Азот требует точности

Written by sovxoz   // 06.08.2013   // 0 Comments

Азот

Азот

Решение проблемы получения устойчивых урожаев с высоким качеством продукции при условии высокой эффективности использования удобрений и снижение техногенной нагрузки на окружающую среду предусматривает разработку и внедрение в практику земледелия высокоинтенсивных технологий, наиболее полно обеспечивать реализацию потенциала сорта путем создания оптимальных условий роста, развития и формирования урожая растений. Одним из важных аспектов таких технологий является обеспечение растений оптимальным количеством питательных веществ. Поэтому применение удобрений требует не только значительных затрат, но и отдельного подхода к каждому поля согласно его степени пространственной неоднородности, размах колебаний и коэффициентов вариации плодородия почвы. Принцип: удобрений можно меньше, но точно в соответствии с потребностью культуры требует детальной информации о состоянии почвы и обеспеченность элементами питания растений на каждом участке. При таком подходе особое место принадлежит диагностике обеспечения растений элементами питания, в частности азотом, от которого во многом зависит урожай и, соответственно, точный расчет оптимальной дозы удобрений. Вместе с тем, проблема определения необходимых доз удобрений является одной из самых тяжелых. Внесение расчету Произвести расчет оптимальных доз удобрений можно несколькими способами: ???определением запаса питательных веществ в почве; ???оценке обеспеченности растений и т.п.. Существенным недостатком этих методов есть существенные затраты времени на осуществление отборов образцов и проведения анализов, в результате чего полученная информация часто теряет свою актуальность. Большие потенциальные возможности с этой точки зрения имеет листовая диагностика, базирующаяся на измерении интенсивности окраски растений. Один из актуальных вопросов, который может быть решен методами оптической диагностики — определение количества общего азота в растениях на основе спектрометрии в видимом и инфракрасном диапазонах, на основе чего производят расчет дозы азотных удобрений для подкормки. Поскольку содержание хлорофилла, а вместе с ним и интенсивность отраженного света является индивидуальной особенностью каждого сорта и генетически установленной признаку, то при измерении содержания общего азота в растениях нужно иметь данные калибровочной зависимости для каждого сорта растений. При отсутствии таких данных технические средства дифференцированного внесения азотных удобрений по результатам оптического зондирования состояния посевов настраивают на перераспределение установленной дозы соответственно интенсивности окраски растений. Для этого определяют обеспеченность растений азотом на наиболее характерном участке посева и, согласно полученным данным, рассчитывают дозу удобрений для этого участка, проводят процедуру калибровки оптических датчиков, устанавливают рассчитанную дозу удобрений и минимальное и максимальное ее значение. Результаты такого метода настройки приведены ниже. В этой статье проведен обзор имеющихся на рынке технических средств для проведения оптической диагностики растений (без углубленного рассмотрения их технических и технологических особенностей). Одним из первых средств оптической диагностики, который широко применяют в технологиях управляемого земледелия, является N -sensor производства фирмы Yara International (Норвегия). Он представляет собой пассивную оптическую систему, состоящую из четырех фотоэлементов, которые определяют интенсивность отраженного солнечного света, и одного фотоэлемента — для определения интенсивности солнечного света в диапазоне длин волн 660-800 нм. Фотоэлементы соединены с блоком обработки полученной информации и с помощью бортового вычислительного комплекса выдают сигнал для управления работой разбрасывателя минеральных удобрений (они смонтированы в полимерном корпусе на кабине энергосредства). Внутренняя граница зоны измерения находится на расстоянии 2-3 м от продольной оси, внешняя — в ??пределах 6-7 м и суммарно составляет примерно 20 м2 (в зависимости от высоты установки). Недостатком этого сенсора является то, что источником света служит солнце, поэтому время работы данного прибора ограничивается 8-10 ч дневного времени. Программное обеспечение дает возможность использовать комплекс на ряде культур и в период нескольких фаз их развития. В частности, по озимой пшенице предусмотрено внесение удобрений в фазе выхода в трубку и в фазе начала налива зерна. Технологический процесс работы В начале работы выбирают участок посева, характерную для большинства площади, и проводят калибровку измерительного оборудования, по которому устанавливают среднюю интенсивность отраженного света и соответствующую дозу азотных удобрений (в физическом весе). Следующая операция — выход из режима калибровки и переход в рабочий режим: происходят измерения интенсивности отраженного зеленого света синтез полученной информации, передаваемой соответствующим сигналом на средства управления работой разбрасывателя. Частота обмена информацией и подачи соответствующего командного сигнала — один раз в секунду. Таким образом в режиме реального времени данное оборудование позволяет проводить измерения интенсивности отраженного света, вычислять запасы азота в растениях, на основе этих данных рассчитывать нужную дозу азотных удобрений и управлять работой разбрасывателя. Все эти операции с помощью навигационного оборудования документируются в виде электронного файла, который можно перевести в графический вид для дальнейшего использования или формирования базы данных. Отчетные материалы имеют вид двух карт с легендой-объяснением. Первая карта — графическое изображение пространственного размещения измеренных значений интенсивности отраженного зеленого света, что перечислено в так называемый показатель запасов биомассы. Вторая карта — графическое изображение пространственного размещения доз внесения минеральных удобрений, рассчитанные по результатам измерений. Определение экономической эффективности системы оптического зондирования содержания азота N-sensor и сравнительная оценка технологий, применяемых на озимой пшеницы (площадь — 3,2 га), доказали преимущества применения системы оптического зондирования состояния растений, в частности: экономия азотных удобрений — 9% и снижение финансовых расходов — 50 грн / га. Значения показателей взяты из отчетов системы и приведены в табл. 1. Принцип работы оптической системы диагностики состояния растений Green Seeker RT 200 производства Trimble Agriculture США основывается на способности хлорофилла растений отражать световые волны в ближнем инфракрасном диапазоне электромагнитного спектра и поглощать в красном диапазоне. Отношение значений интенсивности двух волн (так называемый индекс NDVI) позволяет четко определять растительные объекты и анализировать их состояние. Прибор оборудован собственным источником света, поэтому может работать как в течение светового дня, так и ночью. Система состоит из шести датчиков, объединенных с помощью коммутационного блока и бортового компьютера Nomad Trimble TDS 800 L с программным обеспечением RT-Commander. Информация с датчиков обрабатывается коммутационным блоком и передается на бортовой компьютер, который формирует команды для средств внесения. Такое оборудование работает в составе разбрасывателей или опрыскивателей, оборудованных современными системами управления: контроллерами и электрическими исполнительными механизмами. Green Seeker-датчик использует отдельный источник света для каждой длины волны и одного детектора. Поле зрения Green Seeker во всем диапазоне рабочей высоты (0,6-1,6 м) составляет 61 см ? 10 см x 1,5 см ? 0,5 см, однако есть свидетельства, что большая часть информации поступает из центра поля зрения. Датчики монтируют на штанге опрыскивателя или с помощью специального кронштейна — на распределитель минеральных удобрений. Протокол обмена данных обрабатывает CAN Bus (250 кГц) или RS 232 Output, что дает возможность без особых трудностей переносить данные в ПК. Алгоритм работы таков: датчики определяют индекс NDVI, полученная информация поступает к бортовому компьютеру, где обрабатывается, далее рассчитывается оптимальная норма азота и формируется сигнал, поступающий на исполнительные механизмы разбрасывателя. Система работает в режиме реального времени. В нашем случае в процессе работы на основе информации из азотовимирювальних датчиков, анализирующих состояние растений на примерно 20-30% обрабатываемой площади с частотой 10 раз в секунду, формируются два командных сигналы: на правый и левый исполнительные механизмы разбрасывателя удобрений. Согласно состояния растений на этих участках, система определяет обеспеченность растений азотом. На основе полученных данных вносили нужные дозы удобрений. течение 2010 г. такие системы работали в двух хозяйствах Украины и были применены при выращивании озимой пшеницы. Результаты их работы приведены в табл. 2. Применение систем оптического зондирования состояния растений свидетельствует об их высокой экономической эффективности. По сравнению с общепринятой технологией, в обоих хозяйствах получена значительная экономия минеральных удобрений — в пределах 17-20%. На площади 2 тыс. га посевов в Винницкой области — это 57 т. Несмотря на уменьшение общего количества внесения удобрений в условиях 2010, получено прибавку урожайности — 12-16 ц / га при улучшенного качества продукции, в частности содержания белка и клейковины. В несколько худших природных условиях выращивания в Черниговской области на площади около 600 га получена экономия удобрений на уровне 20% при сохранении показателей урожайности и улучшения качества зерна. Кроме экономического эффекта применения таких систем, следует отметить и выгоды использования информации в управлении хозяйством, планировании, учета и контроле за качеством выполнения операций. Одна из ведущих мировых компаний, работающая в области разработки оптических систем Topcon Positioning Systems (Япония), в сотрудничестве с Yara International разработала и внедряет систему оптической диагностики обеспеченности растений азотом на основе датчика CropSpec. Система Topcon использует два датчика (с левой и правой стороны агрегата) для измерения спектральных характеристик посева — индекс NDVI. Датчики оборудованы собственным источником света (два импульсные лазерные диоды), поток которого направлен на посев, и одним детектором. Размещенные датчики на крыше энергосредства (обзорность — 45-55 °). Частота измерений — один раз в секунду. Значительная расстояние до поверхности растений (2-4 м) позволяет измерять отраженный свет с площади 5-8 м2, что обеспечивает стабильные результаты измерений. Система имеет два основных режима работы: документирование информации, полученной системой, и автоматический режим управления работой по результатам зондирования. В состав системы входят: консоль управления X20 (System 200), два датчика CropSpec программы Topcon’s Maplink, реализующей технологию VRC (variable rate control) для распределителей жидких или гранулированных удобрений. Еще одним из технических средств для реализации технологии переменного нормирования является оптический датчик Holland Scientific Crop Circle ACS-470 (США). Он относится к группе активных датчиков, имеет собственный источник света: один полихромная светоизлучающий диод (LED) и трехканальный кремниевый детектор со спектральным диапазоном 320-1100 нм. Оптическая система включает в себя три оптических канала измерения, обеспечивает возможность пользователю работать с несколькими длинами волн, нм 450, 550, 650, 670, 730, 800. Изменение спектральных характеристик выполняется с помощью стандартных фильтров (12,5 мм). Поле обзора датчиков (вертикально снизу) пропорционально высоте над поверхностью, составляет 25-183 см, угол обзора — 30-14 °. Частота измерений — один раз в секунду, но может варьироваться до 20 раз в секунду. Система имеет два режима работы: документирование полученной информации и составление карты биомассы и автоматический режим управления работой по результатам зондирования в режиме реального времени. Информация, полученная с помощью датчика (индексы NDVI, NDRE), может быть использована для количественной оценки влияния питательных веществ, обеспеченности растений влагой, выявление заболеваний растений или других признаков текущего состояния культуры. При использовании регистратора данных GeoSCOUT GLS-400 результаты измерения могут быть легко и быстро перенесены в текстовый файл на карту памяти, СD или флэш-память. Оптический датчик OptRx — это следующее поколение датчиков фирмы Holland Scientific, изготовленных на основе разработок и опыта эксплуатации Crop Circle. На рынке его реализуют под торговой маркой AG Leader с названием CropSensor. В состав системы входит многофункциональный дисплей Integra DirectCommand. Система реализации технологии переменного нормирования на основе OptRx использует параметры калибровочной зависимости, разработанные для предыдущего поколения. Датчики определяют индекс NDVI. По данным исследований, проведенных в Южной Дакоте, в результате обработки азотными удобрениями 678 га получили прибыль 56,53 долл.. США / га. Система Fritzmeier ISARIA (Германия) состоит из двух измерительных головок, каждая из которых оснащена четырьмя LED-источниками света, излучают волны определенной длины. Отраженный свет регистрируется с помощью высокочувствительных измерительных приборов до 500 раз в секунду, и данные передаются на процессор. Здесь значение измерений обрабатываются и поступают через Bluetooth к терминалу ISARIA в кабине трактора. Полученные значения измерений (индекс REIP) или составлены карты рассчитанного внесения удобрений вводятся в терминал ISARIA, устанавливающий соответствующую дозу азотных удобрений. Управление средствами для внесения удобрений осуществляется непосредственно из терминала ISARIA. К сожалению, пока технологии переменного нормирования на основе оптической диагностики обеспеченности растений элементами питания не нашли широкого применения в сельскохозяйственном производстве Украины. Причин этому, по моему мнению, несколько, в частности: ???отсутствие достаточной информации о технологических, экономических и экологические выгоды, которые обеспечивает эта технология; ???недостаточная научная поддержка технологий переменного нормирования на основе оптической диагностики обеспеченности растений; ???высокая стоимость оборудования и ограниченное количество квалифицированных агрономов, технологов сельскохозяйственного производства, которые понимают перспективность применения таких технологий. Возможно, информация, приведенная в этой статье, станет поводом для изучения опыта применения таких технологий, их адаптации к условиям Украины и применения в сельскохозяйственном производстве.


Tags:

Азот


Similar posts

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

*

code