Рациональное применение удобрений во многом зависит от качества агрохимического обследования, выполняемого с целью определения реакции почвы и содержания в ней подвижных форм питательных веществ.

Традиционно обследование проводится вручную, и самое главное, без точной привязки к местности. Поэтому, при повторном обследовании нельзя с уверенностью утверждать, что почвенные пробы были взяты в том же самом месте. Следовательно, информация, полученная таким способом, не отражает реальную картину и динамику изменения почвенных показателей  на поле, что в свою очередь приводит к неверным результатам расчёта доз удобрений. А это отражается как на экономике сельскохозяйственного предприятия, так и на экологической обстановке на поле.

Последние достижения науки и техники, особенно в области информационных технологий, позволяют выйти на качественно новый уровень обследования почв. Принципиальное отличие информационной технологии точного земледелия от традиционных систем возделывания культур состоит в том, что сельскохозяйственное поле рассматривается не как однородный массив, а как система элементарных участков, отличающихся друг от друга почвенными, микроклиматическими и другими характеристиками.

Методика агрохимического обследования в технологии точного земледелия предусматривает привязку каждой взятой почвенной пробы к единой системе географического позиционирования, осуществляемого с помощью навигационной системы. Это в дальнейшем позволяет более точно оценивать результаты последовательно проведённых туров обследования, осуществлять детальный учет изменчивости среды обитания растений в пространстве и во времени, и оперативное управление на поле продуктивностью посевов.

В рамках выполнения научно-исследовательской работы по теме «Разработка и внедрение технологии точного земледелия при возделывании сельскохозяйственных культур в лесостепи Самарской области» по заказу Министерства сельского хозяйства и продовольствия Самарской области нами апробирована новая методика дискретного агрохимического обследования с геоинформационным и навигационным обеспечением.

Исследования проводили в условиях сельскохозяйственного предприятия ЗАО «Самара-Солана» Ставропольского района. В задачи исследований входило:

1) определение пространственной неоднородности полей хозяйства по основным агрохимическим показателям;

2) систематизация и выделение однородных участков («единиц управления») на сельскохозяйственном поле как основы практического применения технологии дифференцированного внесения удобрений.

 Содержание в почве гумуса, подвижного фосфора, обменного калия, а также реакция почвенной среды (рН) были определены в 2007 году в почве десяти полей хозяйства общей площадью 776 га. Отбор образцов почвы осуществляли с использованием мобильного автоматизированного комплекса, состоящего из следующих компонентов:

- навигационной системы АgGPS EZ-Guide Plus со встроенным высокоточным GPS - приемником;

- полевого компьютера АgGPS 170, оснащенного программным обеспечением AgGPS Field Manager;

- автоматического пробоотборника Fritzmeier Profi 90.

Используемый мобильный комплекс позволил нам в полном объёме в автоматизированном режиме осуществить с заданным шагом (размер элементарного участка) дискретное полевое обследование (рис. 1).

Рис. 1. Общий вид мобильного автоматизированного комплекса

для агрохимического обследования: 1 –GPS-приемник навигационной системы АgGPS EZ-Guide Plus; 2 – полевой компьютер АgGPS 170;

3 – автоматический пробоотборник Fritzmeier Profi 90.

Обследование начинали с создания электронного контура полевого участка, определения точек отбора проб и навигации по этим точкам. Для этого предварительно объезжали каждое поле и сохраняли в памяти бортового компьютера полевой контур. Затем накладывали на полученный контур сетку, ячейкой которой является элементарный участок поля.

Мы разбивали поля на элементарные участки площадью  4 га (200 х 200 м), с каждого из них с помощью автоматического пробоотборника, который перемещался по  диагонали участка, отбирали по 10 проб почвы из слоя 0-30 см. Из них была составлена объединенная проба, которая использовалась в агрохимическом анализе. При взятии проб с каждого элементарного участка номеру пробы присваивали порядковый номер участка, географические координаты которого зафиксированы в памяти полевого компьютера.

В результате поля характеризовались выборками показателей по 10-30 участкам в зависимости от их площади. Полный агрохимический анализ образцов почвы проводили в областной агрохимической лаборатории САС «Самарская». В результате статистической обработки данных агрохимического обследования были  получены оценки средних величин показателей почвенного плодородия, их коэффициентов вариации и пределов варьирования  (табл. 1).

Анализ вариабельности агрохимических показателей по участкам полей выявил следующее:

- самыми изменчивыми показателями были подвижный фосфор - коэффициент вариации по полям 18,51-51,40% и обменный калий - 17,81-36,91%;

- средняя степень вариабельности была характерна для гумуса (6,94-15,4%);

- низкая изменчивость отмечалась по показателю реакции почвенной среды (2,34-5,12%).

Таким образом,  исследования позволили выявить значительные пространственные различия агрохимических показателей плодородия черноземной почвы (особенно подвижного фосфора и обменного калия) даже в условиях выровненного рельефа сельскохозяйственных полей ЗАО «Самара-Солана». Это позволяет  обосновать целесообразность пространственно-дифференцированного применения удобрений, как одного из важных приемов выравнивания плодородия поля.

Возникает вопрос: каким образом можно практически использовать данные по неоднородности плодородия почвы и осуществить  дифференцированное внесение удобрений, ведь агрохимические показатели могут иметь значительные отличия даже на одном квадратном метре? Для этого важно установить закономерности пространственной неоднородности почвенного плодородия и выделить на сельскохозяйственном поле однородные участки  («единицы управления»).

Эта проблема находит решение при  использовании компьютерной программы  SSToоlbox, являющейся полноценной геоинформационной системой. Заложенный в программу алгоритм позволяет интерполировать результаты  анализов почвы от участков по всему полю, выявить закономерности пространственного распределения  питательных элементов почвы и построить электронные карты и картограммы, в которых отражены информационные слои данных одинакового уровня в пространстве поля  (рис. 2).

На картограммах по каждому анализируемому показателю выделена сеть однородных участков 20 уровней (число уровней регулируется), распределенных пространственно в пределах сельскохозяйственного поля. Детальный учет распределения элементов питания необходим при расчете дифференцированных доз внесения удобрений на участках разных уровней содержания NPK, что отличает точное земледелие от традиционного.

Рис. 2. Электронные картограммы содержания гумуса, подвижного

 фосфора и обменного калия в почве поля №9 ЗАО «Самара-Солана»

Обобщая вышесказанное, можно выделить следующие особенности проведения агрохимического обследования почв с использованием методики и средств точного земледелия:

·        объединенная проба почвы на анализ содержания питательных веществ отбирается с 1 – 4 га (по традиционной методике – с 25-40 га);

·        отбор проб осуществляется автоматическим пробоотборником (прежде – ручным буром);

·        картографической основой служит почвенная карта, план внутрихозяйственного землепользования, а также спутниковые изображения и аэрофотоснимки с точной географической привязкой;

·        место отбора проб почвы определяется с помощью навигационного оборудования, координаты точки отбора фиксируется с точностью до 15-30 см (по традиционной методике место отбора точно не фиксируется);

·        восстановление маршрута отбора проб на следующий год возможно с точностью до 30 см (осуществить это по традиционной методике весьма затруднительно);

·        составление картограмм с помощью специализированного программного обеспечения в автоматизированном режиме (прежде - составление картограмм вручную);

·        расчет доз удобрений выполняется дифференцированно для каждого участка поля (по традиционной методике дозы удобрений рассчитываются по средневзвешенному значению показателей плодородия);

·        на каждый участок поля удобрения вносятся по потребности растений в зависимости от обеспеченности почвы элементами питания (по обычной методике вносятся усредненные дозы NPK, что вызывает либо перерасход удобрений, либо их недостаток по участкам поля);

·        расчет доз, норм, затрат на удобрения производится автоматически с помощью специализированного программного обеспечения (традиционно либо вручную по известным  методикам, либо программным путем в учебно-научных учреждениях и консультационных центрах);

·        сохранение окружающей среды за счет точного («адресного») внесения удобрений по потребности растений (нарушение баланса внешней среды при внесении усредненных доз удобрений).

Таким образом, применение современного оборудования, программного обеспечения и новых методов позволяют осуществить принципиально иной подход к проведению агрохимического обследования полей, проводить отбор почвенных проб с большей точностью, автоматизировать рабочий процесс и в конечном итоге повысить эффективность и экологическую безопасность использования дорогостоящих минеральных удобрений.