Uzturvielu lietderīgās izmantošanas nozīme atbildīgā augu mēslošanā

Barības vielu izmantošanas efektivitāte (NUE) ir kritiski svarīgs jēdziens mūsdienu lauksaimniecībā, kam ir izšķiroša nozīme augu augšanas veicināšanā un kopējās ražas optimizēšanā. Tā kā pasaules iedzīvotāju skaits turpina pieaugt, pieaug pieprasījums pēc pārtikas ražošanas, padarot lauksaimniekiem obligātu ilgtspējīgas un efektīvas lauksaimniecības prakses ieviešanu.

Barības vielas ir būtiskas augu augšanai, attīstībai un metabolismam. Tām ir svarīga loma dažādos fizioloģiskos procesos, piemēram, fotosintēzē, elpošanā, enzīmu aktivitātē, šūnu dalīšanās procesā, signālu pārraidē un stresa reakcijā.

Augiem ir nepieciešams atšķirīgs barības vielu daudzums un veids atkarībā no to sugas, augšanas stadijas un vides apstākļiem. Dažas barības vielas ir nepieciešamas lielos daudzumos (makroelementi), piemēram, slāpeklis (N), fosfors (P) un kālijs (K) utt. Citas ir nepieciešamas nelielos daudzumos (mikroelementi), piemēram, dzelzs (Fe), cinks (Zn) un varš (Cu) utt.

Kas ir barības vielu izmantošanas efektivitāte?

Tas attiecas uz auga spēju efektīvi izmantot barības vielas augšanai un attīstībai. Vienkāršāk sakot, tas ir mērs tam, cik efektīvi augi absorbē un izmanto svarīgākos elementus no augsnes, ūdens un gaisa.

Tās lietošana ietver zudumu samazināšanu līdz minimumam un barības vielu uzņemšanas un izmantošanas palielināšanu augos, galu galā veicinot uzlabotu kultūraugu produktivitāti. To var izteikt kā augu biomasas vai ražas attiecību pret barības vielu uzņemšanu vai ievadi.

Augsts NIE nozīmē, ka augi saražo vairāk biomasas vai ražas ar mazāku barības vielu uzņemšanu vai ievadīšanu, savukārt zems NIE nozīmē, ka augiem ir nepieciešams vairāk barības vielu, lai sasniegtu tādu pašu augšanas vai ražošanas līmeni.

Turklāt NIE var definēt dažādos veidos atkarībā no uzdotā jautājuma un pieejamajiem datiem. Daži izplatīti termini, ko lieto NIE izteikšanai, ir šādi:

• Daļēja faktora produktivitāte (DFP): kultūraugu ražas daudzums uz vienu izmantotās barības vielas vienību
• Agronomiskā efektivitāte (AE): kultūraugu ražas pieaugums uz vienu izmantoto barības vielu vienību
• Daļējs barības vielu līdzsvars (PNB): barības vielu uzņemšanas daudzums uz vienu izmantotās barības vielas vienību
• Šķietamā atgūšanas efektivitāte (RE): barības vielu uzņemšanas atšķirība starp mēslotiem un nemēslotiem kultūraugiem uz vienu izmantoto barības vielu vienību
• Iekšējās izmantošanas efektivitāte (IE): kultūraugu ražas daudzums uz barības vielu uzņemšanas vienību
• Fizioloģiskā efektivitāte (PE): kultūraugu ražas pieaugums uz vienu barības vielu uzņemšanas starpības vienību starp mēslotiem un nemēslotiem kultūraugiem

Globāla reakcija uz tās nozīmi

Saskaņā ar Pārtikas un lauksaimniecības organizācijas (FAO) datiem, globālais mēslošanas līdzekļu patēriņš kopš 1961. gada ir palielinājies par vairāk nekā 500%, 2023. gadā sasniedzot vairāk nekā 200 miljonus tonnu barības vielu. Tas ir veicinājis ievērojamu kultūraugu ražošanas un pārtikas pieejamības pieaugumu, kā arī lielu barības vielu zudumu vidē.

Turklāt FAO lēš, ka pasaulē kultūraugi absorbē tikai 42% slāpekļa (N) un 15% fosfora (P), ko izmanto kā mēslošanas līdzekļus, bet pārējais tiek zaudēts izskalošanās, noteces, erozijas, iztvaikošanas, denitrifikācijas vai imobilizācijas dēļ.

Tāpēc FAO ir izvirzījusi mērķi līdz 2030. gadam palielināt globālo vidējo NIE no 42% līdz 52%. Tas nozīmētu samazināt N mēslošanas līdzekļu izmantošanu par 20%, vienlaikus palielinot kultūraugu N uzņemšanu par 10%. Līdzīgi Atbildīgas augu barības zinātniskā padome ir ierosinājusi vīziju, kā līdz 2050. gadam panākt dabai pozitīvu augu barības vielu uzņemšanu. Šajā vīzijā ir iekļauti pieci mērķi:

1. Uzturvielu atkritumu samazināšana uz pusi visā pārtikas sistēmā, izmantojot atbildīgu patēriņu, palielinātu pārstrādi un labāku pārvaldības praksi.
2. Augsnes barības vielu noplicināšanās un oglekļa zudums tika apturēts, kā rezultātā uzlabojās augsnes veselība un organisko vielu daudzums.
3. Barības vielu zudumi ūdenstilpēs samazināti par 75%, novēršot eitrofikāciju un aļģu ziedēšanu.
4. Slāpekļa oksīda emisijas no lauksaimniecības samazinātas par 50%, tādējādi veicinot siltumnīcefekta gāzu emisiju un klimata pārmaiņu mazināšanu.
5. Ražas raža un kvalitāte palielinājās par 50%, uzlabojot pārtikas nodrošinājumu un uzturu.

2018./19. gadā globālais vidējais NIE graudaugiem bija 33%, eļļas augiem — 48%, sakņaugiem un bumbuļiem — 62%, pākšaugiem — 64%, augļiem — 66%, dārzeņiem — 68% un cukurkultūrām — 69%.

Ķīnā plaša mēroga līdzdalības eksperiments, kurā piedalījās vairāk nekā 20 miljoni lauksaimnieku, parādīja, ka N mēslojuma lietošanas samazināšana vidēji par 14% palielināja kviešu ražu vidēji par 10%, kā rezultātā daļējā faktora produktivitāte palielinājās vidēji par 29%.

Savukārt Indijā lauka eksperiments, kurā tika izmantotas dažādas rīsu šķirnes, parādīja, ka, piemērojot vietai specifisku barības vielu pārvaldību, kuras pamatā ir augsnes testēšana, graudu raža palielinājās vidēji par 17%, resursu efektivitāte vidēji par 22% un rentabilitāte uz vienu barības vielu bilanci vidēji par 28%, salīdzinot ar lauksaimnieku praksi. .

Līdzīgi Kenijā lauka eksperiments, kurā tika izmantotas dažādas kukurūzas un pākšaugu starpkultūru sistēmas, parādīja, ka mēslojuma mikrodevu lietošana kopā ar organiskajiem mēsliem palielināja graudu ražu vidēji par 79%, agronomisko efektivitāti vidēji par 86%, resursu efektivitāti vidēji par 51% un rentabilitāti uz barības vielu bilanci vidēji par 50%, salīdzinot ar jūras mēles audzēšanu bez mēslojuma.

Šie piemēri demonstrē NIE uzlabošanas potenciālu, izmantojot dažādas stratēģijas un prakses, kas var uzlabot kultūraugu ražošanu, vienlaikus samazinot barības vielu zudumus un emisijas.

Cik svarīga tam ir augu augšana?

NIE ir svarīga gan ekonomisku, gan vides apsvērumu dēļ, jo tā var samazināt kultūraugu ražošanas izmaksas un barības vielu zudumu risku vidē. Tomēr šeit ir daži svarīgi augu augšanas aspekti, kas ir cieši saistīti ar to.

1. Uzlabota fotosintēze

Viens no galvenajiem faktoriem, ko ietekmē NUE, ir fotosintēze — process, kurā augi pārvērš gaismas enerģiju ķīmiskajā enerģijā. Fotosintēze ir atkarīga no barības vielu pieejamības, īpaši slāpekļa (N), kas ir galvenā hlorofila — gaismu absorbējoša pigmenta — sastāvdaļa.

N arī piedalās aminoskābju, nukleotīdu un citu molekulu sintēzē, kas ir būtiskas augu augšanai un attīstībai. Fosfors ir svarīgs arī enerģijas pārnešanai, savukārt kālijs regulē atvārsnīšu atvēršanos un aizvēršanos, ietekmējot oglekļa dioksīda uzņemšanu.

Tādēļ efektīva barības vielu izmantošana tieši ietekmē fotosintēzes ātrumu, kā rezultātā palielinās enerģijas ražošana augu augšanai.

2. Šūnu struktūra un funkcija

Vēl viens faktors, ko tas ietekmē, ir šūnu struktūra un funkcija, kas nosaka, kā barības vielas tiek uzņemtas, transportētas, uzglabātas un izmantotas augu šūnās. Šūnu struktūra un funkcija ir atkarīga no barības vielu, īpaši fosfora (P), kālija (K), kalcija (Ca) un magnija (Mg) u. c., pieejamības.

Piemēram, kalcijs ir iesaistīts šūnu sieniņu attīstībā, nodrošinot šūnu integritāti un izturību. Magnijs ir hlorofila molekulu centrālā sastāvdaļa, kas atbalsta fotosintēzi. Tādējādi efektīva barības vielu izmantošana nodrošina pareizu šūnu un audu darbību, veicinot vispārējo augu veselību.

3. Izturība pret stresu un slimībām

Trešais faktors, ko tas ietekmē, ir izturība pret stresu un slimībām, kas var samazināt augu augšanu un ražu, ietekmējot dažādus fizioloģiskos un bioķīmiskos procesus. Stresu un slimības var izraisīt dažādi faktori, piemēram, sausums, sāļums, ekstremālas temperatūras, barības vielu deficīts vai toksicitāte, kaitēkļi, patogēni, nezāles utt.

Tādēļ pietiekams barības vielu daudzums stiprina augus, padarot tos izturīgākus pret vides stresu un slimībām. Labi baroti augi var labāk izturēt nelabvēlīgus apstākļus, piemēram, sausumu vai kaitēkļu uzbrukumus. Turklāt barības vielām efektīvi augi uzrāda uzlabotu stresa toleranci, veicinot ilgstošu augšanu un lielāku ražu sarežģītos apstākļos.

Kādi faktori to ietekmē un kā tos kontrolēt?

NIE lauksaimniecībā nav universāls jēdziens; drīzāk to ietekmē dažādi faktori, kas sarežģīti ietekmē to, kā augi absorbē, izmanto un reaģē uz svarīgākajām barības vielām. Faktori, kas to ietekmē, ir augsnes īpašības, klimatiskie apstākļi, kultūraugu sugas un šķirnes, apsaimniekošanas prakse un šo faktoru mijiedarbība.

1. Augsnes īpašības

Augsnes īpašībām, piemēram, tekstūrai, struktūrai, pH līmenim, organiskajām vielām un mikrobu aktivitātei, ir būtiska ietekme uz NIE. Augsnes tekstūra un struktūra ietekmē ūdens aiztures spēju, aerāciju, drenāžu un sakņu iekļūšanu augsnē.

Šie faktori ietekmē barības vielu pieejamību un mobilitāti augsnes šķīdumā, kā arī to uzņemšanu ar augu saknēm. Piemēram, smilšainām augsnēm ir zema ūdens aiztures spēja un augsts izskalošanās potenciāls, kas var samazināt slāpekļa (N) un kālija (K) NIE.

Mālainām augsnēm ir augsta ūdens ietilpība un zema aerācija, kas var ierobežot fosfora (P) un mikroelementu NIE.

Turklāt augsnes pH ietekmē barības vielu šķīdību un pieejamību augsnē. Lielākā daļa barības vielu ir labāk pieejamas viegli skābās līdz neitrālās augsnēs (pH 6–7), savukārt daži mikroelementi, piemēram, dzelzs (Fe), mangāns (Mn), cinks (Zn) un varš (Cu), ir labāk pieejami skābās augsnēs (pH < 6).

Augsnes organiskās vielas un mikrobu aktivitāte ietekmē barības vielu apriti un pārveidošanu augsnē. Organiskās vielas nodrošina oglekļa (C) un enerģijas avotu augsnes mikroorganismiem, kas var mineralizēt organiskās barības vielu formas neorganiskās formās, kas ir pieejamas augiem.

Mikroorganismi var arī imobilizēt barības vielas, iekļaujot tās savā biomasā vai veidojot kompleksus ar organiskām molekulām.

2. Klimata apstākļi

Klimata apstākļi, piemēram, temperatūra, nokrišņi, saules starojums un vējš, ietekmē NIE, ietekmējot augsnes procesus, augu augšanu un barības vielu zudumus. Temperatūra ietekmē ķīmisko un bioloģisko reakciju ātrumu augsnē, kā arī augu vielmaiņas aktivitāti un attīstību.

Augstāka temperatūra parasti palielina organisko vielu mineralizāciju un barības vielu pieejamību augsnē, taču tā var arī palielināt amonjaka (NH3) iztvaikošanu no urīnvielas vai kūtsmēslu lietošanas vai nitrātu (NO3-) denitrifikāciju slāpekļa oksīdā (N2O) vai dinitrogēnā (N2) gāzē.

Augstāka temperatūra var arī paātrināt augu augšanu un barības vielu pieprasījumu, taču tā var arī samazināt auga ūdens uzņemšanu un transpirāciju, kas var ietekmēt barības vielu transportēšanu augā.

Līdzīgi nokrišņi ietekmē ūdens līdzsvaru un barības vielu dinamiku augsnes un augu sistēmā. Pietiekams nokrišņu daudzums ir būtisks, lai uzturētu augsnes mitrumu un barības vielu pieejamību augu uzņemšanai, taču pārmērīgs nokrišņu daudzums var izraisīt barības vielu izskalošanos vai noteci no augsnes virsmas vai pazemes slāņiem.

Nokrišņi var ietekmēt arī apūdeņošanas un mēslošanas līdzekļu lietošanas laiku un biežumu, kas savukārt var ietekmēt NUE. Saules starojums ietekmē augu fotosintēzes aktivitāti un biomasas ražošanu, kas savukārt nosaka to barības vielu pieprasījumu un uzņemšanu.

Turklāt vējš ietekmē arī NIE, ietekmējot augsnes erozijas, iztvaikošanas un gaistošības procesus. Vējš var izraisīt augsnes eroziju, atdalot un transportējot augsnes daļiņas, kas satur barības vielas, no vienas vietas uz otru.

Vējš var arī palielināt iztvaikošanu no augsnes virsmas vai augu vainaga, kas var samazināt augsnes mitrumu un barības vielu pieejamību augiem.

3. Augu raksturojums un šķirnes

Kultūraugu sugas un šķirnes atšķiras pēc to ģenētiskā potenciāla attiecībā uz NIE, kā arī pēc to reakcijas uz vides un apsaimniekošanas faktoriem. Dažām kultūrām ir augstāks iekšējais NIE nekā citām to fizioloģisko īpašību, piemēram, sakņu morfoloģijas, barības vielu uzņemšanas kinētikas, translokācijas efektivitātes, asimilācijas spējas, remobilizācijas efektivitātes, ražas indeksa utt., dēļ.

Piemēram, graudaugiem parasti ir augstāks NIE nekā pākšaugiem, pateicoties to augstākam ražas indeksam (graudu ražas attiecība pret kopējo biomasu) un zemākai barības vielu koncentrācijai to graudos.

Turklāt vienas sugas kultūraugu šķirņu NIE var atšķirties arī ģenētisko īpašību atšķirību vai selekcijas centienu dēļ. Piemēram, dažām rīsu šķirnēm ir augstāks NIE nekā citām, jo tās spēj izmantot alternatīvus slāpekļa (N) avotus, piemēram, amoniju (NH4+) vai atmosfēras N2 fiksāciju ar simbiotiskām baktērijām.

Dažām kviešu šķirnēm ir augstāks NUE nekā citām, pateicoties to spējai efektīvāk izmantot fosforu (P), izdalot organiskās skābes vai fosfatāzes, kas izšķīdina P no augsnes. Dažām kukurūzas šķirnēm ir augstāks NUE nekā citām, pateicoties to spējai efektīvāk izmantot kāliju (K), samazinot K noplūdi no saknēm vai palielinot K uzņemšanu zemas K pieejamības apstākļos.

4. Vadības prakse

Apsaimniekošanas prakse, piemēram, augsnes apstrāde, augseka, starpkultūru audzēšana, segkultūru audzēšana, apūdeņošana, mēslošana, nezāļu apkarošana, kaitēkļu apkarošana un ražas novākšanas pārvaldība, var ietekmēt NIE, mainot augsnes vidi, kultūraugu augšanu un barības vielu zudumus.

Augsnes apstrāde

Augsnes apstrāde ietekmē augsnes fizikālās un bioloģiskās īpašības, piemēram, augsnes struktūru, organisko vielu daudzumu, mikrobu aktivitāti un barības vielu sadalījumu. Tā var uzlabot NIE, palielinot augsnes aerāciju un drenāžu, kas var veicināt barības vielu pieejamību un uzņemšanu augu saknēm.

Tomēr tas var arī samazināt NIE, palielinot augsnes eroziju un barības vielu zudumus vai samazinot augsnes organisko vielu un mikrobu aktivitāti, kas var samazināt barības vielu apriti un pieejamību.

Augu rotācija

Augseka parādās kā stratēģija NIE uzlabošanai, dažādojot barības vielu pieprasījumu un piegādi starp kultūraugiem. Papildus barības vielu apsvērumiem tā arī izrādās efektīva kaitēkļu un slimību ciklu pārtraukšanā, tādējādi veicinot NIE uzlabošanu.

Piemēram, graudaugu sēšana rotācijā ar pākšaugiem var uzlabot NIE, palielinot N piegādi no pākšaugu bioloģiskās N2 fiksācijas vai samazinot graudaugu N pieprasījumu to zemākās N nepieciešamības dēļ.

Starpkultūru audzēšana

Starpkultūru audzēšana, kas ietver divu vai vairāku kultūraugu vienlaicīgu audzēšanu vienā zemes gabalā, tiek slavēta tās pozitīvās ietekmes uz NIE dēļ. Tas tiek panākts, veicinot kultūraugu papildināmību un sinerģiju barības vielu izmantošanā. Piemēram, graudaugu un pākšaugu starpkultūru audzēšana maina slāpekļa piegādes modeļus, pozitīvi ietekmējot NIE.

Vāka apgriešana

Segsēkļu audzēšana, kas ietver kultūraugu audzēšanu starp diviem galvenajiem kultūraugiem, lai nosegtu augsnes virsmu un novērstu eroziju, rada divējādu ietekmi uz NIE. No vienas puses, tā pozitīvi ietekmē NIE, palielinot organisko vielu daudzumu, mikrobu aktivitāti un barības vielu apriti.

No otras puses, rodas problēmas, jo virszemes kultūras var konkurēt par barības vielām, ūdeni un gaismu, kas var ietekmēt NIE.

Apūdeņošana

Apdomīgi veikta apūdeņošana uzlabo NIE, uzturot optimālu augsnes mitrumu un barības vielu pieejamību. Tomēr slikti veikta apūdeņošana var samazināt NIE barības vielu izskalošanās vai noteces dēļ.

Apaugļošanās

Mēslošana, ja tā ir pareizi savlaicīga un pielietota, uzlabo NIE, palielinot barības vielu pieejamību augu saknēm. Tomēr pārmērīga lietošana var izraisīt barības vielu zudumus, kas uzsver trauslo līdzsvaru mēslošanas praksē.

Ravēšana

Nezāļu kontrole uzlabo NIE, samazinot barības vielu konkurenci un nezāļu radītos zudumus. Tomēr tās ietekme uz augsnes īpašībām ir rūpīgi jāapsver, jo tā var ietekmēt N pieejamību un uzņemšanu.

Kaitēkļu apkarošana

Kaitēkļu apkarošana pozitīvi ietekmē NIE, samazinot barības vielu zudumus kaitēkļu radīto bojājumu dēļ. Tomēr, līdzīgi kā nezāļu apkarošana, tās ietekme uz augsnes īpašībām var ietekmēt barības vielu pieejamību un apriti.

Ražas pārvaldība

Ražas novākšanas pārvaldībai, kas ietver lēmumus par to, kad un kā novākt kultūraugus, ir izšķiroša nozīme NIE ietekmēšanā. Pozitīvi tā uzlabo NIE, optimizējot ražu un samazinot barības vielu koncentrāciju novāktajās daļās. Tomēr nepietiekama ražas novākšanas pārvaldība var atstāt barības vielas atlikušajās daļās, ietekmējot NIE.

Kādi ir galvenie NUE rādītāji dažādām sistēmām?

Tas mēra, cik labi audzēšanas sistēma izmanto pieejamās barības vielas kultūraugu audzēšanai. Tomēr NIE nav vienkāršs vai vienots rādītājs. Tas var atšķirties atkarībā no ņemtajām izejvielām un izejvielām, sistēmas mēroga un robežām, kā arī novērtējuma mērķa. Tāpēc ir svarīgi izmantot atbilstošus rādītājus, kas atspoguļo atbildīgas augu barošanas mērķus.

Mēslojuma indikatori

Šie rādītāji koncentrējas uz mēslošanas līdzekļu barības vielu izmantošanas efektivitāti. Tie parāda, cik efektīvi izmantotās barības vielas tiek pārvērstas kultūraugu ražā, kas var sniegt informāciju lēmumu pieņemšanai par optimālu barības vielu pārvaldību un resursu sadali. Daži no izplatītākajiem mēslošanas līdzekļu rādītājiem ir:

1. Daļējā faktoru produktivitāte (DAF): Šī ir kultūraugu ražas attiecība pret izmantotajām mēslojuma barības vielām. Tā norāda produktivitāti uz vienu mēslojuma ievades vienību. Augsts PFP nozīmē augstu ražu ar nelielu mēslojuma ievadi. Tomēr tas neņem vērā citus barības vielu avotus vai zudumus vidē.

Piemēram, labi koptās labības kultūrās PFP parastais graudu ražas diapazons uz vienu kilogramu izmantotā slāpekļa ir no 50 līdz 100 kilogramiem.

2. Agronomiskā efektivitāte (AE): Tas ir kultūraugu ražas pieaugums uz vienu izmantoto mēslojuma barības vielu vienību. Tas norāda uz mēslojuma ievades robežatdevi. Augsts AE nozīmē lielu ražas pieaugumu ar nelielu mēslojuma ievadi. Tomēr tas neņem vērā sākotnējo augsnes auglību vai zudumus vidē.

Piemēram, graudaugu sistēmās, par kurām tiek rūpēts, AE parasti ir aptuveni 20–30 kilogrami graudu uz vienu kilogramu izmantotā slāpekļa. Tomēr dažreiz tas var būt pat augstāks.

3. Atgūšanas efektivitāte (RE)Šī ir mēslojuma barības vielu daļa, ko uzņem kultūraugs. Tā norāda barības vielu uzņemšanas efektivitāti no mēslošanas līdzekļiem. Augsts RE nozīmē mazu mēslojuma zudumu vidē. Tomēr tas neizskaidro kultūraugu ražu vai kvalitāti.

Piemēram, saskaņā ar Džana u. c. (2015) veikto globālo analīzi, vidējais slāpekļa (N) mēslošanas līdzekļu PFP, AE un RE graudaugu kultūrām bija attiecīgi 42 kg graudu/kg N, 15 kg graudu/kg N un 0,33 kg N uzņemšana/kg izmantotā N. Šīs vērtības dažādos reģionos un kultūraugos ievērojami atšķīrās, atspoguļojot atšķirības augsnes apstākļos, klimatā, audzēšanas sistēmās un apsaimniekošanas praksē.

Ražas indikatori

Šie rādītāji nosaka barības vielu sadalījumu augā un tā ietekmi uz kultūraugu ražu un kvalitāti. Tie parāda, cik efektīvi kultūraugs izmanto absorbētās barības vielas biomasas vai ekonomisku produktu ražošanai. Daži no izplatītākajiem kultūraugu rādītājiem ir:

1. Barības vielu ražas indekss (NHI)Šī ir barības vielu satura attiecība novāktajās daļās pret kopējo virszemes barības vielu uzņemšanu. Tā norāda absorbēto barības vielu daļu, kas tiek piešķirta ekonomiskajiem produktiem. Augsts NHI nozīmē augstu barības vielu izvadīšanu ar ražu un zemu barības vielu atgriešanos augsnē.

Kukurūzā tipiskās NHI vērtības ir dokumentētas diapazonā no 59 līdz 70% slāpeklim (N), 79 līdz 91% fosforam (P) un 13 līdz 19% kālijam (K) (13). Līdzīgi rīsiem ziņotie diapazoni ietver 54–65% N, 61–71% P un 12–19% K.

2. Iekšējā efektivitāte (IE): Šī ir kultūraugu ražas attiecība pret barības vielu saturu novāktajās daļās. Tā norāda ekonomiskās produkta veidošanās efektivitāti uz vienu noņemto barības vielu vienību. Augsts IE nozīmē augstu ražu ar zemu barības vielu koncentrāciju novāktajās daļās.

Piemēram, uzlabojumi kukurūzas selekcijas procesā ir palielinājuši slāpekļa izmantošanas efektivitāti no 45 kg uz kg slāpekļa uzņemšanas 1946. gadā līdz 66 kg/kg 2015. gadā.

3. Fizioloģiskā efektivitāte (FE)Šī ir kultūraugu ražas attiecība pret barības vielu saturu virszemes biomasā. Tā norāda ekonomiskās produkcijas veidošanās efektivitāti uz kopējo augu barības vielu satura vienību. Augsts PE nozīmē augstu ražu ar zemu barības vielu koncentrāciju biomasā.

4. Barības vielu koncentrācija (NC)Tas ir barības vielu satura daudzums uz sausnas vienību novāktajās daļās vai virszemes biomasā. Tas norāda kultūraugu produkta vai atlikumu kvalitāti vai uzturvērtību.

Turklāt saskaņā ar Dobermana (2007) metaanalīzi vidējās NHI, IE, PE un NC vērtības N graudaugos bija attiecīgi 0,67 kg N/kg N uzņemšana, 90 kg graudu/kg N graudos, 134 kg graudu/kg N biomasā un 1,5% N graudos.

Sistēmas indikatori

Šie rādītāji ņem vērā visu audzēšanas sistēmu, tostarp augsni, kultūraugu un vidi. Tie parāda, cik efektīvi sistēma izmanto pieejamās barības vielas no visiem avotiem un samazina zudumus vidē. Daži no izplatītākajiem sistēmas rādītājiem ir:

1. Sistēmas robeža NUE (SB-NUE): Šī ir kopējās N izejas un kopējās N ieejas attiecība noteiktās sistēmas robežās. Tā norāda kopējo N līdzsvaru sistēmā. Augsts SB-NUE nozīmē augstu N izeju ar zemu N ieeju. Tomēr tas neņem vērā N plūsmu telpisko un laika mainīgumu sistēmā.

2. Daļējas barības vielu bilances attiecība (NUEPB): Šī ir starpība starp mēslošanas līdzekļu barības vielu ievadi un barības vielu izvadi novāktajās daļās. Tā norāda augsnes barības vielu stāvokļa neto izmaiņas mēslošanas rezultātā. Pozitīva PNB nozīmē mēslošanas līdzekļu barības vielu pārpalikumu augsnē, savukārt negatīva PNB nozīmē deficītu. Globālie NUEPB vidējie rādītāji, ieskaitot mēslojumu, kūtsmēslus, fiksāciju un nogulsnes, uzrāda pieaugumu līdz 55% slāpeklim un 77% fosforam.

Lielākajai daļai graudaugu, piemēram, kviešiem un kukurūzai, dabiskais slāpekļa (N) iegūšanas process no gaisa (bioloģiskā fiksācija) parasti nav liels, mazāk nekā 10 kilogrami uz hektāru. Taču tādām kultūrām kā rīsi un cukurniedres tas var būt nedaudz vairāk, aptuveni 15–30 kilogrami uz hektāru.

Un dažiem pākšaugiem, piemēram, sojas pupiņām, zemesriekstiem, pākšaugiem un lopbarības pākšaugiem, tas var būt vēl lielāks, sākot no 100 līdz 300 kilogramiem uz hektāru. Dažreiz, laistot augus (apūdeņojot), tie piegādā arī dažas barības vielas, kas var būt svarīgas konkrētās situācijās.

3. Lauksaimniecības uzņēmuma piegādāto barības vielu bilances attiecība (NUEFG)

Tas paplašina sistēmas robežas ārpus augsnes virsmas, ņemot vērā saimniecības ar integrētu augkopību un lopkopību. Lopkopības iekļaušana bieži vien samazina NUEFG papildu sarežģītības dēļ. NUEFG uzlabošana ietver barības vielu izmantošanas optimizēšanu visā saimniecībā, kūtsmēslu apsaimniekošanu un ārējo barības vielu ievades samazināšanu.

Paplašinot robežu, pārtikas ķēdes barības vielu izmantošanas efektivitāte (NUEFC) novērtē barības vielu pieejamību cilvēku patēriņam attiecībā pret kopējo barības vielu ievadi visā pārtikas sistēmā. Slāpekļa gadījumā NUEFC aplēses Eiropas valstīs svārstās no 10% līdz 40%. Tomēr pārtikas ražošanas ķēdes sarežģītības dēļ praktisks pielietojums un jēgpilni novērtējumi joprojām ir sarežģīti.

4. Barības vielu pārpalikums (BS): Šī ir starpība starp kopējo barības vielu ievadi un kopējo barības vielu izvadi noteiktās sistēmas robežās. Tā norāda uz iespējamo barības vielu zudumu vidē. Augsts NS nozīmē augstu vides piesārņojuma risku.

Piemēram, saskaņā ar Lassaletta et al. (2014) veikto globālo analīzi vidējās SB-NUE, PNB un NS vērtības N kultūraugu ražošanā bija attiecīgi 0,42 kg N/kg N ievades, 65 kg N/ha un 65 kg N/ha.

Kā uzlabot barības vielu izmantošanas efektivitāti, lai sasniegtu labākus rezultātus?

Atbildīga augu barošana ir stratēģija, lai nodrošinātu pārtikas nodrošinājumu un vides aizsardzību, optimizējot barības vielu izmantošanu lauksaimniecības sistēmās. Tāpēc ir svarīgi uzraudzīt un novērtēt NIE, izmantojot atbilstošus rīkus, kas var aptvert tās sarežģītību un mainīgumu. Šeit ir dažas svarīgas metodes. kas var palīdzēt lauksaimniekiem un pētniekiem uzlabot NIE atbildīgā augu barošanā.

1. Uzturvielu testēšana

Barības vielu testēšana ir metode augsnes un augu audu paraugu barības vielu stāvokļa mērīšanai. Tā var sniegt vērtīgu informāciju par barības vielu pieejamību un uzņemšanu augsnes un augu sistēmā, kā arī par barības vielu zudumu vai deficīta iespējamību. Barības vielu testēšana var palīdzēt lauksaimniekiem un pētniekiem:

• Nosakiet optimālo barības vielu, piemēram, mēslošanas līdzekļu, kūtsmēslu, apūdeņošanas ūdens utt., veidu, ātrumu, laiku un izvietojumu.
• Novērtēt dažādu barības vielu pārvaldības prakšu, piemēram, augsekas, starpkultūru, segkultūru u. c., agronomisko un ekonomisko sniegumu.
• Atklāt un novērst barības vielu nelīdzsvarotību vai traucējumus, kas var ietekmēt ražas apjomu un kvalitāti, piemēram, slāpekļa deficītu, fosfora toksicitāti, mikroelementu deficītu utt.
• Uzraudzīt barības vielu ieplūdes ietekmi uz vidi, piemēram, izskalošanos, noteci, iztvaikošanu, siltumnīcefekta gāzu emisijas utt.

Barības vielu testēšanu var veikt, izmantojot dažādas metodes, piemēram, augsnes testēšanas komplektus, pārnēsājamus sensorus, laboratorijas analīzes utt. Tomēr barības vielu testēšana nav vienreizēja darbība. Tā jāveic regulāri un bieži, lai fiksētu dinamiskās barības vielu stāvokļa izmaiņas visā veģetācijas periodā un dažādos laukos.

2. Tālizpēte un tehnoloģijas

Tālizpēte ir datu vākšanas metode no attāluma, izmantojot tādas ierīces kā satelītus, dronus, kameras utt. Tā var sniegt telpiski un laika ziņā nepārtrauktu informāciju par dažādiem kultūraugu augšanas un attīstības aspektiem, piemēram, biomasas ražošanu, lapu laukuma indeksu, hlorofila saturu, ūdens stresu utt. Tālizpēte var palīdzēt lauksaimniekiem:

• Novērtēt kultūraugu ražas potenciālu un mainīgumu dažādos laukos vai reģionos
• Novērtējiet kultūraugu reakciju uz dažādām barības vielu ievadēm vai apsaimniekošanas praksēm
• Atklāt un diagnosticēt barības vielu trūkumus vai stresu, kas var ietekmēt kultūraugu augšanu un kvalitāti
• Optimizēt barības vielu lietošanas laiku un daudzumu, pamatojoties uz kultūraugu pieprasījumu
• Samaziniet lauka paraugu ņemšanas un testēšanas izmaksas un darbaspēku

Tālizpēti var veikt, izmantojot dažādas platformas un sensorus, piemēram, optiskos, termiskos, radaru, hiperspektrālos utt. Tomēr tālizpēte nav atsevišķs rīks. Tā ir jākalibrē un jāapstiprina, izmantojot uz zemes iegūtos datus no lauka mērījumiem vai barības vielu testiem.

3. Kultūraugu modelēšana

Kultūraugu modelēšana ir metode, kurā, izmantojot matemātiskos vienādojumus, tiek aprakstīta un prognozēta kultūraugu uzvedība dažādos apstākļos. Tā var sniegt kvantitatīvu informāciju par mijiedarbību starp kultūraugiem, barības vielām, augsni, ūdeni, klimatu un apsaimniekošanas praksi. Kultūraugu modelēšana var palīdzēt:

• Izprast pamatā esošos mehānismus un procesus, kas ietekmē NUE kultūraugos
• Novērtēt dažādu scenāriju vai intervenču ietekmi uz NUE rezultātiem
• Optimizēt lauka eksperimentu vai izmēģinājumu izstrādi un īstenošanu
• Ekstrapolēt vai palielināt lauka mērījumu vai tālizpētes rezultātus uz lielāku mērogu vai reģioniem.

Kultūraugu modelēšanu var veikt, izmantojot dažāda veida modeļus, piemēram, empīriskos, mehāniskos vai hibrīdos modeļus. Tomēr kultūraugu modelēšana nav vienkāršs rīks.

Lai kalibrētu un validētu modeļus, kā arī pareizi interpretētu rezultātus, ir nepieciešams daudz datu un zināšanu. Turklāt kultūraugu modelēšana jāizmanto kopā ar citiem rīkiem, piemēram, barības vielu testēšanu vai tālizpēti, lai pārbaudītu un papildinātu modeļa rezultātus.

Kā GeoPard var palīdzēt uzlabot barības vielu izmantošanas efektivitāti?

Cenšoties panākt ilgtspējīgu un atbildīgu augu barošanu, arvien svarīgāka kļūst progresīvu tehnoloģiju loma. GeoPard, progresīva platforma, kas specializējas precīzajā lauksaimniecībā, piedāvā pakalpojumu komplektu, kas paredzēts barības vielu izmantošanas efektivitātes (NUE) uzlabošanai, izmantojot augsnes datu analīzi, barības vielu testēšanu un viedo izlūkošanu.

1. Augsnes datu analīze

GeoPard augsnes datu analīzes funkcija nodrošina detalizētu augsnes īpašību karti, atvieglojot mainīgas devas mēslošanas (VRA) recepšu karšu izveidi. Šī iespēja ļauj lauksaimniekiem:

• Optimizēt mēslošanuPielāgojiet mēslošanas līdzekļu lietošanu konkrētām augsnes īpašībām, novēršot pārmērīgu mēslošanu un samazinot ietekmi uz vidi.
• Noteikt pārvaldības zonasSalīdziniet augsnes īpašības ar citiem slāņiem un ģenerējiet mainīgas devas mēslojuma recepšu failus efektīvai barības vielu sadalei.
• Augsnes paraugu ņemšanas plānsStratēģiski plānojiet augsnes paraugu ņemšanas punktus, pamatojoties uz daudzgadu zonām, atspoguļojot vēsturiskos kultūraugu attīstības modeļus.

Tas vēl vairāk izceļas augu barības vielu efektivitātes uzlabošanā, izmantojot savu pakalpojumu komplektu. Tas vienkāršo augsnes datu interpretāciju ar viegli lasāmām siltuma karšu vizualizācijām, nodrošina precīzu mēslojuma lietošanu, izmantojot mainīgas devas mēslošanu (VRA), un sniedz uzticamu ieskatu augsnes stāvoklī, izmantojot augsta blīvuma augsnes skenerus.

Turklāt tas nodrošina precīzu barības vielu plāna ieviešanu, uzrauga pielietošanas un iesēšanas datus un piedāvā vērtīgas 3D kartes un topogrāfijas analīzi, lai audzētāji varētu labāk pieņemt lēmumus. Būtībā GeoPard ir spēcīgs risinājums racionalizētai un ilgtspējīgai augu barības vielu pārvaldībai.

Secinājums

Noslēgumā jāsaka, ka barības vielu izmantošanas efektivitātei (NUE) ir izšķiroša loma globālajā lauksaimniecības ainavā, un tās nozīmi optimālas augu augšanas veicināšanā nevar pārvērtēt. Atzīstot daudzšķautņainos faktorus, kas ietekmē NIE, un dažādos rādītājus dažādās sistēmās, kļūst acīmredzama nepieciešamība pēc stratēģiskas iejaukšanās.

GeoPard kļūst par galveno dalībnieku šajā centienā, piedāvājot inovatīvus risinājumus NUE uzlabošanai. Izmantojot savas lietotājam draudzīgās funkcijas, piemēram, viegli lasāmas siltuma karšu vizualizācijas un precīzi vadītu mainīgas devas mēslošanas (VRA) metodi, tas dod iespēju lauksaimniekiem pieņemt pārdomātus lēmumus un racionalizēt barības vielu pārvaldības praksi.