Применение высоких технологий сводит к минимуму экологические риски химического загрязнения по сравнению с интенсивными агротехнологиями и предотвращает деградацию почв и ландшафтов по сравнению с нормальными и тем более экстенсивными агротехнологиями. В первом случае это происходит благодаря применению сортов растений устойчивых к вредным организмам (в том числе трансгенных) и, соответственно, сокращению химических обработок, использованию высокоэффективных биопрепаратов, точному внесению под растения и на растения агрохимических средств, повышению роли биологического азота в азотном балансе агроценозов. Во втором случае важное значение имеет сокращение уплотняющего воздействия на почву движителей машин благодаря постоянной технологической колее, обогащение почвы растительными остатками вследствие повышения продуктивности агроценозов, регулирование почвенных режимов.

Фактический уровень интенсификации агротехнологий в хозяйстве выбирается в зависимости от производственно-ресурсного потенциала товаропроизводителя. При наличии сортов интенсивного типа и агрохимических ресурсов, необходимых для оптимального питания растений и интегрированной защиты от вредных организмов, практикуются интенсивные технологии с постоянной технологической колеей для ухода за посевами. Уровень и качество урожая планируются в них исходя из нормативов влагопотребления и других достаточно высоких показателей, реально достигнутых в передовых хозяйствах региона с использованием отечественной техники. Для выполнения этих технологий требуется достаточно высокая профессиональная подготовленность агрономов-технологов, потому как ошибки и необоснованные сокращения технологических операций сводят на нет все усилия и затраты.

Если не позволяет уровень квалификации специалистов, обеспеченность ресурсами или агроэкологические условия сельскохозяйственного предприятия (засушливость климата, сложный почвенный покров, рельеф и др.), следует ориентироваться на нормальные агротехнологии, выполняемые с учетом защиты почв от эрозии и дефляции, в которых используются пластичные сорта растений, агрохимические средства применяются в режиме компенсации острых дефицитов элементов питания, устранения повышенной кислотности, солонцеватости почв и защиты растений от вспышек вредных организмов. Данные технологии отвечают среднему уровню агрономической культуры.

Особняком стоят экстенсивные агротехнологии, рассчитанные на использование естественного плодородия почв. Они сопровождаются деградацией почв и ландшафтов, поскольку почвозащитные мероприятия (мульчирующая обработка почвы и др), как правило, невозможны или затруднены без применения агрохимических средств. С традиционными экстенсивными агротехнологиями не следует смешивать альтернативные агротехнологии, которые выступают под различными названиями.

Технологии возделываемых культур, так же как и системы земледелия в целом, не могут быть универсальными, т. е. пригодными на все случаи изменения ситуаций. При многоукладной экономике агротехнологии должны быть дифференцированными применительно и к каждой ее форме. Специфика малочисленных коллективов, например, – узкая специализация севооборотов, подбор культур толерантных к срокам посева и уборки предохраняет от перегрузок людей, участвующих в проведении полевых работ. При большой нагрузке пашни на человека, как правило, высока доля чистого пара, обработка почвы сведена до минимума, особенно за счет совмещения технологических операций при обработке почвы, внесении удобрений, посеве и прикатывании.

При формировании агротехнологий все операции объединяются в блоки (технологические модули): осенней (зяблевой) или паровой обработки почвы, подготовки семян к посеву, весенней обработки почвы и посева, ухода за посевами, уборки урожая и др. Управление посевами в интенсивных агротехнологиях, помимо глубокого знания биологии культуры и общей технологической подготовленности, основывается на опыте хозяйствования в данных природно-климатических условиях.

В качестве примера проследим проектирование высоких технологий возделывания полевых культур

Основная задача высоких технологий – последовательная оптимизация всех регулируемых лимитирующих факторов, максимально возможное использование ФАР, тепла, влаги и генетического потенциала растений. Любое нарушение продукционного процесса, явившееся следствием природных катаклизмов или технологических ошибок, резко снижает их эффективность. Поэтому высокие технологии целесообразны лишь в относительно благополучных природных условиях с минимальной вероятностью стрессовых ситуаций, при наличии высоко профессиональных исполнителей, владеющих последними достижениями научно-технического прогресса. При выполнении таких технологий сводятся к минимуму экологические риски химического загрязнения, так как используются сорта (в том числе трансгенные), устойчивые к вредным организмам, применяются высокоэффективные биопрепараты, точно по назначению вносятся агрохимические средства, повышается роль биологического азота в балансе агроценозов. За счет сокращения уплотняющего воздействия на почву движителей машин, благодаря постоянной технологической колее, обогащения почвы растительными остатками вследствие повышения продуктивности агроценозов, рационального регулирования почвенных режимов предотвращается деградация почв и ландшафтов.

Возможность применения высоких технологий в последние годы значительно возросла. Появились географические информационные системы (ГИС) и глобальные спутниковые системы позиционирования (ГСП), позволяющие через бортовой компьютер управлять технологическими операциями. Есть сельскохозяйственные машины, у которых норму высева, дозы вносимых удобрений и средств защиты растений можно менять в ходе движении агрегата по полю. Решающая роль при всем этом принадлежит информационному обеспечению принятия, исполнения и контроля решений.

Разработка программы управления в точном земледелии начинается с предварительного исследования вариабельности почвенного покрова, на их основе создаются электронная карта поля и программа дифференцированной технологии. Полученные результаты вводятся в стационарный и бортовой компьютеры, реализующий их выполнение. Удобрения могут вноситься и по программе «online», где содержание азота в растениях измеряется непосредственно в процессе движения агрегата и по его дефициту, когда обеспечивается сигнал, регулирующий дозу внесения. На рис. 2 схематично представлена структура спутникового навигационного обеспечения выполнения технологии точного земледелия.

Рис. 2. Структура спутниковой навигационной системы

Для точных технологий необходимы:

1. Навигационная система – глобальная система позиционирования (ГСП) с вводом данных в бортовой компьютер.

2. Комбайны для уборки урожая с постоянным измерением его величины, в соответствии с которой бортовой компьютер задает скорость движения агрегата, оборотов молотильного барабана и другие необходимые параметры. Использование таких комбайнов – первый шаг в пе­реходе к точному земледелию.

3. Аппаратура для исследования изменчивости характеристик почвы в пределах поля с использованием автоматизированных средств, размещаемая на самом движителе, или на прицепном устройстве к нему.

4. Рабочие органы сельскохозяйственных машин с компьютерным управлением технологическими опе­рациями (норма высева, дозы внесения удобрений и средств защиты растений).

5. Стационарный компьютер с программным обеспечением, выполняю­щий следующие функции:

- ведение картотеки полей с использованием геоинформационных систем (ГИС);

- анализ вариабельности характеристик почвенного и растительного покро­вов;

- формирование программы и ее запись на диск, дискету и др.

6. Бортовой компьютер с программным обеспечением, реализующим про­грамму управления, осуществляющий:

- прием сигналов от ГСП и других датчиков в процессе движения агрегата по полю;

- накопление данных с использованием ГИС-технологии;

- управление технологическими операциями.

В базе данных накапливается и хранится вся информация, относящаяся к хозяйству, состоянию сельскохозяйственных полей, возделываемых культурах и их сортах, а также архивная и текущая метеорологическая информация, необходимая для выработки технологических решений. Данные, по каждому полю, формируются в системе географических координат, позволяющих осуществлять «привязку» ГСП-сигнала в процессе реализации технологии. Управление в рамках ТЗ осуществляется следующим образом: например, зерноуборочный комбайн, оборудованный ГСП - приемником, движется по полю, его положение определяется и фиксируется с точность до нескольких метров. Если комбайн оборудован также оптическим датчиком учета потоков зерна, то при объединении этих двух параметров (координат комбайна и количества зерна, поступающего в единицу времени) можно получить карту варьирования урожая. При этом отбор образцов почвы для химического анализа, а также анализ данных дистанционного зондирования проводят с точной привязкой местоположения образца к карте урожая с использованием базы данных ГИС.

Далее разрабатывается стратегия обработки поля на следующий год, при этом решаются вопросы о том, какие удобрения следует вносить и как должно изменятся их количество внутри участка. Генерация оптимальной стратегии обработки поля осуществляется с помощью специального программного обеспечения, интегрированного в среду ГИС и использующего базу данных этой системы. Стратегия обработки формируется в среде ГИС в виде тематической карты обработки.

Весной следующего года полученная карта загружается в ГИС бортового компьютера сельскохозяйственной машины, вносящей органические и минеральные удобрения. Прибыв на обрабатываемое поле, тракторист включает ГСП - приемник для определения своего местоположения, а компьютер отдает команду на внесение того удобрения, которое запланировано в необходимом количестве, как только трактор достигает требуемой точки на поле. Компьютерная система фиксирует движение трактора и какие участки поля остались необработанными.

Приемники глобальных позиционных систем, установленные в любом объекте (машине, агрегате) пеленгуют сигналы со спутников. Точность при этом может составлять от нескольких метров до сантиметров. Другое необходимое условие – наличие программного обеспечения, позволяющего обрабатывать и показывать пространственную информацию. Предполагается, что ГИС содержит всю информацию о содержании гумуса, фосфора, калия, кислотности, агрофизических характеристиках поля. Там, где по данным ГИС плодородие участка высокое, норма внесения удобрений автоматически уменьшается, и наоборот, там, где ожидается недобор урожая – доза удобрений увеличивается. Техника для внесения ядохимикатов оборудована автоматической системой контроля сорной растительности на поле, поэтому средства защиты вносят автоматически в местах появления сорняков.

Одной из важнейших предпосылок внедрения ТЗ является наличие подробных почвенных карт и банка данных по почвенному блоку. Измерение изменчивости в агроценозе и управление им основывается на картах урожайности, которые создаются путем фиксации текущих значений урожая.