CC BY
14ПРИНЦИПЫ И ОПЫТ ДИФФЕРЕНЦИРОВАННОГО ПРИМЕНЕНИЯ УДОБРЕНИЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ФОТОМЕТРИИ
Р.А. Афанасьев, И.В. Сопов, ВНИИА, В.В. Галицкий, ОАО «Минудобрения»
В настоящее время проблемами точного земледелия, в том числе дифференцированным применением агрохимических средств, занимаются многие научно-исследовательские центры в США, Европе, Японии, Австралии и других странах. В нашей стране разработка вопросов дифференцированного применения удобрений ведется преимущественно в теоретическом плане. Было показано, что внутрипольная вариабельность плодородия почвы, как правило, превосходит усредненную межпольную.
Такой эффект обусловлен тем, что увеличение площади пашни, по которой проводится усреднение агрохимических показателей, снижает вариабельность между контурами и увеличивает ее внутри контуров, и наоборот (табл. 1). При группировке 400 делянок агрополигона на ЦОС ВНИИА площадью 100 м2 каждая внутригрупповая вариабельность гумуса, подвижных форм фосфора и калия значительно, на порядок и более, возрастает при увеличении площади элементарного участка с 0,1 до 4 га. Эту закономерность необходимо учитывать при разработке технологий точного земледелия, находя приемлемый компромисс между целесообразностью выделения контуров плодородия с наименьшей внутрикон-турной вариабельностью плодородия почвы для повышения эффективности удобрений, с одной стороны, и наименьшим количеством таких контуров на поле для снижения затрат на отбор и анализ почвенных проб, с другой.
1. Зависимость вариабельности агрохимических показателей пахотного слоя дерново-подзолистой почвы на 4-гектарном
Число участков Площадь участка, га Коэффициенты вариации агрохимических показателей, V%
гумус Р2О5 К2О
40 0,1 0,8 2,1 2,4
20 0,2 1,6 3,5 4,6
8 0,5 3,2 7,3 10,0
4 1,0 5,6 12,6 17,1
2 2,0 10,0 20,8 27,6
1 4,0 18,6 30,7 41,2
В связи с этим необходимо применение методов выявления внутрипольных контуров, позволяющих с наибольшим эффектом решить эту задачу. Наряду с вышеназванными методами картографирования одним из таких способов является учет урожайности машинами с соответствующими датчиками с привязкой данных урожайности с системой позиционирования (GPS, ГЛОНАСС), что видно по результатам этого способа моделирования на агрополигоне ЦОС ВНИИА (рис. 1), выполненного Г.И. Личманом по данным ВНИИА [3].
При геостатистической обработке данных обычного учета урожайности сена однолетних трав на 400 делянках агрополигона выявлено 7 сравнительно однородных областей урожайности. Это в принципе позволяет достаточно репрезентативно охарактеризовать вариабельность почвенного плодородия при отборе и анализе всего 7 смешанных почвенных проб. Если вернуться к данным таблицы 1, то можно заметить, что при 8 элементарных участках на агрополигоне коэффициенты вариации агрохимических показателей не превышают 10%, а это, по нормам биологической статистики [1] считается незначительным уровнем вариабельности. Данный подход в выявлении контуров плодородия используется за рубежом при уборке зерновых и кормовых культур путем автоматического сканирования урожайности этих культур специальными датчиками, синхронизированными с глобальной системой позиционирования.
I
80 100 120 140 160 180 200
Рис. 1. Выделение контуров плодородия по урожайности однолетних трав на агрополигоне ЦОС ВНИИА (ц/га сена)
Другой особенностью вариабельности плодородия почвы является то, что внутрипольные контуры, выявленные при тематической обработке космических снимков, существенно различаются по всем контролируемым агрохимическим показателям, не коррелирующим или слабо коррелирующим между собой. Это значит, что каждый контур характеризуется только ему свойственным характером плодородия, своеобразием агрохимической характеристики, мало связанной с другими внутрипольными контурами. Характер распределения названных агрохимических показателей не совпадает между собой, поскольку их содержание в почве формируется под влиянием различных, в том числе генетически обусловленных, факторов [2, 4]. Вместе с тем, для каждого агрохимического показателя пространственное распределение характеризуется в целом довольно плавным переходом от одного контура к другому. Это видно, в частности по рис. 2, на котором показано содержание подвижных форм фосфора и калия в пахотном слое почвы на трансекте длиной 200 м (20 делянок) в поперечном разрезе агрополигона ЦОС ВНИИА.
Р2О:
К2О
14
Рис. 2. Изменение содержания подвижных элементов в почве на 200-метровом трансекте агрополигона ЦОС ВНИИА (столбцы -К2О, Р2О5 мг/100 г, линия - тренд, цифры - номера делянок)
Плодородие №»6*2008
Такая особенность распределения питательных веществ в почве позволяет, во-первых, с полным основанием применять ГИС-технологии для преобразования данных, получаемых при точечном отборе почвенных проб, в пространственное (двумерное) распределение контролируемого показателя, и, во-вторых, предусматривать конструкцией удобрительных машин и программированием их работы постепенный переход от одной дозы внесения удобрений к другой.
Следующая особенность пространственной вариабельности почвенного плодородия заключается в том, что наибольшие различия в содержании гумуса, подвижных форм фосфора и калия наблюдаются как на участках с относительно меньшими, так и большими значениями этих показателей при снижении их в промежуточном, то есть среднем интервале. Данная закономерность выявлена как на дерново-подзолистых, так и черноземных почвах, что характерно, в частности, для вариабельности фосфора (рис. 3, 4).
^
$ ,Л> .оУ
Рис. 3. Зависимость вариабельности подвижного фосфора от содержания его (мг/100 г) в почве делянок агрополигона ЦОС ВНИИА
Из этого следует, что дифференцированное внесение удобрений целесообразно даже на высокоплодородных почвах, а избыточное внесение удобрений усредненными по полю дозами не обеспечит выравнивания его плодородия, скорее -наоборот.
о-г <¿v <f¡r ? / / .
oír Ж ,<{Г ¿r
-У ГКГ fK.J К, У N
фосфором
Плодородие №6*2008
калием
Рис.5. Расчетная обеспеченность растений азотом, фосфором, калием при их внесении усредненной дозой на окультуренной почве ЦОС ВНИИА: 1 -достаточная, 2 - недостаточная, 3 - избыточная
За счет дифференцированного применения удобрений на «недостаточно обеспеченной» части поля должна повышаться урожайность культур, а на «избыточно обеспеченной» - достигаться экономия удобрительных средств. По экспериментальным данным, полученным в условиях Нечерноземной зоны и в ЦЧЗ, дифференцированное внесение минеральных и органических удобрений повышает их эффективность минимум на 10% (табл. 2), аналогичные данные получены в опыте на Полевой опытной станции РГАУ-МСХА, 2006 г.
2. Влияние дифференцированного внесения органических удобрений на урожайность овса на агрополигоне ЦОС ВНИИА, 2001 г.
Вариант удобрения Содер-жание гумуса в почве, % Средние дозы, т/га Урожайность, ц/га
Контроль Усредненная доза Дифферен-е дозы 2,2 0 19,8 1,8 100 22,2 1,7 100 24,4
НСР05 2,3
Рис. 4. Зависимость вариабельности подвижного фосфора от содержания его (мг/100 г) в почве полей ОПХ «Газырское»
При расчете доз удобрений на запланированную урожайность по средневзвешенным агрохимическим показателям и внесении удобрений одинаковыми для всего поля дозами достаточный (расчетный) уровень удобренности растения получают на достаточно окультуренных почвах от 50 до 70% площади поля (рис. 5), а на менее окультуренных - на 20-30%.
Дифференцированное внесение азотных удобрений под озимую пшеницу, возделываемую в ООО «Восток-Агро» Воронежской области при поддержке россошанского завода «Минудобрения» с использованием удобрителя «Amazone», оборудованного N-сенсорами, повысило в засушливом 2007 г. урожайность культуры до 42 ц/га, что на 5,5 ц/га, или 15%, выше по сравнению с традиционной технологией.
Отмеченные выше прибавки урожайности на уровне 1015% получены в экспериментах, когда удобрения намеренно вносили в равных дозах при обычном и дифференцированном их применении. При внесении азотных удобрений с учетом конкретных почвенных условий на опытных делянках, когда дозы в сопоставляемых вариантах разнились между собой, эффективность их дифференциации (окупаемость зерном 1 кг N) возрастала до 30% за счет более точного соответствия почвенным условиям.
В настоящее время наибольшее распространение в практике передовых хозяйств получило дифференцированное внесение азотных удобрений на посевах зерновых культур, главным образом озимой пшеницы, с использованием удобрителей типа «Amazone», оснащенных N-сенсорами. В то же время для определения средней дозы азота для внесения ее в оперативную память борт-компьютера удобрителей в целях дифференциации средней дозы в процессе работы агрегата необходимо проводить предварительное определение средней дозы с помощью портативных N-тесторов типа «Yara». Ввиду высокой стоимости зарубежных N-тесторов во ВНИИА совместно с НПЦ «Спектролюкс» разработан отечественный портативный прибор, не уступающий по свом функциональным характеристикам зарубежному аналогу (рис. 6). Коэффициент парной линейной корреляции между показаниями приборов составил 0,95, при том, что с дозами азота корреляция показаний N-тестера «Yara» характеризовалась коэффициентом 0,94, а прибора «Спектролюкс» - 0,93.
15
показания прибора "Спектролюкс1
3 4 5 6 7 варианты опыта
Рис. 6. Сравнение показаний двух диагностических приборов: зарубежного - фирмы «Yara» (верхняя линия) и отечественного -НПЦ «Спектролюкс» (нижняя линия)
Теоретические изыскания и первые полевые эксперименты по изучению эффективности дифференцированного применения удобрений в условиях нашей страны однозначно свидетельствуют о возможности и перспективности этого направления адаптивно-ландшафтного земледелия. Вместе с тем, необходимы дальнейшие исследования по данной проблематике, в особенности по таким актуальным вопросам, как экономические и экологические аспекты точного земледелия, а также по эргономике и производительности труда. Они долж-
ны повысить адаптивность новых агротехнологии к природным и социально-экономическим условиям сельскохозяйственного производства. Однако необходимыми условиями широкого внедрения дифференцированного применения средств химизации является создание отечественного парка машин, не уступающего по своим функциональным характеристикам зарубежным аналогам, с одной стороны, и подготовка соответствующих специалистов, способных эффективно использовать такую технику, с другой.
Литература
1. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта. М.: Колос, 1979. 416 с. 2. Романенков В.А., Шевцова Л.К. Развитие методологии исследования по оценке динамики плодородия почв в длительных опытах Геосети // Всероссийская научно-методическая конференция «Совершенствование организации и методологии агрохимических исследований в Географической сети опытов с удобрениями». М.: ВНИИА, 2006. С. 169-171. 3. Сычев. В.Г., Афанасьев Р.А., Личман Г.И., Марченко Н.М. Методика отбора почвенных проб по элементарным участкам поля в целях дифференцированного применения удобрений. М.: ВНИИА, 2007. 36 с. 4. Birrell S.Y., Sudduth K.A., Kitchen N.R. Nutrient Mapping Implications of Short-Range Variability // Proceedings of the 3rd International «Conference Precision Agriculture». Minneapolis, 1996. P.207-215.
2
0
16
Плодородие №6*2008
