Эффективность агротехнологий

Рисунок 77 - Технология точного земледелия (В. П. Якушев, 2002)

Национальный исследовательский комитет США (US National Research Council) следующим образом трактует рассматриваемое понятие: точное земледелие - стратегия менеджмента, которая использует информационные технологии, извлекая данные из множественных источников, с тем, чтобы принимать решения по управлению посевами. Ключевыми словами здесь служат «управление посевами», «информационные технологии», «использо­вание данных из многих источников».

Возникновение этого направления связано, прежде всего, с совершен­ствованием всех видов сельскохозяйственной техники и технологий, а также с бурным прогрессом вычислительной техники, методов моделирования и информационных технологий в целом. Так как все технологические операции на сельскохозяйственном поле дифференцированы во времени и пространст­ве, то учитывать разнообразие почвенных, мезо- и микроклиматических осо­бенностей каждого участка при обработке почвы представляется крайне не­обходимым.

В общем виде технология выглядит следующим образом: спутник с высоты ска­нирует сельскохозяйственные площади. В зависимости от палитры цветов определяется содержание питательных веществ и кислотность почвы. Сельхозпроизводитель получа­ет химическую «картину» собственного поля. Затем закладывает картограмму в ком­пьютер, руководящий агрегатами во время сева. При прохождении по полю, специальная программа считывает космическое изображение, идентифицирует с реальной площадью и там, где встречаются истощенные участки, через сошники автоматически вносит со­ответствующее количество минеральных удобрений. Космическое обследование сельхо­зугодий проводят раз в четыре года.

Ядром комплекса управления технологии точного земледелия является система поддержки принятия решений (СППР). Она формирует так называемые карты обра­ботки (treat-ment maps), которые определяют, как следует обрабатывать каждую еди­ницу управления на сельскохозяйственном поле.

Электронная карта обработки (chip card) загружается в робототехническое устройство, находящиеся на сельскохозяйственном агрегате.

8. МИРОВЫЕ ТЕНДЕНЦИИ И АГРОНОМИЧЕСКАЯ НАУКА РОССИИ В СОВРЕМЕННЫЙ ПЕРИОД435

Следовательно, принципиальное отличие этой технологии от существующих за­ключается в том, что поле рассматривается не как однородный массив, а как система элементарных участков, которые неодинаковы по агрохимическим, агрофизическим, био­логическим, микроклиматическим и другим характеристикам. В связи с этим обработка почвы, нормы удобрений, пестицидов, высева семян, уход за посевами должны осуществ­ляться дифференцированно - с учетом неоднородности почвенного плодородия, состоя­ния посевов, степени их поражения вредителями и болезнями (Якушев В.П., 2007).

Функция сбора, обработки, передачи, отображения и документирования про­странственно распределенной информации о состоянии поля (посева) в заданный момент времени возлагается на геоинформационную систему (ГИС). Для работы с информацией разного уровня ГИС должна поддерживать базовые карты (почвенную, ландшафтную, растительности) соответствующего масштаба. Это направление опирается на компь­ютерные системы генерации агротехнологических решений, глобальные системы пози­ционирования (ГСП), геоинформационные системы, новейшие информационные техноло­гии, дистанционные и бортовые датчики, автоматические исполнительные органы сель­скохозяйственных машин.

Точные технологии включают следующие этапы работы:

1. Создание электронных карт полей.

2. Создание базы данных по полям (площадь, урожайность, агрохими­ческие и агрофизические свойства фактические и нормативные, уровень раз­вития растений и т.д.).

3. Проведение анализа в программном обеспечении и выдача нагляд­ных форм для выработки решений.

4. Выдача команд по принимаемым решениям на чип-картах, которые загружаются в робототехнические устройства на сельскохозяйственные агре­гаты для дифференцированного проведения обработки растений.

При оптимизации процессов исходным пунктом является картирование фактической урожайности, которое производится в бортовых компьютерах с помощью датчиков урожайности, определяющие урожайность культуры в тоннах с 1 гектара с учетом влажности. Эти данные вносятся в программное обеспечение и анализируются. Выделяются участки с низкой урожайностью, принимается решение на дополнительное агрохимическое обследование.

Точные технологии требуют специальной почвообрабатывающей тех­ники, мониторинга изменчивости условий произрастания культур, усовер­шенствования всех средств информационного обеспечения. Разработка их опирается на динамические модели, методы принятия решений, экспертные системы и т. п. Расширению их возможностей способствуют ГИС- и ГСП-технологии.

Специалисты Института с.-х. техники Кильского университета (Германия) изу­чали возможность дифференцирования глубины обработки почвы в пределах поля на базе использования Системы глобального позиционирования (GPS), электронных устройств, компьютерной техники и других современных средств, составляющих основу точного технологии земледелия. В качестве опытного было выбрано одно хозяйство в Нижней Саксонии, где поля обрабатывались по почвозащитной технологии, без плуга, с помощью культиватора, что позволяет, с одной стороны, улучшить состояние почв, а с другой -получить экономический эффект. Однако, как показывает опыт, даже такая обработка почвы культиватором требует значительной тягловой силы и относительно большого расхода топлива.

436⁸- МИРОВЫЕ ТЕНДЕНЦИИ И АГРОНОМИЧЕСКАЯ НАУКА РОССИИ В СОВРЕМЕННЫЙ ПЕРИОД

Предварительное обследование почв опытного поля с помощью датчика электро­проводимости, соединенного с GPS, позволило выявить различие в свойствах почвы в пре­делах поля. С учетом этого разработали алгоритм управления глубиной обработки и компьютерную программу для реализации дифференцированной обработки. Эта про­грамма, введенная в бортовой компьютер трактора, автоматически передает инфор­мацию на рабочие органы культиватора о глубине обработки каждого микроучастка.

Как выяснили, примерно на половине площади поля потребовалось провести глубо­кую обработку почвы, на остальной площади почву оказалось достаточным проведение только поверхностной обработки. По выводам исследователей, изменение глубины обра­ботки почвы с учетом неоднородности плодородия отдельных участков в пределах поля способствует, повышает выработку и снижает расход горючего. В целом экономия за­трат на обработку оценивается в 11 евро/га.

Как полагают исследователи, имеются технические предпосылки для применения новой технологии обработки почвы на практике.

Проектирование агротехнологий осуществляется в рамках проектов адаптивно-ландшафтного земледелия. Оно выполняется на основе материа­лов почвенно-ландшафтного картографирования. Детальность и точность их зависят от интенсивности агротехнологий. Проектирование интенсивных и высоких агротехнологий выполняется в геоинформационных системах (ГИС).

Экологическим адресом технологий высокого уровня сервиса (интен­сивные, точные) являются значительно более высокие, в отличие от нор­мальных, типологические единицы - элементарный ареал ландшафта, агро-экологический тип земель. В связи с этим принципы, положенные в основу агрохимической, агрофизической и др. оценок почв, должны быть переори­ентированы на более мелкие хозяйственные территории - вплоть до элемен­тарного почвенного ареала (комплексов, мозаик, пятнистостей, ташетов и т.д.).

Первый опыт агроэкологического картографирования и типологизации земель выявил необходимость изменения традиционных представлений об оптимальной однородности почв, показал чрезвычайную дифференцирован-ность территории на уровне элементарных ареалов ландшафта, впечатляю­щие резервы перераспределения ресурсов агрохимических средств и матери­альных ресурсов в системе агроэкологический тип земель - вид культуры -пакет технологий и, как следствие, неадекватность наработанных ранее тех­нологических схем.

На этапе выбора технологии, при исключительной неоднородности почвенного покрова, мелкоконтурной пятнистости вопросы агротехнологий, особенно их агрохимического и агрофизического блоков, выходят на первый план. Основными проблемами здесь являются трудоемкость картографиче­ских работ и ревизия данных стационарных опытов, в т.ч. Географической сети опытов с удобрениями.

Для преодоления чрезвычайной пространственной (вертикальной и го­ризонтальной) гетерогенности почв, например по содержанию элементов пи­тания растений, оценки их агрегированное™ как фундаментального генети­чески предопределенного явления, свойственного всем живым биологиче­ским объектам (в отличие от неживых систем), использование теории струк-

8. МИРОВЫЕ ТЕНДЕНЦИИ И АГРОНОМИЧЕСКАЯ НАУКА РОССИИ В СОВРЕМЕННЫЙ ПЕРИОД437

туры почвенного покрова является необходимым условием, также как для их количественных оценок - ряд известных математических методов - закон от­рицательного биномиального распределения, правило Тейлора, индекс Мо-рисита и т.д. (Иванов А. Л., 1998).

Землеоценочная основа для этой цели представляет собой набор карт-слоев (мезорельефа, микроклимата, литологии, гидрологических условий, микроструктур почвенного покрова, почвенных характеристик, фитосани-тарного состояния и т.д.), которые интегрируются в карту агроэкологических групп и видов земель с банками данных по каждому контуру. На основе этой карты путем сопоставления требований и агроэкологических условий по ви­дам земель составляются агроэкологические карты условий возделывания сельскохозяйственных культур. Путем взаимного наложения этих карт выяв­ляются агроэкологические типы земель и соответственно поля севооборотов и производственные участки, для которых проектируются пакеты агротех-нологий в соответствии с агроэкологическими условиями и уровнями интен­сификации. Задача решается в системе адаптивно-ландшафтного земледелия с учетом ландшафтных связей, природоохранной организации территории на принципах экологического императива и энерго- ресурсосбережения.

В России бурный старт освоения интенсивных агротехнологий в 1986-1991 гг. прервался затянувшимся экономическим кризисом. Однако во мно­гих хозяйствах эта работа в той или иной мере продолжалась, а в ряде сель­скохозяйственных научных центров она получила дальнейшее развитие.

Важнейшим достоинством интенсивных технологий является высокое качество зерна. При интенсивных технологиях в лестостепной зоне содержа­ние клейковины в зерне пшеницы возрастает до 30-35% против 14-20% при экстенсивных агротехнологиях (табл.28).

Высокая эффективность интенсивных агротехнологий показана во многих районах лесостепной и южно-таежно-лесной зон. В качестве иллюст­рации к сказанному могут служить результаты демонстрационных производ­ственных опытов, проведенных в различных зонах (табл. 29).

Показателен в этом плане опыт экспериментальной сети Донского зонального НИИСХ Россельхозакадемии. Благодаря освоению ресурсосберегающих технологий, диф­ференцированных систем земледелия, сортов, эффективного использования ороситель­ных систем, при помощи ученых института на протяжении ряда лет уровень урожайно­сти озимой пшеницы достиг 4-6 т/га, или в 1,5-2 раза выше районных показателей.

В условиях жесткой аридизации климата Сальских степей, практически на грани­це с Республикой Калмыкия, в производстве получают до 3-4 т зерна пшеницы хорошего качества. Примечательно, что именно руководители хозяйства сами инициировали под­готовку проектов землеустройства на ландшафтной основе и агротехнологий (Ермолен­ко, 2006).

438⁸- МИРОВЫЕ ТЕНДЕНЦИИ И АГРОНОМИЧЕСКАЯ НАУКА РОССИИ В СОВРЕМЕННЫЙ ПЕРИОД

Таблица 28 - Оценка эффективности технологий возделывания яровой пшеницы на

типичном черноземе ООО «Агротехнологии» Жердевского района

Тамбовской области

Показатели	Агротехнология
экстенсив­ная	нормальная	интенсивная
Урожайность, т/га	2,98	5,09	6,54
Содержание в зерне, %:
белка	6,7-9,5	13,0-13,4	15,0-16,8
клейковины	14-20,0	26-28,0	32-35,0
Технологические затраты, руб./га	2392,0	5104,4	7556,2
Себестоимость зерна, руб./га	802,7	1002,8	1155,4
Условно-чистый доход, руб./га
Окупаемость затрат, руб./руб.	3,1	3,5	4,5

Таблица 29 - Урожайность озимой пшеницы при интенсивной агротехнологии в экспериментальной сети Донского зонального НИИ сельского хозяйства,

2003-2005 гг.

Наименование учрежде­ния	Год	Демонстрационные поля интенсивной агротехнологии	Хозяйство	Район
Площадь, га	Урожай­ность, ц/га	Площадь, га	Урожай­ность, ц/га	Урожай­ность, ц/га
ГНУ «Северо-Донецкая сельскохозяйственная опытная станция»			32,5		31,4	14,0
		52,5		50,8	31,3
		38,4		37,8	25,9
ОНО ОПХ			48,0		42,0	21,0
«Семикаракорское»			68,0		60,0	42,6
		67,0		64,0	38,0
ОНО ОПХ «Красноармейское»		1,0	28,6		19,7	19,4
	1,84	49,1		31,2	30,3
	1,72	39,8		39,8	25,0

Себестоимость пшеницы при интенсивном возделывании на чернозе­мах составляет 1300-1600 руб./т. На дерново-подзолистых почвах она суще­ственно выше 1800-2000 руб./т. Тем не менее, это значительно дешевле, чем в США (100 долл./т) или в Германии (140 долл./т).

8. МИРОВЫЕ ТЕНДЕНЦИИ И АГРОНОМИЧЕСКАЯ НАУКА РОССИИ В СОВРЕМЕННЫЙ ПЕРИОД439

8.3.3.Организация проектирования агротехнологий и систем земледелия

Для разработки проектов адаптивно-ландшафтного земледелия и агро­технологий необходимо создание проектных бюро на базе региональных НИИ по сельскому хозяйству, сельскохозяйственных вузов, а также создание частных проектных бюро и т.п.

Следует особо подчеркнуть целесообразность привлечения к этой ра­боте областных станций химизации и защиты растений путем трансформа­ции их в агротехнологические станции. Для этого необходимо расширить их проектно-изыскательские и инновационные функции.

Необходимо развертывание работ по подготовке региональных «Сис­тем земледелия на ландшафтной основе».

Практическое ее осуществление представлено на схеме (рис. 78).

Функциональная схема реализации включает следующие положения:

Производственная проверка, регистрация и сертификация агротехноло­гий предусматривает проведение системы производственных испытаний аг­ротехнологий и адаптивно-ландшафтных систем земледелия. Ведение регио­нальных и федерального регистров агротехнологий, сертификация.

Научно-техническое обеспечение агротехнологий, обоснование систе­мы машин предусматривает обоснование программы технического переос­нащения АПК под современные технологии с учетом новых экологических и других требований. Задачи создания прецизионной техники. Разработка сис­тем технического сервиса.

Система освоения агротехнологий предусматривает создание системы технологических центров по освоению агротехнологий при зональных НИИ, с.х. вузах, МИС и др.

Подготовка и переподготовка специалистов - технологов предусматри­вает формирование новых образовательных программ. Развитие производст­венно-учебной базы. Технологическая переподготовка специалистов всех уровней, аттестация. Осуществление их требуют тесного межведомственного взаимодействия, поскольку решение инновационной проблемы в АПК, тре­бует достаточно емкой государственной финансовой поддержки и частных инвесторов. На первом этапе решающее значение в данном отношении имеет участие государства в этом процессе, которое должно быть ориентировано на приоритетную поддержку товаропроизводителей, осваивающих интенсивные технологии в соответствии с проектами. Такая стартовая поддержка может включать различные рычаги: льготные цены на определенные производст­венные ресурсы, льготные кредиты, выгодные условия лизинга и т.д.

440»• МИРОВЫЕ ТЕНДЕНЦИИ И АГРОНОМИЧЕСКАЯ НАУКА РОССИИ В СОВРЕМЕННЫЙ ПЕРИОД

Рисунок 78 - Разработка и освоение агротехнологий (структурная схема)

8. МИРОВЫЕ ТЕНДЕНЦИИ И АГРОНОМИЧЕСКАЯ НАУКА РОССИИ В СОВРЕМЕННЫЙ ПЕРИОД441

8.4. Минимизация обработки почвы: перспективы и противоречия

В России, как уже упоминалось выше, идея минимизации в системе земледелия впервые была предложена в конце XIX века И.Е. Овсинским. В своей работе «Новая система земледелия» (1899 г.) он на основе многочис­ленных опытов показал, что землю надо обрабатывать не глубже двух дюй­мов (дюйм равен 2,54 см). Сохраняя растительные остатки и обрабатывая почву всего на 5 см при ленточном посеве он получал урожаи пшеницы в 1,5-2 раза выше, чем в соседних имениях.

В 30-х годах XX века академик Н.М. Тулайков разработал систему мелкой обработки почвы для засушливых степных районов Поволжья. Ши­рокое распространение безотвальной обработки в СССР было начато благо­даря трудам почетного академика ВАСХНИЛ Т.С. Мальцева, который в 1955 г. сформулировал главную задачу безотвальной обработки - способность од­нолетних растений улучшать почвенное плодородие. По его убеждению, тра­диционная вспашка резко изменяет условия жизнедеятельности микроорга­низмов, усиливает аэробные процессы, разрушает структуру почвы (что сей­час подтверждается современными исследованиями).

Техническое решение минимизации почвообработки стало возможным благодаря почвозащитной системе земледелия, разработанной коллективом Всесоюзного института зернового хозяйства под руководством академика. И. Бараева. В ее основе - плоскорезная обработка с максимальным сохране­нием стерни, которая позволила приостановить на огромных площадях вет­ровую эрозию. С 70-х годов учеными во многих регионах страны активизи­ровались исследования систем обработки и возможности ее минимизации табл. 30-37).