Vloga učinkovitosti rabe hranil pri odgovorni prehrani rastlin

Učinkovitost rabe hranil (NUE) je ključni koncept v sodobnem kmetijstvu, ki igra ključno vlogo pri spodbujanju rasti rastlin in optimizaciji celotnega pridelka. Ker svetovno prebivalstvo še naprej narašča, se povpraševanje po proizvodnji hrane povečuje, zato je za kmete nujno, da sprejmejo trajnostne in učinkovite kmetijske prakse.

Hranila so bistvena za rast, razvoj in presnovo rastlin. Igrajo pomembno vlogo v različnih fizioloških procesih, kot so fotosinteza, dihanje, encimska aktivnost, delitev celic, prenos signalov in odziv na stres.

Rastline potrebujejo različne količine in vrste hranil, odvisno od njihove vrste, stopnje rasti in okoljskih pogojev. Nekatera hranila so potrebna v velikih količinah (makrohranila), kot so dušik (N), fosfor (P) in kalij (K) itd. Druga so potrebna v majhnih količinah (mikrohranila), kot so železo (Fe), cink (Zn) in baker (Cu) itd.

Kaj je učinkovitost rabe hranil?

Nanaša se na sposobnost rastline, da učinkovito izkorišča hranila za svojo rast in razvoj. Preprosto povedano, je merilo, kako učinkovito rastline absorbirajo in uporabljajo bistvene elemente iz zemlje, vode in zraka.

Njegova uporaba vključuje zmanjšanje izgub in maksimiranje privzema in izkoriščanja hranil s strani rastlin, kar na koncu prispeva k izboljšanju pridelka. Izraža se lahko kot razmerje med rastlinsko biomaso ali pridelkom in privzemom ali vnosom hranil.

Visoka NUE pomeni, da rastline proizvedejo več biomase ali pridelka z manjšim vnosom hranil, nizka NUE pa pomeni, da rastline potrebujejo več hranil za doseganje enake ravni rasti ali proizvodnje.

Poleg tega je mogoče NUE opredeliti na različne načine, odvisno od zastavljenega vprašanja in razpoložljivih podatkov. Nekateri pogosti izrazi, ki se uporabljajo za izražanje NUE, so:

• Delna faktorska produktivnost (PFP): količina pridelka na enoto uporabljenega hranila
• Agronomska učinkovitost (AE): povečanje pridelka na enoto uporabljenega hranila
• Delno hranilno ravnovesje (PNB): količina privzetih hranil na enoto uporabljenega hranila
• Navidezna učinkovitost izkoristka (RE)razlika v absorpciji hranil med gnojenimi in negnojenimi pridelki na enoto uporabljenega hranila
• Notranja učinkovitost izkoriščenosti (IE): količina pridelka na enoto vnosa hranil
• Fiziološka učinkovitost (PE): povečanje pridelka na enoto razlike v absorpciji hranil med gnojenimi in negnojenimi pridelki

Globalni odziv na njegov pomen

Po podatkih Organizacije Združenih narodov za prehrano in kmetijstvo (FAO) se je svetovna poraba gnojil od leta 1961 povečala za več kot 5001 ton/3 tone in leta 2023 dosegla več kot 200 milijonov ton hranil. To je prispevalo k znatnemu povečanju pridelave poljščin in razpoložljivosti hrane, hkrati pa tudi k velikim izgubam hranil v okolju.

Poleg tega FAO ocenjuje, da poljščine po vsem svetu absorbirajo le 421 TP3T dušika (N) in 151 TP3T fosforja (P), ki se uporabljata kot gnojila, preostanek pa se izgubi zaradi izpiranja, odtekanja, erozije, izhlapevanja, denitrifikacije ali imobilizacije.

Zato si je FAO zastavila cilj, da do leta 2030 poveča povprečno globalno NUE s 42% na 52%. To bi zahtevalo zmanjšanje uporabe dušikovih gnojil za 20%, hkrati pa povečanje vnosa dušika s strani pridelkov za 10%. Podobno je Znanstveni odbor za odgovorno prehrano rastlin predlagal vizijo za doseganje naravno pozitivne prehrane rastlin do leta 2050. Ta vizija vključuje pet ciljev:

1. Prepolovitev količine odpadnih hranil v prehranskem sistemu z odgovorno potrošnjo, povečanim recikliranjem in boljšimi praksami upravljanja.
2. Izčrpavanje hranil v tleh in izguba ogljika sta se ustavili, kar je izboljšalo zdravje tal in organske snovi.
3. Izgube hranil v vodnih telesih so se zmanjšale za 75%, kar preprečuje evtrofikacijo in cvetenje alg.
4. Emisije dušikovega oksida iz kmetijstva so se zmanjšale za 50%, kar prispeva k blaženju emisij toplogrednih plinov in podnebnih sprememb.
5. Pridelek in kakovost pridelkov sta se povečala za 50%, kar je izboljšalo prehransko varnost in prehrano.

Povprečna svetovna izraba energije (NUE) za žita je bila v sezoni 2018/19 331 TP3T, za oljnice 481 TP3T, za korenovke in gomolje 621 TP3T, za stročnice 641 TP3T, za sadje 661 TP3T, za zelenjavo 681 TP3T in za sladkorne poljščine 691 TP3T.

Na Kitajskem je obsežen participativni poskus, v katerega je bilo vključenih več kot 20 milijonov kmetov, pokazal, da zmanjšanje uporabe dušikovih gnojil za povprečno 141 TP3T poveča pridelek pšenice za povprečno 101 TP3T, kar povzroči povečanje delne faktorske produktivnosti za povprečno 291 TP3T.

Medtem ko je v Indiji poljski poskus z različnimi sortami riža pokazal, da je uporaba upravljanja hranil na lokaciji, ki temelji na testiranju tal, povečala pridelek zrnja v povprečju za 171 TP3T, učinkovitost virov v povprečju za 221 TP3T in dobičkonosnost na bilanco hranil v povprečju za 281 TP3T v primerjavi s prakso kmetov. .

Podobno je v Keniji poljski poskus, ki je vključeval različne sisteme medsebojnega gojenja koruze in stročnic, pokazal, da je uporaba mikroodmerkov gnojil skupaj z organskim gnojem povečala pridelek zrnja v povprečju za 791 TP3T, agronomsko učinkovitost v povprečju za 861 TP3T, učinkovitost virov v povprečju za 511 TP3T in dobičkonosnost na bilanco hranil v povprečju za 501 TP3T v primerjavi z eno samo pridelavo brez gnojila.

Ti primeri kažejo na potencial izboljšanja nenehne izkoriščanosti rastlin z različnimi strategijami in praksami, ki lahko povečajo pridelavo poljščin, hkrati pa zmanjšajo izgube hranil in emisije.

Kako pomemben je za rast rastlin?

Nujna uporaba energije (NUE) je pomembna tako iz ekonomskih kot okoljskih razlogov, saj lahko zmanjša stroške pridelave poljščin in tveganje za izgubo hranil v okolju. Vendar pa je tukaj nekaj pomembnih vidikov rasti rastlin, ki so z njo tesno povezani.

1. Izboljšana fotosinteza

Eden glavnih dejavnikov, na katere vpliva NUE, je fotosinteza, proces, s katerim rastline pretvarjajo svetlobno energijo v kemično energijo. Fotosinteza je odvisna od razpoložljivosti hranil, zlasti dušika (N), ki je ključna sestavina klorofila, pigmenta, ki absorbira svetlobo.

N ima tudi vlogo pri sintezi aminokislin, nukleotidov in drugih molekul, ki so bistvene za rast in razvoj rastlin. Fosfor je bistvenega pomena tudi za prenos energije, kalij pa uravnava odpiranje in zapiranje listnih rež, kar vpliva na absorpcijo ogljikovega dioksida.

Zato učinkovita izraba hranil neposredno vpliva na hitrost fotosinteze, kar vodi do povečane proizvodnje energije za rast rastlin.

2. Celična struktura in delovanje

Drug dejavnik, na katerega vpliva, je celična struktura in delovanje, ki določata, kako se hranila absorbirajo, prenašajo, shranjujejo in uporabljajo v rastlinskih celicah. Celična struktura in delovanje sta odvisni od razpoložljivosti hranil, zlasti fosforja (P), kalija (K), kalcija (Ca) in magnezija (Mg) itd.

Kalcij je na primer vključen v razvoj celičnih sten, kar zagotavlja celovitost in trdnost celic. Magnezij je osrednja sestavina molekul klorofila, ki podpira fotosintezo. Zato učinkovita uporaba hranil zagotavlja pravilno delovanje celic in tkiv ter spodbuja splošno zdravje rastlin.

3. Odpornost na stres in bolezni

Tretji dejavnik, na katerega vpliva, je odpornost na stres in bolezni, ki lahko zmanjšajo rast rastlin in pridelek, saj vplivajo na različne fiziološke in biokemične procese. Stres in bolezni lahko povzročijo različni dejavniki, kot so suša, slanost, temperaturni ekstremi, pomanjkanje ali toksičnost hranil, škodljivci, patogeni, pleveli itd.

Zato zadostna oskrba s hranili krepi rastline, zaradi česar so bolj odporne na okoljske strese in bolezni. Dobro nahranjene rastline lahko bolje prenesejo neugodne razmere, kot so suša ali napadi škodljivcev. Poleg tega rastline, ki učinkovito uporabljajo hranila, kažejo boljšo toleranco na stres, kar prispeva k trajnostni rasti in višjim pridelkom v zahtevnih okoliščinah.

Kateri dejavniki vplivajo na to in kako jih nadzorovati?

Nujna izkoriščenost hranil v kmetijstvu ni univerzalen koncept; nanjo vplivajo različni dejavniki, ki zapleteno oblikujejo način, kako rastline absorbirajo, uporabljajo in se odzivajo na esencialna hranila. Med dejavniki, ki nanjo vplivajo, so lastnosti tal, podnebne razmere, vrste in sorte poljščin, prakse upravljanja in interakcije med temi dejavniki.

1. Lastnosti tal

Lastnosti tal, kot so tekstura, struktura, pH, organska snov in mikrobna aktivnost, pomembno vplivajo na NUE. Tekstura in struktura tal vplivata na sposobnost zadrževanja vode, prezračevanje, drenažo in prodiranje korenin v tla.

Ti dejavniki vplivajo na razpoložljivost in mobilnost hranil v talni raztopini ter na absorpcijo s strani rastlinskih korenin. Peščena tla imajo na primer nizko sposobnost zadrževanja vode in visok potencial izpiranja, kar lahko zmanjša izhodno vrednost dušika (N) in kalija (K).

Glinasta tla imajo visoko sposobnost zadrževanja vode in nizko zračnost, kar lahko omeji izhodno vrednost fosforja (P) in mikrohranil.

Poleg tega pH tal vpliva na topnost in razpoložljivost hranil v tleh. Večina hranil je bolj dostopnih v rahlo kislih do nevtralnih tleh (pH 6–7), medtem ko so nekatera mikrohranila, kot so železo (Fe), mangan (Mn), cink (Zn) in baker (Cu), bolj dostopna v kislih tleh (pH < 6).

Organska snov v tleh in mikrobna aktivnost vplivata na kroženje in transformacijo hranil v tleh. Organska snov zagotavlja vir ogljika (C) in energije za talne mikroorganizme, ki lahko mineralizirajo organske oblike hranil v anorganske oblike, ki so na voljo rastlinam.

Mikroorganizmi lahko imobilizirajo hranila tudi tako, da jih vključijo v svojo biomaso ali pa tvorijo komplekse z organskimi molekulami.

2. Podnebne razmere

Podnebni pogoji, kot so temperatura, padavine, sončno sevanje in veter, vplivajo na NUE preko svojih učinkov na procese v tleh, rast rastlin in izgubo hranil. Temperatura vpliva na hitrost kemijskih in bioloških reakcij v tleh, pa tudi na presnovno aktivnost in razvoj rastlin.

Višje temperature običajno povečajo mineralizacijo organske snovi in razpoložljivost hranil v tleh, lahko pa tudi povečajo izhlapevanje amonijaka (NH3) iz gnojenja s sečnino ali gnojem ali denitrifikacijo nitrata (NO3-) v dušikov oksid (N2O) ali didušik (N2).

Višje temperature lahko pospešijo rast rastlin in njihovo potrebo po hranilih, lahko pa tudi zmanjšajo absorpcijo vode in transpiracijo rastlin, kar lahko vpliva na transport hranil znotraj rastline.

Podobno padavine vplivajo na vodno ravnovesje in dinamiko hranil v sistemu tla-rastlina. Zadostne padavine so bistvene za ohranjanje vlažnosti tal in razpoložljivosti hranil za absorpcijo rastlin, vendar lahko prekomerne padavine povzročijo izpiranje ali odtekanje hranil iz površinskih ali podzemnih plasti tal.

Padavine lahko vplivajo tudi na čas in pogostost namakanja in gnojenja, kar lahko vpliva na energetsko učinkovitost (NUE). Sončno sevanje vpliva na fotosintetsko aktivnost in proizvodnjo biomase rastlin, kar določa njihovo potrebo po hranilih in njihovo absorpcijo.

Poleg tega veter vpliva tudi na NUE, saj vpliva na procese erozije tal, izhlapevanja in hlapnosti. Veter lahko povzroči erozijo tal, saj ločuje in prenaša delce tal, ki vsebujejo hranila, z enega mesta na drugo.

Veter lahko poveča tudi izhlapevanje s površine tal ali krošnje rastlin, kar lahko zmanjša vlažnost tal in razpoložljivost hranil za rastline.

3. Značilnosti in sorte rastlin

Vrste in sorte poljščin se razlikujejo po svojem genetskem potencialu za neodvisno porabo hranil (NUE), pa tudi po odzivu na okoljske in upravljavske dejavnike. Nekatere poljščine imajo zaradi svojih fizioloških lastnosti, kot so morfologija korenin, kinetika absorpcije hranil, učinkovitost translokacije, asimilacijska sposobnost, učinkovitost remobilizacije, indeks pridelka itd., višjo inherentno NUE kot druge.

Na primer, žita imajo na splošno višjo vrednost NUE kot stročnice zaradi višjega indeksa žetve (razmerje med pridelkom zrnja in skupno biomaso) in nižje koncentracije hranil v zrnju.

Poleg tega se lahko sorte poljščin znotraj ene vrste razlikujejo tudi po svoji NUE zaradi genetskih razlik ali žlahtnjenja. Na primer, nekatere sorte riža imajo višjo NUE kot druge zaradi svoje sposobnosti uporabe alternativnih virov dušika (N), kot sta amonij (NH4+) ali atmosferska fiksacija N2 s strani simbiotskih bakterij.

Nekatere sorte pšenice imajo višjo NUE kot druge zaradi svoje sposobnosti učinkovitejše uporabe fosforja (P) z izločanjem organskih kislin ali fosfataz, ki solubilizirajo P iz zemlje. Nekatere sorte koruze imajo višjo NUE kot druge zaradi svoje sposobnosti učinkovitejše uporabe kalija (K) z zmanjšanjem uhajanja K iz korenin ali s povečanjem privzema K pri nizki razpoložljivosti K.

4. Praktike upravljanja

Gospodarske prakse, kot so obdelava tal, kolobarjenje, vmesni pridelki, pokrovni pridelki, namakanje, gnojenje, zatiranje plevela, zatiranje škodljivcev in upravljanje žetve, lahko vplivajo na neto izkoriščenost zemlje s spreminjanjem talnega okolja, rasti pridelkov in izgube hranil.

Obdelava tal

Obdelava tal vpliva na fizikalne in biološke lastnosti tal, kot so struktura tal, organska snov, mikrobna aktivnost in porazdelitev hranil. Izboljša lahko NUE s povečanjem prezračevanja tal in drenaže, kar lahko poveča razpoložljivost hranil in njihovo absorpcijo s strani rastlinskih korenin.

Vendar pa lahko zmanjša tudi NUE s povečanjem erozije tal in izgube hranil ali z zmanjšanjem organske snovi v tleh in mikrobne aktivnosti, kar lahko zmanjša kroženje in razpoložljivost hranil.

Kolobarjenje

Kolobarjenje se pojavlja kot strategija za izboljšanje neto izkoriščenosti rastlin (NEE) z diverzifikacijo povpraševanja in ponudbe hranil med poljščinami. Poleg upoštevanja hranil se izkaže tudi za učinkovito pri prekinjanju ciklov škodljivcev in bolezni, s čimer prispeva k večji NEE.

Na primer, kolobarjenje žit s stročnicami lahko izboljša NUE s povečanjem oskrbe z dušikom zaradi biološke fiksacije N2 s stročnicami ali z zmanjšanjem potreb žit po dušiku zaradi njihove manjše potrebe po dušiku.

Medkulturna pridelava

Medsebojno gojenje, ki vključuje sočasno gojenje dveh ali več poljščin na istem zemljišču, je cenjeno zaradi svojega pozitivnega vpliva na neto izkoriščenost hranil. To doseže s spodbujanjem dopolnjevanja in sinergije med poljščinami pri rabi hranil. Na primer, medsebojno gojenje žit s stročnicami spremeni vzorce oskrbe z dušikom, kar pozitivno vpliva na neto izkoriščenost hranil.

Obrezovanje pokrova

Pokrivna pridelava, praksa, ki vključuje rast pridelka med dvema glavnima posevkoma za prekrivanje površine tal in preprečevanje erozije, ima dvojni vpliv na neto izkoriščenost zemlje. Po eni strani pozitivno prispeva s povečanjem neto izkoriščenosti zemlje s povečano organsko snovjo, mikrobno aktivnostjo in kroženjem hranil.

Po drugi strani pa se pojavljajo izzivi, saj lahko pokrovni posevki tekmujejo za hranila, vodo in svetlobo, kar lahko vpliva na nenehno uporabo energije.

Namakanje

Preudarno namakanje izboljša nujno potrebno izrabo energije (NUE) z ohranjanjem optimalne vlažnosti tal in razpoložljivosti hranil. Vendar pa lahko slabo izvedeno namakanje zmanjša NUE zaradi izpiranja hranil ali odtekanja.

Gnojenje

Gnojenje, če je pravočasno in uporabljeno, izboljša NUE s povečanjem razpoložljivosti hranil za korenine rastlin. Kljub temu lahko prekomerna uporaba povzroči izgubo hranil, kar poudarja občutljivo ravnovesje pri gnojenju.

Zatiranje plevela

Zatiranje plevela izboljša NUE z zmanjšanjem konkurence hranil in izgub zaradi plevela. Vendar je treba njegov vpliv na lastnosti tal skrbno pretehtati, saj lahko vpliva na razpoložljivost in absorpcijo dušika.

Zatiranje škodljivcev

Zatiranje škodljivcev pozitivno vpliva na neto učinkovitost rastlin z zmanjšanjem izgub hranil zaradi škode, ki jo povzročajo škodljivci. Vendar pa lahko, podobno kot pri zatiranju plevela, njegov vpliv na lastnosti tal vpliva na razpoložljivost in kroženje hranil.

Upravljanje žetve

Upravljanje žetve, ki vključuje odločitve o tem, kdaj in kako pobrati pridelke, igra ključno vlogo pri vplivanju na neto izkoriščenost (NUE). Pozitivno je, da povečuje NUE z optimizacijo pridelka in zmanjšanjem koncentracije hranil v pobranih delih. Vendar pa lahko neustrezno upravljanje žetve pusti hranila v preostalih delih, kar vpliva na NUE.

Kateri so glavni kazalniki NUE za različne sisteme?

Meri, kako dobro sistem pridelave poljščin uporablja razpoložljiva hranila za pridelavo pridelkov. Vendar pa NUE ni preprost ali enoten kazalnik. Lahko se razlikuje glede na upoštevane vhodne in izhodne podatke, obseg in meje sistema ter namen ocene. Zato je pomembno uporabljati ustrezne kazalnike, ki odražajo cilje odgovorne prehrane rastlin.

Kazalniki gnojil

Ti kazalniki se osredotočajo na učinkovitost izrabe hranil iz gnojil. Prikazujejo, kako učinkovito se uporabljena hranila pretvorijo v pridelek, kar lahko vpliva na odločitve o optimalnem upravljanju hranil in dodelitvi virov. Nekateri pogosti kazalniki gnojil so:

1. Delna faktorska produktivnost (PFP): To je razmerje med pridelkom in količino uporabljenih hranil v gnojilih. Kaže produktivnost na enoto vnosa gnojil. Visoka PFP pomeni visok pridelek z nizkim vnosom gnojil. Vendar pa ne upošteva drugih virov hranil ali izgub v okolju.

Na primer, pri dobro oskrbovanih žitnih posevkih je običajni razpon PFP za pridelek zrnja na kilogram uporabljenega dušika od 50 do 100 kilogramov.

2. Agronomska učinkovitost (AE): To je povečanje pridelka na enoto uporabljenega hranila v gnojilu. Kaže na mejni donos vnosa gnojil. Visok AE pomeni veliko povečanje pridelka z nizkim vnosom gnojil. Vendar pa ne upošteva začetne rodovitnosti tal ali izgub za okolje.

Če za primer vzamemo dušik, je v dobro oskrbovanih žitnih sistemih AE običajno okoli 20–30 kilogramov zrn na kilogram uporabljenega dušika. Vendar je lahko včasih celo višja.

3. Učinkovitost predelave (RE): To je delež uporabljenih hranil iz gnojil, ki ga pridelek absorbira. Kaže na učinkovitost absorpcije hranil iz gnojil. Visok RE pomeni majhno izgubo gnojila v okolje. Vendar pa ne upošteva pridelka ali kakovosti pridelka.

Na primer, glede na globalno analizo Zhanga in sodelavcev (2015) so bile povprečne PFP, AE in RE dušikovih (N) gnojil za žita 42 kg zrn/kg N, 15 kg zrn/kg N in 0,33 kg absorpcije N/kg uporabljenega N. Te vrednosti so se med regijami in pridelki zelo razlikovale, kar odraža razlike v talnih razmerah, podnebju, sistemih pridelave in praksah upravljanja.

Kazalniki pridelka

Ti kazalniki opredeljujejo porazdelitev hranil znotraj rastline in njen vpliv na pridelek in kakovost pridelka. Kažejo, kako učinkovito pridelek uporablja absorbirana hranila za proizvodnjo biomase ali gospodarskih proizvodov. Nekateri pogosti kazalniki pridelka so:

1. Indeks pridelka hranil (NHI): To je razmerje med vsebnostjo hranil v požetih delih in skupno absorpcijo hranil v nadzemni površini. Kaže delež absorbiranih hranil, ki se dodelijo gospodarskim pridelkom. Visok NHI pomeni visok odvzem hranil z žetvijo in nizek vnos hranil v tla.

Tipične vrednosti NHI pri koruzi so bile dokumentirane v razponu od 59 do 701 TP3T za dušik (N), 79 do 911 TP3T za fosfor (P) in 13 do 191 TP3T za kalij (K) (13). Podobno so pri rižu zabeleženi razponi od 54 do 651 TP3T za N, 61 do 711 TP3T za P in 12 do 191 TP3T za K.

2. Notranja učinkovitost (IE): To je razmerje med pridelkom in vsebnostjo hranil v požetih delih. Kaže učinkovitost ekonomskega nastajanja pridelka na enoto odstranjenega hranila. Visok IE pomeni visok pridelek z nizko koncentracijo hranil v požetih delih.

Na primer, izboljšave pri žlahtnjenju koruze so povečale učinkovitost rabe dušika s 45 kg na kg porabe dušika leta 1946 na 66 kg/kg leta 2015.

3. Fiziološka učinkovitost (PE): To je razmerje med pridelkom in vsebnostjo hranil v nadzemni biomasi. Kaže učinkovitost nastajanja ekonomskega pridelka na enoto celotne vsebnosti hranil v rastlini. Visoka PE pomeni visok pridelek z nizko koncentracijo hranil v biomasi.

4. Koncentracija hranil (NC): To je količina hranil na enoto suhe snovi v požetih delih ali nadzemni biomasi. Kaže kakovost ali hranilno vrednost pridelka ali ostankov.

Nadalje so bile po metaanalizi Dobermanna (2007) povprečne vrednosti NHI, IE, PE in NC za N v žitnih posevkih 0,67 kg N/kg absorpcije N, 90 kg zrna/kg N v zrnu, 134 kg zrna/kg N v biomasi in 1,51 TP3T N v zrnu.

Sistemski kazalniki

Ti kazalniki upoštevajo celoten sistem pridelave poljščin, vključno s tlemi, pridelkom in okoljem. Prikazujejo, kako učinkovito sistem uporablja razpoložljiva hranila iz vseh virov in zmanjšuje izgube za okolje. Nekateri pogosti sistemski kazalniki so:

1. Meja sistema NUE (SB-NUE): To je razmerje med skupnim izhodom N in skupnim vnosom N znotraj določene meje sistema. Kaže celotno ravnovesje N v sistemu. Visok SB-NUE pomeni visok izhod N z nizkim vnosom N. Vendar pa ne upošteva prostorske in časovne spremenljivosti tokov N znotraj sistema.

2. Razmerje delnega ravnovesja hranil (NUEPB): To je razlika med vnosom hranil v gnojila in oddajo hranil v požetih delih. Kaže neto spremembo stanja hranil v tleh zaradi gnojenja. Pozitivna PNB pomeni presežek hranil v gnojilih v tleh, negativna PNB pa primanjkljaj. Globalna povprečja NUEPB, vključno z gnojili, gnojem, fiksacijo in odlaganjem, kažejo povečanje na 55% za dušik in 77% za fosfor.

Pri večini žit, kot sta pšenica in koruza, naravni proces pridobivanja dušika (N) iz zraka (biološka fiksacija) običajno ni velik, manj kot 10 kilogramov na hektar. Pri pridelkih, kot sta riž in sladkorni trs, pa je lahko ta količina nekoliko večja, približno 15–30 kilogramov na hektar.

Pri nekaterih stročnicah, kot so soja, arašidi, stročnice in krmne stročnice, pa je lahko še višja, od 100 do 300 kilogramov na hektar. Včasih, ko rastline zalivamo (namakanje), s tem vnesemo tudi nekaj hranil, kar je lahko pomembno v določenih situacijah.

3. Razmerje ravnovesja hranil na kmetiji (NUEFG)

Razširi meje sistema preko površine tal, pri čemer upošteva kmetije z integrirano pridelavo poljščin in živinoreje. Vključitev živine pogosto zmanjša NUEFG zaradi dodatnih zapletenosti. Izboljšanje NUEFG vključuje optimizacijo rabe hranil na celotni kmetiji, upravljanje gnoja in zmanjšanje vnosa zunanjih hranil.

Z nadaljnjim širjenjem meja učinkovitosti rabe hranil v prehranski verigi (NUEFC) ocenjujemo razpoložljivost hranil za prehrano ljudi glede na celoten vnos hranil v celoten prehranski sistem. Za dušik se ocene NUEFC gibljejo od 10% do 40% med evropskimi državami. Vendar pa zaradi kompleksnosti prehranske verige praktična uporaba in smiselne ocene ostajajo izziv.

4. Presežek hranil (NS): To je razlika med skupnim vnosom hranil in skupnim izhodom hranil znotraj določene meje sistema. Kaže na potencialno izgubo hranil v okolje. Visok NS pomeni veliko tveganje za onesnaženje okolja.

Na primer, glede na globalno analizo Lassalette in sodelavcev (2014) so bile povprečne vrednosti SB-NUE, PNB in NS za dušik v pridelavi poljščin 0,42 kg N/kg vnosa N, 65 kg N/ha oziroma 65 kg N/ha.

Kako izboljšati učinkovitost rabe hranil za boljše rezultate?

Odgovorna prehrana rastlin je strategija za zagotavljanje prehranske varnosti in varstva okolja z optimizacijo uporabe hranil v kmetijskih sistemih. Zato je pomembno spremljati in ocenjevati NUE z uporabo ustreznih orodij, ki lahko zajamejo njeno kompleksnost in spremenljivost. Tukaj je nekaj pomembnih metod. ki lahko kmetom in raziskovalcem pomagajo izboljšati NUE pri odgovorni prehrani rastlin.

1. Testiranje hranil

Testiranje hranil je metoda merjenja hranilnega statusa v vzorcih tal in rastlinskega tkiva. Lahko zagotovi dragocene informacije o razpoložljivosti in absorpciji hranil v sistemu tla-rastlina, pa tudi o možnosti izgube ali pomanjkanja hranil. Testiranje hranil lahko pomaga kmetom in raziskovalcem pri:

• Določite optimalno vrsto, hitrost, čas in razporeditev hranilnih snovi, kot so gnojila, gnoj, namakalna voda itd.
• Ocenite agronomsko in ekonomsko učinkovitost različnih praks upravljanja s hranili, kot so kolobarjenje, vmesna pridelava, pokrovni pridelki itd.
• Odkrivanje in odpravljanje neravnovesij hranil ali motenj, ki lahko vplivajo na pridelek in kakovost pridelka, kot so pomanjkanje dušika, toksičnost fosforja, pomanjkanje mikrohranil itd.
• Spremljajte vpliv vnosa hranil na okolje, kot so izpiranje, odtekanje, hlapnost, emisije toplogrednih plinov itd.

Testiranje hranil se lahko izvaja z različnimi metodami, kot so kompleti za testiranje tal, prenosni senzorji, laboratorijske analize itd. Vendar testiranje hranil ni enkratna dejavnost. Izvajati ga je treba redno in pogosto, da se zajamejo dinamične spremembe stanja hranil skozi celotno rastno sezono in na različnih poljih.

2. Daljinsko zaznavanje in tehnologija

Daljinsko zaznavanje je tehnika zbiranja podatkov na daljavo z uporabo naprav, kot so sateliti, droni, kamere itd. Zagotavlja lahko prostorsko in časovno neprekinjene informacije o različnih vidikih rasti in razvoja poljščin, kot so proizvodnja biomase, indeks listne površine, vsebnost klorofila, vodni stres itd. Daljinsko zaznavanje lahko kmetom pomaga pri:

• Ocenite potencial pridelka in variabilnost na različnih poljih ali v različnih regijah
• Ocenite odziv pridelka na različne vnose hranil ali prakse upravljanja
• Odkrivanje in diagnosticiranje pomanjkanja hranil ali stresov, ki lahko vplivajo na rast in kakovost pridelka
• Optimizirajte čas in stopnjo uporabe hranil glede na potrebe pridelka
• Zmanjšajte stroške in delo pri vzorčenju in testiranju na terenu

Daljinsko zaznavanje se lahko izvaja z uporabo različnih platform in senzorjev, kot so optični, termični, radarski, hiperspektralni itd. Vendar daljinsko zaznavanje ni samostojno orodje. Kalibrirati in validirati ga je treba z uporabo podatkov iz terenskih meritev ali testiranja hranil.

3. Modeliranje pridelkov

Modeliranje pridelkov je metoda uporabe matematičnih enačb za opisovanje in napovedovanje vedenja pridelkov v različnih pogojih. Zagotavlja lahko kvantitativne informacije o interakcijah med pridelki, hranili, tlemi, vodo, podnebjem in praksami upravljanja. Modeliranje pridelkov lahko pomaga pri:

• Razumeti osnovne mehanizme in procese, ki vplivajo na NUE pri poljščinah
• Ocenite učinke različnih scenarijev ali intervencij na rezultate NUE
• Optimizirajte zasnovo in izvedbo terenskih poskusov ali poskusov
• Ekstrapolirajte ali nadgradite rezultate terenskih meritev ali daljinskega zaznavanja na večje lestvice ali regije

Modeliranje pridelkov se lahko izvaja z uporabo različnih vrst modelov, kot so empirični, mehanistični ali hibridni modeli. Vendar modeliranje pridelkov ni preprosto orodje.

Za kalibracijo in validacijo modelov ter pravilno interpretacijo rezultatov je potrebnih veliko podatkov in strokovnega znanja. Poleg tega je treba modeliranje poljščin uporabljati skupaj z drugimi orodji, kot sta testiranje hranil ali daljinsko zaznavanje, da se preverijo in dopolnijo rezultati modela.

Kako lahko GeoPard pomaga pri izboljšanju učinkovitosti rabe hranil?

Pri prizadevanju za trajnostno in odgovorno prehrano rastlin postaja vloga naprednih tehnologij vse pomembnejša. GeoPard, vrhunska platforma, specializirana za precizno kmetijstvo, ponuja nabor storitev, namenjenih izboljšanju učinkovitosti rabe hranil (NUE) z analizo podatkov o tleh, testiranjem hranil in pametnim opazovanjem.

1. Analiza podatkov o tleh

GeoPardova funkcija analize podatkov o tleh zagotavlja podroben zemljevid lastnosti tal, kar olajša ustvarjanje predpisanih kart za gnojenje s spremenljivo količino gnojila (VRA). Ta zmogljivost kmetom omogoča:

• Optimizirajte gnojenjePrilagodite uporabo gnojil specifičnim značilnostim tal, preprečite prekomerno gnojenje in zmanjšajte vpliv na okolje.
• Določitev območij upravljanjaPrimerjajte značilnosti tal z drugimi plastmi in ustvarite datoteke z navodili za gnojenje s spremenljivo količino za učinkovito porazdelitev hranil.
• Načrt vzorčenja talStrateško načrtujte mesta vzorčenja tal na podlagi večletnih con, ki odražajo zgodovinske vzorce razvoja poljščin.

Poleg tega blesti pri izboljšanju učinkovitosti prehrane rastlin s svojim naborom storitev. Poenostavlja interpretacijo podatkov o tleh z lahko berljivimi vizualizacijami toplotnih zemljevidov, omogoča natančno nanašanje gnojil z gnojenjem s spremenljivo hitrostjo (VRA) in zagotavlja zanesljiv vpogled v stanje tal z visoko gostoto talnih skenerjev.

Poleg tega zagotavlja natančno izvajanje načrta hranil, spremlja podatke o uporabi in sajenju ter ponuja dragocene 3D-zemljevide in topografsko analitiko za boljše odločanje pridelovalcev. V bistvu je GeoPard zmogljiva rešitev za poenostavljeno in trajnostno upravljanje prehrane rastlin.

Zaključek

Skratka, učinkovitost rabe hranil (NUE) igra ključno vlogo v svetovni kmetijski krajini in njenega pomena pri spodbujanju optimalne rasti rastlin ni mogoče preceniti. Ko prepoznamo večplastne dejavnike, ki vplivajo na NUE, in različne kazalnike v različnih sistemih, postane potreba po strateških posegih očitna.

GeoPard se v tem prizadevanju pojavlja kot ključni akter, ki ponuja inovativne rešitve za izboljšanje NUE. Z izkoriščanjem uporabniku prijaznih funkcij, kot so lahko berljive vizualizacije toplotnih zemljevidov in natančno vodeno gnojenje s spremenljivo hitrostjo (VRA), kmetom omogoča sprejemanje premišljenih odločitev in poenostavitev praks upravljanja hranil.