Kategorija: Valdymo zonos

FAO 2024 m. pasėlių mitybos ataskaitoje teigiama, kad 2024 m. pasaulinė žaliųjų svogūnų gamyba viršijo 105 milijonus metrinių tonų, tačiau lauko lygmens maistinių medžiagų naudojimo efektyvumas daugumoje komercinių ūkių išlieka mažesnis nei 40% – šį trūkumą tiesiogiai sprendžia konkrečioms vietovėms skirtos valdymo zonos.

Žaliųjų svogūnų (Allium cepa L.) auginimo zonų, skirtų konkrečiai vietai, nustatymas tampa viena iš veiksmingiausių tiksliosios sodininkystės strategijų, leidžiančių augintojams tiksliai pritaikyti trąšų kiekį prie dirvožemio erdvinio kintamumo. Derindami geostatistinę analizę, klasterinius algoritmus, GIS žemėlapius ir pasėliais pagrįstus rodiklius, tokius kaip NDVI ir SPAD vertės, ūkininkai gali suskirstyti vieną lauką į atskirus apdorojimo vienetus, kurių kiekvienas gauna tikslų jam reikalingą maistinių medžiagų mišinį.

Kodėl žaliųjų svogūnų auginimas reikalauja naujo požiūrio į maistinių medžiagų valdymą

Žalieji svogūnai (Allium cepa L.) yra vieni ekonomiškai svarbiausių daržovių pasaulyje, o Tarptautinio prekybos centro duomenimis, 2025 m. jų pasaulinė prekybos vertė siekė apie 14,8 mlrd. JAV dolerių. Be komercinės svarbos, žalieji svogūnai yra pagrindinis mitybos produktas Azijoje, Artimuosiuose Rytuose ir Lotynų Amerikoje, kur jie suteikia gyvybiškai svarbių mikroelementų ir bioaktyviųjų junginių milijonams žmonių.

Trumpas augimo ciklas – paprastai 60–90 dienų nuo pasodinimo iki derliaus nuėmimo – daro jį patrauklų intensyvioms auginimo sistemoms, tačiau tas pats kompaktiškumas nepalieka beveik jokių galimybių netinkamam maistinių medžiagų paskirstymui laikui ar erdvės valdymui. Pagrindinis žaliųjų svogūnų auginimo iššūkis yra tas, kad nėra vienodo lauko.

Dirvožemio organinių medžiagų kiekis, pH, prieinamas azotas, drenažo pajėgumas ir mikrobų aktyvumas kiekviename lauko kampe skiriasi, kartais net per kelis metrus. Kai ūkininkai trąšas naudoja vienodu kiekiu visame lauke (įprastas metodas), jie neišvengiamai pertręšia kai kurias zonas, o kitas – per mažai.

Dėl to prarandamos sąnaudos, teršiama aplinka dėl per didelio maistinių medžiagų išplovimo ir nevienoda derliaus kokybė, neatitinkanti šiuolaikinių eksporto rinkų rūšiavimo standartų. Būtent čia į pagalbą ateina konkrečioms vietovėms skirtų valdymo zonų (SSMZ) nustatymas kaip transformuojantis sprendimas.

Ši koncepcija kilo iš platesnės tiksliosios žemdirbystės srities ir veikia nustatant lauko sritis, turinčias panašias dirvožemio savybes ir pasėlių reakcijos potencialą, o tada kiekvieną zoną traktuojant kaip nepriklausomą valdymo vienetą. Konkrečiai, kalbant apie žaliuosius svogūnus, šis metodas suderina maistinių medžiagų tiekimą su pasėlių erdvėje kintančiu poreikiu, o moksliniai duomenys dabar yra pakankamai patikimi, kad būtų galima jį pritaikyti praktiškai ūkiuose.

Tiksliosios žemdirbystės konkrečioms vietovėms skirtų valdymo zonų supratimas

A konkrečiai vietai skirta valdymo zona (SSMZ) (atskiras lauko dalinis plotas, kuriame dirvožemio savybės ir pasėlių gamybos potencialas yra santykinai homogeniškos) yra pagrindinis tiksliosios žemdirbystės vienetas. Logika paprasta: jei negalite valdyti to, ko negalite išmatuoti, tikrai negalite pagerinti to, ką laikote vienodu, kai jis toks nėra.

SSMZ pakeičia lauko lygmens homogeniškumo prielaidą erdvine realybe, gauta iš faktinių duomenų. Erdvinis kintamumas – natūralūs ir žmogaus sukelti dirvožemio ir aplinkos savybių skirtumai lauke – lemia beveik kiekvieną pasėlių derlingumo aspektą.

Įprastai dirbamame lauke sutankinto, mažai organinių medžiagų turinčio dirvožemio plotas ir gilaus, derlingo priemolio plotas tręšiami vienodai. Sutankintame plote gali pasiekti toksišką druskos kiekį, o derlingame plote lieka nepakankamai trąšų. Šis neatitikimas yra ir produktyvumo nuostolis, ir žala aplinkai.

Yra daug veiksnių, lemiančių daržovių derliaus kintamumą laukuose. Dirvožemio tekstūra lemia vandens sulaikymo pajėgumą ir maistinių medžiagų išlaikymą. Organinės medžiagos reguliuoja azoto mineralizacijos greitį ir biologinį aktyvumą. Aukštis ir nuolydis daro įtaką drenažui, erozijos istorijai ir mikroklimatui.

Derlingumo istorija – ankstesni naudojimo modeliai, sėjomainos, erozijos įvykiai – palieka ilgalaikius pėdsakus maistinių medžiagų prieinamume. Žaliesiems svogūnams, kurie ypač jautrūs azoto, kalio ir sieros kiekiui, šie skirtumai tiesiogiai lemia derliaus ir kokybės skirtumus, matomus nuimant derlių.

SSMZ ribų nustatymas suteikia konkrečios naudos daržovių augintojams. Tai sumažina bendras trąšų sąnaudas, nes trąšos naudojamos tik ten, kur jų reikia. Tai pagerina aplinkosaugos reikalavimų laikymąsi, nes sumažina maistinių medžiagų judėjimą už lauko ribų. Tai padidina produkcijos vienodumą, o tai yra labai svarbu norint atitikti prekybos centrų kokybės reikalavimus. Be to, tai suteikia ūkininkams dokumentuotą, žemėlapiais pagrįstą savo lauko produktyvumo potencialo įrašą, kurį galima tikslinti kiekvieną sezoną.

Kodėl zonomis pagrįstas valdymas yra toks svarbus svogūnų biologijai

Žaliojo svogūno maistinių medžiagų poreikis nėra pastovus – jis labai kinta skirtinguose augimo etapuose, todėl trąšų išdėstymo tikslumas yra dar svarbesnis. Ankstyvosios vegetacijos metu (nuo pirmos iki trečios savaitės) pasėlis teikia pirmenybę fosforui šaknų pailgėjimui, o azotui – lapų formavimuisi.

Sparčiojo svogūnėlių pūtimo ir lapų plėtimosi fazėje (ketvirtą–septintą savaitę) kalio poreikis smarkiai padidėja, kad būtų galima reguliuoti turgorinį slėgį ir angliavandenių pasiskirstymą. Paskutiniame brendimo etape siera tampa labai svarbi cisteino sulfoksido junginių, kurie suteikia svogūnui būdingą aštrumą ir ilgaamžiškumą, sintezei.

Žaliojo svogūno šaknų sistema yra sekli ir pluoštinė, paprastai tęsiasi ne giliau nei 30–40 centimetrų, o didžioji dalis aktyviojo įsisavinimo vyksta viršutiniuose 15–20 centimetrų dirvožemio sluoksnyje. Tai reiškia, kad pasėlis visiškai priklauso nuo viršutinio dirvožemio horizonto maistinių medžiagų būklės – sluoksnio, kuriam labiausiai įtakos turi erdvinis kintamumas.

• organinės medžiagos,
• tankinimas ir
• drėkinimo paskirstymas.

Zonoje, kurioje vandens sulaikymo pajėgumas mažesnis, maistinės medžiagos iš šios svarbios šaknų zonos pasišalins greičiau, o tai reiškia, kad ta pati trąšų dozė duoda žymiai mažiau naudos nei gretimoje, geresnės struktūros dirvoje.

Žalieji svogūnai yra ypač jautrūs dirvožemio druskingumui. Kai elektrinio laidumo (EC) vertės viršija 1,2 dS/m (slenkstis, atitinkantis maždaug 770 mg/l ištirpusių druskų), augimas ir svogūnėlių vystymasis yra pastebimai sulėtėja.

Laukuose, kuriuose drėkinimo istorija kinta arba trąšos per sezonus kaupėsi netolygiai, energijos sąnaudos (EC) viename 1 hektaro plote gali svyruoti nuo 0,6 iki daugiau nei 2,0 dS/m². Nenustačius zonų ribų, bendro trąšų naudojimo atveju didelės EC vertės zonos dar labiau patirs stresą, o mažos EC vertės zonos bus nepakankamai maitinamos.

Kokybės parametrai, apibrėžiantys parduodamus laiškinius svogūnus – svogūnėlio skersmuo, lapo ilgis, chlorofilo kiekis, bendras tirpių sausųjų medžiagų kiekis (TSS) ir aštrumo balas – yra tiesiogiai priklausomi nuo maistinių medžiagų tiekimo pakankamumo ir erdvinio tikslumo. Augalai, gaunantys subalansuotas, zonai tinkamas trąšas, nuolat užauga mažesnio dydžio ir ilgiau išlieka ilgiau po derliaus nuėmimo, o tai tiesiogiai padidina ūkio pajamas.

Duomenų fondas zonų nustatymui

1. Dirvožemio savybės, lemiančios zonos ribas

Dirvožemio mėginių ėmimas yra bet kokio SSMZ ribų nustatymo atspirties taškas. Mėginių ėmimo plano pasirinkimas yra labai svarbus. Tinklelio dirvožemio mėginių ėmimas (mėginių rinkimas reguliariais erdviniais intervalais, paprastai kas 0,5–1 hektarą) sukuria duomenų taškų tankį, reikalingą patikimai interpoliacijai. Kiekvienas mėginys analizuojamas pagal dirvožemio tekstūrą (smėlis, dumblas, molio frakcijos), organinių medžiagų kiekį, pH, elektrinį laidumą ir prieinamus makro- bei mikroelementus, įskaitant

• azotas (N),
• fosforas (P),
• kalis (K),
• siera (S),
• cinko (Zn) ir
• geležis (Fe).

Dirvožemio organinė medžiaga yra ypač svarbi kaip zoną apibrėžiantis kintamasis, nes ji sujungia kelis procesus – vandens sulaikymą, katijonų mainų talpą, azoto mineralizaciją ir biologinį aktyvumą – į vieną išmatuojamą rodiklį. Laukuose, kuriuose organinės medžiagos kiekis 2 hektarų plote svyruoja nuo 0,8% iki 2,5%, azoto prieinamumas labai skirsis net ir esant vienodiems tręšimo režimams.

Panašiai dirvožemio pH lemia fosforo prieinamumą taip, kad įtaka yra mažesnė už panaudoto fosforo normų įtaką: esant pH 5,5, fosforo fiksacija aliuminiu ir geležimi gali imobilizuoti iki 80% panaudoto fosfato, o esant pH 6,5, ta pati dozė užtikrina 70–80% augalų prieinamumą. Pagrindinės dirvožemio savybės, naudojamos zonų nustatymui žaliųjų svogūnų auginimo metu, yra šios:

• Dirvožemio tekstūra ir tūrinis tankis, kurie lemia hidraulinį laidumą ir šaknų įsiskverbimo pasipriešinimą, tiesiogiai veikdami maistinių medžiagų judėjimą per profilį ir pasėlio fizinį gebėjimą pasiekti gilesnius drėgmės rezervus.
• Dirvožemio organinių medžiagų kiekis, kuris yra pagrindinis natūralaus azoto tiekimo ir mikrobų aktyvumo variklis ir kurį galima ekonomiškai efektyviai kartografuoti naudojant matomos-artimosios infraraudonosios spinduliuotės (VNIR) dirvožemio spektroskopiją visame lauke.
• Dirvožemio pH ir elektrinis laidumas (EC), kurie kontroliuoja visų pagrindinių ir šalutinių maistinių medžiagų cheminį prieinamumą ir gali būti matuojami realiuoju laiku naudojant GPS sujungtus mobiliuosius jutiklius, velkamus lauko paviršiumi.
• Makroelementų (N, P, K, S) ir mikroelementų (Zn, Fe, Mn, B) kiekis, kurie rodo neatidėliotiną kiekvienos zonos mitybos pradinį tašką ir nustato korekcinio pakeitimo normą, reikalingą prieš sodinimą.

2. Pasėliais pagrįsti rodikliai zonų riboms patvirtinti

Vien dirvožemio duomenys nepasako visos istorijos. Augimo sezono metu surinkti pasėlių reakcijos rodikliai patvirtina ir patikslina dirvožemio žemėlapiuose nustatytas zonų ribas. NDVI (Normalizuotas skirtuminės augmenijos indeksas – tai palydovų arba dronų pagalba gautas žaliosios biomasės ir fotosintezės gyvybingumo matas) yra plačiausiai SSMZ darbe naudojamas pasėlių rodiklis.

Jis kiekybiškai įvertina, kiek šviesos pasėlių vainikas sugeria artimojoje infraraudonojoje spektro dalyje, palyginti su matoma raudona šviesa, ir gauna vertes nuo -1 iki +1, o gerai maitinamų žaliųjų svogūnų vegetacijos piko metu paprastai gauna nuo 0,55 iki 0,75.

SPAD vertės – rankinio chlorofilo matuoklio (dirvožemio augalų analizės ir plėtros matuoklio), kuris neardomuoju būdu įvertina lapų chlorofilo kiekį, rodmenys – leidžia tiesiogiai įvertinti azoto maistinę būklę lapų lygmenyje.

Žurnale „Agronomy“ (2023 m.) paskelbti tyrimai parodė, kad žaliųjų svogūnų lapų SPAD vertės, mažesnės nei 42, patikimai rodė azoto trūkumą, dėl kurio reikėjo atlikti korekcinį viršutinį tręšimą, o vertės, didesnės nei 55, signalizavo apie pernelyg didelį azoto sunaudojimą ir galimą azoto patekimą į dirvožemį. SPAD kitimo lauke kartografavimas leidžia gauti realaus laiko azoto būsenos žemėlapį, kuris papildo prieš sezoną surinktus dirvožemio nitratų duomenis.

Augalų aukštis, lapų skaičius ir šviežia biomasė ploto vienete yra papildomi pasėliais pagrįsti rodikliai, renkami zoną reprezentuojančiose mėginių ėmimo vietose. Šie fiziniai matavimai patvirtina zonų klasifikacijas, gautas iš nuotolinio stebėjimo duomenų ir dirvožemio cheminės sudėties, užtikrinant, kad galutinis zonos žemėlapis atspindėtų tikrąjį pasėlių derlių, o ne tik prognozuojamą derlių.

3. Aplinkos ir topografiniai veiksniai

Topografiniai duomenys, surinkti GPS pagrįstais matavimais arba gauti iš skaitmeninių aukščio modelių (DEM), papildo zonų apibrėžimą svarbiu fiziniu sluoksniu. Net 0,5 metro aukščio skirtumai lygiame lauke gali sukelti reikšmingų skirtumų.

• drenažas,
• šalto oro kaupimasis ir
• drėkinimo nuotėkio modeliai.

Šlaito aspektas daro įtaką dirvožemio temperatūrai ir garavimui, o įgaubtos kraštovaizdžio pozicijos laikui bėgant kaupia vandenį, organines medžiagas ir išplaunamas maistines medžiagas, todėl jos sistemingai tampa derlingesnės nei išgaubtos kalnagūbrių pozicijos. Dirvožemio drėgmės kintamumas, matuojamas laiko srities reflektometrijos (TDR) jutikliais arba įvertinamas iš terminių infraraudonųjų spindulių vaizdų, atspindi dinaminį vandens prieinamumą įvairiose zonose.

Kadangi žaliųjų svogūnų šaknų maistinių medžiagų pasisavinimas daugiausia priklauso nuo masės srauto (maistinės medžiagos patenka į šaknis, ištirpusias dirvožemio vandenyje), zonos, kuriose yra chroniškai mažesnis drėgmės kiekis, šaknims tiekia mažiau maistinių medžiagų, net kai cheminė koncentracija dirvožemio tirpale yra tokia pati kaip drėgnesnėse zonose.

Moshia ir kt. (Journal of Plant Nutrition, 2024) nustatė, kad laukai, suskirstyti į tris SSMZ klases pagal bendrus dirvožemio EB, organinių medžiagų ir NDVI duomenis, pasiekė 31% sumažėjęs bendras panaudoto azoto kiekis palyginti su vienodo tarifo valdymu, tuo pačiu padidinant parduodamą derlių 18% didelio potencialo zonoje ir išlaikant pajamingumo paritetą vidutinėje zonoje.

Augintojai gali sumažinti azoto sąnaudas beveik trečdaliu neaukodami derliaus, nukreipdami sutaupytas lėšas iš pertręštų zonų į teisingai dozuojamas didelio potencialo zonas.

Valdymo zonų nustatymo metodai

Neapdoroti dirvožemio ir pasėlių duomenys, surinkti iš tinklelio mėginių ėmimo ir nuotolinio stebėjimo, turi būti transformuoti į praktinius zonų žemėlapius. Šis transformavimas atliekamas pagal logišką analitinių veiksmų seką, kuri pereina nuo neapdorotų taškinių duomenų prie išlygintų ištisinių žemėlapių ir atskirų valdymo klasių.

1. Tinklelio dirvožemio mėginių ėmimas Esant 1 mėginio 0,5–1 hektaro erdviniam tankumui, gaunami georeferenciniai duomenų taškai. Kiekvienas taškas turi GPS koordinates ir laboratorines išmatuotų dirvožemio savybių vertes.

2. Geostatistinė analizė (erdvinės statistikos metodų šeima, modeliuojanti struktūrizuotą erdvinę priklausomybę tarp imties taškų) prasideda variograminiu modeliavimu. Variograma kiekybiškai įvertina, kaip dirvožemio savybių panašumas mažėja didėjant atstumui tarp dviejų taškų. Pritaikytas variograminis modelis apibrėžia interpoliacijos svorius, naudojamus kitame etape.

3. Krigingas Krigingo metodas (optimalus erdvinės interpoliacijos metodas, kuris naudoja variogramų parametrus reikšmėms neapibrėžtose vietose įvertinti su išmatuojamu prognozės neapibrėžtumu) taškų duomenis paverčia ištisiniais kiekvienos dirvožemio savybės rastriniais žemėlapiais. Skirtingai nuo paprastesnių metodų, tokių kaip atvirkštinis atstumo svorinis nustatymas, krigingo metodas taip pat sukuria prognozavimo paklaidų žemėlapį, kuris nurodo analitikui, kur reikia daugiau atrankos.

4. K reikšmių klasterizavimas (neprižiūrimas mašininio mokymosi algoritmas, kuris grupuoja rastrinius langelius į k klasių, sumažindamas klasterio vidinius dispersijos rodiklius keliuose įvesties sluoksniuose) tada taikomas krigeto dirvožemio savybių žemėlapių krūvai. Kiekviena rastrinė langelis priskiriamas klasteriui, kurio centroidui jis yra arčiausiai daugiamatėje erdvėje, sukuriant diskretų zonų žemėlapį su vartotojo nurodytu zonų skaičiumi – paprastai nuo dviejų iki penkių praktinio valdymo tikslais.

5. GIS programinė įranga (Geografinių informacinių sistemų platformos, tokios kaip QGIS, ArcGIS arba SAGA) tarnauja kaip integracijos aplinka, kurioje krigedo dirvožemio žemėlapiai, palydoviniai NDVI sluoksniai, topografiniai duomenys ir istoriniai derlingumo žemėlapiai sujungiami, analizuojami ir vizualizuojami kaip galutiniai SSMZ žemėlapiai, paruošti naudoti lauke.

6. Zonos patvirtinimas atliekamas lyginant prognozuojamą zonos klasę su lauke stebimais pasėlių našumo rodikliais (SPAD, augalo aukščiu, NDVI), surinktais iš reprezentatyvių transektų, kertančių zonų ribas. Ribos, kurios neatitinka stebimų pasėlių perėjimų, yra patikslinamos koreguojant grupių skaičių arba atskiriems įvesties sluoksniams priskirtą svorį.

Maistinių medžiagų valdymo strategijos, skirtos kiekvienai valdymo zonai

1. Kintamo kiekio tręšimas pagal zonas

Kintamo kiekio tręšimas (VRF) (skirtingų trąšų normų taikymas skirtingose lauko zonose, remiantis erdviškai tiksliais dirvožemio ir pasėlių duomenimis) yra tiesioginis SSMZ ribų nustatymo operatyvinis rezultatas. Kiekviena zona gauna nustatytą normą, apskaičiuojamą pagal skirtumą tarp dabartinės dirvožemio maistinių medžiagų būklės ir pasėlių dokumentuoto įsisavinimo poreikio vienam derliaus vienetui.

Šis agronominis principas, kartais vadinamas pakankamumo metodu, padeda išvengti tiek nepakankamo tiekimo, tiek ekonomiškai ir aplinkai žalingos praktikos, kai draudiminiu būdu naudojamas perteklinis maistinių medžiagų kiekis.

Azoto valdymas taikant VRF reikalauja ypatingo dėmesio laiškiniams svogūnams, nes pasėlių azoto poreikis smarkiai padidėja spartaus lapų ilgėjimo fazėje, o azoto prieinamumas dirvožemyje yra labai dinamiškas. Zonose, kuriose yra didesnis organinių medžiagų kiekis, per sezoną mineralizuojama daugiau natūralaus azoto, todėl sumažėja sintetinio azoto poreikis.

„Scientia Horticulturae“ (2025 m.) atliktas tyrimas parodė, kad žaliųjų svogūnų plotuose, esančiuose zonose, kuriose gausu organinių medžiagų, vidutiniškai reikėjo 35 kg N/ha mažiau sintetinio azoto, palyginti su identiškais sklypais zonose, kuriose mažai organinių medžiagų, siekiant lygiaverčių SPAD tikslų ir galutinės azoto koncentracijos lapuose.

Fosforo ir kalio kiekio koregavimas pagal zonas grindžiamas dirvožemio tyrimų metu nustatytu fosforo ir kalio kiekiu, palyginti su česnakų (Allium) augalams nustatytomis pakankamumo ribomis – optimaliam žaliųjų svogūnų derliui paprastai reikia 25–40 mg fosforo/kg dirvožemio ir 150–200 mg kalio/kg dirvožemio.

Zonoms, kuriose atliekami bandymai, viršijantys šias ribas, taikomos tik palaikomosios dozės; zonoms, esančioms žemiau šių ribų, taikomos korekcinės dozės, sukalibruotos pagal dirvožemio buferinę talpą. Mikroelementų korekcijos, ypač cinko šarminiuose dirvožemiuose, kurių pH didesnis nei 7,2, ir geležies kalkingose, didelės bikarbonatų koncentracijos sąlygose, priskiriamos kiekvienai zonai, remiantis DTPA ekstrahuojamų mikroelementų dirvožemio bandymais.

2. Organiniai trąšų priedai ir biotrąšos pagal zonas

Organinės trąšos – kompostas, mėšlas arba komunalinės biomasės – efektyviausiai naudojamos zonose, kuriose organinių medžiagų kiekis mažiausias ir dirvožemio struktūra silpniausia. Priežastis ta, kad organinių medžiagų papildymo naudos ir sąnaudų santykis yra didžiausias degradavusiuose, mažai anglies turinčiuose dirvožemiuose, o zonose, kuriose jau gausu organinių medžiagų, tos pačios investicijos grąža mažėja.

Zonai būdinga komposto naudojimo strategija, kai zonoms su mažiausiu organinės medžiagos kiekiu naudojamas 15–20 t/ha, o zonoms su vidutiniu organinės medžiagos kiekiu – 5–8 t/ha, paprastai atkuria lauko lygio organinių medžiagų vienodumą per du tris auginimo sezonus.

Biotrąšos – produktai, kurių sudėtyje yra fosfatus tirpinančių bakterijų (PSB) arba azotą fiksuojančių organizmų, tokių kaip Azospirillum, – gali būti naudojami kintamomis normomis zonose, kuriose dirvožemio biologinis aktyvumas yra ribojantis maistinių medžiagų prieinamumo veiksnys, o ne bendras maistinių medžiagų kiekis.

Zonose, kuriose mažai mikrobų biomasės anglies, daugelio bandymų metu įrodyta, kad biotrąšų naudojimas pagerina fosforo įsisavinimo efektyvumą 20–30% be papildomo sintetinio fosforo kiekio.

3. Tręšimas ir vandens naudojimo efektyvumas pagal zonas

Tręšimas (vienu metu laistymo vandenyje ištirpintų trąšų tiekimas lašelinėmis arba purkštuvų sistemomis) suteikia augintojams didžiausią erdvinį maistinių medžiagų tiekimo tikslumą. Kai laistymo sistema suprojektuota su zonai būdingu vožtuvų valdymu – tai paprastas šiuolaikinių lašelinių sistemų papildymas – trąšų koncentraciją laistymo vandenyje galima reguliuoti atskirai kiekvienai zonai kiekvieno laistymo metu.

Tai pašalina perlaistymą, dėl kurio druskos susikaupia mažo infiltracijos zonose, ir nepakankamą laistymą, dėl kurio maistinės medžiagos lieka nejudrios didelio pralaidumo zonose.

Al-Harbi ir kt. (Žemės ūkio vandenų valdymas, 2024 m.) pranešė, kad taikant zonai būdingą tręšimo valdymą, laiškiniai svogūnai pasiekė 22% vandens naudojimo efektyvumo gerinimas ir a 19% svogūnėlių derliaus vienodumo padidėjimas palyginti su vienodo greičio lašeliniu tręšimu lauke su dviem skirtingomis SSMZ klasėmis.

Tręšimas konkrečioje zonoje sukuria sudėtinį pranašumą – tuo pačiu metu taupomas vanduo, sumažinamos trąšų sąnaudos ir pagerinama produktų rūšiavimas, o visa tai daroma iš tų pačių infrastruktūros investicijų.

Poveikis žaliųjų svogūnų maistinių medžiagų būklei skirtingose zonose

Tiesioginis išmatuojamas SSMZ pagrindu veikiančio valdymo privalumas yra paties pasėlio mitybos būklės pagerėjimas. Lapų maistinių medžiagų koncentracija – matuojama audinių analize kritiniame augimo etape ir išreiškiama N, P ir K sausosios masės procentais bei mikroelementų milijoninėmis dalimis – tampa vienodesnė visame lauke, kai zonos gauna individualiai pritaikytas, o ne vienodas trąšų normas.

Tikslus maistinių medžiagų valdymas nepapildo geriausių zonų trąšomis – jis pašalina atliekas iš blogiausiai tvarkomų zonų, ir šis skirtumas yra tai, kur slypi ir pelnas, ir aplinkos apsauga.

Maistinių medžiagų įsisavinimo efektyvumas (NUpE, apibrėžiamas kaip bendras pasėlių absorbuojamas maistinių medžiagų kiekis, padalytas iš bendro panaudotų maistinių medžiagų kiekio) padidėja taikant zoninį valdymą dėl paprastos mechaninės priežasties: zonoms, kuriose jau yra pakankamas tiekimas, naudojama mažiau maistinių medžiagų, todėl sumažėja efektyvumo santykio vardiklis, tuo pačiu išlaikant arba pagerinant įsisavinimą.

Žurnale „Frontiers in Plant Science“ (2024 m.) apžvelgtuose tyrimuose nustatyta, kad Allium rūšių azoto NUpE padidėjo nuo vidutiniškai 42%, taikant vienodą valdymą, iki 61–67%, taikant SSMZ pagrįstą kintamos normos valdymą – šis padidėjimas tiesiogiai sumažina nitratų kiekį, kuris gali patekti į gruntinius vandenis.

Poveikis žaliųjų svogūnų augimo parametrams

Zonai būdingas maistinių medžiagų valdymas lemia išmatuojamus augalų aukščio, lapų ploto indekso ir biomasės kaupimosi pagerėjimus. Mechanizmas yra paprastas: kai kiekviena zona gauna azoto dozę, atitinkančią jos pasiūlos ir paklausos atotrūkį, azotas nėra nei praskiedžiamas dėl prabangaus naudojimo, nei ribojamas zonose, kuriose jo trūksta, o pasėliai skiria anglį antžeminiam augimui, o ne kompensaciniam šaknų ieškojimui, ieškodami trūkstamų maistinių medžiagų.

Egipto Nilo deltos regione atliktuose lauko bandymuose (paskelbtuose žurnale „Sodininkystės mokslas ir biotechnologija“, 2023 m.) laiškinių svogūnų ploteliai, tvarkomi pagal trijų zonų SSMZ režimą, parodė statistiškai reikšmingą augimo rodiklių pagerėjimą.

• Augalo aukštis didelio potencialo zonoje padidėjo 14.3% didesnis už vidutinį lauko aukštį, užfiksuotą vienodai tvarkant augalus, dėl optimizuoto azoto tiekimo greito vegetacinio augimo fazės metu.
• Lapų ploto indeksas praėjus 45 dienoms po persodinimo buvo 18% aukščiau vidutinio potencialo zonoje, taikant zonai būdingą ūkį, palyginti su ta pačia zona, kuri ūkyje taikoma vienodai, nes pakoreguotas fosforo naudojimas pagerino šaknų vystymąsi ir vandens įsisavinimo pajėgumą.
• Bendra antžeminė šviežia biomasė derliaus nuėmimo metu buvo 12,7% didesnis SSMZ valdomame lauke, palyginti su įprastai valdomu valdymu, daugiausia dėl patobulinimų anksčiau nepakankamai tręštoje mažo potencialo zonoje.

Šaknų vystymosi pagerėjimą sunkiau išmatuoti dideliu mastu, tačiau rizotrono tyrimai rodo, kad zonai tinkamas kalio papildymas padidina šaknų plaukų tankį ir pailgėjimą, pagerindamas fizinį sąlyčio paviršių tarp šaknų ir dirvožemio dalelių, kur masės srauto maistinių medžiagų tiekimas yra svarbiausias.

Poveikis žaliųjų svogūnų derliui ir kokybei

SSMZ valdymo pagerintas žaliųjų svogūnų derlius gaunamas dviem skirtingais būdais. Pirma, zonos, kurios anksčiau buvo pertręštos – paprastai daug organinių medžiagų turintys, natūraliai derlingi plotai – yra apsaugomos nuo druskingumo streso ir prabangių maistinių medžiagų toksiškumo, kurie gali sumažinti derlių net ir natūraliai produktyviuose dirvožemiuose.

Antra, zonos, kurios anksčiau buvo nepakankamai tręšiamos, gauna korekcines normas, kurios pagerina jų našumą, siekdamos genetinio derliaus potencialo, taip padidindamos lauko vidurkį, nereikalaujant papildomų bendrų trąšų išlaidų. Pagrindiniai kokybės parametrai, kurie pagerėja taikant zoninį valdymą, atskleidžia komerciškai svarbią istoriją:

1. Lemputės skersmuo ir pagerėja vienodumas, nes zonai būdingas kalio tiekimas užtikrina nuoseklų angliavandenių pasiskirstymą svogūnėliui visame lauke, o ne tik tose vietose, kuriose yra pakankamas natūralaus kalio kiekis.

2. Chlorofilo kiekis derliaus nuėmimo metu — matuojamas SPAD arba destruktyvios ekstrakcijos metodu ir išreiškiamas mg chlorofilo vienam šviežios masės gramui, — yra didesnis ir vienodesnis SSMZ valdomuose pasėliuose, todėl lapai įgauna sodrią žalią spalvą, kuri lemia aukščiausias kainas šviežių produktų rinkose ir eksporto grandinėse.

3. Bendras tirpių kietųjų dalelių kiekis (TSS), tiesioginis cukraus kaupimosi ir skonio intensyvumo rodiklis, padidėja 8–12% taikant zonai optimizuotą kalio ir sieros valdymą, remiantis žurnale „Journal of the Science of Food and Agriculture“ (2024 m.) paskelbtais duomenimis.

4. Aštrumo balas — kiekybiškai įvertinama piruvinės rūgšties koncentracija (mmol/100 g šviežios masės), priimtas biocheminis svogūnų aštrumo intensyvumo žymuo, — tiesiogiai reaguoja į tinkamą sieros mitybą. Nustatyta, kad sieros naudojimas konkrečiai zonai sieros trūkumo zonose padidina piruvinės rūgšties kiekį 15–22%, pagerinant tiek skonio profilį, tiek stabilius sieros junginius, kurie pailgina galiojimo laiką po derliaus nuėmimo.

Zonomis pagrįsto valdymo ekologinės ir aplinkosaugos pasekmės

Ekonominis SSMZ diegimo žaliųjų svogūnų auginime pagrindimas grindžiamas tikslaus įvesties valdymo sąnaudų ir naudos struktūra. Pradinės investicijos apima dirvožemio mėginių ėmimą (paprastai 12–25 USD už hektarą tinklelio mėginių ėmimui), laboratorinę analizę, GIS žemėlapių sudarymo programinę įrangą (su nemokama atvirojo kodo QGIS) ir kintamo kiekio purškimo įrangą.

10 hektarų komercinės žaliųjų svogūnų auginimo įmonės įrengimo išlaidos svyruoja nuo 800 iki 2500 JAV dolerių, priklausomai nuo mėginių ėmimo tankumo ir pasirinktos įrangos. Už šią investiciją augintojai gali tikėtis apčiuopiamos finansinės grąžos. Sutaupoma lėšų, sutaupytų pašalinus per didelį trąšų kiekį derlingose zonose, paprastai svyruoja nuo 15–251 TP3T visų trąšų išlaidų.

Aukščiausios kokybės derliaus padidėjimas – eksportui arba prekybos centrams skirtų specifikacijų atitinkančio derliaus dalis – padidėja 10 kartų iki 20%, o tai reiškia 20–35% kainą už kilogramą aukščiausios kokybės daržovių rinkose. Kartu šie privalumai komercinio masto augintojams per vieną auginimo sezoną lemia 2,5–4,5 karto didesnę SSMZ investicijų grąžą, palyginti su įkūrimo sąnaudomis.

Poveikis aplinkai yra vienodai reikšmingas. Nitratų išplovimas į gruntinius vandenis, Remiantis „European Journal of Agronomy“ (2024 m.) paskelbta metaanalize, pagrindinis intensyvios daržovių auginimo aplinkosauginis poveikis, taikant zonai būdingą azoto valdymą, palyginti su vienodu bendro naudojimo tręšimu, sumažėja 40–60%.

Fosforo nuotėkis, skatinantis paviršinių vandens telkinių eutrofikaciją, proporcingai mažėja, nes didelio derlingumo zonose pašalinamas per didelis fosforo kiekis. Bendro sintetinių trąšų naudojimo sumažinimas taip pat sumažina gamybos sistemos anglies pėdsaką, nes sintetinio azoto gamyba sudaro maždaug 1,5 kg CO2 ekvivalento vienam kilogramui pagaminto karbamido.

Iššūkiai ir apribojimai, kuriuos augintojai turėtų numatyti

SSMZ ribų nustatymas nėra be praktinių kliūčių, ir sąžiningas šių apribojimų pripažinimas yra būtinas norint realistiškai planuoti įvaikinimą.

i. Duomenų rinkimo išlaidos yra pagrindinė kliūtis smulkiesiems ūkininkams. Norint atlikti patikimą krigingo interpoliaciją, pakankamo tankio dirvožemio mėginių ėmimui tinklelio metodu reikia 15–30 mėginių iš hektaro labai kintančiuose laukuose, o laboratorinė analizė, skirta visapusiškam maistinių medžiagų profiliui nustatyti, gali kainuoti 30–80 JAV dolerių už mėginį. 1 hektaro smulkaus ūkininko sklype šis vienas išlaidų elementas gali viršyti visą sąnaudų biudžetą.

ii. Techninė patirtis Geostatistikos, GIS programinės įrangos valdymo ir kintamo greičio įrangos kalibravimo paslaugos nėra plačiai prieinamos daugumoje daržovių auginimo regionų. Konsultavimo paslaugos retai apima erdvinių duomenų analizę, o privatūs agronomijos konsultantai, turintys SSMZ kompetenciją, ima aukščiausius mokesčius, kurie prieinami tik didesnėms įmonėms.

iii. Taikymas smulkiųjų ūkininkų atžvilgiu yra struktūriškai ribojamas sklypo dydžio. Krigingo interpoliacijai reikia mažiausiai 10–15 mėginių ėmimo taškų kiekvienam kintamajam, kad būtų galima sukurti patikimus žemėlapius, todėl ekonomiškai efektyviam SSMZ darbui su įprastu dirvožemio mėginių ėmimu nustatoma praktiška apatinė maždaug 2–3 hektarų riba. Žemiau šios ribos pragmatiškesnė alternatyva yra nukreiptas sudėtinis mėginių ėmimas pagal matomo lauko zonas.

iv. Dirvožemio savybių kintamumas laike – ypač nitratų azotas, kuris per mėnesį gali pasikeisti 50% ar daugiau, priklausomai nuo kritulių kiekio ir temperatūros, – reiškia, kad zonų žemėlapiai, gauti iš priešsezoninių mėginių ėmimo, gali netiksliai atspindėti sąlygas tuo metu, kai priimami sprendimai dėl viršutinio tręšimo sezono metu. Norint atnaujinti maistinių medžiagų receptus sezono metu, būtinos pasėlių jutiklių technologijos (NDVI dronų skrydžiai, SPAD rodmenys realiuoju laiku).

Ateities perspektyvos: kur link juda SSMZ mokslas

Naujos kartos SSMZ mokslas, skirtas daržovėms, susitelkia ties trimis technologinėmis sritimis, kurios gerokai sumažins zonų nustatymo išlaidas ir padidins jo tikslumą.

Dronais pagrįstas multispektrinis ir hiperspektrinis vaizdavimas pakeičia daug laiko reikalaujantį rankinį dirvožemio mėginių ėmimą kaip pagrindinį duomenų šaltinį greitam SSMZ ribų nustatymui. Vieno drono skrydžio 30–50 metrų aukštyje metu galima užfiksuoti lajos atspindžio duomenis 5–10 cm erdvine raiška visame ūkyje per mažiau nei valandą.

Kai dronų vaizdai kalibruojami su tiksliniais dirvožemio mėginiais reprezentatyviuose taškuose, jie gali generuoti NDVI, raudonojo krašto chlorofilo indekso ir lajos temperatūros žemėlapius, kurie nustato zonų ribas tokiu tikslumu, kuris prilygsta tankiam tinklelio mėginių ėmimui, už nedidelę kainos dalį.

Mašininio mokymosi algoritmai, ypač atsitiktiniai miškų klasifikatoriai ir neuroniniai tinklai, apmokyti naudojant daugiamečius dirvožemio savybių, derliaus istorijos ir palydovinių vaizdų duomenų rinkinius, transformuoja zonų apibrėžimą iš vieno sezono momentinės nuotraukos į dinamišką, nuspėjamąją sistemą.

Modeliai, apmokyti remiantis penkerių ar daugiau metų lauko duomenimis, gali numatyti zonų ribas ateinančiam sezonui dar prieš atliekant bet kokius naujus dirvožemio mėginių ėmimus, todėl receptinius žemėlapius galima parengti likus kelioms savaitėms iki sodinimo ir sumažinti augintojams tenkantį spaudimą sezono pradžioje.

Klimato požiūriu išmanus maistinių medžiagų valdymas yra SSMZ darbo konceptualioji riba. Kadangi sezoniniai temperatūros ir kritulių modeliai tampa mažiau nuspėjami, galimybė koreguoti konkrečiai zonai skirtas trąšų dozes reaguojant į realaus laiko orų prognozes – sumažinti azoto kiekį zonose, kuriose gresia užmirkimas prieš smarkias liūtis, arba padidinti kalio kiekį karščio patiriančiose zonose sausros metu – taps pagrindine ūkio valdymo sistemų funkcija.

Integracija su debesijos pagrindu veikiančiomis sprendimų palaikymo platformomis, kurios apjungia orų duomenis, pasėlių modelius, dirvožemio jutiklių rodmenis ir rinkos kainų signalus, jau vyksta ankstyvosiose ūkininkavimo įmonėse Nyderlanduose, Izraelyje ir Australijoje.

Išvada

Žaliųjų svogūnų (Allium cepa L.) auginimo zonų, skirtų konkrečiai vietai, nustatymas nebėra mokslinių tyrimų retenybė – tai komerciškai patvirtinta strategija, skirta pagerinti maistinių medžiagų būklę, augimo vienodumą ir produkcijos kokybę, tuo pačiu metu sumažinant sąnaudas ir poveikį aplinkai. Peržiūrėta įrodymų bazė rodo, kad vienodo dydžio dirvožemio zonos, tinkamai nustatytos naudojant dirvožemio cheminę analizę, geostatistinę analizę, pasėliams skirtus jutiklius ir GIS integraciją, nuolat pranoksta vienodą valdymą pagal komerciniams gamintojams svarbiausius rodiklius: azoto naudojimo efektyvumą, parduodamą derlių, svogūnėlių rūšies vienodumą ir derliaus nuėmimo laiką. Agronomams ir augalininkystės konsultantams, konsultuojantiems žaliųjų svogūnų auginimo įmones, praktinės rekomendacijos yra aiškios. Pradėkite nuo tinklelio pagrindu sudaryto dirvožemio mėginių ėmimo, imant mažiausiai 1 mėginį iš hektaro, teikiant pirmenybę pH, organinėms medžiagoms, įeinančiam organiniam junginiui (EB) ir prieinamam NPK kaip pagrindiniams zoną apibrėžiantiems kintamiesiems.