Geum.ru

Агрохимическая политика в апк: уроки прошлого и современные задачи

Вид материалаУрок

Содержание


Банкина Т. А.
Перспективы внедрения точного земледелия в производство в условиях ленинградской области
Якушев В. В.
Пути и задачи развития и совершенствования агрофизической амс как элемента технологии точного земледелия
Информационно-агроэкологическое обеспечение точного земледелия в условиях цчр россии
Подобный материал:
1   2   3   4   5   6   7

^ Банкина Т. А., доцент СПбГУ, к. б. н.

Полевые севообороты – основа сельскохозяйственного производства Нечерноземья – размещаются на автоморфных дерново-подзолистых почвах оптимального гранулометрического состава от супесей до средних суглинков благодаря выборочности и давности освоения. Плодородие этих почв определяется двумя показателями влагоемкостью полного почвенного профиля и пулом доступного растениям почвенного азота. Набор сельскохозяйственных культур, возделывая которые в полевых севооборотах можно сохранить исходный уровень плодородия или даже повысить его – зерновые, картофель, бобовые и крестоцветные в качестве сидератов. Продуктивность возделываемых культур зависит от плодородия, оптимальной кислотности, доз вносимых азотных, фосфорных и калийных минеральных удобрений, а также от интенсивности технологических воздействий.

Смешение понятий плодородие и продуктивность привело в недавнем прошлом к негативным последствиям. Период с 1960 по 1990 год, благоприятный для экономического роста аграрного сектора России, потерян – ни плодородие почв, ни продуктивность возделываемых сельскохозяйственных культур заметно не повысились. На конец этого периода Россия, по данным ФАО, не достигла урожайности, полученной в аграрном секторе Европы еще в 1960 году.

Воспроизводство плодородия возможно при последовательном выполнении нескольких обязательных условий. Первое условие зиждется на обязательном возврате в почву всей произведенной побочной продукции, что позволяет поддерживать гумусированность и, как следствие, влагозапас. Второе – восполнение пула почвенного азота, доступного растениям благодаря возделыванию в севообороте бобовых культур. Это позволило странам Европы довести урожайность зерновых до 26 ц/га без применения минеральных азотных удобрений в конце ХIХ века (Прянишников,1934). Повышать урожайность за счет внесения в почву большого количества минеральных удобрений, главным образом азотных, весьма затратно экономически и экологически опасно.

Применение повышенных доз азотных удобрений приводит к нарушению нормального функционирования микробной биоты. Снижается интенсивность или сводится на нет ее основная функция – перевод азота, лабильных органических соединений, поступающих из растительного опада, детрита и гумуса в течение вегетации, в минеральную форму, когда потребность в нём растений максимальна, и, напротив, связывание оставшегося в почве минерального азота в органическую форму в процессе иммобилизации в осенне-весенний период.

Снижение плодородия проявляется в том, что доля почвенного самовозоб­новляемого азота в урожае снижается. Для сохранения достигнутого уровня продуктивности необходимо постоянно вносить в почву возрастающие дозы минеральных азотных удобрений. При этом малозатратная почвенно-биологическая система производства продукции постепенно трансформируется в высокозатратную субстратно-минеральную.

Принципы точного земледелия необходимы для мониторинга полей севооборота по содержанию в почвенных образцах питательных элементов (агрохимический контроль) и для обследования состояния вегетирующих растений (фотометрический контроль). Возможность проведения точной коррекции почвенных условий и состояния растений путем локального внесения малых доз питательных элементов – весьма существенное преимущество этого метода.

Как было показано (Иванова и др., 1987), с максимальной интенсивностью, равной 4–6% за ротацию 6-польного зерно-травяно-пропашного севооборота, расширенное воспроизводство плодородия достигается при внесении малых доз минеральных азотных удобрений. Стремление получать максимальные урожаи за счет применения, главным образом, высоких доз минеральных азотных удобрений, по нашему мнению, не имеет перспективы. Минеральные азотные удобрения безусловно нужны, но дозы их должны быть такими, чтобы гармонично встраиваться в агросистему, ускоряя ее функционирование.

Плодородие почвы – это основа устойчивого развития, определяемого как развитие, которое обеспечивает потребности ныне живущего поколения и не лишает будущие поколения возможности удовлетворять свои потребности. Основой устойчивости и сбалансированности агросистем является их биологизация, что предполагает прежде всего оптимизацию циклов биофильных элементов, в первую очередь азота.

^ ПЕРСПЕКТИВЫ ВНЕДРЕНИЯ ТОЧНОГО ЗЕМЛЕДЕЛИЯ В ПРОИЗВОДСТВО В УСЛОВИЯХ ЛЕНИНГРАДСКОЙ ОБЛАСТИ

Якушев В. П., директор АФИ, член-корреспондент РАСХН, д. с.-х. н., профессор, ^ Якушев В. В., заведующий сектором, к. т. н.,
Комаров А. А., заведующий отделом, д. с.-х. н.,
Хомяков Ю. В., заведующий лабораторией

Точное земледелие (ТЗ) – фундаментальная наука, занимающаяся разработкой стратегии и тактики земледелия, а также оперативным управлением продукционным процессом сельскохозяйственных растений с учётом биологических особенностей культуры и сорта, локальных условий почвенного питания растений и микроклиматических особенностей территории. Точное земледелие ещё называют топоориентированным земледелием, земледелием по предписанию, точным сельским хозяйством, корректным сельским хозяйством и т. д. ТЗ является одним из самых современных и перспективных направлений в земледелии. В мировом сельскохозяйственном производстве практическим внедрением технологий точного земледелия (Precision Agriculture) занимаются немногим более 10 лет. Но уже сейчас около 80% фермеров в США используют эту технологию или её отдельные элементы. В России, как и в Украине, с ТЗ познакомились сравнительно недавно, около 5 лет назад. С 2009 г. формируется государственная программа развития точного земледелия и в Беларуси.

В настоящее время на международном уровне действует несколько проектов и программ внедрения ТЗ в производство. Одним из таких успешных проектов является проект Farmstar, обеспечивающий создание таких информационных продуктов для сельскохозяйственных кооперативов и фермеров, которые помогают им улучшить контроль за посевами, используя идеологию ТЗ.

Проект Farmstar разработала компания EADS (Astrium) совместно с аграрными институтами, такими как ARVALIS (для пшеницы и кукурузы), Cetiom (для рапса) и ITB (для сахарной свеклы). Основными заказчиками, использующими разработки ТЗ, выступают крупные сельскохозяйственные кооперативы разных стран. Система взаимоотношений между разработчиками проекта и заказчиками действует на договорной основе. Только за 2003–2004 гг. услугами Farmstar воспользовались 800 фермеров, обрабатывающих 37 000 га. За счет реализации ТЗ увеличение валовой прибыли по пшенице у них составляло в среднем €25–35/га.

Разработкой и внедрением информационных технологий ТЗ АФИ занимается последние пять лет. Практическое внедрение начато с 2006 г на опытных полях Меньковской опытной станции (600 га).

За три года исследований, только за счет дифференцированного внесения средств химизации на участках, где использовалось ТЗ, сэкономили более половины от обычно вносимых минеральных удобрений. При этом получили урожайность яровой пшеницы на 22% выше, чем при высокоинтенсивной технологии, в которой применяли ту же технику, но использовали средства химизации традиционным способом. Урожайность в производственных посевах яровой пшеницы достигла 40–51 ц/га и могла быть увеличена еще более, но сдерживалась продуктивностью сорта. Однако не только высокий экономический эффект за счет увеличения урожайности, но воспроизводство почвенного плодородия, высокое качество урожая, уменьшение сброса питательных веществ в водотоки и водоемы обеспечивают совокупный эколого-экономический эффект внедрения ТЗ в производство.

Практическое внедрение ТЗ в хозяйствах Ленинградской области начато совсем недавно. В прошедшем 2008 г. силами специалистов АФИ были обследованы два хозяйства общей площадью около 200 га. В 2009 г. Комитет по АПК Ленинградской области заказал АФИ обследовать уже более 7000 га сельхозугодий. Подобное обследование, проведенное по методике ТЗ, позволяет получить электронные карты полей и разбить поля на элементарные участки заданных размеров. Для проведения почвенно-агрохимического обследования использовался мобильный автоматизированный комплекс, позволяющий осуществлять отбор проб почвы по заданному маршруту с одновременным составлением электронной карты отбора проб. Устройство отбора почвенных проб с GPS-привязкой реализовано на базе автомашины «Нива». Только такой тип обследования может обеспечить последующую навигацию прецизионной техники внесения удобрений по выбранному маршруту.

Для своевременного представления данных агрохимического обследования институтом сформирована лаборатория почвенно-агрохимических исследований, получившая аккредитацию в системе СААЛ. Лаборатория оснащена и продолжает оснащаться новейшей приборно-аналитической техникой, предназначенной для проведения детальных научных исследований. Кроме того, для проведения массовых агрохимических анализов обследованных почв лаборатория имеет соответствующее оборудование, а также аппаратуру и для экспресс-анализов по растительной и почвенной диагностике.

В настоящее время в АФИ разрабатываются новые управляющие элементы системы ТЗ, включая как новые приборы и оборудование, так и новые удобрения и средства регуляции роста и развития растений (препарат «Стимулайф»).

Дальнейшие этапы формирования ТЗ предусматривают разработку систем оперативного (полевого) контроля за состоянием почв и растений. В настоящее время в АФИ осуществляется разработка приборов и оборудования ТЗ нового поколения, призванных оценивать изменения агрохимических и агрофизических показателей пахотного слоя почвы не только в стационарном режиме, но и во время движения сельскохозяйственных агрегатов.

^ ПУТИ И ЗАДАЧИ РАЗВИТИЯ И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ АГРОФИЗИЧЕСКОЙ АМС КАК ЭЛЕМЕНТА ТЕХНОЛОГИИ ТОЧНОГО ЗЕМЛЕДЕЛИЯ

Тулин Е. В., ведущий научный сотрудник Агрофизического НИИ,
к. т. н., старший научный сотрудник, Власов Ю. С., старший научный сотрудник Агрофизического НИИ, Никифоров А. А., ведущий инженер Агрофизического НИИ

В мире производится большое количество автоматизированных метеорологических станций для обслуживания объектов различных отраслей, деятельность которых зависит от погодных условий. В ряду этих отраслей сельское хозяйство занимает одно из первых мест. АМС поставляют на рынок фирмы ELE International Ltd. и Delta-T Devices (Англия), Vaisala (Финляндия), Dinamax Inc.(США), A. Paar (Австрия). В России АМС для метеорологических наблюдений разработаны Центральным конструкторским бюро гидрометеорологического приборостроения (г. Обнинск) – «Метеорологический комплекс МК», ВНИИ измерительной техники (г. Королев) – «Устройство контроля метеопараметров Модель МС-1». Имеется также совместная разработка ИРАМ и Vaisala – «Автоматизированная ИИС «Погода». В Главной Геофизической обсерватории (Санкт-Петербург) разработана АМС типа АМИИС-2000 для замены метеостанций в сети Роскомгидромета. Основное назначение таких АМС в агрометеорологии – это получение информации для локального прогноза опасных для культурных растений метеоусловий, таких как заморозки, гололед, пыльные бури, условия возникновения и развития болезней и вредителей.

Как правило, измерительная информация агрометеостанций используется в математических моделях и алгоритмах прогноза опасных метеоусловий, являющихся чисто эмпирическими (регрессионными). В Агрофизическом научно-исследовательском институте проводятся также работы по использованию локальной агрометеоинформации для предсказания критических явлений в агроландшафтах на основе динамических моделей, которые являются более точными и универсальными. Разработанная а Агрофизическом институте АМС-АФИ за счет обеспечения градиентных (двухуровневых) измерений температуры и влажности воздуха (парциального давления водяных паров), скорости ветра пригоден для выполнения названных функций. Разработка и применение агрометеорологических информационно-измерительных систем (ИИС) и информационно-вычислительных комплексов (ИВК) на протяжении десятилетий являлась одной из центральных проблем в системе научных направлений Агрофизического института. При формировании требований к создаваемым системам одним из руководящих принципов служило четкое понимание системного характера рассматриваемых вопросов. Возникшее в рамках системного подхода понятие инструментального контроля (ИК) полевых агротехнологий и, в частности, его центральная часть – текущий контроль, под которым понимается, в основном, локальная агрометеорологическая информация, получаемая при реализации технологического процесса в полевых условиях, является основной сферой приложения и назначения агрометеорологических агрофизических ИИС, автоматических метеорологических станций (АМС) и ИВК.

Обозначенный ряд проблем и, в том числе, место и роль текущего ИК в общей проблематике точного земледелия, направлен на возрождение агрофизического приборостроения на базе современных технических и технологических достижений и системного подхода. В рамках решения поставленных задач нами разработан и испытан в полевых условиях в течение вегетационного периода сезона 2007 г. (май – октябрь), макет агрофизической полевой агрометеорологической ИИС. По результатам испытаний разработана структура, подготовлен и испытан в сезон 2008 г. макет многофункциональной 32-канальной автоматической агрометеорологической станции. Оба комплекса реализованы как распределенная система, могущая включать от одного до нескольких узлов (модулей) и центрального управляющего процессора. Каждый узел – модуль удаленного сбора информации (МУСИ) является самостоятельным устройством и выполняет несколько функций: прием команд от центрального процессора (ЦП); съём показаний датчиков; оцифровку данных; связь с персональным компьютером (ПК) для пересылки результатов измерений. Очевидным преимуществом выбранной распределенной системы является сведение множества кабелей от датчиков к одной «витой паре», увеличение надежности, гибкости и эффективности. Возможность цифрового канала зависит только от оконечных устройств, информация канала становится двунаправленной. Появляется возможность удаленной параметризации и калибровки датчиков и чувствительных элементов. Наличие единой базы параметров (ПК), обслуживание всех подключенных к цифровому каналу передачи данных оконечных устройств с одного места позволяют выполнять обслуживание и управление на более высоком уровне.

Разработанные и испытанные структуры являются основой для организации сравнительных испытаний вновь создаваемых датчиков и чувствительных элементов, а также основным инструментом внедрения автоматизированных информационно-коммуникативных технологий хозяйства. Перспективной задачей является организация вывода параметров текущего ИК агротехнологий не только на ПК полевой лаборатории, на ПК рабочего места агронома и других руководителей, но и на мобильные телефоны сотовой связи.

^ ИНФОРМАЦИОННО-АГРОЭКОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ТОЧНОГО ЗЕМЛЕДЕЛИЯ В УСЛОВИЯХ ЦЧР РОССИИ

Васенев И. И., заведующий кафедрой экологии РГАУ-МСХА им. К. А. Тимирязева, д. б. н., профессор

Россия в технологических вопросах прецизионного земледелия значительно отстала от экономически развитых стран – несмотря на свою богатую историю детальных исследований структуры почвенного покрова (СПП) и варьирования плодородия. Открытые условия современного технологического и продовольственного рынка, преобладание крупных сельскохозяйственных производителей и традиционная унификация производства, жесткий дефицит материально-технических средств и необходимость обновления машинного парка – создают хорошие предпосылки для ускоренного развития и внедрения этих перспективных технологий в России.

Агроэкологическое обеспечение прецизионного земледелия включает в себя:

– анализ основных закономерностей реальной пестроты урожайности в пределах поля – в различных почвенно-агроэкологических условиях;

– исследование труднорегулируемых факторов пестроты урожайности (почвенный покров, геоморфологические и погодные условия, семена);

– исследование регулируемых факторов пестроты урожайности (рост и развитие растений, их стрессовые состояния, вредители и болезни);

– геоинформационное моделирование внутрипольного варьирования урожайности и основных агроэкологических факторов ее формирования;

– формирование детальных агроэкологических требований основных зональных культур (в перспективе, сортов) – на основных фазах их развития;

– разработку алгоритмов и нормативов агроэкологической оценки земель – для формирования дифференцированных агротехнологических карт;

– разработку рационально дифференцированных приемов (норм, доз…) применения агротехнологий – для снижения варьирования урожайности, непроизводственных потерь и экологического ущерба агроландшафта.

Черноземная зона РФ традиционно относилась к регионам с наименее контрастными структурами почвенного покрова и благоприятными условиями для применения однородных зональных технологий на больших, недифференцированных в агропроизводственном отношении полях. Агрогенно активизированные процессы эрозии, другие виды деградационных процессов значительно усложнили структуру почвенного покрова, повысили его контрастность и способствовали формированию существенной внутрипольной дифференциации основных параметров плодородия, агротехнических и агроэкологических свойств почв [«Агроэкологическое состояние…», 1996; «Антропогенная эволюция черноземов», 2000; Васенев, 2003; 2008]. Это привело к значительному снижению эффективности недифференцированно (однородно в пределах всего поля) применяемых технологий, повышенному загрязнению почвенно-грунтовых вод и водоемов.

Проведенные детальные исследования СПП представительных ключевых участков старопахотных черноземов выявили высокую пестроту и повышенную контрастность почвенного покрова и плодородия почв – особенно на склонах, где появляются смытые почвы, и возрастает удельный вес карбонатных черноземов [Васенёва и др., 2000]. Одновременно существенно увеличивается внутрипольное варьирования урожайности. По данным восьмилетних исследований [Васенёв и др., 2001; 2002; 2004], урожайность культур на представительных ключевых участках и полях опытно-производственного хозяйства ВНИИЗиЗПЭ (Медвенский район Курской области) характеризуется высоким пространственным варьированием в различные по климатическим условиям годы:

– урожайность ячменя на 8-гектарном ключевом участке и поле площадью 63 га изменялась более чем в 4 раза – с 14–15 до 61–64 ц га – 1;

– урожайность озимой пшеницы изменялась более чем в 3 раза – с 18 до 60 ц га – 1;

– урожайность сахарной свеклы варьировала в 2–3 раза с 200 до 590 ц га – 1;

– урожайность ячменя изменялась в 2,5 раза, с 21 до 50 ц га – 1;

– урожайность зеленой массы гороха на склоновом поле площадью 63 га варьировала в 3 раза – со 100 до 300 ц га – 1;

– даже в условиях семенного участка с повышенным уровнем плодородия почв и культуры земледелия урожайность большинства культур варьировала более чем в 1,5 раза.

Среди основных факторов внутрипольного варьирования урожайности доминируют: крутизна склона (0–80), степень эродированности и выщелоченности черноземов, запасы продуктивной влаги в фазе цветения (от 88 до 148 мм м – 1), содержание доступных форм фосфора и калия, степень засоренности посевов. Применение метода дерева корреляций позволяет проводить иерархическое структурирование факторов внутрипольного варьирования урожайности в условиях конкретного года [Anderson e.a., 1999; Васенёв и др., 2002]. Важно отметить доминирующую роль агроэкологических типов земель на склонах.

При анализе участков склона крутизной от 1 до 30 на первое место вышло влияние эрозии: разделяются эродированные и неэродированные черноземы. Разница в средней урожайности между ними составляет 7 ц/га. При анализе урожайности эродированных черноземов, важную роль играет их генетический подтип: разница между средней урожайностью слабосмытых типичных и слабосмытых выщелоченных черноземов – 6 ц/га.

Урожайность среди слабосмытых типичных черноземов зависит от влагообеспечения. Среди полнопрофильных черноземов на склоне крутизной 1–30 наиболее сильное влияние на урожайность ячменя оказал также подтип почв. Разница в средней урожайности ячменя между контурами типичных и выщелоченных черноземов превысила 10 ц/га.

Следующие уровни варьирования урожая среди несмытых типичных черноземов определялись различиями в уровне их обеспечения доступными формами фосфора и калия. Максимальная разница в урожайности при этом составила около 10 ц/га, что свидетельствует в пользу высказанного ранее предположения о хороших перспективах применения в черноземной зоне технологий дифференцированного по площади внесения удобрений.

Первоочередное значение для успешного распространения в России технологий прецизионного земледелия имеет подготовка качественных специалистов и специализированного информационно-справочного обеспечения, адаптированного к местным условиям региона и хозяйства. Высокое провинциально-генетическое и агроэкологическое разнообразие агроландшафтов обусловливает необходимость разработки рамочных («framework») систем агроэкологической оценки земель и оптимизации землепользования – с последующей их адаптацией и районированием к условиям конкретных районов и хозяйств.

Для агроэкологической оптимизации агротехнологий в пределах хозяйства и отдельного поля разработана Локальная информационно-справочная система по оптимизации земледелия (ЛИССОЗ – регистрационный № 2005610898). С ее помощью проводится паспортизация и ведение книги истории полей, рациональный выбор и размещение культур, прогноз и программирование урожая, оптимизация технологических операций – с оценкой их прогнозируемой эффективности (Васенев и др., 2004; 2006; 2009; Руднев и др., 2003; Панкин и др., 2004). Открытый для квалифицированного пользователя характер ЛИССОЗ позволяет ее настраивать – с учетом особенностей конкретного агроландшафта, хозяйства и года использования, облегчая решение широкого круга информационно-справочных, расчетных, прогнозных и оптимизационных задач – в том числе и с учетом возможных вариаций погодных и ценовых условий (Васенёв и др., 2004; Васенёв, 2005).

Наиболее перспективным для стартового развития и внедрения технологий прецизионного земледелия в России является Центральное Черноземье. Здесь преобладают самые плодородные почвы. Здесь распространена высокая внутрипольная пестрота плодородия почв. Прецизионное дифференцирование агротехнологий способно дать здесь наиболее быстрый и значимый эффект – для существенного снижения экономических и экологических рисков производства, значительного повышения его рентабельности.