Дифференцированное внесение минеральных удобрений в точном земледелии

Технологии точного внесения минеральных удобрений, осуществляемые с учетом вариабельности агрохимических свойств почвы, реализуются машинами химизации, оснащенными устройствами контроля и управления.

В статье приведена блок-схема обобщенной модели функционирования дозирующего устройства мобильных машин для химизации. Для разработки устройств контроля и управления с учетом требований точных агротехнологий необходимо проведение специаль- ных теоретических и экспериментальных исследований. Важным начальным этапом таких исследований является разработка моделей технологических процессов функционирования исследуемых машин как объектов контроля и управления.

Алгоритм контроля качества функционирования мобильной машины для химизации предполагает непрерывное вычисление в процессе работы оценок средней относительной длительности нахождения контролируемого показателя в поле заданного агротехнического допуска и оперативное проведение поднастройки с целью поддержания заданного каче- ства работы с учетом пространственной неоднородности питательного режима почвы.

Необходимость использования машин для внесения удобрений с устройствами контроля и управления, интегрированными в навигационные спутниковые системы, подтверждена агрономическим и экономическим эффектом.

Точные системы удобрения получили развитие с момента адаптации к сельскохозяйственному производству геоинформационных технологий и выпуска специального технологического оборудования к середине 90-х гг. Для их теоретического и практического обоснования в нашей стране имеются серьезные научные предпосылки. Во-первых, почвенный покров, особенно в Нечерноземной зоне, характеризуется исключительной неоднородностью, что, по признанию большинства агрохимиков и специалистов земледелия, является одной из главных причин низкой окупаемости удобрений. Во-вторых, неудовлетворительное технологическое и техническое обеспечение сельскохозяйственных производителей требует радикального изменения. При этом освоение геоинформационных систем позволит добиться высокого уровня окупаемости удобрений.

Цель исследования – обеспечить дифференцированное внесение минеральных удобрений в системе точного земледелия. Для этого необходимо решить следующие задачи:

О Создать модель дозирующего устройства для внесения минеральных удобрений.

Результаты исследования. Пространственная вариабельность почвенных свойств на сельскохозяйственном угодье является результатом совокупного действия естественных процессов и практики землепользования.

Анализ пространственной вариабельности агрохимических свойств пахотного контура одного из типичных агроландшафтов Северо-Западного района доказывает (табл. 1), что коэффициент их вариации в большинстве случаев превышает пороговую величину 25%, разделяющую однородные и неоднородные в отношении того или иного свойства угодья.

Реализовать технологии точного внесения минеральных удобрений с учетом вариабельности агрохимических

Таблица 1. Вариабельность агрохимических свойств дерново-подзолистой почвы

Показатель	Среднее значение	Минимальное значение	Максимальное значение	Коэффициент вариации, %
Содержание гумуса, %	4,36	1,70	7,54	26
рНКС1	5,50	4,30	6,90	6
Р2О5, мг/кг	434	232	580	18
К2О, мг/кг	197	76	360	25
Нг, мг-экв/100 г	2,99	0,84	4,82	23
S, мг-экв/100 г	15,5	6,0	26,4	25

свойств почвы можно за счет применения машин химизации, оснащенных устройствами контроля и управления интегрированными в пространственновременные навигационные спутниковые системы.

Для разработки устройств контроля и управления с учетом требований точных агротехнологий необходимо проведение специальных теоретических и экспериментальных исследований. Важным начальным этапом таких исследований является разработка моделей технологических процессов функционирования исследуемых машин как объектов контроля и управления.

Несмотря на некоторые различия технологических процессов, выполняемых машинами химизации, модели функционирования их технологических процессов имеют много общего. Блок-схема обобщенной модели функционирования дозирующего устройства мобильных машин химизации приведена на рисунке.

Элементом 1 в ней является приводной механизм, который преобразует входное воздействие – скорость движения Vа(t) – в частоту вращения приводного вала ω(t). В случае привода дозирующего устройства от опорноприводных машин колес машины возмущением ε(t) на элемент 1 будет скольжение этих колес, а от ВОМ трактора – буксование его ведущих колес. Элемент 2 этой блок-схемы представляет собой передаточный механизм, преобразующий частоту вращения вала привода ω(t) в частоту вращения ωп(t) механизма, подающего рабочий материал к дозатору 3. У туковысевающих аппаратов сеялок и сажалок воздействием ωп(t) является частота вращения высевающих катушек или дисков, у разбрасывателей удобрений это скорость перемещения подающего транспортера или частота вращения разбрасывающих дисков. На выходе дозатора имеем расход материала во времени q(t). При движении агрегата со скоростью Vа(t) поступающий из дозатора материал распределяется элементом 4 по полю К(t).

В связи со случайным в вероятностностатистическом смысле характером показателей на входе и выходе рассматриваемых моделей в качестве оценок эффективности целесообразно использовать вероятностные характеристики, одной из которых является средняя относительная длительность Рβ нахождения контролируемого показателя К(t) в поле заданного агротехнического допуска β:

Рβ = P[(1 – β)·Кн(l) ≤ К(t) ≤ (1+β)·Кн(l)], (1)

где Кн(l) – изменяемое настроечное значение нормы внесения удобрений с учетом варьирования почвенных свойств на каждом участке поля (l). Тогда условием эффективного функционирования мобильной машины химизации будет Рβ ≥ ǀ Рβ ǀзад. (2)

Исследования показали, что у мобильных сельскохозяйственных машин в различных условиях значения ǀ Рβ ǀзад должны находиться в пределах 0,75…0,85.

Алгоритм контроля качества функционирования мобильной машины химизации предполагает непрерывное вычисление в процессе работы оценок Рβ и оперативное проведение поднастройки с целью поддержания заданного качества работы с учетом пространственной неоднородности питательного режима почвы.

Нами разработана серия устройств для контроля и управления мобиль-

ТЕХНОЛОГИИ

$V^

ными машинами химизации в точном земледелии.

Основным агроэкологическим результатом использования мобильных машин химизации, снабженными дозирующим устройством, является сокращение пестроты почвенного плодородия. Это выражается в уменьшении коэффициента вариации содержания гумуса до 10…12%, подвижного калия – до 14…16%, обменной кислотности – до 2%, гидролитической кислотности – до 5…8%.

Не менее важным агроэкологическим последствием дифференциации доз минеральных удобрений является значительное выравнивание пространственной продуктивности сельскохозяйственных культур, коэффициент вариации которых сократился до 10…16% (табл. 2). Данный факт служит убедительным подтверждением возможности средствами точной системы удобрения компенсировать пространственную неоднородность питательного режима почвы. При этом средняя окупаемость 1 кг действующего вещества удобрений составит 7…25 кг зерновых единиц, а условно чистый доход достигнет 2…5 руб. на каждый вложенный в применение удобрений и уборку дополнительного урожая рубль.

Выводы

О Дифференцированное внесение минеральных удобрений в точном земледелии позволяет уменьшить коэффициент вариации содержания гумуса в почве до 10…12%, подвижного калия – до 14…6%, обменной кислотности – до 2%, гидролитической кислотности – до 5…8%.

Точные системы удобрения полу- чили развитие с момента адаптации к сельскохозяйственному производству геоин-формационных технологий и выпуска специального технологического оборудования к середине 90-х гг. Для их теоретического и практического обоснования в нашей стране имеются серьезные научные предпосылки.

Рис. Блок-схема обобщенной модели функционирования дозирующего устройства мобильных машин химизации

Таблица 2. Сравнительная агроэкономическая эффективность зональной и точной систем удобрения

Система удобрения	Урожайность, т/га				Окупаемость удобрений
	сред. значение	мин. значение	макс. значение	коэфф. вариации, %	кг з.ед/кг д.в.	руб./руб.

Картофель

0 (контроль)	12,6	8,1	15,6	18	-	-
Зональная система удобрения	20,4	15,7	28,8	16	5,3	2,8
Точная система удобрения	21,8	16,8	27,4	10	7,0	3,2

Ячмень

0 (контроль)	2,12	1,68	3,37	24	-	-
Зональная система удобрения	4,74	3,94	6,23	14	9,4	1,6
Точная система удобрения	5,03	4,06	5,82	10	14,6	2,1

Многолетние травы

0 (контроль)	2,6	1,2	3,9	30	-	-
Зональная система удобрения	5,1	3,1	7,2	23	21,9	5,1
Точная система удобрения	5,4	3,9	7,0	16	24,8	5,4

Смелик Виктор Александрович, д.т.н., профессор; Цыганова Надежда Александровна, д.с.-х.н., профессор,

Теплинский Игорь Зиновьевич, к.т.н., профессор, Санкт-Петербургского государственного аграрного университета f

Источник: Техника и технологии АПК