Технология точного земледелия. Развитие технологии в Республике Беларусь

Аннотация: В представленной статье рассматривается технология точного земледелия – как необходимый и неминуемый этап развития науки и практики в агрономии. Актуальность данной работы связана с тем, что развитие технологии точного земледелия, позволит человечеству вести земледелие с применением наименьшего расхода пестицидов и минеральных удобрений, топливно-энергетических ресурсов и трудовых затрат.

Ключевые слова: Точное земледелие; сельское хозяйство; технология; машины; посевы; урожайность.

Целями представленной работы являются:

– Рассмотрение сущности технологии точного земледелия;

– Анализ истории развития технологии точного земледелия;

– Изучение Мирового опыта применения технологии точного земледелия;

– Анализ перспектив развития технологии точного земледелия в Республике Беларусь.

Задачи работы:

– Изучить научно-техническую литературу отражающую информацию об истории развития и современном состоянии развития технологии точного земледелия в разных странах Мира.

– Проанализировать современные возможности и перспективы развития технологии точного земледелия в Республике Беларусь.

Научная новизна данной работы заключается в оценке современного состояния и перспектив развития технологии точного земледелия в Республике Беларусь.

УДК 631.171

Введение

Сельское хозяйство играет решающую роль в экономике любой страны мира. От уровня его развития во многом зависят темпы роста экономического потенциала страны, культурный уровень населения, повышение его материального благосостояния, состояние окружающей среды.

Основными задачами, стоящими перед сельскохозяйственной отраслью являются:

– удовлетворение потребностей человека в продовольствии и сырье для легкой и пищевой промышленностей;

– поддержание качества окружающей среды на уровне не оказывающем вредного воздействия на живые организмы;

–рациональное использование природных ресурсов;

– преимущественное использование естественных и биологических средств борьбы с вредителями и болезнями по сравнению с синтетическими.

Решение поставленных задач на максимально возможном уровне может быть достигнуто только с помощью применения современных научно-технических достижений и инновационных технологий. Одной из из таких инноваций, должен явиться неизбежный переход сельского хозяйства страны от традиционного земледелия к точному.

Точное земледелие представляет собой комплексную систему сельскохозяйственного менеджмента, основанную на использовании компьютерных и спутниковых технологий на сельскохозяйственной технике и полях, позволяющей контролировать и управлять урожайностью сельскохозяйственных культур на каждом отдельном участке земли, регулировать точность и глубину внесения семян при посеве, определять реальные потребности всходов в удобрениях и поливе, гербицидах, внося их в нужном количестве, быстро реагировать на возникновение болезней или появление вредителей.

История развития и принцип технологии точного земледелия

Начало развитию точного земледелия было положено в 1990-х годах, когда США рассекретили глобальную систему позиционирования (GPS) – сеть спутников, разработанную во время холодной войны для военной навигации. В настоящее время, данная технология охватывает всю планету и используется в смартфонах, планшетах, ноутбуках и прочих устройствах, позволяя своим владельцам определить местоположение объекта с точностью до 10 метров [1].

Для увеличения точности и повторяемости результатов позиционирования на местности, американскими исследователями была усовершенствована технология GPS путем создания кинематической системы реального времени (RTK) позволяющей получать плановые координаты и высоты точек местности с сантиметровой точностью посредством получения поправок с базовой станции и принимаемой аппаратуры пользователя во время съёмки.

Открытие RTK технологии привело к появлению новых идей по возможности ее использования в важных сферах человеческой деятельности, в том числе – сельском хозяйстве. Одной из таких идей, стало начало производства сельскохозяйственной техники работающей на основе технологии глобального позиционирования.

Суть технологии точного земледелия заключается в осуществлении сельскохозяйственной техникой производственных операций на полях по выращиванию сельскохозяйственных культур без команд и указаний человека или минимальным его участием, основываясь на своем местоположении и данных получаемых от электронных карт полей.

Карта полей, представляет собой цифровую модель местности, содержащую сведения о контурах участков сельскохозяйственных угодий, маркированных в соответствии с внутренними правилами обозначения полей конкретного сельхозпредприятия.

Рисунок 1 – Визуальное представление точной карты полей

Точные карты полей составляются в электронном виде и помимо границ участков, в подобные карты входят точные данные о химическом составе почвы, уровне ее влажности (в том числе глубине подземных вод), количестве получаемой солнечной радиации, углу наклона относительно горизонта, преобладающих ветрах, наличии по близости значимых природных и других объектов (лесов, водоемов, промышленных предприятий, жилых домов, дорог и т.п.). Чем больше факторов учтено и чем подробнее карта, тем точнее можно использовать спутниковые и компьютерные технологии точного земледелия, тем адекватнее и оперативнее можно корректировать производственный процесс.

Для получения необходимых данных, на местности устанавливаются датчики автоматизированного контроля за состоянием почвы и атмосферного воздуха, метеостанции, а также используются беспилотные летательные аппараты и средства дистанционного зондирования земли.

Рисунок 2 – Квадрокоптеры применяемые в точном земледелии для распыления гербицидов и аэросъемки местности

Точное земледелие может использовать составленные карты, наряду с другой информацией, для контроля применения на полях удобрений, гербицидов, пестицидов и других агрохимикатов.

Производители тракторов и сельскохозяйственных машин могут интегрировать GPS в механизм управления сельскохозяйственной техники создав тем самым систему автоматического рулевого управления, позволяющую поддерживать параллельность движения на рабочей ширине машины по всему полю. Автоматизированные системы также могут поднимать плуги и другие приспособления из почвы на границе поля, направлять технику в нужное положение и опускать приспособление в нужном месте для следующего прохода. Данная разработка позволяет технике не только придерживается намеченного ей пути, но и снижает усталость оператора и повышает безопасность.

Рисунок 3 – Вспашка поля

Системы GPS и автоматизированная сельскохозяйственная техника также могут продлить рабочий день. Например, руководители крупных сельскохозяйственных ферм в Хэйлунцзяне на северо-востоке Китая сообщили, что они добились 40-процентного увеличения производительности машин, позволив оборудованию работать в плохих условиях освещения и в ночное время. Помимо продления рабочего дня, такой подход также может позволить проводить полевые работы при оптимальных почвенных, сельскохозяйственных и погодных условиях, что потенциально позволит повысить урожайность и качество сельскохозяйственных культур.

Еще одним преимуществом точного земледелия является то, что сельскохозяйственные транспортные средства, которые могут следовать по точному и контролируемому маршруту через посевы, могут свести к минимуму перекрытие между проходами машин через поле, тем самым избегая риска, что некоторые районы получат двойную дозу семян, удобрений и агрохимикатов. Таким же образом повышается производительность труда за счет ликвидации пробелов там, где посевы не были бы посажены или не были получены необходимые агрохимические препараты [1].

Картографирование полей и выполнение сельскохозяйственных операций

Помимо способности контролировать положение и работу сельскохозяйственной техники, точное земледелие опирается на знание того, что происходит в поле и как сельскохозяйственные культуры реагируют на почвенные условия, появление вредителей и болезни, изменение климата. Привязка GPS-положения уборочной машины к записи в режиме реального времени при массовом сборе урожая обеспечивает получение информации, необходимой для формирования карт урожайности. Данная карта позволяет получить фермерам информацию о величине различий в урожайности и ее распределении по всему полю.

Карты урожайности могут быть объединены с другими данными, такими как почвенные карты, полученные на основе измерения электропроводности почвы, которая определяет изменение влажности почвы, что, в свою очередь связано с количеством песка, ила и глины в этой части поля. Это может помочь в создании прикладной карты для контроля скорости, с которой распределитель оснащенный GPS, вносит в почву удобрения по мере прохождения поля.

Одной из проблем с которой сталкиваются фермеры при выращивании сельскохозяйственных культур – является борьба с сорняками. Эта борьба осуществляется двумя путями: внесением специальных химических агентов (гербицидов) и прополкой земель.

Один из технологических подходов борьбы с сорняками включает выращивание культур с более широким пространством между рядами, обычно 20-25 см, а не традиционные 10-24 см, и использованием точного метода доставки неселективного гербицида на площадь между рядами. Производители машин разработали коммерческие системы, которые используют либо «компьютерное зрение» для обнаружения рядов культур и зазора между ними, либо «RTK GPS», позволяющие обеспечить возможность позиционирования агрегатов с точностью порядка 25 мм. Здесь используется техника развертывания специализированных сопловых систем, кожухов и щитов для защиты сельскохозяйственных культур от распыления.

Точное земледелие может повысить эффективность прополки. Например, системы визуального наведения могут повысить точность культивационной мотыги для борьбы с сорняками между рядами и помочь уменьшить ущерб урожаю. Срезаемые при этом сорняки остаются между рядами выступая в качестве органической мульчи.

Британская компания «Tillett and Hague Technology», совместно с «Garford Farm Machinery» и Университетом Крэнфилда, разработали новый подход к автоматизации механической прополки. Его суть заключается в использовании вращающегося диска с удаленным сегментом, позволяющим уничтожить произрастающие сорняки не повредив выращиваемые культуры. Прототип машины впервые продемонстрированный в 2007 году сразу же оказался успешным.

«Garford Farm Machinery» произвел более 80 коммерческих рядных машин «Robocrop» для механической прополки в овощеводческих районах Австралии, Китая, Японии, Северной Америки и Европы. Продолжающиеся разработки добавили возможность управления форсунками для лучшего нацеливания жидкостей на определенные части отдельных растений по мере их культивирования либо в качестве отдельной операции. Теперь садоводы могут купить более крупные и сложные прополочные машины, самая большая из которых включает в себя 20 роторов.

Развитие технологии точного земледелия в Республике Беларусь

Развитие технологии точного земледелия в Республике Беларусь зависит в первую очередь от современных научно-технических разработок и возможностей действующих промышленных предприятий по их реализации.

В 2018 году на Областном семинаре-совещание «День поля» прошедшем в ОАО «Рудаково» (д. Новка Витебской области), ОАО «Минский тракторный завод» презентовал свою новейшую технику, в том числе оснащенную системой точного земледелия.

На испытательном полигоне, Минский тракторный завод вывел четыре модели сельскохозяйственных тракторов: модернизированный «Беларус-82.1» (81 л.с.), «Беларус-1523В» (148 л.с.), «Беларус-3525» (355 л.с.) и «Беларус-4522» (466 л.с.).

Трактор «BELARUS-82.1» был оснащен опрыскивателем, «BELARUS-1523В» – комбинированной сеялкой, заправленной удобрениями и посадочным материалом. Обе машины оснащены электронной системой контроля за выполнением технологических операций. На протяжении всего испытания, обе машины показали отличный результат по выполнению возложенных на них задач.

Созданные на ОАО «Минский тракторный завод» беспилотные трактора, являются первой в Республике Беларусь отечественной сельскохозяйственной техникой, предназначенной для ведения точного земледелия. Подобные разработки позволяют говорить о том что республика сделала свой первый шаг на пути развития технологии точного земледелия.

Вывод

Инженерные решения, подобные тем  что лежат в основе систем точного земледелия, могут выиграть время, пока сельское хозяйство не сможет пожинать плоды долгосрочных исследований в области генетики растений и животных. Реализация технологии точного земледелия уже способствовала повышению урожайности сельскохозяйственных культур, сокращению затрат и рабочей силы во многих странах мира. Она также принесла экологические выгоды путем оптимизации внесения удобрений, уменьшения или замены гербицидов с помощью точечной и механической борьбы с сорняками, улучшила инфильтрацию осадков в почву, потенциально снижая риск наводнений и повышая экономическую продуктивность сельского хозяйства.

Использование технологии точного земледелия в Республике Беларусь находиться в зачаточном состоянии. В виду необходимости вливания огромных денежных средств в приобретение автоматизированного технологического оборудования технологии точного земледелия, сельскохозяйственным предприятиям республики, находящимся в весьма сложном финансовом положении, на современном этапе приходиться полагаться только на живой труд и эксплуатационные возможности имеющихся технологический машин и оборудования.