Журнал «Агротехника и технологии»
О внедрении инноваций в координатном земледелии «Агротехнике и технологиям» рассказал декан факультета «Процессы и машины в агробизнесе» (ПРИМА), заведующий кафедрой «Технологии и машины в растениеводстве» РГАУ-МСХА имени К. А. Тимирязева Виктор Балабанов
Технологии, применяемые сегодня в большинстве российских хозяйств, значительно устарели, а новые прогрессивные методы, успешно применяемые в мире, еще не получили должного внимания и развития в нашей стране. Однако обеспечение продовольственной безопасности России без передовых подходов невозможно.
Проблема реформирования отечественного аграрного комплекса сегодня особенно актуальна. Внедрение новых высокотехнологичных методов ведения сельского хозяйства, которые не только способствуют повышению плодородия почв и получению стабильных урожаев при оптимальных затратах, но также помогают всему агропромышленному комплексу страны выйти на новый инновационный путь развития, просто необходимо. Без этого обеспечение продовольственной безопасности России будет невозможно.
Одним из катализаторов инновационных процессов и ускоренного развития многих отраслей экономики России служат навигационные технологии на базе отечественной глобальной навигационной спутниковой системы (ГНСС) ГЛОНАСС. Они активно внедряются в интересах управления различными ресурсами субъектов нашей страны, в том числе и агропромышленным комплексом.
В последнее время в мировом сельском хозяйстве на базе навигационных технологий (в большей степени на основе развития технологий точного (координатного) земледелия) сформировалось новое научно-практическое направление хозяйствования — precision agroculture (точное сельское хозяйство), или precision farming (точное хозяйствование).
Такой вид земледелия и вообще ведения сельского хозяйства стал возможным благодаря развитию средств связи, ГНСС GPS/ГЛОНАСС, компьютеризации и использованию навигационных и информационных технологий в области автоматизации сельскохозяйственного производства.
Точное хозяйствование
В соответствии с ГОСТ Р 56084-2014, координатное (точное) земледелие — это совокупность технических средств, программно-аппаратных комплексов, навигационных, геоинформационных и телекоммуникационных технологий, позволяющих снимать, обрабатывать и применять информацию, привязанную к координатам, с целью оптимизации агротехнологических решений производства продукции растениеводства.
Главное отличие от традиционной концепции хозяйствования заключается в том, что precision farming привязано к конкретным навигационным координатам и рассматривает как единицу учета, например, не все поле в целом, а каждый его отдельный (сопоставимый с точностью глобального позиционирования) участок со значениями его рельефа, плодородия, растительного состава и других признаков. На основании собранных и обработанных данных эта концепция подразумевает применение на каждом из участков строго определенных и обоснованных агротехнологических приемов выращивания конкретных сельскохозяйственных культур.
Координатное земледелие является одним из современных направлений в развитии ресурсосберегающего земледелия. Его суть — интегрированный процесс управления ростом растений в соответствии с их потребностями. Стратегия использования технологий координатного земледелия направлена на то, чтобы привлечь и использовать максимум информации для выработки агротехнологических решений, их оптимизации применительно к конкретным почвенно-климатическим и хозяйственным условиям (в пределах поля) и дифференцированного осуществления основных технологических операций для достижения максимальных количественных и качественных показателей.
Иными словами, координатное земледелие обеспечивает улучшение состояния полей и повышение эффективности агроменеджмента. При этом реализуются несколько основных принципов: агрономический (с учетом реальных потребностей культуры в удобрениях, при этом не только совершенствуется агропроизводство, но и сохраняется почвенное плодородие полей); технологический (производимая продукция отличается более высоким качеством); технический (уменьшается тайм-менеджмент на уровне хозяйства, в том числе улучшается планирование сельскохозяйственных операций); экологический (сокращается вредное воздействие сельхозпроизводства на окружающую среду, например, более точная оценка потребностей культур в азоте приводит к ограничению применения азотных удобрений) и экономический (отмечается рост производительности и/или сокращение затрат, что повышает эффективность агробизнеса).
Другим достоинством применения технологий координатного земледелия для агробизнеса является ведение электронной библиотеки и последующего хранения истории полевых работ и урожаев, что немаловажно для планирования и принятия решений по севообороту, а также для составления необходимой отчетности о производственном цикле.
Все эти мероприятия в конечном итоге направлены на получение с данного поля (массива) максимального количества качественной и наиболее дешевой продукции. Для всех растений этого массива создаются одинаковые условия роста и развития без нарушения норм экологической безопасности, да и само координатное земледелие внедряется путем постепенного освоения агротехнологий на основе принципиально новых, высокоэффективных и экологически безопасных технических и агрохимических средств.
Национальные стандарты
В декабре 2011 года при Техническом комитете по стандартизации ТК 363 «Радионавигация» Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии на базе РГАУ-МСХА имени К. А. Тимирязева создан подкомитет ПК 8 «Радионавигационные средства и системы управления в сельском хозяйстве».
В организационную структуру подкомитета входят представители НИИ, вузов, производителей сельскохозяйственной техники и навигационного оборудования (ФГБОУ ВО РГАУ-МСХА имени К. А. Тимирязева; ФГБНУ «Российский научно-исследовательский институт информации и технико-экономических исследований по инженерно-техническому обеспечению АПК» (Росинформагротех), ГНУ «Всероссийский институт механизации сельского хозяйства» (ВИМ), Ассоциация «ГЛОНАСС/ГНСС Форум», НИИ «Прикладной телематики», СП «Руснавгеосеть», Ассоциация испытателей сельскохозяйственной техники (АИСТ) и ФГБУ «Поволжская МИС», ООО «Фарватер», ЗАО КБ «Навис», ЗАО «Инженерный центр «ГЕОМИР», ОАО «Научно-исследовательский институт микроэлектронной аппаратуры «Прогресс» (НИИМА «Прогресс»), ООО «Навтелеком», ООО «Амазоне» и ООО «Консультант Агро»), а также передовых сельскохозяйственных предприятий, использующих навигацию в своей хозяйственной деятельности. В частности, такие хозяйства есть у Amazone, «Консультант АГРО», Поволжской МИС.
В настоящее время прошли утверждение и введены в действие четыре национальных стандарта, а в общей сложности на период до 2021 года запланирована разработка и ввод в действие комплекса, состоящего из 14 национальных стандартов.
При разработке стандартов устанавливается взаимосвязь вводимых положений с действующими стандартами в области охраны природы, сельского хозяйства, сельскохозяйственной техники и машинных технологий производства продукции растениеводства, метрологии, геодезии, картографии и геоинформационного картографирования, дистанционного зондирования Земли, глобальных навигационных спутниковых систем, систем дифференциальной коррекции и мониторинга, телекоммуникаций и телекоммуникационных систем, систем и средств передачи данных.
Отработка основных технологий координатного земледелия и положений нормативной документации ведется в Центре точного земледелия Полевой опытной станции РГАУ-МСХА имени К. А. Тимирязева. Работа проводится в рамках соглашения о сотрудничестве с Ассоциацией разработчиков, производителей и потребителей оборудования и приложений на основе глобальных навигационных спутниковых систем «ГЛОНАСС/ГНСС-Форум» в сфере развития и использования спутниковых навигационных технологий системы ГЛОНАСС в сельском хозяйстве, а также на производственной и научной базе других членов подкомитета ПК 8 «Радионавигационные средства и системы управления в сельском хозяйстве».
Полевой опыт
Учебно-научный Центр точного земледелия был открыт в 2007 году на базе Полевой опытной станции Российского государственного аграрного университета — МСХА имени К. А. Тимирязева (РГАУ-МСХА имени К. А. Тимирязева) в рамках реализации образовательной программы «Формирование инновационной образовательной среды для подготовки нового поколения специалистов аграрного профиля». Основная цель этого проекта — организация и осуществление учебной, научно-исследовательской инновационной деятельности на основе использования современных агротехнологий и принципов координатного (точного) земледелия.
На данном этапе для изучения агроэкологической эффективности технологии точного земледелия на опытном поле университета заложен стационарный полевой опыт общей площадью около 6 га, в котором демонстрируются две технологии возделывания сельскохозяйственных культур на примере картофеля, озимой пшеницы и тритикале, ярового ячменя и однолетних трав. Таким образом сравнивается традиционная система и система, основанная на принципах точного земледелия с применением навигационных технологий.
Главная цель деятельности Центра точного земледелия РГАУ-МСХА имени К. А. Тимирязева — обучение студентов технологиям координатного (точного) земледелия. Однако, помимо этого, немало внимания уделяется повышению квалификации профессорско-преподавательского состава и специалистов сельскохозяйственных предприятий. Также внедряются элементы технологий координатного (точного) земледелия, разработанные учеными университета. Благодаря этому передовые агротехнологии в области адаптивно-ландшафтного земледелия популяризуются и передаются заинтересованным сельхозпроизводителям.
В целях подготовки выпускника к профессиональной деятельности в области координатного (точного) земледелия (которая включает организацию механизированных работ, агрономические исследования и разработки, направленные на решение комплексных задач по производству высококачественной продукции растениеводства на основе применения геоинформационных и навигационных технологий в современном земледелии) впервые в России при кафедре «Технологии и машины в растениеводстве» РГАУ-МСХА имени К. А. Тимирязева в 2014 году была открыта межфакультетская магистерская программа «Технологии и машины координатного земледелия».
Обучение по данной программе ориентировано на подготовку высококвалифицированных специалистов и консультантов, которые будут заниматься управленческой, аналитической, информационно-консультационной и научно-исследовательской работой.
Программа подготовки включает изучение технологий и машин для координатного (точного) земледелия; агроэкологическую оценку земель и проектирование агротехнологий на основе геоинформационных и навигационных систем для различных организационных форм АПК и их освоение; дистанционные методы наблюдения над продукционными процессами и управление сельскохозяйственными растениями, а также дифференцированное внесение удобрений и средств защиты растений.
Одной из главных задач является как раз разработка инновационных решений по реструктуризации предприятий и совершенствованию хозяйственной работы в государственных, региональных, муниципальных сельхозпредприятиях различного уровня на основе применения современных геоинформационных и навигационных технологий.
Наряду с этим на базе центра проводятся исследования по разработке сортовой агротехники (высокопродуктивных сортов полевых культур), способов энергосберегающих и почвозащитных обработок почв, эффективных приемов посева урожая, ухода за ним и его уборки с использованием современной широкозахватной техники, оборудованной навигационными системами. Кроме того, ведется разработка высокоэффективных экологически безопасных систем защиты растений от вредителей, болезней и сорняков. Все эти направления позволят выполнять курсовые, дипломные, выпускные квалификационные работы, магистерские и диссертационные работы студентам и аспирантам различных факультетов университета.
Многолетние результаты исследований в полевом опыте ЦТЗ РГАУ-МСХА имени К. А. Тимирязева продемонстрировали преимущество отдельных элементов технологии точного земледелия, в частности, посева и посадки сельскохозяйственных культур, гребнеобразования при выращивании картофеля, проведения подкормок озимой пшеницы, внесения гербицидов в посевах, косвенного определения содержания питательных веществ в почве с составлением электронных карт урожайности. Например, было установлено, что расход пестицидов и рабочего раствора при использовании технологии точного земледелия уменьшается на 25-30%, а экономия удобрений составляет в среднем 20-30%.
В настоящее время наиболее прогрессивные технологии, которым в Тимирязевке уделяется пристальное внимание — это применение беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) и разработка роботизированных систем сельскохозяйственного назначения.
Применение БПЛА позволяет оперативно и эффективно проводить инвентаризацию (геофенсинг) сельскохозяйственных земель; создавать карты полей для оценки их кадастровой стоимости; строить ортофотопланы поверхности полей; вести мониторинг состояния полей под паром и посевов сельскохозяйственных культур; проводить расчет стандартизированного индекса вегетации биомассы (индекса NDVI) и других растительных индексов, а также осуществлять различного рода контроль и управление агротехническими мероприятиями.
Исследования по применению БПЛА ведутся в РГАУ-МСХА имени К. А. Тимирязева в сотрудничестве с отечественной группой компаний «Геоскан», которая производит и поставляет беспилотные аэрофотосъемочные комплексы (АФК), фотограмметрическое программное обеспечение Agisoft Photoscan и программное обеспечение визуализации и анализа данных аэрофотосъемки «Спутник».
Так, с использованием комплекса «Геоскан 201» с двумя камерами на борту территорию площадью в 1 тыс. га можно отснять всего за 40 минут и выдать необходимую информацию операторам (агрономам, руководителям хозяйств) для оценки состояния угодий и оперативного принятия управленческих решений. В частности, для фотосъемки с трехкратным перекрытием всей площади Полевой опытной станции Академии в 49 га АФК «Геоскан 101» потребовалось всего около 20 минут.
Другое инновационное направление, исследуемое на факультете «Процессы и машины в агробизнесе» — применение роботизированных систем (агроботов) в сельском хозяйстве, в том числе работающих на основе технологий «agrovision» (аграрного видения).
Исследования ведутся совместно с компанией AMAZONEN-Werke H. Dreyer GmbH & Co. KG (Германия), выпускающей в кооперации с компанией Bosch прототип автономного полевого робота BoniRob, а также фирмой «Космос комплект» (Россия) и рядом других. Роботизированные комплексы в настоящее время уже находят частичное применение в различных отраслях сельского хозяйства, таких как уборка урожая, внесение средств защиты растений и агрохимикатов, прополка, орошение, стрижка овец, доение коров и др.
Отечественное, как, кстати, и в целом мировое сельское хозяйство, все еще отстает в применении роботов по сравнению с другими отраслями экономики, поэтому исследования в этом направлении будут с каждым годом развиваться все более ускоренными темпами.
Виктор Балабанов
Декан факультета «Процессы и машины в агробизнесе» (ПРИМА), заведующий кафедрой «Технологии и машины в растениеводстве» РГАУ-МСХА имени К. А. Тимирязева; руководитель Подкомитета ПК 8 «Радионавигационные средства и системы управления в сельском хозяйстве» Технического комитета по стандартизации ТК 363 «Радионавигация» Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии (Росстандарт); руководитель магистерской программы «Технологии и машины координатного земледелия» РГАУ-МСХА имени К. А. Тимирязева.
