Использование технологий точного земледелия при создании агрохимических картограмм

Вестник ОрелГАУ, 4

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЙ ТОЧНОГО ЗЕМЛЕДЕЛИЯ ПРИ СОЗДАНИИ

АГРОХИМИЧЕСКИХ КАРТОГРАММ

USING TECHNOLOGIES OF PRECISION FARMING FOR CREATION AGROCHEMICAL CARTOGRAMS

Бобкова Ю.А.*, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент Bobkova Yu.A., Candidate of Agricultural Sciences, Associate Professor Лобков B.T., доктор сельскохозяйственных наук, профессор Lobkov V.T., Doctor of Agricultural Sciences, Professor ФГБОУ ВО «Орловский государственный аграрный университет

имени Н.В. Парахина», Орел, Россия Federal State Budgetary Educational Establishment of Higher Education "Orel State Agrarian University named after N.V. Parakhin", Orel, Russia

*E-mail: bobkovaj75@mail.ru

Необходимым условием для разработки и освоения технологий дифференцированного применения удобрений и других агрохимических средств является картографирование внутрипольной пестроты почвенного плодородия, что может быть достигнуто путем агрохимического обследования полей по элементарным участкам, позволяющего с допустимой точностью отразить эту пестроту. Согласно ГОСТа 28168-89, размер элементарного участка для территории Орловской области составляет 8-10 га. Объединенная проба массой не менее 400 граммов составляется из 20-40 точечных. Для технологии точного земледелия такая точность явно недостаточна. В статье предложены различные методические подходы по представлению данных агрохимического обследования сельскохозяйственных земель с использованием систем глобального позиционирования. Исследование проводилось на серых лесных почвах при возделывании многолетних трав, где не вносились удобрения. После уточнения границ обследуемого участка в программном комплексе Credo на него была наложена сетка элементарных участков размерами 50 на 50 м. Отбор проб производился в вершинах квадратов, а затем каждая проба анализировалась отдельно. Для сравнения результатов, параллельно проводился отбор проб в соответствии с указаниями ГОСТа 28168-89. В статье дано описание современных способов картографирования внутрипольной гетерогенности почвенного покрова, учет их особенностей для дифференцированного применения удобрений. Было показано, что при возделывании культур по технологии точного земледелия отбор проб при агрохимическом обследовании полей следует проводить с уменьшением размеров элементарных участков, конфигурация которых должна быть приближена к квадратным со сторонами и кратными рабочей ширине захвата разбрасывателей минеральных удобрений. Дифференцированное внесение удобрений позволит повысить эффективность применяемых удобрений и выровнять урожайность культуры в пределах поля. Это приведет к увеличению валовых сборов продукции и улучшению качества урожая. Для уменьшения количества отбираемых проб рекомендовано использовать карты урожайности сельскохозяйственных культур. Ключевые слова: точное земледелие, система GPS, пестрота почвенного плодородия, дифференцированное внесение удобрений, картирование урожая, электронные карты урожайности.

Necessary prerequisite for the design and development of technology of the differentiated application of fertilizers and other agrochemicals is mapping underfloor diversity soil fertility, which can be achieved by an agrochemical survey of fields of elementary sections, which allows with sufficient accuracy to reflect this diversity. According to GOST 28168-89, the size of the elementary plot of land for the territory of the Orel region is about 8-10 ha. The composite sample

weighing not less than 400 grams is drawn from a 20-40 point. For precision farming technology, such accuracy is clearly insufficient. The article proposed various methodological approaches on the representation of the data of agrochemical examination of agricultural land using global positioning systems. The study was conducted on gray forest soils in case of the cultivation of perennial grasses, where was not use fertilizers. After clarification of the boundaries of the surveyed area in the software package «Credo» on it was applied a grid of elementary sections size 50 by 50 m. Sampling was carried out in the tops of the squares, and then each sample was analyzed separately. To compare the results, simultaneously, they carried out sampling in accordance with the instructions of GOST 28168-89. The article describes the modern methods of mapping the heterogeneity of the soil cover on a separate field, taking into account their specific features for the differentiated application of fertilizers. It was shown that when cultivating crops using the technology of precise farming in agrochemical field survey, it is necessary to reduce the size of elementary sections, the configuration of which should approximate the square one. The width of such a section should be convenient for the application of mineral fertilizers with a spreader. Differentiated application of fertilizers will allow to improve the efficiency of applied fertilizers and improved crop growth within the field. This will increase the gross yield production and improvement of crop quality. To reduce the number of selected samples is recommended to use maps yields crop.

Key words: precision agriculture, Global Positioning System (GPS), soil fertility diversity, differentiated application of fertilizers, yield mapping, yield electronic maps.

Введение. Зарубежные и отечественные рекомендации по дифференцированному применению удобрений основываются на целесообразности учета внутрипольной пестроты почвенного плодородия. Показано, что вариабельность агрохимических показателей характерна для почв различных типов, особенно в регионах с выраженной гидрографической сетью, таких как Нечерноземье, Поволжье, Центрально-Черноземная зона [2].

Необходимым условием для разработки и освоения технологий дифференцированного применения удобрений и других агрохимических средств является картографирование внутрипольной пестроты почвенного плодородия, что может быть достигнуто путем агрохимического обследования полей по элементарным участкам, позволяющего с допустимой точностью отразить эту пестроту [1, 3, 4, 6]. На сегодняшний день работы по агрохимическому обследованию почв проводятся с учетом требований ГОСТ 28168-89. Согласно этому ГОСТу, размер элементарного участка для территории Орловской области составляет 8-10 га. Объединенная проба массой не менее 400 г составляется из 20-40 точечных [5]. Для технологии точного земледелия такая точность явно недостаточна. Необходимо разрабатывать новые методы отбора почвенных проб с учетом требований сегодняшнего дня. По результатам подробного агрохимического обследования должны составляться электронные карты полей. Именно они служат основой агроменеджмента на базе геоинформационных систем (ГИС).

Одним из перспективных способов повышения эффективности удобрений является их дифференцированное внесение с учетом внутрипольной вариабельности почвенного плодородия [7, 9, 10]. Проблематике точного (координатного) земледелия, в том числе дифференцированному применению удобрений, в последние годы уделяется большое внимание, особенно за рубежом. Перспективы его вполне очевидны: в связи со значительной вариабельностью почвенного плодородия почвоадаптивное внесение удобрений способно полнее учитывать потребности растений в минеральном питании, что предопределяет их продуктивность; позволяет существенно сократить потери питательных веществ из почвы за счет снижения доз удобрений на относительно плодородных

внутрипольных участках, где они не могут в полной мере использоваться растениями; увеличить дозы внесения удобрений на менее плодородных частях полей. Это создаст условия для более равномерного развития и созревания растений, уменьшит потери питательных веществ, приведет к повышению качества и снижению себестоимости продукции. При этом именно адаптация к внутрипольной пестроте плодородия почвы в принципе отличает технологии точного земледелия от традиционных, в первую очередь, это относится к дифференцированному применению удобрений, т.к. оно служат основой системы точного, а в более широком контексте - адаптивно-ландшафтного земледелия [8].

Целью настоящих исследований являлась разработка новых методических подходов отбора почвенных проб для агрохимического обследования полей с учетом требований сегодняшнего дня, а также проведение сравнительного анализа различных методов отбора для составления агрохимических картограмм полей.

Условия, материалы и методы. Исследование проводилось на многолетних травах, где не вносились удобрения. После уточнения границ обследуемого участка в программном комплексе Credo на него была наложена сетка элементарных участков размерами 50 на 50 м. Отбор проб производился в вершинах квадратов, а затем каждая проба анализировалась отдельно. Для сравнения результатов, параллельно проводился отбор проб в соответствии с указаниями ГОСТа 28168-89. Определение границ района работ проводилось с использованием базовой станции в составе GPS-приемника геодезического класса Trimble 5700 с антенной Zephyr Geodgetic и GSM-модемом для передачи дифференциальных поправок. Для определения координат точек отбор проб применялся роутер в составе GPS-приемника геодезического класса Trimble 5700 с антенной Zephyr, полевой контроллер Trimble TSC2 и GSM-модемом для получения дифференциальных поправок в формате RTCM в режиме RTK. Передача данных осуществлялась по каналам GSM оператора сотовой связи «Мегафон». Все это позволило проводить вынос запланированных точек отбора проб с сантиметровой точностью.

Статистические показатели вариационных рядов агрохимических показателей почвенного плодородия представлены в таблице 1.

Таблица 1 - Статистические показатели вариационных рядов агрохимических показателей почвенного плодородия_

Статистические показатели PH Р2О5 К2О Гумус

ХСр 5,42 11,42 10,24 5,1

s2 0,12 10,50 27,62 0,5

s 0,35 3,24 5,26 0,7

V 6,45 28,37 51,32 13,4

Результаты и обсуждение. Анализ почвенных образцов проводился в ФГБУ Центр химизации и сельскохозяйственной радиологии «Орловский». Анализ проводился по 4 основным показателям: кислотность почвы, содержание гумуса, доступного фосфора и обменного калия. Наименьший коэффициент вариации был у почвенной кислотности, средний - гумус. Содержание элементов минерального питания - фосфора и калия - в границах поля изменялось очень сильно - от среднего до очень высокого.

Используя значения результатов проведенных анализов как третью координату, были построены цифровые модели распределения фосфора, калия, гумуса и кислотности в границах поля (рис. 1).

Рисунок 1 - Распределение агрохимических показателей в границах поля: а -фосфора, б - калия, в - гумуса, г - кислотности

В дальнейшем были определены участки с одинаковыми значениями содержания фосфора и калия в почве и определены их площади. Это позволило рассчитать потребность в каждом элементе для достижения заданного уровня

урожайности (культура - просо, урожайность - 25 ц/га) (рис. 2 и 3).

Рисунок 2 - Цифровые модели распределения элементов питания по участку: а - доступного фосфора, б - обменного калия

а б

Рисунок 3 - Распределение элементов питания при размере элементарного участка 0,25 га: а - доступного фосфора, б - обменного калия

Полученные средние значения содержания элементов питания при отборе проб в соответствии с ГОСТ 28168-89 не отражали действительную картину распределения доступного фосфора и обменного калия. Анализ трех объединенных проб с данного поля показал, что содержание доступного фосфора изменялось от 8 мг/ 100 г почвы до 12 мг/ 100 г почвы, а обменного калия от 6,8 до 10 мг/100 г почвы (рис. 4).

а б

Рисунок 4 - Распределение элементов питания при отборе образцов по ГОСТ 28168-89: а - доступного фосфора, б - обменного калия

В результате внесения удобрений, основываясь на результатах анализа проб, отобранных по ГОСТ 28168-89, создается переизбыток удобрений на одних участках поля и нехватка на других, что соответственно влияет на количество и качество урожая, а также на плодородие и экологическую обстановку на этих участках. Современные технические и информационные средства позволяют решить эту проблему. Концепция точного земледелия, интенсивно развивающегося направления в земледелии, рассматривает сельскохозяйственное поле как неоднородное и предполагает соответствующую дифференциацию при проведении агротехнических операций.

Результаты расчетов необходимого количества суперфосфата для достижения заданного уровня урожайности приведены в таблице 2. Из представленных данных видно, что экономия удобрений составит 601 кг или 24,2% при внесении удобрений по цифровой модели распределения фосфора и 1203 кг или 48,4% при уменьшении площади элементарного участка до 0,25 га.

Таблица 2 - Расчет нормы внесения двойного суперфосфата при различных способах отбора почвенных проб_

Норма внесения фосфора, кг д. в./всю площадь Норма внесения двойного суперфосфата, кг/всю площадь Экономия удобрений, кг/на всю площадь Экономия удобрений, %

При отборе проб по ГОСТ 28168-89 994,6 2486,4 - -

По созданной поверхности распределения фосфора 754,2 1885,4 601,0 24,2

При размере элементарного участка 0,25 га 513,3 1283,3 1203,1 48,4

При расчете необходимого количества калийных удобрений сохранялась та же тенденция (табл. 3). Из нее видно, что экономия удобрений составит 599 кг или 14,8% при внесении удобрений по цифровой модели распределения калия и 677 кг или 16,7% при уменьшении площади элементарного участка до 0,25 га.

Таблица 3 - Расчет нормы внесения хлористого калия при различных способах отбора почвенных проб_

Норма внесения калия кг д. в./всю площадь Норма внесения хлористого калия, кг/всю площадь Экономия удобрений, кг/всю площадь Экономия удобрений, %

При отборе проб по ГОСТ 28168-89 2434,2 4057,0 - -

По созданной поверхности распределения калия 2074,9 3458,1 598,9 14,8

При размере элементарного участка 0,25 га 2027,8 3379,7 677,3 16,7

Выводы. На основании проведённых исследований были сделаны следующие выводы:

1. При возделывании культур по технологии точного земледелия отбор проб при агрохимическом обследовании полей следует проводить с уменьшением размеров элементарных участков, конфигурация которых должна быть приближена к квадратным со сторонами, кратными рабочей ширине захвата разбрасывателей минеральных удобрений.

2. Для уменьшения количества отбираемых проб использовать карты урожайности сельскохозяйственных культур.

3. Дифференцированное внесение удобрений позволяет повысить эффективность применяемых удобрений и выровнять урожайность культуры в пределах поля. Это будет приводить к увеличению валовых сборов продукции и улучшению качества урожая.

БИБЛИОГРАФИЯ

1. Абакумов Н.И. Применение систем глобального позиционирования при создании картограмм агрохимических показателей почвенного плодородия // Геоинформационные технологии в сельском хозяйстве: материалы международной научно-практической конференции (Оренбург, 27-28 мая 2013 г.). Оренбург: Издательский центр ОГАУ, 2013. С. 146-149.

2. Афанасьев P.A. Агрохимические аспекты точного земледелия // Проблемы агрохимии и экологии. 2010. № 2. С. 38-43.

3. Бобкова Ю.А., Абакумов Н.И. К вопросу о подготовке специалистов по точному земледелию в аграрных вузах // Аграрная наука - основа успешного развития АПК и сохранения экосистем: материалы Международной научно-практической конференции. 2012. С. 382-383.

4. Бобкова Ю.А., Абакумов Н.И. Технологии точного земледелия для эффективного управления производством в агробизнесе // Проблемы мелиорации земель и воспроизводства почвенного плодородия: материалы Международной научно-практической конференции. Краснодар, 2008. С. 23-27.

5. ГОСТ 28168-89. Почвы. Отбор проб. Введ. 1990-04-01. М.: Стандартинформ, 2008. 7 с.

6. Эффективность точного земледелия на выщелоченном черноземе Воронежской области / В.И. Корчагин [и др.] // Вестник Воронежского государственного аграрного университета. 2016. № 1 (48). С. 17-23.

7. Любчич В.А. Дифференцированное внесение удобрений в системе точного земледелия // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2012. № 1(33). С. 73-75.

8. Методика отбора почвенных проб по элементарным участкам поля в целях дифференцированного применения удобрений / В.Г. Сычев [и др.]. М.: ВНИИА, 2007. 36 с.

9. Точное земледелие. Методические материалы / В.Т. Лобков, Н.И. Абакумов, Ю.А. Бобкова. Орел: Изд-во ОрелГАУ, 2011. 28 с.

10. Усовершенствованные теоретические и практические основы формирования пространственно-дифференцированных технологий точного земледелия / Г.Н. Черкасов, Н.П. Масютенко, О.Г. Чуян [и др.]. Курск: ВНИИЗи ЗПЭ РАСХН. 2010. 65 с.