На сьогодні очевидною є потреба диференційованого внесення азотних добрив на полях. Виробники сільськогосподарської продукції розуміють, що неоднорідність ґрунтового покриву може призводити до коливання рівня урожайності у межах одного поля.
Наглядно дефіцит азоту та інших елементів живлення впродовж вегетаційного сезону може виражатися у вигляді зміни кольору листків польових культур.
Крім того, відмічено різні потреби культур в азоті у межах одного поля. Однак на практиці дослідникам та виробничникам досить тяжко втілити у життя високорентабельний підхід диференційованого внесення азотних добрив, який був би оптимальним для більшості сільськогосподарських культур. У даній статті буде зосереджено увагу на останніх досягненнях щодо внесення азотних добрив та рекомендаціях щодо їх застосування на зрошуваних посівах кукурудзи.
Елементи диференційованого внесення азотних добрив
На основі досліджень, отриманих в Небрасці (США), сільгоспвиробникам було запропоновано три варіанти системи роздільного внесення азоту: метод прогнозу (залежно від потенційної урожайності окремих частин поля); сенсорний метод (на основі даних встановлених датчиків) і останній, що полягає у використанні даних потенційної врожайності локалізованих ділянок в межах окремої зони.
Метод прогнозу
Даний метод, при якому час і норма внесення азотних добрив визначаються перед сівбою, відповідно до наявного забезпечення ґрунту даним елементом, потреби культури та вартості посадкового матеріалу, ефективності вибраного типу добрива та його ціни. Роздільне внесення добрив при використання методу базується, в основному, на обробці різнорідних рівнів просторової інформації для прогнозування потенційної врожайності різних ділянок в межах поля. Відповідно, варіант диференційованого удобрення можна розглядати у випадку значних відмінностей (у структурі, рельєфі, особливостях обробітку окремих ділянок або інших факторів). Застосування роздільної системи на полях з більш-менш вирівняним агрофоном не принесе значного ефекту.
Збір тривимірних даних
Першим кроком при впровадженні вищезазначеного методу є збір тривимірних даних. Точкою відліку повинні бути дані карт врожайності поля щонайменше за останні 3 роки. Якщо на полі відбувалося чергування значної кількості культур, то у такому випадку вносять відповідні поправки, що дозволяють порівнювати рівні врожайності між різними культурами.
Один з варіантів порівняння передбачає співставлення фактичної урожайності із середнім значенням по полю. Для прикладу, якщо фактична урожайність для точки складає 50 ц/га, а загальна по полю у цьому році – 59,7 ц/га, то відносна врожайність буде складати 0,838. Таким чином, перетворюючи натуральні величини у відносні (нормалізація) можна, для прикладу, порівняти врожайність сої та кукурудзи. Нормалізація даних по врожайності за конкретний рік повинна відбуватися тільки на основі даних з комбайна, отриманих під час збирання, і після їх очищення від випадкових величин. Алгоритм очищення даних від випадкових величин будується набором програм для відображення карти врожайності поля або ж для цього можна встановити окрему програму. Приклади безкоштовного програмного забезпечення для видалення випадкових даних на карті врожайності поля: Yield Check (University of Nebraska–Lincoln) та Yield Editor (University of Missouri).
Інші просторові дані повинні оцінюватися аналогічним шляхом. Наступні рівні інформації за послідовністю своєї ефективності: тип ґрунту, аерофотознімки, ділянки з екологічними проблемами та рельєф поля. З прикладами цифрових варіантів карт ґрунтових відмін (Soil Survey Spatial і Tabular Data – SSURGO), рельєфу (цифрові моделі рельєфу – DEM), аерофотознімків (Digital Ortho Quadrangles – DOQ) та іншою геопросторовою інформацією можна ознайомитися на різних онлайн-ресурсах з безкоштовним доступом, таких як відділ природних ресурсів Небраски – Nebraska Department of Natural Resources і Служба охорони природних ресурсів – Natural Resources Conservation Service. Аерофотознімки за останні декілька років можна оглянути за невелику плату або взагалі безкоштовно на сайті Служби охорони природніх ресурсів.
Поділ поля на однорідні за потенціалом зони
Після зібрання необхідної просторової інформації необхідно на її основі розділити поле на 3-5 ділянок за потенціалом врожайності, тобто частин поля, різниця в урожайності яких помітна між усіма досліджуваними роками. Насправді, це – досить складний процес. Найпростіший варіант – це розкласти наявні карти поруч, порівняти їх та проаналізувати закономірності, що спостерігаються в просторовому та часовому діапазонах. На основі проведеного аналізу необхідно вручну на основній карті провести умовні межі ділянок поля з різним рівнем урожайності.
Різноманітне програмне забезпечення сільськогосподарського спрямування також може кількісно розмежувати зони поля за рівнями їх урожайності, але принципи роботи кожного будуть дещо відрізнятися. На наступному зображенні можна побачити приклад розмежування поля на окремі зони. На рисунку 2 показано відносну урожайність за 2 роки (кукурудза – 2004 рік і соя 2005 рік) і оцінку рельєфу (в межах від 0 до 0,9 м) з можливим варіантом розмежування поля на окремі ділянки на основі використання програмного забезпечення MZA. При постійному оновленні даних програмного забезпечення процес визначення зон потенційної врожайності ставатиме простішим. У сільгоспвиробників не має виникати питань щодо принципів визначення меж кожної ділянки у межах поля за допомогою використання запропонованих програм, оскільки кожне поле має свої особливості, які і визначають ці межі. Ділянки з різним рівнем врожайності в реальних умовах не можуть просто межувати між собою та займати окремі частини поля, – перехідні ділянки або ж різні зони зі схожим показником урожайності можуть займати невеликі частини в межах інших. В даному випадку норми внесених добрив на них будуть однакові, оскільки їхні властивості та потенційні рівні врожайності не різняться між собою.
Відбір ґрунтових проб
Наступним кроком – після розбиття поля на окремі ділянки – є відбір ґрунтових проб. Зразки повинні відбиратися з глибини 20 см. Після цього вони аналізуються на вміст органічної речовини, фосфору, калію, цинку, нітратного азоту і рівня рН. Зазвичай, з кожної окремої зони відбирається 15-20 проб, потім зразки кожної окремої ділянки змішують, відбирають середню і відправляють в лабораторію на аналіз. Для визначення вмісту азоту в глибших шарах відбирається 8-10 зразків у кожній зоні на глибині 90 см. Їх можна розділити по шарах ґрунту або об’єднати в один, але в такому випадку зразки необхідно ретельно перемішати перед їх відправленням в лабораторію.
Схема відбору проб повинна виключати місця, де на полі утримувалася худоба, оскільки вони можуть спричинити певні відхилення у результатах. Проте, у випадках, коли такі ділянки достатньо великі, вони можуть розглядатися як окремі зони на полі.
За запропонованим способом відбору і аналізу ґрунтових проб визначаються усереднені показники, які будуть відображати окрему зону на полі, що є значно дешевшим порівняно з аналізом ґрунту по типу решітки. У випадках, коли різні зони невеликого розміру будуть розкидані на полі, для зменшення витрат зразки відбираються і об’єднуються в одну пробу. На рисунку зображена схема відбору зразків для поля з п’ятьма зонами, виділеними за потенціалом їх врожайності. У наведеному зразку Зона 2 (рис.3.) складається з двох частин в межах одного поля. Оскільки властивості ґрунту і потенціал урожайності цих двох частин однакові, їх проби можна об’єднати для аналізу.
Рекомендації щодо внесення азотних добрив
Встановіть очікувану урожайність для зони із середнім потенціалом як середній показник для всього поля. Для решти зон необхідно приймати вищий або нижчий показник потенційної урожайності, але, за умови, що він не буде відрізнятися більше ніж на 30% від загального для поля значення. Використовуйте розроблені науковими установами алгоритми для визначення норм внесення азоту для кожної зони. Використовуйте показники очікуваної урожайності, вмісту органічної речовини і нітратного азоту, встановлені для кожної ділянки. З прикладом таблиці для розрахунків економічно скоригованих норм внесення азотних добрив під кукурудзу з використанням поточної ціни на кукурудзу і добрива можна ознайомитися за наступним посилання: soilfertility.unl.edu.
Поетапне виконання даного процесу дозволить визначити норми внесення азотних добрив в межах кожної зони. Ми вважаємо, що такий спосіб диференційованого застосування азотних добрив буде ефективним тільки для передпосівного або рядкового підживлення, але не у випадку осіннього внесення. Якщо зрошення поля планується проводити системами, що рухаються по колу, і вони будуть вносити азот рівномірно по полю, то у такому випадку регулювання норм внесення здійснюватиметься відповідно до запланованої норми зрошення.
Бувають випадки, коли аграрії мають доступ до більш детальної інформації щодо вдосконалення майбутніх норм внесення азоту по окремих зонах, що, звісно, краще, порівняно з використанням постійної розрахованої норми. У більшості випадків, це – використання даних про динаміку вмісту органічної речовини в ґрунті. Оскільки алгоритм, який використовується для розрахунку норм внесення азоту під кукурудзу, враховує вміст органічної речовини в ґрунті як змінний показник, то в даному випадку буде слушним враховувати його динаміку у межах кожної зони, на рівні з залишковим вмістом азоту і очікуваною врожайністю. Вміст органічної речовини можна визначити доволі точно з використанням аерофотознімків обробленої поверхні поля з високим розширенням. Крім того, існує декілька прототипів датчиків для вимірювання вмісту органічної речовини в ґрунті, які найближчим часом надійдуть на ринок. Для прикладу, у розмежованому на 6 зон полі норма внесення азотних добрив в межах кожної зони змінювалася на основі картограм вмісту органічної речовини.
Сенсорний метод
Використання сенсорного методу, що регулюється за допомогою засобів діагностики даних, які оцінюють вміст азоту в ґрунті або рослині і розраховують потенційну врожайність впродовж вегетаційного сезону, дозволяє визначати час і необхідну кількість внесення азотних добрив на полях. Останні дослідження спрямовані на використання пасивних або активних датчиків, які можна встановлювати на транспортні засоби і відслідковувати динаміку азоту в реальному часі.
Пасивні сенсори використовують енергію сонячного світла, у той час, як активні мають власне джерело світла. Відповідно, пасивні сенсори можна використовувати лише в денні години, а такі фактори, що впливають на сонячне світло, як хмари і кут падіння променів, можуть позначатися на спектральних даних датчика.
Активні датчики сконструйовані таким чином, щоби не залежати від надходження сонячного світла, використовуючи лише внутрішнє джерело світла, і тому можуть використовуватися будь-коли, вдень або вночі, незалежно від хмарності. Активні сенсори обладнані джерелами діапазону хвиль видимого і інфрачервоного випромінювання. Використання співвідношення цього спектру називається вегетаційними індексами, за допомогою яких визначають стан хлорофілу і, як наслідок, вміст азоту, а також наявну біомасу. Аерофотознімки також можна використати для сенсорної діагностики азоту, особливо коли можна одночасно порівняти природні кольори і інфрачервоні зображення.
Відбір зразків
Цей етап можна вважати необов’язковим, якщо діагностика вмісту азоту буде здійснюватися за допомогою датчиків. Інформація, накопичена протягом сезону за допомогою датчиків, може використовуватися для встановлення норми внесення азотних добрив, але в даному випадку це не є обов’язковою умовою. Після того, як зразки відібрані, подальше їх опрацювання проводиться в спеціалізованих установах.
Внесення стартових доз азоту
Допосівне або припосівне внесення необхідної дози азотних добрив є важливим елементом технології вирощування культури. Цей захід проводиться для забезпечення достатнього вмісту цього елементу в ґрунті до моменту, коли закінчиться калібрування сенсорів, що при розвитку кукурудзи збігається з фазою 8 листка. Початкова доза буде залежати від початкового вмісту нітратного азоту в ґрунті і рівня органічної речовини, але зазвичай вона становить 44–77 кг/га д.р. азоту. В той же час необхідно закласти щонайменше 2 контрольні смуги, що проходять через різні типи ґрунтів в полі. Норми внесення азоту в контрольних смугах мають бути достатньо (але не надмірно) високими, щоб упевнитись у достатності даного елемента для забезпечення формування потенційно високого врожаю кукурудзи впродовж вегетаційного сезону. Рекомендована норма внесення азоту на полі під соєю становить 220 кг/га, під кукурудзою – 280 кг/га, та може коливатися залежно від вмісту елементу у ґрунті. Для забезпечення успішної практики диференційованого азотного удобрення необхідно проводити зміну розташування контрольних смуг.
Діагностика вмісту азоту
Впродовж сезону діагностика вмісту азоту за допомогою датчиків може бути корисною навіть у ситуаціях, коли не планується роздільне внесення азоту по зонах поля, але передбачається використання фіксованої норми внесення під час фертигації. Діагностика рослин може бути здійснена з використанням сенсорів, установлених на техніці з високим кліренсом або з допомогою аерофотозйомки, після чого буде проведено фертигацію. Аналіз повинен бути завершений не пізніше фази 16 листків у кукурудзи. Розрахунок норм внесення азоту необхідно проводити згідно із способом, описаним вище.
Норма внесення азоту повинна коливатися в межах 22-33 кг/га д.р. елементу впродовж двох тижнів після фази викидання маточкових стовпчиків(кукурудза-початок).
Метод локалізованих ділянок
Використання локалізованих даних – ще один спосіб визначення наявного вмісту азоту на контрольних смугах. Локалізовані ділянки – це відносно невеликі частини поля з різним рівнем вмісту азоту. Для того, щоб даний варіант був ефективним, дані ділянки повинні мати вже визначену потенційну урожайність за способами, описаними раніше. У межах кожної зони розміщуються блоки коефіцієнтів 0,5, 0,75, 1,0 1,25 і 1,5, які відображають норму внесення азоту щодо середньої норми внесення по полю. Азотні добрива повинні бути внесені перед сівбою або під час сівби для забезпечення достатнього рівня вмісту елементу у ґрунті на початкових етапах розвитку рослин. Локалізовані ділянки можна використовувати декількома способами. Якщо вони відносно невеликого (довжиною близько 15-30 м) розміру, то у такому випадку основним їх призначенням буде діагностика вмісту азоту в межах кожної виокремленої зони потенційної врожайності.
При більших ділянках мають використовуватися блоки (довжиною близько 90 м). Вони будуть достатньо великими для точної діагностики вмісту ґрунтового азоту. Вища норма внесення азотних добрив може використовуватись у ролі стандарту для сенсорів, аналогічно фіксованій нормі внесення чи контрольним смугам. Вони також можуть бути корисними для читання аерофотознімків. Використання локалізованих ділянок великих розмірів може відбуватися без залучення сенсорів, шляхом накопичення даних врожайності культури для визначення вмісту азоту у межах окремих зон.
Така інформація забезпечить можливість визначення роздільних норм внесення азотних добрив у межах поля та окремих його ділянок, що допоможе оптимізувати систему азотного удобрення в майбутньому. При використанні локалізованих смуг необхідно щорічно змінювати їх розміщення на полі для того, щоби бути впевненим, що залишковий азот, який внесений в попередній рік, не має впливу на отримані дані.
За матеріалами – http://cropwatch.unl.edu/
