Ответы к ига понятие и стратегия инновационной деятельности в агрономии
 Скачать 307.26 Kb.
|
Полевой опытУчебно-научный Центр точного земледелия был открыт в 2007 году на базе Полевой опытной станции Российского государственного аграрного университета — МСХА имени К. А. Тимирязева (РГАУ-МСХА имени К. А. Тимирязева) в рамках реализации образовательной программы «Формирование инновационной образовательной среды для подготовки нового поколения специалистов аграрного профиля». Основная цель этого проекта — организация и осуществление учебной, научно-исследовательской инновационной деятельности на основе использования современных агротехнологий и принципов координатного (точного) земледелия. На данном этапе для изучения агроэкологической эффективности технологии точного земледелия на опытном поле университета заложен стационарный полевой опыт общей площадью около 6 га, в котором демонстрируются две технологии возделывания сельскохозяйственных культур на примере картофеля, озимой пшеницы и тритикале, ярового ячменя и однолетних трав. Таким образом сравнивается традиционная система и система, основанная на принципах точного земледелия с применением навигационных технологий. Главная цель деятельности Центра точного земледелия РГАУ-МСХА имени К. А. Тимирязева — обучение студентов технологиям координатного (точного) земледелия. Однако, помимо этого, немало внимания уделяется повышению квалификации профессорско-преподавательского состава и специалистов сельскохозяйственных предприятий. Также внедряются элементы технологий координатного (точного) земледелия, разработанные учеными университета. Благодаря этому передовые агротехнологии в области адаптивно-ландшафтного земледелия популяризуются и передаются заинтересованным сельхозпроизводителям. В целях подготовки выпускника к профессиональной деятельности в области координатного (точного) земледелия (которая включает организацию механизированных работ, агрономические исследования и разработки, направленные на решение комплексных задач по производству высококачественной продукции растениеводства на основе применения геоинформационных и навигационных технологий в современном земледелии) впервые в России при кафедре «Технологии и машины в растениеводстве» РГАУ-МСХА имени К. А. Тимирязева в 2014 году была открыта межфакультетская магистерская программа «Технологии и машины координатного земледелия». Обучение по данной программе ориентировано на подготовку высококвалифицированных специалистов и консультантов, которые будут заниматься управленческой, аналитической, информационно-консультационной и научно-исследовательской работой. Программа подготовки включает изучение технологий и машин для координатного (точного) земледелия; агроэкологическую оценку земель и проектирование агротехнологий на основе геоинформационных и навигационных систем для различных организационных форм АПК и их освоение; дистанционные методы наблюдения над продукционными процессами и управление сельскохозяйственными растениями, а также дифференцированное внесение удобрений и средств защиты растений. Одной из главных задач является как раз разработка инновационных решений по реструктуризации предприятий и совершенствованию хозяйственной работы в государственных, региональных, муниципальных сельхозпредприятиях различного уровня на основе применения современных геоинформационных и навигационных технологий. Наряду с этим на базе центра проводятся исследования по разработке сортовой агротехники (высокопродуктивных сортов полевых культур), способов энергосберегающих и почвозащитных обработок почв, эффективных приемов посева урожая, ухода за ним и его уборки с использованием современной широкозахватной техники, оборудованной навигационными системами. Кроме того, ведется разработка высокоэффективных экологически безопасных систем защиты растений от вредителей, болезней и сорняков. Все эти направления позволят выполнять курсовые, дипломные, выпускные квалификационные работы, магистерские и диссертационные работы студентам и аспирантам различных факультетов университета. Многолетние результаты исследований в полевом опыте ЦТЗ РГАУ-МСХА имени К. А. Тимирязева продемонстрировали преимущество отдельных элементов технологии точного земледелия, в частности, посева и посадки сельскохозяйственных культур, гребнеобразования при выращивании картофеля, проведения подкормок озимой пшеницы, внесения гербицидов в посевах, косвенного определения содержания питательных веществ в почве с составлением электронных карт урожайности. Например, было установлено, что расход пестицидов и рабочего раствора при использовании технологии точного земледелия уменьшается на 25−30%, а экономия удобрений составляет в среднем 20−30%. В настоящее время наиболее прогрессивные технологии, которым в Тимирязевке уделяется пристальное внимание — это применение беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) и разработка роботизированных систем сельскохозяйственного назначения. Применение БПЛА позволяет оперативно и эффективно проводить инвентаризацию (геофенсинг) сельскохозяйственных земель; создавать карты полей для оценки их кадастровой стоимости; строить ортофотопланы поверхности полей; вести мониторинг состояния полей под паром и посевов сельскохозяйственных культур; проводить расчет стандартизированного индекса вегетации биомассы (индекса NDVI) и других растительных индексов, а также осуществлять различного рода контроль и управление агротехническими мероприятиями. Исследования по применению БПЛА ведутся в РГАУ-МСХА имени К. А. Тимирязева в сотрудничестве с отечественной группой компаний «Геоскан», которая производит и поставляет беспилотные аэрофотосъемочные комплексы (АФК), фотограмметрическое программное обеспечение Agisoft Photoscan и программное обеспечение визуализации и анализа данных аэрофотосъемки «Спутник». Так, с использованием комплекса «Геоскан 201» с двумя камерами на борту территорию площадью в 1 тыс. га можно отснять всего за 40 минут и выдать необходимую информацию операторам (агрономам, руководителям хозяйств) для оценки состояния угодий и оперативного принятия управленческих решений. В частности, для фотосъемки с трехкратным перекрытием всей площади Полевой опытной станции Академии в 49 га АФК «Геоскан 101» потребовалось всего около 20 минут. Другое инновационное направление, исследуемое на факультете «Процессы и машины в агробизнесе» — применение роботизированных систем (агроботов) в сельском хозяйстве, в том числе работающих на основе технологий «agrovision» (аграрного видения). Исследования ведутся совместно с компанией AMAZONEN-Werke H. Dreyer GmbH & Co. KG (Германия), выпускающей в кооперации с компанией Bosch прототип автономного полевого робота BoniRob, а также фирмой «Космос комплект» (Россия) и рядом других. Роботизированные комплексы в настоящее время уже находят частичное применение в различных отраслях сельского хозяйства, таких как уборка урожая, внесение средств защиты растений и агрохимикатов, прополка, орошение, стрижка овец, доение коров и др. Отечественное, как, кстати, и в целом мировое сельское хозяйство, все еще отстает в применении роботов по сравнению с другими отраслями экономики, поэтому исследования в этом направлении будут с каждым годом развиваться все более ускоренными темпами. 12. Принципы и методы информационно-консультационного обеспечения инноваций в агрономии. Основная роль ИКС в сельскохозяйственном производстве состоит в оказании помощи фермерам принимать лучшие решения, которые помогут им наилучшим способом достичь собственных целей. Для эффективного развития производства сельские товаропроизводители должны принимать оптимальные управленческие решения. Следовательно, сущность ИКС- означает: -консультирование сельских товаропроизводителей по вопросам, касающимся технологии и организации производства, ведения хозяйства и других проблем; -распространение достижений науки и передовой практики среди сельхозтоваропроизводителей; -оказание помощи сельским товаропроизводителям в повышении уровня образования и квалификации, передача им специальных знаний, что позволит им принимать правильные решения В настоящее время региональные и районные информационно-консультационные службы (центры), оказывают сельскохозяйственным товаропроизводителям (клиентам) следующие виды услуг: - информационное обслуживание по различным вопросам (о новых технологиях, оборудовании, перспективных сортах, породах животных и др.); - посещение сельскохозяйственных товаропроизводителей с целью выявления их проблем непосредственно на месте; - консультирование по всем направлениям деятельности хозяйств ( организационно-экономическим, технологическим и правовым вопросам и др.); - предоставление ответов товаропроизводителям на их запросы; - организация учебы сельских товаропроизводителей проведением обучающих семинаров, конференций и др.; - отбор и внедрение в производство достижений науки и передового опыта; - проведение «Дня поля» и «Дня Зоотехника» для специалистов и товаропроизводителей на базе научных учреждений и передовых хозяйств; - оказание помощи при разработке и составлении бизнес-планов, введении бухгалтерского учета, реформировании предприятий и разработке программы выхода из кризиса; - предоставление коммерческой информации и консультации по вопросам сбыта сельскохозяйственной продукции и приобретения различных материальных ценностей; - анализ производственно-экономической деятельности, прогнозирование производства, консультации по составлению отчетов; - внедрение в производственную деятельность персональных компьютеров; - создание базы данных по сельхозпредприятиям по основным вопросам их деятельности; [9] Виды оказываемых информационно-консультационных услуг по тематике запросов клиентов можно расположить по приоритетности в следующей последовательности: 1) Больше всего клиенты нуждаются в информациях о ценах рынка сбыта продукции, расчетно-экономических услугах (бизнес-планирование и др.) - 80-88 %; 2) Затем в услугах по технологическим вопросам в растениеводстве, животноводстве, приобретению техники, семян, удобрений - 70-78 %; 3) Меньше всего в услугах по правовым, налогам, кредитам и законодательным вопросам - 60-65 %. К основным принципам функционирования информационно-консультационной службы относятся: - открытость службы - информационно-консультационная помощь должна быть оказана любому клиенту и она должна взаимодействовать со всей инфраструктурой АПК; - установление отношений специалистов ИКС с сельхозтоваропроизводителями на основе доверия и партнерства; - климат взаимного доверия основан на знаниях и навыках консультанта. Сотрудник службы должен быть не только высококвалифицированным специалистом в своей области знаний, но и владеть консультационными, психологическими и педагогическими навыками; - объективное, достоверное, своевременное предоставление сельхозтоваропроизводителям информации и других информационно-консультационных услуг, - обеспечение конфиденциальной информации о клиентах службы; - обеспечение финансовой поддержки со стороны государства и постепенное введение платных услуг в целях частичной окупаемости затрат; - организация подготовки высококвалифицированных кадров для службы, создание условий для их работы и повышение их заинтересованности в оперативности и качестве предоставляемых информации и услуг, - привлечение к консультационной деятельности работников научных, образовательных и других организаций- Эффективность реализации указанных принципов зависит IK только от самой службы, но и от органов управления АПК всех уровней. Только при их активном участии и поддержке может быть решена задача по формированию службы, отвечающей предъявляемым к ней требованиям В практике информационно- консультационной службы применяются следующие методы работы: - индивидуальные, которые реализуются с использованием методов убеждения каждого клиента в отдельности; - групповые, которые реализуются в ходе проведения лекций, семинаров, групповых обсуждений и демонстрационных новшеств и др; - массовые, представляющие собой различные виды информирования товаропроизводителей с помощью СМИ, проведения выставок и конференций. В практике используются следующие индивидуальные формы работы с клиентами: - консультирование в хозяйстве на производственном объекте, т. е. посещения в сельхозпредпрития; - консультирование в центральном офисе ИКС, т. е.прием клиентов в офисе ИКС; - консультирование по телефону; - консультирование при помощи переписки по почте, факсу и др; - консультирование при неформальных встречах. Выбор того или иного индивидуального метода работы зависит от сложности проблемы, технической оснащенности товаропроизводителя и службы и т.д. 13. Современные методы агрофизического, агрохимического и биологического исследования (анализа) почвы и растений. Физико-химический анализ объединяет большое число методов, основанных на измерении различных физических свойств соединений или простых веществ с использованием соответствующих приборов. К таким свойствам относятся: плотность,поверхностное натяжение, вязкость, поглощение лучистой энергии (рентгеновских лучей, ультрафиолетового, видимого, инфракрасного излучений и микроволн), помутнение, излучение (в результате возбуждения), комбинационное рассеяние света,показатель преломления, дисперсия, флуоресценция и фосфоресценция, дифракция рентгеновских лучей и электролитов и др.Одной из основных задач физико-химического анализа является изучение соотношений между составом и свойствами химически равновесных систем, какой и является почва. Достоинства и недостатки инструментальных методов К достоинствам современных инструментальных методов следует отнести высокую чувствительность и скорость выполнения анализа (в том числе возможность анализа твердых почвенных проб без предварительного их разложения), возможность одновременного определения нескольких показателей. Возможность работы в автоматическом режиме без присутствия оператора. Недостатки сводятся к следующему: сложное и дорогостоящее оборудование и расходные материалы, необходимость наличия квалифицированного обслуживающего персонала, более низкая воспроизводимость результатов. Кроме чисто химических и чисто инструментальных методов, существуют и комбинированные методы, объединяющие в себе преимущества и тех, и других. Например,существуют установки для кислотно-основного титрования с фиксацией точки эквивалентности потенциометрическим методом, автоматизированные установки для определения содержания азота по Кьельдалю и т.д. Вместе с тем, при использовании инструментальных методов нельзя обойтись без стандартных образцов или растворов, при приготовлении которых может использоваться титриметрический или гравиметрический анализ. В повседневной лабораторной практике для решения разных задач обычно используют обе группы аналитических методов, в каждом конкретном случае применяя метод, лучше подходящий для поставленной задачи. Основные требования при выборе метода исследований: 1. Чувствительность и воспроизводимость результатов (почва состоит из соединений химических элементов, содержащихся в сильно различающихся концентрациях, каждому уровню концентраций может соответствовать свой аналитический метод). 2. Высокая воспроизводимость метода требуется тогда, когда невозможно оценить природное варьирование определяемого показателя (например, при проведении лабораторных модельных экспериментов) или когда природное варьирование само по себе очень велико (например, при картировании территорий с высокой неоднородностью почвенного покрова). 3. При проведении анализа большого числа почвенных проб решающее значение имеет производительность метода. Как правило, более производительные методы отличаются меньшей воспроизводимостью и чувствительностью и, вследствие этого, меньшей точностью. Значение физико-химических методов в исследовании почв Применение современных инструментальных методов в почвенно-аналитической практике получило широкое распространение в изучении состава, почв и их свойств. Одной из особенностей физико-химических методов анализа является то, что показатели, характеризующие свойства вещества или системы в обычных условиях, не зависят от взятого объема вещества. Это в свою очередь вносит ряд принципов в технику работы по сравнению с обычными химическими методами и частично позволяет упростить процедуру исследования. Большое преимущество и особенность физико-химических методов состоит в том, что во многих случаях они позволяют изучить состав, строение и свойства почв, не производя с ними никаких химических операций. Одним методом можно определить сразу несколько и даже десятки элементов. Возможность работы с ненарушенными образцами имеет значение в двух аспектах. Во-первых, с помощью этого приема получают информацию об истинном состоянии почвы и ее компонентов. Во-вторых, именно такие методы позволяют осуществлять дистанционные измерения как с помощью постоянно погруженных в почву датчиков, так и путем измерения спектров отражения почв с помощью приборов, установленных на самолетах или искусственных спутниках. Таким образом, современные физико-химические методы анализа имеют большое значение в познании состава, химических свойств и генезиса почв. Эти методы позволяют достаточно быстро получать точные результаты. КЛАССИФИКАЦИЯ СОВРЕМЕННЫХ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЯ ПОЧВ Современные инструментальные методы физико-химического анализа почв можно классифицировать следующим образом: I. Электрохимические методы анализа 1. Потенциометрические методы – применяются для определения рН, окисли- тельно-восстановительных потенциалов, активностей ионов Na+ K+ Ca2+, Cl- NO3 и др. 2. Вольтамперометрические методы – используются для определения большо- го числа элементов-металлов, а также некоторых неметаллов и неорганических анионов почвы. 3. Кулонометрические методы – используются для определения серы и угле- рода в почве. 4. Полярографические методы – широко применяются для количественного определения многих катионов и анионов почвы. II. Спектральные методы анализа Методы молекулярной спектрофотометрии 1. Методы молекулярной абсорбционной спектроскопии – позволяют опреде- лять как макроэлементы, так и микроэлементы почвы. Методы атомной спектрофотометрии 1) Методы атомно-эмиссионной спектрофотометрии 1. Пламенно-фотометрический метод – метод используется для определения металлов в почве. 2. Атомно-эмиссионная спектрофотометрия с возбуждением в электрической дуге постоянного тока или в электрическом искровом заряде – метод дает возможность анализа твердых проб и определения валового содержания элементов в почве. 3. Атомно-эмиссионная спектрофотометрия с возбуждением в индуктивно- связанной плазме - позволяет определять практически все химические элементы почвы. 4. Рентгенофлюоресцентная спектроскопия – в основном используется для определения азота, фосфора и калия в почвах и растениях. 2) Атомно-абсорбционная спектрофотометрия (ААС) Позволяет определять валовое содержание Si, Al, Fe, Ca, Mg, К, Na, Mn, Ti в почвах, многих биологически важных микроэлементов (валовое содержание и подвижные формы) - Zn, Cu, Co, Ni, Cr, V и др. Этим методом можно определить обменные основания и емкость поглощения, исследовать состав и количество водорастворимых катионов в почве. III. Методы электронной просвечивающей и растворовой микроскопии. Эти методы позволяют изучать микростроение почв, органических и минеральных составляющих почвы и идентифицировать минералы тонкодисперсной фракции почв. IV. Нейтронно-активационный анализ (НАА) Метод основан на идентификации и измерении излучений, испускаемых образцом во время ядерной реакции или радионуклидами, полученными в результате реакции. Массовое содержание элемента устанавливают измерением наведенной радиоактивности эталонов и исследуемых образцов. V. Хроматографические методы анализа. Наибольшее распространение в почвенной практике получил газовохроматографический вариант анализа, позволяющий разделять сложные многокомпонентные смеси. Метод широко применяется для определения интенсивности процессов углеродного и азотного циклов в почве. VI. Термические методы анализа Метод термического анализа широко используется для определения минералогического состава тонкодисперсных фракций почв – илистой и коллоидной. Метод применим и для количественного определения химического состава некоторых карбонатных минералов и легкорастворимых солей. Многообразие инструментальных методов, применяемых в почвоведении, далеко не исчерпывается перечисленными методами анализа. Часто для адекватной оценки того или иного процесса или явления в почве используют сразу несколько инструментальных методов. МЕТОДЫ РАСЧЕТА КОНЦЕНТРАЦИЙ ЭЛЕМЕНТОВ В ФИЗИКО- ХИМИЧЕСКОМ АНАЛИЗЕ ПОЧВ Каждое аналитическое определение представляет собой целую систему сложных процессов. Теоретически невозможно учесть влияние на результат анализа каждого из многочисленных действующих одновременно факторов. Для экспериментального учета этих воздействий используют определенные приемы, в частности применяют эталоны. В качестве эталонов используют стандартные образцы (CO) или лабораторные эталоны по типу промышленных стандартных образцов из текущей продукции или в виде искусственных химических смесей. Независимо от используемого метода инструментального анализа подходы к расчету концентраций на основе измерения значения величины физического сигнала,эталона SЭТ и анализируемого образца SАН идентичны. С этой целью используют метод сравнения, метод градуировочного графика и метод добавок; при определении высоких концентраций - на границе аппаратурных возможностей дифференциальный метод. Метод сравнения.Метод сравнения чаще всего используется при однократных определениях. Для этого измеряют значение величины аналитического сигнала (оптическая плотность или пропускание в абсорбционной спектроскопии, степень почернения или яркость линии в эмиссионной спектроскопии и т.д.) для эталонного образца SЭТ с известной концентрацией определяемого компонента СЭТ и значение величины аналитического сигнала для исследуемого образца SХ. Измеряемый параметр S прямо пропорционален концентрации: SЭТ = kCЭТ · SХ = kCХ 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 концентрация вещества ( С)05101520253035показания прибора (S) SX СX Поскольку коэффициент k − величина постоянная, то расчет концентрации определяемого компонента в анализируемом образце СХ можно провести по формуле: СХ= CЭТ · SX/SЭТ Метод градуировочного графика Этот метод используют при серийных определениях. В этом случае изготавливается серия эталонов (растворов или твердых образцов) с различным содержанием определяемого компонента. Для всей серии в одинаковых условиях измеряют значения величин аналитического сигнала. Строят градуировочный график в координатах S-C, причем по оси абсцисс откладывают значения величин независимых переменных (С), а по оси ординат - их функции (S) Обычно находят 5−8 точек. Наклон линии определяет чувствительность метода. Ошибка определения тем меньше, чем больше угол наклона кривой к оси абсцисс. Неизвестная концентрация СХ определяется графически по значению величины измеренного сигнала SХ. Если полученная зависимость S-C имеет нелинейный характер, то график строят в полулогарифмических или логарифмических координатах: lgS-C, S-lgC, lgS-lgC. Калибровочный график может быть представлен в виде линейного уравнения: S = a + bC Расчет параметров калибровочного графика производится методом наименьших квадратов. Гипотеза линейности калибровочного графика проверяется методом дисперсионного анализа: сравнением дисперсии, обусловленной рассеянием средних значений Si относительно линии регрессии, с дисперсией, обусловленной ошибками воспроизводимости при параллельных определениях. Современные анализаторы, используемые при серийных анализах в производстве, могут иметь встроенное компьютерное обеспечение разной степени сложности. Так, в фотоэлектроколориметрах типа КФК, кулонометрических анализаторах - это микропроцессорная система типа «Электроника МС2703», в отечественных оптических квантометрах типа ДФС - системы для первичной обработки световых потоков в электрические сигналы, обрабатываемые ЭВМ с целью расчета дисперсии. Результаты обработки представляются на печатающем устройстве и затем используются с помощью калибровочного графика, построенного вручную. Большинство зарубежных аналитических приборов (квантометры, спектрофотометры, атомно-абсорбционные спектрометры, хроматографы, устройства для проточно-инжекционного анализа) включает встроенную ЭВМ с полной обработкой аналитической информации. Метод добавок. Он используется в случае трудновоспроизводимого сложного фона для определяемого компонента (например, при элементном анализе сточных вод) и при определении малых содержаний, на границе аппаратурной чувствительности). Сначала измеряют аналитический сигнал анализируемой пробы SX с неизвестной концентрацией определяемого компонента СХ. Затем в эту пробу вводят стандартную добавку с известным содержанием СЭТ и снова измеряют значение величины аналитического сигнала SX+ ЭТ. Неизвестную концентрацию СХ находят расчетным путем: SX = kCX SX+ЭТ = k(CХ + CЭТ) CХ = CЭТ · SХ /(SХ+ ЭТ-SХ) Формула справедлива, если в результате введения добавки общий объем раствора не меняется. Титровальные методы. Кроме однократного измерения аналитического сигнала как результата химической реакции для определения концентрации можно использовать и ряд измерений сигнала в ходе проведения реакции. Результат анализа может быть получен после построения кривой титрования по точечным измерениям. Кривая может иметь логарифмический характер (потенциометрическое титрование) или линейный (фотометрическое, амперометрическое титрование). |