Новости
09.12.2016


08.12.2016


08.12.2016


08.12.2016


07.12.2016


17.12.2015

Современное сельское хозяйство промышленно развитых стран - это одна из наиболее наукоемких отраслей экономики. В этой связи в последний период уделяется все большее внимание так называемому высокоточному (прецизионному) земледелию, базирующемуся на использовании высоких технологий (телекоммуникационные, информационные и спутниковые навигационные системы сбора и обработки данных и пр.). С помощью такой системы и специальной техники (сеялки, тукоразбрасыватели, опрыскиватели, комбайны) проводят точный высев семян, внесение удобрений, пестицидов и биологически активных веществ, что дает большой экономический и экологический эффект. Очевидно, что система высокоточного (прецизионного) земледелия вбирает в себя весь многовековой и современный опыт, в т.ч. адаптивное (во времени и пространстве) размещение культивируемых видов и сортов растений, т.е. адаптивное агроэкологическое макро-, мезо- и микрорайонирование территории, использование адаптивных севооборотов, специальные приемы почвозащитной обработки почвы (залужение, полосная и контурная обработка, террасирование, мульчирование почвы пожнивными остатками), приемы нулевой и минимальной обработки почвы, локального внесения минеральных удобрений, капельного полива и пр. В основе высокоточного земледелия и сортовой агротехники (важнейшей составной части первого) лежит адаптивное использование природных, биологических, техногенных, трудовых и других ресурсов. Именно на такой основе могут быть обеспечены ресурсоэкономичность, природоохранность, экологическая устойчивость (надежность) и рентабельность сельскохозяйственного производства в XXI столетии.
Следует со всей определенностью подчеркнуть, что попытки свести высокоточное земледелие только к использованию технических средств, включая новые информационные системы, несостоятельны в принципе. Прежде всего, высокоточное земледелие - это адаптивно-дифференцированное использование всех (!) важнейших природных, биологических и техногенных факторов, определяющих величину, качество и сроки поступления растениеводческой продукции. Что же касается истории вопроса, то достаточно вспомнить особенности российского земледелия в ХVII-ХIХ вв. при освоении северных районов европейской части, Сибири и Дальнего Востока (тобольская, илимская, горная, амурская, «наездом» и другие системы земледелия), а также земледельческие принципы основоположников отечественной агрономии: «Узнавание, к чему какая земля наиспособнее» - А.Т. Болотов, 1747; «Не сеять того, что противно климату и почве» - У. Карпович, 1837; «по-районное сельское хозяйство»; «участковая агрономия» - И.А. Стебут, 1896; «Соотношение пашни, луга, леса, водоемов - должно быть до мельчайших подробностей приспособлено к местным условиям» - В.В. Докучаев, 1900; «Каждому участку - своя агротехника» - В.П. Мосолов, 1946 и др. Здесь же агроэкологический подход при агроэкологическом макро-, мезо- и микрорайонировании территории, т.е. принцип «спроси растение»; урожай, озвучивающий дифференциальную земельную ренту, и бонитет почвы изменяется в 5 и более раз в зависимости от адаптивных и адаптирующих особенностей культивируемого вида и сорта растений; земля «ржаная», «пшеничная», «конопляная», «льняная» и пр.; выделение у озера Неро Ярославской губернии земель «капустных», «огуречных», «луковых» и др.; «моховские урожайные карты» и пр.
Согласно Якушеву и Покровской, точное земледелие как новая методология в мире получило названия precision agriculture, precision farming site-specific management, top-orienteering computer aided farming и др. На русском языке эту технологию называют высокоточным земледелием, детальным или точным сельским хозяйством, точным фермерством, земледелием по предписанию, аккуратным земледелием и т.д. Используют и другие синонимы точного земледелия - сельское хозяйство, ориентированное на условия местообитания; полевые работы с учетом дробности условий; растениеводство с учетом локальной специфики и пр. Смысл всех этих понятий один - дифференцированный и одновременно интегрированный процесс управления ростом и развитием растений в соответствии с их биологическими потребностями в условиях «цеха под открытым небом». Высокоточное земледелие предполагает использование компьютеров, информационных технологий, данных дистанционного активного и пассивного зондирования, робототехнических устройств, специальной сельскохозяйственной техники при обязательном мониторинге условий произрастания каждой сельскохозяйственной культуры.
По мере ухудшения почвенно-климатических и погодных условий в агроэкосистемах увеличивается расход не только естественной, но и невосполнимой (ископаемой) энергии на каждую единицу растительной массы. Поэтому адаптивно-дифференцированное (высокоточное) использование химико-техногенных факторов интенсификации растениеводства приобретает особо важное значение, обеспечивая:
1. Снижение мозаичности (по плодородию и другим показателям) поля с целью повышения величины и качества урожая (уменьшение полегания, равномерность созревания и влажности зерна, однородность его партий и др.).
2. Увеличение потенциальной урожайности и экологической устойчивости агроценозов к нерегулируемым, в т.ч. и экстремальным факторам внешней среды (засухам, морозам, короткому вегетационному периоду и пр.) путем оптимизации водного и пищевого режима, снижения непроизводительных затрат исчерпаемых ресурсов и т.д.
3. Агроэкологически дифференцированное, т.е. адресное применение техногенных средств (удобрений, мелиорантов, пестицидов, орошения, техники) и агротехнических приемов с учетом химических, физических, гидротермических и топографических свойств почвы, видового состава и динамики численности популяций полезной и вредной фауны и флоры, а также особенностей адаптивного и адаптирующего потенциала культивируемых видов и сортов растений. Причем технологии или агроприемы, эффективные для одних почвенно-климатических и погодных условий, могут оказаться совершенно непригодными для других (разные экспозиции склона, механический состав почвы, засуха, или наоборот, высокая водообеспеченность). Однако степень указанной дифференциации зависит от разрешающих возможностей мониторинга и должна быть экономически оправданной (так же как размер «шага» при выделении агроэкологически однотипных территорий).
4. Учет адаптивных и адаптирующих особенностей культур и сортов (поглощение и использование NPK, поливной воды, отзывчивость на мелиоранты и т.д.). Так, поглощение минерального азота растениями кукурузы в зависимости от способов и сроков его внесения, а также влажности почвы варьирует от 30 до 68%. Коэффициент использования азотных удобрений растениями пшеницы увеличивается с 30 до 50% по мере роста содержания доступной воды в почве.
В зависимости от водообеспеченности изменяются оптимальные соотношения азота, фосфора и калия. Показано, что эффективность применения макро- и микроудобрений на разных видах и сортах растений существенно различается. Причем потребности растений в элементах минерального питания в течение вегетации изменяются.
Учет особенностей индивидуального роста и развития каждого вида и сорта растений в конкретных почвенно-климатических и погодных условиях лежит в основе сортовой агротехники. Так, значительную часть питательных веществ растения ячменя потребляют в возрасте 15-30 дней (кущение - выход в трубку), и их недостаток в этот период наиболее отрицательно сказывается на урожае. Наиболее высокая эффективность подкормки озимых зерновых культур азотными удобрениями обеспечивается при проведении ее в первые дни вегетации. При этом одним из важных показателей адаптивного применения химико-техногенных факторов является степень использования интегративного эффекта их действия. На удобренных участках, наряду с большей величиной ФАР агрофитоценоза (рис. 5.30), обнаруживается тенденция к более эффективному расходованию ресурсов влаги, а также тепла в виде поглощенной ФАР.

Концепция высокоточного (прецизионного) земледелия

В системе высокоточного земледелия необходимо учитывать последействие (прямое и косвенное) техногенных факторов как на культивируемые растения, так и на другие компоненты агроценозов и агроэкосистем. Показано, например, что на удобренных и/или орошаемых полях количество сорных растений на единицу площади, как правило, возрастает в несколько раз. Причем увеличение засоренности и вредоносности происходит преимущественно за счет лишь некоторых видов сорняков, для которых создаются наиболее благоприятные условия. Внесение высоких доз азотных удобрений, усиливая гидролитическую направленность обмена веществ в растениях, благоприятствует развитию ряда растительноядных насекомых и клещей. Поскольку частота и интенсивность проявления некоторых болезней зависят от величины pH почвы, изменение этого показателя при разной агротехнике должно находиться под постоянным контролем. Следовательно, каждый агротехнический прием следует разрабатывать с учетом его влияния на состояние экологического равновесия в агроэкосистеме в целом (сохранение биологической активности почвы, полезной орнито- и энтомофауны и т.д.).
Весьма перспективным для повышения ресурсоэнергоэкономичности и природоохранности высокоточных технологий возделывания сельскохозяйственных культур станет переход к прогрессивным способам полива (капельное, аэрозольное, дождевание), от сплошного к локальному (направленному) внесению пестицидов и удобрений. Реальная же ситуация состоит в том, что недостаточно адаптивно-дифференцированное использование техногенных факторов интенсификации растениеводства невозможно компенсировать всевозрастающими затратами невосполнимой энергии.
Технологии высокоточного земледелия включают три основных направления:
1) сбор и накопление детальных данных о почвах, эффективности разных доз и сроков внесения удобрений, мелиорантов и агрохимикатов, о погодных условиях и получаемых урожаях; причем эти данные должны быть точно привязаны к конкретной местности;
2) разработку стратегии и программ по дифференцированному уходу за посевами, исходя из их текущего состояния;
3) создание разного рода датчиков, машин и механизмов с электронным управлением для осуществления сбора данных и дифференцированного ухода за посевами.
В системе высокоточного земледелия и сортовой агротехники учитывают феномен пространственной и временной изменчивости показателей почвенного плодородия и других условий роста растений; оценивают различные способы измерения этих показателей и условий; выявляют и оконтуривают на местности и охарактеризовывают относительно агроэкологически однородные участки поля или севооборота; разрабатывают конкретные рекомендации для каждого хозяйства, участка, культуры и сорта (гибрида).
Интегральная характеристика содержится в картах урожайности, характеризующих изменчивость величины и качества урожая в пределах поля за многолетний период. Карты урожайности составляют с помощью разного рода конкретных непосредственных характеристик при сборе урожая и привязывают их к местности с помощью системы позиционирования (приемник сигнала, с помощью которого фиксируют положение агрегата при его движении с точностью до нескольких метров). Внесение удобрений осуществляется в точном соответствии с пестротой поля по плодородию. Многолетние наблюдения показывают, что границы определенной величины и качества урожая даже на одном поле меняются от года к году.
Ценную оперативную информацию о свойствах почв и состоянии посевов удается получать по снимкам с вертолетов, самолетов и спутников. При этом особенно четко выявляются различия в обеспеченности посевов питательными веществами и влагой, а также данные о биомассе и интенсивности фотосинтеза растений. Вся информация относительно свойств почв и других условий роста и развития растений на отдельных участках поля собирается и обрабатывается с помощью геоинформационных систем (ГИС). Специальные службы представляют эти снимки пользователям почти сразу после завершения аэрофотосъемки. Они же могут передавать в распоряжение хозяйств и многоцифровые электронные агротехнические карты (урожайности, дозы внесения удобрений и энергозатрат и пр.) или специально разработанные компьютерные программы проведения агротехнических мероприятий.
В настоящее время большинство сельскохозяйственных предприятий, например в Германии, оснащены компьютерами, имеют современную технику, почвенные карты, данные аэрофотосъемки и пр. Необходимую помощь в организации производства на новых принципах за плату оказывают специальные службы, которые проводят взятие проб почв, составляют карты полей, помогают с оснащением сельскохозяйственных машин электронным оборудованием. В хозяйствах, работающих на принципах высокоточного земледелия, удалось на 1,5-9,0% повысить урожайность и эффективность использования удобрений; уменьшить загрязнение грунтовых вод нитратами; увеличить содержание протеина в зерне и т.д. Состояние посевов зерновых культур здесь определяется датчиками, установленными на тракторе и измеряющими уходящее инфракрасное излучение. Показания датчиков передаются на рабочие органы тукоразбрасывающего механизма и определяют дозу вносимых удобрений. Перед началом работы система настраивается с учетом особенностей конкретного поля и принятых верхних границ для доз удобрений. Настройка требует от работника достаточной квалификации и определенного навыка и опыта. В целом же система автоматического дозирования вносимых на поля удобрений открывает возможность перехода к высоким технологиям в сельскохозяйственном производстве с использованием аппаратуры глобального позицирования, картирования почв и показателей урожайности.
В США под высокоточным земледелием понимают целенаправленное вложение средств в выращивание растений в соответствии с их потребностями на уровне микроучастков. При этом конгресс США определяет высокоточное земледелие как интегрированную информационно-производственную сельскохозяйственную систему, призванную в долгосрочном плане повысить экономическую эффективность производства как на отдельных участках, так и на территории всего фермерского хозяйства при минимальном воздействии на окружающую среду. Сама система высокоточного земледелия представляет совокупность технологий пространственного и временного ориентирования, а также средств контроля, обеспечивающих дифференцированное использование естественных и антропогенных ресурсов. Для практической реализации возможности перехода фермерских хозяйств к высокоточному земледелию при МСХ США образован соответствующий консультативный центр и курсы обучения, а также система фермерского кредитования. На новую технологию здесь переходят в основном крупные хозяйства, располагающие средствами (с доходами выше 500 тыс. долл), необходимыми для приобретения оборудования, комплект которого (монитор урожайности, приемник сигнала - бортовой компьютер) стоит 10-15 тыс. долл. Следовательно, предлагаемая технология высокоточного земледелия строится на основе высоких технологий и требует очень больших вложений в исследования, разработки и внедрение.
Вместе с тем, как уже отмечалось, переход к высокоточному земледелию базируется как в целом, так и на уровне отдельных операций на общеизвестных законах земледелия. Очевидно, например, что при этом необходимо учитывать действие закона «убывающего плодородия» или «непропорциональных прибавок урожая», в соответствии с которым:
- каждое последующее преодоление максимального уровня урожайности, валового сбора, использования «лучших» земель становится все более дорогостоящим и экологически уязвимым;
- ускоряются темпы достижения предельного уровня эффективности факторов (освоения новых земель, насыщения техникой, применения удобрений, мелиорантов, пестицидов; переход порога допустимой антропогенной нагрузки и пр.)
- в условиях бездотационного хозяйства для объективного покрытия неизбежного «удорожания» самого перехода к высокоточному земледелию важно обеспечить:
а) снижение затрат исчерпаемых ресурсов на каждую дополнительную единицу продукции;
б) размещение культур на «лучших» для них землях, т.е агроэкологическое макро-, мезо-, микрорайонирование;
в) оптимизацию видовой структуры посевных площадей и землепользования (адаптацию «до мельчайших подробностей» к местным почвенно-климатическим и погодным условиям, а также требованиям рынка).