Uloga učinkovitosti iskorištavanja hranjiva u odgovornoj prehrani bilja

Učinkovitost korištenja hranjivih tvari (NUE) ključni je koncept u modernoj poljoprivredi, igrajući ključnu ulogu u poboljšanju rasta biljaka i optimizaciji ukupnog prinosa usjeva. Kako globalna populacija nastavlja rasti, potražnja za proizvodnjom hrane raste, što poljoprivrednicima čini nužnim usvajanje održivih i učinkovitih poljoprivrednih praksi.

Hranjive tvari su bitne za rast, razvoj i metabolizam biljaka. Igraju važnu ulogu u raznim fiziološkim procesima, kao što su fotosinteza, disanje, enzimska aktivnost, stanična dioba, prijenos signala i odgovor na stres.

Biljkama su potrebne različite količine i vrste hranjivih tvari ovisno o njihovoj vrsti, fazi rasta i uvjetima okoliša. Neke hranjive tvari potrebne su u velikim količinama (makronutrijenti), poput dušika (N), fosfora (P) i kalija (K) itd. Druge su potrebne u malim količinama (mikronutrijenti), poput željeza (Fe), cinka (Zn) i bakra (Cu) itd.

Što je učinkovitost korištenja hranjivih tvari?

Odnosi se na sposobnost biljke da učinkovito koristi hranjive tvari za svoj rast i razvoj. Jednostavnije rečeno, to je mjera koliko učinkovito biljke apsorbiraju i koriste esencijalne elemente iz tla, vode i zraka.

Njegova upotreba uključuje minimiziranje gubitaka i maksimiziranje unosa i korištenja hranjivih tvari od strane biljaka, što u konačnici doprinosi poboljšanim performansama usjeva. Može se izraziti kao omjer biljne biomase ili prinosa i unosa ili unosa hranjivih tvari.

Visoka NUE znači da biljke proizvode više biomase ili prinosa uz manji unos ili unos hranjivih tvari, dok niska NUE znači da biljkama treba više hranjivih tvari za postizanje iste razine rasta ili proizvodnje.

Nadalje, NUE se može definirati na različite načine ovisno o postavljenom pitanju i dostupnim podacima. Neki uobičajeni pojmovi koji se koriste za izražavanje NUE su:

• Parcijalna faktorska produktivnost (PFP): količina prinosa usjeva po jedinici primijenjenog hranjiva
• Agronomska učinkovitost (AE)povećanje prinosa usjeva po jedinici primijenjenog hranjiva
• Djelomična nutritivna ravnoteža (PNB): količina apsorbiranih hranjivih tvari po jedinici primijenjene hranjive tvari
• Prividna učinkovitost oporavka (RE)razlika u unosu hranjivih tvari između gnojenih i negnojenih usjeva po jedinici primijenjenog hranjivog tvari
• Učinkovitost internog korištenja (IE): količina prinosa usjeva po jedinici unosa hranjivih tvari
• Fiziološka učinkovitost (PE): povećanje prinosa usjeva po jedinici razlike u unosu hranjivih tvari između gnojenih i negnojenih usjeva

Globalni odgovor na njegovu važnost

Prema Organizaciji za hranu i poljoprivredu (FAO), globalna potrošnja gnojiva povećala se za više od 500% od 1961. godine, dosegnuvši više od 200 milijuna tona hranjivih tvari u 2023. godini. To je pridonijelo značajnom povećanju proizvodnje usjeva i dostupnosti hrane, ali i velikom gubitku hranjivih tvari u okoliš.

Nadalje, FAO procjenjuje da usjevi diljem svijeta apsorbiraju samo 42% dušika (N) i 15% fosfora (P) primijenjenih kao gnojiva, dok se ostatak gubi ispiranjem, otjecanjem, erozijom, isparavanjem, denitrifikacijom ili imobilizacijom.

Stoga je FAO postavio cilj povećanja globalne prosječne NUE s 42% na 52% do 2030. To bi zahtijevalo smanjenje upotrebe N gnojiva za 20% uz istovremeno povećanje unosa N usjeva za 10%. Slično tome, Znanstveni panel za odgovornu ishranu biljaka predložio je viziju za postizanje prirodno pozitivne ishrane biljaka do 2050. Ova vizija uključuje pet ciljeva:

1. Prepolovljenje otpada od hranjivih tvari u prehrambenom sustavu kroz odgovornu konzumaciju, povećano recikliranje i bolje prakse upravljanja.
2. Zaustavljeno je iscrpljivanje hranjivih tvari iz tla i gubitak ugljika, što je dovelo do poboljšanja zdravlja tla i organske tvari.
3. Gubitak hranjivih tvari u vodenim tijelima smanjen je za 75%, čime se sprječava eutrofikacija i cvjetanje algi.
4. Emisije dušikovog oksida iz poljoprivrede smanjene su za 50%, što doprinosi ublažavanju emisija stakleničkih plinova i klimatskih promjena.
5. Prinosi i kvaliteta usjeva povećani su za 50%, što je poboljšalo sigurnost hrane i prehranu.

Globalni prosječni NUE za žitarice bio je 331 TP3T, za uljarice 481 TP3T, za korijenje i gomolje 621 TP3T, za mahunarke 641 TP3T, za voće 661 TP3T, za povrće 681 TP3T, a za šećerne kulture 691 TP3T u sezoni 2018./2019.

U Kini je veliki participativni eksperiment u koji je bilo uključeno više od 20 milijuna poljoprivrednika pokazao da smanjenje primjene dušičnih gnojiva za prosječno 14% povećava prinos pšenice za prosječno 10%, što rezultira povećanjem parcijalne faktorske produktivnosti za prosječno 29%.

Dok je u Indiji poljski pokus koji je uključivao različite sorte riže pokazao da primjena upravljanja hranjivim tvarima na specifičnoj lokaciji temeljenog na ispitivanju tla povećava prinos zrna u prosjeku za 171 TP3T, učinkovitost resursa u prosjeku za 221 TP3T i profitabilnost po bilanci hranjivih tvari u prosjeku za 281 TP3T u usporedbi s praksom poljoprivrednika. .

Slično tome, u Keniji je poljski pokus koji je uključivao različite sustave međuusjeva kukuruza i mahunarki pokazao da primjena mikrodoza gnojiva zajedno s organskim gnojivom povećava prinos zrna u prosjeku za 791 TP3T, agronomsku učinkovitost u prosjeku za 861 TP3T, učinkovitost resursa u prosjeku za 511 TP3T i profitabilnost po bilanci hranjivih tvari u prosjeku za 501 TP3T, u usporedbi s isključivom poljoprivredom bez gnojiva.

Ovi primjeri pokazuju potencijal poboljšanja NUE-a kroz različite strategije i prakse koje mogu poboljšati proizvodnju usjeva uz smanjenje gubitaka hranjivih tvari i emisija.

Koliko je važan za rast biljaka?

NUE je važna i iz ekonomskih i iz ekoloških razloga, jer može smanjiti troškove proizvodnje usjeva i rizik od gubitka hranjivih tvari u okolišu. Međutim, evo nekih glavnih aspekata rasta biljaka koji su s njom usko povezani.

1. Poboljšana fotosinteza

Jedan od glavnih čimbenika na koje utječe NUE je fotosinteza, proces kojim biljke pretvaraju svjetlosnu energiju u kemijsku energiju. Fotosinteza ovisi o dostupnosti hranjivih tvari, posebno dušika (N), koji je ključna komponenta klorofila, pigmenta koji apsorbira svjetlost.

N također igra ulogu u sintezi aminokiselina, nukleotida i drugih molekula koje su bitne za rast i razvoj biljaka. Fosfor je također neophodan za prijenos energije, dok kalij regulira otvaranje i zatvaranje puči, utječući na unos ugljičnog dioksida.

Stoga, učinkovito korištenje hranjivih tvari izravno utječe na brzinu fotosinteze, što dovodi do povećane proizvodnje energije za rast biljaka.

2. Stanična struktura i funkcija

Drugi faktor na koji utječe je stanična struktura i funkcija, koja određuje kako se hranjive tvari apsorbiraju, transportiraju, pohranjuju i koriste unutar biljnih stanica. Stanična struktura i funkcija ovise o dostupnosti hranjivih tvari, posebno fosfora (P), kalija (K), kalcija (Ca) i magnezija (Mg) itd.

Na primjer, kalcij je uključen u razvoj staničnih stijenki, osiguravajući integritet i čvrstoću stanica. Magnezij je središnja komponenta molekula klorofila, podržavajući fotosintezu. Stoga, učinkovito korištenje hranjivih tvari osigurava pravilno funkcioniranje stanica i tkiva, potičući cjelokupno zdravlje biljaka.

3. Otpornost na stres i bolesti

Treći faktor na koji utječe je otpornost na stres i bolesti, koji mogu smanjiti rast biljaka i prinos utječući na različite fiziološke i biokemijske procese. Stres i bolesti mogu biti uzrokovani raznim čimbenicima, poput suše, slanosti, temperaturnih ekstrema, nedostatka ili toksičnosti hranjivih tvari, štetnika, patogena, korova itd.

Stoga, odgovarajuća opskrba hranjivim tvarima jača biljke, čineći ih otpornijima na okolišne stresove i bolesti. Dobro nahranjene biljke mogu bolje podnijeti nepovoljne uvjete, poput suše ili napada štetnika. Nadalje, biljke koje učinkovito koriste hranjive tvari pokazuju poboljšanu toleranciju na stres, što doprinosi održivom rastu i većim prinosima usjeva u izazovnim okolnostima.

Koji čimbenici utječu na to i kako ih kontrolirati?

Nutritivna iskoristivost (NUE) u poljoprivredi nije univerzalni koncept; na nju utječu razni čimbenici koji složeno oblikuju način na koji biljke apsorbiraju, koriste i reagiraju na esencijalne hranjive tvari. Čimbenici koji na nju utječu uključuju svojstva tla, klimatske uvjete, vrste i sorte usjeva, prakse upravljanja i interakcije među tim čimbenicima.

1. Svojstva tla

Svojstva tla, poput teksture, strukture, pH vrijednosti, organske tvari i mikrobne aktivnosti, imaju značajan utjecaj na NUE. Tekstura i struktura tla utječu na kapacitet zadržavanja vode, prozračivanje, drenažu i prodiranje korijenja u tlo.

Ti čimbenici utječu na dostupnost i pokretljivost hranjivih tvari u otopini tla i na apsorpciju od strane korijenja biljaka. Na primjer, pjeskovita tla imaju nizak kapacitet zadržavanja vode i visok potencijal ispiranja, što može smanjiti NUE dušika (N) i kalija (K).

Glinena tla imaju visok kapacitet zadržavanja vode i nisku aeraciju, što može ograničiti neizostavnu upotrebu fosfora (P) i mikronutrijenata.

Nadalje, pH tla utječe na topljivost i dostupnost hranjivih tvari u tlu. Većina hranjivih tvari dostupnija je u blago kiselim do neutralnim tlima (pH 6-7), dok su neki mikronutrijenti, poput željeza (Fe), mangana (Mn), cinka (Zn) i bakra (Cu), dostupniji u kiselim tlima (pH < 6).

Organska tvar u tlu i mikrobna aktivnost utječu na kruženje i transformaciju hranjivih tvari u tlu. Organska tvar pruža izvor ugljika (C) i energije za mikroorganizme u tlu, koji mogu mineralizirati organske oblike hranjivih tvari u anorganske oblike koji su dostupni biljkama za unos.

Mikroorganizmi također mogu imobilizirati hranjive tvari ugradnjom u svoju biomasu ili stvaranjem kompleksa s organskim molekulama.

2. Klimatski uvjeti

Klimatski uvjeti, poput temperature, oborina, sunčevog zračenja i vjetra, utječu na NUE kroz svoje učinke na procese u tlu, rast biljaka i gubitak hranjivih tvari. Temperatura utječe na brzinu kemijskih i bioloških reakcija u tlu, kao i na metaboličku aktivnost i razvoj biljaka.

Više temperature općenito povećavaju mineralizaciju organske tvari i dostupnost hranjivih tvari u tlu, ali također mogu povećati isparavanje amonijaka (NH3) iz primjene uree ili gnojiva ili denitrifikaciju nitrata (NO3-) u dušikov oksid (N2O) ili didušik (N2) plinove.

Više temperature također mogu ubrzati rast biljaka i potrebu za hranjivim tvarima, ali također mogu smanjiti unos vode i transpiraciju biljaka, što može utjecati na transport hranjivih tvari unutar biljke.

Slično tome, oborine utječu na ravnotežu vode i dinamiku hranjivih tvari u sustavu tlo-biljka. Dovoljna količina oborina ključna je za održavanje vlažnosti tla i dostupnosti hranjivih tvari za unos biljaka, ali prekomjerna količina oborina može uzrokovati ispiranje ili otjecanje hranjivih tvari s površinskih ili podzemnih slojeva tla.

Kiša također može utjecati na vrijeme i učestalost navodnjavanja i primjene gnojiva, što može utjecati na NUE. Sunčevo zračenje utječe na fotosintetsku aktivnost i proizvodnju biomase biljaka, što određuje njihovu potražnju za hranjivim tvarima i unos.

Nadalje, vjetar također utječe na NUE utjecajem na procese erozije tla, isparavanja i volatilizacije. Vjetar može uzrokovati eroziju tla odvajanjem i prenosom čestica tla koje sadrže hranjive tvari s jednog mjesta na drugo.

Vjetar također može povećati isparavanje s površine tla ili krošnje biljaka, što može smanjiti vlažnost tla i dostupnost hranjivih tvari za unos biljaka.

3. Karakteristike i sorte biljaka

Vrste i sorte usjeva razlikuju se po svom genetskom potencijalu za NUE, kao i po svom odgovoru na čimbenike okoliša i upravljanja. Neke kulture imaju veći inherentni NUE od drugih zbog svojih fizioloških osobina, kao što su morfologija korijena, kinetika unosa hranjivih tvari, učinkovitost translokacije, kapacitet asimilacije, učinkovitost remobilizacije, indeks žetve itd.

Na primjer, žitarice općenito imaju veću NUE od mahunarki zbog većeg indeksa žetve (omjer prinosa zrna i ukupne biomase) i niže koncentracije hranjivih tvari u zrnima.

Nadalje, sorte usjeva unutar jedne vrste mogu se razlikovati u svojoj NUE zbog razlika u genetskim osobinama ili napora uzgoja. Na primjer, neke sorte riže imaju veću NUE od drugih zbog svoje sposobnosti korištenja alternativnih izvora dušika (N), poput amonijaka (NH4+) ili fiksacije atmosferskog N2 simbiotskim bakterijama.

Neke sorte pšenice imaju veću NUE od drugih zbog svoje sposobnosti da učinkovitije koriste fosfor (P) lučeći organske kiseline ili fosfataze koje solubiliziraju P iz tla. Neke sorte kukuruza imaju veću NUE od drugih zbog svoje sposobnosti da učinkovitije koriste kalij (K) smanjenjem curenja K iz korijena ili povećanjem unosa K uz nisku dostupnost K.

4. Prakse upravljanja

Gospodarske prakse, kao što su obrada tla, plodored, međuusjevi, pokrovni usjevi, navodnjavanje, gnojidba, suzbijanje korova, suzbijanje štetnika i upravljanje žetvom, mogu utjecati na NUE mijenjajući stanje tla, rast usjeva i gubitke hranjivih tvari.

Oranje

Obrada tla utječe na fizička i biološka svojstva tla, kao što su struktura tla, organska tvar, mikrobna aktivnost i raspodjela hranjivih tvari. Može poboljšati NUE povećanjem prozračivanja i drenaže tla, što može poboljšati dostupnost hranjivih tvari i njihovu apsorpciju od strane korijenja biljaka.

Međutim, također može smanjiti NUE povećanjem erozije tla i gubitka hranjivih tvari ili smanjenjem organske tvari u tlu i mikrobne aktivnosti, što može smanjiti kruženje i dostupnost hranjivih tvari.

Plodored

Plodored se pojavljuje kao strategija za poboljšanje neto korisnosti hrane diverzifikacijom potražnje i ponude hranjivih tvari među usjevima. Osim razmatranja hranjivih tvari, pokazao se učinkovitim i u prekidanju ciklusa štetnika i bolesti, čime doprinosi poboljšanju neto korisnosti hrane.

Na primjer, rotacija žitarica s mahunarkama može poboljšati NUE povećanjem opskrbe N biološkom fiksacijom N2 od strane mahunarki ili smanjenjem potrebe žitarica za N zbog njihove niže potrebe za N.

Međukultura

Međuusjevi, koji uključuju istovremeni uzgoj dviju ili više usjeva na istom komadu zemlje, slave se zbog svog pozitivnog utjecaja na neto iskorištavanje energije (NUE). To se postiže poticanjem komplementarnosti i sinergije među usjevima u korištenju hranjivih tvari. Na primjer, međuusjevi žitarica s mahunarkama mijenjaju obrasce opskrbe dušikom, pozitivno utječući na NUE.

Obrezivanje naslovnice

Pokrovna kultura, praksa koja uključuje uzgoj kulture između dvije glavne kulture kako bi se prekrila površina tla i spriječila erozija, nudi dvostruki utjecaj na neto potrebnu upotrebu (NUE). S jedne strane, pozitivno doprinosi poticanjem NUE povećanjem organske tvari, mikrobne aktivnosti i kruženja hranjivih tvari.

S druge strane, nastaju izazovi jer se pokrovni usjevi mogu natjecati za hranjive tvari, vodu i svjetlost, što potencijalno utječe na NUE.

Navodnjavanje

Navodnjavanje, kada se primjenjuje razumno, poboljšava NUE održavanjem optimalne vlažnosti tla i dostupnosti hranjivih tvari. Međutim, loše provedeno navodnjavanje može smanjiti NUE ispiranjem hranjivih tvari ili otjecanjem.

Gnojidba

Gnojidba, ako se pravilno tempira i primijeni, poboljšava NUE povećanjem dostupnosti hranjivih tvari korijenju biljaka. Ipak, prekomjerna primjena može dovesti do gubitka hranjivih tvari, što naglašava osjetljivu ravnotežu u praksama gnojidbe.

Suzbijanje korova

Suzbijanje korova poboljšava NUE smanjenjem konkurencije hranjivih tvari i gubitaka zbog korova. Međutim, njegov utjecaj na svojstva tla mora se pažljivo razmotriti, jer može utjecati na dostupnost i unos dušika.

Suzbijanje štetočina

Suzbijanje štetočina pozitivno utječe na NUE smanjenjem gubitka hranjivih tvari zbog štete koju uzrokuju štetnici. Međutim, slično kao i kod suzbijanja korova, njegov utjecaj na svojstva tla može utjecati na dostupnost i kruženje hranjivih tvari.

Upravljanje žetvom

Upravljanje žetvom, koje uključuje odluke o tome kada i kako žeti usjeve, igra ključnu ulogu u utjecaju na NUE. Pozitivno je to što poboljšava NUE optimizacijom prinosa i smanjenjem koncentracije hranjivih tvari u požnjevenim dijelovima. Međutim, neadekvatno upravljanje žetvom može ostaviti hranjive tvari u preostalim dijelovima, što utječe na NUE.

Koji su glavni pokazatelji NUE-a za različite sustave?

Mjeri koliko dobro sustav uzgoja koristi dostupne hranjive tvari za proizvodnju usjeva. Međutim, NUE nije jednostavan ili ujednačen pokazatelj. Može varirati ovisno o uzetim ulaznim i izlaznim podacima, opsegu i granicama sustava te svrsi procjene. Stoga je važno koristiti odgovarajuće pokazatelje koji odražavaju ciljeve odgovorne prehrane biljaka.

Pokazatelji gnojiva

Ovi pokazatelji usredotočuju se na učinkovitost korištenja hranjivih tvari iz gnojiva. Pokazuju koliko se učinkovito primijenjene hranjive tvari pretvaraju u prinos usjeva, što može informirati odluke o optimalnom upravljanju hranjivim tvarima i raspodjeli resursa. Neki od uobičajenih pokazatelja gnojiva su:

1. Parcijalna faktorska produktivnost (PFP): Ovo je omjer prinosa usjeva i primijenjenih hranjivih tvari u gnojivu. Označava produktivnost po jedinici unosa gnojiva. Visok PFP znači visok prinos uz nizak unos gnojiva. Međutim, ne uzima u obzir druge izvore hranjivih tvari ili gubitke u okolišu.

Na primjer, u dobro njegovanim usjevima žitarica, uobičajeni raspon PFP-a za prinos zrna po kilogramu primijenjenog dušika je 50 do 100 kilograma.

2. Agronomska učinkovitost (AE): Ovo je povećanje prinosa usjeva po jedinici primijenjene hranjive tvari u gnojivu. To ukazuje na granični povrat unosa gnojiva. Visok AE znači veliko povećanje prinosa uz nizak unos gnojiva. Međutim, to ne uzima u obzir početnu plodnost tla ili gubitke za okoliš.

Uzimajući dušik kao primjer, u dobro održavanim sustavima žitarica, AE je obično oko 20-30 kilograma zrna po kilogramu primijenjenog dušika. Međutim, ponekad može biti i veći od toga.

3. Učinkovitost oporavka (RE): Ovo je udio hranjivih tvari iz gnojiva koji usjev apsorbira. Označava učinkovitost apsorpcije hranjivih tvari iz gnojiva. Visok RE znači mali gubitak gnojiva u okoliš. Međutim, ne uzima u obzir prinos ili kvalitetu usjeva.

Na primjer, prema globalnoj analizi Zhanga i suradnika (2015.), prosječna PFP, AE i RE dušičnih (N) gnojiva za žitarice iznosili su 42 kg zrna/kg N, 15 kg zrna/kg N i 0,33 kg unosa N/kg primijenjenog N. Ove vrijednosti uvelike su varirale među regijama i kulturama, odražavajući razlike u uvjetima tla, klimi, sustavima uzgoja i praksama upravljanja.

Pokazatelji usjeva

Ovi pokazatelji definiraju raspodjelu hranjivih tvari unutar biljke i njezin utjecaj na prinos i kvalitetu usjeva. Pokazuju koliko učinkovito usjev koristi apsorbirane hranjive tvari za proizvodnju biomase ili ekonomskih proizvoda. Neki od uobičajenih pokazatelja usjeva su:

1. Indeks žetve hranjivih tvari (NHI): Ovo je omjer sadržaja hranjivih tvari u požnjevenim dijelovima i ukupne apsorpcije hranjivih tvari iznad zemlje. Označava udio apsorbiranih hranjivih tvari koje se dodjeljuju ekonomskim proizvodima. Visok NHI znači visoko uklanjanje hranjivih tvari žetvom i nizak povratak hranjivih tvari u tlo.

Tipične vrijednosti NHI kod kukuruza dokumentirane su u rasponu od 59-701 TP3T za dušik (N), 79-911 TP3T za fosfor (P) i 13-191 TP3T za kalij (K) (13). Slično tome, kod riže, prijavljeni rasponi uključuju 54-651 TP3T za N, 61-711 TP3T za P i 12-191 TP3T za K.

2. Unutarnja učinkovitost (IE): Ovo je omjer prinosa usjeva i sadržaja hranjivih tvari u požnjevenim dijelovima. Označava učinkovitost stvaranja ekonomičnog proizvoda po jedinici uklonjene hranjive tvari. Visok IE znači visok prinos s niskom koncentracijom hranjivih tvari u požnjevenim dijelovima.

Na primjer, poboljšanja u uzgoju kukuruza povećala su učinkovitost korištenja dušika s 45 kg po kg apsorbiranog dušika 1946. na 66 kg/kg 2015. godine.

3. Fiziološka učinkovitost (PE): Ovo je omjer prinosa usjeva i sadržaja hranjivih tvari u nadzemnoj biomasi. Označava učinkovitost stvaranja ekonomskog proizvoda po jedinici ukupnog sadržaja hranjivih tvari u biljci. Visok PE znači visok prinos s niskom koncentracijom hranjivih tvari u biomasi.

4. Koncentracija hranjivih tvari (NC): Ovo je količina hranjivih tvari po jedinici suhe tvari u požnjevenim dijelovima ili nadzemnoj biomasi. Označava kvalitetu ili hranjivu vrijednost usjeva ili ostataka.

Nadalje, prema meta-analizi Dobermanna (2007.), prosječne vrijednosti NHI, IE, PE i NC za N u žitaricama bile su 0,67 kg N/kg unosa N, 90 kg zrna/kg N u zrnu, 134 kg zrna/kg N u biomasi i 1,5% N u zrnu.

Pokazatelji sustava

Ovi pokazatelji uzimaju u obzir cijeli sustav uzgoja usjeva, uključujući tlo, usjev i okoliš. Pokazuju koliko učinkovito sustav koristi dostupne hranjive tvari iz svih izvora i minimizira gubitke za okoliš. Neki od uobičajenih pokazatelja sustava su:

1. Granica sustava NUE (SB-NUE): Ovo je omjer ukupnog izlaza N i ukupnog ulaza N unutar definiranih granica sustava. Označava ukupnu ravnotežu N u sustavu. Visok SB-NUE znači visok izlaz N s niskim ulazom N. Međutim, ne uzima u obzir prostornu i vremensku varijabilnost tokova N unutar sustava.

2. Omjer parcijalne ravnoteže hranjivih tvari (NUEPB): Ovo je razlika između unosa hranjivih tvari u gnojivo i izlaza hranjivih tvari u požnjevenim dijelovima. To ukazuje na neto promjenu statusa hranjivih tvari u tlu zbog gnojidbe. Pozitivan PNB znači višak hranjivih tvari u gnojivu u tlu, dok negativan PNB znači manjak. Globalni prosjeci NUEPB-a, uključujući gnojivo, gnojivo, fiksaciju i taloženje, pokazuju povećanje na 55% za dušik i 77% za fosfor.

Za većinu žitarica, poput pšenice i kukuruza, prirodni proces dobivanja dušika (N) iz zraka (biološka fiksacija) obično nije velik, manje od 10 kilograma po hektaru. Ali za kulture poput riže i šećerne trske, može biti malo više, oko 15-30 kilograma po hektaru.

A za neke mahunarke, poput soje, kikirikija, mahunarki i krmnih mahunarki, može biti i veća, u rasponu od 100 do 300 kilograma po hektaru. Ponekad, kada zalijemo biljke (navodnjavanje), unosimo i neke hranjive tvari, što može biti važno u određenim situacijama.

3. Omjer ravnoteže hranjivih tvari na farmi (NUEFG)

Proširuje granicu sustava izvan površine tla, uzimajući u obzir farme s integriranom proizvodnjom usjeva i životinja. Uključivanje stoke često smanjuje NUEFG zbog dodatnih složenosti. Poboljšanje NUEFG-a uključuje optimizaciju korištenja hranjivih tvari na cijeloj farmi, upravljanje gnojivom i minimiziranje vanjskog unosa hranjivih tvari.

Proširujući granice dalje, učinkovitost korištenja hranjivih tvari u prehrambenom lancu (NUEFC) procjenjuje dostupnost hranjivih tvari za ljudsku prehranu u odnosu na ukupni unos hranjivih tvari u cijeli prehrambeni sustav. Za dušik, procjene NUEFC-a kreću se od 10% do 40% među europskim zemljama. Međutim, zbog složenosti lanca proizvodnje hrane, praktična primjena i smislene procjene ostaju izazovne.

4. Višak hranjivih tvari (NS): To je razlika između ukupnog unosa hranjivih tvari i ukupnog izbacivanja hranjivih tvari unutar definiranih granica sustava. To ukazuje na potencijalni gubitak hranjivih tvari u okoliš. Visok NS znači visok rizik od onečišćenja okoliša.

Na primjer, prema globalnoj analizi Lassalette i suradnika (2014.), prosječne vrijednosti SB-NUE, PNB i NS za N u proizvodnji usjeva bile su 0,42 kg N/kg unosa N, 65 kg N/ha i 65 kg N/ha.

Kako poboljšati učinkovitost korištenja hranjivih tvari za bolje rezultate?

Odgovorna ishrana biljaka strategija je za osiguranje sigurnosti hrane i zaštite okoliša optimizacijom korištenja hranjivih tvari u poljoprivrednim sustavima. Stoga je važno pratiti i procjenjivati NEU pomoću odgovarajućih alata koji mogu uhvatiti njezinu složenost i varijabilnost. Evo nekoliko važnih metoda što može pomoći poljoprivrednicima i istraživačima da poboljšaju NUE u odgovornoj ishrani biljaka.

1. Ispitivanje hranjivih tvari

Testiranje hranjivih tvari je metoda mjerenja statusa hranjivih tvari u uzorcima tla i biljnog tkiva. Može pružiti vrijedne informacije o dostupnosti i unosu hranjivih tvari u sustavu tlo-biljka, kao i o potencijalu za gubitke ili nedostatke hranjivih tvari. Testiranje hranjivih tvari može pomoći poljoprivrednicima i istraživačima da:

• Odrediti optimalnu vrstu, brzinu, vrijeme i plasman hranjivih tvari, kao što su gnojiva, gnojivo, voda za navodnjavanje itd.
• Procijeniti agronomsku i ekonomsku učinkovitost različitih praksi upravljanja hranjivim tvarima, kao što su plodored, međuusjevi, pokrovni usjevi itd.
• Otkrivanje i ispravljanje neravnoteže hranjivih tvari ili poremećaja koji mogu utjecati na prinos i kvalitetu usjeva, poput nedostatka dušika, toksičnosti fosfora, nedostatka mikronutrijenata itd.
• Pratiti utjecaj unosa hranjivih tvari na okoliš, kao što su ispiranje, otjecanje, isparavanje, emisije stakleničkih plinova itd.

Testiranje hranjivih tvari može se provesti pomoću različitih metoda, kao što su kompleti za testiranje tla, prijenosni senzori, laboratorijske analize itd. Međutim, testiranje hranjivih tvari nije jednokratna aktivnost. Treba ga provoditi redovito i često kako bi se uhvatile dinamičke promjene u statusu hranjivih tvari tijekom vegetacijske sezone i na različitim poljima.

2. Daljinsko istraživanje i tehnologija

Daljinsko istraživanje je tehnika prikupljanja podataka s udaljenosti pomoću uređaja poput satelita, dronova, kamera itd. Može pružiti prostorno i vremenski kontinuirane informacije o različitim aspektima rasta i razvoja usjeva, kao što su proizvodnja biomase, indeks lisne površine, sadržaj klorofila, vodni stres itd. Daljinsko istraživanje može pomoći poljoprivrednicima da:

• Procijenite potencijal prinosa usjeva i varijabilnost na različitim poljima ili u različitim regijama
• Procijenite odgovor usjeva na različite unose hranjivih tvari ili prakse upravljanja
• Otkrivanje i dijagnosticiranje nedostataka hranjivih tvari ili stresa koji mogu utjecati na rast i kvalitetu usjeva
• Optimizirajte vrijeme i brzinu primjene hranjivih tvari na temelju potreba usjeva
• Smanjite troškove i rad uzorkovanja i testiranja na terenu

Daljinsko istraživanje može se provesti pomoću različitih platformi i senzora, kao što su optički, toplinski, radarski, hiperspektralni itd. Međutim, daljinsko istraživanje nije samostalni alat. Treba ga kalibrirati i validirati korištenjem podataka s terena, dobivenih mjerenjima ili testiranjem hranjivih tvari.

3. Modeliranje usjeva

Modeliranje usjeva je metoda korištenja matematičkih jednadžbi za opisivanje i predviđanje ponašanja usjeva u različitim uvjetima. Može pružiti kvantitativne informacije o interakcijama između usjeva, hranjivih tvari, tla, vode, klime i praksi upravljanja. Modeliranje usjeva može pomoći u:

• Razumjeti temeljne mehanizme i procese koji utječu na NUE u usjevima
• Procijenite učinke različitih scenarija ili intervencija na ishode NUE-a
• Optimizirajte dizajn i provedbu terenskih eksperimenata ili pokusa
• Ekstrapolirajte ili uvećajte rezultate terenskih mjerenja ili daljinskog istraživanja na veće skale ili regije

Modeliranje usjeva može se provesti pomoću različitih vrsta modela, kao što su empirijski, mehanistički ili hibridni modeli. Međutim, modeliranje usjeva nije jednostavan alat.

Za kalibraciju i validaciju modela te za ispravno tumačenje rezultata potrebno je mnogo podataka i stručnosti. Štoviše, modeliranje usjeva trebalo bi se koristiti zajedno s drugim alatima poput testiranja hranjivih tvari ili daljinskog istraživanja kako bi se provjerili i nadopunili rezultati modela.

Kako GeoPard može pomoći u poboljšanju učinkovitosti korištenja hranjivih tvari?

U nastojanju da se postigne održiva i odgovorna ishrana biljaka, uloga naprednih tehnologija postaje sve važnija. GeoPard, vrhunska platforma specijalizirana za preciznu poljoprivredu, nudi niz usluga osmišljenih za poboljšanje učinkovitosti korištenja hranjivih tvari (NUE) putem analize podataka o tlu, testiranja hranjivih tvari i pametnog izviđanja.

1. Analiza podataka o tlu

GeoPardova značajka analize podataka o tlu pruža detaljnu kartu svojstava tla, olakšavajući izradu propisanih karata za gnojidbu varijabilnom dozom (VRA). Ova mogućnost omogućuje poljoprivrednicima da:

• Optimizirajte gnojidbuPrilagodite primjenu gnojiva specifičnim karakteristikama tla, sprječavajući prekomjerno gnojenje i smanjujući utjecaj na okoliš.
• Definiranje zona upravljanjaUsporedite karakteristike tla s drugim slojevima i generirajte datoteke s promjenjivim količinama gnojiva za učinkovitu distribuciju hranjivih tvari.
• Plan uzorkovanja tlaStrateški planirati mjesta uzorkovanja tla na temelju višegodišnjih zona, odražavajući povijesne obrasce razvoja usjeva.

Nadalje, ističe se u poboljšanju učinkovitosti prehrane biljaka putem svog niza usluga. Pojednostavljuje interpretaciju podataka o tlu lako čitljivim vizualizacijama toplinske karte, omogućuje preciznu primjenu gnojiva putem gnojidbe s promjenjivom stopom gnojidbe (VRA) i pruža pouzdan uvid u stanje tla pomoću skenera tla visoke gustoće.

Osim toga, osigurava točnu provedbu plana hranjivih tvari, prati podatke o primjeni i sadnji te nudi vrijedne 3D karte i topografske analize za poboljšano donošenje odluka od strane uzgajivača. U biti, GeoPard je moćno rješenje za pojednostavljeno i održivo upravljanje ishranom biljaka.

Zaključak

Zaključno, učinkovitost korištenja hranjivih tvari (NUE) igra ključnu ulogu u globalnom poljoprivrednom krajoliku, a njezina važnost u promicanju optimalnog rasta biljaka ne može se dovoljno naglasiti. Kako prepoznajemo višestruke čimbenike koji utječu na NUE i različite pokazatelje u različitim sustavima, potreba za strateškim intervencijama postaje očita.

GeoPard se pojavljuje kao ključni igrač u ovom nastojanju, nudeći inovativna rješenja za poboljšanje NUE-a. Korištenjem svojih jednostavnih značajki, kao što su lako čitljive vizualizacije toplinskih mapa i precizno vođena gnojidba s promjenjivom stopom (VRA), osnažuje poljoprivrednike da donose informirane odluke i pojednostave prakse upravljanja hranjivim tvarima.