Подальше зростання виробництва рентабельної сільськогосподарської продукції і дотримання екологічної безпеки у провідних країнах світу зумовлюють два чинники:
1) створення і застосування нових високоінтенсивних сортів і гібридів сільськогосподарських культур;
2) розроблення та освоєння нової системи землеробства, що базується на якісно нових технологіях вирощування сільськогосподарських культур на окультурених полях (з нормальною кислотністю тощо) з використанням принципово нових екологічно безпечних технічних та агрохімічних засобів.
Сільське господарство провідних країн за останні 25 років інтенсивно розвивалося завдяки обом зазначеним факторам.
Нова система отримала назву точного або прецизійного землеробства. Її суть: щоб одержати з певного поля (масиву) максимальну кількість найдешевшої продукції найкращої якості, для усіх рослин цього масиву створюють однакові, оптимальні з погляду досягнення максимального прибутку, умови росту і розвитку. Тобто всі ці рослини забезпечують однаковою кількістю поживних речовин, вологи, сонячного світла і тепла. Виконати ці умови можна, якщо відстань між усіма рослинами масиву буде однакова і структура ґрунту в зоні життєдіяльності коріння забезпечуватиме оптимальне накопичення і збереження вологи, повітропроникність, а також міститиме однакову кількість основних поживних речовин (NРК) та мікроелементів у легкодоступній для рослин формі.
Американський досвід
Важливий напрям оптимізації витрат (зокрема в США) пов’язаний з розвитком у країні агроконсалтингу. Велику частину своїх завдань американські аграрії делегують компаніям, що працюють за аутсорсингом. З одного боку, фермери мають оптимальний штат працівників, з другого — отримують кращий інформаційний і технологічний супровід від консультантів, які постійно стежать за новинками ринку, мають більше вузькогалузевих знань, досвіду, практики впровадження технологій у різних формах. Аграріям не потрібно відкривати власні лабораторії, щоб провести аналіз ґрунту, тримати у штаті агрохіміка, який розраховуватиме потреби й норми внесення добрив. Купувати дрони теж немає потреби! Заокеанські фермери з будь-якого питання звертаються до своїх агроконсультантів, які мають доступ до баз даних, сучасне обладнання і практику роботи з ним.
Українських аграріїв до пошуку нових рішень і, зокрема, впровадження елементів точного землеробства підштовхує ситуація на ринку міндобрив, де вартість ресурсів стрімко зростає. Завдяки диференційованому внесенню добрив можна оптимізувати їх використання до 40%. Показовий факт: площі, для яких замовляють виготовлення карт-завдань для диференційованого внесення добрив і меліорантів 2018 року, порівняно з 2017-м зросли втричі! Водночас активніше замовляли п’ятигектарну та інші за розміром сітки.
Для реалізації технологій точного землеробства потрібні спеціалізовані технічні засоби, програмне забезпечення та низка сучасних інформаційних технологій. Найважливіші серед них:
- технологія оцінки стану ґрунтів, за допомогою якої створюють точну карту наявності або дефіциту поживних речовин у ґрунті на кожній ділянці поля;
- технологія змінного нормування, призначена для внесення на кожній ділянці поля оптимальної норми технологічного матеріалу (насіння, добрив тощо).
Комплекс управління технологіями точного землеробства ґрунтується на системі реалізації прийнятих рішень, яка включає створення електронних карт обробки. Ці карти завантажують у бортові комп’ютери агрегатів і за їх допомогою керують нормою висіву чи внесення на кожному агрегаті у відповідний проміжок часу. Усе це дає істотну економію технологічних матеріалів і зменшує ймовірність забруднення навколишнього середовища.
Норми внесення добрив
На основі ґрунтового аналізу визначають вміст у ґрунті поживних речовин, яких потребує рослина для здорового росту і розвитку, вид і норму внесення добрив, Це один з найважливіших факторів, що впливає на успіх сільськогосподарського виробництва.
Основні агрохімічні аналізи визначають вміст у ґрунті гумусу, рухомого фосфору, обмінного калію, азоту, реакцію ґрунтового розчину тощо. Кожну ґрунтову пробу відбирають з прив’язкою до єдиної системи географічного позиціонування за допомогою навігаційної системи GPS. Це дає змогу детально обліковувати у просторі й часі наявність поживних речовин у ґрунтах і забезпеченість рослин основними макроелементами, а також оперативно управляти продуктивністю посівів. За допомогою агрохімічних досліджень виявляють просторові відмінності у розподілі показників родючості (гумусу, азоту, фосфору та калію) в межах кожного поля. На основі цих даних розробляють систему диференційованого застосування добрив — одного з найважливіших заходів вирівнювання родючості ґрунту і підвищення врожайності сільськогосподарських культур.
Результати дослідження щодо найважливіших речовин, насамперед NРК, а також за певних обставин інших елементів і сполук, заносять до спеціалізованого програмного забезпечення, яке обробляє показники і створює карту розподілу хімічних елементів у ґрунті. Такою картою користуються під час створення технологічної карти диференційованого внесення і для обчислення необхідної кількості добрив.
Точне землеробство починалося з організації стикування суміжних проходів сільськогосподарських агрегатів, що отримало назву системи паралельного водіння (СПВ) на базі GPS-навігації.
Системи паралельного водіння на базі супутникових глобальних систем позиціонування — технічна й економічно вигідна технологія для рослинництва. За допомогою таких систем можна вести агрегати будь-якою траєкторією: прямо- або криволінійною. Головне завдання СПВ — мінімізувати перекриття і пропуски між сусідніми проходами. Системи дають змогу продуктивніше використовувати робочий час, що особливо важливо у розпал посівних робіт, під час захисту рослин від шкідників і хвороб, внесення добрив тощо. За допомогою СПВ можна працювати не лише вдень, а й уночі або за сильного туману.
СПВ за допомогою GPS-навігації дають змогу точно дотримувати стикових міжрядь. Наприклад, під час суцільної культивації на площі 1000 га агрегатом з шириною захвату 5 м без СПВ перекриття суміжних проходів становить 0,4 м, тобто загальна оброблена площа дорівнює 1080 га. За використання систем паралельного водіння перекриття становить близько 5 см, і загальна оброблена площа дорівнює лише 1009,6 га. Тобто без використання GPS-навігації, покладаючись лише на візуальний контроль, обробляють понад 70 га зайвої площі. Відповідно, витрачаються зайве паливо, робочий час тощо. А трактористові доводиться постійно напружено стежити за дотриманням ширини перекриття, щоб не припуститися огріхів.
Одним з різновидів паралельного водіння є обладнання тукорозподільників системою, що коригує розподіл твердих мінеральних добрив залежно від напрямку і сили вітру. Для цього тукорозподільник обладнують метеостанцією, яка передає дані на бортовий комп’ютер. Далі, змінюючи частоту обертання розсіювальних дисків і, відповідно, зону подачі на них добрив, коригують ширину розсівання добрив. Тож завдяки рівномірному розсіванню заощаджують добрива.
За допомогою датчиків урожаю визначають вологість зерна і врожайність з одиниці площі з огляду на місце перебування збиральної машини. Систему можна встановити на будь-який зернозбиральний комбайн. До її складу входять GPS-приймач, оптичний датчик обсягу зерна в бункері, датчик вологості зерна, датчик поперечних і поздовжніх відхилень, електронно-обчислювальний модуль визначення врожайності, бортова інформаційна система, картка пам’яті, калібратор. За показниками датчиків визначають об’ємну кількість зерна в бункері та його вологість.
Позитивний ефект від впровадження системи — зменшення кількості добрив і хімікатів завдяки використанню технологічних карт для розкидачів добрив, карт агрохімічної оцінки і карт урожайності. Аналіз проводять на комп’ютері за допомогою спеціалізованої програми на базі карти врожайності й розподілу вологості.
Система комп’ютерного моніторингу врожайності — ефективний спосіб визначення змін рівня вологості й урожайності на кожній конкретній ділянці поля. Виходячи з даних про те, яка ділянка поля дасть більший урожай, задля оптимізації витрат приймають рішення про диференційоване внесення добрив. У будь-який момент систему комп’ютерного моніторингу врожайності можна легко перетворити на систему картографування врожайності.
Більш надійним, але і складнішим є метод ґрунтового аналізу на вміст поживних речовин. Його можна роботи самостійно або доручити спеціалізованим фірмам. Фахівці цих компаній, аналізуючи ринок послуг у сфері точного землеробства, інтерпретують результати досліджень ґрунтів, що їх виконують агрохімічні лабораторії. Вони аналізують вміст поживних речовин, проте не дають практичних рекомендацій, як їх збалансувати відповідно до запланованого врожаю. Якщо господарства і замовляли карту внесення елементів живлення, реалізація її на практиці не давала бажаних результатів.
Уточнимо, що українські поля у 4–5 разів більші, ніж у Європі. Відповідно, наше середнє поле має значно більше ґрунтових зон, що відрізняються за показниками. Тож українські фахівці почали зонувати поля, застосовуючи різні інструменти (передусім сканували ґрунт на електропровідність), у тому числі супутникові знімки за індексом яскравості ґрунту і вегетаційний індекс NDVI. Досліджували вміст гумусу, макро-, мезо- і мікроелементів, вивчали кислотність і механічний склад. Результати досліджень поля за зонами неоднорідності дали змогу обчислити потребу окремих ділянок у поживних речовинах і розробити систему живлення та захисту під заплановану врожайність. Складання карт внесення мінеральних добрив дає змогу вирівняти поле за врожайністю, не перенасичуючи окремі ділянки певними елементами й уникаючи їх антагонізму чи блокуванню.
Ще одним способом є листкова діагностика посівів шляхом вимірювання інтенсивності забарвлення рослин. Методами оптичної діагностики можна визначати кількість загального азоту в рослинах — на основі спектрометрії у видимому та інфрачервоному діапазонах і розраховувати дозу азотних добрив для кожного сорту. Вимірюючи вміст загального азоту в рослинах, потрібно мати дані калібрувальної залежності для кожного сорту рослин. За відсутності таких даних технічні засоби диференційованого внесення азотних добрив за результатами оптичного зондування стану посівів налаштовують на перерозподіл встановленої дози відповідно до інтенсивності забарвлення рослин. Для цього визначають забезпеченість рослин азотом на найбільш характерній ділянці посіву і за отриманими даними розраховують дозу добрив для цієї ділянки, калібрують оптичні датчики, встановлюють розраховану дозу добрив — мінімальне і максимальне її значення.
У технологіях керованого землеробства широко застосовують такий засіб оптичної діагностики, як N-sensor. Це пасивна оптична система, що складається з чотирьох фотоелементів, які визначають інтенсивність відбитого сонячного світла, й одного фотоелемента — для визначення інтенсивності сонячного світла в діапазоні довжини хвиль 660–800 нм. Фотоелементи поєднані з блоком оброблення отриманої інформації і за допомогою бортового обчислювального комплексу видають сигнал для керування роботою розкидача мінеральних добрив (вони змонтовані у полімерний корпус на кабіні енергозасобу). Внутрішня межа зони вимірювання перебуває на відстані 2–3 м від поздовжньої осі, зовнішня — в межах 67 м і сумарно становить приблизно 20 м2 (залежно від висоти встановлення). Недоліком цього сенсора є те, що джерелом світла слугує сонячне світло, тому час роботи приладу обмежується 8–10 годинами денного часу.
Програмне забезпечення дає можливість використовувати комплекс на низці сільгоспкультур і в період декількох фаз їх розвитку. Зокрема, щодо озимої пшениці передбачене внесення добрив у фазі виходу в трубку і фазі початку наливання зерна.
Одним із кардинальних рішень щодо аналізу ґрунту на NРК є КRМ, що дає змогу визначати елементи у ґрунті шляхом фотографування полів у інфрачервоних променях на спеціальну плівку з літака або супутника Землі. Значних успіхів досягли й розробники оптичного числового приладу для агрохімічного аналізу, який шляхом порівняльного вимірювання у двох точках відбитого світла вибраної смуги спектра визначає вміст у ґрунті NРК та інших елементів. Прилад здатен обробляти понад 30 параметрів і запам’ятовувати 50 значень.
Вітчизняні розробки
Технічний засіб для одночасного внесення азотних, фосфорних і калійних добрив розробили у Національному науковому центрі «Інститут механізації та електрифікації сільського господарства» (ННЦ «ІМЕСГ»).
Схема тукорозподільника ННЦ «ІМЕСГ»
Цей засіб складається із бункера, встановленого на колесах (2). З одним колесом з’єднаний датчик (3) для реєстрації його обертів. У бункері (1) на днищі (4) змонтовано пластинчасто-прутковий транспортер (5), а також закріплено дві перегородки (6), що розділяють його на три відсіки. У кожному відсіку над транспортером встановлено дозувальні заслінки (7), обладнані виконавчими механізмами (8). У днищі біля перегородок вирізані вікна (9), прикриті згори похилими щитками (10). Під транспортером закріплено транспортну дошку (11), біля її заднього кінця встановлено змішувач (12) і розсівальний диск (13). На закріпленій до трактора (14) штанзі (15) встановлено оптичний прилад (16) для агрохімічного аналізу ґрунту, а в кабіні трактора вмонтовано бортовий комп’ютер (17). Датчик, виконавчі механізми та оптичний прилад функціонально з’єднані з комп’ютером за допомогою дротів (18).
Тукорозподільник працює за двома схемами. За першою для забезпечення роботи машини потрібно спочатку провести покоординатний агрохімічний аналіз ґрунту, розробити і записати на дискету або чіп його картограму та завантажити у комп’ютер.
Із дискети в комп’ютер безперервно надходить інформація про вміст у ґрунті азоту, фосфору і калію, а від датчика — інформація про пройдену агрегатом відстань (за числом обертів), тобто координати розміщення агрегата на полі. На основі цих сигналів комп’ютер постійно формує відповідні команди, що надходять на виконавчі механізми. Залежно від цього дозувальні заслінки або трохи відкриваються, або прикриваються, збільшуючи чи зменшуючи дози добрив, які транспортер виносить із відсіків бункера залежно від вмісту у ґрунті азоту, фосфору і калію. Ці добрива проходять між прутками транспортера і крізь вікна надходять на транспортну дошку, якою подаються на змішувач, а утворену суміш диск розсіває поверхнею поля.
За другою схемою машина працює так. Оптичний прилад перманентно веде агрохімічний аналіз ґрунту. Результати надходять на комп’ютер, який формує команди збільшити чи зменшити видачу азотних, фосфорних і калійних добрив залежно від вмісту їх аналогів у ґрунті, а диск розсіває добрива поверхнею поля.
Переваги цього варіанта машини:
- по-перше, за один прохід агрегата забезпечується комплексне диференційоване удобрення ґрунту азотними, фосфорними і калійними добривами;
- по-друге, для її використання не потрібен трудомісткий покоординатний агрохімічний аналіз ґрунту і його картограма. Не потрібне також складне і дороге обладнання (супутникові системи, базові та мобільні радіостанції і приймачі) для визначення координат агрегата на полі.
Юлій ВОЖИК, д-р техн. наук,
ННЦ «Інститут механізації та електрифікації сільського господарства»
