-   створення банку даних;

-   аналіз та обробка інформації;

-   порівняння фактичних параметрів з нормативними;

-   групування ґрунтів за категоріями згідно з нормативами (агровиробниче групування);

- розробка заходів регулювання, адекватних екологічному стану
ґрунтів із визначенням площ.

Інформацію про стан ґрунтового покриву області можна отримати у таких організаціях, як:

−       обласні філії інституту землеустрою УААН;

−       станції хімізації сільського господарства;

−       санепідемстанції;

−       управління екології та охорони природи;

−       управління земельних ресурсів;

−       управління лісового господарства;

−       гідрогеологічні та гідромеліоративні експедиції;

−       облводгоспи та центри комплексного використання водних ресурсів. Об'єктом моніторингу ґрунтів є весь ґрунтовий покрив країни,

незалежно від форми власності на землю, тобто територій землі, які піддаються антропогенному впливу (залученню людиною у господарське або інше використання).

Моніторинг ґрунтів відрізняється від даних земельного кадастру інформаційним забезпеченням управління земельними ресурсами, тобто фіксацією перевищення встановлених допустимих норм антропогенного навантаження і несприятливих (критичних) ситуацій у використанні й охороні ґрунтів щодо фонового (стандартного)значення.

Під час моніторингу особливе значення надається контролю родючості ґрунтів за такими параметрами:

-   зміни запасів гумусу;

-   зміни рН ґрунту (кислотності, лужності);

-   зміни вмісту мікроелементів у ґрунті;

-   деградація ґрунту на пасовищах (ущільнення, закупорення та ін.);

-   підтоплення земельних угідь, заболочення і перезволоження земель, засолення ґрунтів, заростання угідь чагарниками;

- забруднення ґрунту пестицидами, важкими металами, хімічними та
радіоактивними елементами та іншими токсикантами;

- зміни стану меліорованих земель (іригаційна ерозія, вторинне
засолення, заболочення, надмірне осушення та ін.).

Залежно від призначення, моніторинг ґрунтів поділяється на загальний, оперативний і фоновий.

Загальний, або базовий чи стандартний, моніторинг - це оптимальні за кількістю параметрів спостереження за використанням та охороною ґрунтів, об'єднаних у єдину інформаційно-технологічну мережу, які дають змогу на основі оцінки і прогнозування стану земельних ресурсів розробляти необхідні управлінські рішення.

Загальний, або базовий чи стандартний, моніторинг - це оптимальні за кількістю параметрів спостереження за використанням та охороною ґрунтів, об'єднаних у єдину інформаційно-технологічну мережу, які дають змогу на основі оцінки і прогнозування стану земельних ресурсів розробляти необхідні управлінські рішення.

Оперативний, або кризовий, моніторинг ґрунтів - це спостереження за спеціальними показниками цільової мережі пунктів-стаціонарів за окремими об'єктами підвищеного екологічного ризику в окремих регіонах, які визнані зонами надзвичайної екологічної ситуації, а також в районах аварій із шкідливими екологічними наслідками з метою забезпечення оперативного реагування на кризові ситуації та прийняття рішень щодо їх ліквідації, створення безпечних умов для населення.

Фоновий, або науковий, моніторинг ґрунтів - це спеціальні спостереження за всіма складовими екосистеми "земля", а також за характером зміни складу угідь, процесами, пов'язаними із змінами родючості ґрунтів (розвиток ерозії, втрата гумусу, погіршення структури ґрунту, заболочення та засолення), міграцією забруднених речовин тощо. З його допомогою встановлюються джерела чи причини, які зумовлюють деградацію ґрунтів.

На сучасному етапі значний обсяг інформації, велика кількість факторів, що впливають на формування врожаю, складність взаємозв'язків систем у сільськогосподарському виробництві дедалі більше утруднюють вибір спеціалістом оптимального рішення. Тому дуже важливо надати в розпорядження спеціаліста інструментарій, використання якого допомагало б розробляти точні й своєчасні рекомендації (технологічні дії) відповідно до конкретних умов виробництва, стану ґрунту, посівів тощо.

При проведенні ґрунтового обстеження, вмісту необхідних для росту і розвитку сільськогосподарських культур елементів живлення зазвичай приділяється найбільша увага.

Рослини отримують більшу частину елементів живлення з ґрунту.

Під родючістю ґрунту розуміють її забезпеченість елементами живлення, доступними для використання рослинами. Рослинам для оптимального розвитку необхідно велика кількість елементів живлення в різних кількостях. Ґрунти містять елементи живлення в різних формах, деякі з них є недоступними для рослин.

Наприклад, ґрунти з високим вмістом карбонату кальцію зазвичай характеризуються низькою забезпеченістю рухомими формами фосфору. Причиною цього є швидке зв'язування доступного фосфору і переведення його в недоступну для більшої частини рослин форму трикальційфосфату.

У цьому випадку, незважаючи на значний вміст загального фосфору, ґрунт характеризується низьким вмістом доступного фосфору.

Метою проведення ґрунтового обстеження є виявлення ґрунтових факторів, що є лімітуючими для росту рослин і отримання адекватного витратам врожаю.

Основними елементами мінерального живлення рослин, які надходять ґрунту, є:

• азот (N);

• фосфор (P);
• калій (K).

Інші елементи, іноді вносяться в ґрунт у вигляді добрив, часто називаються:

•  Вторинними елементами живлення;

•  Мікроелементами.

Азот (N). Для багатьох культур оптимальне забезпечення мінеральним азотом є вирішальним фактором отримання високого врожаю.

Калій (К) виконує функції, пов'язані з властивостями клітинних розчинів рослин. Це елемент, який відповідає за транспорт поживних речовин через рослинні тканини.

Фосфор (Р) є важливим елементом, від наявності якого залежить якість формування та розвитку генеративних частин рослин. Зазвичай значні кількості фосфору накопичуються в насінні і плодах. Даний елемент вкрай необхідний для отримання якісного посівного матеріалу.

Вторинні поживні елементи включають кальцій (Са), магній (Mg) і сірку (S). Кальцій стимулює розвиток кореневих систем, стебел і листя, покращує загальний стан рослин і стійкість до хвороб. Магній необхідний для синтезу хлорофілу. Він також відповідає за формування важливих рослинних компонентів, таких як цукру, крохмаль і жири. Сірка міститься в протоплазмі всіх живих рослинних клітин. Наявність адекватних кількостей сірки необхідно для синтезу білків, активного росту і розвитку, стійкості рослин до знижених температур.

Однією з найважливіших умов отримання запланованої врожайності є кваліфіковане проведення ґрунтового обстеження на вміст доступних форм поживних елементів і рН ґрунтового розчину.

рН характеризує величину кислотності ґрунтового розчину. Низькі величини рН вказують на те, що в ґрунтовому розчині міститься велика кількість іонів водню (Н⁺), Тобто ґрунт має високу кислотність. Ці іони здатні взаємодіяти з поживними речовинами ґрунту і переводити їх у малодоступні для рослин форми. Для нейтралізації низькою рН необхідно проводити вапнування ґрунту.

Забезпеченість поживними речовинами і величина рН всього два з багатьох факторів, що впливають на врожайність сільськогосподарських культур. Фермери повинні оцінювати й інші, не менш важливі є характеристики ґрунтового покриву при використанні технологій точного землеробства. Нижче наведено перелік деяких з ґрунтових характеристик, що впливають на продуктивність культур:

•  Вміст у ґрунті органічних речовин (ОР);

•  Гранулометричний склад (вміст фізичного піску і фізичної глини);

•  Структура - щільність і розпушеність;

•  Ємність обмінних катіонів (ЄОК);

•  Топографія місцевості і ухил;

•  Система обробки ґрунту;

•  Дренаж;

•  Потужність гумусного шару;

Концепція неоднорідності За своїми біологічними, хімічними, фізичними властивостями ґрунт у природних умовах поля неоднорідний як для великих площ, так і в межах одного конкретного поля. Відповідно до викладеного можна дійти висновку: якщо замість середніх (інтегрованих) норм розподілу технологічних матеріалів (ТМ) (добрив, засобів захисту рослин, насіння) користуватись адаптованими (диференційованими) до кожної ділянки поля, можна досягти, якщо не збільшення врожайності, то у крайньому разі, гарантувати той самий рівень при зниженні матеріальних витрат. Адаптація технологічних операцій відповідно до особливостей ґрунтових умов у межах окремо взятої елементарної ділянки обумовлює не лише економічні, а й екологічні вигоди процесу виробництва сільськогосподарської продукції.

Ведення господарства відповідно до потенціалу окремої ділянки вимагає наявності точних базових даних про реальний стан ґрунту: запаси поживних речовин, кислотність, вміст гумусу та інших показників.

Основним методом встановлення реального стану ділянки є агрохімічний аналіз ґрунту. Проте важливу роль у встановленні потенціалу ділянки має не лише якість проведення аналізу, а й якість відбору ґрунтових зразків: кількість одиничних проб, їх розміщення на площі ділянки та встановлення положення точок відбору.

Види моніторингу ґрунтів та угідь:

 1)  Дистанційне  зондування  Землі (ДЗЗ) -  віддалений  моніторинг  за

допомогою  обладнання,  що  встановлене  на  пілотованих  та  безпілотних космічних об'єктах;

2) Моніторинг  стан  ґрунту  і  рослин  на  різних стадіях  їх  росту  з повітря  за допомогою пілотованих  та безпілотних літаків, гелікоптерів, повітряних куль тощо;

3)  Близький  моніторинг  за  допомогою  об'єктів наземного базування.

Недоліки дистанційного  зондування  Землі (ДЗЗ).

В  даний  час  застосування  даних  ДЗЗ  для  вирішення  практичних сільськогосподарських  завдань  знаходиться  в  початковій  фазі  свого комерційного  використання. 

Це  пов'язано,  перш  за  все,  з  високою  вартістю даних  ДЗЗ  і  низькою достовірністю  інформації, через те що процес реєстрації  змін параметрів  електромагнітного випромінювання  екстер'єрних  та  інтер'єрних  характеристик  поля  залежить  від цілого ряду факторів, таких як:

-  зміна оптичних властивостей грунту, які залежать від типу грунту, його вологості,  наявності  на  поверхні  рослинних  решток  та  стан  їх  перегнивання, ступеня і виду обробітку грунту;

-  зміна  оптичних  властивостей  фітоценозів  протягом  вегетаційного періоду;

-  зміна  екстер'єрних  характеристик  фітоценозів -  густина  стояння рослин,  площа покриття  ґрунту  рослинами,  площа  листової  поверхні, орієнтація елементів рослин до сторін світу;

-  природно-кліматичні умови зйомки;

-  стан  атмосфери  за  характером  розсіювання  випромінювання,  що обумовлено  наявністю  і  розмірами  присутніх  в  атмосфері  частинок (пилові частинки, молекули газів, аерозолі, краплі води тощо);

-  просторові  умови  зйомки:  висота  зйомки,  кут  розташування  оптичної вісі  приладу  до  горизонту,  співвідношення  прямої  і  розсіяної  радіації,  час зйомки (розташування сонця), тощо.

Є  всі  підстави вважати,  що  у  міру  появи  супутникових  систем  нового  покоління (з  вищим просторовим  і  тимчасовим  дозволом)  і  з  виходом  все  більшої  кількості компаній  на  ринок  надання  послуг  ДЗЗ,  ситуація  на  ринку  технологій  ТЗ мінятиметься убік більш широкого їх застосування.

Методи близького моніторингу:

1)    Традиційний (ручний відбір проб + лабораторний аналіз);

2)    Автоматизовані засоби збору місцевизначеної інформації;

3)    Вимірювання місцевизначених параметрів в реальному часі в безперервному або циклічному режимах.

 

Прилади для моніторингу ґрунтів і угідь.

 

Перспективним напрямком вважається розробка датчиків для визначення фізико-хімічних властивостей ґрунту на ходу.

За  останні 10-15  років  електричні  і  електромагнітні  системи  набули великої  популярності.

Недоліками  картограм  електропровідності  є  їх  залежність  від вологості, засоленості,  вмісту  органічних  речовин  і  інших  параметрів,  що  можуть змінюватись незалежно від текстури.

 

Методи відбору проб.

Чинні методики відбору ґрунтових зразків, розраховані на широке застосування ручної праці, прив'язування до місцевості за допомогою орієнтирів, мають низьку точність визначення місцеположення та високі витрати праці.

Однією з альтернатив у проведенні відбору ґрунтових зразків є використання глобальної системи позиціонування (ГСП), яка вже широко застосовується в різних регіонах діяльності людини.

У більшості наук працює правило: не можливо керувати будь-яким об’єктом, чи процесом, не маючи інформації про його поточний стан. Ми ж на даний час оремо, сіємо, підживлюємо та захищаємо практично всліпу, не маючи інформації про реальний агрохімічний та агрофізичний стан поля. Районні лабораторії не працюють, а більшість господарств по 10…12 років не обстежували свої угіддя.

Розв’язок кожної науково-технічної задачі починається із збору фактів і результатів наукових спостережень і вимірювань. Тому для забезпечення високої достовірності прийняття рішень в технології точного землеробства необхідно, в першу чергу, зібрати інформацію про стан ґрунтів: вміст поживних речовин, щільність ґрунту та структурно агрегатний склад, реальна та прогнозована вологість на час обробітку, тощо.

На даний час використовують два основних методи вибірки ґрунту на аналіз:

-     метод "сітки";

-     метод "типу ґрунту".

Метод сітки. Здійснення методу сітки засновано на розподілі поля на прямокутники чи квадрати розміром 0,3-1 га. Фермер робить вибірку з кожного осередку і посилає проби в лабораторію для аналізу. Ціль цього підходу оцінити потребу в питомих речовинах ґрунту в масштабі менше ніж усе поле. Можна використовувати два способи для здійснення методу сітки:

-     спосіб центру сітки;

-     спосіб осередку сітки.

Ціль методу центра сітки полягає в тому, щоб виміряти рівні питомих речовин у центрі осередку сітки. При здійсненні вибірки, використовують ГСП системи, щоб точно визначити центр кожної комірки сітки при проході через поле. Після досягнення центра осередку сітки береться проба ґрунту і записуються координати (рис. 4.1, а).

Метод осередку сітки дуже подібний попередньому за винятком того, що кожна комірка сітки розбивається на набагато менші частини, де беруться проби ґрунту і після їх лабораторного аналізу дані усереднюються (рис. 4.1, б). Тобто, кілька вибірок з середини кожного осередку об'єднані в одну складену вибірку осередку. Таким чином, обробляється весь осередок сітки в припущенні однакових властивостей ґрунту.

Здійснення методу "Тип ґрунту". Основою до цього методу є вибірки відповідно до типу ґрунту. Фермер робить ті ж самі процедури вибірки, що описані вище, однак, замість сліпого використання однорідної сітки, він використовує оглядові карти ґрунту, щоб вибрати розташування вибірок. Кілька вибірок об'єднані з кожної області різного типу ґрунту. Цей метод здійснюється по вибірках з різних областей поля.

Значні позитивні зміни в галузі відпрацювання технічних засобів вітчизняної СТЗ за останній час сталися завдяки зусиллям фахівців Національного аграр ного університету, які спільно з компанією "Сатурн дейта інтернейшнл" створили програмно-технічний комплекс цілісної системи практичного застосування СТЗ.

Рисунок - Схеми вибірки проби ґрунту: а) – вибірка у центрі осередку сітки; б) – можливі варіанти розміщення точкових проб для формування змішаної проби

 

До структури автоматизованої системи, яка дозволяє виконувати всі основні види робіт, що потрібні для технологій точного землеробства, входять:

- модуль збирання та реєстрації польових даних "Алмаз-1";

- модуль реалізації електронних картограм внесень технологічних
матеріалів "Алмаз-2";

- універсальний програмний модуль роботи з місцевизначеною
інформацією "Алмаз-Офіс".

Спеціалістами УкрНДІПВТ імені Леоніда Погорілого та ЦНДІ НДУ на рівні дослідного зразка, комплекту конструкторської та програмно-технічної документації створено програмно-технічний комплекс для експрес-аналізу ґрунтів ПТК "АГРОТЕСТ"', призначений для агрохімічного обстеження сільськогосподарських угідь, функціональна схема якої представлена на рис. 4.2.

ПТК “АГРОТЕСТ” включає пересувні лабораторії “АГРОТЕСТ-А” та “АГРОТЕСТ-Б”.

Оригінальним технічним рішенням пересувної лабораторії "АГРОТЕСТ-А" є конструкція пробовідбірної труби; розробленої В. О. Ковтуненком, яка, за маси 4-колісного мотоцикла ЗИМ 350М в 450 кг і потужності двигуна в 11 кВт, забезпечує надійний відбір ґрунтових проб на глибину до 40 см без будь-яких турбот і додаткових навантажень багажних відділень мотоцикла (рис. ).

Рисунок - Загальний вигляд пересувної лабораторії “АГРОТЕСТ-А”

Технологія відбору ґрунтових зразків складається з таких операцій: об’їзду поля по периметру і занесенням цифрової карти поля в комп’ютер; вибору точок відбору проб ґрунту; занесення точок відбору проб на карту поля (рис.).

Рисунок - Контури поля та модель плану-завдання відбору проб

Одним з важливих аспектів ефективності застосування комплексу є проблема вибору оптимальної площі елементарної ділянки, оскільки її розмір впливає на точність характеристики агрофону та вартість її проведення. Сучасні супутникові навігаційні системи дозволяють визначати координати місцезнаходження агрегату в полі з точністю 1 -3 м. Для сільськогосподарських робіт це достатня точність, а от великі похибки зводять нанівець всю роботу.

Точність відображення вмісту поживних речовин залежить від кількості точок відбору проб і алгоритму апроксимації. Чим більше точок відбору проб, тим більша точність апроксимації. Для поля розміром 100 га, наприклад, необхідно взяти близько 40 проб. При чинних цінах на хімічні аналізи (приблизно 30-50 грн. за 1 пробу за 3-5 основні показники) це становить додатково 22-30 грн./га, враховуючи витрати на відбір. Це невеликі витрати, проте надана інформація дає змогу заощадити до 30 % добрив при отриманні стабільного врожаю та позитивних екологічних наслідках.

Застосування ПТК “АГРОТЕСТ” відкриває можливості коригування агрохімічного стану полів і, як наслідок, відродження їх родючості, паспортизації угідь та прогнозування врожайності. Питання за серійним виробництвом та широким впровадженням комплексу.

Перспективним напрямком вважається розробка датчиків для визначення фізико-хімічних властивостей ґрунту на ходу. В перспективі, як показано на рис. 4.5, такі датчики можуть бути застосовані безпосередньо з системами ЗНВ (диференціювання норм гербіцидів в залежності від вмісту органічної речовини) або для створення картограм з подальшим опрацьовуванням за допомогою ГІС (використання картограми рН перед диференційованим вапнуванням). Поєднання цих двох стратегій також має перспективи застосування. Картограми є доцільними тоді, коли параметр, що вимірюється, має відносно незначну динаміку в часі і його визначення досить дороге. Датчики, що працюють в реальному часі, мають безсумнівну перевагу при встановлені рівня динамічних властивостей ґрунту. Проте, відсутність експертної оцінки під час проведення вимірів є їх значним недоліком.

Рисунок – Системи сенсор технологій, що працюють за методом а) реального часу, б) картограм і в) інтегрованим

 

З точки зору можливостей створити датчики для визначання параметрів ґрунту на ходу, можна виділити п'ять груп приладів, що мають різні принци взаємодії з ґрунтом. За останні 10-15 років електричні і електромагнітні датчики набули самої великої популярності. Близько десяти різних компаній світу виробляють обладнання, що спроможне визначати на ходу здатність ґрунту проводити і накопичувати електричний заряд. Картограми, що створені за допомогою таких надійних і недорогих приладів, насамперед вказують на неоднорідність ґрунтів за текстурою (частки глини є кращими провідниками електричного струму ніж пісок). Саме застосування цих картограм при створенні зон менеджменту є найпопулярнішою технологію, що використовується сьогодні в СТЗ. Додатковою перевагою електричних і електромагнітних датчиків є можливість змінювати глибину вимірів, що дозволяє визначати неоднорідність базової породи яка має безпосередній вплив на родючі властивості ґрунту. Недоліками картограм електропровідності є їх залежність від вологості, засоленості вмісту органічних речовин і інших параметрів, що можуть змінюватись незалежно від текстури.

На рівні досліджень знаходяться і інші датчики, що спроможні характеризувати параметри ґрунту. Використання оптичних датчиків дає можливість впроваджувати алгоритми, що напрацьовані при застосуванні систем дистанційного моніторингу. Один з таких алгоритмів - пошук кореляції між кольором ґрунту і вмістом органічної речовини. Більш комплексні алгоритми використовують для визначення текстури, вологості і навіть залишкового вмісту нітратів. Механічні, акустичні і пневматичні датчики використовують для визначення фізичного стану профілю ґрунту з метою встановлення ступеню і розподілу ущільнення. Велика кількість таких систем пройшла випробування на рівні розробок в той час коли комерційне використання ще знаходиться у перспективі.

Електрохімічні датчики також можуть бути застосовані в системах для аналізу ґрунту в реальному часі. Традиційно, іон-селективні електроди використовуються для визначення рН і активності багатьох іонів в ґрунтових розчинах. Обладнання для картографування кислотності або лужності ґрунту на ходу - це одна з новітніх розробок, що вже почата використовуватись комерційно. Така технологія        дозволяє    одночасне         вимірювання електропровідності і рН ґрунту. При цьому рН визначається приблизно кожні 10 секунд шляхом прямого контакту між вологою пробою ґрунту і чутливими мембранами електродів. Результат таких індивідуальних вимірів може мати більшу похибку ніж лабораторні виміри. Проте, значне збільшення проб (до 10 на гектар) з відносно низькою вартістю суттєво покращує якість і економічність картограм. Одночасне визначення інших іонів знаходиться на стадії наукових розробок.

Слід також і відмітити, що у різних країнах розпочато роботу із створення приладів для спрощення і здешевлення агрохімічного аналізу ґрунту. Зокрема, фахівці флагманів електронної промисловості - США і Японії у 1993 р. розпочали створення оптичних (безконтактних) датчиків для визначення за допомогою ЕОМ вмісту N, Р, К у ґрунті. Крім того, розроблялись опосередковані шляхи, наприклад, через урожайність вирощуваної культури на окремих ділянках поля. Для цього збиральний комбайн обладнується електронним   приладом для перманентного (фр. Permanent, постійний, безперервний) визначення урожайності культури, яка збирається, і її по координатного запису в бортовий комп'ютер. Картографування урожайності полів дає змогу знизити трудові й фінансові витрати на проведення агрохімічного аналізу для застосування диференційованого удобрення ґрунту у кілька разів.

Разом з        тим   необхідно  зауважити, що    застосування       таких

опосередкованих шляхів проведення агрохімічного аналізу ґрунту забезпечує тільки часткове зниження масштабності даної проблеми, але не її розв'язання. Одним із кардинальних рішень щодо аналізу ґрунту на N, Р, К є розробка англійської фірми “KRM”. Цим способом визначення вмісту азоту, фосфору і калію в ґрунті здійснюється шляхом фотографування полів у інфрачервоних променях на спеціальну плівку з літака або супутника Землі.

Досягли значних успіхів і розробники оптичного приладу для проведення агрохімічного аналізу. Проблему, яку поки що не вдалося розв'язати американським і японським фахівцям, розв'язали англійські і китайські.

Прилад, відзначений золотою медаллю на Паризькій виставці у 1998 р., створила англійська фірма “Challenge Agriqulture”. Це оптичний числовий прилад, який шляхом порівняльного вимірювання у двох точках відбитого світла вибраної смуги спектру забезпечує визначення вмісту в ґрунті N, Р, К та інших елементів. Він може обробляти більше 30 параметрів і запам'ятовувати 50 значень. Через 4 роки прилад аналогічного призначення розробили і китайські фахівці. Він побудований на основі транзисторів, перетворювачів, фотодатчиків та інших електронних елементів.

 

 

НАЗАД                                 ГОЛОВНА