Сканеры почвы — точные системы повышения эффективности земледелия

Успешное агропредприятие анализирует множество аспектов при управлении производством. Так, современная сельскохозяйственная техника, качественные удобрения и СЗР могут не принести ожидаемого результата, если не учитывать характеристики почвы. Структура почвы, уплотнения, влажность — важные параметры, которые влияют на урожайность. Но агропроизводители часто игнорируют необходимость исследования этих свойств.

Почему необходимо исследовать свойства почвы?

Различные типы почв, коэффициенты их уплотнения и содержание влаги влияют на формирование урожайности и состояние агрокультур. Знание этих параметров поля определяет подходы в обработке, которые позволяют минимизировать негативные факторы и повысить эффективность растениеводства.

Сельскохозяйственные культуры чувствительны к состоянию почвы. Например, недобор урожая на полях с чрезмерно уплотненной почвой может достигать 30-40%.

Усвоение атмосферных осадков на таких почвах также снижается (по результатам исследований украинского Инсти­тута зем­леделия НА­АН, в 3-4 раза). При орошении этот показатель может быть еще выше.

Подробная информация о физических свойствах почвы, толщине слоя плужной подошвы будет способствовать ресурсосберегающей обработке поля. А также позволит определять оптимальную глубину рыхления.

Данные о способности поля сохранять влагу помогут определить сельскохозяйственный потенциал почв и использовать полученные данные при определении нормы удобрений. А карта структуры почв позволит применять современные методы земледелия, такие как дифференциальное внесение удобрений.

От пенетрометров к сканерам

Свойства почвы фермеры исследовали и раньше. Ее плотность определяли и определяют при помощи пенетрометров. Принцип работы устройства достаточно прост: инструмент погружается в землю с определенной нагрузкой. Датчики фиксируют сопротивление почвы, на основе которого и рассчитываются параметры.

Есть более модернизированное устройство, оснащенное GPS, — пенетрологгер. Такой инструмент позволяет измерить плотность и зафиксировать точные координаты исследования.

Недостаток подхода очевидный: чтобы составить карты полей, необходимо создать сетку, согласно которой и проводить сбор показателей. Это отнимает много времени и ресурсов, а также не дает необходимой точности, поскольку точные показатели только в точках замеров, а на остальные участки поля результаты интерполируются.  

В Украине производством пенетрометров занимается несколько компаний, в том числе и SkokAgro — украинский стартап, о котором мы недавно писали. Это оптимальное решение, если необходимо получить данные здесь и сейчас.

Для определения физико-химических свойств также необходимо отбирать пробы почвы согласно сетке. Соответственно, недостатки те же, что и при создании карты уплотнений.

Одна из альтернатив — использование карт урожайности, но такие данные есть у ограниченного количества хозяйств.

Современное развитие техники предлагает более эффективное решение — сканеры почвы. Они позволяют определить основные параметры быстрее и точнее. Просканировав почву, хозяйство получит готовую карту, согласно которой и сможет спланировать работы.

Принцип работы сканеров

В наиболее распространенных на рынке сканерах используется один и тот же принцип — электромагнитная индукция (ЭМИ). Устройства при помощи излучения электромагнитных полей измеряют электропроводность почвы.

Электропроводность — основной геофизический параметр почвы. Она зависит от ряда физико-химических свойств, в частности от структуры, пористости, влажности, минералогии и засоленности. Поэтому имея показатель электропроводности, данные приборы могут определить и другие характеристики почвы.

Распространенные сканеры почв

Сегодня наибольшее распространение получили три основные системы, которые позволяют сканировать почву: Geonics EM-38, Veris и Topsoil Mapper.

Сканеры EM-38

EM-38 работает, используя принцип ЭМИ. Сканер имеет две катушки: одна для создания магнитного поля (катушка передатчика), а другая для отслеживания внешнего магнитного поля (катушка приемника).

В катушке передатчика создается первичное магнитное поле. Это поле проникает в почву (и в любой другой соседний объект) и вызывает там вихревые токи. В итоге создается "вторичное" магнитное поле, которое затем принимается катушкой приемника, расположенном на другом конце устройства.

Чтобы просканировать таким сканером поле, его необходимо установить на специальные сани, а затем прикрепить к транспортному средству.

Veris

Данный сканер предоставляет больше возможностей, чем EM-38. Он позволяет определить электропроводность на двух глубинах, органическое вещество, кислотность почвы и емкость катионного обмена.

Электропроводность определяется при помощи шести дисков, которые размещены в передней части сканера. Два внешних диска предназначены для сканирования на глубине до 90 см. Четыре внутренних диска сканируют на глубине до 30 см. Для осуществления операции они погружаются в почву.

На основе полученных данных уже строится карта электропроводности, которая поможет обнаружить почвенные контуры с разными физическими свойствами.

Содержание органики в почве определяется оптическим сенсором, который работает в красном и инфракрасном диапазонах. Измерения проводятся на глубине 3-10 см. Данные необходимо будет откалибровать, отобрав образцы почвы в контрольных точках.

Для анализа pH почвы на сканере установлен пробоотборник. Пробы отбираются по ходу движения агрегата. Два pH-электрода автоматически определяют этот показатель за несколько секунд. После чего автоматически очищаются и принимают следующее пробы. При скорости 10 км/час сканер позволяет отобрать 16 проб на гектар.

Емкость катионного обмена определяется после анализа параметров электромагнитной индукции и данных оптического сенсора. Также проводится анализ проб почвы из контрольных точек. Это осуществляется для того, чтобы перейти от относительных к абсолютным значениям. Параметр емкости катионного обмена помогает определить способность почвы усваивать питательные вещества.

Topsoil Mapper

Это устройство разработала австрийская компания Geoprospectors. Сегодня Topsoil Mapper — наиболее современный и удобный сканер. Система позволяет фиксировать уплотнение, структуру и влажность почвы практически в режиме реального времени. Данные отправляются на терминал трактора или автомобиля, который осуществляет сканирование.  

Topsoil Mapper позволяет определять свойства почвы на глубине до 1 м. Его не нужно буксировать — он устанавливается с помощью специального крепления на автомобиль или трактор.

Также устанавливается защитный экран из композитного материала, который блокирует электромагнитные колебания от транспортного средства. Его используют для того, чтобы избежать влияния помех на результаты.  

С Topsoil Mapper хозяйство получает данные о свойствах почвы на полях значительных площадей в достаточно короткий промежуток времени. Кроме того, реализовано специальное программное обеспечение, которое автоматически создает карты почв. Обработать полученные данные и получить результаты достаточно просто.

Еще один плюс системы — она позволяет контролировать глубину обработки почвы во время работы. Собранные данные в режиме реального времени передаются непосредственно на бортовой компьютер трактора, а затем на почвообрабатывающий агрегат. Это способствует повышению как экологической, так и экономической эффективности сельского хозяйства.

Главное преимущество Topsoil Mapper перед конкурентами заключается в том, что он бесконтактный. Это позволяет снизить нагрузку на почву, а также значительно ускорить процесс сканирования. Другие же системы имеют электродные диски, которые требуют контакта с землей или перемещаются на специальных "санях" позади трактора или автомобиля.

Topsoil Mapper представлены и в Украине.  Компания SmartFarming уже успела вместе с Frendt и другими партнерами испытать первый сканер и отрабатывает эту технологию на полях. Об этом на семинаре "Агрохимическое обследование полей: современные подходы", который проходил в Киеве, рассказал консультант компании Вадим Остапенко.

"Используя Topsoil Mapper, можно определить, где песок, глина, и получить точную карту структуры почвы. Также это устройство дает возможность получить карту уплотнений и определить толщину подплужной подошвы. Эти параметры можно затем использовать в реальном времени для оптимального управления глубоким рыхлением", — говорит Вадим Остапенко.

Актуальность технологии для украинских фермеров

Созданные высокоточные карты уплотнений, почвенно-фракционного состава и влагоемкости поля можно будет использовать не один год. А технология их составления позволит сэкономить и средства, и ресурсы, которые пошли бы на отбор проб.

Имея такие карты, аграрий сможет определить потенциал поля, осуществлять дифференциальное внесение удобрений, проводить вспахивание на разной глубине и решить множество других задач.

К примеру, работа почвообрабатывающих агрегатов на чрезмерной глубине обработки приводит к перерасходам топлива. Карта уплотнений позволит избежать лишних потерь.

Использование сканеров почв — еще один важный шаг, позволяющий повысить эффективность агробизнеса.

Материал подготовлен при поддержке SmartFarming.

Понравилось? Лайкни нас на Facebook