Роль ефективності використання поживних речовин у відповідальному підживленні рослин

Ефективність використання поживних речовин (ЕВП) є критично важливою концепцією в сучасному сільському господарстві, яка відіграє ключову роль у покращенні росту рослин та оптимізації загальної врожайності сільськогосподарських культур. Зі зростанням населення світу попит на виробництво продуктів харчування зростає, що робить для фермерів вкрай важливим впровадження сталих та ефективних методів ведення сільського господарства.

Поживні речовини необхідні для росту, розвитку та метаболізму рослин. Вони відіграють важливу роль у різних фізіологічних процесах, таких як фотосинтез, дихання, активність ферментів, поділ клітин, передача сигналів та реакція на стрес.

Рослинам потрібна різна кількість та типи поживних речовин залежно від їхнього виду, стадії росту та умов навколишнього середовища. Деякі поживні речовини потрібні у великих кількостях (макроелементи), такі як азот (N), фосфор (P) та калій (K) тощо. Інші потрібні в невеликих кількостях (мікроелементи), такі як залізо (Fe), цинк (Zn) та мідь (Cu) тощо.

Що таке ефективність використання поживних речовин?

Це стосується здатності рослини ефективно використовувати поживні речовини для свого росту та розвитку. Простіше кажучи, це міра того, наскільки ефективно рослини поглинають та використовують необхідні елементи з ґрунту, води та повітря.

Його використання передбачає мінімізацію втрат та максимізацію поглинання та використання поживних речовин рослинами, що зрештою сприяє покращенню продуктивності сільськогосподарських культур. Його можна виразити як відношення біомаси або врожайності рослин до поглинання або надходження поживних речовин.

Високий показник NUE означає, що рослини виробляють більше біомаси або врожаю з меншим споживанням або надходженням поживних речовин, тоді як низький показник NUE означає, що рослинам потрібно більше поживних речовин для досягнення того ж рівня росту або виробництва.

Крім того, НУЕ можна визначити по-різному залежно від питання, що ставиться, та доступних даних. Деякі поширені терміни, що використовуються для опису НУЕ:

• Часткова факторна продуктивність (ЧФП): кількість врожаю на одиницю внесеного поживного речовини
• Агрономічна ефективність (АЕ)збільшення врожайності сільськогосподарських культур на одиницю внесеного поживного речовини
• Частковий баланс поживних речовин (ЧПБ): кількість поглинання поживних речовин на одиницю внесеної поживної речовини
• Видима ефективність відновлення (RE)різниця в поглинанні поживних речовин між удобреними та неудобреними культурами на одиницю внесених поживних речовин
• Внутрішня ефективність використання (IE): кількість врожаю на одиницю поглинання поживних речовин
• Фізіологічна ефективність (ФЕ): збільшення врожайності сільськогосподарських культур на одиницю різниці в поглинанні поживних речовин між удобреними та неудобреними культурами

Глобальна реакція на його важливість

За даними Продовольчої та сільськогосподарської організації ООН (ФАО), світове споживання добрив з 1961 року зросло більш ніж на 5001 т/3 тонни, досягнувши понад 200 мільйонів тонн поживних речовин у 2023 році. Це сприяло значному збільшенню виробництва сільськогосподарських культур та доступності продуктів харчування, а також значним втратам поживних речовин у навколишнє середовище.

Крім того, за оцінками ФАО, лише 421 т³/3 тонни азоту (N) та 151 т³/3 тонни фосфору (P), що вносяться як добрива, поглинаються сільськогосподарськими культурами в усьому світі, тоді як решта втрачається через вимивання, стік, ерозію, випаровування, денітрифікацію або іммобілізацію.

Тому ФАО поставила за мету збільшити середній світовий показник екологічно безпечного живлення рослин (ЧЕП) з 421 TP3T до 521 TP3T до 2030 року. Це вимагатиме скорочення використання азотних добрив на 201 TP3T та одночасного збільшення поглинання азоту сільськогосподарськими культурами на 101 TP3T. Аналогічно, Наукова група з питань відповідального живлення рослин запропонувала бачення досягнення природного живлення рослин до 2050 року. Це бачення включає п'ять цілей:

1. Зменшення вдвічі кількості поживних відходів у продовольчій системі шляхом відповідального споживання, збільшення кількості переробки та покращення методів управління.
2. Виснаження поживних речовин з ґрунту та втрата вуглецю зупинилися, що призвело до покращення стану ґрунту та вмісту органічної речовини.
3. Втрати поживних речовин у водойми зменшено на 75%, що запобігає евтрофікації та цвітінню водоростей.
4. Викиди оксиду азоту від сільського господарства скоротилися на 501 т/3 тонни, що сприяє пом'якшенню викидів парникових газів та пом'якшенню наслідків зміни клімату.
5. Врожайність та якість сільськогосподарських культур зросли на 50%, що покращило продовольчу безпеку та харчування.

Середньосвітова чиста енергоефективність (ЧЕЕ) для зернових культур у 2018/19 році становила 331 TP3T, для олійних культур – 481 TP3T, для коренеплодів та бульбоплодів – 621 TP3T, для бобових – 641 TP3T, для фруктів – 661 TP3T, для овочів – 681 TP3T, а для цукрових культур – 691 TP3T.

У Китаї масштабний партисипативний експеримент, в якому взяли участь понад 20 мільйонів фермерів, показав, що зменшення внесення азотних добрив в середньому на 141 TP3T збільшило врожайність пшениці в середньому на 101 TP3T, що призвело до збільшення часткової факторної продуктивності в середньому на 291 TP3T.

У той же час в Індії польовий експеримент за участю різних сортів рису показав, що застосування методів управління поживними речовинами на основі аналізу ґрунту збільшило врожайність зерна в середньому на 171 т/3 тонни, ефективність використання ресурсів в середньому на 221 т/3 тонни та прибутковість на баланс поживних речовин в середньому на 281 т/3 тонни порівняно з практикою фермерів. .

Аналогічно, у Кенії польовий експеримент за участю різних систем міжрядного вирощування кукурудзи та бобових культур показав, що застосування мікродоз добрив разом з органічним гноєм збільшило врожайність зерна в середньому на 791 т/3 т, агрономічну ефективність в середньому на 861 т/3 т, ресурсоефективність в середньому на 511 т/3 т та прибутковість на баланс поживних речовин в середньому на 501 т/3 т порівняно з вирощуванням окремої культури без добрив.

Ці приклади демонструють потенціал покращення екологічно чистої енергетичної ефективності (ЕЕ) за допомогою різних стратегій та практик, які можуть підвищити врожайність сільськогосподарських культур, одночасно зменшуючи втрати поживних речовин та викиди.

Наскільки це важливо для росту рослин?

Енергетична ефективність енергетики (ЕЕ) важлива як з економічних, так і з екологічних причин, оскільки може знизити вартість виробництва сільськогосподарських культур та ризик втрат поживних речовин у навколишнє середовище. Однак, ось деякі важливі аспекти росту рослин, які тісно з нею пов'язані.

1. Посилений фотосинтез

Одним з основних факторів, на які впливає NUE, є фотосинтез, процес, за допомогою якого рослини перетворюють світлову енергію на хімічну. Фотосинтез залежить від наявності поживних речовин, особливо азоту (N), який є ключовим компонентом хлорофілу, пігменту, що поглинає світло.

N також відіграє роль у синтезі амінокислот, нуклеотидів та інших молекул, необхідних для росту та розвитку рослин. Фосфор також необхідний для передачі енергії, тоді як калій регулює відкриття та закриття продихів, впливаючи на поглинання вуглекислого газу.

Отже, ефективне використання поживних речовин безпосередньо впливає на швидкість фотосинтезу, що призводить до збільшення виробництва енергії для росту рослин.

2. Клітинна структура та функції

Ще одним фактором, на який впливає рослина, є клітинна структура та функція, яка визначає, як поживні речовини поглинаються, транспортуються, зберігаються та використовуються в клітинах рослин. Клітинна структура та функція залежать від доступності поживних речовин, особливо фосфору (P), калію (K), кальцію (Ca) та магнію (Mg) тощо.

Наприклад, кальцій бере участь у розвитку клітинної стінки, забезпечуючи цілісність і міцність клітин. Магній є центральним компонентом молекул хлорофілу, що підтримує фотосинтез. Отже, ефективне використання поживних речовин забезпечує належне функціонування клітин і тканин, сприяючи загальному здоров'ю рослин.

3. Стійкість до стресу та хвороб

Третій фактор, на який він впливає, – це стійкість до стресу та хвороб, які можуть знижувати ріст рослин та врожайність, впливаючи на різні фізіологічні та біохімічні процеси. Стрес та хвороби можуть бути спричинені різними факторами, такими як посуха, засоленість, екстремальні температури, дефіцит або токсичність поживних речовин, шкідники, патогени, бур'яни тощо.

Таким чином, достатнє постачання поживних речовин зміцнює рослини, роблячи їх більш стійкими до стресів навколишнього середовища та хвороб. Добре підживлені рослини можуть краще протистояти несприятливим умовам, таким як посуха або напади шкідників. Крім того, рослини, що ефективно використовують поживні речовини, демонструють покращену стійкість до стресу, що сприяє сталому росту та вищій врожайності за складних умов.

Які фактори на це впливають і як їх контролювати?

Ефективність використання поживних речовин у сільському господарстві не є універсальною концепцією; радше, на неї впливає низка факторів, які складним чином формують те, як рослини поглинають, використовують та реагують на необхідні поживні речовини. Фактори, що на неї впливають, включають властивості ґрунту, кліматичні умови, види та сорти сільськогосподарських культур, методи управління та взаємодію між цими факторами.

1. Властивості ґрунту

Властивості ґрунту, такі як текстура, структура, pH, органічна речовина та мікробна активність, мають значний вплив на енергоефективність рослин. Текстура та структура ґрунту впливають на водоутримувальну здатність, аерацію, дренаж та проникнення коренів у ґрунт.

Ці фактори впливають на доступність та рухливість поживних речовин у ґрунтовому розчині та поглинання їх корінням рослин. Наприклад, піщані ґрунти мають низьку водоутримувальну здатність та високий потенціал вимивання, що може знижувати корисну енергію (ЧЕЕ) азоту (N) та калію (K).

Глинисті ґрунти мають високу вологоємність та низьку аерацію, що може обмежувати корисну енергію фосфору (P) та мікроелементів.

Крім того, pH ґрунту впливає на розчинність та доступність поживних речовин у ґрунті. Більшість поживних речовин більш доступні в слабокислих та нейтральних ґрунтах (pH 6-7), тоді як деякі мікроелементи, такі як залізо (Fe), марганець (Mn), цинк (Zn) та мідь (Cu), більш доступні в кислих ґрунтах (pH < 6).

Органічна речовина ґрунту та мікробна активність впливають на кругообіг та трансформацію поживних речовин у ґрунті. Органічна речовина забезпечує джерело вуглецю (C) та енергії для ґрунтових мікроорганізмів, які можуть мінералізувати органічні форми поживних речовин у неорганічні форми, доступні для поглинання рослинами.

Мікроорганізми також можуть іммобілізувати поживні речовини, включаючи їх у свою біомасу або утворюючи комплекси з органічними молекулами.

2. Кліматичні умови

Кліматичні умови, такі як температура, кількість опадів, сонячна радіація та вітер, впливають на НЕЗ через свій вплив на ґрунтові процеси, ріст рослин та втрати поживних речовин. Температура впливає на швидкість хімічних та біологічних реакцій у ґрунті, а також на метаболічну активність та розвиток рослин.

Вищі температури зазвичай збільшують мінералізацію органічної речовини та доступність поживних речовин у ґрунті, але вони також можуть збільшити випаровування аміаку (NH3) з внесення сечовини або гною, або денітрифікацію нітратів (NO3-) на закис азоту (N2O) або газоподібний азот (N2).

Вищі температури також можуть прискорити ріст рослин та потребу в поживних речовинах, але вони також можуть зменшити поглинання води рослинами та транспірацію, що може вплинути на транспортування поживних речовин всередині рослини.

Аналогічно, кількість опадів впливає на водний баланс та динаміку поживних речовин у системі ґрунт-рослина. Достатня кількість опадів є важливою для підтримки вологості ґрунту та доступності поживних речовин для засвоєння рослинами, але надлишок опадів може спричинити вимивання або стікання поживних речовин з поверхневих або підповерхневих шарів ґрунту.

Кількість опадів також може впливати на час і частоту поливу та внесення добрив, що може вплинути на енергоефективність рослин (ЕЕ). Сонячна радіація впливає на фотосинтетичну активність та виробництво біомаси рослин, що визначає їхню потребу в поживних речовинах та їх поглинання.

Крім того, вітер також впливає на ерозію ґрунту, впливаючи на процеси ерозії ґрунту, випаровування та леткості. Вітер може спричиняти ерозію ґрунту, відокремлюючи та переносячи частинки ґрунту, що містять поживні речовини, з одного місця в інше.

Вітер також може збільшити випаровування з поверхні ґрунту або рослинного пологу, що може зменшити вологість ґрунту та доступність поживних речовин для поглинання рослинами.

3. Характеристики та різновиди рослин

Види та сорти сільськогосподарських культур відрізняються своїм генетичним потенціалом для NUE, а також своєю реакцією на фактори навколишнього середовища та управління. Деякі культури мають вищий притаманний NUE, ніж інші, через свої фізіологічні особливості, такі як морфологія коренів, кінетика поглинання поживних речовин, ефективність транслокації, здатність до асиміляції, ефективність ремобілізації, індекс врожаю тощо.

Наприклад, зернові культури зазвичай мають вищий показник корисної копалини (НЕК), ніж бобові, через вищий індекс врожаю (співвідношення врожайності зерна до загальної біомаси) та нижчу концентрацію поживних речовин у зерні.

Крім того, сорти сільськогосподарських культур у межах одного виду також можуть відрізнятися за своєю енергоефективністю (ЕЕ) через генетичні відмінності або селекційні зусилля. Наприклад, деякі сорти рису мають вищий ЕЕ, ніж інші, завдяки їхній здатності використовувати альтернативні джерела азоту (N), такі як амоній (NH4+) або фіксацію атмосферного N2 симбіотичними бактеріями.

Деякі сорти пшениці мають вищий показник еквівалентності використання фосфору (ЕІ), ніж інші, завдяки їхній здатності ефективніше використовувати фосфор (P), виділяючи органічні кислоти або фосфатази, які розчиняють P з ґрунту. Деякі сорти кукурудзи мають вищий показник ЕІ, ніж інші, завдяки їхній здатності ефективніше використовувати калій (K), зменшуючи витік K з коренів або збільшуючи поглинання K за низької доступності K.

4. Практика управління

Такі методи управління, як обробіток ґрунту, сівозміна, міжрядне посіви, покривні культури, зрошення, удобрення, боротьба з бур'янами, боротьба зі шкідниками та управління врожаєм, можуть впливати на ефективну енергетику (ЕЕ), змінюючи ґрунтове середовище, ріст культур та втрати поживних речовин.

Обробка ґрунту

Обробка ґрунту впливає на фізичні та біологічні властивості ґрунту, такі як структура ґрунту, органічна речовина, мікробна активність та розподіл поживних речовин. Вона може покращити ефективність використання поживних речовин (НЕР) шляхом збільшення аерації та дренажу ґрунту, що може покращити доступність поживних речовин та їх поглинання корінням рослин.

Однак, це також може зменшити НУЕ шляхом збільшення ерозії ґрунту та втрат поживних речовин, або шляхом зменшення органічної речовини ґрунту та мікробної активності, що може знизити кругообіг та доступність поживних речовин.

Сівозміна

Сівозміна постає як стратегія покращення екологічно чистої енергетичної ефективності (ЕЕ) шляхом диверсифікації попиту та постачання поживних речовин між культурами. Окрім врахування поживних речовин, вона також виявляється ефективною для розриву циклів поширення шкідників та хвороб, тим самим сприяючи підвищенню ЕЕ.

Наприклад, сівозміна зернових культур з бобовими може покращити ефективність використання азоту (ЕЕ) шляхом збільшення постачання азоту за рахунок біологічної фіксації N2 бобовими культурами або шляхом зменшення потреби зернових культур у азоті через їхню нижчу потребу в азоті.

Міжкультура

Суміщення культур, яке передбачає одночасне вирощування двох або більше культур на одній ділянці землі, відзначається за його позитивний вплив на ефективну енергетику (ЕЕ). Це досягається шляхом сприяння взаємодоповнюваності та синергії між культурами щодо використання поживних речовин. Наприклад, суміщення зернових культур з бобовими змінює структуру постачання азоту, позитивно впливаючи на ЕЕ.

Обрізка обкладинки

Покривні культури, практика, що передбачає вирощування культури між двома основними культурами для покриття поверхні ґрунту та запобігання ерозії, має подвійний вплив на ЕКО. З одного боку, це позитивно впливає, посилюючи ЕКО за рахунок збільшення органічної речовини, мікробної активності та кругообігу поживних речовин.

З іншого боку, виникають проблеми, оскільки покривні культури можуть конкурувати за поживні речовини, воду та світло, що потенційно впливає на ефективність енергоефективності.

Зрошення

Розумне зрошення покращує ефективну енергетику (ЕЕ), підтримуючи оптимальну вологість ґрунту та доступність поживних речовин. Однак погано проведене зрошення може знизити ЕЕ через вимивання поживних речовин або стікання.

Запліднення

Внесення добрив, якщо воно внесено вчасно та правильно, покращує ефективність використання поживних речовин (НУЕ), збільшуючи доступність поживних речовин для коренів рослин. Проте надмірне внесення може призвести до їх втрати, що підкреслює делікатний баланс у практиці удобрення.

Боротьба з бур'янами

Боротьба з бур'янами покращує ефективність використання поживних речовин (ЕПЖ), зменшуючи конкуренцію за поживні речовини та втрати, спричинені бур'янами. Однак, її вплив на властивості ґрунту слід ретельно враховувати, оскільки вона може впливати на доступність та поглинання азоту.

Боротьба зі шкідниками

Боротьба зі шкідниками позитивно впливає на ефективність використання енергетичних ресурсів, зменшуючи втрати поживних речовин через пошкодження шкідниками. Однак, подібно до боротьби з бур'янами, її вплив на властивості ґрунту може впливати на доступність та кругообіг поживних речовин.

Управління врожаєм

Управління врожаєм, що включає рішення щодо часу та способу збирання врожаю, відіграє вирішальну роль у впливі на ЕКО. Позитивно, воно підвищує ЕКО, оптимізуючи врожайність та зменшуючи концентрацію поживних речовин у зібраних частинах. Однак, неналежне управління врожаєм може призвести до того, що поживні речовини залишаться в залишках, що негативно впливає на ЕКО.

Які основні показники NUE для різних систем?

Він вимірює, наскільки добре система вирощування сільськогосподарських культур використовує доступні поживні речовини для виробництва врожаю. Однак, ЕЖП не є простим чи однорідним показником. Він може змінюватися залежно від врахованих вхідних та вихідних даних, масштабу та меж системи, а також мети оцінки. Тому важливо використовувати відповідні показники, що відображають цілі відповідального живлення рослин.

Індикатори добрив

Ці показники зосереджені на ефективності використання поживних речовин з добрив. Вони показують, наскільки ефективно внесені поживні речовини перетворюються на врожайність сільськогосподарських культур, що може допомогти у прийнятті рішень щодо оптимального управління поживними речовинами та розподілу ресурсів. Деякі поширені показники добрив:

1. Часткова факторна продуктивність (ЧФП): Це співвідношення врожайності сільськогосподарських культур до внесених добрив. Воно показує продуктивність на одиницю внесених добрив. Високий показник продуктивності на одиницю внесених добрив означає високий урожай за низького внесення добрив. Однак, він не враховує інші джерела поживних речовин або втрати в навколишнє середовище.

Наприклад, у добре доглянутих зернових культурах звичайний діапазон PFP для врожаю зерна на кілограм внесеного азоту становить від 50 до 100 кілограмів.

2. Агрономічна ефективність (АЕ): Це збільшення врожайності сільськогосподарських культур на одиницю внесених поживних речовин у вигляді добрив. Це вказує на граничну віддачу від внесення добрив. Висока AE означає значне збільшення врожайності при низькому внесенні добрив. Однак вона не враховує початкову родючість ґрунту або втрати для навколишнього середовища.

Візьмемо, наприклад, азот. У добре доглянутих системах удобрення зерновими культурами показник AE зазвичай становить близько 20-30 кілограмів зерна на кілограм внесеного азоту. Однак іноді він може бути навіть вищим.

3. Ефективність відновлення (КВВ)Це частка внесених поживних речовин з добрив, яка поглинається культурою. Це вказує на ефективність поглинання поживних речовин з добрив. Високий показник RE означає низькі втрати добрив у навколишнє середовище. Однак він не враховує врожайність чи якість культури.

Наприклад, згідно з глобальним аналізом, проведеним Zhang et al. (2015), середні показники PFP, AE та RE азотних (N) добрив для зернових культур становили 42 кг зерна/кг N, 15 кг зерна/кг N та 0,33 кг поглинання N/кг внесеного N відповідно. Ці значення значно варіювалися залежно від регіону та культури, що відображало відмінності в ґрунтових умовах, кліматі, системах вирощування та методах управління.

Індикатори врожаю

Ці показники визначають розподіл поживних речовин у рослині та його вплив на врожайність і якість сільськогосподарських культур. Вони показують, наскільки ефективно культура використовує поглинені поживні речовини для виробництва біомаси або економічної продукції. Деякі поширені показники сільськогосподарських культур:

1. Індекс врожаю поживних речовин (ІВП)Це співвідношення вмісту поживних речовин у зібраних частинах до загального надземного поглинання поживних речовин. Воно вказує на частку поглинених поживних речовин, які виділяються для економічно вигідної продукції. Високий індекс NHI означає високий рівень видалення поживних речовин із урожаєм та низький рівень повернення поживних речовин у ґрунт.

Типові значення NHI для кукурудзи були задокументовані в діапазоні 59-701 TP3T для азоту (N), 79-911 TP3T для фосфору (P) та 13-191 TP3T для калію (K) (13). Аналогічно, для рису зареєстровані діапазони включають 54-651 TP3T для N, 61-711 TP3T для P та 12-191 TP3T для K.

2. Внутрішня ефективність (ВЕ): Це співвідношення врожайності сільськогосподарських культур до вмісту поживних речовин у зібраних частинах. Воно вказує на ефективність утворення економічної продукції на одиницю видаленої поживної речовини. Високий показник IE означає високий урожай з низькою концентрацією поживних речовин у зібраних частинах.

Наприклад, покращення в селекції кукурудзи підвищили ефективність використання азоту з 45 кг на кг поглинання азоту у 1946 році до 66 кг/кг у 2015 році.

3. Фізіологічна ефективність (ФЕ)Це співвідношення врожайності сільськогосподарських культур до вмісту поживних речовин у надземній біомасі. Воно вказує на ефективність утворення економічної продукції на одиницю загального вмісту поживних речовин у рослинах. Високий показник PE означає високий урожай з низькою концентрацією поживних речовин у біомасі.

4. Концентрація поживних речовин (НК)Це кількість поживних речовин на одиницю сухої речовини у зібраних частинах або надземній біомасі. Це вказує на якість або харчову цінність рослинної продукції чи залишків.

Крім того, згідно з метааналізом Добермана (2007), середні значення NHI, IE, PE та NC для N у зернових культурах становили 0,67 кг N/кг поглинання N, 90 кг зерна/кг N у зерні, 134 кг зерна/кг N у біомасі та 1,5% N у зерні відповідно.

Системні індикатори

Ці показники враховують усю систему вирощування сільськогосподарських культур, включаючи ґрунт, культуру та навколишнє середовище. Вони показують, наскільки ефективно система використовує доступні поживні речовини з усіх джерел та мінімізує втрати для навколишнього середовища. Деякі із поширених системних показників:

1. Межа системи NUE (SB-NUE): Це відношення загального виходу N до загального надходження N у межах визначеної межі системи. Воно вказує на загальний баланс N у системі. Високий показник SB-NUE означає високий вихід N з низьким надходженням N. Однак, він не враховує просторову та часову мінливість потоків N у системі.

2. Коефіцієнт часткового балансу поживних речовин (NUEPB): Це різниця між надходженням поживних речовин у добрива та їх виведенням із зібраних частин. Вона вказує на чисту зміну стану поживних речовин у ґрунті внаслідок удобрення. Позитивний показник PNB означає надлишок поживних речовин у добривах у ґрунті, тоді як негативний показник PNB означає дефіцит. Глобальні середні показники NUEPB, включаючи добрива, гній, фіксацію та відкладення, показують збільшення до 551 TP3T для азоту та 771 TP3T для фосфору.

Для більшості зернових культур, таких як пшениця та кукурудза, природний процес отримання азоту (N) з повітря (біологічна фіксація) зазвичай невеликий, менше 10 кілограмів на гектар. Але для таких культур, як рис та цукрова тростина, він може бути трохи більшим, близько 15-30 кілограмів на гектар.

А для деяких бобових культур, таких як соя, арахіс, бобові та кормові бобові, вона може бути навіть вищою, коливаючись від 100 до 300 кілограмів на гектар. Іноді, коли ми поливаємо рослини (зрошення), це також вносить деякі поживні речовини, що може бути важливим у певних ситуаціях.

3. Коефіцієнт балансу поживних речовин на фермі (NUEFG)

Це розширює межі системи за межі поверхні ґрунту, враховуючи ферми з інтегрованим виробництвом сільськогосподарських культур та тваринництва. Включення худоби часто зменшує NUEFG через додаткові складнощі. Покращення NUEFG включає оптимізацію використання поживних речовин на всій фермі, управління гноєм та мінімізацію зовнішніх надходжень поживних речовин.

Розширюючи межі, ефективність використання поживних речовин у харчовому ланцюгу (NUEFC) оцінює доступність поживних речовин для споживання людиною відносно загального надходження поживних речовин у всю продовольчу систему. Для азоту оцінки NUEFC коливаються від 10% до 40% у європейських країнах. Однак через складність ланцюга виробництва харчових продуктів практичне застосування та змістовні оцінки залишаються складними.

4. Надлишок поживних речовин (НП): Це різниця між загальним надходженням поживних речовин та загальним виведенням поживних речовин у межах визначеної межі системи. Вона вказує на потенційну втрату поживних речовин у навколишнє середовище. Високий рівень забруднення означає високий ризик забруднення навколишнього середовища.

Наприклад, згідно з глобальним аналізом, проведеним Лассалеттою та ін. (2014), середні значення SB-NUE, PNB та NS для N у виробництві сільськогосподарських культур становили 0,42 кг N/кг внесеного N, 65 кг N/га та 65 кг N/га відповідно.

Як покращити ефективність використання поживних речовин для кращих результатів?

Відповідальне живлення рослин – це стратегія забезпечення продовольчої безпеки та захисту довкілля шляхом оптимізації використання поживних речовин у сільськогосподарських системах. Тому важливо контролювати та оцінювати ефективність живлення рослин за допомогою відповідних інструментів, які можуть враховувати її складність та мінливість. Ось деякі важливі методи. що може допомогти фермерам і дослідникам покращити НУЕ у відповідальному живленні рослин.

1. Тестування поживних речовин

Тестування поживних речовин – це метод вимірювання поживного статусу ґрунту та зразків рослинних тканин. Воно може надати цінну інформацію про доступність та поглинання поживних речовин у системі ґрунт-рослина, а також про потенціал втрат або дефіциту поживних речовин. Тестування поживних речовин може допомогти фермерам та дослідникам:

• Визначити оптимальний тип, швидкість, час та розміщення поживних речовин, таких як добрива, гній, вода для поливу тощо.
• Оцінити агрономічну та економічну ефективність різних методів управління поживними речовинами, таких як сівозміна, міжрядне посіви, покривні культури тощо.
• Виявляти та виправляти дисбаланс поживних речовин або порушення, які можуть вплинути на врожайність та якість сільськогосподарських культур, такі як дефіцит азоту, токсичність фосфору, дефіцит мікроелементів тощо.
• Моніторинг впливу на навколишнє середовище надходження поживних речовин, таких як вилуговування, стік, випаровування, викиди парникових газів тощо.

Тестування поживних речовин можна проводити за допомогою різних методів, таких як набори для тестування ґрунту, портативні датчики, лабораторний аналіз тощо. Однак тестування поживних речовин не є одноразовою діяльністю. Його слід проводити регулярно та часто, щоб відстежувати динамічні зміни стану поживних речовин протягом вегетаційного періоду та на різних полях.

2. Дистанційне зондування та технології

Дистанційне зондування – це метод збору даних на відстані за допомогою таких пристроїв, як супутники, дрони, камери тощо. Він може надавати просторово та часово безперервну інформацію про різні аспекти росту та розвитку сільськогосподарських культур, такі як виробництво біомаси, індекс листової поверхні, вміст хлорофілу, водний стрес тощо. Дистанційне зондування може допомогти фермерам:

• Оцінити потенціал врожайності та мінливість на різних полях або в регіонах
• Оцінити реакцію культури на різні види поживних речовин або методи управління
• Виявляти та діагностувати дефіцит поживних речовин або стреси, які можуть вплинути на ріст та якість врожаю
• Оптимізуйте терміни та норму внесення поживних речовин залежно від потреб культури
• Зменшення витрат і трудомісткості польового відбору проб та випробувань

Дистанційне зондування може здійснюватися за допомогою різних платформ та датчиків, таких як оптичні, теплові, радіолокаційні, гіперспектральні тощо. Однак дистанційне зондування не є окремим інструментом. Його слід калібрувати та перевіряти за допомогою наземних даних польових вимірювань або тестування поживних речовин.

3. Моделювання врожаю

Моделювання сільськогосподарських культур – це метод використання математичних рівнянь для опису та прогнозування поведінки сільськогосподарських культур за різних умов. Він може надати кількісну інформацію про взаємодію між сільськогосподарськими культурами, поживними речовинами, ґрунтом, водою, кліматом та методами управління. Моделювання сільськогосподарських культур може допомогти:

• Зрозумійте основні механізми та процеси, що впливають на енергетичну ефективність рослин (ЕЕ) у сільськогосподарських культурах
• Оцінити вплив різних сценаріїв або втручань на результати NUE
• Оптимізувати дизайн та впровадження польових експериментів або випробувань
• Екстраполювати або масштабувати результати польових вимірювань або дистанційного зондування на більші масштаби або регіони

Моделювання сільськогосподарських культур можна виконувати за допомогою різних типів моделей, таких як емпіричні, механістичні або гібридні моделі. Однак моделювання сільськогосподарських культур не є простим інструментом.

Для калібрування та перевірки моделей, а також для правильної інтерпретації результатів потрібен великий обсяг даних та досвіду. Крім того, моделювання сільськогосподарських культур слід використовувати разом з іншими інструментами, такими як тестування поживних речовин або дистанційне зондування, для перевірки та доповнення результатів моделі.

Як GeoPard може допомогти у підвищенні ефективності використання поживних речовин?

У прагненні до сталого та відповідального живлення рослин роль передових технологій стає дедалі важливішою. GeoPard, передова платформа, що спеціалізується на точному землеробстві, пропонує комплекс послуг, розроблених для підвищення ефективності використання поживних речовин (NUE) за допомогою аналізу даних ґрунту, тестування поживних речовин та розумного скаутингу.

1. Аналіз даних ґрунту

Функція аналізу ґрунтових даних GeoPard надає детальну карту властивостей ґрунту, що спрощує створення карт приписів для внесення добрив зі змінною нормою (VRA). Ця можливість дозволяє фермерам:

• Оптимізація удобренняАдаптуйте внесення добрив до конкретних характеристик ґрунту, запобігаючи надмірному удобренню та зменшуючи вплив на навколишнє середовище.
• Визначення зон управлінняПорівнюйте характеристики ґрунту з іншими шарами та створюйте файли рецептів на внесення добрив зі змінною нормою для ефективного розподілу поживних речовин.
• План відбору проб ґрунтуСтратегічно планувати пункти відбору проб ґрунту на основі багаторічних зон, що відображають історичні моделі розвитку сільськогосподарських культур.

Він також чудово підвищує ефективність живлення рослин завдяки своєму набору послуг. Він спрощує інтерпретацію даних ґрунту за допомогою легкочитаних візуалізацій теплових карт, забезпечує точне внесення добрив за допомогою технології внесення добрив зі змінною нормою (VRA) та надає надійну інформацію про стан ґрунту за допомогою сканерів ґрунту високої щільності.

Крім того, він забезпечує точне впровадження плану живлення, контролює дані про внесення та посів, а також пропонує цінні 3D-карти та топографічну аналітику для покращення прийняття рішень виробниками. По суті, GeoPard — це потужне рішення для оптимізованого та сталого управління живленням рослин.

Висновок

На завершення, ефективність використання поживних речовин (ЕВП) відіграє ключову роль у світовому сільськогосподарському ландшафті, і її важливість у сприянні оптимальному росту рослин неможливо переоцінити. Оскільки ми усвідомлюємо багатогранність факторів, що впливають на ЕВП, та різноманітні показники в різних системах, стає очевидною необхідність стратегічного втручання.

GeoPard стає ключовим гравцем у цій справі, пропонуючи інноваційні рішення для покращення NUE. Використовуючи свої зручні функції, такі як легкочитані візуалізації теплових карт та точне удобрення зі змінною нормою внесення (VRA), він дає фермерам змогу приймати обґрунтовані рішення та оптимізувати методи управління поживними речовинами.