CC BY
13ОБЩИЕ ВОПРОСЫ АГРОХИМИИ
ПРОГНОЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ АЗОТНЫХ УДОБРЕНИЙ ПОД КАРТОФЕЛЬ ПО АГРОХИМИЧЕСКИМ СВОЙСТВАМ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ ПОЧВ
В.А. Прошкин, к.с.-х.н., C.B. Швыркина, ВНИИА
Разработана стохастическая малокомпонентная модель прогноза эффективности азотных удобрений под картофель. Использование модели позволяет выбрать оптимальную дозу азота для получения максимальной прибавки урожайности в зависимости от обеспеченности почвы легкогидролизуемым азотом, подвижными формами фосфора и калия.
Ключевые слова: картофель, азотные удобрения, модель, прогноз прибавки урожайности.
В современном земледелии при невысоких дозах применения минеральных удобрений формирование урожаев сельскохозяйственных культур в значительной мере определяется запасами элементов питания в почве. В связи с этим безусловный интерес представляет оценка влияния агрохимических свойств почвы на продуктивность культур и эффективность удобрений.
Обзор литературных сведений показал, что для прогноза эффективности удобрений используют эмпирические и полуэмпирические зависимости, параметры которых на основании экспериментальных данных приводят в соответствие с описываемой реальной системой. В этом случае использование моделей продуктивности обеспечивает решение задач, связанных с выбором оптимальных доз питательных веществ с учётом агрохимических свойств почвы [1-6].
Цель исследований - разработка модели, предусматривающей возможность прогноза эффективности азотных удобрений при внесении под картофель с учетом влияния факторов системы почва-растение-удобрение в их динамическом состоянии и обеспечивающей получение максимального прироста урожайности за счет оптимизации доз азота.
Методика. Объектом исследования выбран картофель. В качестве исходной информации для оценки влияния агрохимических свойств почвы на эффективность азотных удобрений использовали сопряженные данные урожайности картофеля и агрохимических показателей почвы. Эти данные получены в полевых опытах агрохимслужбы. Для анализа использовали опыты, схема которых позволила вычленить действие азотных удобрений на фоне РК. В работе проанализированы и обобщены результаты полевых опытов с удобрением картофеля на дерново-подзолистых песчаных, средне- и тяжелосуглинистых почвах Центрального округа. Характеристика выборок приведена в таблице 1.
1. Характеристика выборок полевых опытов по изучению эффективности азотных удобрений при внесении под картофель
Показатель Гумус, % рНкга N | P2Os | К20 Доза, кг/га
мг/кг
Дерново-подзолистые песчаные почвы
Интервалы значений 1,92,15 4,16,4 56-123 50-241 30-205 60-150
Объём выборки 48 48 48 48 48 48
Дерново-подзолистые средне- и тяжелосуглинистые почвы
Интервалы значений 1,6-2,0 4,36,5 13-140 34-325 38-252 60-150
Объём выборки 96 96 96 96 96 96
Влияние факторов системы на изменчивость результативного признака оценивали по коэффициентам корреляции и корреляционным отношениям, долю изменчивости - по коэффициентам и индексам детерминации. Выбор формы корреляции осуществляли по критерию линейности корреляции.
Результаты исследований и их обсуяедение. При изучении закономерностей связи эффективности минеральных
удобрений с агрохимическими свойствами почв важно выяснить, в какой мере вариация свойств отдельных типов почв влияет на изменчивость прибавки урожая. Необходимость этого обусловлена тем, что степень варьирования агрохимических свойств проявляется по-разному на отдельных типах почв [7, 8].
Результаты статистического анализа приведены в таблице 2.
2. Связь прибавки урожая картофеля от азотных удобрений с _агрохимическими свойствами почв_
Аргументы системы Корреляция Критерий линейности корреляции
Линейная Криволинейная
коэффициент уровень значимости корре- ля-цион-ное отношение индекс детерминации уровень значимости Бф Ft
корреляции детерминации
Дерново-подзолистые супесчаные почвы
Гумус 0,23 0,05 0,200 0,63 0,40 0,001 25,7 251
рн -0,31 0,10 0,050 0,33 0,11 0,001 0,6 251
N -0,25 0,06 0,100 0,66 0,44 0,001 3,0 3,8
р2о5 0,29 0,08 0,100 0,56 0,31 0,001 2,1 3,8
к2о 0,44 0,19 0,010 0,52 0,27 0,001 0,9 4,5
Дозы 0,15 0,02 0,400 0,73 0,53 0,001 9,0 4,5
Дерново-подзолистые средне- и тяжелосуглинистые почвы
Гумус 0,17 0,03 0,100 0,32 0,10 0,001 7,6 253
РН -0,37 0,14 0,001 0,35 0,12 0,001 - -
N -0,67 0,45 0,001 0,85 0,72 0,001 8,0 2,6
р2о5 0,43 0,18 0,001 0,58 0,34 0,001 1,8 2,6
к2о 0,34 0,12 0,001 0,47 0,22 0,001 6,1 19,5
Дозы 0,32 0,10 0,01 0,52 0,27 0,001 4,8 5,7
Зависимость эффективности азотных удобрений под картофель от вариации содержания гумуса в почве практически отсутствует: линейная корреляция характеризуется как слабая (г = 0,17-0,23), криволинейная - как средняя (г| = 0,32-0,63), но гипотеза криволинейности корреляции отвергается (Рф< Рт). Линейность значима на 5%-ном уровне.
Влияние реакции почвенной среды на изменчивость величины прибавки урожая картофеля, как правило, незначительно. Коэффициенты детерминации не превышали 0,10-0,14, индекс детерминации 0,11-0,12, то есть 86-90% вариации величины прибавки урожая картофеля определяются изменчивостью прочих факторов системы, а не состоянием кислотности почвы.
Зависимость эффективности азотных удобрений под картофель на дерново-подзолистых почвах от обеспеченности почв легкогидролизуемым азотом однозначно проявляется как обратная по направлению (г = -0,25...-0,67), криволинейная по форме, сильная по тесноте связи (г| = 0,66-0,85) и достоверная по значимости (1 = 0,001).
Влияние действия азотных удобрений на прибавку урожая картофеля в зависимости от обеспеченности почв подвижным фосфором характеризуется как среднее по тесноте. При этом, судя по значениям индексов детерминации, более трети изменчивости прироста урожая картофеля (31-34%) обусловлены вариацией содержания подвижного фосфора в почве.
Связь эффективности азотных удобрений под картофель с содержанием подвижного калия в почве проявляется как кри-
волинейная по форме, средняя по тесноте (г| = 0,47-0,52) и достоверная по значимости (t = 0,010-0,001).
Эффективность доз азотных удобрений под картофель на супесчаных почвах проявляется как криволинейная по форме и сильная по тесноте (г| = 0,73), на средне- и тяжелосуглинистых - как средняя (г| = 0,52). Доля варьирования прибавки урожая, обусловленная вариацией доз азота, довольно значительна - 52 и 27% соответственно.
Таким образом, полученные данные могут быть использованы для разработки концептуальных моделей прогноза прибавки урожая [9-11].
В общем виде модель прогноза прибавки урожая можно представить следующим алгоритмом:
У = (А + b/Xj) + (А + Ь/Х2) + (А + Ь/Х3) + (А + Ь/Х4),
где X¡ - обеспеченность почв легкогидролизуемым азотом; Х2 -содержание в почве подвижного фосфора; Х3 - содержание в почве подвижного калия; Х4 - дозы азота.
Верификация модели позволяет определить долю участия каждого из них в формировании прибавки урожая картофеля. В данном случае она проведена на примере возделывания картофеля на дерново-подзолистых средне- и тяжелосуглинистых почвах.
Отправной точкой в расчетах является прибавка урожая картофеля от азотных удобрений в интервале низкого содержания легкогидролизуемого азота в почве (<50 мг/кг). В нашей выборке она составила 74 ц/га.
Принимая указанную величину прибавки урожая картофеля за 100% и используя предлагаемый Т.Н. Кулаковской метод комплексной оценки, можно рассчитать вклад каждого из факторов системы в формирование прибавки урожая [12].
Формула расчета вклада любого из факторов имеет следующий вид:
ОВФ1 = г|Ф1 ■ 100/Х (г|ф1 + Лф2 + Лфз + Лф4), где ОВ - относительный вклад фактора, %; г| - индекс детерминации фгф4 - изучаемые факторы.
Количественный вклад изучаемых факторов определяют по величине их относительного вклада и прибавке урожая:
КВ = ПОВ, где КВ - количественный вклад, ц/га; П - прибавка урожая, ц/га.
Расчеты по определению относительного и количественного вкладов в формирование прибавки урожая картофеля выполняют отдельно по каждому фактору. В таблице 3 приведен вклад факторов в формирование прибавки урожая.
3. Факторы модели, их вклад в формирование прибавки урожая
Факторы Корреляционное отношение Относительный вклад,% Прибавка урожая, ц/га Количественный вклад, ц/га
Содержание легкогидролизуемого азота 0,85 35 74 25,9
Содержание Р205 в почве 0,58 25 18,5
Содержание К20 в почве 0,47 19 14,06
Дозы азота 0,52 21 15,54
2,42 100 74
Аргументы системы Дерново-подзолистые средне- и тяжелосуглинистые почвы
Легкогидролизуемый азот У= 34,1744 + 0,0024Х2 - 0,5487Х
Р2О5 У = 0,276Х -0,00056Х2- 15,03834
к2о У = 0,2233Х - 0,0005Х2 - 10,2757
Дозы азота У = 0Д212Х - 0,0000689Х2
По уравнениям регрессии последовательно рассчитывают вклад отдельных факторов системы с учетом их вариации в пределах общепринятых градаций (табл. 4).
4. Прогноз вклада факторов системы в формирование прибавки
Факторы Градация Прогнозируемый вклад, ц/га
<50 26,0096
Легкогидролизуемый 50-75 9,2557
азот (Xi), мг/кг 76-100 4,5382
>100 4,3964
<50 -5,359
Р205 (Х2), мг/кг 50-100 2,5117
101-150 10,7117
>150 17,7617
<80 0,6611
К20 (Хз), мг/кг 80-120 7,0543
121-170 11,5903
171 14,6333
60 6,2683
Доза азота (Х4), кг/га 90 9,5943
120 12,7962
150 15,8741
На основании прогнозируемого вклада факторов в формирование прибавки урожая картофеля осуществляют табличную интерпретацию модели (табл. 5).
Выходная информация, представленная в таблице 5, бесспорно свидетельствует, что концептуальная модель прогноза эффективности азотных удобрений позволяет учесть степень неоднородности агрохимических свойств почв и одновременно оценить влияние их комплекса на формирование прибавки урожая картофеля.
5. Прибавка урожая картофеля от азотных удобрений, ц/га
Содержание, мг/кг Урожай без удобрений Дозы азота, кг/га
р2о5 1 к2о 60 | 90 | 120 | 150
Содержание легкогидролизуемого азота <50 мг/кг
<50 <80 102 28 31 34 37
>170 107 42 45 48 51
>150 <80 107 51 54 57 60
>170 112 65 68 71 74
Содержание легкогидролизуемого азота 50- 75 мг/кг
<50 <80 119 11 14 17 20
>170 126 25 28 31 34
>150 <80 125 34 37 40 44
>170 131 48 51 54 58
Содержание легкогидролизуемого азота 76-100 мг/кг
<50 <80 136 6 9 13 16
>170 144 20 23 27 30
>150 <80 143 29 33 36 39
>170 151 43 47 50 53
Содержание легкогидролизуемого азота > 100 мг/кг
<50 <80 145 6 9 12 16
>170 153 20 23 26 30
>150 <80 152 29 32 36 39
>170 160 43 46 50 53
Следующим этапом является количественная оценка вклада изучаемых факторов в формирование прибавки урожая картофеля в зависимости от вариации характеристик комплекса агрохимических свойств почв. Для этого выводят уравнения регрессии отдельно для каждого фактора системы.
Рассмотрим уравнения регрессии, используемые в моделях прогноза эффективности азотных удобрений под картофель.
Уравнения регрессии
Заключение. Особенностью предлагаемой модели является то, что она обеспечивает возможность объективного прогноза эффективности азотных удобрений в зависимости от вариации агрохимических свойств почв, доз удобрений, то есть при динамическом состоянии аргументов системы.
Важно отметить принципиальный момент - получаемые таким образом данные по прибавкам урожая и окупаемости азотных удобрений этими прибавками следует рассматривать как нормативные показатели, которые можно использовать при определении доз азота. В этом и заключается их практическая значимость.
Литература
1. Варалляи Д. Итоги моделирования производительности почв в Венгрии. Проблемы почвенного плодородия в интенсивном земледелии стран-членов СЭВ // Бюллетень Почвенного института им. В.В.
Докучаева. - 1989. - Вып. 53. - С. 19-23.
2. Войтович Н.В. Агрохимические модели плодородия почв и их оценка // Химия в сельском хозяйстве. - 1995. - № 6. - С.31-33.
3. Гончар-Зайкин П.П. Моделирование плодородия почв. Интернированные приемы повышения плодородия почв Нечерноземной зоны. -Л., 1988. - С.24-77.
4. Иванова Т.П. Оптимизация системы удобрения в севообороте с использованием математических моделей// Автореферат дисс. на соискание ученой степени докт с.-х. наук,- М., 1990,- 37 с.
5. Литвак Ш.И. Системный подход к агрохимическим исследованиям." М.:Агропромиздат, 1990,- 220 с.
6. Орехова Н.П., Володин В.М., Юринская В. Ф. Модели плодородия чернозема типичного// Тезисы докладов VII Всесоюзного общества почвоведов,- Ташкент, 1985. -16 с.
7. Малыгина Л.П., Южаков А.И. Математическое моделирование оптимального состояния почв в интенсивном земледелии // Тезисы докладов VIII Всесоюзного общества почвоведов,- Новосибирск, 1989,-С. 277.
8. Блауберг И.В. и др. Проблемы методологии системного исследования,- М., 1970,- С.7.
9. Прошкин ВА., Адрианов С.Н., Шаброва Е.В. Модель прогноза прибавки урожайности озимой пшеницы при применении фосфорных удобрений // Агрохимия,- 2011.-№ 6. - С.22-29.
10. Прошкин ВА. Моделирование эффективности минеральных удобрений по показателям агрохимических свойств почвы// Агрохимия. №7.-2012.-С. 16-27.
11. Адрианов С.Н., Прошкин В.А., Шаброва Е.В., Широкова C.B. Влияние агрохимических свойств почв на эффективность фосфорных удобрений при внесении под картофель. - М.: ВНИИА, Материалы Всероссийской конференции учреждений-участников Географической сети опытов с удобрениями 26-27 июня 2012 г. «Состояние и пути повышения эффективности исследований в системе Географической сети опытов с удобрениями», 2012.-.С.44-46.
12 Кулаковская Т.Н. Почвенно-агрохимические основы получения высоких урожаев. - Минск: Ураджай, 1978,- 272 с.
PREDICTING THE NITROGEN FERTILIZER EFFICIENCY ON POTATO FROM THE AGROCHEMICAL PROPERTIES
OF SODDY-PODZOLIC SOILS
V.A. Proshkin, S.V. Shvyrkina Pryanishnikov All-Russian Research Institute of Agricultural Chemistry, Russian Academy of Agricultural Sciences,
ul Pryanishnikova 31a, Moscow, 127550 Russia
A stochastic few-component model has been developed for predicting the nitrogen fertilizer efficiency on potato. The use of the model allows selecting an optimum nitrogen application rate for the maximum gain in crop yield depending on the soil supply with easily hy-drolysable nitrogen and mobile phosphorus and potassium. Keywords: potato, nitrogen fertilizers, model, predicting the yield gain.
