Пути к определению эффективности и выгод от применения технологий точного земледелия

УДК 631.16 Б.А. Рунов, Н.В. Пильникова

ПУТИ К ОПРЕДЕЛЕНИЮ ЭФФЕКТИВНОСТИ И ВЫГОД ОТ ПРИМЕНЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЙ ТОЧНОГО

ЗЕМЛЕДЕЛИЯ

В статье излагается экономическая эффективность технологий точного земледелия, таких, как автоматическое вождение машин во время проведения работ в поле при проведении обработки почв, внесении удобрений и ядохимикатов, с целью снижения загрязнения окружающей среды.

Ключевые слова: точное земледелие, навигационное оборудование, летательные аппараты, технологические операции, вспашка, внесение удобрений, норма высева, урожайность, экологичность.

B.A. Runov, N.V. Pilnikova

WAYS TO DETERMINATION OF EFFICIENCY AND BENEFITS FROM APPLICATION OF EXACT AGRICULTURE TECHNOLOGIES

Economic efficiency of the exact agriculture technologies, such as automatic machine driving during work in the field at soils processing, fertilizers and pesticides application, in order to decrease environmental pollution is reported in the article.

Key words: exact agriculture, navigating equipment, flying machines, technological operations, ploughing, fertilizers application, seeding norm, productivity, ecological compatibility.

Среди многих определений, что такое точное земледелие (ТЗ), упомянем лишь те, которые достаточно полно характеризуют эти новые направления ведения сельского хозяйства.

ТЗ - это применение стратегического управления с использованием информационных технологий с получением данных из многосторонних источников для принятия решений, связанных с сельскохозяйственным производством, рынком, финансами и людьми (0!воп, 1998).

ТЗ - это выполнение всех операций при возделывании сельскохозяйственных культур с учетом пространственной и временной изменчивости параметров плодородия почвы, состояния растений, природноклиматических условий с целью создания наиболее благоприятных условий для роста и развития растений.

Цель данной публикации - показать, применение каких технологий ТЗ приводит к получению эффективности и выгодам по сравнению с обычными технологиями, при которых не используется техника с навигационным оборудованием.

Эффективность тех или иных технологий ТЗ может быть экономическая, а выгоды экологические и социально-общественные.

Рассмотрим, когда и как может быть получен экономический эффект. Ведь конечная цель технологий ТЗ может быть различной. Одна их них - это повышение урожая той или иной сельскохозяйственной культуры при меньших затратах средств на единицу получаемой продукции, что и дает экономический эффект (рис. 1-2).

Прежде чем рассмотреть, за счет каких технологий ТЗ можно получать экономический и экологический эффект, коснемся самих технологий ТЗ.

При ТЗ различают несколько самостоятельных технологий. К ним относятся:

- автоматическое вождение техники в пространстве и во времени;

- определение норм и внесение химических и органических удобрений;

- определение норм и внесение извести;

- определение норм и внесение ядохимикатов;

- управление обработкой почвы;

- управление высевом семян;

- определение урожайности;

- управление качеством урожая;

- дистанционный контроль работы машин;

- управление производством.

1. Применяя при движении и управлении машиной с навигационным оборудованием курсоуказатель, подруливающее устройство или автовождение по автопилоту, можно повысить скорость движения агрегата, а значит и сократить срок выполнения данной операции. Техника с навигационным оборудованием позволяет также выполнять работу качественно, не допуская пропусков или двойных полос и при этом можно повышать загрузку машин, проводя работы в ночное время или при плохой погоде. Немаловажным фактором является также снижение утомляемости водителя. Такая эксплуатация техники дает экономический эффект.

2. Снижение энергозатрат на единицу производимой продукции и ее себестоимость при повышении урожайности сельхозкультур достигается благодаря тому, что при технологиях ТЗ учитываются многочисленные факторы, влияющие на рост растений.

На рост растений влияют факторы, которые необходимо принимать во внимания при технологиях ТЗ: качество семян, способы обработки почвы и сев; почвенно-климатические условия в периоды посева семян и роста растений; уход за посевами; организацию внесения удобрений, борьбу с вредителями, болезнями и сорняками; условия уборки, рельеф, ландшафт местности и другие показатели.

Некоторые из этих факторов при обычных технологиях не принимались во внимание в силу отсутствия космической или аэронавигационной связи, геоинформационных технологий, дистанционных датчиков и техники с автоматическими исполнительными механизмами, а также по ряду других причин.

3. Рациональное дифференцированное и своевременное внесение удобрений позволяет повышать урожайность и при этом за счет рационального и своевременного дифференцированного внесения удобрений даже снижать их объемы, а значит и затраты на них, получая экономический эффект.

Чтобы составить исполнительную электронную карту для внесения удобрений, необходимо иметь информацию о четырех картах поля, а именно: карте истории поля, карте почвенного анализа, карте урожайности и карте космической или аэрофотосъемки.

Организация и проведение взятия проб для почвенного анализа и составления почвенных карт при наличии техники с навигационным устройством резко сокращает затраты времени по сравнению с обычными методами.

Дистанционные датчики, устанавливаемые на космических или аэролетательных аппаратах, позволяют получать карты, на которых можно находить различную информацию, например, влажность почвы, распределение азотных удобрений, состояние растений, зараженность полей болезнями или засоренность сорняками и другие данные.

Принятие во внимание новых технологий взятия проб и составления почвенных карт, новых информационных технологий ТЗ дает в конечном счете большой экономический эффект.

4. Своевременное выявление вредителей, болезней, сорняков и рациональное внесение ядохимикатов (не на всю площадь поля, а только там, где это требуется) и своевременное их внесение позволяет подчас резко снижать нормы ядохимикат, а значит и затраты на них.

5. При снижении норм внесения ядохимикатов проявляется экологический эффект, а именно снижается загрязнение земли и водных источников.

Данную экологическую выгоду трудно оценить экономическим расчетом. Можно лишь отметить последствия экологической выгоды, так как снижается загрязнение окружающей среды, которое влияет на живые организмы, в том числе на человека. А сохранение здоровья человека, повышение его жизнедеятельности и увеличение продолжительности жизни человека - одна из главных целей общества и государства, на что должны затрачиваться немалые средства.

6. Урожайность культур во многом зависит от сорта и качества семян, а также от подготовленного поля и точного высева семян. Подготовка поля к высеву семян может быть нулевая, минимальная или обычная обработка плугом.

Как правило, технология ТЗ по обработке почвы является энергосберегающей, а именно используется нулевая и минимальная обработка, которые дают большой экономический эффект за счет меньших затрат на горючее.

7. Минимальная и нулевая обработка почвы дает также экологический эффект, так как обеспечивает борьбу с водной и ветровой эрозией почвы.

8. Мониторинг роста растений, своевременные работы по уходу за растениями, например, подкормка растений, борьба с вредителями и пр. в зависимости от складывающихся погодных условий, определение

урожайности и своевременность уборки - все это также оказывает большое влияние на повышение урожайности, качество продукции, а в конечной цели дает экономический эффект.

9. При ТЗ большое значение имеет выравнивание полей, организация мелиорации (полив и дренаж), что создает как экономический, так и экологический эффект.

10. Для определения экономической эффективности технологий ТЗ по сравнению с традиционным выращиванием сельхозкультур необходимо сравнить постоянные и переменные затраты, а также разницу в урожаях этих двух способов.

Необходимо учитывать затраты на горючее, удобрения, ядохимикаты, известь, семена, зарплату, амортизацию и др. Для технологии ТЗ необходимо дополнительно учитывать затраты на оборудование навигационной системы и программного обеспечения. Сопоставление этих двух вариантов не всегда может оказаться в первый год в пользу технологии ТЗ по ряду причин, в том числе за счет первоначальных затрат на оборудование и программное обеспечение. Однако, как показывает опыт многих пользователей технологий ТЗ, окупаемость первоначальных затрат при курсоуказателе и с подруливанием, а также мониторинг урожайности, составляет не более одного года. Что касается других технологий ТЗ, то большое значение имеет подготовленность операторов, работающих на машинах. Во всяком случае срок окупаемости других технологий ТЗ составляет не более 3-5 лет. При этом надо учитывать, что экологический эффект, который имеет место при применении технологий ТЗ, трудно оценивать в деньгах. Больше того, технологии ТЗ резко повышают культуру земледелия, по новому начинается ведение управления производством, а также новые технологии ТЗ являются привлекательными для работы сельской молодежи.

11. Отдельным вопросом надо рассматривать новую систему управления производством при использовании техники с навигационным оборудованием.

Космические и аэрофотосъемки открывают много нового как для управления производством, так и для повышения урожайности. Большую эффективность и выгоду дает новый подход к системе управления производством, так как космические и аэрофотосъемки раскрывают наглядную картину состояния растений, показывают границы полей, работу техники, ее перемещение, а также другие объекты. Система ТЗ позволяет получать достоверную информацию с использованием различных дистанционных датчиков, например, о содержании влаги в почве, распределении азотных удобрений по цвету растительной массы, по состоянию которой можно прогнозировать урожайность, определять засоренность полей сорняками. Таким образом, технологии ТЗ позволяют по-другому проводить управление производством. Особенно важны фотосъемки в периоды напряженных посевных и уборочных работ.

Точное управление

Precision Management

Управление Оптимальным Ресурсом

Optimal Resource Management

Сбор Данных

Data Collection

Реализация

Implementation

WISDOM

DA ТА

Процесс Решения

Decision

Process

Информационное Управление

Information

Management

KNOWLEDGE

INFORMA TION Анализ и Диагностика

Analysis and Diagnostics

Рис.1. Последовательность системы точного управления при технологиях ТЗ

19G

12. Одной из трудностей ускоренного внедрения ТЗ является то, что применение этих технологий требуют различных знаний - агрономических и инженерных, по почвоведению, защите растений, мелиорации, информационным технологиям и пр.

В связи с этим необходимо создавать на федеральном уровне и на уровне субъектов центры для обучения всех тех, кто работает или будет работать по новым технологиям ТЗ.

Одним из определений ТЗ является то, чтобы знать, что и как растет, т.е. технологии ТЗ рассматривают рост растений на другом уровне знаний. Часто новое входит в практику с трудом. Крестьянину или фермеру, например, трудно отказаться от пахоты, заменив ее нулевой или минимальной обработкой при новой технологии.

В первую очередь трудно переломить психологию отказа от плуга, который применяли его отец и дед. Но пройдет некоторое время и новые технологии ТЗ будут все шире использоваться в нашей стране, как это имеет место в ряде стран, например, США, Япония и др., когда мониторинг определения урожайности, составление почвенных карт нашли широкое применение в практике.

Десять лет назад проведенный опрос большой группы фермеров - пользователей ТЗ (свыше 600 чел.) в США, - показал что, они в своей работе повысили количество испытаний по выращиванию сельскохозяйственных культур; стали тщательнее подбирать семена; увеличили доход с одного гектара; улучшили систему мелиорации; повысили плодородие почвы. Параллельный опрос там же еще одной группы фермеров, применяющих технологии ТЗ, показал, что более 30% опрошенных желали иметь карты полей, 15% -карты почвенных анализов и карты урожайности, 25% - карты норм внесения удобрений.

• Производственные затраты

растут

Производить 1га пшеницы To produce 1 ha (~ 2.4 acre) of wheat

А экономия (выгода) от авто управления на 1га увеличилась

In the same way benefits by auto guidance per ha

increased .

TO

CO .—] I— 03

0 _c

2 &

1 -£2 о о

CL О l- с

£ S

о =j S и s о

P £ о

724 €/ha

445 €/„a^

2002 2007

Source: Koch, P., Mannheim 2008

TO

CL

TO

o

CO

TO

TO (П _0 ^ Ct

О ь-!= ф .0 CO CD

Ф

~ 35 €/ha

+40

~ 25 €/ha

2002 2007

AUERNHAMMER _ Guidance Systems in Europe

Рис. 2. Экономическая эффективность автоуправления при производстве пшеницы

Таковы краткие изложения к определению экономической и экологической эффективности от применения технологий точного земледелия.

Литература

1. Precision Agriculture in the USA and Minnesota. prof. D. J. Mulla

2. Agriculture and precision farming in Russia. prof.B.Runov

3. Якушев В.П., Якушев В.В. Информационное обеспечение точного земледелия. - СПб., 2007.

4. Рунов Б., Пильникова Н. Экологический эффект при применении технологий точного земледелия //

Экология и сельскохозяйственная техника: мат-лы 6-й Междунар. науч.-практ. конф. - СПб., 2009.