Точное земледелие: системы отбора проб и картографирования

Урожайность сельскохозяйственных культур напрямую зависит от плодородия почвы, которое определяется природным уровнем развития почв, наличием питательных веществ и многими другими факторами. Пестрота плодородия является причиной вариации урожайности возделываемых культур на одном участке. 

Данные о содержании органического вещества, гранулометрическом составе и кислотности почв позволяют реализовать дифференцированный подход не только при внесении минеральных удобрений, но также при посеве и механической обработке почвы. Применение подобных методов позволяет выравнивать плодородие, получая тем самым прибавку урожая сельскохозяйственных культур. 

Электронные карты полей, на которых с привязкой к пространственным координатам указаны свойства почв, могут использоваться для анализа и построения технологических карт, определения норм высева семян, доз вносимых удобрений, средств защиты растений и выбора машин для обработки почвы. Сбор данных возможен путем использования специальных мобильных агрегатов, стационарных систем контроля свойств почвы и другими методами. Поэтапно, разбирая различные элементы технологии точного земледелия, «ГлавПахарь» предлагает рассмотреть современные технические решения, применяемые для изучения свойств почвы и составления электронных карт полей.

Основными свойствами, которые позволяют своевременно принимать решения о выполнении тех или иных почвообрабатывающих операций, нормах вносимых удобрений являются плотность, гранулометрический состав, влажность и кислотность.

Плотность позволяет судить о физической спелости почвы для ее механической обработки. Данный показатель измеряют путем погружения в почву металлического зонда и измерения сопротивления его погружению.

Измерение электропроводности является одним из наиболее распространенных методов, позволяющих осуществлять составление электронных карт. Ввиду изменяющегося гранулометрического состава почв расстояние между частицами также меняется. В этой связи наблюдается вариация объемной плотности и содержание влаги в единице объема почвы. Знание данных особенностей позволяет путем измерения электропроводности судить о содержании влаги и солей в почве, плотности и других показателях. Изучение электропроводности можно вести двумя основными способами: путем отбора почвенных проб и замеров необходимых показателей в лабораторных условиях, либо путем измерения электропроводности почвы между двумя погруженными в нее электродами в оперативном режиме. Сканеры для определения электропроводности можно размещать на мобильных агрегатах. Существуют также технические решения, предполагающие установку датчиков и стационарный контроль за состоянием конкретного полевого участка.

Система позволяет в оперативном режиме собирать такие данные, как электропроводность, кислотность и гранулометрический состав почв для последующего составления электронных карт полей.

Навесное оборудование агрегатируется с трактором тягового класса 1,4 и имеет массу 635 кг. Ширина оборудования в рабочем положении — 2,29 м. Для привязки измеренных параметров к пространственным координатам используется GPS и протокол NMEA 0183.

Для измерения электропроводности почвы используются металлические щупы.  Запись данных проводится с использованием программного обеспечения Veris SoilViewe, устанавливаемого на портативный компьютер, или посредством регистратора Veris DataLogger, который позволяет в режиме реального времени отслеживать значения кислотности, электропроводности и содержания органических веществ и записи их на жесткий диск компьютера с привязкой к географическим координатам.

Модуль OpticMapper позволяет контролировать покрытие и просматривать формируемую карту. Также с оборудованием поставляется программное обеспечение SoilViewer On-the-go для просмотра электронных карт полей.

Оригинальным техническим решением является установка оборудования для составления электронных карт полей непосредственно на почвообрабатывающий или посевной агрегат.

Оборудование iScan, установленное на посевном агрегате, позволяет посредством оптических датчиков вести сбор информации о содержании питательных веществ в почве, а путем измерения электропроводности накапливать данные о гранулометрическом составе и текстуре.

Модуль iScan+, установленный на почвообрабатывающем или посевном агрегате, позволяет собирать данные о влажности, температуре и содержании органических веществ в почве. Эти данные могут использоваться не только для формирования электронных карт полей, но также для настроек агрегата и принятия оперативных решений перед началом и во время выполнения технологических операций.

Оборудование Veris U3 предназначено для агрегатирования с внедорожниками. Чтобы измерить свойства почвы, используются полозы с оптическими датчиками. Это позволяет создавать электронные карты гранулометрических свойств почвы и наличия растительных остатков.

Для измерения содержания органических веществ используется принцип измерения отражающей способности почвы в инфракрасном диапазоне. Для контроля кислотности используется модуль pH SpeedRead, состоящий из двух электродов, погружаемых в почву.

Для агрегатирования с квадроциклами используется уменьшенная модель Quad 2800, масса которого составляет 118 кг.

Оборудование Veris P4000 монтируется на тракторе или платформе пикапа и служит для проведения спектральных измерений свойств почвы в инфракрасном и красном диапазоне. Посредством датчиков IR и Red-EC-Force собирается информация о профиле почвы. При погружении зонда в грунт также проводятся оптические измерения. Тензодатчик, установленный в нижней части зонда,  контролирует требуемое усилие для погружения его в почву.

Система картирования почв SoilOptix® высокого разрешения предназначена для измерения физических свойств, определения наличия питательных веществ и микроэлементов, а также плотности почвы и других показателей. Высокое разрешение карт достигается за счет запатентованной технологии картирования. 

При движении агрегата со сканером SoilOptix происходит считывание гамма-излучения почвы и получение образцов в более чем в 800 точках на гектар. Сканер с датчиками располагается на расстоянии 60 см от поверхности. Пробоотборник необходим для калибровки сенсора на глубине до 30 см.

Для контроля состояния почвы в стационарных условиях широкое распространение получили датчики, которые не только постоянно собирают данные о состоянии почвы, но также управляют поливом участков и внесением жидких минеральных удобрений.

Для формирования карт урожайности сельскохозяйственных культур в настоящее время применяются датчики, которыми оснащаются кормоуборочная техника и зерноуборочные комбайны. Сбор данных такого характера дополняет уборочные операции функционалом мониторинга за урожайностью убираемых культур. Хотя собранные данные не предоставляют информации о причинах вариации урожайности на тех или иных участках поля, однако являются ценным ресурсом для последующего принятия решений, направленных на выравнивание плодородия почв: выполнения почвообрабатывающих операций с внесением минеральных удобрений.

Система картирования урожайности зерноуборочного комбайна состоит из датчиков влажности и объема убираемой массы. В режиме реального времени результаты измерений отображаются на мониторе и записываются с привязкой к географическим координатам в память компьютера.

Кормоуборочные комбайны оснащаются датчиками натяжения прижимных вальцов, что позволяет судить об объеме убираемой массы кормовых культур. Также получили распространение инфракрасные датчики для дистанционного определения сухой массы убираемых культурных растений.

Подводя итог, необходимо отметить, что составление электронных карт полей и урожайности сельскохозяйственных культур является важнейшим элементом системы точного земледелия, поскольку собранные данные позволяют осуществлять планирование механизированных работ, прогнозирование урожайности, разрабатывать комплекс мероприятий по уменьшению неоднородности обрабатываемых участков.