76192

Космические технологии в земледелии

Реферат

Лесное и сельское хозяйство

Земледелие - отрасли с.-х. производства, основанные на рациональном использовании земли с целью выращивания с.-х. культур. Полеводство, овощеводство, луговодство, лесоводство, винаградоводство и т.д. являются отраслями частного земледелия.

Русский

2015-01-29

80 KB

3 чел.

 Вологодская государственная молочнохозяйственная академия имени Н. В. Верещагина

Кафедра агрономии

Реферат

на тему «Космические технологии в земледелии»

                                                                           Выполняла студентка

                                                                           1 курса 411 группы

                                                                           Шашерина Людмила Андреевна

                                                                           Проверил преподаватель:

                                                                           Пахолкова Татьяна Леонидовна

Вологда-Молочное 2014

Содержание:

1.Введение…………………………………………………………………………………………………………3

2.Космический мониторинг сельхозугодий……………………………………………………..4

3.Технологии точного земледелия их перспективы и возможности использования на мелиорированных землях…………………………………………………6

4.цели и задачи точного земледелия……………………………………………………………..7

5.преимущества применения точного земледелия……………………………………….9

6.элементы системы точного земледелия……………………………………………………10

Введение:

  Земледелие - отрасли с.-х. производства, основанные на рациональном использовании земли с целью выращивания с.-х. культур. Полеводство, овощеводство, луговодство, лесоводство, винаградоводство и т.д. являются отраслями частного земледелия. Земледелие - древнейшая, очень сложная сфера человеческой деятельности, возникшая и формировавшаяся тысячелетиями. Появления ею стало крупнейшим событием в развитии цивилизации. Оно позволило перейти от кочевого и создать основу совершенно нового осёдлого образа жизни и труда человека.  

 

Точное земледелие – совокупность технологий, технических средств и систем принятия решений, направленных на управление параметрами плодородия, влияющими на рост растений.

  

Научная концепция точного земледелия основана на представлении о том, что каждое сельскохозяйственное поле по своей структуре неоднородно. Учитывая это, нужно делать соответствующий расчет норм внесения удобрений в почву и средств защиты растений, прогноз урожайности и финансового планирования. Для выявления таких неоднородностей и их оценки используют системы глобального позиционирования, специальные датчики, аэрофотоснимки и снимки со спутников, а также специальные программы на базе геоинформационных систем. 

Космический мониторинг сельхозугодий

Точное земледелие


На протяжении десятилетий в США, Европе и некоторых странах Азии проводится мониторинг сельхозугодий с использованием космических снимков, который является одним из основных инструментов контроля за состоянием сельхозугодий и урожайностью культур. 

Обширные территории России, занимаемые сельскохозяйственными угодьями, довольно сложно контролировать из-за недостатка точных карт, неразвитой сети пунктов оперативного мониторинга, наземных станций, в том числе и метеорологических, отсутствия авиационной поддержки, ввиду дороговизны содержания штата и т.д. Кроме того, в силу различного рода природных процессов, происходит постоянное изменение границ посевных площадей, характеристик почв и условий вегетации на различных полях и от участка к участку. 

Все эти факторы препятствуют получению объективной, оперативной информации, необходимой для констатации текущей ситуации, ее оценки и прогнозирования. А без этого практически невозможны увеличение производства сельскохозяйственной продукции, оптимизация использования земель, прогнозирование урожайности, уменьшение затрат и повышение рентабельности. 

За рубежом аналогичные проблемы успешно решаются благодаря применению данных дистанционного зондирования (ДДЗ) Земли, получаемых с помощью космических спутников.
 

О значимости рынка космических ДДЗ в сельском хозяйстве свидетельствует тот факт, что американская компания DigitalGlobe, ведущий поставщик коммерческих космических снимков субметрового разрешения, обладает эксклюзивными правами на продажу снимков Spot в США только для двух рынков – сельскохозяйственного и военного.
 

Уникальность системы спутникового мониторинга в том, что с одного и того же снимка можно получить различную информацию, которая позволит определять готовность площадей для посевов, прогнозировать засухи, оценивать возможные убытки. 

Материалы космической съемки могут помочь как для решения комплексных задач управления сельскохозяйственными территориями, так и в узкоспециализированных направлениях. Типичными задачами в этой области являются: инвентаризация сельскохозяйственных угодий, контроль состояния посевов, прогнозирование урожайности, выделение участков эрозии, заболачивания, засоленности и опустынивания, определение состава почв, слежение за качеством и своевременностью проведения различных сельскохозяйственных мероприятий, а также мониторинг загрязнения окружающей среды, транспортное планирование, анализ зон водоразделов, оценка рисков, планирование застройки и выбор мест для строительства и т.д. 

Спутниковые снимки позволяют получать высокоточную информацию о текущем состоянии посевов. Существует целый ряд хорошо разработанных методик контроля состояния растительности по изображениям.
 

Например, зная, как меняется спектральная яркость растительности в течение вегетационного периода, можно по тону изображения полей судить об их агротехническом состоянии. После перезимовки состояние озимых культур оценивается по различию в цвете здоровых и погибших растений, состояние озимых и яровых до уборки урожая — на основе учета степени покрытости почвы всходами и равномерности их распределения. Как известно, отражение растительного покрова в красной и ближней инфракрасной областях электромагнитного спектра тесно связано с его зеленой фитомассой. Для того чтобы количественно оценить состояние растительности, широко применяется так называемый нормализованный разностный вегетационный индекс NDVI (Normalized Difference Vegetation Index). NDVI характеризует также плотность растительности, позволяет растениеводам оценить всхожесть и рост растений, продуктивность угодий. Индекс рассчитывается как разность значений отражения в ближней инфракрасной и красной областях спектра, деленная на их сумму. В результате значения NDVI меняются в диапазоне от –1 до 1.

Для зеленой растительности отражение в красной области всегда меньше, чем в ближней инфракрасной, за счет поглощения света хлорофиллом, поэтому значения NDVI для растительности не могут быть меньше 0. Расчет индекса для каждого пиксела космического снимка по красной и ближней инфракрасной спектральным зонам позволяет получить производное изображение — карту NDVI.
 

NDVI позволяет выявить проблемные зоны угнетенной растительности, давая возможность принимать наиболее верные в долгосрочной перспективе решения, направленные на повышение урожайности. Участки с различным состоянием растительности или объемом зеленой фитомассы могут быть изображены различными цветами. При помощи статистической обработки карт NDVI помимо определения количества фитомассы можно также выделить площади посева различных сельскохозяйственных культур.

Динамика вегетационного индекса позволяет выявить земли, выведенные по тем или иным причинам из сельскохозяйственного оборота, и контролировать в дальнейшем этот процесс на основе объективных фактических данных, получаемых с помощью космических средств наблюдения.

Спутниковый мониторинг сельхозземель для России сегодня – насущная необходимость. Внедрение методов решения задач с помощью данных дистанционного зондирования способно поднять сельскохозяйственное производство на качественно новый уровень. При наличии достоверной информации о состоянии дел в растениеводстве мы сможем избежать ошибочных решений на различных уровнях: как на государственном, так и на уровне отдельного сельхозпредприятия
.

ТЕХНОЛОГИИ ТОЧНОГО ЗЕМЛЕДЕЛИЯ, ИХ

ПЕРСПЕКТИВЫ И ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ НА МЕЛИОРИРОВАННЫХ ЗЕМЛЯХ

 Точное земледелие – совокупность технологий, технических средств и систем принятия решений, направленных на управление параметрами плодородия, влияющими на рост растений. Среди этих параметров могут быть: содержание органического вещества, питательные элементы почвы, рельеф, наличие влаги в почве, засоренность сорняками. Для реализации технологий точного земледелия необходимы: современная сельскохозяйственная техника, способная дифференцированно проводить агротехнические мероприятия, приборы точного позиционирования на местности и новые информационные технологии. К техническим средствам, применяемым в системе точного земледелия, относятся: GPS-приемники; российская спутниковая система ГЛОНАСС; технические системы, помогающие выявить неоднородность поля; автоматические пробоотборники; различные сенсоры и измерительные комплексы; уборочные машины с автоматическим учетом урожая; приборы дистанционного зондирования сельскохозяйственных посевов и др. Основным элементом технологии точного земледелия является программное обеспечение, которое даст возможность получения пространственно-ориентированных данных сельскохозяйственных полей, а также генерацию, оптимизацию и реализацию агротехнических мероприятий с учетом вариабельности характеристик в пределах возделываемого поля.

 

Такой новый (управленческий) подход на мелиорированных землях позволит произвести: учет пространственной динамики характеристик полей (рельеф, почвы, сельскохозяйственные культуры, агротехника и т.д.); учет пространственной динамики агроландшафтов (площади, их соотношения, лесополосы, их характеристики и т.д.); учет мелиоративного воздействия по времени, величине, продолжительности.

В последние годы в развитых зарубежных странах имеется значительный опыт по внедрению новой технологии в жизнь и выявлен эффект, который она даст для сельского хозяйства (повышение урожаев, экономия агрохимикатов).

 

Работы по разработке и внедрению системы точного земледелия, основанные на использовании новых информационных технологий, телекоммуникационных и навигационных систем, ведутся также в России (Якушев В.П., Глобус А.М., Полуэктов Р.А., Личман Г.И. и др.).

В связи с этим актуальным является систематизация известных методов, технических средств и технологий, применяемых для систем точного земледелия.

В данном обзоре (на основе анализа источников информации) рассмотрены основные элементы точного земледелия (ГСП, ГИС); приборное и программно-аппаратное обеспечение информацией систем точного земледелия; перспективы развития и внедрения в сельское хозяйство точного земледелия.

Цели и задачи точного земледелия

Целью применения технологий точного земледелия на мелиорируемых землях сельскохозяйственного назначения является повышение и поддержание почвенного плодородия. Эти новейшие технологии используют дистанционные методы измерения состояния почв и посевов (аэрофотосъемки, аэрокосмические, спутниковые), в том числе применение геоинформационных систем (ГИС).

Технологии точного земледелия позволяют решить практически многие задачи по применению мелиоративных и агротехнических мероприятий, а также разнообразные научные аспекты агрономической науки в растениеводстве, почвоведении, агрофизике, агрохимии, агрометеорологии. Кроме того, это направление затрагивает и ряд других областей - приборостроение и средства автоматизации, сельскохозяйственное машиностроение, информатику.

К основным задачам, которые должны быть решены для перехода к широкому внедрению в России информационной технологии точного земледелия, относятся следующие /21/:

· В почвоведении и мелиорации очень важным представляется задача выявления таких особенностей почвенного покрова сельхозугодий, которые можно каким-либо образом изменять в оптимальном направлении с помощью технологических приемов или (если изменить нежелательное свойство почвы за короткий срок не представляется возможным) максимально учесть его влияние на продуктивность агроценоза.

· В растениеводстве появляется возможность реально оценивать потенциальную продуктивность сортов сельскохозяйственных культур в конкретных экологических условиях и их отзывчивость на удобрения, фитогормоны и другие средства. В связи с появлением новых возможностей представляется реальным изучение влияния температурного и водного стрессов на рост и развитие растений, а также формирование архитектоники посевов, при которой посев максимально использует приходящую солнечную радиацию.

· Агрофизические свойства почвы являются во многом определяющими при выборе технологии выращивания сельскохозяйственной культуры.

Основными задачами, подлежащими дальнейшей разработке, являются построение моделей энерго - и массопереноса в системе «почва-растение-атмосфера», исследование вариабельности основных физических характеристик почвы, влияющих на продукционный процесс и позволяющих прогнозировать его результат. Основной целью создания таких моделей является их использование непосредственно в системах выработки агротехнологических решений.

· Основными вопросами агрохимического спектра задач являются: изучение локальных условий минерального питания растений и темпов миграции элементов питания по почвенному профилю, обоснование новых способов расчета норм основных удобрений и подкормок с учетом почвенных характеристик поля, создание новых видов удобрений пролонгирующего действия.

· В агрометеорологии главными задачами представляются, во-первых, разработка новых методов прогнозирования метеоусловий и их влияния на продукционный процесс, и во-вторых, создание автономных агрометеорологических станций с автоматическим сбором информации.

Перечисленные задачи невозможно решить без соответствующей приборной и технической базы, поэтому очень важна разработка датчиков, приборов и мобильных информационных систем, позволяющих исследовать вариабельность характеристик почвенного и растительного покрова, в том числе собираемость урожая, в пределах конкретного поля. В этой связи перед отечественным сельскохозяйственным машиностроением стоит задача разработать и оснастить сельскохозяйственную технику такими рабочими органами, которые могли бы управляться бортовым компьютером.

Самой существенной особенностью новой технологии является деятельность специалистов в области информатики.

Преимущества применения технологий точного земледелия

Внедрение технологий точного земледелия даёт возможность:

· составить карты урожайности, позволяющие контролировать не только количество собранного урожая, но и выявить неравномерность урожайности в пределах поля, чтобы принять правильные агротехнические решения;

· составить карты типов почв и почвенных разностей;

· составить карты содержания в почве гумуса и микроэлементов;

· провести мониторинг сельскохозяйственных угодий с определением границ участков и составить кадастр угодий;

· провести агрохимобследование почв с определением норм внесения удобрений, а также планирование и расчет норм известкования.

Применение этих технологий обеспечивает высокую точность вождения сельскохозяйственных машин (до 2 см). Например, в овощеводстве при возделывании картофеля и других сельскохозяйственных культур используют стационарные базовые станции дифференциальных поправок. В растениеводстве инновационные технологии точного земледелия дают возможность: получить сведения о возделывании сельскохозяйственных культур; составить балансы питательных веществ; провести бонитировку и составить отчеты по агрохимическому обследованию; осуществить сбор и обработку гидрометеоданных; подготовить статистические данные по использованию сельскохозяйственных машин.

Появившиеся в последнее время новые технические средства и успехи информатики позволяют анализировать и учитывать изменчивость параметров плодородия при выращивании сельскохозяйственных культур в пределах отдельно взятого поля. При современном крупномасштабном сельскохозяйственном производстве стремиться к этой цели можно, лишь призвав на помощь новые уникальные технологии.

Появление новой технологии было обусловлено возросшими требованиями экологической безопасности земледелия, экономии удобрений и средств защиты растений, а также невозобновляемых ресурсов – горюче-смазочных материалов.

ЭЛЕМЕНТЫ СИСТЕМЫ ТОЧНОГО ЗЕМЛЕДЕЛИЯ

 Основные положения

Развитию точного земледелия послужила необходимость повышения эффективности с.-х. производства посредством учета пространственно-временной изменчивости параметров почвы и растений в пределах поля.

В настоящее время в ряде зарубежных стран, таких как США, Германия, Израиль, ведутся работы по созданию технологий и технических средств для дифференцированного поверхностного и локального внесения минеральных и органических удобрений, мелиорантов в соответствии с оптимальной программой их применения. Исследуются возможности новой технологии, в которой средства химизации применяются на с.-х. поле в строго нормированных дозах и только там, где они необходимы.

Технология дифференцированного внесения удобрений предполагает широкое использование компьютеров, программных средств – геоинформационных систем (ГИС), данных дистанционного зондирования. Такие ГИС содержат информацию, необходимую для рационального применения удобрений. Например, данные о содержании в почве гумуса, фосфора, калия.

Преимущество компьютерной технологии состоит в том, что она позволяет земледельцам вести агропроизводство на экологически чистой основе, ориентированное на экономию удобрений, получение запрограммированных урожаев и предохранение окружающей среды от загрязнений.

Основные элементы системы точного земледелия рассмотрены на примере внесения дозированных норм удобрений /38/.

Для системы применения удобрений, базирующейся на учете характеристик отдельных участков поля, необходимы данные об урожайности, типе почвы и содержании питательных элементов каждого участка и жесткая их привязка к конкретному полю, где были взяты пробы.

Почвенная карта поля с учетом уровня плодородия почвы по элементарным участкам составляется на основе точного отбора проб в реальном масштабе времени, контролируемого глобальной системой позиционирования (ГСП). Карта урожайности и состояния посевов составляется на основе оценки урожайности на элементарных участках поля в период сбора урожая, а также оперативной листовой диагностики состояния растений.

Дифференцированное внесение удобрений с учетом их количества на каждой координатной площадке, подбор рациональных сортов возделываемой культуры, регулирование нормы высева и сроков посева способствуют лучшей приспосабливаемости семян к состоянию поля.

Избирательная защита растений, дробное внесение азотных удобрений в период вегетации растений обеспечивают более высокую экономическую эффективность. Дифференцированное внесение удобрений с учетом плодородия отдельных участков поля не предполагает выравнивания пестроты плодородия всего поля, а направлено на более эффективное использование удобрений. При этом необходимо вносить больше удобрений на те участки поля, которые более отзывчивы к удобрениям, и меньше на остальные. В конечном итоге это приведет к более правильному с агрономической точки зрения применению удобрений, большей рентабельности и меньшему загрязнению окружающей среды.

Технологический процесс дифференцированного применения удобрений в системе точного земледелия представляет собой сложную систему, включающую набор технологических операций и технических средств. Основу системы точного земледелия составляют:

· банк данных об урожайности с.-х. культуры, истории применения удобрений, которые представляются в системе координат, жестко связанной с конкретным полем;

· программное обеспечение, позволяющее графически представлять полученную информацию, анализировать ее и принимать управленческие решения по необходимому воздействию на каждый из участков поля со своими координатами;

· технологии и автоматизированные технические средства для дифференцированного внесения средств химизации в принятой системе позиционирования.

Технология дифференцированного применения удобрений базируется на трех технологических блоках:

1. Определение координат агрегата на поле. Это может быть осуществлено наземными или космическими системами позиционирования. Есть основание считать, что в ближайшем времени будет преобладать дифференцированная глобальная система позиционирования (DGPS).

2. Автоматизированный сбор, хранение и обработка информации о состоянии почвы, растений, визуализация этой информации в виде электронных карт (GIS), принятие оптимальных управленческих решений.

3. Машины, системы контроля и управления технологическим процессом дифференцированного воздействия на систему «почва-растение» в принятой системе позиционирования.

Учитывая, что два первых элемента широко используются в других отраслях народного хозяйства, они быстро развиваются вне рамок сельского хозяйства. На разработке машин, систем контроля и управления технологическим процессом должны быть сосредоточены усилия с.-х. инженеров.

Вывод:

Данные высокого и сверхвысокого пространственного разрешения с современных космических аппаратов являются важным инструментом для решения практических задач государственного, регионального и местного управления.

В настоящее время съемку Земли из космоса ведут более 50 оптико-электронных и радарных космических аппаратов, в т. ч. спутники новейшего поколения.

Кстати, за внедрение космических технологий в земледелии активно взялись земледельцы Кубани. По поручению губернатора края Александра Ткачева, сформирована история полей по каждому хозяйству, сделаны тематические карты по культурам.

Список используемых источников:

http://www.kn-k.ru/index.php?id=37

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D2%EE%F7%ED%EE%E5_%E7%E5%EC%EB%E5%E4%E5%EB%E8%E5

http://selo-delo.ru/zemledelie/29-tochechnoe-zemledelie?showall=1&limitstart=

http://naviny.by/rubrics/abroad/2013/11/11/ic_news_118_427939/


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

13871. Языковая реальность как архепроявление бытия в «Чжуан-цзы», как форма жизни в философии Людвига Витгенштейна 79.76 KB
  Эссе на тему: Языковая реальность как архепроявление бытия в Чжуанцзы как форма жизни в философии Людвига Витгенштейна Часть 1. Языковая реальность как архепроявление бытия в Чжуанцзы В шестом веке до н. э. два направления китайской философии развились ...
13873. Ролан Барт. Система моды. Империя знака 57.5 KB
  Тема : Ролан Барт. Система моды. Империя знака. Ролан Барт наряду с Клодом ЛевиСтроссом Жаком Лаканом Мишелем Фуко считается одним из крупнейших представителей современного французского структурализма и такая репутация справедлива если только понимать стру
13874. То, что раньше для рыцаря был укрепленный замок, сегодня для рядового гражданина является социальное страхование 26.5 KB
  То что раньше для рыцаря был укрепленный замок сегодня для рядового гражданина является социальное страхование. В наше время социальное страхование – лучшая защита от непредвиденных ситуаций. Страхование – это финансовое обеспечение от возможного ущерба. Экономи
13875. Социология. Соц. статус. « Карьеры, пробитые собственно головой, всегда прочнее и шире карьер, проложенных низкими поклонами или заступничеством важного дядюшки» 25.5 KB
  Социология. Соц. статус. Карьеры пробитые собственно головой всегда прочнее и шире карьер проложенных низкими поклонами или заступничеством важного дядюшки. Человек всегда стоит перед выбором: какой социальный лифт использовать для достижения социального статуса....
13876. Все мы находимся за чертой бедности, только по разные ее стороны 26.5 KB
  Социология. Все мы находимся за чертой бедности только по разные ее стороны. М.Генин. Социальное неравенство – естественное состояние любого цивилизованного общества. Социальное неравенство – условия при которых люди не имеют равного доступа к социальным благам. С...
13877. Соглашения предотвращают конфликты 25.5 KB
  Социология. Соглашения предотвращают конфликты. Для предотвращения конфликтов людям приходится находить способы их решения. Конфликт – спор столкновение сторон изза того что одинаково ценится обеими сторонами. Участники конфликта называются субъектами конфликт...
13878. Сказать, что человек состоит из силы и слабости, из разумения и ослепления, из ничтожества и величия, — это значит не осудить его, а определить его сущность 17.8 KB
  Сказать что человек состоит из силы и слабости из разумения и ослепления из ничтожества и величия это значит не осудить его а определить его сущность. Дидро Д. Человек биопсихосоциальное существо. Философские теории о том кто есть человек на самом деле извес...
13879. Свобода есть право делать всё, что дозволено законом 14.87 KB
  Свобода есть право делать всё что дозволено законом Шарль Луи Монтескье Каждый человек обладает определённой свободой но она ограничена. Свобода – самостоятельность социальных субъектов выражающаяся в их способности делать свой собственный выбор и дейст