Maistinių medžiagų naudojimo efektyvumo vaidmuo atsakingoje augalų mityboje

Maistinių medžiagų naudojimo efektyvumas (MMV) yra labai svarbi šiuolaikinio žemės ūkio koncepcija, atliekanti lemiamą vaidmenį skatinant augalų augimą ir optimizuojant bendrą pasėlių derlių. Kadangi pasaulio gyventojų skaičius toliau auga, maisto produktų paklausa didėja, todėl ūkininkai privalo taikyti tvarią ir efektyvią ūkininkavimo praktiką.

Maistinės medžiagos yra būtinos augalų augimui, vystymuisi ir medžiagų apykaitai. Jos atlieka svarbų vaidmenį įvairiuose fiziologiniuose procesuose, tokiuose kaip fotosintezė, kvėpavimas, fermentų aktyvumas, ląstelių dalijimasis, signalo perdavimas ir atsakas į stresą.

Augalams reikia skirtingo kiekio ir tipo maistinių medžiagų, priklausomai nuo jų rūšies, augimo stadijos ir aplinkos sąlygų. Kai kurių maistinių medžiagų reikia dideliais kiekiais (makroelementų), tokių kaip azotas (N), fosforas (P), kalis (K) ir kt. Kitų reikia mažais kiekiais (mikroelementų, tokių kaip geležis (Fe), cinkas (Zn), varis (Cu) ir kt.).

Kas yra maistinių medžiagų panaudojimo efektyvumas?

Tai reiškia augalo gebėjimą efektyviai panaudoti maistines medžiagas savo augimui ir vystymuisi. Paprasčiau tariant, tai yra matas, parodantis, kaip efektyviai augalai pasisavina ir panaudoja esminius elementus iš dirvožemio, vandens ir oro.

Jo naudojimas apima nuostolių mažinimą ir augalų maistinių medžiagų įsisavinimo bei panaudojimo maksimalizavimą, galiausiai prisidedant prie geresnių pasėlių rezultatų. Tai galima išreikšti kaip augalo biomasės arba derliaus ir maistinių medžiagų įsisavinimo arba sąnaudų santykis.

Didelis NIE reiškia, kad augalai pagamina daugiau biomasės arba derliaus su mažesniu maistinių medžiagų suvartojimu arba sąnaudomis, o mažas NIE reiškia, kad augalams reikia daugiau maistinių medžiagų, kad būtų pasiektas tas pats augimo arba produktyvumo lygis.

Be to, NUE gali būti apibrėžtas skirtingai, priklausomai nuo užduodamo klausimo ir turimų duomenų. Kai kurie dažniausiai vartojami NUE apibūdinimo terminai:

• Dalinis faktorinis produktyvumas (DNF): pasėlių derliaus kiekis, tenkantis vienam panaudotos maistinės medžiagos vienetui
• Agronominis efektyvumas (AE): pasėlių derliaus padidėjimas, tenkantis vienam panaudotos maistinės medžiagos vienetui
• Dalinis maistinių medžiagų balansas (DMB): maistinių medžiagų pasisavinimo kiekis, tenkantis vienam panaudotos maistinės medžiagos vienetui
• Tariamasis regeneravimo efektyvumas (RE): tręštų ir netręštų pasėlių maistinių medžiagų įsisavinimo skirtumas vienam panaudotos maistinės medžiagos vienetui
• Vidinis panaudojimo efektyvumas (IE): pasėlių derliaus kiekis, tenkantis vienam maistinių medžiagų suvartojimo vienetui
• Fiziologinis efektyvumas (PE): pasėlių derliaus padidėjimas, tenkantis vienam maistinių medžiagų įsisavinimo skirtumo vienetui tarp tręštų ir netręštų pasėlių

Visuotinis atsakas į jo svarbą

Pasak Maisto ir žemės ūkio organizacijos (FAO), pasaulinis trąšų suvartojimas nuo 1961 m. išaugo daugiau nei 500% ir 2023 m. pasiekė daugiau nei 200 milijonų tonų maistinių medžiagų. Tai prisidėjo prie reikšmingo pasėlių gamybos ir maisto prieinamumo padidėjimo, taip pat prie didelio maistinių medžiagų praradimo aplinkoje.

Be to, FAO apskaičiavo, kad visame pasaulyje pasėliai pasisavina tik 42% azoto (N) ir 15% fosforo (P), naudojamų kaip trąšos, o likusi dalis prarandama dėl išplovimo, nuotėkio, erozijos, garavimo, denitrifikacijos arba imobilizacijos.

Todėl FAO nustatė tikslą iki 2030 m. padidinti pasaulinį vidutinį NUE nuo 42% iki 52%. Tam reikėtų 20% sumažinti azoto trąšų naudojimą, o 10% padidinti augalų azoto pasisavinimą. Panašiai Atsakingo augalų mitybos mokslinė grupė pasiūlė viziją, kaip iki 2050 m. pasiekti gamtai palankią augalų mitybą. Šioje vizijoje numatyti penki tikslai:

1. Maistinių medžiagų švaistymo maisto sistemoje sumažinimas perpus, taikant atsakingą vartojimą, didesnį perdirbimą ir geresnę valdymo praktiką.
2. Dirvožemio maistinių medžiagų išeikvojimas ir anglies dioksido netekimas buvo sustabdytas, todėl pagerėjo dirvožemio sveikata ir organinių medžiagų kiekis.
3. Maistinių medžiagų nuostoliai į vandens telkinius sumažinti 75%, taip užkertant kelią eutrofikacijai ir dumblių žydėjimui.
4. Žemės ūkio išmetamų azoto suboksido kiekių sumažinimas 50%, prisidedant prie šiltnamio efektą sukeliančių dujų išmetimo ir klimato kaitos mažinimo.
5. Pasėlių derlius ir kokybė padidėjo 50%, o tai pagerino aprūpinimą maistu ir mitybą.

2018/19 m. pasaulinis vidutinis javų NUE buvo 33%, aliejinių augalų – 48%, šakniavaisių ir gumbavaisių – 62%, ankštinių augalų – 64%, vaisių – 66%, daržovių – 68%, o cukrinių augalų – 69%.

Kinijoje atliktas didelio masto dalyvaujamasis eksperimentas, kuriame dalyvavo daugiau nei 20 milijonų ūkininkų, parodė, kad sumažinus azoto trąšų naudojimą vidutiniškai 14%, kviečių derlius padidėjo vidutiniškai 10%, o dalinis faktorinis produktyvumas padidėjo vidutiniškai 29%.

Tuo tarpu Indijoje lauko eksperimentas su skirtingomis ryžių veislėmis parodė, kad taikant konkrečiai vietai skirtą maistinių medžiagų valdymą, pagrįstą dirvožemio tyrimais, grūdų derlius padidėjo vidutiniškai 17%, išteklių naudojimo efektyvumas – vidutiniškai 22%, o pelningumas pagal maistinių medžiagų balansą – vidutiniškai 28%, palyginti su ūkininkų praktika. .

Panašiai Kenijoje atliktas lauko eksperimentas, kuriame buvo naudojamos skirtingos kukurūzų ir ankštinių augalų mišriosios kultūros, parodė, kad mikrodozių trąšų naudojimas kartu su organinėmis trąšomis padidino grūdų derlių vidutiniškai 79%, agronominį efektyvumą vidutiniškai 86%, išteklių naudojimo efektyvumą vidutiniškai 51% ir pelningumą pagal maistinių medžiagų balansą vidutiniškai 50%, palyginti su jūrų liežuvių auginimu be trąšų.

Šie pavyzdžiai rodo, kad NUE galima pagerinti taikant įvairias strategijas ir praktikas, kurios gali padidinti pasėlių gamybą ir kartu sumažinti maistinių medžiagų nuostolius bei išmetimą.

Kuo tai svarbu augalų augimui?

NUE yra svarbus tiek dėl ekonominių, tiek dėl aplinkosauginių priežasčių, nes gali sumažinti pasėlių auginimo sąnaudas ir maistinių medžiagų nuostolių aplinkai riziką. Tačiau čia yra keletas svarbių augalų augimo aspektų, kurie yra glaudžiai susiję su juo.

1. Pagerinta fotosintezė

Vienas iš pagrindinių veiksnių, kuriam įtakos turi NUE, yra fotosintezė – procesas, kurio metu augalai šviesos energiją paverčia chemine energija. Fotosintezė priklauso nuo maistinių medžiagų, ypač azoto (N), kuris yra pagrindinis chlorofilo, šviesą sugeriančio pigmento, komponentas, prieinamumo.

N taip pat atlieka svarbų vaidmenį aminorūgščių, nukleotidų ir kitų augalų augimui ir vystymuisi būtinų molekulių sintezėje. Fosforas taip pat svarbus energijos perdavimui, o kalis reguliuoja žandikaulių atsidarymą ir užsidarymą, darydamas įtaką anglies dioksido įsisavinimui.

Todėl efektyvus maistinių medžiagų panaudojimas tiesiogiai veikia fotosintezės greitį, o tai padidina energijos gamybą augalų augimui.

2. Ląstelės struktūra ir funkcija

Kitas veiksnys, kuriam tai daro įtaką, yra ląstelės struktūra ir funkcija, kuri lemia, kaip augalų ląstelėse pasisavinamos, transportuojamos, kaupiamos ir panaudojamos maistinės medžiagos. Ląstelės struktūra ir funkcija priklauso nuo maistinių medžiagų, ypač fosforo (P), kalio (K), kalcio (Ca), magnio (Mg) ir kt., prieinamumo.

Pavyzdžiui, kalcis dalyvauja ląstelių sienelių vystymesi, užtikrindamas ląstelių vientisumą ir stiprumą. Magnis yra pagrindinis chlorofilo molekulių komponentas, palaikantis fotosintezę. Taigi, efektyvus maistinių medžiagų panaudojimas užtikrina tinkamą ląstelių ir audinių funkcionavimą, skatindamas bendrą augalų sveikatą.

3. Atsparumas stresui ir ligoms

Trečias veiksnys, kuriam jis daro įtaką, yra atsparumas stresui ir ligoms, kurios gali sumažinti augalų augimą ir derlių, paveikdamos įvairius fiziologinius ir biocheminius procesus. Stresą ir ligas gali sukelti įvairūs veiksniai, tokie kaip sausra, druskingumas, ekstremalios temperatūros, maistinių medžiagų trūkumas ar toksiškumas, kenkėjai, patogenai, piktžolės ir kt.

Todėl tinkamas maistinių medžiagų tiekimas stiprina augalus, todėl jie tampa atsparesni aplinkos poveikiui ir ligoms. Gerai maitinami augalai gali geriau atlaikyti nepalankias sąlygas, tokias kaip sausra ar kenkėjų atakos. Be to, maistines medžiagas efektyviai naudojantys augalai pasižymi geresniu streso atsparumu, o tai prisideda prie tvaraus augimo ir didesnio derliaus sudėtingomis aplinkybėmis.

Kokie veiksniai tai įtakoja ir kaip juos kontroliuoti?

NUE žemės ūkyje nėra universali koncepcija; veikiau jai įtakos turi įvairūs veiksniai, kurie sudėtingai formuoja augalų absorbciją, panaudojimą ir reakciją į esmines maistines medžiagas. Įtakos tam turi šie veiksniai: dirvožemio savybės, klimato sąlygos, augalų rūšys ir veislės, valdymo praktika ir šių veiksnių sąveika.

1. Dirvožemio savybės

Dirvožemio savybės, tokios kaip tekstūra, struktūra, pH, organinių medžiagų kiekis ir mikrobų aktyvumas, daro didelę įtaką NUE. Dirvožemio tekstūra ir struktūra turi įtakos vandens sulaikymo gebėjimui, aeracijai, drenažui ir šaknų įsiskverbimui.

Šie veiksniai turi įtakos maistinių medžiagų prieinamumui ir judrumui dirvožemio tirpale bei augalų šaknų įsisavinimui. Pavyzdžiui, smėlingi dirvožemiai pasižymi maža vandens sulaikymo talpa ir dideliu išplovimo potencialu, o tai gali sumažinti azoto (N) ir kalio (K) NIE.

Molingi dirvožemiai pasižymi didele vandens sulaikymo talpa ir maža aeracija, todėl gali sumažėti fosforo (P) ir mikroelementų netoleravimas.

Be to, dirvožemio pH turi įtakos maistinių medžiagų tirpumui ir prieinamumui dirvožemyje. Dauguma maistinių medžiagų yra geriau prieinamos silpnai rūgščiame arba neutraliame dirvožemyje (pH 6–7), o kai kurios mikroelementės, tokios kaip geležis (Fe), manganas (Mn), cinkas (Zn) ir varis (Cu), yra geriau prieinamos rūgščiame dirvožemyje (pH < 6).

Dirvožemio organinės medžiagos ir mikrobų aktyvumas daro įtaką maistinių medžiagų ciklui ir transformacijai dirvožemyje. Organinės medžiagos yra anglies (C) ir energijos šaltinis dirvožemio mikroorganizmams, kurie gali mineralizuoti organines maistinių medžiagų formas į neorganines formas, prieinamas augalams.

Mikroorganizmai taip pat gali imobilizuoti maistines medžiagas, įterpdami jas į savo biomasę arba sudarydami kompleksus su organinėmis molekulėmis.

2. Klimato sąlygos

Klimato sąlygos, tokios kaip temperatūra, krituliai, saulės spinduliuotė ir vėjas, daro įtaką NUE per dirvožemio procesus, augalų augimą ir maistinių medžiagų nuostolius. Temperatūra turi įtakos cheminių ir biologinių reakcijų greičiui dirvožemyje, taip pat augalų medžiagų apykaitos aktyvumui ir vystymuisi.

Aukštesnė temperatūra paprastai padidina organinių medžiagų mineralizaciją ir maistinių medžiagų prieinamumą dirvožemyje, tačiau ji taip pat gali padidinti amoniako (NH3) garavimą iš karbamido ar mėšlo naudojimo arba nitratų (NO3-) denitrifikaciją į azoto oksido (N2O) arba diazoto (N2) dujas.

Aukštesnė temperatūra taip pat gali paspartinti augalų augimą ir padidinti maistinių medžiagų poreikį, tačiau ji taip pat gali sumažinti augalų vandens įsisavinimą ir transpiraciją, o tai gali paveikti maistinių medžiagų transportavimą augalo viduje.

Panašiai krituliai veikia vandens balansą ir maistinių medžiagų dinamiką dirvožemio ir augalų sistemoje. Pakankamas kritulių kiekis yra būtinas dirvožemio drėgmei ir maistinių medžiagų pasisavinimui augalams palaikyti, tačiau per didelis kritulių kiekis gali sukelti maistinių medžiagų išplovimą arba nutekėjimą iš dirvožemio paviršiaus arba požeminių sluoksnių.

Krituliai taip pat gali turėti įtakos drėkinimo ir trąšų naudojimo laikui ir dažnumui, o tai gali turėti įtakos NUE. Saulės spinduliuotė veikia augalų fotosintezės aktyvumą ir biomasės gamybą, o tai lemia jų maistinių medžiagų poreikį ir įsisavinimą.

Be to, vėjas taip pat veikia NUE, darydamas įtaką dirvožemio erozijos, garavimo ir lakiųjų medžiagų išsiskyrimo procesams. Vėjas gali sukelti dirvožemio eroziją, atplėšdamas ir pernešdamas dirvožemio daleles, kuriose yra maistinių medžiagų, iš vienos vietos į kitą.

Vėjas taip pat gali padidinti garavimą iš dirvožemio paviršiaus arba augalų lajos, o tai gali sumažinti dirvožemio drėgmę ir augalų maistinių medžiagų pasisavinimą.

3. Augalų savybės ir veislės

Augalų rūšys ir veislės skiriasi savo genetiniu NIE potencialu, taip pat savo reakcija į aplinkos ir valdymo veiksnius. Kai kurie augalai turi didesnį įgimtą NIE nei kiti dėl savo fiziologinių savybių, tokių kaip šaknų morfologija, maistinių medžiagų įsisavinimo kinetika, translokacijos efektyvumas, asimiliacijos pajėgumas, remobilizacijos efektyvumas, derliaus indeksas ir kt.

Pavyzdžiui, javų NUE paprastai yra didesnis nei ankštinių augalų dėl didesnio derliaus indekso (grūdų derliaus ir bendros biomasės santykio) ir mažesnės maistinių medžiagų koncentracijos jų grūduose.

Be to, tos pačios rūšies augalų veislių NUE taip pat gali skirtis dėl genetinių savybių skirtumų arba veisimo pastangų. Pavyzdžiui, kai kurios ryžių veislės turi didesnį NUE nei kitos dėl jų gebėjimo naudoti alternatyvius azoto (N) šaltinius, tokius kaip amonis (NH4+) arba atmosferos N2 fiksacija, kurią atlieka simbiotinės bakterijos.

Kai kurios kviečių veislės turi didesnį NUE nei kitos dėl jų gebėjimo efektyviau panaudoti fosforą (P), išskirdamos organines rūgštis arba fosfatazes, kurios tirpina fosforą iš dirvožemio. Kai kurios kukurūzų veislės turi didesnį NUE nei kitos dėl jų gebėjimo efektyviau panaudoti kalį (K), sumažindamos kalio nuotėkį iš šaknų arba padidindamos kalio pasisavinimą esant mažam kalio prieinamumui.

4. Valdymo praktika

Tvarkymo praktika, pvz., žemės dirbimas, sėjomaina, tarpinių augalų sėjimas, dengiančių augalų sėjimas, drėkinimas, tręšimas, piktžolių kontrolė, kenkėjų kontrolė ir derliaus nuėmimo valdymas, gali paveikti NEU, keisdami dirvožemio aplinką, augalų augimą ir maistinių medžiagų nuostolius.

Žemės dirbimas

Dirbimas turi įtakos dirvožemio fizinėms ir biologinėms savybėms, tokioms kaip dirvožemio struktūra, organinės medžiagos, mikrobų aktyvumas ir maistinių medžiagų pasiskirstymas. Jis gali pagerinti NIE, padidindamas dirvožemio aeraciją ir drenažą, o tai gali pagerinti maistinių medžiagų prieinamumą ir pasisavinimą augalų šaknų.

Tačiau jis taip pat gali sumažinti NUE, padidindamas dirvožemio eroziją ir maistinių medžiagų nuostolius arba sumažindamas dirvožemio organinių medžiagų ir mikrobų aktyvumą, o tai gali sumažinti maistinių medžiagų apytaką ir prieinamumą.

Sėjomaina

Sėjomaina iškyla kaip strategija, skirta pagerinti NIE, įvairinant maistinių medžiagų paklausą ir tiekimą tarp augalų. Be maistinių medžiagų aspektų, ji taip pat veiksmingai padeda nutraukti kenkėjų ir ligų ciklus, taip prisidedant prie NIE gerinimo.

Pavyzdžiui, javų ir ankštinių augalų sėjomaina gali pagerinti NEU, padidinant azoto tiekimą dėl biologinės N2 fiksacijos ankštiniuose augaluose arba sumažinant javų N poreikį dėl mažesnio jų N poreikio.

Tarpinis auginimas

Mišrus pasėlių auginimas, kai tame pačiame žemės sklype vienu metu auginami du ar daugiau augalų, yra vertinamas dėl teigiamo poveikio NEU. Tai pasiekiama skatinant augalų tarpusavio papildomumą ir sinergiją maistinių medžiagų panaudojimo srityje. Pavyzdžiui, javų ir ankštinių augalų mišrus auginimas keičia azoto tiekimo modelius, teigiamai paveikdamas NEU.

Viršelio apkarpymas

Dengiamųjų augalų auginimas – praktika, kai tarp dviejų pagrindinių augalų auginamas vienas augalas, siekiant uždengti dirvožemio paviršių ir išvengti erozijos, daro dvejopą poveikį NEU. Viena vertus, tai teigiamai prisideda prie NEU padidėjimo, nes padidėja organinių medžiagų kiekis, mikrobų aktyvumas ir maistinių medžiagų apykaita.

Kita vertus, kyla iššūkių, nes dengiamieji augalai gali konkuruoti dėl maistinių medžiagų, vandens ir šviesos, o tai gali turėti įtakos NUE.

Drėkinimas

Apdairiai laistomas vanduo pagerina NEU, palaikydamas optimalų dirvožemio drėgmę ir maistinių medžiagų prieinamumą. Tačiau netinkamai atliktas laistymas gali sumažinti NEU dėl maistinių medžiagų išplovimo ar nuotėkio.

Tręšimas

Tinkamai laiku parinktas ir panaudotas tręšimas pagerina NUE, padidindamas augalų šaknų prieinamumą maisto medžiagoms. Nepaisant to, per didelis tręšimas gali lemti maisto medžiagų nuostolius, o tai pabrėžia trapią tręšimo praktikos pusiausvyrą.

Piktžolių kontrolė

Piktžolių kontrolė pagerina NEU, sumažindama maistinių medžiagų konkurenciją ir dėl piktžolių atsirandančius nuostolius. Tačiau reikia atidžiai apsvarstyti jos poveikį dirvožemio savybėms, nes ji gali turėti įtakos azoto prieinamumui ir pasisavinimui.

Kenkėjų kontrolė

Kenkėjų kontrolė teigiamai veikia dirvožemio naudojimo efektyvumą (NDU), sumažindama dėl kenkėjų daromos žalos atsiradusius maistinių medžiagų nuostolius. Tačiau, panašiai kaip ir piktžolių kontrolė, jos poveikis dirvožemio savybėms gali turėti įtakos maistinių medžiagų prieinamumui ir apytakai.

Derliaus valdymas

Derliaus valdymas, apimantis sprendimus dėl derliaus nuėmimo laiko ir būdo, vaidina labai svarbų vaidmenį darant įtaką NEU. Tai teigiamai padidina NEU, optimizuojant derlių ir mažinant maistinių medžiagų koncentraciją nuimtose dalyse. Tačiau netinkamas derliaus valdymas gali palikti maistinių medžiagų likusiose dalyse, o tai turi įtakos NEU.

Kokie yra pagrindiniai NUE rodikliai skirtingose sistemose?

Jis matuoja, kaip gerai auginimo sistema panaudoja turimas maistines medžiagas pasėliams gauti. Tačiau NUE nėra paprastas ar vienodas rodiklis. Jis gali skirtis priklausomai nuo nagrinėjamų sąnaudų ir išeigos, sistemos masto ir ribų bei vertinimo tikslo. Todėl svarbu naudoti tinkamus rodiklius, kurie atspindėtų atsakingo augalų maitinimo tikslus.

Trąšų indikatoriai

Šie rodikliai daugiausia dėmesio skiria trąšų maistinių medžiagų panaudojimo efektyvumui. Jie rodo, kaip efektyviai panaudotos maistinės medžiagos paverčiamos pasėlių derliumi, o tai gali padėti priimti sprendimus dėl optimalaus maistinių medžiagų valdymo ir išteklių paskirstymo. Kai kurie dažniausiai naudojami trąšų rodikliai yra šie:

1. Dalinis faktorinis produktyvumas (DNF): Tai yra pasėlių derliaus ir panaudotų trąšų maistinių medžiagų santykis. Jis rodo produktyvumą vienam trąšų sąnaudų vienetui. Didelis PFP reiškia didelį derlių su mažomis trąšų sąnaudomis. Tačiau neatsižvelgiama į kitus maistinių medžiagų šaltinius ar nuostolius aplinkoje.

Pavyzdžiui, gerai prižiūrimuose javų pasėliuose įprastas PFP grūdų derliaus diapazonas vienam kilogramui panaudoto azoto yra nuo 50 iki 100 kilogramų.

2. Agronominis efektyvumas (AE): Tai yra pasėlių derliaus padidėjimas, tenkantis vienam panaudotų trąšų vienetui. Tai rodo ribinę trąšų sąnaudų grąžą. Didelis AE reiškia didelį derliaus padidėjimą naudojant mažai trąšų. Tačiau tai neatsižvelgia į pradinį dirvožemio derlingumą ar nuostolius aplinkai.

Pavyzdžiui, tinkamai prižiūrimose javų sistemose azotas paprastai sudaro apie 20–30 kilogramų grūdų vienam kilogramui panaudoto azoto. Tačiau kartais jis gali būti dar didesnis.

3. Atgavimo efektyvumas (RE)Tai trąšų maistinių medžiagų dalis, kurią pasisavina pasėliai. Ji rodo maistinių medžiagų pasisavinimo iš trąšų efektyvumą. Didelė RE reikšmė reiškia mažą trąšų patekimą į aplinką. Tačiau ji neturi įtakos pasėlių derliui ar kokybei.

Pavyzdžiui, remiantis Zhang ir kt. (2015 m.) atlikta pasauline analize, vidutinis azoto (N) trąšų įsisavinimas grūdinėms kultūroms, AE ir RE buvo atitinkamai 42 kg grūdų/kg N, 15 kg grūdų/kg N ir 0,33 kg N įsisavinimas/kg panaudoto N. Šios vertės labai skyrėsi priklausomai nuo regiono ir kultūros, atspindėdamos dirvožemio sąlygų, klimato, auginimo sistemų ir valdymo praktikos skirtumus.

Pasėlių indikatoriai

Šie rodikliai apibrėžia maistinių medžiagų pasiskirstymą augale ir jo poveikį pasėlių derliui bei kokybei. Jie rodo, kaip efektyviai pasėlis panaudoja pasisavintas maistines medžiagas biomasei ar ekonominiams produktams gaminti. Kai kurie dažniausiai pasitaikantys pasėlių rodikliai yra šie:

1. Maistinių medžiagų derliaus indeksas (NHI)Tai maistinių medžiagų kiekio nuimtose dalyse ir bendro antžeminio maistinių medžiagų įsisavinimo santykis. Jis rodo absorbuotų maistinių medžiagų dalį, kuri paskirstoma ekonominiams produktams. Didelis NHI reiškia didelį maistinių medžiagų pašalinimą nuimant derlių ir mažą maistinių medžiagų grąžinimą į dirvožemį.

Tipinės NHI vertės kukurūzuose yra 59–70% azoto (N), 79–91% fosforo (P) ir 13–19% kalio (K) ribose (13). Panašiai ir ryžiuose nurodytos šios ribos: 54–65% N, 61–71% P ir 12–19% K.

2. Vidinis efektyvumas (IE): Tai yra pasėlių derliaus ir maistinių medžiagų kiekio nuimtose dalyse santykis. Jis rodo ekonominio produkto formavimo efektyvumą vienam pašalintų maistinių medžiagų vienetui. Didelis IE reiškia didelį derlių ir mažą maistinių medžiagų koncentraciją nuimtose dalyse.

Pavyzdžiui, patobulinus kukurūzų selekcijos procesą, azoto panaudojimo efektyvumas padidėjo nuo 45 kg vienam azoto kilogramui 1946 m. iki 66 kg/kg 2015 m.

3. Fiziologinis efektyvumas (FE)Tai yra pasėlių derliaus ir maistinių medžiagų kiekio antžeminėje biomasėje santykis. Jis rodo ekonominio produkto formavimo efektyvumą, tenkantį bendram augalų maistinių medžiagų kiekio vienetui. Didelis GE reiškia didelį derlių, o mažą maistinių medžiagų koncentraciją biomasėje.

4. Maistinių medžiagų koncentracija (NC)Tai maistinių medžiagų kiekis sausosios medžiagos vienete nuimtose dalyse arba antžeminėje biomasėje. Tai rodo augalinio produkto arba liekanų kokybę arba maistinę vertę.

Be to, remiantis Dobermanno (2007) metaanalize, vidutinės NHI, IE, PE ir NC vertės azotui javų pasėliuose buvo atitinkamai 0,67 kg N/kg N įsisavinimo, 90 kg grūdų/kg N grūduose, 134 kg grūdų/kg N biomasėje ir 1,5% N grūduose.

Sistemos indikatoriai

Šie rodikliai apima visą auginimo sistemą, įskaitant dirvožemį, pasėlius ir aplinką. Jie rodo, kaip efektyviai sistema naudoja iš visų šaltinių prieinamas maistines medžiagas ir sumažina jų nuostolius aplinkoje. Kai kurie iš dažniausiai pasitaikančių sistemos rodiklių yra šie:

1. Sistemos ribų NUE (SB-NUE): Tai yra bendros išeigos ir bendros įeigos azoto santykis apibrėžtose sistemos ribose. Jis rodo bendrą sistemos azoto balansą. Didelis SB-NUE reiškia didelę išeigą ir mažą azoto sąnaudą. Tačiau jis neatsižvelgia į erdvinį ir laiko azoto srautų kintamumą sistemoje.

2. Dalinio maistinių medžiagų balanso santykis (DMPB): Tai skirtumas tarp trąšų įvedimo ir išvedimo į nuimtą derlių. Tai rodo grynąjį dirvožemio maistinių medžiagų būklės pokytį dėl tręšimo. Teigiamas PNB reiškia trąšų maistinių medžiagų perteklių dirvožemyje, o neigiamas PNB – deficitą. Pasauliniai NUEPB vidurkiai, įskaitant trąšas, mėšlą, fiksaciją ir nuosėdas, rodo padidėjimą iki 55% azoto ir 77% fosforo.

Daugumai javų, pavyzdžiui, kviečiams ir kukurūzams, natūralus azoto (N) gavimo iš oro procesas (biologinė fiksacija) paprastai nėra didelis – mažiau nei 10 kilogramų hektarui. Tačiau tokiems augalams kaip ryžiai ir cukranendrės šis kiekis gali būti šiek tiek didesnis – apie 15–30 kilogramų hektarui.

Kai kurių ankštinių augalų, pavyzdžiui, sojų pupelių, žemės riešutų, ankštinių augalų ir pašarinių ankštinių augalų, derlius gali būti dar didesnis – nuo 100 iki 300 kilogramų hektarui. Kartais, laistydami augalus, jie taip pat gauna maistinių medžiagų, kurios gali būti svarbios konkrečiose situacijose.

3. Maistinių medžiagų balanso santykis su įvežimu į ūkį (NUEFG)

Tai praplečia sistemos ribas už dirvožemio paviršiaus, atsižvelgiant į ūkius, kuriuose integruota augalininkystė ir gyvulininkystė. Gyvulių įtraukimas dažnai sumažina NUEFG dėl papildomo sudėtingumo. NUEFG gerinimas apima maistinių medžiagų naudojimo optimizavimą visame ūkyje, mėšlo tvarkymą ir išorinių maistinių medžiagų patekimo mažinimą.

Dar labiau išplėtus ribas, maisto grandinės maistinių medžiagų naudojimo efektyvumas (NUEFC) įvertina maistinių medžiagų prieinamumą žmonėms vartoti, palyginti su bendru maistinių medžiagų kiekiu visoje maisto sistemoje. Azoto atveju NUEFC įverčiai Europos šalyse svyruoja nuo 10% iki 40%. Tačiau dėl maisto gamybos grandinės sudėtingumo praktinis pritaikymas ir prasmingas vertinimas išlieka sudėtingi.

4. Maistinių medžiagų perteklius (MJ): Tai skirtumas tarp bendro įvedamų ir išvedamų maistinių medžiagų kiekio apibrėžtose sistemos ribose. Tai rodo galimą maistinių medžiagų praradimą aplinkoje. Didelis NS reiškia didelę aplinkos taršos riziką.

Pavyzdžiui, remiantis Lassaletta ir kt. (2014 m.) atlikta pasauline analize, vidutinės SB-NUE, PNB ir NS vertės azotui augalininkystėje buvo atitinkamai 0,42 kg N/kg N sąnaudų, 65 kg N/ha ir 65 kg N/ha.

Kaip pagerinti maistinių medžiagų panaudojimo efektyvumą siekiant geresnių rezultatų?

Atsakingas augalų maitinimas yra strategija, kuria siekiama užtikrinti aprūpinimą maistu ir aplinkos apsaugą, optimizuojant maistinių medžiagų naudojimą žemės ūkio sistemose. Todėl svarbu stebėti ir vertinti NEU naudojant tinkamus įrankius, kurie gali užfiksuoti jo sudėtingumą ir kintamumą. Čia pateikiami keli svarbūs metodai. kurie gali padėti ūkininkams ir tyrėjams pagerinti NEU atsakingos augalų mitybos srityje.

1. Maistinių medžiagų tyrimas

Maistinių medžiagų tyrimas yra dirvožemio ir augalų audinių mėginių maistinių medžiagų būklės matavimo metodas. Jis gali suteikti vertingos informacijos apie maistinių medžiagų prieinamumą ir įsisavinimą dirvožemio ir augalo sistemoje, taip pat apie galimus maistinių medžiagų nuostolius ar trūkumus. Maistinių medžiagų tyrimas gali padėti ūkininkams ir tyrėjams:

• Nustatykite optimalų maistinių medžiagų, tokių kaip trąšos, mėšlas, drėkinimo vanduo ir kt., tipą, greitį, laiką ir vietą.
• Įvertinkite skirtingų maistinių medžiagų valdymo praktikų, tokių kaip sėjomaina, tarpinių kultūrų sėjimas, dengiamieji augalai ir kt., agronominį ir ekonominį veiksmingumą.
• Nustatyti ir ištaisyti maistinių medžiagų disbalansą ar sutrikimus, kurie gali turėti įtakos pasėlių derliui ir kokybei, pvz., azoto trūkumą, fosforo toksiškumą, mikroelementų trūkumą ir kt.
• Stebėti maistinių medžiagų patekimo į aplinką poveikį, pvz., išplovimą, nuotėkį, garavimą, šiltnamio efektą sukeliančių dujų išmetimą ir kt.

Maistinių medžiagų tyrimai gali būti atliekami įvairiais metodais, pavyzdžiui, dirvožemio tyrimo rinkiniais, nešiojamaisiais jutikliais, laboratoriniais tyrimais ir kt. Tačiau maistinių medžiagų tyrimai nėra vienkartinė veikla. Jie turėtų būti atliekami reguliariai ir dažnai, kad būtų galima užfiksuoti dinaminius maistinių medžiagų būklės pokyčius viso auginimo sezono metu ir skirtinguose laukuose.

2. Nuotolinis stebėjimas ir technologijos

Nuotolinis stebėjimas – tai duomenų rinkimo per atstumą metodas, naudojant tokius įrenginius kaip palydovai, dronai, kameros ir kt. Jis gali suteikti erdvėje ir laike ištisinę informaciją apie įvairius pasėlių augimo ir vystymosi aspektus, tokius kaip biomasės gamyba, lapų ploto indeksas, chlorofilo kiekis, vandens trūkumas ir kt. Nuotolinis stebėjimas gali padėti ūkininkams:

• Įvertinkite pasėlių derliaus potencialą ir kintamumą skirtinguose laukuose ar regionuose
• Įvertinkite pasėlių reakciją į skirtingas maistinių medžiagų sąnaudas ar valdymo praktikas
• Nustatyti ir diagnozuoti maistinių medžiagų trūkumą arba stresorius, kurie gali turėti įtakos pasėlių augimui ir kokybei
• Optimizuokite maistinių medžiagų naudojimo laiką ir normą pagal pasėlių poreikius
• Sumažinkite lauko mėginių ėmimo ir bandymų sąnaudas ir darbo krūvį

Nuotolinis stebėjimas gali būti atliekamas naudojant įvairias platformas ir jutiklius, tokius kaip optiniai, terminiai, radariniai, hiperspektriniai ir kt. Tačiau nuotolinis stebėjimas nėra atskira priemonė. Jis turėtų būti kalibruojamas ir patvirtinamas naudojant tikslius lauko matavimų arba maistinių medžiagų tyrimų duomenis.

3. Pasėlių modeliavimas

Pasėlių modeliavimas – tai matematinių lygčių metodas, skirtas aprašyti ir numatyti pasėlių elgseną skirtingomis sąlygomis. Jis gali suteikti kiekybinės informacijos apie pasėlių, maistinių medžiagų, dirvožemio, vandens, klimato ir valdymo praktikos sąveiką. Pasėlių modeliavimas gali padėti:

• Suprasti pagrindinius mechanizmus ir procesus, kurie veikia NUE pasėliuose
• Įvertinkite skirtingų scenarijų ar intervencijų poveikį NUE rezultatams
• Optimizuoti lauko eksperimentų ar bandymų planavimą ir įgyvendinimą
• Ekstrapoliuoti arba padidinti lauko matavimų arba nuotolinio stebėjimo rezultatus į didesnį mastelį arba regionus.

Pasėlių modeliavimas gali būti atliekamas naudojant įvairių tipų modelius, tokius kaip empiriniai, mechanistiniai arba hibridiniai modeliai. Tačiau pasėlių modeliavimas nėra paprasta priemonė.

Norint sukalibruoti ir patvirtinti modelius bei teisingai interpretuoti rezultatus, reikia daug duomenų ir patirties. Be to, pasėlių modeliavimas turėtų būti naudojamas kartu su kitomis priemonėmis, tokiomis kaip maistinių medžiagų tyrimai ar nuotolinis stebėjimas, siekiant patikrinti ir papildyti modelio rezultatus.

Kaip „GeoPard“ gali padėti pagerinti maistinių medžiagų panaudojimo efektyvumą?

Siekiant tvaraus ir atsakingo augalų maitinimo, pažangių technologijų vaidmuo tampa vis svarbesnis. „GeoPard“ – pažangiausia platforma, kurios specializacija – tikslioji žemdirbystė, siūlo paslaugų rinkinį, skirtą pagerinti maistinių medžiagų naudojimo efektyvumą (MNP), taikant dirvožemio duomenų analizę, maistinių medžiagų tyrimus ir išmaniąją žvalgybą.

1. Dirvožemio duomenų analizė

„GeoPard“ dirvožemio duomenų analizės funkcija pateikia išsamų dirvožemio savybių žemėlapį, kuris palengvina kintamo normos tręšimo (VRA) žemėlapių kūrimą. Ši funkcija leidžia ūkininkams:

• Optimizuokite tręšimąTrąšų naudojimą pritaikykite prie konkrečių dirvožemio savybių, kad būtų išvengta pertręšimo ir sumažintas poveikis aplinkai.
• Apibrėžkite valdymo zonasPalyginkite dirvožemio charakteristikas su kitais sluoksniais ir sugeneruokite kintamos normos trąšų receptų failus, kad maistinės medžiagos būtų efektyviai paskirstytos.
• Dirvožemio mėginių ėmimo planasStrategiškai planuoti dirvožemio mėginių ėmimo vietas pagal daugiametes zonas, atspindinčias istorinius pasėlių vystymosi modelius.

Be to, ji puikiai tinka augalų mitybos efektyvumo didinimui, pasitelkdama savo paslaugų rinkinį. Ji supaprastina dirvožemio duomenų interpretavimą lengvai įskaitomomis šilumos žemėlapių vizualizacijomis, leidžia tiksliai paskleisti trąšas naudojant kintamo normos tręšimą (VRA) ir teikia patikimas įžvalgas apie dirvožemio sąlygas naudojant didelio tankio dirvožemio skaitytuvus.

Be to, ji užtikrina tikslų maistinių medžiagų plano įgyvendinimą, stebi pasėlių ir pasėlių duomenis bei siūlo vertingus 3D žemėlapius ir topografinę analizę, kad augintojai galėtų lengviau priimti sprendimus. Iš esmės „GeoPard“ yra galingas sprendimas supaprastintam ir tvariam augalų mitybos valdymui.

Išvada

Apibendrinant galima teigti, kad maistinių medžiagų naudojimo efektyvumas (MMV) vaidina esminį vaidmenį pasaulinėje žemės ūkio aplinkoje, o jo svarbos skatinant optimalų augalų augimą negalima pervertinti. Pripažįstant daugialypius veiksnius, darančius įtaką MMV, ir įvairius rodiklius įvairiose sistemose, tampa akivaizdus strateginių intervencijų poreikis.

„GeoPard“ tampa pagrindiniu šios srities žaidėju, siūlydama novatoriškus sprendimus NUE gerinimui. Pasitelkdama patogias naudoti funkcijas, tokias kaip lengvai įskaitomas šilumos žemėlapių vizualizavimas ir tiksliai valdomas kintamo kiekio tręšimas (VRA), ji suteikia ūkininkams galimybę priimti pagrįstus sprendimus ir supaprastinti maistinių medžiagų valdymo praktiką.