Агрофизика

В России идет весенний сев — к середине апреля засеяно уже более 2 млн га только зерновых культур. Научно обоснованное земледелие могло бы дать российскому сельскому хозяйству значительный рост урожайности, что позволило бы выполнить задачу, поставленную в государственной программе развития сельского хозяйства, — в частности, довести долю зерна российского производства в общих ресурсах продовольственных товаров до 99,7%, а картофеля — до 98,7%; увеличить производство сельскохозяйственной продукции к 2020 году по сравнению с 2012 годом на 24,8%, а пищевых продуктов — на 32,5%, а также провести ускоренное импортозамещение овощей. На развитие растениеводства в этом году выделено свыше 50 млрд рублей, отдельно на ускоренное развитие овощеводства в открытом и закрытом грунте, в связи с введенными Россией контрсанкциями против западных стран — 5 млрд рублей. Однако пока, как показывает практика, сельскохозяйственные производители в основном определяют параметры своих технологических процессов эмпирически, основываясь на опыте специалистов, а не на данных науки.

текст Илья Михайленко, Агрофизический институт, Санкт-Петербург

Урожайная очередь

Севообороты — хорошо известное средство восстановления и повышения плодородия почвы. Растениям одного семейства часто угрожают одни и те же болезни (корневые гнили злаков, корнееды), вредители (озимая совка, проволочник, моль-малютка, колорадский жук и др.) и сор-няки (волчок подсолнечный, повилика), поэтому принцип правильного севооборота — чередование не просто культур, но видов.

Размещая культуры в севообороте, исходят из того, чтобы все они высевались после лучших предшественников. Оценивая предшественники, учитывают сроки их сбора, запасы влаги и питательных веществ в корнеобитаемом слое, количество растительных остатков и их качество, физическое состояние грунта и его засоренность сорняками и возбудителями болезней и вредителей.

Оптимальная стратегия сева формируется перед началом сезона, но является частью более длительной стратегии, в которой агротехнологии расписаны сразу на весь период севооборота.

Чем хуже, тем гуще

Чем менее благоприятны условия сева, тем больше должна быть норма высева семян, но все?таки превышать оптимум более чем на 15% не рекомендуется.

Оптимум на дерново-подзолистых суглинистых и супесчаных, подстилаемых мореной, почвах (в тоннах на гектар): ярового ячменя — 4,0, яровой пшеницы — 5,0, ярового тритикале (гибрид пшеницы и ржи) — 5,5, овса — 5,5. В реальных хозяйствах посевы будут на разных типах почв, и по разным предшественникам, и с опозданием в сроках, и с разной обеспеченностью органическими и минеральными удобрениями. Поэтому для каждого конкретного поля нужно одновременно рассчитывать и норму высева семян, и дозу удобрений.

Решать эту задачу следует в два этапа: на первом, экспериментально-исследовательском, на небольшой делянке оценивается состояние почвы и ее динамика по годам севооборота. Экспериментальная информация составляет массив данных, которые служат основой для расчета математических моделей.

Второй этап состоит в исполнении оперативных задач текущего года севооборота, а параметры для последующих лет используются только для управления запасами ресурсов, затрачиваемых при севе [рис.01 ].

Формула сельской химии

Сейчас технологии и машины позволяют вносить удобрения только по однородным зонам. Зоны по элементам подкормки не совпадают, так что определяют ситуацию сева зоны со схожей кислотностью.

При внесении агрохимикатов машиной с шириной захвата L и равным по всей ширине расходом определяется вектор погонных расходов удобрений при движении машины вдоль продольной координаты.

где: G(yj,T) — вектор погонных расходов удобрений, на единицу длины хода машины; i=1,2,...N — индексы и число однородных зон с разной нормой внесения, попадающих в область захвата машины; li — ширина однородной зоны в области захвата машины; L — общая ширина захвата машины, Di (yj,T) — вектор расходов агрохимикатов в области j — той однородной зоны показателя кислотности почвы pH, формируемый для первого года оптимальной стратегии сева, j=1,2,...J — индексы и общее число однородных зон по всей площади поля.

В зависимости от технологической схемы машины, с одним или с несколькими дозирующими устройствами, сев проводится за один или несколько проходов по полю, но семена заделываются строго в один проход — с постоянной по всей площади поля нормой высева.

Оценка свысока

Назначить время сева позволяет текущая и прогнозная информация о температуре и влажности почвы. Для этого применяется дистанционное зондирование земли, которое ежедневно обеспечивают беспилотники. Съемку они ведут в красном и инфракрасном каналах спектра, данные обрабатываются посредством математических моделей. Пригодность почвы для начала сева оценивается взвешиванием рассогласования между данными дистанционного зондирования и предыдущим прогнозом.

Структура системы управления посевной [рис.2 ] отправным пунктом имеет базу данных о предыдущем севообороте — прогнозы, сделанные на их основе по математическим моделям, — источник априорной информации. А оперативная информация с беспилотника наряду с температурой воздуха, осадками и влажностью позволяет принимать корректирующие решения для реализации оптимальной стратегии сева для текущего года севооборота.