 3450 руб/га.

Табл. 1 Экономическая эффективность дифференцированного внесения азотных удобрений

Больше о применении ГИС Спутник читайте по ссылке.

Авторы: Березовский Е.В. (РГАУ-МСХА), Прокофьев Н.А., Телышев А.Н (ЗАО "Откормочное")

Эффективность и точность приобретают в сельском хозяйстве все большее значение. Точное земледелие – это стратегия менеджмента, которая использует информационные технологии, извлекая данные из множественных источников с тем, чтобы принимать правильные решения по управлению сельскохозяйственным предприятием. Данные технологии рассматривают каждое поле как неоднородное по рельефу, почвенному покрову, агрохимическому содержанию и подразумевают дифференцированное применение на каждом участке вариабельных доз удобрений, средств защиты растений. Точное земледелие позволяет проводить мониторинг урожайности по отдельным участкам поля, а также качественно и эффективно выполнять все полевые работы круглосуточно.

1 ступень.

Картирование сельскохозяйственных угодий – основа повышения плодородия почвы в системе точного земледелия

Использование технологии точного земледелия начинается с построения электронных карт при помощи геоинформационных систем (ГИС) и спутниковых снимков, отражающих ландшафтную дифференциацию условий земледелия. Внедрение ГИС позволяет повысить эффективность менеджмента сельхозпредприятий и более оперативно и профессионально принимать управленческие решения, вести производство с учетом рельефа и всех других особенностей территорий.

Внедрение космических методов съемки позволяет

уточнять размеры полей,
выявлять земли, потенциально подверженные водной эрозии,
познавать закономерности и особенности проявления эрозионных процессов,
получать принципиально новые сведения о структурном плане и динамике развития овражно-балочной сети,
рационально управлять земельными ресурсами.

Полученные данные могут быть использованы:

для уточнения площади при проведении правильного расчета потребности в расходных материалах: семенах, минеральных удобрениях, средствах защиты растений, ГСМ;
при планировании направления движения посевных и почвообрабатывающих агрегатов;
организации орошения;
проведении противоэрозионных мероприятий;
выполнении других агротехнических приемов;

Картирование почв на основе систем глобального позиционирования представляет собой составление почвенных карт или картосхем, а также позволяет определять границы полей в зависимости от разрешающей способности прибора. Составной частью является агрохимическое картирование почвы – составление агрохимических карт на основе полевых, лабораторных и камеральных работ. Новый подход к картированию предусматривает точную географическую привязку с помощью систем глобального позиционирования.

2 ступень.

Изучение системы параллельного вождения на примере GPSEZ-GuidePlus

Наиболее простым и доступным элементом точного земледелия, который можно использовать в любом хозяйстве является использование навигационных приборов GPSEZ-GuidePlusдля параллельного вождения агрегатов при внесении удобрений и обработке средствами защиты растений.

Учитывая, что большинство полей имеют неправильную форму, механизаторы допускают при применении СЗР, внесении удобрений, посеве большие перекрытия или пропуски до 20%. При использовании EZ-GuidePlus существенно экономятся средства защиты растений, семена, топливо и время. Точность выполнения работ составляет 15-20 см.

Эффект от использования параллельного вождения на примере GPSEZ-GuidePlus:

В условиях Поволжья система параллельного вождения GPSEZ-GuidePlusобеспечивает экономию денежных средств в пределах 180 руб./га. При стоимости прибора чуть более 150 тыс. руб., срок его окупаемости составит менее одного года.

3 ступень.

Изучение системы параллельного вождения на примере AgGPSEZ-Guide500 с подруливающим устройством EZ-Steer

Еще большую экономию в средних и крупных хозяйствах можно получать при использовании системы параллельного вождения AgGPSEZ-Guide500 вместе с подруливающим устройством EZ-Steer, обеспечивающей любой необходимый уровень точности от 20 до 2 см и предназначенной для проведения всех видов полевых работ – включая обработку почвы, посев и уборку. При этом кроме удобрений и средств защиты растений, экономятся семена и топливо на любых операциях.

Система параллельного вождения AgGPSEZ-Guide500 Lightbar– первая система, сочетающая функции картирования и управления с трех сантиметровой точностью. Качественная графика обеспечивает отображение обработанной площади, показывая, где была проведена обработка.

Экономия при использовании данной системы в условиях Поволжья составила 270 руб./га.

Прибор параллельного вождения с подруливающим устройством стоимостью около 375 тыс. Руб. окупается в течение одного года.

Преимущества системы параллельного вождения AgGPSEZ-Guide500 Lightbar

приемник последнего поколения обеспечивает точность до 2 см;
цветной, широкий дисплей;
экранные подсказки;
встроенная функция картирования с записью на съемный носитель.

4 ступень.

Изучение дифференцированного внесения удобрений

Режим off-lineпредусматривает предварительно проведение агрохимического обследования и создания карт обеспеченности почвы элементами питания. Создание карт проводится в соответствующих программных продуктах: SMS, SSToolsbox и др. На карту наносится распределение элементов питания по площади поля, причем пространственно привязанных, их неоднородное количественное содержание.

От этой пространственной неоднородности зависит количество элементов питания, которое будет доступно растениям на данном участке. При этом имеются участки с максимальным содержанием макро и микроэлементов, где дозы удобрений можно снизить и участки с минимальным содержанием, где дозы требуется увеличить.

При традиционном агрохимическом картировании составляются картограммы только по шести классам обеспеченности и неоднородность распределения питательных веществ учитывается гораздо меньше.

Экономия на 1 га составляет 392,8 руб. Экономия на поле площадью 50 га составляет 19,6 тыс. руб.

Далее в этих же компьютерных программах рассчитываются дозы удобрений под планируемый урожай конкретной культуры, а затем нормы в физическом весе вносимых минеральных удобрений. Программа же создает карту-задание для дифференцированного внесения удобрений. В карте-задании содержатся пространственно привязанные, с помощью GPS, дозы удобрения для каждого элементарного участка поля.

Затем карта-задание переносится на чип-карте (носитель информации) на бортовой компьютер сельскохозяйственной техники, оснащенной GPS-приемником и выполняется заданная операция. Трактор оснащенный бортовым компьютером, двигаясь по полю, с помощью GPS определяет свое местонахождение, считывает с чип-карты дозу удобрений, соответствующую месту нахождения и посылает соответствующий сигнал на контроллер распределителя удобрений (или опрыскивателя). Контроллер же, получив сигнал, выставляет на распределителе удобрений нужную дозу.

расчет дозы удобрений на планируемую урожайность для каждого элементарного участка;
выполнение заданной операция путем считывания необходимой дозы с карты при движении трактора по полю;
экономия удобрений до 30%;
возможность работы в ночное время;
сокращение инвестиционных затрат на технику.

Мобильные почвенные лаборатории Fritzmeier

Преимущества мобильной почвенной лаборатории Fritzmeier

позволяет определять реакцию почвенной среды (рН), нитратный и аммиачный азот в почве, воде, компосте, удобрениях;
простота в использовании;
взвешивание и обработка почвы;
наличие всех необходимых реактивов, лабораторной посуды, тест-полосок, многоцелевого измерительного прибора (рефлектометра) в одном удобном корпусе;
определение одного показателя занимает около 15 минут, включая отбор пробы, зависит от типа почвы;
возможность дополнительного заказа комплектов тестов для увеличения количества анализов;
корректировка доз азотных удобрений перед посевом культур;
экономия азотных удобрений, защита окружающей среды.

5 ступень.

Режим реального времени (on-line) предполагает предварительно определить агротребования на выполнение операции, а доза удобрений определяется непосредственно во время выполнения операции за один проход техники по полю.

Агротребования, в данном случае, это количественная зависимость дозы удобрения от показаний датчика установленного на сельскохозяйственной технике, выполняющей операцию. Оптический датчик GreenSeekerRT 200 производства фирмы NTechIndustries, Inc в инфракрасном и красном диапазоне света определяет содержание хлорофилла в листьях и биомассу. На основании этих данных, а также данных по сорту и фенофазе растения определяется доза азотных удобрений. Для использования GreenSeekerRT 200 также необходим портативный прибор N-tester, определяющий те же параметры. Результаты выполнения операции (дозы и координаты, обработанная площадь, время выполнения и фамилия исполнителя) записываются на чип-карту. Информация от датчиков также передается на бортовой компьютер Amatron+, который в свою очередь управляет дозирующей системой разбрасывателя минеральных удобрений или опрыскивателя Amazone. В зависимости от интенсивности окраски листьев (то есть от содержания хлорофилла в них), будет повышаться или понижаться норма внесения азотных удобрений.

Преимущества дифференцированного внесения удобрений в системе online:

6 ступень.

Оборудование для картирования урожайности устанавливается на комбайны и предназначено для определения урожайности на отдельных участках поля. Прибор способен отображать такие показатели как урожайность, влажность и массу собранного зерна, обработанную площадь. Особенно важным является контроль влажности зерна, поскольку влажное зерно не пригодно к хранению и требует дополнительных затрат на просушку. Показания датчика позволят разделить партию зерна на фракции по влажности и спланировать затраты на просушку.

На комбайне устанавливаются датчики, связанные с GPS приемником, которые определяют влажность и массу зерна. Результаты отражаются на мониторе урожайности InSight.

На основе полученных данных составляют карту урожайности, по которой в дальнейшем агроном может делать выводы об оптимальной или, наоборот, недостаточной обработке конкретного участка поля, чтобы в будущем, изменив соответствующие параметры получить более высокий урожай.

Картирование урожайности позволяет сократить количество почвенных проб при последующем агрохимическом обследовании.

Преимущества системы картирования урожайности InSight:

получение точных данных об урожайности сразу после уборки;
контроль влажности зерна с целью определения необходимости в просушке;
анализ зон с минимальной урожайностью;
экономия на последующем проведении почвенного обследования (отбор проб только в проблемных местах);
не влияет на производительность комбайна;
создание карт урожайности для проведения последующего анализа.

Программное обеспечение точного земледелия

составление и ведение цифровых карт полей сельскохозяйственного назначения;
создание базы данных по истории полей для определения оптимальной структуры посевных площадей и севооборотов;
определение состояния плодородия почвы и всхожести культур;
рациональное использование минеральных удобрений и средств защиты растений;
совершенствование прогнозирования развития сельскохозяйственных культур, их возможной урожайности;
определение площадей, подверженных водной и ветровой эрозии;
предоставление сведений, хранящихся в базе данных в табличном виде, составление карт и вывод их на печать;
оценку рисков и уточнение страховых платежей.

Комплексное использование системы точного земледелия – это реальная экономия денежных средств, рациональное применение средств химизации, защита окружающей среды, забота о сохранении и восстановлении почвенного плодородия, это инвестиции в ваше будущее!

Поскольку он начинает активно внедряется некоторыми сельхозпредприятиями Беларуси, поговорим о нем подробнее.

На плодородие почвы оказывает влияние множество факторов: условия увлажнения, рельеф, вид почвообразующих пород, ее физические свойства и агрохимический состав. В пределах поля, как правило, все эти факторы неоднородны. В частности, агрохимический состав почвы на разных участках поля зачастую очень различен. Внесение удобрений дифференцированным способом позволяет более точно распределять элементы питания между зонами с избыточным их содержанием и зонами дефицита, тем самым обеспечивая экономию, рациональное использование удобрений и благоприятные условия питания растений, одинаковые по всему полю.

С чего все начиналось

От возникновения идеи дифференцированного внесения минеральных удобрений до ее реализации прошло около двух десятков лет. Впервые этот способ был опробован в Германии в 1989 году, после чего его сразу же зачислили в перспективные.

Правда, в те годы еще не было необходимых для реализации этой инновационной технологии инструментов. Для большинства аграриев мира точное земледелие и один из важнейших его элементов — система дифференцированного внесения удобрений — стали доступны после того, как в 1995 году на орбиту Земли были выведены спутники GPS, в Австралии и США открылись Научно-исследовательские центры точного земледелия, по всему миру заработали системы беспроводной передачи данных, появились новые программно-аппаратные решения.

Дифференцированное внесение удобрений: задания и машины

После завершения задания компьютер разбрасывателя сформирует файл с отчетом о проделанной работе — там будет информация о количестве внесенных удобрений, пробеге техники, времени, затраченном на эту работу. Агроном может загрузить эти данные в программу CROPIO для сохранения ее в истории обрабатываемого поля.

Global Positioning System (GPS) sensors

Caterpillar CEBIS system

Claas Yield-O-Meter system

Ag Leader and the AFS systems

AGCO's European FieldStar system Massey Ferguson

Flow sensor from AFS system

Flow Sensor from Ag Leader system

Speed sensors

AFS system

Система картирования урожайности Insight

Оборудование для мониторинга урожайности устанавливается на комбайны и предназначено для определения урожайности на отдельных участках поля.

Комплект оборудования для мониторинга урожайности состоит из:

― контроллера Insight;
― датчика урожайности;
― датчика влажности;
― крепления к элеватору.

Для обработки данных может быть использовано программное обеспечение AgLeader SMS. Контроллер Insight предназначен для сбора обработки и отображения информации от различных датчиков и управления сельскохозяйственным агрегатом. Прибор состоит из жидкокристаллического сенсорного дисплея, слота для карт памяти и коммуникационных разъемов.

Данные от датчиков отображаются на дисплее и одновременно записываются на съемную карту памяти для последующего переноса информации на офисный компьютер. Датчик урожайности определяет количество материала, проходящего через транспортер комбайна. Датчик влажности определяет влажность материала.

Информация от датчиков объединяется с координатами от навигационной системы GPS, что позволяет создавать детальные карты урожайности отдельных участков поля.

Читайте также: