Способ определения потребности сельскохозяйственной культуры в азотном удобрении

 

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано для определения потребности в азотных удобрениях при выращивании зерновых, технических, кормовых культур и картофеля. Ежегодно определяют нитратный азот (N_нитр) в слоях почвы 0-20 см и 20-40 см, а гумус (А₂₀) в слое 0-20 см один раз за ротацию севооборота и определяют потребность (Н) сельскохозяйственной культуры в азотном удобрении по формуле Н = {Np - (N_нитр20 • d₂₀ + N_нитр40 • d₄₀) • 2-T_s • 0,00075 • А₂₀ • 0,579 • d₂₀ • 2000000/100 • k_d/100/K_C/N - 1,55 • Y • 100 • 0,5 • 0,015 • 0,17} • k_w, где Np - коэффициент, равный обеспеченности культуры в минеральном азоте к дате посева, N_нитр20 и N_нитр40 - содержание нитратного азота в слоях 0-20 см и 20-40 см соответственно, d₂₀ и d₄₀ - объемный вес почвы слоев 0-20 см и 20-40 см соответственно, K_C/N - соотношение С/N в почвенном органическом веществе слоя 0-20 см, А₂₀ - содержание гумуса в слое 0-20 см, k_d - коэффициент учета мощности гумусоаккумулятивного горизонта и содержания в нем гумуса, T_s - сумма положительных среднесуточных температур почвы в период с осени (даты отбора образцов) до весны (даты посева), 0,00075 - количество минерализованного углерода из почвенного органического вещества за 1 сутки при температуре почвы 1^oС, % от содержания углерода почвенного органического вещества, 0,007 - среднее содержание азота в мортмассе, 0,17 - доля разлагаемой мортмассы с осени до весны, 0,5 - коэффициент для пересчета массы соломы зерновой культуры в год отбора образцов в количество мортмассы осенью, Y - урожай зерна предшествующей культуры, ц/га, 1,55 - коэффициент для пересчета массы зерна в массу соломы зерновой культуры, k_w - комплексный коэффициент учета тепло- и влагообеспеченности вегетационного сезона. Изобретение позволяет снизить трудоемкость и повысить точность определения потребности сельскохозяйственных культур в азотном удобрении. 1 табл., 1 ил.

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано для определения потребности в азотных удобрениях при выращивании зерновых, технических, кормовых культур и картофеля.

Известен способ оценки потребности почвы в азотных удобрениях, включающий определение общей потребности доступного азота в пробах по изменению интенсивности гуттации проростков семян [1].

Недостатком такого способа является трудоемкость определения доз азотных удобрений, обусловленная длительной подготовкой этилированных проростков растений, проведением вегетационных опытов с проростками, сбором капель гуттата и неточность оценки, т.к. на протяжении вегетационного периода меняется интенсивность гуттации этилированных проростков, не учитываются условия тепловлагообеспеченности, минерализация почвенного органического вещества и растительных остатков предыдущей культуры.

Наиболее близким к предлагаемому является способ определения потребности сельскохозяйственной культуры в азотном удобрении, по которому для определения выноса (В) прогнозируемым урожаем определяют сумму минерального азота (N_мин) в почве перед посевом и дополнительно количество биологического азота (N_биол), используемого растениями в течение вегетации за счет минерализации органического вещества и фиксации из воздуха, а потребность сельскохозяйственной культуры в азотном удобрении (Н) рассчитывают по формуле Н=В-(0,5N_мин+N_биол)/Ку, где Ку - коэффициент использования питательных веществ из удобрений, % [2].

Недостатками известного способа являются трудоемкость, т.к. для определения величины биологического азота (N_биол) необходимо длительное проведение полевых опытов для каждой биоклиматической зоны, разных типов почв и для каждой сельскохозяйственной культуры, и в разные по тепловлагообеспеченности годы, неточность определения, т.к. прогнозируемый урожай определяют на основе среднемноголетнего количества осадков за вегетационный период, что вызывает существенные отклонения рассчитанных по формуле доз азотных удобрений от реальной потребности культуры в конкретный год, и определение минерального азота (N_мин), высвобожденного при минерализации органического вещества, базируется на усредненных значениях содержания гумуса в почве. Кроме того, коэффициенты использования питательных веществ из удобрений в формуле являются эмпирическими и существенно различаются в разные по тепловлагообеспеченности вегетационные периоды для каждого типа почвы.

Для сохранения и повышения почвенного плодородия, более эффективного использования минеральных удобрений, повышения качества и сохранности сельскохозяйственной продукции необходима точная агротехническая диагностика потребности растений в питательных элементах. Среди проблем, связанных с агротехнической диагностикой, особого внимания заслуживает проблема азота, т. к. поставки азотных удобрений сельскому хозяйству значительно опережают повышение урожайности зерновых культур. В результате снижается окупаемость килограмма азота, внесенного с минеральными удобрениями, увеличивается угроза загрязнения нитратами питьевой воды и сельскохозяйственной продукции. С одной стороны, во многих случаях потери азота обусловлены применением неоправданных доз азотных удобрений, а с другой стороны, применение высоких доз азотных удобрений приводит к интенсификации процессов миграции нитратов по почвенному профилю и, в конечном итоге, к увеличению невозвратных потерь азота из почвы.

Предлагаемым изобретением решается задача снижения трудоемкости и повышения точности определения потребности сельскохозяйственной культуры в азотном удобрении.

Для достижения названного технического результата в предлагаемом способе определения потребности сельскохозяйственной культуры в азотном удобрении ежегодно определяют нитратный азот (N_нитр) в слоях 0-20 см и 20-40 см, а гумус (А₂₀) в слое 0-20 см один раз за ротацию севооборота и определяют потребность (Н) сельскохозяйственной культуры в азотном удобрении по формуле H={Np-(N_нитр20•d₂₀+N_нитр40•d₄₀)•2-T_s•0,00075•A₂₀•0,579•d₂₀•2000000/100•k_d/100/K_C/N-1,55•Y•100•0,5•0,015•0,17} •k_w, где N_p - коэффициент, равный обеспеченности культуры в минеральном азоте к дате посева, N_нитр20 и N_нитр40 - содержание нитратного азота в слоях 0-20 см и 20-40 см соответственно, d₂₀ и d₄₀ - объемный вес почвы слоев 0-20 см и 20-40 см соответственно, K_C/N - соотношение C/N в почвенном органическом веществе слоя 0-20 см, А₂₀ - содержание гумуса в слое 0-20 см, k_d - коэффициент учета мощности гумусоаккумулятивного горизонта и содержания в нем гумуса,
T_s - сумма положительных среднесуточных температур почвы в период с осени (даты отбора образцов) до весны (даты посева),
0,00075 - количество минерализованного углерода из почвенного органического вещества за 1 сутки при температуре почвы 1^oС, в % от содержания углерода почвенного органического вещества,
0,007 - среднее содержание азота в мортмассе,
0,17 - доля разлагаемой мортмассы с осени до весны,
0,5 - коэффициент для пересчета массы соломы зерновой культуры в год отбора образцов в количество мортмассы осенью,
Y - урожай зерна предшествующей культуры, ц/га,
1,55 - коэффициент для пересчета массы зерна в массу соломы зерновой культуры,
k_w - комплексный коэффициент учета тепло- и влагообеспеченности вегетационного сезона.

Ежегодное определение нитратного азота (N_нитр) в слое 0-20 см, т.е. на глубину пахотного слоя, и в слое 20-40 см, т.к. основное накопление нитратов происходит в слое 0-40 см и далее существенно не меняется, а гумуса (А₂₀) в слое 0-20 см один раз за ротацию севооборота, т.к. содержание его более стабильно по сравнению с концентрацией нитратов, позволяет охватить большую территорию и провести минимальное количество анализов, что дает возможность снизить трудоемкость и повысить точность определения.

Кроме того, минимальное количество эмпирических показателей в формуле, учет процессов минерализации почвенного органического вещества и растительных остатков в зависимости от ряда параметров, учет тепловлагообеспеченности будущего вегетационного сезона, учет мезорельефа также повышают точность определения.

На чертеже представлен график фактического урожая (U, ц/га) яровой пшеницы в зависимости от доз азотных удобрений (N, кг/га) при проведении полевых опытов с внесением 0-150 кг/га дробно через 25 кг/га азотных удобрений перед посевом яровой пшеницы. Почва - чернозем выщелоченный.

N_p=110 - коэффициент, равный обеспеченности культуры в минеральном азоте к дате посева,
N_нитр20= 11,3 мг/кг и N_нитр40=8,5 мг/кг - содержание нитратного азота в слоях 0-20 см и 20-40 см соответственно,
d₂₀= 1,13 г/см³ и d₄₀=1,35 г/см³ - объемный вес почвы слоев 0-20 см и 20-40 см соответственно,
К_C/N= 11,6 - соотношение C/N в почвенном органическом веществе слоя 0-20 см,
А₂₀=4,7% - содержание гумуса в слое 0-20 см,
k_d= 1 - коэффициент учета мощности гумусоаккумулятивного горизонта и содержания в нем гумуса,
T_s= 138,1 - сумма положительных среднесуточных температур почвы в период с осени (даты отбора образцов) до весны (даты посева),
0,00075 - количество минерализованного углерода из почвенного органического вещества за 1 сутки при температуре почвы 1^oС, в % от содержания углерода почвенного органического вещества,
0,007 - среднее содержание азота в мортмассе,
0,17 - доля разлагаемой мортмассы с осени до весны,
0,5 - коэффициент для пересчета массы соломы зерновой культуры в год отбора образцов в количество мортмассы осенью,
Y=23 - урожай зерна предшествующей культуры, ц/га,
1,55 - коэффициент для пересчета массы зерна в массу соломы зерновой культуры,
k_w=1,03 - комплексный коэффициент учета тепло- и влагообеспеченности вегетационного сезона.

Полученные данные фактического урожая обрабатывают по методу дисперсионного анализа, определяют наименьшую существенную разницу (НСР) на 5% уровне значимости. На оси абсцисс откладывают дозу внесенных удобрений (N, кг/га), на оси ординат - полученный фактический урожай (U, ц/га) и строят график. От точки (Е), соответствующей максимальному фактическому урожаю, проводят прямую (ЕМ), параллельную оси ординат, откладывают на ней отрезок (ЕГ), равный значению НСР, и через точку (Г) проводят прямую, параллельную оси абсцисс до пересечения с кривой (точка С). Из точки (С) проводят перпендикулярную прямую (СД) до пересечения с осью абсцисс. Точка пересечения с осью абсцисс (Д) показывает оптимальную фактическую потребность (Н) в азотном удобрении, которая требуется яровой пшенице для получения максимального урожая при заданных метеорологических и агротехнических факторах и составляет 49 кг/га.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.

Пример.

Для проведения опытов была выбрана Западная Сибирь, лесостепная зона Приобского плато. Азотные удобрения вносились под яровую пшеницу. Почва - чернозем выщелоченный.

Для определения содержания нитратного азота проводят ежегодный отбор образцов почвы в слоях 0-20 см и 20-40 см известными средствами вручную или механическими и анализируют их ионоселективным методом, а для определения содержания гумуса отбирают образцы почвы в слое 0-20 см один раз за ротацию севооборота, анализируют их по методу Тюрина и потребность (Н) яровой пшеницы в азотном удобрении рассчитывают по формуле вручную или с помощью компьютера на платформе PC IBM под управлением операционной системы Windows версии 95 и выше, вычислительного комплекса Fedos, работающего в среде табличного процессора M_s Excel версии 5 и выше.

Результаты опыта приведены в таблице.

Из приведенных в таблице данных видно, что потребность (Н) в азотном удобрении для яровой пшеницы, рассчитанная по прототипу, составляет 95 кг/га, а по изобретению - 53 кг/га. В то же время оптимальная фактическая потребность азотного удобрения, полученная опытным путем по фактическим данным, составляет 49 кг/га, т.е. по сравнению с прототипом разница составляет 44 кг/га, а по сравнению с изобретением - 4 кг/га, что и подтверждает повышение точности способа, при этом ежегодное проведение минимального количества анализов, т. е. на содержание нитратного азота (N_нитр) в слоях почвы 0-20 см и 20-40 см, а гумуса (А₂₀) в слое 0-20 см один раз за ротацию севооборота обеспечивают снижение трудоемкости способа.

Кроме того, повышение точности определения обеспечивает повышение окупаемости килограмма азота, внесенного с минеральными удобрениями.

Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР 7141470, G 01 N 33/24, 1978.

2. Патент РФ 2059241, G 01 N 33/24, 1990.

Формула изобретения

Способ определения потребности сельскохозяйственной культуры в азотном удобрении, отличающийся тем, что ежегодно определяют нитратный азот (N_нитр) в слоях почвы 0-20 см и 20-40 см, а гумус (А₂₀) в слое 0-20 см один раз за ротацию севооборота и определяют потребность (Н) сельскохозяйственной культуры в азотном удобрении по формуле
H={N_p-(N_нитр20•d₂₀+N_нитр40•d₄₀)•2-T_s•0,00075•A₂₀•0,579•d₂₀•2000000/100•k_d/100/К_С/N-1,55•Y•100•0,5•0,015•0,17} •k_w,
где N_р - коэффициент, равный обеспеченности культуры в минеральном азоте к дате посева;
N_нитр20, N_нитр40 - содержание нитратного азота в слоях 0-20 см и 20-40 см соответственно;
d₂₀ и d₄₀ - объемный вес почвы слоев 0-20 см и 20-40 см соответственно;
К_С/N - соотношение C/N в почвенном органическом веществе слоя 0-20 см;
А₂₀ - содержание гумуса в слое 0-20 см;
k_d - коэффициент учета мощности гумусоаккумулятивного горизонта и содержания в нем гумуса;
Т_s - сумма положительных среднесуточных температур почвы в период с осени (даты отбора образцов) до весны (даты посева);
0,00075 - количество минерализованного углерода из почвенного органического вещества за 1 сутки при температуре почвы 1^oС, % от содержания углерода почвенного органического вещества;
0,007 - среднее содержание азота в мортмассе;
0,17 - доля разлагаемой мортмассы с осени до весны;
0,5 - коэффициент для пересчета массы соломы зерновой культуры в год отбора образцов в количество мортмассы осенью;
Y - урожай зерна предшествующей культуры, ц/га;
1,55 - коэффициент для пересчета массы зерна в массу соломы зерновой культуры;
k_w - комплексный коэффициент учета тепло- и влагообеспеченности вегетационного сезона.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2