Úloha efektívnosti využitia živín pri zodpovednom výžive rastlín

Efektívnosť využívania živín (NUE) je v modernom poľnohospodárstve kľúčovým konceptom, ktorý zohráva kľúčovú úlohu pri zvyšovaní rastu rastlín a optimalizácii celkového výnosu plodín. S rastúcou svetovou populáciou sa zvyšuje dopyt po produkcii potravín, čo si vyžaduje, aby poľnohospodári prijali udržateľné a efektívne poľnohospodárske postupy.

Živiny sú nevyhnutné pre rast, vývoj a metabolizmus rastlín. Zohrávajú dôležitú úlohu v rôznych fyziologických procesoch, ako je fotosyntéza, dýchanie, enzymatická aktivita, bunkové delenie, prenos signálu a stresová reakcia.

Rastliny potrebujú rôzne množstvá a typy živín v závislosti od ich druhu, štádia rastu a podmienok prostredia. Niektoré živiny sú potrebné vo veľkých množstvách (makroživiny), ako napríklad dusík (N), fosfor (P) a draslík (K) atď. Iné sú potrebné v malých množstvách (mikroživiny), ako napríklad železo (Fe), zinok (Zn) a meď (Cu) atď.

Čo je to efektívnosť využitia živín?

Vzťahuje sa na schopnosť rastliny efektívne využívať živiny pre svoj rast a vývoj. Jednoducho povedané, je to miera toho, ako efektívne rastliny absorbujú a využívajú základné prvky z pôdy, vody a vzduchu.

Jeho použitie zahŕňa minimalizáciu strát a maximalizáciu príjmu a využitia živín rastlinami, čo v konečnom dôsledku prispieva k zlepšeniu výkonnosti plodín. Dá sa vyjadriť ako pomer rastlinnej biomasy alebo výnosu k príjmu alebo vstupu živín.

Vysoká hodnota NUE znamená, že rastliny produkujú viac biomasy alebo výnosu s menším príjmom alebo vstupom živín, zatiaľ čo nízka hodnota NUE znamená, že rastliny potrebujú viac živín na dosiahnutie rovnakej úrovne rastu alebo produkcie.

Okrem toho možno NUE definovať rôznymi spôsobmi v závislosti od kladenej otázky a dostupných údajov. Niektoré bežne používané termíny na vyjadrenie NUE sú:

• Čiastočná produktivita faktorov (PFP): množstvo výnosu plodiny na jednotku aplikovanej živiny
• Agronomická účinnosť (AE): zvýšenie výnosu plodiny na jednotku aplikovanej živiny
• Čiastočná nutričná bilancia (PNB): množstvo prijatých živín na jednotku aplikovanej živiny
• Zdanlivá účinnosť výťažnosti (RE)rozdiel v príjme živín medzi hnojenými a nehnojenými plodinami na jednotku aplikovanej živiny
• Účinnosť vnútorného využitia (IE): množstvo výnosu plodiny na jednotku príjmu živín
• Fyziologická účinnosť (PE): zvýšenie výnosu plodiny na jednotku rozdielu v príjme živín medzi hnojenými a nehnojenými plodinami

Globálna reakcia na jeho dôležitosť

Podľa Organizácie OSN pre výživu a poľnohospodárstvo (FAO) sa celosvetová spotreba hnojív od roku 1961 zvýšila o viac ako 5001 ton a v roku 2023 dosiahla viac ako 200 miliónov ton živín. To prispelo k výraznému zvýšeniu produkcie plodín a dostupnosti potravín, ale aj k veľkému množstvu strát živín do životného prostredia.

FAO ďalej odhaduje, že plodiny na celom svete absorbujú iba 421 TP3T dusíka (N) a 151 TP3T fosforu (P) aplikovaných ako hnojivá, zatiaľ čo zvyšok sa stráca vylúhovaním, odtokom, eróziou, volatilizáciou, denitrifikáciou alebo imobilizáciou.

Preto si FAO stanovila cieľ zvýšiť globálny priemerný NUE z 42% na 52% do roku 2030. To by si vyžadovalo zníženie používania dusíkatých hnojív o 20% a zároveň zvýšenie príjmu dusíka plodinami o 10%. Podobne Vedecký panel pre zodpovednú výživu rastlín navrhol víziu na dosiahnutie prírodne pozitívnej výživy rastlín do roku 2050. Táto vízia zahŕňa päť cieľov:

1. Zníženie plytvania živinami v rámci potravinového systému na polovicu prostredníctvom zodpovednej spotreby, zvýšenej recyklácie a lepších postupov riadenia.
2. Zastavilo sa vyčerpávanie živín z pôdy a strata uhlíka, čo viedlo k zlepšeniu zdravia pôdy a organickej hmoty.
3. Straty živín vo vodných útvaroch znížené o 75%, čím sa zabránilo eutrofizácii a kvitnutiu rias.
4. Emisie oxidu dusného z poľnohospodárstva sa znížili o 501 TP3T, čo prispelo k zmierneniu emisií skleníkových plynov a klimatických zmien.
5. Výnosy a kvalita plodín sa zvýšili o 50%, čím sa zlepšila potravinová bezpečnosť a výživa.

Priemerná celosvetová NUE obilnín bola v sezóne 2018/19 331 TP3T, olejnatých semien 481 TP3T, koreňových a hľuzových plodín 621 TP3T, strukovín 641 TP3T, ovocia 661 TP3T, zeleniny 681 TP3T a cukrových plodín 691 TP3T.

V Číne rozsiahly participatívny experiment, do ktorého sa zapojilo viac ako 20 miliónov farmárov, ukázal, že zníženie aplikácie dusíkatých hnojív v priemere o 141 TP3T zvýšilo úrodu pšenice v priemere o 101 TP3T, čo viedlo k zvýšeniu parciálnej produktivity faktorov v priemere o 291 TP3T.

Zatiaľ čo v Indii poľný experiment zahŕňajúci rôzne odrody ryže ukázal, že aplikácia manažmentu živín špecifických pre dané miesto na základe testovania pôdy zvýšila úrodu zrna v priemere o 171 TP3T, efektívnosť využívania zdrojov v priemere o 221 TP3T a ziskovosť na bilanciu živín v priemere o 281 TP3T v porovnaní s praxou poľnohospodárov. .

Podobne v Keni poľný experiment zahŕňajúci rôzne systémy medziplodín kukurice a strukovín ukázal, že aplikácia mikrodávok hnojiva spolu s organickým hnojom zvýšila úrodu zrna v priemere o 791 TP3T, agronomickú účinnosť v priemere o 861 TP3T, efektívnosť využívania zdrojov v priemere o 511 TP3T a ziskovosť na bilanciu živín v priemere o 501 TP3T v porovnaní s pestovaním výlučne bez hnojiva.

Tieto príklady demonštrujú potenciál zlepšenia NEE prostredníctvom rôznych stratégií a postupov, ktoré môžu zvýšiť produkciu plodín a zároveň znížiť straty živín a emisie.

Aký je to dôležité pre rast rastlín?

NUE je dôležitá z ekonomických aj environmentálnych dôvodov, pretože môže znížiť náklady na produkciu plodín a riziko strát živín pre životné prostredie. Tu je však niekoľko dôležitých aspektov rastu rastlín, ktoré s ňou úzko súvisia.

1. Zlepšená fotosyntéza

Jedným z hlavných faktorov, ktoré NUE ovplyvňuje, je fotosyntéza, proces, ktorým rastliny premieňajú svetelnú energiu na chemickú energiu. Fotosyntéza závisí od dostupnosti živín, najmä dusíka (N), ktorý je kľúčovou zložkou chlorofylu, pigmentu, ktorý absorbuje svetlo.

Dusík tiež zohráva úlohu v syntéze aminokyselín, nukleotidov a ďalších molekúl, ktoré sú nevyhnutné pre rast a vývoj rastlín. Fosfor je tiež nevyhnutný pre prenos energie, zatiaľ čo draslík reguluje otváranie a zatváranie prieduchov, čím ovplyvňuje príjem oxidu uhličitého.

Preto efektívne využitie živín priamo ovplyvňuje rýchlosť fotosyntézy, čo vedie k zvýšenej produkcii energie pre rast rastlín.

2. Bunková štruktúra a funkcia

Ďalším faktorom, ktorý ovplyvňuje, je bunková štruktúra a funkcia, ktorá určuje, ako sú živiny prijímané, transportované, ukladané a využívané v rastlinných bunkách. Bunková štruktúra a funkcia závisí od dostupnosti živín, najmä fosforu (P), draslíka (K), vápnika (Ca) a horčíka (Mg) atď.

Napríklad vápnik sa podieľa na vývoji bunkovej steny, čím zabezpečuje integritu a pevnosť buniek. Horčík je ústrednou zložkou molekúl chlorofylu, ktoré podporujú fotosyntézu. Efektívne využívanie živín preto zabezpečuje správne fungovanie buniek a tkanív, čím podporuje celkové zdravie rastlín.

3. Odolnosť voči stresu a chorobám

Tretím faktorom, ktorý ovplyvňuje, je odolnosť voči stresu a chorobám, ktoré môžu znížiť rast rastlín a výnos ovplyvnením rôznych fyziologických a biochemických procesov. Stres a choroby môžu byť spôsobené rôznymi faktormi, ako je sucho, slanosť, teplotné extrémy, nedostatok živín alebo toxicita, škodcovia, patogény, burina atď.

Dostatočný prísun živín preto posilňuje rastliny, čím sa stávajú odolnejšími voči environmentálnym stresom a chorobám. Dobre vyživené rastliny dokážu lepšie odolávať nepriaznivým podmienkam, ako je sucho alebo napadnutie škodcami. Okrem toho rastliny efektívne využívajúce živiny vykazujú lepšiu toleranciu voči stresu, čo prispieva k trvalému rastu a vyšším výnosom plodín aj v náročných podmienkach.

Aké faktory to ovplyvňujú a ako ich kontrolovať?

Nutričná energetická účinnosť (NUE) v poľnohospodárstve nie je univerzálny koncept; skôr je ovplyvnená rôznymi faktormi, ktoré zložito formujú spôsob, akým rastliny absorbujú, využívajú a reagujú na esenciálne živiny. Medzi faktory, ktoré ju ovplyvňujú, patria vlastnosti pôdy, klimatické podmienky, druhy a odrody plodín, postupy hospodárenia a interakcie medzi týmito faktormi.

1. Vlastnosti pôdy

Vlastnosti pôdy, ako je textúra, štruktúra, pH, organická hmota a mikrobiálna aktivita, majú významný vplyv na NUE. Textúra a štruktúra pôdy ovplyvňujú schopnosť zadržiavať vodu, prevzdušňovanie, odvodňovanie a prenikanie koreňov do pôdy.

Tieto faktory ovplyvňujú dostupnosť a mobilitu živín v pôdnom roztoku a ich príjem koreňmi rastlín. Napríklad piesočnaté pôdy majú nízku schopnosť zadržiavať vodu a vysoký vyplavovací potenciál, čo môže znížiť nutričnú hodnotu dusíka (N) a draslíka (K).

Ílovité pôdy majú vysokú kapacitu zadržiavania vody a nízku aeráciu, čo môže obmedziť nevyužiteľnú energiu (NUE) fosforu (P) a mikroživín.

Okrem toho pH pôdy ovplyvňuje rozpustnosť a dostupnosť živín v pôde. Väčšina živín je dostupnejšia v mierne kyslých až neutrálnych pôdach (pH 6 – 7), zatiaľ čo niektoré mikroživiny, ako napríklad železo (Fe), mangán (Mn), zinok (Zn) a meď (Cu), sú dostupnejšie v kyslých pôdach (pH < 6).

Organická hmota v pôde a mikrobiálna aktivita ovplyvňujú kolobeh a transformáciu živín v pôde. Organická hmota poskytuje zdroj uhlíka (C) a energie pre pôdne mikroorganizmy, ktoré dokážu mineralizovať organické formy živín na anorganické formy, ktoré sú dostupné pre príjem rastlín.

Mikroorganizmy môžu tiež imobilizovať živiny ich začlenením do svojej biomasy alebo tvorbou komplexov s organickými molekulami.

2. Klimatické podmienky

Klimatické podmienky, ako je teplota, zrážky, slnečné žiarenie a vietor, ovplyvňujú NUE prostredníctvom svojich účinkov na pôdne procesy, rast rastlín a straty živín. Teplota ovplyvňuje rýchlosť chemických a biologických reakcií v pôde, ako aj metabolickú aktivitu a vývoj rastlín.

Vyššie teploty vo všeobecnosti zvyšujú mineralizáciu organickej hmoty a dostupnosť živín v pôde, ale môžu tiež zvýšiť prchanie amoniaku (NH3) z aplikácie močoviny alebo hnoja alebo denitrifikáciu dusičnanov (NO3-) na oxid dusný (N2O) alebo plynný dusík (N2).

Vyššie teploty môžu tiež urýchliť rast rastlín a ich potrebu živín, ale môžu tiež znížiť príjem vody a transpiráciu rastlinami, čo môže ovplyvniť transport živín v rastline.

Podobne aj zrážky ovplyvňujú vodnú bilanciu a dynamiku živín v systéme pôda-rastlina. Dostatočné zrážky sú nevyhnutné na udržanie pôdnej vlhkosti a dostupnosti živín pre príjem rastlín, ale nadmerné zrážky môžu spôsobiť vyplavovanie alebo odtok živín z povrchových alebo podpovrchových vrstiev pôdy.

Zrážky môžu tiež ovplyvniť načasovanie a frekvenciu zavlažovania a aplikácie hnojív, čo môže ovplyvniť NUE. Slnečné žiarenie ovplyvňuje fotosyntetickú aktivitu a produkciu biomasy rastlín, čo určuje ich dopyt po živinách a ich príjem.

Okrem toho vietor ovplyvňuje NUE aj tým, že ovplyvňuje procesy erózie pôdy, vyparovania a volatilácie. Vietor môže spôsobiť eróziu pôdy oddeľovaním a prenášaním častíc pôdy, ktoré obsahujú živiny, z jedného miesta na druhé.

Vietor môže tiež zvýšiť odparovanie z povrchu pôdy alebo z rastlinného porastu, čo môže znížiť pôdnu vlhkosť a dostupnosť živín pre rastliny.

3. Charakteristika a odrody rastlín

Druhy a odrody plodín sa líšia svojím genetickým potenciálom pre NUE, ako aj svojou reakciou na environmentálne a manažmentové faktory. Niektoré plodiny majú vyššiu inherentnú NUE ako iné kvôli svojim fyziologickým vlastnostiam, ako je morfológia koreňov, kinetika príjmu živín, účinnosť translokácie, asimilačná kapacita, účinnosť remobilizácie, zberový index atď.

Napríklad obilniny majú vo všeobecnosti vyššiu NUE ako strukoviny kvôli ich vyššiemu indexu zberu (pomer výnosu zrna k celkovej biomase) a nižšej koncentrácii živín v ich zrnách.

Okrem toho sa odrody plodín v rámci jedného druhu môžu líšiť aj v NUE v dôsledku rozdielov v genetických vlastnostiach alebo šľachtiteľského úsilia. Napríklad niektoré odrody ryže majú vyššiu NUE ako iné vďaka svojej schopnosti využívať alternatívne zdroje dusíka (N), ako je amónny ión (NH4+) alebo atmosférická fixácia N2 symbiotickými baktériami.

Niektoré odrody pšenice majú vyššiu NUE ako iné kvôli ich schopnosti efektívnejšie využívať fosfor (P) vylučovaním organických kyselín alebo fosfatáz, ktoré solubilizujú P z pôdy. Niektoré odrody kukurice majú vyššiu NUE ako iné kvôli ich schopnosti efektívnejšie využívať draslík (K) znížením úniku K z koreňov alebo zvýšením príjmu K pri nízkej dostupnosti K.

4. Manažérske postupy

Manažérske postupy, ako je obrábanie pôdy, striedanie plodín, pestovanie medziplodín, krycie plodiny, zavlažovanie, hnojenie, kontrola buriny, kontrola škodcov a riadenie úrody, môžu ovplyvniť NUE zmenou pôdneho prostredia, rastu plodín a strát živín.

Obrábanie pôdy

Obrábanie pôdy ovplyvňuje fyzikálne a biologické vlastnosti pôdy, ako je štruktúra pôdy, organická hmota, mikrobiálna aktivita a distribúcia živín. Môže zlepšiť NUE zvýšením prevzdušnenia a odvodnenia pôdy, čo môže zlepšiť dostupnosť živín a ich príjem koreňmi rastlín.

Môže však tiež znížiť NUE zvýšením erózie pôdy a stratami živín alebo znížením organickej hmoty v pôde a mikrobiálnej aktivity, čo môže znížiť kolobeh a dostupnosť živín.

Striedanie plodín

Striedanie plodín sa javí ako stratégia na zlepšenie nevyhnutnej energetickej účinnosti (NEE) diverzifikáciou dopytu a ponuky živín medzi plodinami. Okrem zohľadnenia živín sa tiež ukazuje ako účinné pri prerušovaní cyklov škodcov a chorôb, čím prispieva k zlepšeniu NEE.

Napríklad striedanie obilnín so strukovinami môže zlepšiť NUE zvýšením prísunu dusíka z biologickej fixácie N2 strukovinami alebo znížením dopytu po dusíku obilninami v dôsledku ich nižšej potreby dusíka.

Medziplodiny

Medziplodiny, ktoré zahŕňajú súčasné pestovanie dvoch alebo viacerých plodín na tom istom pozemku, sú oslavované pre svoj pozitívny vplyv na čistú energiu (NEE). Dosahuje to podporovaním komplementarity a synergie medzi plodinami pri využívaní živín. Napríklad medziplodiny obilnín so strukovinami menia vzorce dodávky dusíka, čo pozitívne ovplyvňuje NEE.

Orezanie krytu

Krycie plodiny, postup zahŕňajúci pestovanie plodiny medzi dvoma hlavnými plodinami s cieľom pokryť povrch pôdy a zabrániť erózii, ponúka dvojaký vplyv na NUE. Na jednej strane pozitívne prispieva zvýšením NUE prostredníctvom zvýšenej organickej hmoty, mikrobiálnej aktivity a kolobehu živín.

Na druhej strane vznikajú problémy, pretože krycie plodiny môžu súťažiť o živiny, vodu a svetlo, čo môže mať vplyv na NUE.

Zavlažovanie

Rozumné zavlažovanie zlepšuje čistú energetickú účinnosť (NUE) udržiavaním optimálnej pôdnej vlhkosti a dostupnosti živín. Zle vykonané zavlažovanie však môže znížiť NUE v dôsledku vyplavovania živín alebo odtoku.

Hnojenie

Hnojenie, ak je vhodne načasované a aplikované, zvyšuje NUE zvýšením dostupnosti živín pre korene rastlín. Nadmerné aplikácie však môžu viesť k stratám živín, čo zdôrazňuje krehkú rovnováhu v postupoch hnojenia.

Regulácia buriny

Kontrola buriny zlepšuje NUE znížením konkurencie živín a strát spôsobených burinou. Je však potrebné starostlivo zvážiť jej vplyv na vlastnosti pôdy, pretože môže ovplyvniť dostupnosť a príjem dusíka.

Kontrola škodcov

Kontrola škodcov pozitívne ovplyvňuje NUE znížením strát živín v dôsledku poškodenia škodcami. Podobne ako pri kontrole buriny však jej vplyv na vlastnosti pôdy môže ovplyvniť dostupnosť a kolobeh živín.

Manažment úrody

Riadenie zberu úrody, ktoré zahŕňa rozhodnutia o tom, kedy a ako zberať plodiny, zohráva kľúčovú úlohu pri ovplyvňovaní NUE. Pozitívne je, že zvyšuje NUE optimalizáciou výnosu a znížením koncentrácie živín v zozbieraných častiach. Nedostatočné riadenie zberu však môže zanechať živiny v zvyškových častiach, čo má vplyv na NUE.

Aké sú hlavné ukazovatele NUE pre rôzne systémy?

Meria, ako dobre systém pestovania plodín využíva dostupné živiny na produkciu plodín. Nutná výživa rastlín (NUE) však nie je jednoduchý ani jednotný ukazovateľ. Môže sa líšiť v závislosti od zohľadňovaných vstupov a výstupov, rozsahu a hraníc systému a účelu hodnotenia. Preto je dôležité používať vhodné ukazovatele, ktoré odrážajú ciele zodpovednej výživy rastlín.

Indikátory hnojív

Tieto ukazovatele sa zameriavajú na efektívnosť využitia živín z hnojív. Ukazujú, ako efektívne sa aplikované živiny premieňajú na výnos plodín, čo môže informovať o rozhodnutiach o optimálnom hospodárení s živinami a alokácii zdrojov. Niektoré z bežných ukazovateľov hnojív sú:

1. Čiastočná produktivita faktorov (ČPF): Toto je pomer výnosu plodiny k použitým živinám v hnojivách. Udáva produktivitu na jednotku vstupného hnojiva. Vysoká PFP znamená vysoký výnos s nízkym vstupným hnojivom. Nezohľadňuje však iné zdroje živín ani straty pre životné prostredie.

Napríklad v dobre ošetrovaných obilninách je bežný rozsah PFP pre výnos zrna na kilogram aplikovaného dusíka 50 až 100 kilogramov.

2. Agronomická účinnosť (AE): Ide o zvýšenie výnosu plodiny na jednotku použitej živiny v hnojive. Znamená to marginálnu návratnosť vstupu hnojív. Vysoká AE znamená veľké zvýšenie výnosu pri nízkom vstupe hnojív. Nezohľadňuje však počiatočnú úrodnosť pôdy ani straty pre životné prostredie.

Vezmime si ako príklad dusík. V dobre ošetrovaných obilných systémoch je AE typicky okolo 20 – 30 kilogramov zrna na kilogram aplikovaného dusíka. Niekedy však môže byť aj vyššia.

3. Účinnosť zhodnocovania (RE)Toto je podiel živín aplikovaných v hnojive, ktorý plodina absorbuje. Ukazuje účinnosť príjmu živín z hnojív. Vysoká hodnota RE znamená nízke straty hnojiva do životného prostredia. Nezohľadňuje však výnos ani kvalitu plodiny.

Napríklad podľa globálnej analýzy Zhanga a kol. (2015) bola priemerná PFP, AE a RE dusíkatých (N) hnojív pre obilniny 42 kg zrna/kg N, 15 kg zrna/kg N a 0,33 kg príjmu N/kg aplikovaného N. Tieto hodnoty sa značne líšili v závislosti od regiónov a plodín, čo odrážalo rozdiely v pôdnych podmienkach, podnebí, systémoch pestovania plodín a postupoch hospodárenia.

Indikátory plodín

Tieto ukazovatele definujú alokáciu živín v rastline a jej vplyv na výnos a kvalitu plodiny. Ukazujú, ako efektívne plodina využíva absorbované živiny na produkciu biomasy alebo hospodárskych produktov. Medzi bežné ukazovatele plodín patria:

1. Index úrody živín (NHI)Toto je pomer obsahu živín v zozbieraných častiach k celkovému príjmu živín nad zemou. Ukazuje podiel absorbovaných živín, ktoré sú pridelené ekonomickým produktom. Vysoký NHI znamená vysoký úbytok živín so zberom a nízky návrat živín do pôdy.

Typické hodnoty NHI v kukurici boli zdokumentované v rozmedzí 59 – 701 TP3T pre dusík (N), 79 – 911 TP3T pre fosfor (P) a 13 – 191 TP3T pre draslík (K) (13). Podobne v prípade ryže sú hlásené rozmedzia 54 – 651 TP3T pre N, 61 – 711 TP3T pre P a 12 – 191 TP3T pre K.

2. Vnútorná efektívnosť (IE): Ide o pomer výnosu plodiny k obsahu živín v zberaných častiach. Ukazuje účinnosť tvorby ekonomického produktu na jednotku odstránených živín. Vysoká IE znamená vysokú výnos s nízkou koncentráciou živín v zberaných častiach.

Napríklad zlepšenia v šľachtení kukurice zvýšili účinnosť využívania dusíka zo 45 kg na kg príjmu dusíka v roku 1946 na 66 kg/kg v roku 2015.

3. Fyziologická účinnosť (PE)Toto je pomer výnosu plodiny k obsahu živín v nadzemnej biomase. Ukazuje účinnosť tvorby ekonomického produktu na jednotku celkového obsahu živín v rastline. Vysoká PE znamená vysoký výnos s nízkou koncentráciou živín v biomase.

4. Koncentrácia živín (NC)Toto je množstvo živín na jednotku sušiny v zozbieraných častiach alebo nadzemnej biomase. Udáva kvalitu alebo nutričnú hodnotu rastlinného produktu alebo zvyšku.

Ďalej, podľa metaanalýzy Dobermanna (2007), priemerné hodnoty NHI, IE, PE a NC pre N v obilninách boli 0,67 kg N/kg príjmu N, 90 kg zrna/kg N v zrne, 134 kg zrna/kg N v biomase a 1,51 TP3T N v zrne.

Systémové indikátory

Tieto ukazovatele zohľadňujú celý systém pestovania plodín vrátane pôdy, plodiny a životného prostredia. Ukazujú, ako efektívne systém využíva dostupné živiny zo všetkých zdrojov a minimalizuje straty pre životné prostredie. Niektoré z bežných systémových ukazovateľov sú:

1. Hranica systému NUE (SB-NUE): Toto je pomer celkového výstupu N k celkovému vstupu N v rámci definovaných hraníc systému. Ukazuje celkovú bilanciu N v systéme. Vysoký SB-NUE znamená vysoký výstup N s nízkym vstupom N. Nezohľadňuje však priestorovú a časovú variabilitu tokov N v systéme.

2. Pomer čiastočnej bilancie živín (NUEPB): Toto je rozdiel medzi vstupom živín z hnojív a ich výstupom zo zberaných častí. Znamená to čistú zmenu stavu živín v pôde v dôsledku hnojenia. Kladná hodnota PNB znamená prebytok živín z hnojív v pôde, zatiaľ čo záporná hodnota PNB znamená deficit. Globálne priemery NUEPB, vrátane hnojív, hnoja, fixácie a depozície, vykazujú nárast na 551 TP3T pre dusík a 771 TP3T pre fosfor.

Pre väčšinu obilnín, ako je pšenica a kukurica, prirodzený proces prijímania dusíka (N) zo vzduchu (biologická fixácia) zvyčajne nie je veľký, menej ako 10 kilogramov na hektár. Ale pre plodiny, ako je ryža a cukrová trstina, to môže byť o niečo viac, okolo 15 – 30 kilogramov na hektár.

A pri niektorých strukovinách, ako sú sójové bôby, arašidy, strukoviny a kŕmne plodiny, môže byť táto hodnota ešte vyššia, pohybuje sa od 100 do 300 kilogramov na hektár. Niekedy, keď rastliny polievame (zavlažujeme), prináša to aj niektoré živiny, ktoré môžu byť v určitých situáciách dôležité.

3. Pomer bilancie živín na farme (NUEFG)

Rozširuje hranice systému za povrch pôdy, berúc do úvahy farmy s integrovanou rastlinnou a živočíšnou výrobou. Zahrnutie hospodárskych zvierat často znižuje NUEFG kvôli dodatočným zložitostiam. Zlepšenie NUEFG zahŕňa optimalizáciu využívania živín v celej farme, hospodárenie s hnojom a minimalizáciu externých vstupov živín.

Efektívnosť využívania živín v potravinovom reťazci (NUEFC), ktorá ďalej rozširuje hranice, hodnotí dostupnosť živín pre ľudskú spotrebu v porovnaní s celkovým príjmom živín v celom potravinovom systéme. V prípade dusíka sa odhady NUEFC v európskych krajinách pohybujú od 10% do 40%. Vzhľadom na zložitosť reťazca výroby potravín však praktické aplikácie a zmysluplné hodnotenia zostávajú náročné.

4. Nadbytok živín (NS): Toto je rozdiel medzi celkovým vstupom živín a celkovým výstupom živín v rámci definovaných hraníc systému. Naznačuje potenciálnu stratu živín do životného prostredia. Vysoký NS znamená vysoké riziko znečistenia životného prostredia.

Napríklad podľa globálnej analýzy Lassalettu a kol. (2014) boli priemerné hodnoty SB-NUE, PNB a NS pre dusík v rastlinnej produkcii 0,42 kg N/kg vstupného N, 65 kg N/ha a 65 kg N/ha.

Ako zlepšiť efektívnosť využívania živín pre lepšie výsledky?

Zodpovedná výživa rastlín je stratégia na zabezpečenie potravinovej bezpečnosti a ochrany životného prostredia optimalizáciou využívania živín v poľnohospodárskych systémoch. Preto je dôležité monitorovať a hodnotiť NUE pomocou vhodných nástrojov, ktoré dokážu zachytiť jej komplexnosť a variabilitu. Tu je niekoľko dôležitých metód. ktoré môžu pomôcť poľnohospodárom a výskumníkom zlepšiť NUE v zodpovednej výžive rastlín.

1. Testovanie živín

Testovanie živín je metóda merania stavu živín vo vzorkách pôdy a rastlinných tkanív. Môže poskytnúť cenné informácie o dostupnosti a príjme živín v systéme pôda-rastlina, ako aj o potenciáli strát alebo nedostatku živín. Testovanie živín môže pomôcť poľnohospodárom a výskumníkom:

• Určiť optimálny typ, rýchlosť, načasovanie a umiestnenie živín, ako sú hnojivá, hnoj, závlahová voda atď.
• Vyhodnoťte agronomickú a ekonomickú výkonnosť rôznych postupov hospodárenia s živinami, ako je striedanie plodín, pestovanie medziplodín, krycie plodiny atď.
• Zistiť a opraviť nerovnováhu živín alebo poruchy, ktoré môžu ovplyvniť úrodu a kvalitu plodín, ako je nedostatok dusíka, toxicita fosforu, nedostatok mikroživín atď.
• Monitorovať vplyv živín na životné prostredie, ako je vyplavovanie, odtok, prchanie, emisie skleníkových plynov atď.

Testovanie živín sa môže vykonávať rôznymi metódami, ako sú súpravy na testovanie pôdy, prenosné senzory, laboratórne analýzy atď. Testovanie živín však nie je jednorazová činnosť. Malo by sa vykonávať pravidelne a často, aby sa zachytili dynamické zmeny stavu živín počas pestovateľského obdobia a na rôznych poliach.

2. Diaľkový prieskum Zeme a technológie

Diaľkový prieskum Zeme je technika zberu údajov na diaľku pomocou zariadení, ako sú satelity, drony, kamery atď. Môže poskytovať priestorovo a časovo nepretržité informácie o rôznych aspektoch rastu a vývoja plodín, ako je produkcia biomasy, index listovej plochy, obsah chlorofylu, vodný stres atď. Diaľkový prieskum Zeme môže pomôcť poľnohospodárom:

• Odhadnite potenciál výnosu plodín a variabilitu v rôznych poliach alebo regiónoch
• Posúďte reakciu plodín na rôzne vstupy živín alebo postupy hospodárenia
• Zistiť a diagnostikovať nedostatky živín alebo stresy, ktoré môžu ovplyvniť rast a kvalitu plodín
• Optimalizujte načasovanie a mieru aplikácie živín na základe dopytu plodín
• Znížte náklady a prácu pri odbere vzoriek a testovaní v teréne

Diaľkový prieskum Zeme sa môže vykonávať pomocou rôznych platforiem a senzorov, ako sú optické, tepelné, radarové, hyperspektrálne atď. Diaľkový prieskum Zeme však nie je samostatný nástroj. Mal by byť kalibrovaný a validovaný pomocou pozemných údajov z meraní v teréne alebo testovania živín.

3. Modelovanie plodín

Modelovanie plodín je metóda využívajúca matematické rovnice na opis a predpovedanie správania plodín za rôznych podmienok. Môže poskytnúť kvantitatívne informácie o interakciách medzi plodinami, živinami, pôdou, vodou, podnebím a postupmi hospodárenia. Modelovanie plodín môže pomôcť:

• Pochopte základné mechanizmy a procesy, ktoré ovplyvňujú NUE v plodinách
• Vyhodnoťte vplyv rôznych scenárov alebo intervencií na výsledky NUE
• Optimalizovať návrh a implementáciu poľných experimentov alebo pokusov
• Extrapolácia alebo prepočet výsledkov z terénnych meraní alebo diaľkového prieskumu Zeme na väčšie mierky alebo regióny

Modelovanie plodín sa dá vykonávať pomocou rôznych typov modelov, ako sú empirické, mechanistické alebo hybridné modely. Modelovanie plodín však nie je jednoduchý nástroj.

Na kalibráciu a validáciu modelov a na správnu interpretáciu výsledkov je potrebné veľa údajov a odborných znalostí. Okrem toho by sa modelovanie plodín malo používať v spojení s inými nástrojmi, ako je testovanie živín alebo diaľkový prieskum Zeme, na overenie a doplnenie výstupov modelu.

Ako môže GeoPard pomôcť pri zlepšovaní efektívnosti využívania živín?

V snahe o udržateľnú a zodpovednú výživu rastlín sa úloha pokročilých technológií stáva čoraz dôležitejšou. GeoPard, špičková platforma špecializujúca sa na presné poľnohospodárstvo, ponúka súbor služieb určených na zlepšenie efektívnosti využívania živín (NUE) prostredníctvom analýzy údajov o pôde, testovania živín a inteligentného vyhľadávania.

1. Analýza údajov o pôde

Funkcia analýzy pôdnych údajov GeoPard poskytuje podrobnú mapu pôdnych vlastností, čo uľahčuje vytváranie máp s predpismi pre hnojenie s variabilnou dávkou (VRA). Táto funkcia umožňuje poľnohospodárom:

• Optimalizácia hnojeniaPrispôsobte aplikáciu hnojív špecifickým vlastnostiam pôdy, zabráňte nadmernému hnojeniu a znížte vplyv na životné prostredie.
• Vymedzenie zón riadeniaPorovnajte charakteristiky pôdy s inými vrstvami a vygenerujte súbory s predpismi pre hnojivá s variabilnou dávkou pre efektívne rozloženie živín.
• Plán odberu vzoriek pôdyStrategicky plánovať miesta odberu vzoriek pôdy na základe viacročných zón, ktoré odrážajú historické vzorce vývoja plodín.

Ďalej vyniká v zvyšovaní účinnosti výživy rastlín prostredníctvom svojho súboru služieb. Zjednodušuje interpretáciu údajov o pôde pomocou ľahko čitateľných vizualizácií tepelnej mapy, umožňuje presnú aplikáciu hnojív prostredníctvom hnojenia s variabilnou dávkou (VRA) a poskytuje spoľahlivé informácie o pôdnych podmienkach pomocou pôdnych skenerov s vysokou hustotou.

Okrem toho zabezpečuje presnú implementáciu plánu živín, monitoruje údaje o aplikovaných a vysadených hnojivách a ponúka cenné 3D mapy a topografické analýzy pre lepšie rozhodovanie pestovateľov. GeoPard je v podstate výkonné riešenie pre efektívne a udržateľné riadenie výživy rastlín.

Záver

Záverom možno konštatovať, že efektívnosť využívania živín (NUE) zohráva kľúčovú úlohu v globálnej poľnohospodárskej krajine a jej význam pri podpore optimálneho rastu rastlín nemožno preceňovať. Keďže si uvedomujeme mnohostranné faktory ovplyvňujúce NUE a rozmanité ukazovatele v rôznych systémoch, potreba strategických zásahov sa stáva zrejmou.

Spoločnosť GeoPard sa v tomto úsilí stáva kľúčovým hráčom a ponúka inovatívne riešenia na zlepšenie NUE. Využívaním svojich užívateľsky prívetivých funkcií, ako sú ľahko čitateľné vizualizácie tepelnej mapy a presne riadené hnojenie s variabilnou dávkou (VRA), umožňuje poľnohospodárom robiť informované rozhodnutia a zefektívniť postupy riadenia živín.