Спосіб розмежування земельних ділянок у точному землеробстві

Спосіб розмежування земельних ділянок, який містить розподіл поля на групи на основі 2-Dдіаграм і відповідних індикаторних властивостей ґрунту, об'єднання ґрунтів з подібними властивос 3 Найбільш близьким до запропонованого за сутністю є спосіб розмежування земельних ділянок, відомий у точному землеробстві західних країн [Godwin R.J., Eart R., Taylor C. et. al. Precision farming of cereals. Practical guidelines and crop rotation. Project Report 267, Ноте-Grown Cereals Authority. -London, 2002. - P. 8]. Згідно цього способу поле поділяють на три частини (три технологічні групи) на основі аналізування елементів просторової варіації індикаторних властивостей ґрунту земельної ділянки. Частка поля з оптимальними параметрами відноситься до 1-ї агротехнологічної групи, 2 група ґрунтів із середніми параметрами, і 3-я група з найгіршими властивостями. Виокремлення 1 -ої групи здійснюється на основі 2-Dдіаграм і відповідних нормативів. Контури майбутніх агротехнологічних груп отримують після об'єднання ґрунтів з подібними властивостями на кригінг-карті, яка передається як план-завдання механізатору. Перед виконанням операції контури на 2-D- діаграмі спрямляють до максимально виправданої прямолінійної форми, що створює умови для виконання операції за допомогою звичайної техніки. Далі використовується техніка, яка обладнана сенсорними механізмами, що здатні приймати директиви і передавати їх на виконавські пристрої. Основним недоліком запропонованого способу є те, що він передбачає наявність нормативів, розроблених тільки за вмістом поживних елементів (фосфору та калію), що робить отримані дані не досить коректними, та обов'язкову наявність спеціальної техніки для виконання агротехнологічних операцій, що є досить ускладненим в умовах України. В основу корисної моделі поставлено задачу удосконалення способу розмежування поля на окремі частини шляхом розширення кількості показників фізичних параметрів та нормативів гранулометричного складу й підвищення точності визначення різнотипних за родючістю або станом рослин ділянок для використання на них різних агротехнологічних заходів. Поставлена задача досягається тим, що у відомому способі розмежування земельних ділянок, який містить розподіл поля на групи на основі 2-Dдіаграм і відповідних індикаторних властивостей ґрунту, об'єднання ґрунтів з подібними властивостями на кригінг-карті, спрямлення до максимально виправданої прямолінійної форми для використання на них різних агротехнологічних заходів, згідно з винахідницьким задумом розмежування земельних ділянок проводиться за додатковими нормативами з гранулометричного складу, вмісту гумусу, показниками рН та основними фізичними параметрами (щільністю будови, твердістю, структурним складом та ін.), які встановлюють за допомогою геостатистичних методів, що передбачають одержання оцінок просторової варіабельності індикаторів і врожайності культури для впровадження специфічних агротехнологій вирощування рослин. Спосіб розмежування земельних ділянок складається з підготовчого, польового і камерального етапів і завершується виокремленням одно 56745 4 типових ділянок і рекомендаціями для них специфічних агротехнологічних заходів. 1. Підготовчий етап На цьому етапі робіт дослідження забезпечуються наступними супутніми матеріалами: адміністративними, топографічними, агрокліматичними, фізико-географічними, ґрунтово-агрохімічними, економічними. Усі перераховані дані упорядковують у відповідних таблицях. З метою ефективного ведення науководослідних робіт і опрацювання після їхнього завершення раціональних пропозицій доцільно на підготовчому етапі зібрати наявну у регіоні друковану чи фондову літературу щодо: - ґрунтового покриву, його структури, динаміки, стану (у тому числі з еродованості, забруднення, переущільнення тощо); - земельного реформування (інвентаризації, кадастру, форм господарювання, бонітування, оподаткування, грошової оцінки тощо); - технологій вирощування культур (рекомендованих сівозмін, способів обробітку, удобрення тощо). Ці матеріали використовують як на етапі обґрунтування перспективного підходу до вивчення ґрунтового покриву, так і на етапі формулювання більш диференційованого і ощадливого напрямку його подальшого використання. 2. Польовий етап На полі, що обрано для досліджень, закладають мережу ділянок 5 х 5 м за регулярною сіткою з розрахунку 1 ділянка на 1 га у Лісостепу і Степу та на 0,5 га - у Поліссі. На полі спочатку визначають поздовжні і поперечні маршрути, закріпивши їх реперами на краю поля. Ділянки розміщують у місцях перетину маршрутів. Репери і ділянки повинні мати точно визначені координати. Для цього на полі закладають регулярну сітку елементарних ділянок, розмір яких залежить від експертної зональної оцінки неоднорідності. На кожній з ділянок досліджують фізичні (структурний склад, щільність будови і твердість), фізико-хімічні (рН) і агрохімічні (уміст гумусу і рухомих поживних речовин азоту, фосфору і калію) властивості - так звані індикаторні властивості ґрунту, на підставі яких поле розділяють на частини та розроблюють рекомендації щодо диференціації на полі основних агротехнологічних заходів з обробітку, внесення добрив і хімічної меліорації. 3. Камеральний етап складається з аналітичних робіт (за загально прийнятними методами) і математичної обробки даних. Передбачається розрахувати чи побудувати: - варіаціонно-статистичні елементи - за програмою Statistica; - специфічні геостатистичні параметри для виявлення особливостей просторової структури - за програмою Surfer; - кореляційні коефіцієнти і параметри регресійних рівнянь - за програмою Statistica; - педотрансферні моделі (лінійні і нелінійні) за програмою Matcad; 5 - карти властивостей ґрунтів поля і на їхній підставі індивідуальні робочі ділянки - за програмами Surfer (kriging) і Maplnfo. Ґрунтово-агрохімічне обстеження поля проводиться у два етапи. На першому з них здобувають вихідні характеристики поля за геологогідрологічними і топографічними показниками та показникам гранулометричного складу, рН, умісту гумусу і рівноважних характеристик щільності будови і структурного складу. Обов'язковим є геостатистичне визначення врожайності сільськогосподарської культури і складання відповідної карти. Обстеження другого етапу синхронізують (якщо є технічні можливості виконання досліджень у режимі on-line) з технологічними операціями з вирощування культур і визначають показники, на підставі яких коригується обробіток, внесення добрив і засобів захисту рослин. Збирають інформацію про погодні умови, стан рослин і економічну ситуацію, що є необхідним для визначення варіювання розміру інвестицій в технологію залежно від попиту на сільськогосподарську продукцію і цінової ситуації на ринку. Аналітичні роботи виконують в індивідуальних зразках, мінімізуючи будь-які усереднення результатів. Визначення неоднорідності проводять з залученням геостатистичної методології, використовуючи для цього статистичні і геостатистичні оцінки. Кінцевим етапом геостатистичної обробки даних є розмежування на полі однотипових ділянок з близькими параметрами родючості для наступного впровадження диференційованих агротехнологій. Приклад реалізації способу розмежування поля. Дослідження проводились на полі сівозміни в с Романів Луцького району Волинської області площею 63 га. На полі було позначено реперами 12 поперечних і 4 повздовжніх маршрути. Розміщення точок досліджень і топографічні параметри поля наведені на Фіг. 1. У місцях перетину маршрутів закладено елементарні ділянки розміром 2 га для проведення польових досліджень, обліку врожаю озимої пшениці і відбору ґрунтових і рослинних зразків для лабораторних аналітичних робіт. Для всіх точок було визначено географічні координати за допомогою GPS. Технологія вирощування пшениці на полі залежно від особливостей ґрунтового і рослинного покриву не диференціювалася. Для уточнення ґрунтового покриву на кожній елементарній ділянці закладали напіврозрізи і відбирали ґрунтові зразки з орного і верхньої частини підорного шарів. Якщо передбачається використовувати одержані дані для опрацювання рекомендацій з диференційованого обробітку, визначають щільність будови на глибинах 0-5, 15-20 і 30-35 см у 5 повторюваннях і твердість - у 10-кратному повторюванні. В лабораторії у відібраних зразках ґрунту визначали вміст гумусу, мінерального азоту (N-NH4 + N-N03), рухомих форм фосфору і калію, а також кількості і якісного складу зерна. Ґрунтовий покрив дослідженого поля представлено різноманітними ґрунтами - від чорноземів опідзолених до лучно-болотних неосушених. Останні, що розташовано у північно-східній частині поля, виключено з оранки. Гранулометричний 56745 6 склад ґрунтів - так само урізноманітнений, але домінує середньо(легко)суглинковий гранулометричний склад. Досліджене поле являє собою цілком придатний об'єкт для дослідження неоднорідності ґрунтового покриву з метою впровадження точного землеробства. Спираючись на геостатистичні оцінки варіабельності (нагет-ефект, поріг дисперсії і радіус кореляції і інші) встановлюють просторові особливості тієї чи іншої властивості ґрунтового покриву і обґрунтовують межі і конфігурацію окремих робочих ділянок для впровадження диференційованих технологій. Як критерії для диференціації способів обробітку використовують дані фізичних властивостей (щільності будови і твердості), внесення добрив як загально прийнято, дані вмісту поживних елементів. Перевіряють коректність меж виділених ділянок за даними врожайності культури. Розмежування поля на окремі ділянки здійснено за параметрами потенційної (загальний вміст гумусу, рН і рівноважну щільність будови) і ефективної (вміст рухомих поживних елементів) родючості ґрунту, визначеної у точках поля, що розміщено за регулярною сіткою. В процесі обробки даних (за геостатистичною методологією) визначено дисперсію, варіограми і інші показники, на підставі яких побудовано карти просторового розподілу значень. Кінцевою метою поділу було розмежування поля на окремі земельні ділянки з різними характеристиками родючості для диференціювання агротехнологічних заходів і опрацювання техніко-економічного обґрунтування точного землеробства. У таблиці 1 наведено статистичні і геостатистичні параметри перерахованих показників, на підставі яких дано загальну характеристику варіабельності поля і доведено доцільність його поділу (розмежування) при вирощуванні польових культур та визначено просторові особливості обробітку і внесення добрив. Встановлено, що досліджені показники характеризують поле як помірно і сильно варіабельний об'єкт. За виключенням рівноважної щільності будови і рН, це твердження справедливо щодо всіх інших показників, особливо умісту рухомого фосфору, гумусу і азоту. Просторовий розподіл властивостей свідчить про варіабельність на відносно великих відстанях (за радіусом кореляції) та незначну варіабельність на малих відстанях (за нагет-ефектом). Деякі з отриманих даних для визначення частки полів з параметрами родючості, наближеними до оптимальних наведено у табл. 2. Попереднє визначення неоднорідності проводили за коефіцієнтами варіації, остаточне – за автокореляційною функцією і іншими геостатистичними параметрами, а її візуалізацію - за 2-D-діаграмами. Площі частки полів з параметрами властивостей ґрунтів, наближеними до оптимальних, отримали шляхом обробітку 2-D-діаграм з використанням нормативів, які так само наведено у таблиці 2. Встановлено значну строкатість у розмірі площ із сприятливими властивостями на дослідженому полі, що є істотним резервом мінімалізації (аж до повної відмови) передпосівних і багатьох 7 56745 інших операцій, а також скорочення доз внесення добрив при вирощуванні культур. Розмежування поля на окремі ділянки здійснено на підставі інформації про розміри площ ділянок з різним рівнем родючості. Виокремлення 1-ої групи (існує ще 2 група ґрунтів із середніми параметрами, і 3-я група з найгіршими властивостями) здійснено на основі 2-D-діаграм і відповідних нормативів подібних тим, що продемонстровано у таблиці 2. Контури майбутніх агротехнологічних груп отримано після об'єднання ґрунтів з подібними властивостями на кригінг-карті. Перед виконанням агротехнологічних операцій контури на 2-D-діаграмі спрямлено до максимально виправданої прямолінійної форми. Послідовність трансформації 2-D-діаграм на прикладі рівноважної щільності посівного шару перед посівом показано на Фіг. 2,3. На Фіг.2 (а) наведено діаграму, побудовану за вихідними даними, на Фіг.2 (б) 8 наведено діаграму, побудовану із застосуванням блок-крігінга, на Фіг.3 (в) наведено діаграму, яку отримано після об'єднання контурів відповідно до нормативів, на Фіг. 3 (г) наведено діаграму, побудовану після випрямлення контурів. Цифри 1,2,3 на рисунку 3 (г) означають: 1 - частина поля, яка не потребує попереднього передпосівного обробітку; 2 - частина поля, яка потребує щонайменше 1кратної культивації; 3 - частина поля, яка потребує ретельної не менше ніж 2-кратної передпосівної культивації. Таким чином, корисна модель дає можливість мінімізувати агротехнічні і меліоративні заходи аж до повної відмови від них, що сприятиме зменшенню енергетичних витрат на вирощування культур, екологічному навантаженню на навколишнє середовище, та створенню оптимальних умов для росту та розвитку рослин і значному підвищенню врожайності сільськогосподарських культур. Таблиця 1 Статистичні і геостатистичні оцінки Вміст гумусу, % Розмах коливань Мінімальне значення Максимальне значення Медіана Середнє значення Стандартне відхилення Дисперсія Коефіцієнт варіації Коефіцієнт асиметрії Нагет-ефект Поріг дисперсії Радіус кореляції, м 3,58 0,95 4,53 1,85 2,14 0,95 0,91 0,44 0,85 0 0,28 140 Вміст поживних елементів, мг/100 г ґрунту N Р2О5 К2О 8,7 34,1 22,9 3,9 4,4 5,2 12,6 38,5 28,1 6,6 9,4 9,7 7,12 12,3 11,8 2,09 7,05 5,93 4,38 49,74 35,16 0,29 0,57 0,50 0,92 1,98 1,29 0 0 0 1,42 26,0 7,7 150 250 150 рН 3,50 4,00 7,50 6,30 6,25 0,95 0,91 0,15 -0,56 0 0,29 150 Щільність будови, г/см3 0,60 0,91 1,51 1Д7 1,19 0,13 0,02 0,11 -0,10 0 0,009 250 Врожай зерна озимої пшениці, ц/га 34,1 20,2 54,3 39,2 38,9 8,48 71,84 0,22 -0,30 0 30,0 250 Таблиця 2 Діагностичний Індикатор просто- Коефіцієнт про- параметр для рової неоднорід- сторової варіації визначення опності ґрунтів поля індикатору тимальності індикатору Р2О5 (за Чиріковим) К2О (за Чиріковим) рН Уміст брил у посівному шарі Агротехнологічна операція Загальна площа поля, га 63 0,57 >150мг/кг почвы Основне внесення 0,15 >120 мг/кг 0,15 5,5-7,0