НОВОСТИ

Экономика питания GPRS

ТЕГИ:

Роберт «Бобби» Гриссо, инженер-агротехник, факультет систем проектирования биосистем

Марк Элли, бывший консультант по агрономии и профессор энвироники зерновых и почвы

Уэйд Томасон, адъюнкт-профессор и консультант по зерновым культурам, кафедра энвироники зерновых и почвы

Дэвид Холсхаусер, адъюнкт-профессор и консультант по агрономии, кафедра энвироники зерновых и почвы, Вирджинский политехнический институт

Гэри I Роберсон, адъюнкт-профессор и консультант по вопросам сельского хозяйства, Университет Северной Каролины

Для внесения удобрений можно использовать самые разные устройства. из технологий дифференцированного внесения удобрений используют устройства, аналогичные тем, что применяются для борьбы с сорняками (опрыскиватели) и внесения извести (разбрасыватели сухого вещества). Их эффективность может быть ограничена влиянием погодных условий, составом нутриентов в почве и сезонными циклами. Мы рассмотрим основные удобрения и обсудим, почему некоторые из них лучше вносить с помощью устройств дифференцированного внесения.

Известь

По данным экономистов, одной из наиболее выгодных стратегий точного земледелия по управлению влажностью почвы является дифференцированное внесение извести. Реакция урожайности на влажность почвы выражается в том, что урожай может снизиться как при слишком высоком уровне кислотности (pH), так и при слишком низком. Следовательно, урожай пострадает и при недовнесе-нии, и при избыточном внесении извести; таким образом, повышение точности внесения означает более высокий урожай. Производители используют устройства дифференцированного внесения сухих химикалий (наполнители -вещества, улучшающие или мелиорирующие почву) и удобрения с известью (азот, фосфор, калий и азотно-фосфорно-калийное минеральное удобрение), к которым относятся центробежные разбрасыватели и струйные (пневматические) аппликаторы. Разбрасыватели с одной воронкой позволяют вносить только один продукт за раз. Лента или цепочка транспортера доставляет материал от воронки на вращающийся диск. Доза внесения контролируется настройкой степени открывания клапана и/или изменением скорости подачи. Струйные (пневматические) устройства VRA переносят равномерное количество материала струей воздуха по трубкам, идущим вдоль штанги. У этих устройств имеются расположенные по центру бункеры (они же воронки), которые позволяют транспортировать сухие вещества в виде взвеси в потоке воздуха. На каждом бункере можно установить устройства, которые на ходу будут смешивать подаваемые химикалии и контролировать количество одного или нескольких компонентов. Технологическую карту кислотности (pH) можно разработать, используя выборку по сетке (grid sampling), или с помощью мобильного датчика, снимающего показания на ходу. Мобильный датчик - это устройство, которое зачерпывает небольшое количество почвы, прижимает ее к электроду, ждет момента, когда электрод стабилизируется, записывает показания и затем промывает механизм, подготавливая его к забору очередной пробы. Это автономный прибор, который крепится на приборную панель грузовика, пикапа или небольшого трактора,плюс мобильный датчик для измерения электропроводности почвы.

Технологическая карта кислотности  Платформа мобильного датчика
 Технологическая карта кислотности с помощью выборки по сетке  Платформа мобильного датчика Veris Mobile Sensor Platform (MPS) со встроенным контролем влажности

Фосфор

Дифференцированное внесение фосфора занимает, пожалуй, второе место по экономической эффективности изо всех видов внесения с изменяемой дозой. Фосфор не так быстро разлагается в почве, как азот (ЭД. Это значит, что результаты тестирования свойств почвогрунта методом выборки по сетке не устаревают годами. Капиталовложение в тестирование почвы на фосфор экономически оправдано, однократное тестирование точно не повредит.

Азот

Дифференцированное внесение азота не так распространено среди сельхозработников, несмотря на потенциальные экономические и экологические преимущества, которые может дать эта практика. Главное препятствие на пути ее распространения состоит в том, что рекомендуемые нормы азотных удобрений, рассчитываемые исходя из запланированного урожая, зачастую слабо коррелируют с реальным экономическим оптимумом доз внесения азота. Модели азотистых реакций часто зависят от конкретного участка и времени года и могут широко варьировать на одном и том же поле, что дополнительно усложняет разработку технологических карт. При параллельном сравнении постоянной и дифференцированной доз внесения азота обнаружилось, что ни у одной из стратегий нет заметных преимуществ в урожайности, прибыльности, поглощении азота в масштабах поля и эффективности поглощения азота отдельными растениями. В будущем, возможно, более глубокое понимание временных колебаний содержания азота в почве, более удачное моделирование зернопроизводства, улучшение методов и средств насыщения почвы азотом помогут производителям эффективнее использовать преимущества дифференцированного внесения азота. Датчики слежения за культурами в реальном времени представляют самый большой потенциал для дифференцированного внесения азота, поскольку специально созданы для выявления потребности в азоте в данный конкретный момент. Чтобы правильно откалибровать эти системы, на поле надо создать хорошо удобренные зоны. Проводящиеся в настоящее время исследования помогут решить, будут ли подобные системы широко использоваться в будущем. Ключ к успеху широкого распространения дифференцированного внесения азота -разработка таких критериев принятия решения, которые могут в точности спрогнозировать такие дозы азота для участков полей кукурузы, пшеницы, риса и других зерновых, которые были бы экономически обоснованными и экологически безопасными.

Современное дифференцированное внесение азота

В середине 1990-х годов многие исследователи ожидали, что вскоре будут разработаны рекомендации по точному внесению азота в почву для каждого из участков поля. В какой-то степени такой оптимизм объяснялся тем, что было создано много новых инструментов для каждодневного измерения параметров участка, непосредственно влияющих на содержание азота в растениях, на содержание азота в почве и на общую урожайность зерновых. К таким инструментам относятся предсезонные и проводимые поздней осенью тесты почвы на азот, на накопление азота в растениях в конце сезона, дистанционное тестирование параметров растений и почвы, отслеживание урожайности по отдельным участкам и составление карт электропроводности почвы. Однако чтобы эти новые инструменты стали эффективными, технологические карты, которые будут создаваться на их основе, должны быть точными и успешно применяться из года в год.

Проактивные стратегии

Первые стратегии дифференцированного внесения азота носили проактивный, предписывающий характер. Поля делились на небольшие участки, и к этим отдельным «зонам контроля» применялись методы, разработанные для обработки азотом всего поля. Технологическая карта дифференцированных доз азота создавалась еще до наступления вегетационного периода, и удобрения вносились в обычные сроки. Эти подходы включали в себя использование выборки почвы на основе сетки и применение зон урожайности зерновых. В целом множество проведенных исследований выявили следующее:

> не наблюдается устойчивого роста прибыли - ни при однородном, ни при дифференцированном внесении азота;

> стратегия внесения азота никак не влияет на урожайность;

> в результате дифференцированного внесения азота не наблюдалось значительного снижения уровня остаточного азота в почве после окончания сезона выращивания;

> обе стратегии могут оказаться лучше в какой-то определенный год - все зависит от погодных условий, более или менее благоприятных для данной культуры;

> доза внесения при пересчете на все поле одинакова при любой стратегии.

Ясно, что требуются обширные дополнительные исследования, которые позволили бы предсказывать модели реакций почвы на внесение азота в масштабах всего поля.

Реактивные стратегии

 Второй подход - внесение азота на каждый участок индивидуально - связан с реагированием на фактический уровень азота на полях зерновых во время вегетационного периода. Количество азота в растениях отслеживается практически в реальном времени, и внесение азота производится только в том случае, если в нем действительно есть потребность. В этом методе для определения недостатка азота в растениях используется отражение света от растения или листового покрова или же содержание хлорофилла. В нем может использоваться изображение дистанционно обследуемого листового покрова растений и обычно требуется надежный «контрольный ряд» удобренных азотом растений на данном поле. Интересно то, что эти оптические методы позволяют создавать посезонные технологические карты азота, которые основываются скорее на азотной нагрузке на растения, нежели на прогнозируемых уровнях урожайности.

Зондирование на ходу

Существует несколько коммерческих систем на основе датчиков, используемых в настоящее время для дифференцированного внесения азота. Как пример можно привести датчики GreenSeeker и OptRx Crop Sensor. Оба прибора опосредованно оценивают уровень хлорофилла и количество биомассы, рассчитывая NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) - нормализованный относительный индекс растительности (НОИР).

Применение азота для зерновых культур

В основе устройств внесения азота, использующих GreenSeeker (рис. 2), лежит тот принцип, что количество удобрения, требующееся на определенном участке данного поля, можно определить с помощью внесения азота полосой во время или вскоре после посева. В дальнейшем сравнивают отличия в развитии растений на остальном поле и на этой удобренной полосе. Удобренный азотом ряд представляет собой область, в которой азот не является фактором, снижающим урожай.

Внесение удобренитй Оптический датчик
Измерение НОИР Фото 2.Измерение НОИР с помощью оптического датчика GrennSekker и дифференцированне внесение сухих и жидких удобрений 
Фото 3. Пример электронных карт полей до и после точного внесения удобрений
Фото 3. Пример электронных карт полей до и после точного внесения удобрений

Экономическое сравнение исследований дифференцированного внесения

Lambert and Lowenberg-DeBoer(2000) собрали 108 исследований, в которых были представлены экономические показатели, выявленные в результате изучения вопроса. Судя по этим данным, в результате применения технологий точного земледелия в 63% случаев наблюдается положительная чистая прибыль, в 11% -убыток, а в 27 случаях (26%) результаты можно толковать двояко.

Оптический анализатор Определение наличия органического вещества
Определение наличия органического вещества в почве  и его состава с помощью оптического анализатора  

Для всех выявленных комбинаций различных технологий точного земледелия в более чем 50% исследований отмечены положительные экономические результаты, за исключением системы мониторинга урожайности при дифференцированном внесении, где для составления технологической карты использовались только данные урожайности (табл. 1).

Таблица 1. Краткая сводка экономических преимуществ

Примерно в 60% исследований дифференцированного внесения азота или трехкомпонентного азотно-фосфорно-калийного минерального удобрения приводятся положительные с экономической точки зрения результаты. Когда все исследования были разбиты на категории по культурам (табл. 2) - зерновые, кукуруза, соя и сахарная свекла, то более чем в 2/3 всех случаев были отмечены положительные показатели прибыли. Лишь по пшенице прибыль отмечалась всего в 20% исследований и еще в 20% результаты оказались смешанными. В целом из всех исследований, в которых имеются численные оценки дифференцированного внесения азота, прибыль отмечена в 72% исследований по кукурузе и в 20% по пшенице. Уровни доходности широко варьируют в зависимости от культуры и технологии. Средний уровень дохода в результате дифференцированного внесения азота в исследованиях, посвященных сахарной свекле, составляет $74 на акр (чистый доход $48,25). Предполагаемый доход от дифференцированного внесения извести на основе сетки (сторона сетки-2,5 акра) варьирует от $3,46 до $5,07 на акр. Предполагаемый доход от густоты растений кукурузы, посаженных с помощью технологии дифференцированного внесения, составляет от $0,97 до $2,72 на акр. Доход от контроля засоренности с помощью дифференцированного внесения препаратов варьирует в зависимости от засоренности и очаговости - от $0,01 до $11,67 на акр. Смешанные результаты указывают, что хотя могут наблюдаться и некоторые положительные показатели чистого дохода, в исследовании Lambert and Lowenberg-DeBoer (2000) все-таки недостаточно данных, чтобы поддержать общее утверждение о том, что одинаковые результаты могут быть достигнуты при одинаковых условиях.

Таблица 2. Краткий отчет о технологиях точного земледелия

Резюме

Устройства для дифференцированного внесения таких материалов, как семена, известь, удобрения и пестициды - это одна из стратегий контроля, позволяющая решить проблему изменения дозы внесения, существующую при обработке сельхозугодий. Настройка дозы внесения непосредственно во время обработки поля (на ходу) требует наличия датчиков, электронных контроллеров и систем механических приводов, которые действуют как средства регулирования дозы внесения. Существует два подхода к настройке дозы внесения - на основе датчиков и на основе карты. У каждого метода свои достоинства и недостатки. В будущем лучшим подходом, скорее всего, станет комбинация обоих методов. В настоящее время большинство технологий регулирования дозы внесения представлены на рынке. Решение о том, использовать или нет дифференцированное внесение и технологические карты для разных веществ, в самом прямом смысле зависит от поля. Не каждая ферма или поле продемонстрируют рост прибыли в результате использования технологии дифференцированного внесения. Однако эти технологии предлагают производителям возможности по повышению как производительности, так и экологической эффективности зерно производства, поэтому они должны быть тщательно просчитаны.

 

ВИДЕО
СОБЫТИЯ