Точное земледелие и его принципы

Затем полученные картографические материалы использовались при дифференцированном внесении органических удоб­рений в соответствии с различными уровнями плодородия поля. В маши­ну для внесения навоза было вмонтировано устройство, позволяющее воспринимать директиву и дифференцировать дозы навоза — больше вно­сить там, где был ниже урожай. Все необходимое оборудование и программ­ные средства фермер приобретал вместе с трактором. По словам фермера, многие его коллеги используют различные элементы точного земледелия главным образом потому, что оно позволяет экономить ресурсы и получать выгоду, покрывающую (хотя и не сразу) понесенные затраты.

В связи с этим уместно рассмотреть послевоенную историю разви­тия земледелия в Западной Европе и показать, каким образом и почему в Западной Европе пришли к идее точного земледелия. Сразу же после вой­ны, в период восстановления разрушенного войной сельского хозяйства урожаи едва превышали 2-2,5 т/га, затем примерно в течение 35- 40 лет был достигнут рост урожаев (в среднем по 0,1 т/га в год) главным обра­зом за счет увеличивающихся вложений. Далее, в 70-80-ые годы, стратегия земледелия постепенно стала меняться и в связи с насыщением рын­ка и экологическими проблемами земледелие приобрело несколько иной характер. Хотя оно еще не называлось точным, по фактически постепен­но им становилось. Прекратился рост доз вносимых удобрений, а сами дозы стали дробить и вносить по частям с учетом требований растений и содержания элементов питания в почве. В это же время (например, в Нидерландах и Германии) много внимания стали обращать на необходи­мость выравнивания плодородия в пределах поля. Фактически эти тече­ния уже были предвестниками точного Земледелия, хотя называлось оно тогда интенсивным, поддерживающим и т. д. Конечно, мы далеки оттого, чтобы проводить аналогии между Западной Европой и Украиной, но из этих тен­денций следует делать правильные выводы, а именно: даже в условиях благоприятной экономической ситуации и даже при наличии существенной под­держки сельскохозяйственных производителей, какая наблюдается в боль­шинстве стран Западной Европы, рациональнее оказывается экономия вкла­дываемых в урожай средств. Конечно, и для Украины любой источник уде­шевления продукции должен приниматься во внимание.

В СССР и в Украине предвестником точного земледелия следует счи­тать программирование урожаев (В. П. Якушев и др., 2002) — очень по­пулярное направление в 70-80-ые годы прошлого века, основоположни­ком которого в СССР был И. С. Шатилов, а в Украине — В. П. Кузьмичев. В основе программирования были использованы достижения агрометео­рологии, агрофизики, агрохимии, математического моделирования и ин­форматики. Были обоснованы уровни урожайности — потенциальный, климатически и реально возможный, а также принципы агротехнологий с учетом прогноза погоды. При разработке моделей продукционного про­цесса и имитационно — экспертных систем, сопровождающих програм­мирование урожаев, точнее, чем до сих пор, учитывались факторы уро­жайности, в том числе свойства почв, и их пространственная вариабель­ность. Были созданы научные и информационные предпосылки для пос­ледующего развития методологии точного земледелия, которое успешно стало продвигаться в практику с появлением геоинформационных систем и соответствующих технических средств".

Принципиальные основы точного земледелия

Точное земледелие — новый этап развития пауки и практики it агро­номии, технологии возделывания полевых культур, внесения удобрений, обработке почв, сельскохозяйственной техники п вообще в управлении сельскохозяйственным производством. Его возникновение и становление обязано проникновению в аграрный сектор новых технических достиже­ний, таких как географические информационные системы, глобальные системы позиционирования, бортовые компьютеры и средства управле­ния технологическими операциями в режиме on-line. Земледелие, хотя и является достаточно консервативной средой, все же не могло остаться в стороне от новых информационных технологий. Точное земледелие — по сути, более совершенная стратегия менеджмента, основанная на инфор­мации принципиально иного типа в сравнении с той, что мы располагали до сих пор. Она позволяет лучше учесть и использовать пространственно распределенные данные. В условиях пестрого почвенного покрова, кото­рый, как мы хорошо знаем, типичен для значительной части пашни стра­ны, это даст возможность точнее выбирать способы, нормы и другие па­раметры технологических операций и выработки управляющих решений.

Вместе с тем, для успешного освоения точного земледелия имеющаяся информация о почвенном покрове явно недостаточна. Ведь большинство прежних обследований почвенного покрова были либо мелкомасштабные, либо основаны не на сплошном, а на так называемом маршрутном мето­де, а также методе ключей, то есть, выборе типичных территорий. К тому же любой вид обследований предполагал отбор смешанных, а не индиви­дуальных образцов, что является важным условием точного земледелия.

На следующем примере мы хотим показать, как выбранные марш­руты при агрохимическом обследовании не учитывают ряд важных осо­бенностей плодородия поля и оставляют их без внимания при внесении удобрений. Этот пример заимствован нами из работы В. П. Самсоновой и др. (1999). Заметим, что даже если бы маршруты отбора образцов все же состоятельно характеризовали кон­туры с повышенным содержанием питательных элементов, способ состав­ления средней пробы и расчет среднего арифметического очень слабо по­влиял на конечную оценку плодородия почв данного поля из-за недостат­ков таких способов отбора и расчета. Ведь взаимно пересекающиеся под углом 90° маршруты, проходящие через отметку 100 м, практически пол­ностью оставляют без внимания северо-западный сектор поля. Содержа­ние подвижных форм калия в поле при этом занижается приблизительно па 25%. Соответственно дозы удобрений завышаются. Какие еще нужны доказательства полезности более детального геостатистического обследо­вания поля и применении точного земледелия?

Нам кажется наиболее важным вопросом в точном земледелии яв­ляется его почвенно-агрохимическое обоснование. Вначале нужно дока­зать, есть ли вообще пространственная неоднородность, установить ее меру и только затем определять перспективы точного земледелия. Изло­женные выше материалы позволяют предположить, что неоднородность в силу генетических и антропогенных причин является имманентно при­сущей почвенному покрову. Но, к сожалению, ее мера не только не уста­новлена, но и методы объективной оценки также пока лишь ищутся. Нам представляется, что по этой причине геостатистическое исследование должно быть обязательным начальным этапом в освоении точного земле­делия. В зависимости от того, насколько выражена неоднородность, вы­бираются пути решения. Их может быть несколько:

- игнорирование неоднородности. Примерно так можно назвать от­ношение к ней в производстве, да и в среде научной общественности в Украине. Если точнее, то неоднородность сегодня учитывается лишь пакатенном, водосборном, региональном и более высоком уровнях, но прак­тически не учитывается на недонном и более низких уровнях;

- адаптация к ней, которая может проявиться как в виде нарцеллизации поля в соответствии с его пестротой, или в виде дифференциации технологий;

- активное преодоление, гомогенизация поля путем выравнивания плодородия отдельных его частей.

Геостатистические методы в точном земледелии

Важнейшей задачей точного земледелия является выделение так называемых «management units» — территориальных единиц с подобны­ми параметрами пространственной неоднородности, где должны приме­няться однотипные технологии возделывания сельскохозяйственных куль­тур (sitespecific management). Пространственная неоднородность почвен­ного покрова оценивается но морфологическим, водно-физическим и аг­рохимическим свойствам почв различными способами — либо по данным непосредственного обследования, либо по данным дистанционного зон­дирования. С помощью дистанционных средств получают карту урожая, данные свойств почв и состояния растений, которые поддаются надеж­ной диагностике. Однако независимо от метода оценки пространствен­ной неоднородности его результаты обрабатываются с помощью геостатистических процедур. Выше мы изложили основы гсостатистического метода изучения неоднородности. Далее на конкретных примерах его об­суждение будет продолжено, Здесь лишь подчеркнем, что геостатистика, предложенная как метод исследования пространственно распределенных данных оказался весьма важным для обоснования точного земледелия.