В точку!

Егоров В.Г., д. с.-х. н., Леонова Е.В., к. с.-х. н.; Московский НИИСХ «Немчиновка»

Точное земледелие является активно развивающейся системой технологий производства продукции растениеводства, при правильном использовании быстро окупающейся за счет экономии удобрений, семян, средств защиты растений (СЗР), горючего, сокращения трудозатрат, повышения плодородия почвы, улучшения экологической обстановки.

Одно из наиболее ёмких определений системы точного земледелия (далее — ТЗ) — это оптимальное управление растениеводством на каждом квадратном метре поля для получения максимальной прибыли при экономии хозяйственных и природных ресурсов. Каждое сельскохозяйственное поле рассматривается как неординарное по рельефу, почвенному покрову, агрохимическим свойствам, что подразумевает применение на каждом его конкретном участке различных агроприёмов. Поэтому для проведения работ по внедрению технологий ТЗ сельхозпроизводитель должен иметь достоверную и возможно полную информацию о размерах полей, их почвенном составе, пространственном варьировании различных почвенных показателей, которые могут лимитировать урожайность на конкретных участках поля. То есть, нужны характеристики агрономических свойств не только поля в целом, но и каждого его элементарного участка.

Управление землей

Среди факторов, оказывающих наибольшее влияние на пестроту агрономических свойств почв, следует отметить: из нерегулируемых — состав почвенного покрова, рельеф и микрорельеф, а из регулируемых — агрохимические параметры. Как показал опыт отечественного земледелия второй половине ХХ века (в период наибольшего развития химизации), такие агрохимические свойства почв, как кислотность, содержание питательных веществ в доступной для культурных растений формах, поддаются регулированию внесением мелиорантов, минеральных и органических удобрений. За относительно короткий срок широкого внедрения средств химизации, который составляет 20 лет, площадь кислых почв в целом по России за счёт известкования сократилась на 23%. Доля пашни с низким содержанием подвижного фосфора — с 52% до 22%, подвижного калия — с 16% до 9%. Особенно заметны такие перемены в Нечернозёмной зоне, где средняя обеспеченность пахотных почв подвижным фосфором увеличилась в два раза. В Московской области содержание Р₂О₅ увеличилось с 66 до 206 мг/кг, К₂О — с 86 до 159 мг/кг. Это означает, что почвы данного региона по своим потенциальным возможностям трансформировались в другую, более высокую категорию. Если в начале работ по химизации они были способны произвести без внесения удобрений урожай зерновых культур 10—14 ц/га, то через 20 лет уже 25—30 ц/га.

Тем не менее, неравномерность содержания питательных веществ в почве одного и того же поля (соответственно и неравномерность урожайности) остались весьма значительными. Данные многолетних (1996—2011гг.) исследований Московского НИИСХ «Немчиновка» (бывшие НИИСХ ЦРНЗ и ВНИПТИХИМ) свидетельствуют о значительном изменении урожайности озимых зерновых культур на дерново-подзолистых почвах по элементарным участкам внутри поля в соответствии с вариабельностью агрохимических показателей. В целом, коэффициенты вариации содержания основных питательных веществ в почве зачастую значительно превышают 20%, и диапазон колебаний урожайности озимой ржи находился в пределах 9—33 ц/га, озимой пшеницы — 27—90 ц/га. Аналогичная картина наблюдалась и на значительно более плодородных типичных чернозёмах Краснодарского края.

Табл. 1. Вариабельность содержания питательных веществ в дерново-подзолистой почве и урожайность озимых зерновых культур (ОПХ ВНИПТИОУ, Владимирская обл., Судогодский р-н)

Поэтому дифференцированное применение минеральных удобрений, основанное на изучении внутрипольного варьирования содержания минерального азота, подвижных форм фосфора и калия на почвах различного генезиса и географического расположения — одно из основных положений технологий ТЗ. На первый взгляд кажется очевидным, что на полях, где выявлено внутрипольное различие содержания питательных веществ, требуется дифференциация доз удобрений. Это связано с тем, что на участках поля с более высоким содержанием того или иного питательного вещества вносится избыточное количество удобрения. На других, менее обеспеченных, удобрений недостаточно для получения планируемой урожайности. В то же время возникает вопрос: окупятся ли затраты на дифференциацию доз удобрений в связи с привлечением дорогостоящей техники?

Табл. 2. Вариабельность содержания питательных веществ в черноземе типичном и урожайность озимой пшеницы  (СПК «Мир», Краснодарский край, Гулькевичский р-н)

Опыт дифференцированного применения удобрений показал, что от такой технологии можно ожидать до 30% их экономии или соответственного увеличения растениеводческой продукции. Установлено, что эффективность дифференциации доз минеральных удобрений возрастает при увеличении внутрипольной вариабельности содержания питательных веществ в почве. При вариабельности 10% отклонение от средней дозы в сторону превышения и занижения составляет 4 кг/га, а при вариабельности 40% — 16 кг/га. Соответственно изменяются издержки за счёт превышения доз и недобора урожая вследствие их занижения.

Цифровой взгляд

Первым этапом внедрения ТЗ является составление многослойных электронных карт полей (МЭК), отображающих с заданной точностью границы полей (с расположением дорог, населённых пунктов, хозяйственных объектов, неудобий, столбов и других помех и т.д.); содержание в почвах основных элементов питания и их кислотность; урожайность и влажность продукции и другие. Данные для таких карт получают наземными измерениями, аэро- или космической съёмкой. Для формирования их необходимы компьютерные системы и программы отображения и анализа данных; приборы точного позиционирования агрегата на поле (GPS/ГЛОНАСС-приемники); технические системы, определяющие неоднородность поля по плодородию, урожайности, степени засоренности посевов и поражения растений болезнями и вредителями. При составлении МЭП используют специализированное программное обеспечение «Farm Works», «Agro-Net NG», «Agro Map», «ГЕО-Учётчик», «ГЕО-План», «ГЕО-Мониторинг», многофункциональное ПО «Панорама АГРО».

В последующем на основании МЭК проводят уточнение границ полей, севооборотов, организуют отбор почвенных проб при агрохимическом обследовании, фиксируют проблемные участки, руководят дифференцированным внесением удобрений и СЗР.

Отбор проб для получения информации об уровне плодородия почвы на каждом «элементарном» участке поля является наиболее сложным и трудоемким элементом системы ТЗ. Для автоматизированного взятия почвенных образцов на элементарных участках применяют почвопробоотборники, монтируемые на различные энергетические средства, укомплектованные GPS-приёмниками и мобильными компьютерами. В настоящее время используют, в основном, зарубежные почвопробоотборники (Нитфельд, Duohrob-60, Германия; Эмити Конкорд 2036 ATV Mount, США; Wintex 1000, Дания и др.) с соответствующим программным обеспечением (в том числе отечественным «ГЕО-план» и другие). Для проведения агрохимического анализа почвенных образцов также требуется специальное оборудование, например, лаборатория для почвенных анализов «АМИТИ», производительностью 150 образцов в день. По результатам анализа почвенных проб, привязанных к точкам поля с конкретными координатами, на едином сервере, куда стекается вся информация, составляют детальные карты содержания в почве основных питательных веществ (N, P, K). На основании этих карт в дальнейшем работают машины, производящие дифференцированное внесение минеральных удобрений.

Особый интерес представляют технологии, где информационной основой для последующих расчётов служит электронная карта урожайности заданного поля. Карта формируется автоматически с помощью уборочной техники, оснащенной специальными датчиками и приёмником системы глобального позиционирования. Информация, отражённая в ней характеризуется, как правило, большим числовым массивом, в котором заключены данные о массе и влажности зерна, убранного с каждого элементарного участка поля с определёнными координатами.

Получение такого рода картографического материала дает возможность анализировать неоднородность главного показателя производственной деятельности — урожайности. Это имеет уникальное значение для производителя, так как позволяет судить о степени обеспеченности продукционного процесса необходимыми факторами роста и развития растений. На её основе определяются однородные технологические зоны, которые и используются в качестве элементарных участков для их агрохимического обследования. Карта урожайности, наложенная на имеющийся картографический материал по обеспеченности почвы основными питательными веществами и микроэлементами, позволяет путём обычных балансовых расчётов определить потребность сельскохозяйственной культуры в удобрениях.

Карты урожайности могут играть существенную роль, так как открывают и замыкают информационный цикл данных в точном земледелии в течение года. Использование этого пути позволит значительно сократить затраты на почвенное обследование, поскольку резко сокращается количество взятых и анализируемых проб. Кроме того, анализ материалов картирования может служить основой для определения экономической эффективности на каждом поле с расчетом прибылей или убытков при разных ценах на продукцию, колебания которых подвержены условиям рынка. Это позволит сразу после уборки урожая просчитать разные сценарии сбыта продукции, сопоставить затраты и прибыль.

Для уборки зерновых с непрерывным учётом урожая и картированием поля применяют в основном зерноуборочные комбайны ведущих зарубежных фирм (CLAAS, John Deere,New Holland, Палессе GS12). Ведутся работы по оборудованию датчиками урожайности отечественных комбайнов Vector 410, Across 530/580, Torum-740. Из зарубежных систем картирования урожайности чаще всего используют Гринстар, Харвест Dок, из отечественных — «Универсальную систему картирования урожайности».

Новый век — новые машины

Для следующего этапа внедрения ТЗ необходимо соответствующее техническое обеспечение: современная сельхозтехника, управляемая бортовыми компьютерами и точно выполняющая все агротехнические требования к операции (процессу); системы точного управления дозированием высеваемых семян и вносимых агрохимических веществ (удобрений, пестицидов, мелиорантов и др.); технические системы параллельного вождения агрегатов (навигационные системы.

В последние годы в РФ и за рубежом технику для обработки почвы создают с учётом многообразия состояния почв, рельефа, возможности борьбы с ветровой и водной эрозией, снижения материалоёмкости и энергоемкости. Многие отечественные почвообрабатывающие машины и орудия, комплектуемые при изготовлении качественными рабочими органами ведущих мировых фирм, вполне пригодны для работы в системе ТЗ. Это и плуги с корпусами Lemken, Kvermeland, дискаторы типа БДМ и тяжёлые дисковые бороны типа БДТП; модульно-блочные культиваторы типа КБМ и комбинированные почвообрабатывающие агрегаты типа РВК; АКП и другие для предпосевной подготовки почвы.

Из большого разнообразия выпускаемых промышленностью, в том числе предприятиями регионального машиностроения, отечественных сеялок в определённой степени пригодными для точного земледелия и конкурентоспособными являются сеялки точного высева «Быстрица» С-6ПМ2 и С6-ПМ3 Пензенского радиозавода. Они оснащены тремя дозирующими устройствами и универсальной системой контроля за процессом высева семян и удобрений. В числе успешных отечественных разработок имеются и комбинированные почвообрабатывающе-посевные комплексы, аналогичные машинам марки Конкорд.

Отечественные машины для внесения минеральных удобрений не отвечают требованиям системы ТЗ из-за недопустимой неравномерности распределения туков по поверхности поля. Из машин, выпускаемых зарубежными фирмами (Kuhn, Jordons, Bogball, Bredal, Vicon и доугие), у нас чаще других применяют технику фирмы «Amazone» (разбрасыватели серий ZA-M, ZA-X и ZG-B). Высокое качество распределения удобрений ими достигнуто за счёт применения современных электронных систем управления разбрасывающими устройствами. Кроме того, на разбрасыватели этой фирмы можно устанавливать систему для дифференцированного внесения жидких удобрений и СЗР.

В настоящее время в России сформировалось производство из импортных комплектующих современных опрыскивателей (прицепных и навесных штангового типа), которые по техническому уровню близки к зарубежным  моделям. Например, самоходные штанговые опрыскиватели «Иртышанка» используют сигналы спутниковой навигационной системы GPS. Они оснащены автоматизированными системами управления расходом жидкости «АСУР-01» (регулирует расход рабочей жидкости в зависимости от скорости движения и требуемой нормы внесения) и спутниковой навигационной системой «Астронавигатор» (позволяет использовать опрыскиватели для ночных обработок).

Однако отечественные опрыскиватели не позволяют в полной мере обеспечить количественное и качественное внесение средств защиты растений на каждом элементарном участке поля, так как в их конструкции отсутствуют механизмы включения/выключения и регулирования расхода рабочей жидкости отдельными форсунками. В опрыскивателях ряда зарубежных фирм, предназначенных для применения в системе ТЗ, такие устройства имеются. Например, датская фирма «Hardi» предлагает систему электроуправления штангой Prime Flow, которая позволяет дистанционно управлять работой распылителей, включая необходимое их количество на конкретном обрабатываемом участке поля. Её система Auto Section Control позволяет осуществлять автоматическое включение в работу секций штанги с использованием системы спутниковой связи, сохранять данные о местности, исключить повторную обработку частей поля или их пропуск.

Нужно отметить, что на отечественном рынке имеется практически всё необходимое для программного, приборного и технического обеспечения систем ТЗ. Однако, в основном, это весьма дорогостоящая продукция импортного производства. А так как специалисты хозяйств далеко не всегда владеют навыками работы с таким оборудованием, внедрением систем ТЗ занимаются на коммерческой основе специализированные организации, что делает его весьма дорогостоящим. Тем не менее, как показывает зарубежный и отечественный опыт, именно технологии ТЗ позволяют значительно увеличить производство продукции сельского хозяйства. Поэтому необходимо определиться, при каких условиях и обстоятельствах возможно и необходимо внедрение систем ТЗ.

Параллельное вождение

Для оптимизации себестоимости продукции мелкие и средние фермерские хозяйства могут использовать (прежде всего, в технологиях производства зерна) элементы точного земледелия, такие как системы параллельного вождения, картирования урожайности и дифференцированного внесения удобрений.

Системы параллельного вождения сельскохозяйственных агрегатов (зарубежные навигационные системы типа Ag GPS 252 и EZ-Guide Plus; подруливающие устройства и автопилоты E-Drive, Trimble Ag GPS Autopilot; Outback S2) обеспечивают точное, параллельное заданному, движение трактора при посеве, обработке почвы, внесении удобрений, опрыскивании. Это делается без огрехов и с минимальными перекрытиями, а также дает возможность работать ночью, в условиях плохой видимости, снижают утомляемость тракториста, повышают производительность труда.

Например, при внесении удобрений и обработке растений пестицидами на одной части поля традиционным способом, а на второй — с прибором параллельного вождения Trimble EZ-Guide Plus, точность выполнения операций (площадь пропусков и перекрытий на один га поля) с системой параллельного вождения была выше в 2,9 раза, чем в традиционной технологии.

При внесении сложного удобрения в дозе 200 кг на гектар экономия по сравнению с традиционной технологией составила 46 руб./га. При таких показателях экономии прибор параллельного вождения окупается уже после обработки 2070 га. Это достаточно хороший показатель для использования современных технологий, особенно для крупных хозяйств.

Особенностью систем параллельного вождения и автопилотов является то, что GPS-приёмники относятся к типу датчиков, подлежащих обязательной сертификации, а их ввоз и продажа на территории РФ лицензируются и строго контролируются государством. Кроме этого, необходимо изучить уровень точности систем GPS-ГЛОНАСС и стабильность позиционирования, так как для каждой конкретной сельскохозяйственной операции подходит определённый метод коррекции сигналов.

При использовании технологии точного земледелия важен выбор продуктов и оборудования, пригодных для проведения нескольких технологических операций. Применение таких компонентов, как мониторы, приемники спутниковых сигналов, антенны и контроллеры для выполнения самых разных задач и на разном оборудовании может снизить затраты на точное земледелие. Например, дисплей можно использовать при параллельном вождении, для картирования урожайности на комбайне и затем снова применять на тракторе для дифференцированного внесения удобрений. В данном случае важен принцип совместимости, легкость переустановки устройств с одного вида сельскохозяйственной техники на другой; их пригодность для установки на новой или модернизированной технике.

Фактор успеха

Таким образом, в настоящее время имеются определённые предпосылки для внедрения точных технологий в растениеводстве. Разработаны технологические схемы; выведены сорта растений интенсивного типа; можно приобрести достаточное количество минеральных удобрений и СЗР; имеется компьютерное программное обеспечение составления детальных карт почвенного плодородия и урожайности полей. Номенклатура рынка сельскохозяйственных тракторов, машин, орудий, оборудования и приборного обеспечения позволяет комплектовать машинно-тракторный парк хозяйств с учётом требований точных технологий. Однако о широком внедрении таких технологий в зерновом (и не только) хозяйстве говорить преждевременно по следующим причинам. Техническая их составляющая базируется, в основном, на импортных средствах механизации, приборах, оборудовании, которые весьма дороги. Далеко не каждое хозяйство в состоянии приобрести комплект нужной техники. Компьютерное и программное обеспечение также требуют значительных капиталовложений, обязательного обучения работающего с ними персонала, а также соответствующего обслуживания. Хозяйства практически не в состоянии самостоятельно проводить детальное обследование полей с составлением карт плодородия и урожайности. Поэтому, при желании и возможности внедрения точных технологий, можно рекомендовать обращаться в специализированные организации, непосредственно занимающиеся этими вопросами. Необходимо отметить, что внедрению точных технологий должен предшествовать тщательный анализ экономической эффективности данных приемов земледелия в каждом конкретном случае.