CC BY
60
001: 10.24411/0044-3913-2018-10712 УДК 004.652:631.17
Концептуальная модель построения структуры базы данных ресурсосберегающих агротехнологии*
00 о
W N
ш
S ^
ш ч
ш ^
2
ш м
И. Г. ПЫХТИН |, доктор сельскохозяйственных наук А. В. ГОСТЕВ, кандидат сельскохозяйственных наук, ведущий научный сотрудник (e-mail: [email protected]) Курский федеральный аграрный научный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт земледелия и защиты почв от эрозии, ул. Карла Маркса, 70 б, Курск, 305021, Российская Федерация
На сегодняшний день одно из основных актуальных направлений отечественного производства в целом и сельского хозяйства в частности - ресурсосбережение. Цель исследования - разработка структуры базы данных ресурсосберегающих технологий возделывания сельскохозяйственных культур, принципиально нового решения, позволяющего более обоснованно и дифференцированно подходить к вопросу использования как отдельных ресурсосберегающих приемов, так и агротехнологий различного уровня интенсивности применительно к каждой группе сельскохозяйственных культур. При этом процесс ресурсосбережения необходимо реализо-вывать не только путем сокращения затрат материальных и энергетических ресурсов, но и с обязательным условием сохранения почвенного плодородия. На основе системного анализа и обобщения современной научной литературы, а также результатов собственных научных исследований обоснованы региональные условия эффективного применения ресурсосберегающих приемов и агротехнологий, способствующих рациональному использованию имеющихся ресурсов, разработана концептуальная модель построения структуры базы данных ресурсосберегающих технологий возделывания сельскохозяйственных культур различной интенсивности, которая включает в себя три блока: исходные данные, нормативная и справочная информация, расчетные алгоритмы. Для наполнения перечисленных блоков обобщена и подготовлена нормативно-справочная информация по вопросу наиболее целесообразных факторов и условий применения ресурсосберегающих агротехнологий и агроприемов, дана их описательная характеристика с обоснова-
нием региональных условий эффективного применения в технологиях возделывания сельскохозяйственных культур различного уровня интенсивности. Практическое использование результатов исследования в земледелии будет способствовать рациональному природопользованию и обеспечит возможности для длительного мониторинга и прогнозирования состояния окружающей среды, а также производства необходимого количества и качества растениеводческой продукции для продовольственной безопасности Российской Федерации.
Ключевые слова: база данных, структура, модель, агротехнология, ресурсосбережение.
Для цитирования: Пыхтин И. Г., Гостев А. В. Концептуальная модель построения структуры базы данных ресурсосберегающих агротехнологий // Земледелие. 2018. № 7. С. 42-45. ЭО!: 10.24411/00443913-2018-10712.
На сегодняшний день для дальнейшего развития отечественного земледелия необходим всесторонний анализ производственной деятельности с использованием информационных технологий. В свою очередь, в их основе должны лежать научно-методические подходы, позволяющие обоснованно и на высоком уровне проводить анализ поступающей информации и формировать специализированные базы данных (набор сведений, хранящихся некоторым упорядоченным способом) [1].
На современном этапе сельскохозяйственного производства актуальное направление исследований - обоснование целесообразности использования ресурсосберегающих агроприемов в технологиях возделывания сельскохозяйственных культур. При этом важнейшие задачи - повышение урожайности выращиваемых культур, снижение прямых затрат и себестоимости продукции, повышение уровня рентабельности производства, сохранение почвенного плодородия. Наиболее важная роль в решении этих задач отводится необходимости выполнения
всех технологических приемов в направлении ресурсосбережения с учетом современных достижений науки и практики.
Ресурсосберегающие технологии -совокупность последовательных технологических операций, обеспечивающих производство продукции с минимальным потреблением каких-либо ресурсов (энергии, сырья, материалов и др.) для технологических целей [2].
При этом нужно четко понимать, что подразумевается под ресурсосберегающими технологиями в земледелии, так как это довольно емкое и дискуссионное понятие, предусматривающее отказ от энергоемких способов обработки почвы, уменьшение числа проходов агрегатов по полю, снижение расхода дорогостоящих горюче-смазочных материалов, своевременные фитосанитарные мероприятия, дифференцированное применение удобрений и др. Многие годы в научных кругах ведутся дискуссии о целесообразности использования минимальных способов основной обработки почвы в ресурсосберегающих агротех-нологиях, так как при их применении, например, взамен вспашки в большинстве случаев сельхозтоваропроизводителям приходится проводить дополнительную обработку посевов гербицидами [3, 4, 5, 6, 7, 8], а уменьшение числа проходов агрегатов по полю путем использования широкозахватных многофункциональных агрегатов, способствующих повышению производительности труда, не всегда оптимально с экономической точки зрения [9, 10]. Также вследствие потребностей ведущих пропашных культур в определенных экологических условиях произрастания, использование ресурсосберегающих способов основной обработки почвы приводит к снижению урожайности и ухудшению качества продукции [11, 12].
Приведенные факты свидетельствуют о необходимости разработки дифференцированного подхода к ресурсосбережению в рамках отдельных групп культур: для озимых и яровых зерновых, зернобобовых, крупяных, пропашных/технических, а также масличных.
Помимо дифференциации существующих агротехнологий по группам возделываемых культур, необходимо рассматривать приемлемость такого подхода и к технологиям разного уровня интенсивности: экстенсивным, базовым, интенсивным, высоким [13, 14].
Безусловно, экстенсивные технологии с точки зрения затрат материаль-
*Работа выполнена в рамках задания 0630-2015-0004 «Создать базу данных ресурсосберегающих технологий возделывания сельскохозяйственных культур различной интенсивности для устойчивого производства растениеводческой продукции» в соответствии с пунктом 142 «Фундаментальные основы создания систем земледелия и агротехнологий нового поколения с целью сохранения и воспроизводства почвенного плодородия, эффективного использования природно-ресурсного потенциала агроландшафтов и производства заданного количества и качества сельскохозяйственной продукции» направления Земледелие, раздела Х- сельскохозяйственные науки Программы фундаментальных научных исследований государственных академий наук на 2013-2020 гг.
ных ресурсов - энергосберегающие, но так как они связаны с неизбежным снижением содержания гумуса и питательных веществ, то тем самым, не отвечают одному из главных условий ресурсосбережения - сохранению почвенного плодородия [15]. Поэтому они должны быть рекомендованы только в исключительных случаях, например, при производстве экологически безопасной продукции [16].
С другой стороны, освоение высоких технологий связано с применением современной техники с использованием средств глобального позиционирования, высокоэффективных гербицидов, больших доз удобрений, что делает их во многом зависимыми от цен на химические средства защиты, удобрения и сельхозтехнику, курса валют, и, следовательно, более нестабильными при экономическом планировании [17].
Таким образом, в современных усло -виях землепользования наиболее обоснованным решением для разработки стратегии производства продукции растениеводства может быть применение принципов ресурсосбережения в рамках агротехнологий базового и интенсивного типа. Естественно, различия между ними будут проявляться в разных уровнях интенсификации составляющих агроприемов (см. табл.).
Анализ современных научных публикаций [18] убедительно показывает что процесс ресурсосбережения необходимо рассматривать комплексно, охватывая всю технологию возделывания культуры: начиная от под-
готовки почвы к посеву и заканчивая подработкой выращенной продукции и дальнейшим ее хранением. Поэтому в рамках ресурсосберегающих агротехнологий следует допускать и отдельные энергонасыщенные приемы, обеспечивающие не разовый сиюминутный эффект от внедрения, а устойчивый пролонгированный, рассчитанный в большей степени не на отдельную технологию, а на систему земледелия ресурсосберегающего направления в целом. Например, в современных технологиях возделывания сельскохозяйственных культур не следует исключать применение органических удобрений и мелиорантов, при этом необходимо представлять, что они не относятся к ресурсосберегающим приемам, но их действие пролонгировано и, в конечном итоге, ведет к ресурсосбережению в рамках используемых севооборотов.
Поэтому среди ресурсосберегающих приемов современных агротехнологий следует выделить две группы:
способствующие сохранению почвенного плодородия и почвенных ресурсов;
уменьшающие затраты материальных и энергетических ресурсов.
В свою очередь, сохранение почвенного плодородия в технологиях возделывания сельскохозяйственных культур должно решаться через воспроизводство гумуса в почве на уровне не ниже исходного, нивелирование процессов ее подкисления и создание благоприятных условий для поддер-
жания потенциального и повышения эффективного плодородия почв. К сожалению, в современных условиях хозяйствования, отчасти решается только проблема повышения эффективного плодородия путем внесения минеральныхудобрений.
Вторая группа ресурсосберегающих приемов на практике реализуется следующим образом:
использование минимальных и нулевых способов основной обработки почвы;
совмещение нескольких агротех-нологических приемов за один проход сельскохозяйственной техники с использованием комбинированных агрегатов;
освоение современных широкозахватных сельскохозяйственных орудий, повышающих производительность выполнения агроприемов;
выращивание современных высокоурожайных сортов и гибридов интенсивного типа;
использование современных высокоэффективных химических средств защиты растений и удобрений;
применение ресурсосберегающих приемов при уборке, транспортировке и хранении выращенной продукции;
улучшение организационных процессов.
Высказанные соображения делают процесс ресурсосбережения совершенно разноплановым для различных типов хозяйств и весьма сложным в методах его определения. Поэтому, на наш взгляд, база данных для ре-
Характеристика интенсификации отдельных технологических приемов в агротехнологиях базового и интенсивного типов
Тип агротех-нологии
Рекомендуемый севооборот
Обоснованные дозы применения удобрений
Целесообразные способы основной обработки почвы
Посев
Система защиты растений
Используемая сельскохозяйственная техника
Оплата труда
Базовый
Интенсивный
Традиционные, рекомендуемые научным сообществом, состоящее из перечня целесообразных предшественников
Адаптированные к рыночным условиям, допускающие помимо целесообразных предшественников допустимые
Рекомендуемые дозы макроудобре-
Основа - отвальная обработка под пропашные и мелкие безотвальные комбинированными почвообрабатывающими орудиями под остальные группы культур
Рациональное применение удобрений по результатам почвенного обследования, учета внесенных удобрений под предшествующие культуры, использование органических, микроудобрений и биопрепаратов
Широкий спектр допустимых способов основной обработки почвы: от глубоких дисковыми глу-бокорыхлителями при возделывании пропашных культур до поверхностных и даже нулевых под зерновые
Традиционный посев
(рядовой - для зерновых, широкорядный - для пропашных) с обязательной предпосевной обработкой
почвы Традиционный посев
(рядовой - для зерновых, широкорядный - для пропашных) совместно с предпосевной обработкой почвы, возможность прямого посева
Протравливание семян, однократное применение гербицидов, опрыскивание посевов фунгицидами и инсектицидами только в исключительных случаях
Протравливание семян, не менее одного раза применение баковых смесей (гербицид + фунгицид), а также инсектицидов, возможность использования регуляторов роста и десикантов
Основная часть (более 50 %) - традиционная техника
с периодом эксплуатации не более 10 лет
На уровне средней по региону
Основная часть (более 50 %) - современная энергонасыщенная высокопроизводительная сельскохозяйственная техника с периодом эксплуатации не более 5 лет
Науровне 1,5...2,0 средних по региону
(О Ф
з
ь
ф
д
ф
ь
ф
ч
О 00
Рисунок. Концептуальная модель построения структуры базы данных ресурсосберегающих агротехнологий.
сурсосбережения, способствующего сохранению почвенного плодородия, должна включать агротехнические мероприятия, направленные на повышение плодородия почв; пополнение органического вещества в почве; поддержание оптимальной кислотности почв.
Вторая группа ресурсосберегающих приемов для разрабатываемой базы данных должна опираться на основные технологические приемы, уменьшающие затраты материальных и энергетических ресурсов:
энергоэффективные способы основной обработки почвы;
оптимизация системы применения удобрений;
интегрированная система защиты посевов от сорняков, болезней и вредителей.
Естественно, в идеале, применение ресурсосберегающих технологий должно способствовать и сохранению почвенного плодородия, и снижению производственных затрат, но, как показывает практика, это мало достижимо и может быть воплощено в жизнь только через комплекс мероприятий, выходящих за пределы одной агротехнологии. Поэтому при разработке и формировании концептуальной модели структуры базы данных ресурсосберегающих агротехнологий мы опирались на вторую группу ресурсосберегающих агро-приемов. Процесс создания включал следующие этапы:
системный анализ и исследование предметной области - отечественных 5? и зарубежных научных публикаций, ° собственных наработок по изучению 1-. наиболее целесообразных факторов ^ и условий применения ресурсосбе-о регающих технологий, определению | взаимосвязей между ними;
проектирование базы данных - раз® работку ее структуры, определение 5 перечня показателей для формиро-$ вания блока исходных данных, а также
блока справочной и нормативной информации.
В результате проведенной работы была создана концептуальная модель построения структуры базы данных ресурсосберегающих агротехнологий (см. рисунок).
Отсутствие в такой модели отдельного блока мер по сохранению или повышению плодородия почвы объясняется тем, что эти задачи решаются не только повышением содержания гумуса, но и созданием комфортных почвенно-микроклиматических условий (например, химической и водной мелиорацией) путем использования высокозатратных агроприемов: внесения навоза, известкования, посева сидеральных культур, орошения. Включение их в агротехнологию может свести к минимуму весь эффект от ресурсосберегающих агроприемов, ориентированных на снижение потребляемых ресурсов. Поэтому вопросы сохранения и повышения плодородия почвы при реализации ресурсосберегающих агротехнологий необходимо решать в рамках научно-обоснованных адаптивно-ландшафтных систем земледелия, способствующих как сохранению и накоплению почвенного плодородия, так и уменьшению затрат материальных и энергетических ресурсов.
Таким образом, в результате проведенных исследований создана концептуальная модель построения структуры базы данных, применение которой позволит более обоснованно и дифференцированно подходить к вопросу использования, как отдельных ресурсосберегающих приемов, так и ресурсосберегающих агротехнологи й. Дальнейшая работа по насыщению функциональных блоков сформированной структуры базы данных будет способствовать более целесообразному подбору ресурсосберегающих агро-приемов и агротехнологий возделыва-
ния выбранных сельскохозяйственных культур исходя из разработанных региональных условий их эффективного применения.
Литература.
1. Хомоненко А. Д. СММ1 - модель зрелости процессов разработки программного обеспечения защиты от НСД // Защита информации. 2009. № 2 (26). С. 52-58.
2. Протасов В. Ф, Матвеев А. С. Экология: Термины и понятия. Стандарты, сертификация. Нормативы и показатели: учеб. и справочное пособие. М.: Финансы и статистика, 2001. 208 с.
3. Спиридонов Ю. Я., Соколов М. С., Бо-сак П С. Оптимизированная технология производства озимой пшеницы в Центральном Нечерноземье РФ // Достижения науки и техники АПК. 2017. Т. 31. № 6. С. 27-30.
4. Резервы повышения урожайности яровой пшеницы в лесостепи Западной Сибири / В. Н. Шоба, В. К. Каличкин, С. А. Ким и др. // Достижения науки и техники АПК. 2017. Т 31. № 6. С. 31-33.
5. Власенко А. Н., Власенко Н. П. Влияние технологии N0-1:11! на содержание питательных элементов в черноземе выщелоченном лесостепи Западной Сибири // Земледелие. 2017. № 3. С. 17-19.
6. Казаков П.И., Корчагин В. А. Почвозащитная обработка почвы в среднем Поволжье // Земледелие. 2009. № 1. С. 26-27.
7. Экономическая и энергетическая оценка мелкой обработки выщелоченного чернозема под ранние зерновые культуры / С. Н. Немцев, В. И. Каргин, Р. А. Захаркина и др. // Доклады РАСХН. 2009. № 4. С. 38-41.
8. Пыхтин И. П. Обработка почвы: действительность и мифы. Курск: ВНИИЗиЗПЭ, 2015. 158 с.
9. Носов П. И., Крюков И. В. Современные ресурсосберегающие технологии - важный фактор устойчивого роста АПК // Земледелие. 2005. № 3. С. 14-16.
10. Власенко Н. П., Коротких Н. А. Плюсы и минусы агротехнического метода защиты растений // Защита и карантин растений.
2012. № 2. С. 16-19.
11. Самыкин В. Н., Соловиченко В. Д., Потрясаев А. А. Экономическая эффективность возделывания кукурузы на зерно в Белгородской области // Земледелие. 2009. № 3. С. 34-35.
12. Тугуз Р. К., Мамсиров Н. И., Саниев Ю. А. Влияние способов обработки почвы на агрофизические свойства смытых черноземов // Земледелие. 2010. № 8. С. 23-25.
13. Кирюшин В. И. Агрономическое почвоведение. М.: КолосС, 2010. 688 с.
14. Федеральный регистр технологий производства продукции растениеводства. М.: Информагротех, 1999. 515 с.
15. Кирюшин В. И. Точные агротехно-логии как высшая форма интенсификации адаптивно-ландшафтного земледелия // Земледелие. 2004. № 6. С. 18-22.
16. Регистр технологий возделывания зерновых культур для Центрального Черноземья / П. Н. Черкасов, И. П. Пыхтин, А. В. Постев и др. Курск: ПНУ ВНИИЗиЗПЭ РАСХН,
2013. 249 с.
17. Пыхтин И. П., Постев А. В. Современные проблемы применения различных систем и способов основной обработки
001: 10.24411/0044-3913-2018-10713 УДК 631.4
Применение геоинформационных систем при инвентаризации многолетних насаждении и в точном земледелии
И. Г. КОСТИН, зав. лабораторией (e-mail:
Центр агрохимической службы «Белгородский», ул. Щорса, 8, Белгород, 308027, Российская Федерация
леделие, геоинформационная система, мониторинг, почва, инвентаризация многолетних насаждений.
Для цитирования: Костин И. Г. Применение геоинформационных систем при инвентаризации многолетних насаждений и в точном земледелии // Земледелие. 2018. № 7. С. 45-48. ЭО!: 10.24411/00443913-2018-10713.
почвы // Достижения науки и техники АПК. 2012. № 1. С. 3-6.
18. Теоретические основы эффективного применения современных ресурсосберегающих технологий возделывания зерновых культур / А. В. Гостев, И. Г. Пыхтин, Н. Б. Нитченко и др. Курск: ФГБНУ ВНИИЗиЗПЭ, 2016. 87 с.
Conceptual Model of Designing the Database Structure for Agricultural Resource-Saving Technologies
|l. G. Pykhtin], A. V. Gostev
Kursk Federal Agrarian Scientific Center, All-Russian Research Institute of Farming and Soil Protection from Erosion, ul. Karla Marksa, 70 b, Kursk, 305021, Russian Federation
Abstract. To date, resource saving is one of the main topical trends in domestic production in general and agriculture in particular. The aim of the research was the development of the database structure of resource-saving technologies of crops cultivation, which is a fundamentally new solution that allows a more reasonable and differentiated approach to the use of both individual resource-saving techniques and agricultural technologies of different intensity for each group of crops. The process of resource saving should be implemented not only by reducing the cost of material and energy resources but also with the obligatory condition of soil fertility preservation. On the basis of the system analysis and generalization of modern scientific data published, as well as the results of our own research, regional conditons for the effective use of resource-saving techniques and agricultural technologies that promote the rational use of available resources were justified. A conceptual model was developed for designing a database structure for resource-saving technologies for growing crops of different intensity, which includes three blocks: initial data, regulatoryand reference information, computational algorithms. To fill the listed blocks we summarized and developed the regulatory and reference information on the issue of the most appropriate factors and conditions for the use of resource-saving agricultural technologies and agricultural practices. Their descriptive characteristic was given with the substantiation of the regional conditions for their effective use in technologies of crop cultivation of different intensity levels. Practical use of the results of the research in agriculture will contribute to the rational use of natural resources and will provide opportunities for long-term monitoring and forecasting of the environment state, as well as the production of the required quantity and quality of crop products for food security of the Russian Federation.
Keywords: database; structure; model; agricultural technology; resource saving.
Author Details:11. G. Pvkhtinl D. Sc.(Agr.); A. V. Gostev, Cand.Sc.(Agr.), leading research fellow (e-mail: [email protected]).
For citation: Pykhtin I. G., Gostev A. V. Conceptual Model of Designing the Database Structure for Agricultural Resource-Saving Technologies. Zemledelije. 2018. No. 7. Pp. 42-45 (in Russ.). DOI: 10.24411/00443913-2018-10712.
Цель исследований - доработать и применить веб-сервис ГИС Агроэколог Онлайн для инвентаризации многолетних насаждений и построения сводных отчётов, а также адаптировать его для использования в точном земледелии с целью построения тематических карт по элементарным участкам и выявления про -блемныхзон. В работе использовали программные средства MS Visual Studio 2015 и SQL Management Studio. При разработке применяли языки программирования C#, HTML, JavaScript, SQL. Данными для разработки и примеров наполнения базы данных послужили: информация по инвентаризации, собранная при проверке садов на территории Белгородской области в 2017-2018 гг.; формы инвентаризации, разработанные Департаментом растениеводства, механизации, химизации и защиты растений Министерства сельского хозяйства Российской Федерации; контура участков, отвекторизованные по космическим снимкам. Для адаптации к требованиям точного земледелия использовали контура элементарных участков, подготовленные специалистами ФГБУ «ЦАС «Белгородский», и результаты агрохимического обследования в разрезе элементарных участков. По данным инвентаризации многолетних насаждений, внесённых в базу данных, сформирован отчёт по многолетним насаждениям, расположенным на территории Белгородской области, в котором перечислены культуры и их сорта, а также указаны площади. По площадям видно, что новых садов с 2006 по 2018 гг. заложено около 2559 га, из них 1036 га находятся в плодоносящем возрасте, а 1523 га садов ещё не вступили в период плодоношения. По загруженным в ГИС картограммам содержания агрохимических элементов в почвах колхоза «Знамя труда» Ракитянского района можно определить места их концентрации и дефицита, что открывает возможности для их дифференцированного внесения и сокращения затрат. Улучшенную ГИС Агроэколог Онлайн можно использовать для инвентаризации многолетних насаждений и в точном земледелии на всей территории России.
Ключевые слова: агрохимическая служба, сельское хозяйство, точное зем-
На сегодняшний день в сельском хозяйстве используют множество географических информационных систем (ГИС), которые позволяют отслеживать динамику изменения характеристик рабочего участка, хранить историю полей и отслеживать изменения различных показателей [1, 2, 3].
Многие решения, принимаемые во время выращивания сельскохозяйственных культур, основываются на учете урожайности. Данные об урожайности той или иной культуры на конкретном поле позволяют товаропроизводителю предпринимать более правильные и обоснованные действия при выборе доз удобрений, делать выводы о том, насколько эффективно производство [4]. Если объединить сведения о структуре посевных площадей и урожайности с другими данными, например, картой крутизны склонов или картой эрозии почв, то можно определить проблемные зоны и причины их появления, а также оперативно найти способы устранения недостатков. Таким образом, ГИС позволяют землевладельцам сократить время и расходы по уходу за посевами и насаждениями, а также добиваться повышения урожайности.
Так как большинство ГИС разрабатывают сторонние организации, никак не связанные с сельским хозяйством, то периодически возникают такие трудности, как поиск источника ы получения данных и отсутствие по- е нимания, что с этими данными де- л лать. В результате этого многие ГИС д либо не используют вообще, либо л их использует узкий круг наиболее | подготовленных специалистов. Еще 2 одна крупная проблема - нежелание 7 или невозможность разработчиков м постоянно контактировать с поль- 1 зователями ГИС и осуществлять до-
