В высоких технологиях (точном земледелии) составляют существенную часть себестоимости всей агротехнологии и как следствие - себестоимости конечной продукции. Также внесение минеральных удобрений существенно влияет на экологическую обстановку и качество конечной продукции. В настоящее рассчитывает дозу удобрения усреднено, то есть одну на все поле или производственный участок. На самом деле потребность в удобрении на разных участках поля может значительно отличаться. В результате создается переизбыток удобрений на одних участках поля и нехватка на других, что соответственно влияет на количество и качество урожая, а также экологическую обстановку. Современные технические и информационные средства позволяют обеспечить дифференцированное внесение удобрений в соответствии с микроструктурой почвенного покрова (рис. 9).

Рис. 9. Основные элементы блоков технологии дифференцированного применения удобрений

Внесение удобрений осуществляется дифференцировано на основе карты-задания, полученной в результате координатной оценки содержания питательных элементов в почве, потенциальной урожайности, а также программы применения удобрений, которая может находиться в базе данных.

Точное земледелие предполагает два режима внесения удобрений - off - line и on - line . Режим off - line предусматривает предварительную подготовку на стационарном компьютере карты-задания, в которой содержатся пространственно привязанные с помощью GPS дозы удобрений для каждого элементарного участка поля. Для этого осущест­вляется сбор необходимых данных о поле, на основании которых проводится расчёт дозы для каждого элементарного участка поля, тем самым формируется (в специальной программе) карта-задание. Затем она переносится на чип-карте (носителе информации) на бортовой компьютер сельскохозяйственной техники, оснащённой GPS-приёмником, и выполняется заданная операция. Трактор, оснащенный бортовым компьютером, двигаясь по полю, с помощью GPS определяет свое местонахождение. Компьютер считывает с чип-карты дозу удобрений, соответствующую месту нахождения и посылает сигнал на контрол­лер распределителя твердых удобрений или опрыскивателя. Контроллер же, получив сигнал, выставляет нужную дозу.

Режим реального времени ( on - line ) предполагает предварительное определение агротребований на выполнение операции по внесению удо­брений и мелиорантов, а соответствующая доза определяется непосред­ственно во время выполнения операции. Агротребования в данном случае - это количественная зависимость дозы агрохимикатов от показа­ний датчика, установленного на сельскохозяйственной технике, выпол­няющей операцию, и сканирующего посев. Результаты выполнения опе­рации (дозы и координаты, обработанная площадь, время выполнения и фамилия исполнителя) записываются на чип-карту.

Комплектация технического обеспечения реализации агроприемов в системе точного земледелия существенно зависит от режима их выполнения. В этой связи точные (прецизионные) технологии предпо­лагают использование различной информационной и технической базы.

Далее на примере внесения минеральных удобрений рассмотрим две прецизионные технологии, реализация которых осуществляется в режимах off - line и on - line .

Первая технология предусматривает внесение минеральных удобре­ний в режиме off - line и имеет в качестве информационно-технической базы мобильный автоматизированный комплекс для создания электронных карт полей и агрохимического обследования. Он состоит из следующих функциональных компонентов:

- движитель;

- автоматический почвенный пробоотборник;

- спутниковая система позиционирования (GPS);

- бортовой компьютер;

- программное обеспечение.

Движитель - автомобиль типа «Нива», или любой другой джип, подходящий по критериям мобильности. Движитель оснащен специаль­ной оснасткой для крепления автоматического пробоотборника на задней части автомобиля. Специальная оснастка включает в себя, помимо железной рамной конструкции для непосредственной навески пробо­отборника, также розетку, соединенную с аккумуляторной батареей автомобиля.

Автоматический почвенный пробоотборник представляет собой агрегат, смонтированный как навесное оборудование на задней части рамы движителя; он работает от электрического двигателя, питающе­гося от аккумуляторной батареи автомобиля. Электрический двига­тель приводит в действие гидравлическую систему, непосредственно производящую отбор проб посредством двух спаренных агрохимических буров. Пробоотборник оснащен блоком управления, управляющей элек­троникой, датчиком и регулятором рабочего давления. Почвенные пробы берутся на глубину 25 см. Почва автоматически собирается в специ­альный контейнер на пробоотборнике и пересыпается в отдельную маркированную тару по окончании отбора объединённой пробы, то есть пробы с одного элементарного участка поля.

В качестве системы позиционирования на местности используется американская Global Position Sistem (GPS) или глобальная система позиционирования, точнее - ее космический сегмент, представляющий собой созвездие из 24 спутников. Система GPS работает при любых погодных условиях по всему миру 24 часа в сутки. С ее помощью можно с высокой степенью точности определять координаты и скорость подвижных объектов. В качестве GPS-приёмника можно выбраать AgGPS-132 фирмы Tpimble ввиду своей многофункциональности, так как он специ­ально предназначен для установки на транспортные средства, обеспе­чивая субметровый уровень точности в дифференциальном режиме.

GPS-приёмник (на примере AgGPS-132) объединяет приемник GPS сигналов. приемник поправок от морских MSK и приемник поправок от спутникового дифференциального сервиса (Omnistar Rakal), при этом используется одна комбинированная антенна. Такая конфигурация значительно повышает точность (до 0,5м) и надежность определения места, а также упрощает реализацию дифференциального режима.

Бортовой компьютер (например Fujitsu PenCentra 200) соединен с GPS-приёмником кабелем стандарта RS-232 для получения текущей координаты. Он оснащён специальным программным обеспечением.

Программное обеспечение бортового компьютера позволяет сразу же на поле создавать электронный контур обследуемого участка, определение точек отбора проб и навигацию по этим точкам. Также предусмотрено подключение внешних датчиков для непрерывного (сплошного) обследования экспериментальных участков.

Основные функции программного обеспечения: создание электронных карт обследуемых полей, возможность ведения базы данных с привязкой атрибутов к идентификаторам топографических объектов, отображение текущих географических координат, возможность навигации в заданную точку, возможность отображения длины, расстояний, площади гео­объектов, работа с несколькими слоями отображения информации, наложение сетки на полигон, отображение текстовых атрибутов полигонов, линий, точек, возможность создания и отображение легенды для геообъ­ектов на основании атрибутов этих объектов.

Разработка агрохимических картограмм и карт-заданий.

Разработка картограмм обеспеченности почв элементами питания, кислотности, солонцеватости почв осуществляется с использованием крупномасштабных карт структур почвенного покрова и карт урожайности.

Отбор почвенных проб производится пробоотборником по нормативам, которые разрабатываются научными учреждениями для различных почвенных условий. Каждая взятая проба привязывается к единой системе позиционирования. При отборе проб оператор делает 10-20 уколов автоматическим пробоотборником, останавливаясь при каждом уколе. На панели бортового компьютера записывается прой­денный путь и сохраняется в памяти компьютера.

Программное обеспечение должно гарантировать навигацию к любой отмеченной в бортовом компьютере оператором точке на поле. Это удоб­но при движении к месту последней взятой пробы для продолжения работ или к проблемному участку, где необходимо провести дополни­тельные исследования.

После проведения лабораторных исследований отобранных образцов ведомость с результатами заносится в ПО стационарного компьютера соответственно точкам отбора проб, импортированным из бортового компьютера комплекса. После этого одним из методов интерполяции получаем карту распределения по полю каждого агрохими­ческого параметра, определенного в агрохимической лаборатории. База данных хранит в себе всю информацию, введенную в программу ранее, что позволяет проводить мониторинг агрохимических характеристик по каждому полю от обследования к обследованию.

При создании карты-задания программа в диалоговом режиме запрашивает необходимые сведения: ширину захвата техники, тип борто­вого компьютера, обрабатываемую культуру, тип удобрений и метод расчета дозы внесения. После этого стационарный компьютер генерирует пространст­венно-ориентированную карту-задание на внесение минеральных удо­брений. Программа стационарный компьютер имеет множество функций, предназначенных для анализа геоинформационной и агрономической информации, выдачи различных отчетов и статистического анализа.

Контролер параллельного вождения необходим для точного вождения техники по полю, с точностью, которую позволяет выдерживать GPS-приемник. Точное вождение по полю необходимо во избе­жание разрывов и перекрытий полос внесения минеральных удобрений, что само по себе дает ощутимый экономический и экологический эффект.

Так, при традиционном внесении удобрений механизатор ориентиру­ется по пенному маркеру (если он есть), но при большой ширине захвата сельскохозяйственной техники это достаточно проблематично, тем более когда работы ведутся в темное время суток. Контролер параллельного вождения позволяет решить эту проблему.

Встроенный специальный редактор формул позволяет програм­мировать достаточно сложные методы расчета удобрений, которые впоследствии применяются для создания карты-задания на внесение минеральных удобрений. Редактор формул позволяет вести базу удо­брений: создавать новые схемы удобрения и редактировать старые. В базе удобрений указывается процентное содержание действующих веществ, стоимость и название. Стоимость позволяет рассчитать полную стои­мость удобрений, внесенных на конкретное поле по созданной карте-заданию.

Бортовой компьютер размещается в кабине трактора и подключается к аккумуляторной батарее (12 V). Подсоединение к компьютеру полевого опрыскивателя и распределителя удобрений производится при помощи пульта управления через 48-полюсный штекерный соединитель. При помощи этого штекера компьютер получает информацию сдатчиков, переключателей распределительных линий и главного выключателя. Кроме того, компьютер распознаёт тип сельскохозяйственного оборудо­вания. Предназначенная для агрегата программа и введённые однократ­но характеристики агрегата выбираются автоматически: ширина захвата, количество распылителей, контрольное число расходомера и прочие, вводятся однократно, при первом подключении. Установка дозы удобрения может вестись тремя способами: установка одной фиксированной дозы на бортовом компьютере с помощью клавиатуры; использование заранее подготовленной на стационарном ком­пьютере карты-задания с пространственной привязкой к местности (режим off-line);управление дозой удобрения на основании данных, получаемых в процессе движения трактора по полю и агротребований при работе в режиме on-line.

После проведения лабораторных исследований полученную ведо­мость заносят в ПО, установленное на стационарном компью­тере. Перед этим в него импортируется созданный контур поля (разбитого на элементарные участки), сохраненный в виде набора файлов на переносимой чип-карте. В ПО стационарного компьютера создается электронные карты поля по каждому агрохимическому показателю. Для этого применяется один из методов интерполяции, заложенных в программе. Далее в специальном редакторе выбирается метод расчета дозы удобрения.

Генерация карты-задания на внесение удобрений производится автоматически для каждого элементарного участка поля, который представляет собой квадрат со стороной равной ширине захвата сельскохозяйственной техники Amazone, для которой формируется карта-задание. При генерации карты-задания указывается также тип контроллера, используемого Amazone.

Карта-задание записывается на чип-карту и преносится на бортовой компьютер сельскохозяйственной техники Amazone - Amatron II А. Бортовой компьютер Amatron, используя данные GPS-приемника AgGPS 132 и карты-задания, автоматически регулирует дозу внесения удобре­ний по ходу движения техники.

Одновременно контролер параллельного вождения AgGPS PSO указывает механизатору с помощью дисплея-курсоуказателя точную траекторию движения по полю.

Режим реального времени ( on - line) предполагает предварительно определить агротребования на выполнение операции, а доза удобрений определяется непосредственно во время выполнения операции. Агротребования, в данном случае, это количественная зависимость дозы удобрения от показаний датчика, установленного на сельскохозяйст­венной технике, выполняющей операцию. Результаты выполнения опера­ции (дозы и координаты, обработанная площадь, время выполнения и фамилия исполнителя) записываются на чип-карту,

Гидро- N -сенсор - оптический прибор, позволяющий оптимизировать внесение минеральных удобрений при азотных подкормках растений. N-сенсор устанавливается на крыше трактора и имеет четыре оптических датчика по углам, обеспечивая обзор с четырех сторон. Эти датчики улавливают отраженный свет от листовой поверхности в красном и инфракрасном диапазоне света. Данные анализируются каждую секунду, и по ним определяется содержание хлорофилла в листьях и биомасса. Пятый датчик направлен вверх, в небо. Он измеряет интенсивность света, позволяя системе корректировать данные в соответствии с различными условиями освещенности, что дает возможность проводить работу в пасмурную погоду.

Информация от датчиков передается на бортовой компьютер Hydro, который соединён кабелем с бортовым компьютером Amatron II А, который, в свою очередь, управляет дозирующей системой распреде­лителя минеральных удобрений или опрыскивателя Amazone. В зави­симости от интенсивности окраски листьев, сенсор повышает или сни­жает норму внесения азотных удобрений.

После определения дозы азота в действующем веществе на кон­трольном участке включается N-сенсор и бортовой компьютер Hydro, переходим в режим «калибровка», вводим полученную дозу и проходим контрольный участок. Таким образом, бортовой компьютер ставит в соответствие дозу, которую необходимо внести на контрольном участке и показатели, полученные с датчиков N-сенсора на этом участке при сегодняшней погоде. Такую калибровку нужно проводить каждый раз, выезжая на поле или при резкой смене погоды. После проведения калибровки необходимо включить все бортовые системы (Amatron II A, GPS, Amazone), нажать кнопку «Старт» на Hydro и начинать работу.

В ходе движения по полю датчики N-сенсора фиксируют разные показания и посылают соответствующий сигнал на бортовой компьютер Hydro, который в свою очередь передает сигнал компьютеру Amatron. Бортовой компьютер Amatron посылает сигнал на контроллер техники Amazone, который устанавливает нужную дозу внесения. Отметим, что перед работой необходимо ввести в компьютер Hydro процентное содержание азота в удобрении, с которым мы будем рабо­тать. Компьютер пересчитает дозу в действующем веществе на туки и будет посылать корректирующий сигнал на контроллер. Результаты работы (дозы и координаты) сохраняются на чип-карте в бортовом компьютере и впоследствии обрабатываются на стационарном компью­тере. Данная технология позволяет нам проводить азотные подкормки, экономя удобрения и избегая передозировки, что позволяет уменьшить стоимость операции и повысить экологическую безопасность. Также предотвращается полегание зерновых и понижается содержание вредных веществ в картофеле.

Вопросы для самоконтроля

1. Понятие о системе удобрений в севообороте и под отдельную культуру.

2. Сроки и способы внесения минеральных и органических удобрений.

3. Практика применения удобрений в зависимости от изменяющихся агроэкологических и производственных условий.

4. Значение припосевного и послепосевного удобрения и способы их внесения.

5. Листовая диагностика с целью выявления целесообразности некорневой подкормки азотом и критерии целесообразности азотной подкормки по данным листовой диагностики

6. Внесение минеральных удобрений в точных агротехнологиях

7. Режимы внесения удобрений и мелиорантов off line и on line, их особенности.

8. Разработка агрохимических картограмм и карт-заданий.