Робота з рН-ґрунту:
Робота з відмінними зонами поля по рН-ґрунту – це підходи сучасного точного землеробства, що забезпечує екологічні та економічні перевахи для сучасного виробництва сільськогосподарських культур.
У даній статті розглядаються найбільш популярні питання, пов’язані зі значенням та властивостями рН-ґрунту, потребу внесення вапна, та якість необхідних даних при роботі з рН-ґрунту на відмінних зонах.
Що ми розуміємо під управлінням рН-ґрунту у відмінних зонах поля?
Одна із головних цілей точного землеробства – це управлінні сільськогосподарського виробництва відповідно до локальних(зональних) змін поля з метою підвищення рентабельності виробництва та зниження забруднення навколишнього середовища від сільського господарства.
Застосування вапна зі змінною швидкістю внесення (змінних норм внесення), це одна із рентабельних і популярних технологій при роботі зі відмінними зонами полів.
На додаток до кислих за властивостями зон полів, наявність інформації щодо зон з лужною реакцією ґрунту (високий рН), дає можливість взагалі уникнути застосування вапна в цих зонах. Інформація по відмінним зонам рН-ґрунту, корисна при відборі сортів та гібридів сільськогосподарських культур толерантних до умов високого/низького рН-ґрунту та уникнення негативних наслідків за таких умов (приклад: хлороз).
На даний момент, карти змінних норм/швидкостей внесення вапна створюють на основі ґрунтових зразків, відібраних згідно методики та проаналізованих в лабораторії. Дані зразки зазвичай відбираються зі сіткою щільності ґрунтових вибірок в кількості 1 проба/га.
Чи достатньо щільності вибірок в кількості 1 проба/га?
Рис.1. демонструє загальну проблему при створенні карти змінної швидкості/норми внесення вапна при щільності вибірок ґрунту 1 проба/га. За таких умов сітка 100х100м(1га), накладається на ґрунт інфрачервоному кольорі. Згідно рис.1., поле має тераси, які виглядають як темні лінії на зображенні, що свідчить про відмінність в зонах. Білі ділянки продемонстровані у вигляді ерудованого ґрунту та демонструють високе(лужне) рН- ґрунту, що знаходиться ближче до поверхні. Темні ділянки на рис.1. менш ерудовані і мають кислу реакцію ґрунту на верхніх горизонтах. Проблема перерахованого в тому, що кілька точкових проб взяти поблизу центра сітки вибірки рис.1. (червона крапка) – зразок рН-ґрунту переважно буде більше 7, тому що знаходиться в межах білої зони поля.
Як результат, весь квадрат сітки вибірки не отримає вапна (відсутність необхідності внесення). В разі якщо кілька точкових проб взяти випадковим чином по всьому квадрату сітки вибірки рис.1. (жовті крапки), то результат буде ближче до усередненого показнику рН-ґрунту для конкретного квадрату сітки вибірки. В будь якому разі, строкатість в квадраті сітки вибірки рис.1., буде настільки велика, як і в межах всього досліджуваного поля, тому результат бажає кращого. Використовуючи даний метод, найбільш імовірно, що квадрат сітки вибірки рис.1. (100х100м), отримає малу кількість вапна на неерудованій ділянці та навпаки, надмірну кількість вапна на ерудованій частині. Беручи до уваги те, що лінії сітки ґрунтових вибірок на полі не збігаються з наявними відмінностями, змінні швидкості можуть бути не більш ефективні ніж звичайне внесення вапна. У даному випадку, вартість аналізу ґрунту за такою методикою буде коштувати в разів 8 дорожче ніж при звичайній восьми гектарній (1 змішана проба/8 га) методиці відбору проб. Як результат, щільність вибірок (1 змішана проба/1 га) збільшує вартість аналізу в кілька разів і в більшості випадків не дозволяє адекватно виміряти мінливість рН-ґрунту по полю, що призводить до значного зменшення рентабельності вапнування на полі з використанням впроваджених технології та карт змінних швидкостей.
Якість рецептурних карт (диференційоване внесення/змінні швидкості та ін.) створюють згідно сітки вибірки і може бути поліпшена за рахунок збільшення щільності сітки вибірки до 2-3 проб/1 га; але, вартість такої кількості лабораторних аналізів для визначення рН та буферності збільшиться відповідно. Рецептурні карти для внесення вапна по полю буде протягом 5 років та більше. Звичайно, вартість може бути розподілена пропорційно протягом цього тривалого періоду, але рентабельність змінних швидкостей внесення при використані даного методу знаходиться під питанням.
Навіть при щільності вибірок 2-3 проби/1 га (1 проба/ 0,405 га) рис.2., вапняковий розкидач з шириною 15-16м, зможе зробити 4 проходи з відмінними нормами внесення в кожному із них (Увага! Навіть в квадраті сітки ґрунтових вибірок з розміром – 0,405 га, можна розмістити додатково від 16 до 50 ділянок з площею від 0,81 до 2,5 соток рис.2., для можливого найбільш детального визначення). Таким чином, даний спосіб також не відповідає технічним потребам способу внесення.
Якщо попередньо згадана просторова конструкція існує, окремі карти мінливості можуть бути використані інтерполяційним методом для більш точного прогнозування норми/швидкості внесення вапна в місцях без вибірки. Навіть за таких умов (з наукової точки зору), за таких інтерполяційних методів, помилки та відхилення будуть лишатися. Будь-який тип інтерполяції є неефективним, коли є наявність значної відмінності/мінливості ближніх ґрунтових проб (в межах квадрату сітки ґрунтової вибірки – рис.1.).
На скільки корисний спрямований відбір ґрунтових проб?
Спрямовані (керовані) ґрунтові вибірки, згідно згрупованих однорідних зон (поділ поля на 4-6 однорідних зон), є найбільш надійним та перспективним шляхом в багатьох напрямках точного землеробства, включно й під час застосування технологій диференційованого внесення вапна.
Зони розподілу визначаються з врахуванням мінливостей ділянок полів та їх властивостей, які можуть вплинути на необхідну кількість внесеного вапна, що включає в себе: типи ґрунтів, топографічне розташування, останні дії на цій території, аерофотознімки вегетуючих культур та знімки ґрунту при відсутності сільськогосподарських культур, просторова мінливість врожайності по рокам, карти електропровідності ґрунту та інших «шарів мінливостей» які потрібно накладати та порівнювати для ефективного поділу поля по подібним за властивостями зонами.
Як можна поліпшити точність карт розподілу рН-ґрунту?
Починаючи із зародження підходів точного землеробства, значна кількість дослідників так і виробників сільськогосподарських культур переслідують розвиток та впровадження ґрунтових «сенсорів на ходу» (аналіз параметрів ґрунту під час руху техніки), для точного визначення карт розподілу рН-ґрунту. На підставі досліджень, які були проведені в Університеті Пердью та Університету штату Небраска – Лінкольн, компанія Veris Technologies розташована в районі Саліна (штат Небраска), з 2003 року почали виробництво і впровадження першими в світі автоматизованої системи аналізу параметрів ґрунту на ходу, створюючи карту розподілу рН-ґрунту. Назва даного продукту (МСП) – мобільна сенсорна платформа рис.5. Даний продукт включає блок визначення карт електропровідності та розподілу кислотності ґрунту по полю (за допомогою – pH ManagerTM). Під час роботи на полі, приладу автоматично відбирає проби та аналізує їх без зупинки агрегату. Під час картографування даних на полі, робочий агрегат очищує рядки від рослинних решток на шляху руху. Гідравлічний циліндр при паралельному з’єднанні опускається, заглиблюється в ґрунт з одночасним відбором зразку в ємкість для аналізу проб. Під час роботи, попередній зразок точкової проби вивантажуються в задню частину ємкості для аналізу проб, замінюючись щойно відібраним зразком. Гідравлічний циліндр опускає жолоб для відбору проб і в процесі роботи агрегату зразок за допомогою контакту з іон-селективним та рН-електродом визначають показники та властивості зразків. Під час роботи електроди в автоматичному режимі піддаються промивання двома соплами за допомогою автоматичної системи подачі води. Мобільна сенсорна платформа – pH ManagerTM, після проходження ділянки автоматично за допомогою дисків загортає місця руху та роботи агрегату. Глибина можливого вимірювання регулюється і можлива в діапазоні від 4 до 15 см, як правило з середньою ефективною глибиною вибірки близько 8-9 см.
Під час відбору ґрунтові проби перебувають в безпосередньому контакті з електродами і утримуються протягом 7-25 секунд (в залежності від реакції та роботи електродів). Кожен вимір являє собою середнє арифметичне значення по двох електродах. Два незалежних вимірювання дозволяють перехресно визначати дані електродних характеристик зразків для кращої фільтрації інформації та нівелювання помилок. Отримані дані конвертуються в рН-варіацію ґрунту, відповідно до обраних параметрів калібрування електродів. Такі вимірювання робляться з географічною прив’язкою до GPS-координат.
На рис.3. наведене поле з площею 24,3 га – Канзас, порівняння розподілу мінливості рН-ґрунту за різних технологій картографування цих даних: зліва – технологія он-лайн визначення властивостей розподілу рН-ґрунту безпосередньо під час руху агрегату; справа – карта мінливості рН-ґрунту, створена на основі сітки вибірки ґрунтових проб зі щільністю – 1 проба/га. Такого роду порівняння методів з різною щільністю вибірок, дає можливість проаналізувати найбільш дієві підходи щодо визначення необхідної інформації розподілу мінливості на полі та її точність. Згідно отриманих даних рис.3., помітні значні відхилення щодо розподілу і точності визначення рН мінливості того ж поля, за різних методів.
Лабораторні дослідження перевірки 10 зразків ґрунту підтвердили, що карта розподілу мінливості побудована згідно аналізу зразків в он-лайн режимі під час руху МСП, мали значно кращу точність ніж картографування мінливості проведене зі щільністю сітки ґрунтових вибірок – 1 проба/га.
Чи можливе визначення необхідних норм для застосуванні вапна за методом он-лайн аналіз зразків під час руху МСП?
Карти розподілу рН-ґрунту створені на основі даних он-лайн аналізу зразків під час руху агрегату, визначають мінливість кислотності/лужності ґрунту, але потребують додаткових перетворень для отримання карт розподілу необхідності вапна по полю та їх використання при внесенні за допомогою карт змінних швидкостей агрегату. Дані зміни мають ряд труднощів, так як буферна ємність ґрунту, як правило, варіюється в межах поля, а зміна рН-ґрунту на одну одиницю величини згідно потреби не є постійною величиною. Саме тому, Veris® (МСП) – мобільна сенсорна платформа, поєднує в собі картографування рН-ґрунту та карт електропровідності, так як останні часто відображають структурні зміни в полі (відсоток мулу, глини та піску), основних факторів які впливають на буферні властивості ґрунтів поля. Саме тому, карти розподілу необхідності вапна можуть бути обчислені з одночасним отриманням вимірювань електропровідності та рН-ґрунту.
Чи варті уваги карти змінних швидкостей внесення?
Стратегії управління сільського господарства в різни по властивостям зонам, як і рентабельність застосування карт змінних швидкостей внесення залежать від ряду факторів: 1) Якості отриманої інформації ; 2) Вартостей додаткових заходів, збору та обробки даних; 3) Мінливості та вимог щодо норм застосування вапна для конкретного поля чи його зони.
Як приклад, застосування карт змінних швидкостей внесення не буде вигідне, якщо потреба у вапні є практично ідентичною по всій території поля або кислотність ґрунтів не є обмежуючим/лімітуючим фактором. Варто пам’ятати, що повноцінної дії вапнування може знадобитися кілька років, щоб вплинути на врожай, тому такі дії потрібно розглядати як довгострокову інвестицію. Але потрібно розуміти, що низька якість і достовірність даних які використовують для побудови карт змінних швидкостей може призвести до хибних норм внесення вапна і в результаті, замість зменшення строкатості мінливості рН-ґрунту по полю, отримуємо зворотній результат – збільшення строкатості і марно потрачені кошти та час. При детальному вивчені питання доцільності та вартості карт розподілу рН-ґрунту полів в Університеті штату Небраска у Лінкольні зробили висновок, що очікуваний чистий дохід (виручка від продажу додаткового врожаю) із врахування вартості застосування вапна протягом чотирьох років циклу вирощування кукурудзи-сої-кукурудзи-сої, дало можливість впливати на похибку пов’язану з використання різних підходів. На основі розробленої моделі, більш високі помилки призводили до меншої потенціальної вигоди.
При обробці обраних польових умов з слабокислою мінливістю (середній рН-5,8 ґрунту) і можливого 9% відхиленням, економічно доцільним є використання низької точності карт з щільністю сітки вибірок 1 проба/га, або просто враховують те, що рН ґрунту відносно ідентичний по всьому полю. При необхідності більш точної карти мінливості, можна використовувати кілька методів:
– Щільність сітки вибірки 2-3 зразка/1га;
– Он-лайн відбір та аналіз зразків під час руху агрегату;
– Спрямований (зональний) відбір ґрунтових проб (різниця точності методів вибірок рис.4.)
Чистий прибуток застосування низької чи високої точності карт мінливостей знаходиться в діапазоні від 13 до 38 доларів/га. Звичайно, цей прибуток повинен покривати різницю у витратах, пов’язаних з використанням обох методів (низької/високої точності), які коливаються в межах від 0 до 50 доларів/га. Як приклад, вартість картографування мінливості в онлайн режимі під час руху агрегату може бути ідентична до вартості методу відбору зразків зі щільністю сітки – 1 проба/га, а вартість відбору зразків зі щільністю сітки вибірки в кількості 2-3 зразка/га, може коштувати в межах 50 доларів/га, що більше ніж вартість аналізу всього поля попередніми методами.
Висновки
При впроваджені різних методів точного землеробства, зональний аналіз розподілу рН-ґрунту є найбільш перспективною стратегією аналізу полів за наявної мінливісті розподілу кислотності. Перспективи внесення вапна за методом карт змінних швидкостей ускладняються наступними факторами:
– Подібні карти є довгостроковою інвестицією
– При низькій мінливості полів, доцільність внесення вапна є невеликою.
– При використанні методу аналізу мінливості та потреби внесення вапна зі щільністю вибірки в кількості 1 проба/га, точність даного підходу в більшості випадків недостатньо.
Високу якість і низьку собівартість проявив метод он-лайн визначення рН-ґрунту під час руху відповідного агрегату, який надає більш надійну інформацію просторової мінливості полів по рН-ґрунту та інших властивостей, пов’язані з буферними характеристика (електропровідність).
При правильному підході та використанні наявної інформації, оптимізована стратегія використання зон розподілу мінливості рН-ґрунту полів, має ряд переваг щодо економії та рентабельності виробництва.
За матеріалами: http://cropwatch.unl.edu
