Современные цифровые технологии для решения экологических проблем и сохранения плодородия почвенных ресурсов
doi: 10.24412/0044-3913-2024-8-8-13
УДК 631.4
А. Е. УДРЯВЦЕВ, доктор биологических наук, профессор (e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.)
А. С. СОРОКИН, магистрант Алтайский государственный агарный университет, просп. Красноармейский, 98, Барнаул, 656049, Российская Федерация
Исследование проводили с целью создания прототипа программно-аппаратного комплекса (ПАК), который в режиме онлайн с заданным интервалом позволяет регистрировать почвенно-агрохимические, экологические и климатические показатели. Для разработки цифрового инструмента проведено проектирование, создана блочная система, которая состоит из аппаратной платформы, программного обеспечения и девайсов на основе сенсоров. Преимущество ПАК заключается в способности получать данные с гораздо меньшими затратами, чем наземные исследования. Блок фиксации почвенно-агрохимических показателей позволял определять реакцию среды, содержание водорастворимого азота, фосфора, калия, общую концентрацию солей, влажность, температуру и осуществлять контроль питательного режима. Блок регистрации метеорологических элементов определял скорость и направление ветра, температуру и влажность воздуха, атмосферное давление, уровень освещённости, фотосинтетически активную радиацию и количество осадков. Из экологических показателей возможна регистрирация содержания углекислого газа в атмосфере, приземном слое и в почве, что характеризует эмиссию, которая определяет дыхание корневой системы существующего агроценоза, формирование мортмассы предшествующими культурами и превращение ее в лабильный, а в дальнейшем стабильный пул. В 2023–2024 гг. опытные образцы ПАК устанавливали на посевах различных агроценозов. В течение вегетационного периода с одного ПАК фиксировали более 700 величин по 24 показателям. Наиболее динамичные из них – влажность почвы и её температура, стабильные – реакция почвенной среды, варьировавшая в опыте в течение вегетации от 4,7 до 7,0. Содержание в пахотном горизонте азота нестабильно и коррелировало с влажностью почвы: при влажности менее 10 % его количество соответствовало очень низкой обеспеченности (<0,5 мг/100 г почвы); при >15 % – увеличивалась и достигала повышенного, очень высокого уровня. Набор элементов, регистрируемых ПАК, позволяет оценивать, планировать и прогнозировать технологические приемы и операции по возделыванию сельскохозяйственных культур для выработки практических рекомендаций по повышению урожайности, сохранению и воспроизводству плодородия.
Ключевые слова: программно-аппаратный комплекс; цифровые технологии; регистратор; агропочва; плодородие; климатические показатели; экологические показатели; углекислый газ; почвенно-агрохимические свойства; прогнозирование.
Для цитирования: Кудрявцев А. Е., Сорокин А. С. Современные цифровые технологии для решения экологических проблем и сохранения плодородия почвенных ресурсов // Земледелие. 2024. № 8. С. 8-13. doi: 10.24412/0044-3913-2024-8-8-13.
Modern digital technologies for solving environmental problems and preserving the fertility of soil resources
A. E. Kudrjavcev, A. S. Sorokin
Altai State Agricultural University, prosp. Krasoarmeysky, 98, Barnaul, 656049, Russian Federation
Abstract. The study was conducted to create a prototype of a hardware and software complex (HSC), which allows for online recording of soil-agrochemical, environmental and climate indicators at a specified interval. To develop a digital tool, a design was carried out, a block system was created, which consists of a hardware platform, software and devices based on sensors. The advantage of the HSC is the ability to obtain data at a much lower cost than ground research. The block for recording soil-agrochemical indicators allows for determining the reaction of the environment, the content of water-soluble nitrogen, phosphorus, potassium, the total concentration of salts, humidity, temperature and monitoring the nutrient regime. The block for recording meteorological elements determines the speed and direction of the wind, air temperature and humidity, atmospheric pressure, illumination level, photosynthetically active radiation and the amount of precipitation. Among the environmental indicators, it is possible to register the carbon dioxide content in the atmosphere, ground layer and soil, which characterizes the emission that determines the respiration of the root system of the existing agrocenosis, the formation of mortmass by forecrops and its transformation into a labile, and then stable pool. In 2023–2024, experimental samples of the HSC were installed on crops of various agrocenoses. During the growing season, more than 700 values for 24 indicators were recorded from one HSC. The most dynamic of them are soil moisture and its temperature, the stable ones are the reaction of the soil environment, which varied in the experiment during the growing season from 4.7 to 7.0. The content of nitrogen in the arable horizon is unstable and correlated with soil moisture: at moisture content less than 10 %, its amount corresponded to a very low supply (<0.5 mg / 100 g of soil); at > 15 % – it increased and reached an increased, very high level. The set of elements recorded by the hardware and software complex allows for the assessment, planning and forecasting of technological methods and operations for the cultivation of agricultural crops to develop practical recommendations for increasing crop yields and maintaining and restoring fertility.
Keywords: hardware and software complex; digital technologies; recorder; agricultural soil; fertility; climate indicators; environmental indicators; carbon dioxide; soil-agrochemical properties; forecasting.
Author Details: A. E. Kudrjavcev, D. Sc. (Biol.), prof. (e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.); A. S. Sorokin, master’s student.
For citation: Kudrjavcev AE, Sorokin AS. [Modern digital technologies for solving environmental problems and preserving the fertility of soil resources]. Zemledelie. 2024;(8):8-13. Russian. doi: 10.24412/0044- 3913-2024-8-8-13.