Роль эффективности использования питательных веществ в ответственном питании растений

Эффективность использования питательных веществ (ЭУП) — важнейшее понятие в современном сельском хозяйстве, играющее ключевую роль в улучшении роста растений и оптимизации общей урожайности. По мере роста мирового населения увеличивается спрос на продукты питания, что делает крайне важным для фермеров внедрение устойчивых и эффективных методов ведения сельского хозяйства.

Питательные вещества необходимы для роста, развития и метаболизма растений. Они играют важную роль в различных физиологических процессах, таких как фотосинтез, дыхание, активность ферментов, деление клеток, передача сигналов и реакция на стресс.

Растениям требуется различное количество и типы питательных веществ в зависимости от их вида, стадии развития и условий окружающей среды. Некоторые питательные вещества необходимы в больших количествах (макроэлементы), такие как азот (N), фосфор (P) и калий (K) и др. Другие необходимы в меньших количествах (микроэлементы), такие как железо (Fe), цинк (Zn) и медь (Cu) и др.

Что такое эффективность использования питательных веществ?

Это показатель способности растения эффективно использовать питательные вещества для своего роста и развития. Проще говоря, это мера того, насколько эффективно растения поглощают и используют необходимые элементы из почвы, воды и воздуха.

Его применение направлено на минимизацию потерь и максимизацию поглощения и использования питательных веществ растениями, что в конечном итоге способствует улучшению урожайности. Он может быть выражен как отношение биомассы или урожая растений к поглощению или поступлению питательных веществ.

Высокая эффективность использования питательных веществ (NUE) означает, что растения производят больше биомассы или урожая при меньшем потреблении или внесении питательных веществ, тогда как низкая эффективность использования питательных веществ означает, что растениям требуется больше питательных веществ для достижения того же уровня роста или продуктивности.

Кроме того, показатель NUE может определяться по-разному в зависимости от задаваемого вопроса и имеющихся данных. Некоторые распространенные термины, используемые для выражения NUE, включают:

• Частичная факторная производительность (ЧФП): количество урожая сельскохозяйственных культур на единицу внесенного питательного вещества
• Агрономическая эффективность (АЭ): увеличение урожайности сельскохозяйственных культур на единицу внесенного питательного вещества.
• Частичный баланс питательных веществ (ЧБП): количество усваиваемого питательного вещества на единицу внесенного питательного вещества
• Кажущаяся эффективность восстановления (RE): разница в усвоении питательных веществ между удобренными и неудобренными культурами на единицу внесенного питательного вещества.
• Внутренняя эффективность использования (ВЭ): количество урожая сельскохозяйственных культур на единицу поглощенных питательных веществ
• Физиологическая эффективность (ФЭ): увеличение урожайности сельскохозяйственных культур на единицу разницы в поглощении питательных веществ между удобренными и неудобренными культурами.

Глобальная реакция на его важность

По данным Продовольственной и сельскохозяйственной организации ООН (ФАО), мировое потребление удобрений увеличилось более чем на 5001 тонну на 3 тонны с 1961 года, достигнув более 200 миллионов тонн питательных веществ в 2023 году. Это способствовало значительному увеличению урожайности сельскохозяйственных культур и доступности продовольствия, но также и значительным потерям питательных веществ в окружающую среду.

Кроме того, по оценкам ФАО, только 421 тыс. тонн азота (N) и 151 тыс. тонн фосфора (P), внесенных в качестве удобрений, усваиваются сельскохозяйственными культурами во всем мире, а остальное теряется в результате вымывания, стока, эрозии, испарения, денитрификации или иммобилизации.

Таким образом, ФАО поставила цель увеличить среднемировой показатель эффективности использования азота (NUE) с 421 тыс. тонн на 3000 г. до 521 тыс. тонн на 3000 г. к 2030 году. Для этого потребуется сократить использование азотных удобрений на 201 тыс. тонн на 3000 г. при одновременном увеличении поглощения азота сельскохозяйственными культурами на 101 тыс. тонн на 3000 г. Аналогичным образом, Научная группа по ответственному питанию растений предложила концепцию достижения экологически благоприятного питания растений к 2050 году. Эта концепция включает пять целей:

1. Сокращение вдвое потерь питательных веществ в пищевой системе за счет ответственного потребления, увеличения объемов переработки и совершенствования методов управления.
2. Истощение питательных веществ в почве и потеря углерода были остановлены, что привело к улучшению состояния почвы и увеличению содержания органических веществ.
3. Благодаря проекту 75% удалось снизить потери питательных веществ в водоемы, что предотвратило эвтрофикацию и цветение водорослей.
4. Выбросы закиси азота в сельском хозяйстве сокращены на 501 тонну в рамках программы TP3T, что способствует снижению выбросов парниковых газов и борьбе с изменением климата.
5. Урожайность и качество сельскохозяйственных культур повысились на 501 тонну на 3 тонны, что способствовало повышению продовольственной безопасности и улучшению питания.

В 2018/19 году среднемировой показатель эффективности использования азота для зерновых культур составил 331 тыс. тонн на 3 трлн тонн, для масличных культур — 481 тыс. тонн на 3 трлн тонн, для корнеплодов и клубнеплодов — 621 тыс. тонн на 3 трлн тонн, для бобовых — 641 тыс. тонн на 3 трлн тонн, для фруктов — 661 тыс. тонн на 3 трлн тонн, для овощей — 681 тыс. тонн на 3 трлн тонн, а для сахарных культур — 691 тыс. тонн на 3 трлн тонн.

В Китае крупномасштабный эксперимент с участием более 20 миллионов фермеров показал, что сокращение внесения азотных удобрений в среднем на 141 тонну на 3 трлн фунтов стерлингов увеличило урожайность пшеницы в среднем на 101 тонну на 3 трлн фунтов стерлингов, что привело к увеличению частичной факторной производительности в среднем на 291 тонну на 3 трлн фунтов стерлингов.

В Индии полевой эксперимент с использованием различных сортов риса показал, что применение методов управления питательными веществами с учетом особенностей участка, основанных на анализе почвы, увеличило урожайность зерна в среднем на 171 тонну на 3 тереля, эффективность использования ресурсов в среднем на 221 тонну на 3 тереля и рентабельность на единицу баланса питательных веществ в среднем на 281 тонну на 3 тереля по сравнению с традиционной практикой фермеров. .

Аналогичным образом, в Кении полевой эксперимент с использованием различных систем смешанных посевов кукурузы и бобовых показал, что применение микродоз удобрений вместе с органическими удобрениями увеличило урожайность зерна в среднем на 791 тонну на 3 трлн, агрономическую эффективность в среднем на 861 тонну на 3 трлн, эффективность использования ресурсов в среднем на 511 тонн на 3 трлн и рентабельность на единицу питательного баланса в среднем на 501 тонну на 3 трлн по сравнению с монокультурой без удобрений.

Эти примеры демонстрируют потенциал повышения эффективности использования питательных веществ с помощью различных стратегий и методов, которые могут увеличить урожайность сельскохозяйственных культур, одновременно снижая потери питательных веществ и выбросы вредных веществ.

Какое значение это имеет для роста растений?

Эффективность использования питательных веществ важна как с экономической, так и с экологической точки зрения, поскольку она может снизить себестоимость производства сельскохозяйственных культур и риск потерь питательных веществ в окружающую среду. Однако вот некоторые важные аспекты роста растений, которые тесно с ней связаны.

1. Усиленный фотосинтез

Одним из главных факторов, на который влияет эффективность использования азота (NUE), является фотосинтез — процесс, посредством которого растения преобразуют световую энергию в химическую. Фотосинтез зависит от доступности питательных веществ, особенно азота (N), который является ключевым компонентом хлорофилла, пигмента, поглощающего свет.

Азот также играет роль в синтезе аминокислот, нуклеотидов и других молекул, необходимых для роста и развития растений. Фосфор также необходим для переноса энергии, а калий регулирует открытие и закрытие устьев, влияя на поглощение углекислого газа.

Таким образом, эффективное использование питательных веществ напрямую влияет на скорость фотосинтеза, что приводит к увеличению выработки энергии для роста растений.

2. Клеточная структура и функции

Ещё одним фактором, на который это влияет, является клеточная структура и функция, определяющие, как питательные вещества поглощаются, транспортируются, хранятся и используются внутри растительных клеток. Клеточная структура и функция зависят от наличия питательных веществ, особенно фосфора (P), калия (K), кальция (Ca) и магния (Mg) и т. д.

Например, кальций участвует в развитии клеточной стенки, обеспечивая целостность и прочность клеток. Магний является центральным компонентом молекул хлорофилла, поддерживая фотосинтез. Следовательно, эффективное использование питательных веществ обеспечивает правильное функционирование клеток и тканей, способствуя общему здоровью растений.

3. Устойчивость к стрессу и болезням

Третий фактор, на который это влияет, — это устойчивость к стрессу и болезням, которые могут снижать рост и урожайность растений, воздействуя на различные физиологические и биохимические процессы. Стресс и болезни могут быть вызваны различными факторами, такими как засуха, засоление, экстремальные температуры, дефицит или избыток питательных веществ, вредители, патогены, сорняки и т. д.

Таким образом, адекватное снабжение питательными веществами укрепляет растения, делая их более устойчивыми к стрессам окружающей среды и болезням. Хорошо питающиеся растения лучше противостоят неблагоприятным условиям, таким как засуха или нападение вредителей. Кроме того, растения, эффективно использующие питательные вещества, демонстрируют повышенную стрессоустойчивость, что способствует устойчивому росту и более высоким урожаям в сложных условиях.

Какие факторы на это влияют и как их контролировать?

Эффективность использования питательных веществ в сельском хозяйстве — это не универсальное понятие; скорее, она зависит от множества факторов, которые сложным образом формируют то, как растения поглощают, используют и реагируют на необходимые питательные вещества. К факторам, влияющим на нее, относятся свойства почвы, климатические условия, виды и сорта сельскохозяйственных культур, методы ведения сельского хозяйства и взаимодействие между этими факторами.

1. Свойства почвы

Свойства почвы, такие как текстура, структура, pH, содержание органического вещества и микробная активность, оказывают существенное влияние на эффективность использования азота. Текстура и структура почвы влияют на влагоудерживающую способность, аэрацию, дренаж и проникновение корней в почву.

Эти факторы влияют на доступность и подвижность питательных веществ в почвенном растворе, а также на их поглощение корнями растений. Например, песчаные почвы имеют низкую водоудерживающую способность и высокий потенциал выщелачивания, что может снизить эффективность использования азота (N) и калия (K).

Глинистые почвы обладают высокой водоудерживающей способностью и низкой аэрацией, что может ограничивать эффективность использования азота (NUE) для фосфора (P) и микроэлементов.

Кроме того, pH почвы влияет на растворимость и доступность питательных веществ. Большинство питательных веществ более доступны в слабокислых или нейтральных почвах (pH 6-7), в то время как некоторые микроэлементы, такие как железо (Fe), марганец (Mn), цинк (Zn) и медь (Cu), более доступны в кислых почвах (pH < 6).

Почвенное органическое вещество и микробная активность влияют на круговорот и трансформацию питательных веществ в почве. Органическое вещество служит источником углерода (C) и энергии для почвенных микроорганизмов, которые могут минерализовать органические формы питательных веществ в неорганические формы, доступные для поглощения растениями.

Микроорганизмы также могут иммобилизовать питательные вещества, включая их в свою биомассу или образуя комплексы с органическими молекулами.

2. Климатические условия

Климатические условия, такие как температура, количество осадков, солнечная радиация и ветер, влияют на эффективность использования азота (NUE) посредством своего воздействия на почвенные процессы, рост растений и потери питательных веществ. Температура влияет на скорость химических и биологических реакций в почве, а также на метаболическую активность и развитие растений.

Повышение температуры, как правило, усиливает минерализацию органического вещества и доступность питательных веществ в почве, но также может увеличить испарение аммиака (NH3) из мочевины или навоза, или денитрификацию нитрата (NO3-) с образованием закиси азота (N2O) или азота (N2).

Повышение температуры также может ускорить рост растений и увеличить потребность в питательных веществах, но оно также может снизить поглощение воды растениями и транспирацию, что может повлиять на транспорт питательных веществ внутри растения.

Аналогичным образом, осадки влияют на водный баланс и динамику питательных веществ в системе почва-растение. Достаточное количество осадков необходимо для поддержания влажности почвы и доступности питательных веществ для растений, но избыток осадков может вызвать вымывание или смыв питательных веществ с поверхности почвы или из подземных слоев.

Количество осадков также может влиять на сроки и частоту полива и внесения удобрений, что, в свою очередь, может влиять на эффективность использования питательных веществ. Солнечное излучение влияет на фотосинтетическую активность и производство биомассы растений, что определяет их потребность в питательных веществах и их усвоение.

Кроме того, ветер также влияет на эффективность использования питательных веществ, воздействуя на эрозию почвы, испарение и процессы испарения. Ветер может вызывать эрозию почвы, отрывая и перенося частицы почвы, содержащие питательные вещества, с одного места на другое.

Ветер также может усиливать испарение с поверхности почвы или растительного покрова, что может снизить влажность почвы и доступность питательных веществ для растений.

3. Характеристики и разновидности растений

Виды и сорта сельскохозяйственных культур различаются по своему генетическому потенциалу эффективности использования азота (УИЗ), а также по реакции на факторы окружающей среды и управления. Некоторые культуры обладают более высокой внутренней УИЗ, чем другие, благодаря своим физиологическим особенностям, таким как морфология корней, кинетика поглощения питательных веществ, эффективность перемещения, способность к ассимиляции, эффективность ремобилизации, индекс урожайности и т. д.

Например, зерновые культуры, как правило, обладают более высокой эффективностью использования питательных веществ, чем бобовые, благодаря более высокому индексу урожайности (отношение урожайности зерна к общей биомассе) и более низкой концентрации питательных веществ в зерне.

Кроме того, сорта сельскохозяйственных культур внутри одного вида могут различаться по эффективности использования азота (NUE) из-за различий в генетических признаках или селекционных работах. Например, некоторые сорта риса имеют более высокую эффективность использования азота, чем другие, благодаря своей способности использовать альтернативные источники азота (N), такие как аммоний (NH4+) или фиксация атмосферного N2 симбиотическими бактериями.

Некоторые сорта пшеницы обладают более высокой эффективностью использования азота (NUE), чем другие, благодаря своей способности более эффективно использовать фосфор (P) за счет выделения органических кислот или фосфатаз, которые растворяют фосфор из почвы. Некоторые сорта кукурузы обладают более высокой эффективностью использования калия (K), чем другие, благодаря своей способности более эффективно использовать калий (K), уменьшая утечку K из корней или увеличивая поглощение K при низкой доступности K.

4. Методы управления

Такие методы управления, как обработка почвы, севооборот, междурядные посевы, покровные культуры, орошение, внесение удобрений, борьба с сорняками, борьба с вредителями и организация уборки урожая, могут влиять на эффективность использования азота, изменяя почвенную среду, рост культур и потери питательных веществ.

Обработка почвы

Обработка почвы влияет на физические и биологические свойства почвы, такие как структура почвы, содержание органического вещества, микробная активность и распределение питательных веществ. Она может улучшить эффективность использования азота за счет повышения аэрации и дренажа почвы, что может повысить доступность питательных веществ и их усвоение корнями растений.

Однако это также может снизить эффективность использования питательных веществ за счет усиления эрозии почвы и потерь питательных веществ, или за счет уменьшения содержания органического вещества в почве и микробной активности, что может снизить круговорот питательных веществ и их доступность.

Севооборот

Севооборот представляется стратегией повышения эффективности использования питательных веществ за счет диверсификации спроса и предложения питательных веществ между культурами. Помимо учета питательных веществ, он также эффективен в прерывании циклов вредителей и болезней, тем самым способствуя повышению эффективности использования питательных веществ.

Например, севооборот зерновых с бобовыми может улучшить эффективность использования азота за счет увеличения поступления азота за счет биологической фиксации азота бобовыми или за счет снижения потребности зерновых в азоте из-за их более низкой потребности в азоте.

Смешанные посевы

Смешанное земледелие, предполагающее одновременное выращивание двух или более культур на одном участке земли, высоко ценится за его положительное влияние на эффективность использования азота (NUE). Это достигается за счет обеспечения взаимодополняемости и синергии между культурами в плане использования питательных веществ. Например, совместное выращивание зерновых и бобовых культур изменяет структуру поступления азота, положительно влияя на NUE.

Покровные культуры

Покровные культуры, практика выращивания одной культуры между двумя основными культурами для покрытия поверхности почвы и предотвращения эрозии, оказывают двойное воздействие на эффективность использования азота. С одной стороны, они положительно влияют на эффективность использования азота за счет увеличения содержания органического вещества, микробной активности и круговорота питательных веществ.

С другой стороны, возникают проблемы, поскольку покровные культуры могут конкурировать за питательные вещества, воду и свет, что потенциально может повлиять на эффективность использования питательных веществ.

Орошение

Грамотное орошение повышает эффективность использования азота за счет поддержания оптимальной влажности почвы и доступности питательных веществ. Однако неправильное орошение может снизить эффективность использования азота из-за вымывания питательных веществ или стока.

Удобрение

Внесение удобрений, если оно проводится в подходящее время и в нужном месте, повышает эффективность использования азота за счет увеличения доступности питательных веществ для корней растений. Тем не менее, чрезмерное внесение может привести к потерям питательных веществ, что подчеркивает важность соблюдения тонкого баланса в практике внесения удобрений.

Борьба с сорняками

Борьба с сорняками повышает эффективность использования азота за счет снижения конкуренции за питательные вещества и потерь, вызванных сорняками. Однако необходимо тщательно учитывать ее влияние на свойства почвы, поскольку она может повлиять на доступность и усвоение азота.

Борьба с вредителями

Борьба с вредителями положительно влияет на эффективность использования питательных веществ, снижая потери питательных веществ из-за повреждений, наносимых вредителями. Однако, как и в случае с борьбой с сорняками, её влияние на свойства почвы может сказаться на доступности и круговороте питательных веществ.

Управление сбором урожая

Управление сбором урожая, включающее решения о том, когда и как собирать урожай, играет решающую роль в повышении эффективности использования питательных веществ (УИН). Положительно это влияет на УИН за счет оптимизации урожайности и снижения концентрации питательных веществ в собранных частях растений. Однако ненадлежащее управление сбором урожая может привести к тому, что питательные вещества останутся в остаточных частях растений, что негативно скажется на УИН.

Каковы основные показатели эффективности использования ресурсов (NUE) для различных систем?

Этот показатель измеряет, насколько эффективно система земледелия использует доступные питательные вещества для получения урожая. Однако показатель эффективности использования питательных веществ (NUE) не является простым или универсальным индикатором. Он может варьироваться в зависимости от рассматриваемых входных и выходных данных, масштаба и границ системы, а также цели оценки. Поэтому важно использовать соответствующие индикаторы, отражающие цели ответственного питания растений.

Индикаторы удобрений

Эти показатели отражают эффективность использования питательных веществ из удобрений. Они показывают, насколько эффективно внесенные питательные вещества преобразуются в урожай, что может помочь в принятии решений об оптимальном управлении питательными веществами и распределении ресурсов. К числу распространенных показателей использования удобрений относятся:

1. Частичная факторная производительность (ЧФП): Это отношение урожайности сельскохозяйственных культур к внесенным питательным веществам в виде удобрений. Оно показывает продуктивность на единицу внесенных удобрений. Высокое значение PFP означает высокую урожайность при низком внесении удобрений. Однако оно не учитывает другие источники питательных веществ или потери в окружающую среду.

Например, при надлежащем уходе за зерновыми культурами обычный диапазон PFP для урожайности зерна на килограмм внесенного азота составляет от 50 до 100 килограммов.

2. Агрономическая эффективность (АЭ): Это показатель увеличения урожайности на единицу внесенных питательных веществ в виде удобрений. Он отражает предельную отдачу от внесения удобрений. Высокий показатель AE означает значительное увеличение урожайности при низком внесении удобрений. Однако он не учитывает исходное плодородие почвы или потери в окружающей среде.

В качестве примера возьмем азот. В системах выращивания зерновых культур, за которыми хорошо ухаживают, суточная доза обычно составляет около 20-30 килограммов зерна на килограмм внесенного азота. Однако иногда она может быть даже выше.

3. Эффективность извлечения (RE)Это доля внесенных питательных веществ из удобрений, которая усваивается культурой. Она указывает на эффективность усвоения питательных веществ из удобрений. Высокий показатель эффективности усвоения означает низкие потери удобрений в окружающую среду. Однако он не учитывает урожайность или качество культуры.

Например, согласно глобальному анализу, проведенному Чжаном и др. (2015), средние значения PFP, AE и RE азотных удобрений для зерновых культур составляли 42 кг зерна/кг N, 15 кг зерна/кг N и 0,33 кг поглощения N/кг внесенного N соответственно. Эти значения значительно различались в зависимости от региона и вида культуры, отражая различия в почвенных условиях, климате, системах земледелия и методах управления.

Показатели урожайности

Эти показатели определяют распределение питательных веществ внутри растения и его влияние на урожайность и качество сельскохозяйственных культур. Они показывают, насколько эффективно культура использует поглощенные питательные вещества для производства биомассы или экономической продукции. Некоторые из распространенных показателей урожайности:

1. Индекс усвояемости питательных веществ (NHI)Это отношение содержания питательных веществ в собранных частях растения к общему количеству питательных веществ, поглощенных надземной частью. Оно показывает долю поглощенных питательных веществ, которые направляются на производство товарной продукции. Высокий показатель NHI означает высокое вынос питательных веществ при сборе урожая и низкое возвращение питательных веществ в почву.

Типичные значения NHI для кукурузы задокументированы в диапазоне 59-70% для азота (N), 79-91% для фосфора (P) и 13-19% для калия (K) (13). Аналогично, для риса сообщаемые диапазоны включают 54-65% для N, 61-71% для P и 12-19% для K.

2. Внутренняя эффективность (ВЭ): Это отношение урожайности к содержанию питательных веществ в собранных частях растения. Оно показывает эффективность формирования экономически целесообразного продукта на единицу удаленных питательных веществ. Высокий показатель эффективности означает высокую урожайность при низкой концентрации питательных веществ в собранных частях растения.

Например, благодаря усовершенствованиям в селекции кукурузы эффективность использования азота повысилась с 45 кг на кг поглощенного азота в 1946 году до 66 кг/кг в 2015 году.

3. Физиологическая эффективность (ФЭ)Это отношение урожайности сельскохозяйственных культур к содержанию питательных веществ в надземной биомассе. Оно показывает эффективность образования экономически целесообразного продукта на единицу общего содержания питательных веществ в растении. Высокий показатель эффективности образования продукта означает высокую урожайность при низкой концентрации питательных веществ в биомассе.

4. Концентрация питательных веществ (КН)Это показатель содержания питательных веществ на единицу сухого вещества в собранной массе или надземной биомассе. Он указывает на качество или пищевую ценность урожая или растительных остатков.

Кроме того, согласно метаанализу Добермана (2007), средние значения NHI, IE, PE и NC для азота в зерновых культурах составили 0,67 кг N/кг поглощенного азота, 90 кг зерна/кг азота в зерне, 134 кг зерна/кг азота в биомассе и 1,51 TP3T азота в зерне соответственно.

Системные индикаторы

Эти показатели учитывают всю систему земледелия, включая почву, урожай и окружающую среду. Они показывают, насколько эффективно система использует доступные питательные вещества из всех источников и минимизирует потери для окружающей среды. Некоторые из распространенных системных показателей:

1. Граница системы NUE (SB-NUE): Это отношение общего объема выноса азота к общему объему его поступления в пределах заданных границ системы. Оно указывает на общий азотный баланс системы. Высокое значение SB-NUE означает высокий объем выноса азота при низком объеме его поступления. Однако оно не учитывает пространственную и временную изменчивость потоков азота внутри системы.

2. Коэффициент частичного баланса питательных веществ (NUEPB): Это разница между поступлением питательных веществ из удобрений и их выходом из собранного урожая. Она показывает чистое изменение состояния питательных веществ в почве в результате внесения удобрений. Положительное значение PNB означает избыток питательных веществ из удобрений в почве, а отрицательное — дефицит. Средние глобальные значения NUEPB, включающие удобрения, навоз, фиксацию и осаждение, показывают увеличение до 551 TP3T для азота и 771 TP3T для фосфора.

Для большинства зерновых культур, таких как пшеница и кукуруза, естественный процесс поглощения азота (N) из воздуха (биологическая фиксация) обычно невелик, менее 10 килограммов на гектар. Но для таких культур, как рис и сахарный тростник, он может быть немного выше, около 15-30 килограммов на гектар.

А для некоторых бобовых, таких как соя, арахис, зернобобовые и кормовые бобовые, этот показатель может быть еще выше, варьируясь от 100 до 300 килограммов на гектар. Иногда, когда мы поливаем растения (орошаем), это также приносит некоторые питательные вещества, которые могут быть важны в определенных ситуациях.

3. Коэффициент баланса питательных веществ на уровне фермерского хозяйства (NUEFG)

Это расширяет границы системы за пределы поверхности почвы, рассматривая фермы с интегрированным растениеводством и животноводством. Включение животноводства часто снижает NUEFG из-за дополнительных сложностей. Повышение NUEFG включает оптимизацию использования питательных веществ на всей ферме, управление навозом и минимизацию поступлений питательных веществ извне.

Расширяя границы этого понятия, показатель эффективности использования питательных веществ в пищевой цепи (NUEFC) оценивает доступность питательных веществ для потребления человеком относительно общего количества питательных веществ, поступающих во всю пищевую систему. Для азота оценки NUEFC варьируются от 101 Тт³Т до 401 Тт³Т в европейских странах. Однако из-за сложности цепочки производства продуктов питания практическое применение и проведение значимых оценок остаются сложной задачей.

4. Избыток питательных веществ (ИПВ): Это разница между общим поступлением питательных веществ и общим их выведением в пределах заданных границ системы. Она указывает на потенциальные потери питательных веществ в окружающую среду. Высокое значение NS означает высокий риск загрязнения окружающей среды.

Например, согласно глобальному анализу Лассалетты и др. (2014), средние значения SB-NUE, PNB и NS для азота в растениеводстве составили 0,42 кг N/кг внесенного азота, 65 кг N/га и 65 кг N/га соответственно.

Как повысить эффективность использования питательных веществ для достижения лучших результатов?

Ответственное питание растений — это стратегия обеспечения продовольственной безопасности и защиты окружающей среды путем оптимизации использования питательных веществ в сельскохозяйственных системах. Поэтому важно отслеживать и оценивать эффективность использования питательных веществ с помощью соответствующих инструментов, способных учитывать ее сложность и изменчивость. Вот некоторые важные методы. Это может помочь фермерам и исследователям повысить эффективность использования азота в рамках ответственного подхода к питанию растений.

1. Анализ питательных веществ

Анализ питательных веществ — это метод измерения содержания питательных веществ в образцах почвы и растительной ткани. Он может предоставить ценную информацию о доступности и усвоении питательных веществ в системе почва-растение, а также о потенциальных потерях или дефиците питательных веществ. Анализ питательных веществ может помочь фермерам и исследователям:

• Определите оптимальный тип, скорость, время и место внесения питательных веществ, таких как удобрения, навоз, поливная вода и т. д.
• Оцените агрономические и экономические показатели различных методов управления питательными веществами, таких как севооборот, междурядные посевы, покровные культуры и т. д.
• Выявление и устранение дисбаланса питательных веществ или нарушений, которые могут повлиять на урожайность и качество сельскохозяйственных культур, таких как дефицит азота, токсичность фосфора, дефицит микроэлементов и т. д.
• Необходимо отслеживать воздействие внесения питательных веществ на окружающую среду, например, выщелачивание, сток, испарение, выбросы парниковых газов и т. д.

Анализ питательных веществ можно проводить различными методами, такими как наборы для анализа почвы, портативные датчики, лабораторный анализ и т. д. Однако анализ питательных веществ — это не разовое мероприятие. Его следует проводить регулярно и часто, чтобы фиксировать динамические изменения содержания питательных веществ в течение всего вегетационного периода и на разных полях.

2. Дистанционное зондирование и технологии

Дистанционное зондирование — это метод сбора данных на расстоянии с помощью таких устройств, как спутники, дроны, камеры и т. д. Оно позволяет получать пространственно и временно непрерывную информацию о различных аспектах роста и развития сельскохозяйственных культур, таких как производство биомассы, индекс листовой поверхности, содержание хлорофилла, водный стресс и т. д. Дистанционное зондирование может помочь фермерам:

• Оцените потенциальную урожайность и изменчивость урожайности сельскохозяйственных культур на разных полях или в разных регионах.
• Оцените реакцию растений на различные виды внесения питательных веществ или методы управления.
• Выявление и диагностика дефицита питательных веществ или стрессовых факторов, которые могут повлиять на рост и качество сельскохозяйственных культур.
• Оптимизируйте сроки и нормы внесения питательных веществ в зависимости от потребностей культуры.
• Снижение затрат и трудозатрат на отбор проб и проведение полевых исследований.

Дистанционное зондирование может осуществляться с использованием различных платформ и датчиков, таких как оптические, тепловые, радиолокационные, гиперспектральные и т. д. Однако дистанционное зондирование не является самостоятельным инструментом. Его необходимо калибровать и проверять с использованием данных наземных измерений или анализа питательных веществ.

3. Моделирование урожая

Моделирование сельскохозяйственных культур — это метод использования математических уравнений для описания и прогнозирования поведения культур в различных условиях. Он может предоставить количественную информацию о взаимодействии между культурами, питательными веществами, почвой, водой, климатом и методами ведения сельского хозяйства. Моделирование сельскохозяйственных культур может помочь:

• Понять основные механизмы и процессы, влияющие на эффективность использования азота в сельскохозяйственных культурах.
• Оцените влияние различных сценариев или вмешательств на результаты NUE.
• Оптимизировать разработку и проведение полевых экспериментов или испытаний.
• Экстраполируйте или масштабируйте результаты полевых измерений или дистанционного зондирования на более крупные масштабы или регионы.

Моделирование урожайности сельскохозяйственных культур может осуществляться с использованием различных типов моделей, таких как эмпирические, механистические или гибридные модели. Однако моделирование урожайности — это не простой инструмент.

Для калибровки и проверки моделей, а также для правильной интерпретации результатов требуется большой объем данных и экспертных знаний. Кроме того, моделирование сельскохозяйственных культур следует использовать в сочетании с другими инструментами, такими как анализ питательных веществ или дистанционное зондирование, для проверки и дополнения результатов моделирования.

Как GeoPard может помочь повысить эффективность использования питательных веществ?

В стремлении к устойчивому и ответственному питанию растений роль передовых технологий становится все более важной. GeoPard, передовая платформа, специализирующаяся на точном земледелии, предлагает набор услуг, разработанных для повышения эффективности использования питательных веществ (NUE) посредством анализа данных о почве, тестирования питательных веществ и интеллектуального мониторинга.

1. Анализ почвенных данных

Функция анализа данных о почве в GeoPard предоставляет подробную карту свойств почвы, что облегчает создание карт рекомендаций по внесению удобрений с переменной нормой внесения (VRA). Эта возможность позволяет фермерам:

• Оптимизация внесения удобрений: Подбирайте удобрения в соответствии с конкретными характеристиками почвы, предотвращая переизбыток удобрений и снижая воздействие на окружающую среду.
• Определить зоны управленияСравните характеристики почвы с другими слоями и создайте файлы с рекомендациями по внесению удобрений с переменной нормой внесения для эффективного распределения питательных веществ.
• План отбора проб почвыСтратегически планируйте точки отбора проб почвы на основе многолетних зон, отражающих исторические закономерности развития сельскохозяйственных культур.

Кроме того, благодаря комплексу предоставляемых услуг, система превосходит аналоги в повышении эффективности питания растений. Она упрощает интерпретацию данных о почве с помощью легко читаемых тепловых карт, обеспечивает точное внесение удобрений с помощью системы вариативного внесения удобрений (VRA) и предоставляет достоверную информацию о состоянии почвы с помощью высокоточных почвенных сканеров.

Кроме того, система обеспечивает точное внедрение плана питания растений, отслеживает данные о внесении удобрений и результатах посадки, а также предоставляет ценные 3D-карты и топографическую аналитику для принятия более обоснованных решений фермерами. По сути, GeoPard — это мощное решение для оптимизированного и устойчивого управления питанием растений.

Заключение

В заключение следует отметить, что эффективность использования питательных веществ (ЭУП) играет ключевую роль в глобальном сельскохозяйственном ландшафте, и ее важность для обеспечения оптимального роста растений невозможно переоценить. Поскольку мы осознаем многогранность факторов, влияющих на ЭУП, и разнообразие показателей в различных системах, необходимость стратегических мер становится очевидной.

GeoPard становится ключевым игроком в этом направлении, предлагая инновационные решения для повышения эффективности использования питательных веществ. Благодаря удобным функциям, таким как легко читаемые тепловые карты и точное внесение удобрений с переменной нормой (VRA), компания позволяет фермерам принимать обоснованные решения и оптимизировать методы управления питательными веществами.