Агропрофи » Blog Archive » Интеллектуальная почвообработка
Регистрация

��������� - �������� ��������� �������

Интеллектуальная почвообработка

Дария Харитонова

Основная обработка почвы, как правило, ведется на фиксированную глубину и не учитывает структурные колебания в составе почв, обусловленные рельефом, уплотненностью и другими причинами. Однако сегодня у сельхозпроизводителей появилась возможность выполнять эту технологическую операцию дифференцированно. Насколько это действительно необходимо и какие средства призваны помочь аграриям в этом деле?

Не везде одинаково

На сегодняшний день доказано, что структура почв неоднородна по составу не только в горизонтальной плоскости, но и вертикальной, то есть в глубину. Это обусловлено как особенностями рельефа (впадины, склоны и т.д.), так и наличием переуплотненного слоя, глубина расположения которого не везде одинакова. Раньше решение о том, какую технологию почвообработки использовать на данном поле, принималось с учетом растения-предшественника и особенностей культуры, которую планировали посеять. Теперь благодаря научному прогрессу у сельхозпроизводителей появилась возможность выбирать технологию обработки, опираясь на агрофизические свойства почвы и особенности рельефа.

– Например, в хозяйстве, где практикуют отвальную обработку, выявляются несколько полей (с аналогичной культурой), которые находятся на склонах и имеют легкие почвы, – рассказывает генеральный директор компании «Агроноут», к. б. н. Алексей Трубников. – Соответственно, во избежание эрозии именно на этих полях будет принято решение о замене пахоты на глубокорыхление.

Такая дифференциация, по его словам, позволит более точно подобрать почвообработку для конкретного поля с учетом его особенностей и текущего состояния, что даст возможность повысить урожайность, но главное – сохранить саму почву. Ведь, несмотря на огромные земельные ресурсы нашей страны, эта проблема для России по-прежнему актуальна.

Тонкая настройка

Еще более тонкая дифференциация – по глубине обработки – возможна в рамках одного поля.

– На одном и том же поле необходимость в более глубокой обработке почвы возникает на таких участках, где складываются неблагоприятные условия для роста корней растений, – поясняет руководитель центра прогнозирования и мониторинга, заведующий кафедрой эксплуатации МТП, ФГБОУ ВО «Кубанский государственный аграрный университет им. И.Т. Трубилина», д. т. н., профессор Евгений Труфляк. – К примеру, на песчаных почвах, склонных к переуплотнению или на почвах с неоднородной структурой, а также на сильно гидроморфных (глеевые и псевдоглеевые) и бедных гумусом. В то же время хорошо аэрируемые (в достаточной степени структурированные) почвы с высоким содержанием илистых частиц и гумуса можно обрабатывать менее глубоко.

Кроме того, как отмечает Алексей Трубников, существуют почвы, склонные к самоуплотнению, или слитые. Они встречаются повсеместно на всех континентах до широты 45 градусов к северу и к югу от экватора.

Площадь полей в мире с такими почвами – 248 млн га. Из них 80 млн – в восточной Австралии, 72,5 млн – в Индии и т.д. В России такие почвы тоже существуют, к примеру, их довольно много в ЮФО. И так как ранее, на старых почвенных картах, они не выделялись, то их точную площадь назвать сложно. Однако сельхозпроизводители, особенно южных российских регионов, их знают хорошо. Они могут располагаться пятнами и встречаться в границах одного поля.

– Слитые почвы особенно трудно разуплотнять, – продолжает Алексей Трубников. – У них очень узкий диапазон оптимальной для глубокого рыхления влаги. Улучшить их практически нельзя – ни фосфогипс, ни органика не в состоянии изменить их генетическую природу. К ним можно только адаптировать нормы высева и внесения удобрений при помощи технологий точного земледелия. Иными словами – не тратить на них удобрение и горючее, меняя, соответственно, режим и глубину основной обработки.

Правда, как успокаивает эксперт, на равномерности всходов это не отражается, так как после дифференцированной основной обработки почвы проводится выравнивающая финишная подготовка.

Таким образом, цель дифференцированной обработки почвы в пределах одного поля, по мнению Евгения Труфляка, заключается в том, чтобы сохранять структуру почвы и защищать ее от эрозий, оптимизировать ее дренажные свойства. И при этом за счет более эффективного расхода горючего и минимальных затрат времени сократить издержки производства в растениеводстве.

– Результаты опытов, проведенных на различных типах почв в Германии, показывают, что эта цель может быть достигнута без снижения показателей урожайности, – отмечает он.

Инструменты анализа

Как объясняет Евгений Труфляк, дифференцированная обработка почвы реализуется с использованием цифровых почвенных карт (текстура, гидроморфность почв, содержание гумуса, электропроводность почвы, а также рельеф участка). На их основе создаются карты-задания для механизаторов, руководствуясь которыми, можно технически воплощать почвообработку на разную глубину.

Сбор данных для таких карт возможен только при непосредственном взятии почвы на анализ, с привязкой к геокоординатам, причем по всему полю. Отдельно взятые замеры с помощью ручного отбора проб для лабораторных опытов не смогут выявить полной картины, так как берутся точечно.

Наибольшей производительностью и разрешающей способностью для сбора данных обладают дистанционные приземные средства зондирования. Чаще всего это беспилотники. Кроме того, можно использовать наземные мобильные средства – тракторы, автомобили или квадроциклы, на которые устанавливаются пробоотборники (пенетрологгеры).

При этом задействуются и электромагнитные методы исследования почв в низкочастотном и радиочастотном диапазонах, а также средства оптического зондирования почв и растительности в видимом и ИК-диапазонах.

Как уточняет руководитель научной группы лаборатории точного земледелия Агрофизического НИИ Санкт Петербурга Юрий Блохин, данные измерений надпочвенными электромагнитными средствами зависят от профиля измеряемого параметра по глубине, который обычно неизвестен. Поэтому для простых средств измерений почва рассматривается как однородная среда с постоянным по глубине значением какого-либо параметра. А в более сложных вариантах используются несколько каналов измерения, рассчитанные на разные глубины.

– Анализ мирового и отечественного опыта разработок в области точного земледелия показывает, что для оценки широкого спектра разнородных данных (агротехнологических характеристик почв и посевов) наиболее перспективен комплексный подход, базирующийся на обработке спутниковых и наземных данных, – замечает Юрий Блохин.

По его наблюдениям, в последнее время активно развивается новое направление получения агрофизической информации в режиме реального времени – внутрипочвенное зондирование в движении (on-the-go soil inside sensing).

Мобильные средства внутрипочвенного зондирования позволяют непосредственно измерять характеристики почвы на заданных глубинах и использовать эту информацию для интерпретации данных, полученных от дистанционного зондирования (со спутника).

Например, на базе КуБНИИТиМа (Новокубанский филиал ФГБНУ «Росинформагротех») ведется работа по исследованию уплотнений почвы в движении путем снятия показаний тягового сопротивления на крюке с одновременной привязкой к координатам. Это дает возможность считывать сопротивление машины и, соответственно, определять глубину обработки в каждой конкретной точке. Все данные затем можно представить в виде карт распределения глубины залегания переуплотненного слоя.

В Агрофизическом НИИ Санкт-Петербурга пошли дальше. Там уже разработали мобильный комплекс, обеспечивающий непрерывное измерение характеристик пахотного слоя почвы в движении с одновременной привязкой к местности. В аграрных кругах он получил название «умного плуга».

Как объясняет член-корреспондент РАН, д. с.-х. н., заведующий лабораторией точного земледелия Агрофизического НИИ Санкт-Петербурга Вячеслав Якушев, основой этого агрегата служит плоский вертикальный рабочий орган (наподобие плуга), представляющий собой измерительный блок с вмонтированными в него на одном горизонтальном уровне тремя датчиками: емкостным комплексной диэлектрической проницаемости, электропроводности и объемного влагосодержания почвы, а также измерителем температуры и сопротивления горизонтальной пенетрации почвы. Показания ими снимаются на ступенчато устанавливаемых глубинах пахотного слоя.

Таким образом, у агрономов есть возможность в привязке к координатам получить исследование своего поля, причем его глубинных слоев. Подключение к бортовому компьютеру трактора, совмещенного с системой GPS-навигации, позволяет обрабатывать показания датчиков в цифровой форме.

Метр за метром

– Мобильный комплекс может работать на глубину до 30 см и проводить онлайн-исследования не только с привязкой к координатам, – рассказывает Юрий Блохин. – Сзади на трактор ставится датчик измерения скорости и пройденного пути в виде колеса, которое фиксирует пройденное расстояние. Таким образом, вычислить и привязать значения измерений к пройденному пути не представляет сложности даже при проблемах со связью в случае попадания в мертвую зону или утерей сигнала. Периодичность записи составляет 1 м/с.

Итогом такой работы является построение электронных карт с использованием компьютерной программы, специально разработанной в Агрофизическом институте.

Карты температурно-влажностных режимов почв, по словам Блохина, позволят принимать решения об оптимальных сроках проведения полевых работ на всех этапах возделывания сельскохозяйственных культур (вспашка, внесение удобрений, посев, уход за растениями и уборка урожая).

Определение электропроводности почвенного раствора и оценка общего содержания растворенных элементов минерального питания будут полезны для принятия решений о проведении подкормок.

Картирование электропроводности почв поможет выявлению однородных по текстуре участков (с повышенным содержанием песка и глины). А данные по сопротивлению горизонтальной пенетрации почв и динамики ее изменения пригодятся для расчета нагрузок на рабочие органы орудий и решений относительно экономии ГСМ.

Кроме того, возможно будет нанести на карту данные о плотности сухой почвы (как одного из основных показателей физического состояния и пригодности почв для возделывания сельхозкультур), а также произвести мониторинг динамики уплотнения-разуплотнения почв, представить кадастровую оценку почв и сформировать решения по окультуриванию полей и увеличению мощности пахотного слоя.

– Полученные данные можно комбинировать с данными аэрофотосъемки и анализами дистанционного зондирования, – сообщает Юрий Блохин. – Комплексное исследование позволит намного быстрее и полнее собрать как аналитическую карту, так и карту-предписание.

Зарубежный или отечественный?

Подобный мобильный комплекс сканирования почвы существует и у американской компании Veris Technologies, Inc. Их агрегат под названием Veris позволяет определять механический состав почвы, содержание влаги, уровень рН, а также количество органического вещества и емкость катионного обмена (СЕС). Почва моментально сканируется оптическим сенсором, который непрерывно определяет содержание органического вещества и фиксирует позицию с помощью GPS. Одновременно происходит определение электропроводности почвы.

В России уже работает одна такая машина, однако стоимость комплекса крайне высока и, по оценкам Юрия Блохина, превышает, $70 тыс.

– Кроме того, калибровка и градуировка для различных типов почв на таких машинах должны производиться ежегодно, – отмечает Юрий Блохин. – Обновлению подлежит и программное обеспечение.

Все это пока представляет определенную сложность и обходится довольно дорого. Тогда как ПО и калибровка на «Петербургском плуге» разработаны непосредственно в России и доступны для обновления без проблем.

В Агрофизическом НИИ также планируют модернизировать свой «умный плуг» и дооснастить его оптическими каналами сканирования, благодаря чему возможности его расширятся, и машина сможет измерять кислотность и содержание органического вещества, а также фиксировать общий, аммонийный нитратный азот и общий углерод в почве.

Интеллектуальные плуги

– Опираясь на такую разнообразную аналитическую базу, возможно проводить дифференциацию основной подготовки почвы от поля к полю в пределах хозяйства, – говорит Алексей Трубников. – И самое интересное – в рамках одного поля. То есть с вариационным заглублением или выглублением почвообрабатывающего орудия (в соответствии с толщиной переуплотненного слоя, структурой почвы, рельефом и другими факторами, отраженными в картах-заданиях).

Однако, по мнению менеджера компании John Deere в странах СНГ (продукты по уходу за посевами и точное земледелие) Натальи Голик, техническая составляющая реализации дифобработки еще отстает от аналитической.

– Заглубление или выглубение орудий во время рабочего процесса можно осуществить при помощи гидравлики, – отмечает она. – Но на данный момент не так много компаний-производителей используют в своих почво­обрабатывающих орудиях активную гидравлику, управление которой осуществляется без выхода из кабины.

Например, свою модель «умного плуга» Juwel 8 в компании Lemken оснастили через ISOBUS системой управления Turn Control Pro. Как объясняет сервисный инженер российского представительства компании Lemken («Лемкен-Рус») Дмитрий Носов, на таких машинах возможны автоматический оборот плуга, а также регулировка угла наклона, ширины захвата и глубины обработки посредством гидравлического опорного колеса. При желании объем функций можно расширить. Так, например, опционально добавляются настройки ширины передней борозды, управление уплотнительным катком или регулировка защиты. Пользовательский интерфейс отображается на любом универсальном терминале, кроме того, совместимым с AUX-N джойстикам можно присвоить функции.

– На бортовом компьютере TurnControl Pro есть возможность скомбинировать и сохранить управляемые функции по четырем различным сценариям. Например, для вспашки на склонах или для мелкой вспашки, последней борозды (с немного укороченной верхней тягой и отрегулированным на малую глубину опорным колесом), – рассказывает Дмитрий Носов. – Наше орудие выглубляется и заглубляется за счет гидроцилиндров в процессе работы непосредственно из кабины. Это позволяет корректировать ведение по глубине в соответствии с картой-предписанием. Однако не в автоматическом режиме: управление сценарием вспашки и регулировкой глубины осуществляет механизатор.

То же самое касается и «интеллектуального» ISOBUS-совместимого и управляемого навесного плуга  разработки компании Kverneland – iPlough-2500. Основной акцент при его создании был сделан на полностью автоматических настройке и регулировке в процессе работы из кабины трактора. Это дает возможность оперативно настраивать плуг в зависимости от требований хозяйства и условий каждого поля.

– Так, при внезапном выходе труднообрабатываемых пород (известняк, глина и др.) оператор может отрегулировать положение агрегата из кабины и пахать на меньшую глубину, чтобы не поднимать на поверхность неплодородный слой, – приводит пример продукт-менеджер по плугам компании Kverneland Андрей Пьяных.

На данный момент только у Kverneland есть ISOBUS-управление навесными и полунавесными плугами на тележке. Система с каждым годом модернизируется и совершенствуется. А в ближайшей перспективе планируется выход ISOBUS-системы для полунавесных оборотных плугов на одном опорном колесе.

Системы коррекции

Еще интереснее обстоит дело с глубокорыхлителями и дисковыми боронами. Например, под брендом Sunflower корпорация AGCO осуществляет разработку и производство почвообрабатывающего оборудования, в том числе оснащенного новой системой Till Control.

На дисковых боронах MF1436 и культиваторах для вертикальной обработки почвы MF6631 Series система Till Control позволяет отслеживать и регулировать продольное положение рамы и гидропривода подъема. Помимо контроля глубины обработки там обеспечивается синхронизация работы цилиндров боковых секций и основных цилиндров подъема.

Как объясняет менеджер категории «почвообработка» компании «АГКО-РМ» Михаил Базан, при установке системы Till Control механизатор в режиме реального времени видит, на какую глубину работает машина, и даже если нужна точечная регулировка, произведет ее с монитора. Это становится возможным благодаря ISOBUS-совместимости агрегатов с трактором.

Кроме того, если глубины или агрессивности обработки, по мнению оператора, недостаточно, он может, также не выходя из кабины, подключить дополнительную группу рабочих органов (например, лапы или диски).

Система Till Control в настоящее время устанавливается на дисковых боронах MF 1436, культиваторах вертикальной обработки почвы MF 6631 и скоростных ротационных культиваторах MF 6830.

Такая программа особенно пригодится при разработке целинных и залежных земель, где сюрпризы в отношении смены агрофона вполне вероятны, считает Михаил Базан.

Однако в контексте автоматической подстройки и работы по картам-предписаниям наиболее интересна система агрономического контроля AFS Soil Command agronomic control от компании CNH Industrial, которая позволяет не только измерять, но и оптимизировать агрономические показатели из кабины трактора, то есть сама предлагает внести необходимые коррективы в процесс почвообработки.

Как отмечает специалист по почвообрабатывающему, посевному оборудованию и самоходным опрыскивателям компании CNH Industrial Антон Дружинин, с помощью AFS Soil Command можно в первую очередь снимать показания, то есть производить онлайн-анализ почвенных горизонтов относительно уплотнения и записывать эту информацию в виде электронных карт. А также создавать карты-предписания и по ним же строить работу – координировать управление каждым компонентом почвообрабатывающего оборудования с привязкой к изменяющимся полевым условиям.

То есть по сути это онлайн-определение и анализ показателей почвы и сразу же дифференцированная обработка поля с их учетом.

– Фактически программа выполняет задачу обучения машины в соответствии с предписаниями регулировать положение рабочих органов, – конкретизирует Антон Дружинин. – И если банальный тензодатчик при увеличении сопротивления просто вымеляет орудие из земли (чтобы его не повредить), то благодаря программе AFS Soil Command можно действовать более гибко – модулируя скорость и глубину и исходя из характера уплотнения почвы. В том числе подключать в нужный момент группу орудий дополнительной обработки (лапы, диски).

На данный момент установка программы AFS Soil Command, а с ней и автоматическая коррекция почвообрабатывающего орудия и рекомендации, выдаваемые системой, возможны только на предпосевном культиваторе Tigermate 255. На нем она выполняет задачу, обратную дифференцированию, – поддержание единой глубины посевного ложа (гидравлически оптимизирует давление на лапы и сошники во время работы и корректирует скоростной режим).

Но следующим этапом будет ее установка на дисколаповых глубокорыхлителях Ecolotiger 875, и такая работа компанией уже ведется. В России у этой технологии большое будущее, уверены эксперты.

«Умное» прижатие

Компания John Deere уже работает в этом направлении с глубокорыхлителями: в линейке ее оборудования, в том числе на комбинированном глубокорыхлителе модели 2730, появилась новая электронная опция TruSet, которая позволяет оператору изменять глубину обработки и прижимное давление рабочих органов из кабины трактора, то есть управлять гидравликой «железа».

Как объясняет Наталья Голик, благодаря гибко соединенной шарнирной основной раме орудия и, конечно, активной гидравлике система способна обеспечивать не только дифференцированное заглубление рабочих органов агрегата, но и задействовать их в нужный момент по одному или группами.

– Четыре функциональные зоны машины (передние и задние диски, ведущие лапы глубокорыхлителя и финишные катки) могут опускаться и подниматься независимо друг от друга и работать в оптимальном режиме в зависимости от поставленной задачи, – рассказывает она.

Данная опция – это набор электрических и гидравлических соединений в совокупности с датчиками, которые устанавливаются на глубокорыхлитель и трактор.

– Задание можно загрузить в виде карты-предписания, и оператор, следуя указаниям, будет управлять гидравликой (а значит, и заглублением) всех четырех зон агрегата посредством монитора, на ходу меняя прижим и глубину обработки, – уточняет Наталья Голик.

По ее словам, опросы клиентов John Deere в США и Канаде выявили необходимость в появлении такого продукта, и количество покупателей данной опции превысило 40%. Это подтолкнуло компанию с 2018 года устанавливать TruSet на дискаторы серии 2600, глубокорыхлители и культиваторы 2230 и 2330. Кстати, с этого года такая опция открыта для установки и на технике Оренбургского завода John Deere в России. В частности на дисковую борону 2633 и с 2020 модельного года – на дисковый глубокорыхлитель 2720.

А польза будет?

Хотя техника и аналитическая цифровая база для воплощения в жизнь дифференцированной почвообработки уже имеется, в мире, как и в России, это направление развивается очень осторожно.

Статистический опрос, проведенный кубанским Центром прогнозирования и мониторинга в 55 регионах РФ, показал, что дифференцированная обработка полей по ранее составленным картам-заданиям в российских хозяйствах (в том или ином виде) все же проводится. И это всего двадцать хозяйств из 55 регионов.

В тройке лидеров оказались сельхозпроизводители из Белгородской области (10), Краснодарского края (6) и Воронежской области (4).

Столь малое количество новаторов Евгений Труфляк объясняет тем, что пока аграрии не разглядели от диффобработки почвы реальной экономии или пользы.

– Кстати, экономия не всегда должна ставиться во главу угла, – считает Евгений Труфляк. – В приоритете может быть качество обработки и урожайность культуры, улучшение развития более слабых всходов за счет дифференциации.

На основании экспертного опроса, проведенного Центром прогнозирования и мониторинга, в котором участвовали 65 экспертов из 16 регионов, преимущества от применения дифференцированной обработки почвы связаны с повышением качества обработки почвы (считают 32% экспертов), экономией топлива (28%), улучшением эффективности использования машины (19%), повышением урожайности (14%), экономией времени (7%).

Алексей Трубников также видит в развитии дифобработки почвы реальную пользу.

– Солонцы и слитые почвы распределяются по полям пятнами, обрабатывать их – впустую тратить ресурс машины, горючее и семенной материал, – замечает он. – Если работать, основываясь на аналитических картах, и модулировать глубину орудия в местах их расположения, можно сэкономить до 15% ГСМ.

По его подсчетам, при плотности почвы 1,2–1,3 г/см3, даже если пахать или рыхлить всего на 1 см мельче, то не придется перемещать дополнительных 120–130 т на каждом гектаре пашни. И не тратить дорогую «горючку», тем более что стоимость обработки 1 га составляет порядка 1600 руб.

Согласно оценкам экспертов, применение в целом технологий точного земледелия, куда можно отнести и дифференцированную обработку почвы, позволит повысить урожайность на 10–20%. В том числе за счет правильного распределения глубинной влаги, менее частого выноса (перемещения) на поверхность неплодородных слоев почвы, правильного подсушивания вымочек и точечного разуплотнения спрессованных техникой слоев горизонта.

– Но главное, в результате такой дифференцированной обработки почвы, включающей вспашку, глубокорыхление и прямой посев, у сельхозпроизводителей повышается шанс противостоять эрозии, разрушению почвенной структуры и сохранить плодородие земли для потомков, – уверен Алексей Трубников. – Так как деградация почвенного покрова, отрицательный баланс гумуса и формирование уплотненного горизонта, препятствующего эффективному дренажу влаги ниже глубины обработки, не просто так становится сейчас основной темой для дискуссий фермеров и агрономов во всем мире.

Комментарий практика

«Фермерское хозяйство  Кристиана Лу» (пригород ТронхеймА, Норвегия)

Кристиан Лу, владелец:

– У меня животноводческая ферма на севере Норвегии. У нас тут преобладают песчаные, каменистые и сильно засоренные древесными остатками почвы. К вспашке прибегаю, чтобы избавиться от сорняков и камней в верхнем слое почвы. По осени также перепахиваю поля в соседних хозяйствах. Обычно это порядка 100 га. Я выбрал модель Kverneland iPlough, чтобы воспользоваться возможностями, которые дает эта полностью ISOBUS-совместимая модель. Как только плуг агрегатируется с трактором, то становится очень просто управлять им из кабины. Также новая система центральной регулировки позволяет одновременно настраивать глубину работы левого и правого предплужника. Теперь на плуге есть гидравлически регулируемое колесо, установленное на раме, которое очень удобно при обработке почвы вдоль границы поля, а также при прохождении разворотной полосы. Вдобавок к этому можно менять угол работы агрегата. Все это легко делается из кабины трактора. Я доволен приобретением: плугом легко работать как на маленьких полях неправильной формы, так и на больших – с длинными прямыми прогонами.

Отправить ссылку другу
Оставить отзыв


Оставить отзыв

E-mail:

Отзыв: