Сегодня: 22 | 06 | 2021

Лекція 1. Наукові основи сучасних агротехнологій

Г) математичне моделювання і розробка програм для автоматичних систем управління (АСУ);

Д) розробка програмованих агрокомплексів і схем чергування культур у сівозмінах;

Є) практичне використання розробленої програми на сільськогосподарських підприємствах та уточнення вихідних даних моделі програмування врожаїв.

Основним завданням програмування врожаїв повинен стати новий підхід для управління рослинництвом на базі комплексу останніх польових досліджень.

Математичне моделювання процесів продуктивності

Моделювання являє собою процес узагальнення окремих результатів для виявлення їх значення в цілому. При використанні логічних принципів відомі показники комбінують так, щоб вони відповідали принципам даної системи у різних умовах. Основою для вирішення біологічних моделей є комп'ютер. Наприклад, для підрахунку впливу сонячних променів на посіви необхідно провести тисячі математичних операцій. Кожна зміна положення сонця над горизонтом являє собою нову ситуацію, яку можна вивчити і виявити за допомогою математичних підрахунків. Тому моделі, пов'язані з біологічними процесами, є дуже складними.

Математичні моделі діляться на дві основні групи - емпіричні та функціональні.

Емпіричні моделі - виявляють емпіричну кореляцію між вихідними параметрами зовнішнього середовища і врожаєм. При цьому не враховуються окремі аспекти основних процесів формування врожаю, тобто такі моделі не використовують для визначення окремих явищ.

Функціональні (імітаційні) моделі Складені на основі вивчення основних фізіологічних процесів при формуванні врожаю з урахуванням залежності процесів від умов зовнішнього середовища і їх взаємодії. На основі виявлених зв'язків складають математичні рівняння.

Концепція точного землеробства

Система "точного землеробства" (в оригінальній термінології – “precision agrimenture”, або " precision farming") є вдалою концепцією "інженерних систем". Інженерна система, за визначенням NSF, являє собою підбір компонентів, процесів та обладнання, необхідних для виконання практичних функцій. У даному випадку в її завдання входить отримання максимальної ефективності землеробства: оптимізація врожайності польових культур на конкретній ділянці ґрунту скорочення витрат на обробіток посівів добривами, пестицидами з детальним обліком параметрів ґрунту і посівів. При цьому технологія точного землеробства дозволяє керувати цими параметрами з високою просторовою точністю, що і відрізняє цю технологію від традиційної, яка базується на середніх показниках.

Точне землеробство, як система, включає дві основні категорії: Апаратну Та Інформаційну.

Апаратна Частина включає компоненти GPS-приймач і антени, спеціалізовані комп'ютери, різні сенсори (наприклад, маси, вологості), інтерфейсні пристрої, а також контролери робочих механізмів, вмонтовані на сільськогосподарських машинах.

Інформаційна Частина включає геоінформаційні системи (GIS), тобто спеціалізовані програмні комплекси, які зберігають, обробляють та аналізують великі масиви даних різних етапів процесу землеробства, які прив'язані до координат місцевості.

Роботи, пов'язані з точним землеробством, розпочинаються з картографування сільськогосподарських угідь з використанням систем глобального позиціювання. Використовують прямий метод (обхід, об'їзд поля і реєстрацію координат з відповідною частотою), а також метод з використанням аерофотознімків, відеозапису або орбітальної фотографії.

Отримана на даному етапі електронна карта поля вводиться в геоінформаційну систему. У вигляді базової GIS використовують програму Arc View. Це дозволяє отримати базові параметри поля автоматично для наступної прив'язки до визначених координат поля.

Наступним етапом точного землеробства є визначення характеристик ґрунту на даній ділянці землі. Для цього на карті розміщують сітку взятих проб ґрунту з визначеним кроком (як правило: 1-2 виїмки на гектар). Задані точки визнача­ються на місцевості за допомогою GPS-приймача з точністю до 1-3 м, де і відбирають стандартні проби ґрунту, які аналізують у спеціалізованих лабораторіях. Дані аналізу стандартизовані за форматом зберігання, що дозволяє автоматично ввести їх в GIS і визначитися з координатами проб. Використання вмонтованих процесів апроксимації та інтерполяції дає можливість отримати точний розподіл параметрів ґрунту на конкретній ділянці сільськогосподарських угідь у вигляді різних шарів електронної карти.

Таким чином, для кожної культури визначаються параметри ґрунту, оптимальні з точки зору врожайності, а також відомий набір засобів (добрива, пестициди), які впливають на ці параметри. Визначають кількісний та якісний склад засобів хімічної та біологічної дії на ґрунт у кожній конкретній ділянці поля для отримання заданих параметрів врожайності конкретної культури. Ці дані вводять в GIS і через стандартизований інтерфейс переносять на магнітний носій (флеш-карту).

Для практичного застосування процедури точного землеробства сільськогосподарські машини обладнують GРS-приймачами для точного позиціювання на полі. Крім того, на машини встановлюють обладнання, яке знімає інформацію з флеш-карт, і контролери робочих органів. Доза внесення у ґрунт агента (добрива, пестициди) визначається зміною швидкості руху агрегату, або зміною продуктивності робочого органу (наприклад, розпилювача форсунки оприскувача). Програмовані засоби в автоматичному режимі визначають місцезнаходження агрегату на полі, визначають задані для даної ділянки поля кількості внесення агента і керують робочими органами машини.

Результат: параметри ґрунту доводяться до оптимальних для даної культури, економія добрив та засобів захисту рослин становить близько 40% у порівнянні із звичайною технологією, а також спостерігається вирівнювання врожайності по всьому полю.

Аналогічний підхід здійснюється за більшістю можливих параметрів землеробства: частота висівання насіння, внесення гербіцидів та засобів захисту рослин. Подальше статистичне опрацювання даних, отриманих за декілька вегетаційних періодів, дозволяє з великою точністю програмувати врожайність сільськогосподарських культур на конкретному полі з урахуванням впливу кліматичних умов, а також оптимізувати витрати з урахуванням ринкової кон'юнктури.

Екологічно-безпечні технології в рослинництві

У серпні 2002 р. у Канаді (Вікторія) відбувся Міжнародний конгрес з екологічних питань сільського господарства.

На конгресі обговорювали найважливіші питання сучасних агротехнологій, а саме їхню екологічну забезпеченість. Акцентовано увагу на тому, що масштаби виробництва екологічно чистої продукції неухильно збільшуються і насамперед у країнах, де це питання має державну підтримку. На жаль, представництво України на конгресі було обмежено, що не дало змоги показати можливості і привабливості нашої країни для розвитку ековиробництва. Недооцінка, а часом і зневажливість до перспектив налагодження в Україні виробництва екологічно чистої продукції з боку державних структур обертаються не тільки втратою "екоіміджу" країни, а й недорахуванням у держбюджеті десятків мільярдів гривень.

Сучасна кон'юнктура на міжнародних ринках продовольства поступово формується на користь екологічно чистої продукції. У 2001 р. обсяги продажу екопродукції в країнах Західної Європи становили близько 6 млрд. доларів. З урахуванням цього Україна повинна здійснити прорив на ринки такої продукції. Наша країна не повинна стояти осторонь агроекологічного напряму в сучасному сільському господарстві. У нас є великі можливості: екологічно чисті території; технології, що дають можливість одержувати екологічно чисту продукцію; ресурсний потенціал, здатний забезпечити високу якість продовольчої та фуражної сировини.

Однак стає зрозумілим, що для цього необхідно створити певну систему реалізації існуючих можливостей. Насамперед, слід мати на увазі, що нині наукові аспекти проблеми виробництва екологічно чистої продукції в умовах України здебільшого вирішено. Фахівцями національного наукового центру "Інститут ґрунтознавства та агрохімії (ННЦ ІГА) ім. О. Н. Соколовського" УААН опрацьовано метод оцінки придатності орних земель для вирощування екологічно чистої продукції і створено для всіх областей відповідні картосхеми, розроблено й апробовано в умовах виробництва технології одержання біологічно повноцінних урожаїв, запропоновано систему матеріального стимулювання ековиробників (табл. 3).

Враховуючи ці особливості процесу ековиробництва, більшість провідних країн світу опікуються цим питанням. Розуміючи, що здорова нація - це насамперед міцна та стабільна економіка, уряди багатьох країн Західної Європи розробили системи стимулювання фермерів, які займаються вирощуванням екологічно чистої продукції. Так, у Німеччині обсяг державної підтримки "екофермерів" становить 1,1-1,8 тис. дол./га, Швейцарії – 1,2-2,5, Данії 2,5-3 тис. дол./га. Загальні положення щодо ековиробництва викладено в Постанові Європейського Співтовариства від 24 червня 1991 р.