Алгоритм расчета доз внесения удобрений в прецизионном земледелии

Размещено на http://www.allbest.ru/

Алгоритм расчета доз внесения удобрений в прецизионном земледелии

Целью работы являлось составление алгоритмов планирования агрокомплекса, на основе которых возможна разработка программного обеспечения, используемого в прецизионном земледелии для оптимизации минерального питания, и разработка программного обеспечения для расчета норм жидких органических удобрений при их дифференцированном внесении наряду с минеральными удобрениями. В ходе работы были выбраны основные сельскохозяйственные культуры, которые выращиваются при орошении в Ростовской области.

Для этих культур разработаны алгоритмы планирования комплекса мер, позволяющих автоматизировать выбор элементов технологии возделывания. На их основе появилась возможность создания алгоритмов агрокомплекса для других сельскохозяйственных культур и автоматизации принятия правильного решения по их возделыванию. Приняв за основу составленные алгоритмы, разработали программу для расчета доз удобрений на программируемую урожайность. При разработке алгоритмов планирования и создании программы для расчета доз удобрений был использован метод, основанный на показателях почвенной диагностики, предполагающий доведение содержания подвижных форм элементов питания в почве до оптимального уровня.

В настоящее время разработанная программа является самостоятельным и обособленным фрагментом комплекса разрабатываемых мероприятий для мониторинга агробиоценозов и оперативного реагирования на негативные изменения либо потребность в элементах жизнеобеспечения сельскохозяйственных культур. Дальнейшая разработка темы позволит в режиме реального времени производить мониторинг агробиоценозов на предмет содержания в почве питательных веществ и с использованием разработанного программного обеспечения при необходимости в короткие сроки вносить дифференцированные дозы минеральных удобрений на каждый микроучасток с учетом реальной потребности выращиваемой сельскохозяйственной культуры.

Усовершенствование ресурсосберегающих технологий в аграрной промышленности даст возможность производителям перейти на более совершенный этап производства, позволяющий им конкурировать с иностранными предприятиями [1-5]. Одним из основных элементов технологий ресурсосбережения в аграрном секторе является точное земледелие (ТЗ) [5-7].

Анализ работ зарубежных авторов демонстрирует результат, позволяющий сделать вывод, что применение ТЗ может обеспечить большую рентабельность, позволяет поддерживать плодородие почвы и экологический уровень получаемой сельскохозяйственной продукции [2-12]. Основа ТЗ заключается в том, что работа над получением урожая производится в зависимости от реальных потребностей выращиваемых на определенной площади культур [3-5, 9]. Необходимость ухода за растениями определяется с помощью современной техники и информационных технологий, включающих не только космическую съемку, но и использование спектральных камер, различных датчиков и N-тестеров. Одной из основных решаемых задач в современных условиях прецизионного земледелия является расчет и внесение оптимальных доз удобрений, а также определение доз их внесения, исключающих негативное воздействие на почву и растения [10].

Улучшение питательной среды растений с помощью удобрений играет основную роль в повышении рентабельности выращивания сельскохозяйственных культур [12, 13]. Применение удобрений без учета потребности растений в них не может дать ожидаемой прибавки урожая и улучшить его качество [14-16].

Материалы и методы. Целью нашей работы являлось составление алгоритмов планирования агрокомплекса, на основе которых возможна разработка программного обеспечения, используемого в прецизионном земледелии для оптимизации минерального питания, а также разработка программного обеспечения для расчета норм жидких органических удобрений (ЖОУ) и их дифференцированного внесения наряду с минеральными удобрениями.

В настоящее время используется несколько методов расчета доз удобрений на программируемую урожайность. При разработке алгоритмов планирования и создании программы для расчета доз удобрений был использован метод, основанный на показателях почвенной диагностики и предполагающий доведение содержания элементов питания в почве до оптимального уровня. Чтобы рассчитать дозы по этому методу, необходимо получить исходные данные о наличии подвижных элементов питания в почве, знать оптимальную величину их содержания для определенного уровня урожайности и иметь информацию об изменении содержания этих форм в почве при внесении удобрений [16-18].

В ходе работы были выбраны основные культуры, которые выращиваются на орошаемых черноземах Ростовской области. Для этих культур разработаны алгоритмы планирования комплекса мер, позволяющих автоматизировать выбор элементов технологии возделывания. На основе сформированных алгоритмов разработан программный комплекс для расчета норм минеральных удобрений при возделывании различных сельскохозяйственных культур и автоматизации принятия оптимального решения по их возделыванию с учетом агрохимических свойств почвы.

Результаты и обсуждение. С целью разработки программы для расчета норм удобрений нами был составлен алгоритм действий [19, 20], включающий методику расчетов наличия в почве подвижных макроэлементов. Алгоритм расчета подвижных форм питательных веществ в почве представлен на рисунке 1.

Рисунок 1. Алгоритм планирования для расчета доз и сроков внесения удобрений

программный минеральный сельскохозяйственный орошение

Первый блок алгоритма обозначается аббревиатурой и подразумевает под собой срок вспашки.

Во втором блоке алгоритма выполняется условие совпадения сроков внесения удобрений со сроком вспашки .

Третий блок является блоком ввода данных (обозначения: - оптимальное содержание подвижного фосфора в почве, мг/кг; - вынос P2O5 с уборкой первой культуры, кг/га; - увеличение содержания P2O5, мг/кг; - повышение содержания P2O5 в почве осенью, к весне следующего года, мг/кг; - содержание подвижного фосфора в почве (до внесения P2O5 под первую культуру), мг/кг).

В четвертом блоке заложен расчет исходного (фактического) содержания подвижного фосфора в почве , мг/кг, с учетом дозы P2O5, внесенной под первую культуру, кг/га ().

В пятом блоке алгоритма производится расчет необходимой дозы питательного вещества () под запланированную урожайность.

Шестой блок отвечает за корректность ввода данных для расчета дозы азотных удобрений. Здесь - оптимальное содержание нитратного азота в слое 0-30 см весной, кг/га; - содержание нитратного азота осенью, после уборки предшественника, кг/га; - увеличение запасов нитратного азота в слое 0-30 см от 100 кг/га азота удобрений, вносимых дробно, равными долями, кг/га.

В седьмом блоке алгоритма производится расчет необходимой дозы азотных удобрений под запланированную урожайность, кг/га.

Функционал восьмого блока сопоставим с шестым и третьим и отвечает за корректность ввода данных для расчета доз калийных удобрений.

Расчет их производится в девятом блоке, где - доза калия, кг/га; - исходное содержание калия в почве, кг/га; - оптимальное содержание калия в почве, кг/га. Также в алгоритме заложен расчет внесения основной (допосевной) дозы удобрений. Для основных сельскохозяйственных культур, выращиваемых на орошаемых землях Ростовской области, этот показатель составляет: N - 60 %, Р - 80 %, K - 100 %. Расчет доз удобрений в разработанной программе осуществляется в несколько этапов (рисунок 2).

Рисунок 2. Ввод данных

Первым шагом является ввод исходных данных в активные ячейки с надстрочной надписью «Содержание в почве, в слое 0-30 см, мг/100 г почвы». Исходными данными являются результаты анализа почвенных образцов, полученных в результате изысканий. Данные о содержании N (азота), Р (фосфора), K (калия) являются результатом химического анализа почвенных проб, отобранных в ООО «Агропредприятие «Бессергеневское» в 2016 г. на имеющихся опытных участках.

В процессе разработки программы были выбраны основные сельскохозяйственные культуры, выращиваемые в условиях Ростовской области. Среди них основные однолетние и многолетние травы на сено и зеленый корм, зерновые и зернобобовые, овощи, технические культуры. В нашем случае выбрана кукуруза на зерно.

Следующее действие - в окно ввода «планируемая урожайность» вносят показатель урожайности, для достижения которой требуется произвести расчет доз удобрений. Средняя урожайность кукурузы на зерно в условиях орошения в Ростовской области составляет 11 т/га. При активации кнопки «Расчет» выполняется процесс расчета доз внесения удобрений под запланированную урожайность 11 т/га (рисунок 3).

Рисунок 3. Результат расчета

В нашем случае при номинальном содержании в почве нитратного азота 20 кг д. в./га, подвижного фосфора 60 кг д. в./га и обменного калия 310 кг д. в./га и планируемой урожайности 11 т/га расчет предполагает внесение минеральных удобрений в количестве: N - 223, Р - 192, K - 59 кг д. в./га Полученные расчетные значения могут являться исходными данными для разработанной нами программы (свидетельство о госрегистрации № 2018661847) для расчета норм ЖОУ при возделывании различных сельскохозяйственных культур (рисунок 4).

Данная программа основывается на возможности внесения ЖОУ в экологических рамках для производства продовольственной продукции. Разницу между необходимой нормой внесения удобрений и питательными веществами, внесенными с ЖОУ, предлагается восполнить минеральными удобрениями. Расчет их нормы производится наряду с определением таких показателей, как содержание элементов питания в ЖОУ, норма ЖОУ, количество питательных веществ, внесенных с ЖОУ. Данные показатели рассчитываются для групп сельскохозяйственных культур. Градация ведется по зерновым, техническим, овощным культурам, для лугов, пастбищ, однолетних и многолетних трав. Пример работы с программой представлен на рисунке 5.

Рисунок 4. Результат расчета

Рисунок 5. Пример работы с программой

В процессе работы с программой для расчета норм ЖОУ требуется заполнить ячейки, которые обозначают количество питательных веществ, необходимых для внесения под выбранную культуру, плотность и содержание элементов питания в ЖОУ, выраженное в процентах.

Результатом работы программы является расчет допустимой нормы внесения ЖОУ, количества питательных веществ, внесенных с ними, а также дозы минеральных удобрений, внесение которой позволит удовлетворить потребность во внесении питательных веществ в почву.

Выводы

В настоящее время разработанные программы являются самостоятельными и обособленными фрагментами комплекса разрабатываемых мероприятий для мониторинга агробиоценозов и оперативного реагирования на негативные изменения либо потребность в элементах жизнеобеспечения сельскохозяйственных культур.

Дальнейшая разработка темы позволит в режиме реального времени производить мониторинг агробиоценозов на предмет содержания в почве питательных веществ и с использованием разработанного программного обеспечения при необходимости в короткие сроки вносить дифференцированные дозы минеральных удобрений на каждый микроучасток с учетом реальной потребности выращиваемой сельскохозяйственной культуры.

Список использованных источников

программный минеральный сельскохозяйственный орошение

1. Ольгаренко, В. Иг. Научная концепция и алгоритм реализации элементов прецизионного земледелия в условиях оросительной сельскохозяйственной мелиорации / В. Иг. Ольгаренко, А. Н. Бабичев, В. А. Монастырский // Научный журнал Российского НИИ проблем мелиорации [Электронный ресурс]. - 2018. - № 1(29). - С. 160-169. - Режим доступа: http:rosniipm-sm.ru/dl_files/udb_files/udb13-rec536-field6.pdf.

2. Netto, M. N. Inside The Life Of a Precision Agriculture Consultant In Brazil [Elec-tronic resource] / M. N. Netto. - Mode of access: http:precisionag.com/ag-tech-global/inside-the-life-of-a-precision-ag-consultant-in-brazil/, 2018.

3. Prins, R. Making Precision Agriculture Work In Australia [Electronic resource] / R. Prins. - Mode of access: http:precisionag.com/ag-tech-global/making-precision-agricultu-re-work-in-australia, 2018.

4. Celms, А. Global navigation satellite system as technical solution element of farm-land processing in Latvia [Electronic resource] / А. Celms, A. Ratkevics, V. Baumane. - Mode of access: http:tf.llu.lv/conference/proceedings2014/Papers/07_Celms_A.pdf, 2018.

5. Zarco-Tejada, P. J. Precision agriculture: An opportunity for EU farmers - Potential support with the CAP 2014-2020: Study [Electronic resource] / P. J. Zarco-Tejada, N. Hub-bard, P. Loudjani; Joint Research Centre of the European Commission; Monitoring Agricul-ture ResourceS Unit.

Размещено на Allbest.ru