Способ прецизионного внесения удобрений

Способ прецизионного внесения удобрений

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области сельского хозяйства, а именно к дифференцированному точному внесению планируемой под определенный урожай дозы удобрения с учетом полевой неоднородности содержания элементов питания растений в почве.

Известны способы компенсационного дозирования удобрений в точном (прецизионном, координатном) земледелии, включающие предварительное разделение поля на относительно сопоставимые по уровню плодородия участки, агрохимическое обследование почв на участках, определение средней величины содержания элементов питания в почве на каждом участке, составление цифровой карты поля с разделением ее на ранжированные по содержанию элементов питания внутриполевые объекты и автоматизированное, с использованием карты и бортовых приемников сигналов глобальной позиционной системы (ГПС, ГЛОНАСС), внесение соответствующей поучастковой усредненной компенсационной дозы удобрения (1, 2).

Известные из обзорных публикаций способы внесения удобрений в точном земледелии обеспечивают дифференциацию доз удобрений в поле на уровне отдельных внутриполевых участков, на территории которых почвенное содержание элементов питания растений условно признается неизменным. Субъективное признание неизменности показателей содержания элементов питания в почве правомерно в процедуре районирования территории, выполняемой на основе классификации признаков, где каждый класс земель характеризуется интервалом показателей. В точном земледелии районирование поля на однородные участки по разным признакам приведет к необходимости использования многоступенных классификаций, мозаичности выделов и трудностям в идентификации границ. Использование принципа участковой площадной дискретности в дифференцировании доз удобрений следует считать существенным недостатком, так как границы участков проводятся субъективно с игнорированием переходных зон, так называемых экотонов. Как известно, содержание элемента питания в той или иной точке участка является случайной независимой величиной также как и на всем поле, а общая совокупность случайных измеренных величин имеет характер непрерывного нормального распределения (3).

Известен способ внесения органических удобрений, включающий предварительное выделение методом дистанционного зондирования участков на поле с различным содержанием гумуса и в зависимости от величины его среднего содержания на участке вносят соответствующую компенсационную дозу удобрения (патент RU №2260930 от 27.09.2005 г.).

Недостаток известного способа заключается в том, что планируемая доза удобрения дифференцируется как среднеучастковая с поправкой на содержание гумуса в каждом полевом участке и не учитывается изменчивость содержания гумуса внутри выделенных участков. Существенным недостатком способа является и то, что однородность участков оценивается по внешней отражательной способности почвы, лишенной растительности и пожнивных остатков, и не зондируется мощность гумусового горизонта, отчего изменяется продуктивность почв при одинаковом процентном содержании гумуса. Кроме того, способ не обеспечивает заявленного качества зондирования при системах земледелия с безотвальной и нулевой обработкой почв.

В усовершенствованном способе агрохимического обследования почв (патент RU №2102748 от 20.01.1998 г.), необходимого для дифференцированного внесения удобрений, плодородие и однородность оцифрованных контуров в итоге оценивают по результатам агрохимического анализа смешанных почвенных образцов. Как известно, смешанный образец характеризует территорию, а не конкретную точку с детерминированным значением величины содержания элемента питания в почве, относительно которой рассчитывается прецизионность компенсационной дозы удобрения. При распределении удобрений на поле по принципу - собственная средняя доза для конкретного участка - находим аналогичные недостатки в обеспечении точности внесения удобрений, а именно в усреднении объективно существующих неоднородностей содержания элементов питания растений в почве в разных местах участка, выделенного по другим косвенным признакам плодородия, например по урожайности или качеству отраженного радиолокационного сигнала.

Цель изобретения - повышение точности внесения прецизионно компенсационных доз удобрения под планируемый урожай на разнородном по плодородию поле в процессе линейного движения агрегата, корректируемых фиксированными в географических координатах показателями содержания элементов питания в почве и бортовым приемником навигации глобальной системы позиционирования (ГПС, ГЛОНАСС и др.).

Возможность перехода к прецизионному внесению удобрений исходит из способности современных технических средств точного земледелия распознавать местоположение агрегата, вносящего удобрения, и автоматически изменять вносимую дозу в зависимости от содержания элементов питания растений в почве на пути линейного перемещения техники. Для исполнения прецизионной технологии внесения удобрений не требуется карты полевых участков, а поэтому сокращаются затраты на ее производство.

Поставленная цель достигается тем, что в основе способа используется континуальность границ в ландшафтной сфере, в частности, границ постепенного перехода величин содержания элементов питания растений в почве (4, 5).

Точность внесения компенсационной дозы удобрения в предлагаемом способе обеспечивается бортовым компьютером, сопряженным с навигатором ГПС и механизмом регулирования доз удобрения, в процессе линейного перемещения агрегата по полю с позиционно фиксированными через систему глобального позиционирования точками отбора почвенных образцов на агрохимический анализ. Почвенные образцы на анализ отбирают индивидуально в местах пересечения (узлах) координатной сетки поля и местах пересечения линиями сетки границ ландшафтно-типологических выделов.

Предложенный способ осуществляется следующим образом.

На картографический план поля с границами ландшафтно-типологических выделов наносят с заданным масштабом и точностью линии по направлению географических широт и долгот, которые в итоге создают координатную сетку. Места пересечения линий между собой (узлы координатной сетки) и с границами типологических выделов поля (I, II, III, фиг.1) образуют парные координатные точки, например А и В, В и С, и др. В координатных точках производят отбор индивидуальных почвенных образцов на агрохимический анализ. Места отбора проб фиксируют в географических координатах переносным навигатором через ГПС и вместе с результатами агрохимического анализа заносят в память бортового компьютера. Фиксированные места отбора проб служат операционными единицами в системе автоматизированного расчета и внесения дифференцированных компенсационных доз удобрений.

В момент нахождения агрегата, вносящего удобрения, над фиксированными в географических координатах точками с известным содержанием питательных веществ в почве, например над точкой А (фиг.2), компьютер вычисляет компенсационную дозу удобрения (Na) известным способом как разницу между планируемой под урожай дозой на поле (Np), равную в примере AC=BD, и величиной почвенного содержания элемента питания в рассматриваемой точке (А) и подает команду на регулируемое механическое устройство по внесению расчетной недостающей до нормы дозы удобрения (С). Расчет планируемой под урожай дозы удобрения производят на среднемноголетние условия функционирования местного ландшафта. С изменением условий ландшафта на момент внесения удобрений (засуха, высокий уровень продуктивной влаги) компенсационную дозу удобрения корректируют нормативным коэффициентом Y по формуле: Na=(AC-AF)×Y.

Расчет компенсационной дозы удобрения в любой точке по линии движения агрегата от А до В компьютер осуществляет в следующем порядке:

- из двух парных координатных точек А и В устанавливает ту из них, которая относительно больше содержит элемента питания в почве и определяет эту разницу. В примере точка А характеризуется относительно В минимальным содержанием элемента питания в почве (N_min), а точка В - максимальным содержанием (N_max). На чертеже эта разница равна GK (GK=BG - AF). Для нивелирования разницы в содержании элемента питания в почве по линии движения агрегата от А до В необходимо внести удобрение, форму и объем дозы которой в вертикальном разрезе можно представить фигурой геометрического подобия FJG, а до планируемой под урожай полевой дозы удобрения по той же линии к FJG следует добавить объем CDJG;

- измеряет через ГПС расстояние от агрегата, находящегося между А и В, до точки с N_max содержанием элемента питания в почве, в долях единицы от АВ. Например, в точке Е это относительное расстояние (L) определяется соотношением ЕВ/АВ;

- рассчитывает и регулирует внесение компенсационной дозы удобрения (N_k) по линии движения агрегата между парными координатными точками сети по формуле

N_k=((N_max-N_min)×L+N_p-N_max)×Y.

К примеру, в точке Е компенсационная доза удобрения N_ke формализуется следующим выражением:

N_ke=((BG-AF)×EB/AB+BD-BG)×Y.

В вариантах движения агрегата внутри координатной ячейки (ABCD, фиг.1), например по линии YO, компьютер вначале рассчитывает содержание элемента питания в точках Y и О по фиксированным данным парных координатных точек (В, С и A, D), а затем по линии дифференцирует компенсационную дозу удобрения предлагаемым способом. При условии того, что содержание элемента питания в почве больше в точке Y, чем в парной точке О, компенсационная доза удобрения в месте нахождения агрегата (X, фиг.1) составит N_kx=((N_y-N_o)×L_x+N_p-N_y)×Y.

Независимо от начала и направления движения агрегата все измерения, расчеты и внесение доз удобрений по предлагаемому способу осуществляют последовательно в пределах парных координатных точек.

ЛИТЕРАТУРА

1. Якушев В.П., Полуэктов Р.А., Смоляр Э.И., Топаж А.Г. Точное земледелие (Аналитический обзор) // Агрохимический вестник, №5, 2001, с.23-24.

2. Каштанов А.Н., Булгаков Д.С., Голаванев И.Н., Молчанов Э.Н., Рубцов С.А. Развитие технологий, методов и средств точного земледелия. М., 2006, с.147.

3. Шафран С.А., Черевиков В.Д., Пупынин В.М. Агрохимическая эффективность дифференцированного внесения минеральных удобрений с учетом внутрипольной неоднородности почвенного плодородия / Инновационно-технологические основы развития земледелия. Курск, 2006, с.414-416.

4. Арманд Д.Л. Наука о ландшафте. Москва, «Мысль», 1975, с.21-29.

5. Княжева Е.В., Надеждин С.М., Фрид А.С. Пространственная неоднородность уровня плодородия выщелоченного чернозема в пределах поля // Почвоведение, №9, 2006, с.1120-1129.

6. Афанасьев Р.А., Мерзлая Г.Е., Ладонин В.Ф., Марченко Н.М. Способ внесения органических удобрений. Патент RU 2260930 от 27.09.2005.

7. Афанасьев Р.А., Благов А.В., Мейер О.Н. Усовершенствованный способ агрохимического обследования почв. Патент RU 2102748 от 20.01.1998.

Способ прецизионного внесения удобрений на поле, включающий отбор образцов на анализ, определение содержания элементов питания растений в почвенных образцах, расчет компенсационной дозы удобрения с учетом исходного содержания элементов питания в почве и автоматизированное внесение компенсационной дозы с использованием современных средств навигации, отличающийся тем, что отбор почвенных образцов на агрохимический анализ производят индивидуально в местах пересечения линий координатной сетки между собой и с границами внутриполевых выделов, предварительно запроектированных на картографическом контуре поля, измеряют бортовым компьютером агрегата расстояние от места его нахождения по линии движения до ближайшей парной координатной точки с относительно повышенным содержанием элемента питания в почве в долях единицы от расстояния между парными точками, а компенсационную дозу вносимого удобрения рассчитывают по формуле:N_k=((N_max-N_min)·L+N_p-N_max)·Y,где N_k - вносимая компенсационная доза удобрения, кг/га д.в.;N_max - количество элемента питания в почве, соответствующее парной координатной точке с относительно повышенным показателем его содержания, кг/га д.в.;N_min - количество элемента питания в почве, соответствующее парной координатной точке с относительно меньшим показателем его содержания кг/га д.в.;L - показатель расстояния от места нахождения агрегата до точки N_max, в долях единицы от расстояния между N_min и N_max;N_p - планируемая доза удобрения, кг/га д.в.;Y - поправочный коэффициент на изменившиеся условия ландшафта.