CC BY
6МОДЕЛИРОВАНИЕ АГРОЭКОСИСТЕМ ПО ДАННЫМ АГРОХИМСЛУЖБЫ И ГЕОСЕТИ
М.П. Листова, к.б.н., ВНИИА
Для описания закономерностей функционирования агро-экосистемы «почва - погода - удобрение - урожай» (широкое распространение получили статистические корреляционно-регрессионные модели в виде полиномов различного вида и степени [1, 2]. Центральным моментом при этом является формирование исходной выборки данных достаточного объема и тщательный ее анализ. В предлагаемой работе рассматриваются результаты корреляционно-регрессионного анализа разнообразной информации, полученной в опытах.
Комплексным показателем уровня плодородия почв является величина урожая. В качестве исходной информации для моделирования использованы сопряженные ряды урожаев отдельных культур и соответствующих агрофизических и агрохимических показателей почв с учетом природно-сельскохозяйственного районирования. Согласно методике разработки нормативов плодородия [3], зависимость урожайности от показателей почвенного плодородия изучалась в варианте без внесения удобрений и по вариантам со сравнимым (нормативным) уровнем доз минеральных и органических удобрений [4]. Эти данные статистически достоверны, получены в длительных и краткосрочных полевых опытах, а также с использованием метода площадок в стационарах и в производственных условиях. Достоверность полученных уравнений оценивается по коэффициенту множественной корреляции и коэффициенту детерминации.
Результаты обобщения краткосрочных опытов Геосети ВИУА и данных Агрохимслужбы за длительный период методом группировок показывают, что уровни урожаев озимой пшеницы существенно различаются на почвах разного плодородия как без внесения, так и при внесении средних доз минеральных удобрений К60.9оР6о-9оК6о-9о (рис. 1). Высокий агротехнический фон опытов Геосети обеспечивает более высокий урожай и незначительное снижение его прироста при изменении уровня плодородия от среднего к высокому по сравнению с данными Агрохимслужбы.
1. Зависимость урожайности озимой пшеницы от обеспеченности дерново-подзолистой почвы подвижным фосфором (РО) и метеоусловий Центрального района НЧЗ при внесении
удобрений (Т)
У = 66,41 - 58,9Ту+ 0,4-10"3р0 + 11,03Т52+ 19,26Ту2- 0,13РОТ7 + 0,08РОТу- 8,75ТзТ7; R = 0,83
Погодные условия Обеспеч-ть фосфором Содержание Р2О5, мг/кг Урожай, ц/га
Среднемно-голетние Т5 =1,2 Т7 =1,5 очень низкая 20 20,9
низкая 50 20,6
средняя 100 20,8
повышенная 150 25,0
высокая 200 30,3
оч. высокая 250 36,9
Благоприятные Т5 =0,5 Т7 =2,0 очень низкая 20 20,7
низкая 50 25,3
средняя 100 33,1
повышенная 150 42,8
высокая 200 54,6
Представленные данные хорошо согласуются с результатами обработки методами системного анализа информации длительных опытов для окультуренных дерново-подзолистых почв Нечерноземной зоны НЧЗ [5]. У = -3,08 + 2,46рН + 0,16Р0 + 0,12К0 + 1,22Г + 0,13Ы - 0,0006Ы2 + 0,17Р - 0,0007Р2 + 0,042К - 0,0002К2 + 3,28ГТК(4.10) (Я=0,76).
При благоприятных погодных условиях согласно расчетным данным внесение Н90-120Р90-120К90-120 сопровождается значительным ростом урожая озимой пшеницы (табл. 2). По результатам статистического моделирования, продуктивность картофеля при внесении органических удобрений на дерново-подзолистых почвах НЧЗ растет с повышением концентрации подвижного фосфора при любых погодных условиях, а зависимость от содержания калия более выражена при сильном увлажнении в июле (табл. 3). Длинные временные ряды при обобщении многолетних опытных данных нивелируют в некоторой степени влияние погодных условий, что позволяет описать количественные связи между урожаем и почвенно-агрохимическими условиями с достаточной степенью достоверности._
Уровень плодородия
^ - по данным опытов Геосети
Рис.1. Зависимость урожая озимой пшеницы от уровня плодородия дерново-подзолистых почв
Корреляционно-регрессионный анализ таких данных показывает, что по мере роста обеспеченности дерново-подзолистых почв подвижным фосфором все большее значение приобретают погодные условия, и эта зависимость выражена сильнее при внесении средних доз удобрений. Наиболее благоприятные метеоусловия [теплый май - гидротермический коэффициент ГТК (Т5)=0,5 и обеспеченный влагой июль (Т7=2,0)] позволяют получить при высокой концентрации Р2О5 (РО) в почве до 54,6 ц зерна/га (табл. 1).
2. Влияние возрастающих доз удобрений на урожайность озимой пшеницы по результатам длительных опытов при благоприятных погодных условиях в период вегетации (данные АИС «Геосеть 2000»)
Дозы удобрений N: Р: К
Без удобрений 30:30:30 60:60:60 90:90:90 120:120:120
3. Расчетные значения урожайности картофеля в зависимости от содержания фосфора (РО), калия (КО) в почве и метеоусловий июля
Урожай, ц/га Прибавка урожая, ц/га
22,50 -
31,44 8,94
37,69 15,19
41,23 18,73
42,08 19,58
Обеспеченность Р2О5 и К2О, мг/100г почвы У=50,6+0,65РО2+ У=26,2+9,98 КО-
25,5(Т7)2-4,3POT7 (R=0,90) 0,53КО2+4,2 КОТ7 (R=0,90)
ГТК июля (Т7)
0,5 1,5 2,5 0,5 1,5 2,5
Низкая (5) 64 82 163 74 95 116
Средняя (10) 105 114 173 97 139 181
Повышенная (15) Высокая (20) 183 170 208 95 158 221
- 260 276 68 152 236
Так, для дерново-подзолистых почв легкого гранулометрического состава продуктивность растений в значительной степени определяется содержанием обменного калия. По 18-летним данным Новозыбковского филиала ВНИИА для ячменя это нашло отражение в зависимостях:
2 1 Плодородие №1 2007
В Solid Converter PDF
This document was created using
У = -6,0 + 13,5 КО - 0,07 КО2 Я=0,79 (без удобрений) У = -13,1 + 5,9 КО - 0,18 КО2 Я=0,81 (по №К) Согласно результатам регрессионного анализа, урожай зерна ячменя максимален при концентрации обменного калия 11-13 мг/100 г почвы (рис. 2).
К2О, мг/100 г
Рис.2. Зависимость урожайности ячменя от обеспеченности легких дерново-подзолистых почв обменным калием.
Новозыбковская опытная станция
Выраженная в полиномиальном виде зависимость урожайности озимой пшеницы от показателей плодородия легкосуглинистых дерново-глеевых почв Прибалтийской провинции южно-таежно-лесной зоны имеет вид: У = -65,6 + 4,88РО + 9,64Ш - 0,32КО2 - 0,36Ш2 - 8,31ЩРО + 15,4ЩКО (Я=0,90).
Обработанная информация - результат площадочного метода учета урожая ряда культур в контрастных вариантах стационарного опыта Литовской СХА. Почвенные образцы взяты после уборки урожая. Различия в вариантах внесения удобрений нашли отражение в значениях показателей плодородия.
Согласно расчетным значениям, при оптимальном режиме питания: 20 мг подвижного фосфора, 12 мг обменного калия (по Эгнеру-Риму), 12-14 мг нитратов после компостирования (N8) на фоне 0,5мг-экв. гидролитической кислотности (Иг) реально получение 60 ц/га зерна (рис. 3).
о
и
«
о £
Как показывают результаты математической обработки аналогичного экспериментального материала, продуктивность кормовой свеклы зависит не только от содержания подвижных форм элементов питания, но и значительно меняется при различной структурности почвы. Агрегатное состояние почвенного покрова особенно важно на бедных гумусом полях (табл. 4).
4. Зависимость продуктивности кормовой свеклы (т/га) от содержания гумуса (Г) при различной степени структурности (К!5) дерново-глееватой почвы У = 73,4 + 82,6Г + 283,2К82 - 120ГК8; Я=0,90
Гумус, % Степень структурности почвы |
0,4 0,5 0,6 0,7
1,4 2,0 2,3 2,9 19,9 40,5 50,9 28.5 41,9 48.6 52,4 42,8 49,0 52.0 58.1 62,7 61,6 61,1 60,4
Длительное применение фосфорных и калийных удобрений при широком варьировании доз азотных, вносимых в разные сроки, в стационарном опыте Воронежского СХИ, заложенном в 1969 г., не оказало ожидаемого эффекта на обеспеченность почвы разных вариантов элементами питания.. Почвенные пробы отобраны в фазу активного роста растений: для зерновых в первую декаду мая и для пропашных в первую декаду июня.
Продуктивность сахарной свеклы, по данным корреляционного анализа, в равной степени определяется дозами удобрений, концентрациями элементов питания в почвенном растворе и степенью их подвижности. Максимальный урожай может быть получен только при правильном соотношении вносимых видов удобрений (табл. 5). При средних дозах фосфорных удобрений наблюдается снижение ее продуктивности, возможно от несбалансированности элементов питания. Наиболее сильно проявляется действие калийных удобрений.
5. Результаты сравнения фактических и рассчитанных по уравнению (12) значений урожайности сахарной свеклы в зависимости от доз удобрений
У = 318,8 + 088Р + 0,91К + 0,0Ш2+ 0,0035К2 - 0,0096РК; Я=0,87
NS(N-NÜ3), мг/100 г
Р2О5 подвижный мг/100 г
Рис. 3. Влияние агрохимических свойств дерново-глееватой почвы Прибалтийской провинции южно-таежно-лесной зоны на урожай озимой пшеницы (N8 -нитрификационная способность, Р2О5 по Эгнеру-Риму)
Высокая продуктивность ярового ячменя (52-53 ц/га) обеспечивается способностью почвы продуцировать 10-12мг нитратов при концентрации подвижного фосфора 15-17мг и обменного калия 10-12 мг/100мг почвы (по Эгнеру-Риму): У = 10,18 + 7,36 РО - 0,21 РО2; Я=0,71 У = -20,11 + 13,30 КО - 0,60 КО2; (Я=0,71) У = -80,59 + 23,25 N8 - 1,01 N82 (Я=0,65) Можно отметить, что в дерново-глееватых суглинках Прибалтийской провинции южно-таежно-лесной зоны в первом минимуме находится азот, количество которого определяется условиями текущей нитрификации, во втором - фосфор и затем - обменный калий, при минимальной концентрации которого может быть получен урожай зерна порядка 30 ц/га.
Дозы удобрений по вариантам, кг д.в./га Урожай, ц/га
N P K фактический рассчитанный
0 0 0 311 319
0 20 0 318 337
90 20 0 356 345
0 110 0 420 416
90 110 0 440 424
0 110 90 437 431
90 20 90 477 438
90 110 90 435 439
180 200 180 487 459
140 180 200 471 473
90 200 90 439 440
180 110 90 448 463
90 110 180 476 511
Если рассматривать в этих условиях урожай озимой пшеницы как функцию основных параметров почвенного блока, то следует отметить положительную корреляцию его величины с уровнем гидролитической кислотности и то, что содержание обменного калия 20 мг/100 г почвы близко к оптимальному (табл. 6).
Согласно результатам площадочного метода учета урожая яровой пшеницы на выщелоченных средне- и тяжелосуглинистых черноземах лесостепи Челябинской области и данным регрессионного анализа, количество зерна прогрессивно увеличивается при повышении концентрации нитратов и фосфатов в почве (рис. 4). Урожай максимален (30-35 ц/га) при содержании нитратов 25-30 мг/кг и 50 мг/кг подвижного фосфора (по Чирикову).
This document was created using
Плодородие №1 2007
Solid Converter PDF
3
Рис. 4. Влияние агрохимических свойств выщелоченно- Рис. 5. Зависимость продуктивности сахарной свеклы от
го чернозема На урожай ярошш пшеницы. обеспеченности типичного чернозема Белгородской обл.
Челябинская обл. подвижным фосфором на разных фонах удобренности
6. Зависимость урожайности озимой пшеницы от обеспеченности типичного чернозема Воронежской области подвижными формами элементов питания при разных уровнях гидролитической кислотности
15,97 + 1,5mg + 1,31КО + 0,046PQ2 - 0,034КО2; R=0,78
Р2О5
К2О
Нг, мг-экв/100 г почвы
мг/кг 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5
5 10 31,4 32,1 32,9 33,6 34,4 35,1
5 15 33,7 34,3 35,2 35,9 36,7 37,4
10 10 34,8 35,6 36,3 37,1 37,8 38,6
10 15 37,1 37,9 38,6 39,4 40,1 40,9
10 20 37,7 38,5 39,3 40,0 40,7 41,5
10 25 36,6 37,4 38,1 38,9 39,6 40,4
15 15 38,2 39,0 39,7 40,6 41,2 42,0
20 20 42,3 43,1 43,9 44,6 45,3 46,1
У
Обеспеченность почвы фосфатами является фактором, лимитирующим урожай практически на всех черноземах. Сравнение результатов корреляционно-регрессионного анализа многолетних данных по разным вариантам удобренности говорит о том, что использование навоза (40-50 т/га) является
обязательным для дальнейшего роста продуктивности сахарной свеклы в Белгородской области (рис. 5).
Таким образом, только определенная сопряженность составляющих агросистему параметров обеспечивает высокую продуктивность сельскохозяйственных культур. Представленный материал свидетельствует, что информационная емкость данных Агрохимслужбы и Географической сети опытов не потеряла своей актуальности при разработке моделей плодородия и сертификации разрабатываемых агротехнологий.
Литература
1. Перегудов В.Н. Планирование многофакторных полевых опытов с удобрениями и математическая обработка их результатов. М.: Колос, 1978.
2. Иванова Т.И. Прогнозирование эффективности удобрений с использованием математических моделей. М.: Агропромиздат, 1989.
3. Методика разработки нормативов зависимости урожая сельскохозяйственных культур от показателей плодородия почв. М., 1990.
4. Нормативы для определения потребности сельского хозяйства в минеральных удобрениях. М., 1985.
5. Искандарян Р.А. Автореферат диссертации ... канд. биол. наук. М., 2001.
4 1 Плодородие №1 2007
Solid Converter PDF
This document was created using
