Способ определения оптимальной дозы первой азотной подкормки озимых колосовых культур - RU2609909C2

Описание

Изобретение относится к сельскому хозяйству и является элементом совершенствования интенсивной технологии возделывания озимых колосовых культур. Оно может быть использовано для определения оптимальной дозы первой азотной подкормки на полях, различающихся по эффективному плодородию почвы, состоянию агрофитоценоза (АФЦ) и планируемой урожайности.

Известен способ экспресс-диагностики уровня азотного питания растений с использованием модельного образца портативного устройства «Спектролюкс» для определения потребности растений в азотной подкормке в производственных условиях, включающий определение концентрации хлорофилла в листьях растений по интенсивности его флуоресценции и светопроницаемости листовых пластинок; а потребность в азотном питании устанавливают в зависимости от отношения флуоресценции хлорофилла листа к его светопроницаемости; при величине отношения этих величин равной 1±0,01 и более - азотная подкормка не требуется, а при величине менее 1±0,01 - необходима срочная подкормка в дозе 60-90 кг д.в./га (патент РФ 2381644, МПК A01G 7/00, опубл. 20.02.2010).

Недостатком данного способа является невысокая точность определения дозы азотной подкормки, так как по результатам отношения флуоресценции хлорофилла листа к его светопроницаемости делается вывод о потребности в азотной подкормке, в то время как на эти показатели прямо или косвенно может влиять дефицит в почве усвояемых форм фосфора и серы, что приведет к искажению результатов. Кроме того, рекомендуются необоснованно высокие дозы удобрений (60-90 кг д.в./га) независимо от культуры, сорта и фазы развития растения, что нежелательно по агрономическим, экономическим и экологическим критериям.

Известен способ определения дозы азотной подкормки (N) по показателям фактического и оптимального содержания азота в органах растения, включающий определение дозы азота, принятой в производственных условиях (H) в качестве ориентировочной, оптимального содержания азота в органах растений (C_опт), фактического содержания азота (C_факт) и расчет дозы азота (N) по формуле NH⋅(C_опт/C_факт) (Марчук И.У., Макаренко В.М., Розстальный В.Э., Савчук А.В. - Питание озимых культур в весенне-зимний период вегетации). В статье приведены данные академика Н.М. Городнего о рекомендательных дозах азотных подкормок и способе их расчета. (Найдено в Internet: http://www.dobriva.com.ua/ru/article/theoretic/Pitanie_ozimih_kultur_v_vesenne_zimniy_period_vegetatsii.html. сайт ДП «Агроцентр ЕвроХим-Украина», 30.11.2011.)

Недостаток этого способа заключается в том, что при определении содержания азота в растениях в ранневесенний период велика вероятность ошибки при истолковании результатов анализа, т.к. в это время растения находятся еще в стрессовом состоянии после зимовки и фактическое содержание в них азотистых веществ не всегда отражает уровень азотного режима в агрофитоценозе. Кроме того, величина «Н» (доза азота, принятая в производственных условиях) не всегда близка к оптимальному уровню, так как не учитывает особенности погодных условий конкретного года, уровень фосфорно-калийного питания на конкретном поле, и так далее, то есть способ недостаточно точен.

Известен способ определения дозы весенней азотной подкормки озимой пшеницы по специальной номограмме, построенной с применением регрессионной модели и включающей в себя показатели: обеспеченность посева азотом нитратов, находящихся в почве в слое 0-80 см; густота агрофитоценоза пшеницы (по количеству растений на 1 м²) перед началом ее весенней вегетации; соотношение между ценами на зерно озимой пшеницы и на азотные удобрения, определяющее окупаемость азотных удобрений (Изотов A.M., Тарасенко Б.А., Рогозенко А.В. - Метод ситуационной оптимизации дозы ранневесенней азотной подкормки озимой пшеницы. Кримський Агротехнологiчний унiверситет, газета пiвденного фiлiалу нацiонального унiверситету бiopecypciв I природокористування Украïни, №4, 20 березня 2012 р.).

Недостатком способа является неполный учет усвояемых соединений минерального азота почвы, в частности, не определяется азот обменного аммония (N-NH₄). Хотя, в соответствии с принципом, который постулируется авторами, «суммарный» азот должен складываться из минерального азота почвы (N-NO₃+N-NH₄) и азота подкормки, однако авторы учитывают только азот нитратов без азота обменного аммония, что не обеспечивает достаточную точность определения дозы весенней азотной подкормки.

Известен способ определения дозы ранневесенней азотной подкормки озимой пшеницы, включающий в себя отбор почвенных проб из слоя 0-30 см в период начала весенней вегетации, определение в них азота нитратов и определение дозы азотной подкормки по расчетной таблице, где по вертикали приведено различное вероятное содержание N-NO₃ в почве, а по горизонтали - планируемая урожайность на обследуемом поле. К установленной дозе вносят ряд поправок: на густоту агрофитоценоза к моменту отбора почвенных проб, на запасы продуктивной влаги в слое 0-100 мм (в зоне недостаточного увлажнения). - Системы удобрения основных полевых культур. Рекомендации. Краснодар, 2001, с. 7-9.

К недостаткам описанного способа можно отнести низкую точность определения дозы первой азотной подкормки, обусловленную рядом причин, а именно: недостаточной глубиной отбора почвенных образцов (до 30 см), отсутствием информации о содержании в почве других элементов минерального питания растений, влияющих на эффективность азотных удобрений, отсутствием системного анализа связи между факторами, влияющими на дозу азотной подкормки.

Известен также способ определения дозы ранневесенней азотной подкормки озимых колосовых культур, включающий в себя определение времени начала весенней вегетации (ВНВВ) растений, отбор почвенных проб из слоя 0-20 см (в период начала весенней вегетации) и определение в них азота нитратов (N-NO₃), оценку состояния АФЦ (по густоте стеблестоя, шт. стебл/м²), которое определяется путем отбора растительных образцов с учетных площадок обследуемого поля и подсчета в них всех живых стеблей размером >10 мм, принятие решения о величине планируемой урожайности и определение дозы азотной подкормки по расчетной таблице, где по вертикали приводится содержание N-NO₃ в почве, а по горизонтали ВНВВ, состояние АФЦ и планируемая урожайность (Уход за посевами озимых колосовых культур зимой и ранней весной. - Рекомендации. Краснодар, 2000, с. 17-21 - прототип).

Недостатком прототипа является невысокая точность определения дозы первой азотной подкормки озимых колосовых культур из-за недостаточной глубины отбора почвенных образцов (до 20 см), значительной изменчивости содержания азота нитратов в почве (в горизонте 0-20 см) в ранне-весенний период из-за нестабильных погодных условий, неполной информации о факторах, влияющих на усвоение азотных удобрений и определяющих будущий габитус растений. Кроме того, к недостаткам этого способа можно отнести довольно узкий диапазон его применения по планируемой урожайности (45-65 ц/га), а также отсутствие алгоритма связи дозы первой азотной подкормки озимых колосовых культур с комплексом факторов в системе почва-растение-ценоз.

Цель изобретения: повышение точности определения оптимальной дозы первой азотной подкормки озимых колосовых культур на планируемый уровень урожайности, расширение диапазона его применения по планируемой урожайности от 35 до 95 ц/га, а также нахождение алгоритма связи дозы ранневесенней подкормки с комплексом факторов в системе почва-растение-ценоз.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе определения дозы первой азотной подкормки озимых колосовых культур, включающем в себя определение времени начала весенней вегетации (ВНВВ), отбор почвенных образцов из слоя 0-20 см и растительных образцов с учетных площадок поля в период начала весенней вегетации растений, определение густоты агрофитоценоза (АФЦ), принятие решения о величине планируемой урожайности, согласно изобретению дополнительно осуществляют отбор почвенных образцов из слоя 20-40 см, в которых определяют уровень фосфорного и калийного режимов АФЦ по содержанию в почве подвижного фосфора (P₂O₅) и обменного калия (K₂O), в почвенных образцах из слоя 0-20 см определяют уровень азотного режима АФЦ по содержанию азота обменного аммония (N-NH₄), а определение оптимальной дозы первой азотной подкормки озимых колосовых культур рассчитывают по формуле

где d_n=x_n-K_n (разность между величиной каждого фактора и величиной его константы),

x - фактор,

K - константа фактора (среднемноголетний уровень фактора, полученный в наших исследованиях),

Y - оптимальная доза 1-й подкормки, кг азота в д.в./га,

x₁ - содержание азота обменного аммония (Ν-ΝΗ₄) в почве, мг/кг,

x₂ - содержание подвижного фосфора (P₂O₅) в почве, мг/кг,

x₃ - содержание обменного калия (K₂O) в почве, мг/кг,

x₄ - густота АФЦ, шт. стеблей/м²,

x₅ - планируемая урожайность, ц/га, причем, при «позднем» ВНВВ расчетную дозу азотной подкормки (Y) увеличивают в 1,25 раза, при низких запасах продуктивной влаги в почве к моменту начала весенней вегетации растений, в слое 0-100-100-140 мм, расчетную дозу азотной подкормки (Y) уменьшают в 1,33 раза, при очень низких (менее 100 мм в метровом слое почвы) - дозу подкормки (Y) уменьшают в 2 раза, а при определении оптимальной дозы первой азотной подкормки для озимого ячменя - расчетную величину (Y) уменьшают в 1,33 раза.

Сопоставительный анализ заявляемого технического решения с прототипом позволяет сделать вывод о том, что заявляемый способ определения оптимальной дозы первой азотной подкормки озимых колосовых культур отличается от известного дополнительными действиями: отбором почвенных образцов из другого почвенного слоя (20-40 см), определением обменного калия и усвояемого фосфора в слое 20-40 см, определением азота обменного аммония вместо азота нитратов (в слое 0-20 см) и наличием алгоритма нелинейной связи дозы первой азотной подкормки озимых колосовых культур с комплексом факторов в системе почва-растение-ценоз.

Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию патентоспособности «НОВИЗНА».

Исследуя уровень техники в процессе проведения патентного поиска по всем видам общедоступных сведений в печати, мы не выявили технических решений, имеющих отличительные признаки заявляемого способа, касающихся определения дозы первой азотной подкормки озимых колосовых культур по содержанию в почве подвижного фосфора (P₂O₅) и обменного калия (K₂O), а также решений, связанных с системным анализом влияния комплекса указанных заявляемых признаков на дозу первой азотной подкормки озимых колосовых культур.

Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует критерию патентоспособности «ИЗОБРЕТАТЕЛЬСКИЙ УРОВЕНЬ».

Заявляемое техническое решение соответствует и критерию патентоспособности «ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ», так как оно может быть использовано в сельском хозяйстве. И, кроме того, в описании изобретения представлены средства и методы, с помощью которых возможно осуществление способа определения оптимальной дозы первой азотной подкормки озимых колосовых культур в том виде, в котором он охарактеризован в независимом пункте формулы изобретения.

Способ осуществляют следующим образом.

Определяют время начала весенней вегетации (ВНВВ) озимых колосовых культур. На полях, где планируется азотная подкормка, производят отбор почвы на глубину 0-20 см и 20-40 см по общепринятой методике, затем выполняют ее агрохимический анализ: в образцах из слоя 0-20 см определяют азот обменного аммония (N-NH₄), а в образцах из слоя 20-40 см - подвижный фосфор (P₂O₅) и обменный калий (K₂O).

Одновременно, вблизи мест отбора почвы, с учетных площадок (например, площадью 0,25 м²) осуществляют отбор растительных образцов (т.е. выкапывают все растения обследуемой культуры), подсчитывают общее количество стеблей длиной более 10 мм на учетной площадке, которое затем переводят в густоту АФЦ на 1 м², принимают решение о величине планируемой урожайности и определяют оптимальную дозу первой азотной подкормки по формуле

где d_n=x_n-K_n; путем подстановки в указанную выше формулу реальных показателей (x_n) [и их констант (K_n)] эффективного плодородия почвы (содержания в ней азота обменного аммония, подвижного фосфора и обменного калия), густоты стеблестоя АФЦ и планируемой урожайности. Причем,

- при «позднем» ВНВВ расчетную дозу удобрений увеличивают в 1,25 раза;

- при низких запасах продуктивной влаги в почве к моменту начала весенней вегетации растений в слое 0-100-100-140 мм дозу азотной подкормки уменьшают в 1,33 раза, а при очень низких запасах (менее 100 мм в метровом слое почвы) - дозу подкормки снижают в 2 раза;

- при определении же оптимальной дозы первой азотной подкормки для озимого ячменя расчетную величину уменьшают в 1,33 раза.

Пример конкретного выполнения способа.

Оптимальную дозу первой азотной подкормки озимой пшеницы определяли в ООО Агрофирма «Прогресс» Лабинского района Краснодарского края в 2014 году, когда ВНВВ было ранним, на поле №92 (отделение №1) на площади 71 га. Предшественник - соя. Сорт озимой пшеницы - «Андалу» (французской селекции). В конце февраля в период начала весенней вегетации (в фазу кущения) на этом поле были отобраны почвенные и растительные образцы в трехкратной повторности. Почву отбирали с помощью почвенного бура из слоев 0-20 и 20-40 см. Растения выкапывали с корнями с помощью лопаты с учетных площадок (площадью в 0,25 м²) и проводили подсчет на них всех живых стеблей (длиной >10 мм). После агрохимического и фитоценотического анализа были получены следующие результаты:

- содержание в почве (в слое 0-20 см) азота обменного аммония (N-NH₄) - 5,8; 8,0; 7,4 и, в среднем из трех образцов, - 7,1 мг/кг;

- содержание в почве (в слое 20-40 см) подвижного фосфора (P₂O₅) - 24; 19; 16 и, в среднем из трех образцов, - 19,7 мг/кг;

- содержание в почве (в слое 20-40 см) обменного калия (K₂O) - 409; 441; 314 и, в среднем из трех образцов, - 388 мг/кг;

- густота стеблестоя АФЦ - 1012; 1200; 1440 и, в среднем из трех образцов, - 1217 штук стеблей/м²;

- планируемая урожайность - 70 ц/га.

Оптимальную дозу первой азотной подкормки озимой пшеницы определяли по формуле

где Y - оптимальная доза первой азотной подкормки, кг азота в д.в./га;

d_n=x_n-K_n (разница между величиной каждого фактора и величиной его константы);

x₁ - содержание Ν-ΝΗ₄ (в слое почвы 0-20 см), мг/кг;

x₂ - содержание P₂O₅ (в слое почвы 20-40 см), мг/кг;

x₃ - содержание К20 (в слое почвы 20-40 см), мг/кг;

x₄ - густота стеблестоя АФЦ, шт. стеблей/м²;

x₅ - планируемая урожайность, ц/га;

K₁ - 7,7 мг/кг (N-NH₄);

K₂ - 28,9 мг/кг (P₂O₅);

K₃ -339 мг/кг (K₂O);

K₄ - 1400 шт. стеблей/м² (густота АФЦ);

K₅ - 60,6 ц/га (планируемая урожайность).

После расчета доза подкормки (Y) оказалась равной 60,5 кг азота в д.в./га. Практически на этом поле внесли (в виде карбамидо-аммиачной смеси - КАС) подкормку в дозе 60 кг азота в д.в./га.

Для сравнения предлагаемого нами метода расчета оптимальной дозы первой азотной подкормки озимых колосовых культур с прототипом было выбрано соседнее поле (№87, площадью 79 га), где также была высеяна озимая пшеница сорта «Андалу» по предшественнику соя. Здесь также были отобраны почвенные и растительные образцы (одновременно с образцами, отобранными на поле №92) в трехкратной повторности. Почвенные образцы отбирали из слоя 0-20 см и определяли в них только азот нитратов (N-NO₃). Растительные образцы отбирали с учетных площадок площадью 0,25 м² (идентично полю №92) и по ним рассчитывали густоту стеблестоя АФЦ, то есть определяли состояние посева.

После соответствующих анализов были получены результаты:

- содержание в почве (в слое 0-20 см) азота нитратов - 3,4; 2,7; 3,0 и, в среднем из трех образцов, - 3,0 мг/кг;

- густота стеблестоя АФЦ - 892; 748; 840 и, в среднем из трех образцов, - 827 штук стеблей/м², что, по принятым градациям, соответствует хорошему состоянию посева. Планируемая урожайность - 70 ц/га.

При расчете по прототипу (Таблица 1, Рекомендации, 2000, Краснодар), доза подкормки оказалась равной 50 кг азота в д.в./га. Фактически, с удобрением, было внесено 55 кг азота в д.в./га.

В фазе восковой спелости озимой пшеницы в июле 2014 года на этих полях путем отбора снопов с учетных делянок, их подсушки и последующего обмолота был проведен учет биологической урожайности (таблица 1). На поле №92 она оказалась равной 71,5 ц/га (при базисной влажности зерна), а на поле №87 - 64,7 ц/га; то есть, на поле №92 (при использовании предлагаемого нами способа расчета дозы первой азотной подкормки) полученный урожай оказался практически равным расчетному (планируемому) (отклонение +1,5 ц/га), а на поле №87 (определение дозы подкормки по прототипу) он оказался существенно ниже (отклонение - 5,3 ц/га), что говорит о преимуществе предлагаемого нами способа.

Кроме того, нами была определена значимость факторов, обусловливающих дозу первой азотной подкормки озимых колосовых культур при расчете по прототипу и по заявляемому способу (таблица 2).

Как следует из таблицы 2, введение новых факторов в расчет дозы подкормки увеличивает суммарную значимость учтенных факторов и, следовательно, увеличивает точность расчета на 16,1% (66,7% - 50,6%), а использование алгоритма нелинейной связи дозы первой азотной подкормки озимых колосовых культур с комплексом факторов в системе почва-растение-ценоз дополнительно повышает точность расчета еще на 24,8% (91,5%-66,7%), что, в итоге, обеспечивает повышение точности расчета по заявляемому способу на 40,9% (91,5%-50,6%).

При этом применение заявляемого способа обеспечивает расширение диапазона его использования по планируемой урожайности (35-95 ц/га) по сравнению с прототипом (45-65 ц-га).

Исходя из вышеизложенного, можно сделать вывод о том, что заявляемый способ определения оптимальной дозы первой азотной подкормки озимых колосовых культур обеспечивает достижение поставленной цели.

Реферат

Изобретение относится к области сельского хозяйства, а именно к технологии возделывания озимых колосовых культур. Способ включает определение времени начала весенней вегетации (ВНВВ) озимых колосовых культур, отбор почвенных образцов из слоя 0-20 см и растительных образцов с учетных площадок поля в период начала весенней вегетации растений, подсчет в них всех живых стеблей длиной >10 мм, определение густоты агрофитоценоза (АФЦ), принятие решения о величине планируемой урожайности. Дополнительно осуществляют отбор почвенных образцов из слоя 20-40 см, в которых определяют уровень фосфорного и калийного режимов АФЦ по содержанию в почве подвижного фосфора (PO) и обменного калия (KO), в почвенных образцах из слоя 0-20 см определяют уровень азотного режима АФЦ по содержанию азота обменного аммония (N-NH), а определение оптимальной дозы первой азотной подкормки озимых колосовых культур рассчитывают по формуле:где dn = x-K(разность между величиной каждого фактора и величиной его константы), x - фактор, K - константа фактора (среднемноголетний уровень фактора), Y - оптимальная доза первой азотной подкормки, кг азота в д.в./га, x- содержание азота обменного аммония (N-NH) в почве, мг/кг, x- содержание подвижного фосфора (PO) в почве, мг/кг, x- содержание обменного калия (KO) в почве, мг/кг, x- густота АФЦ, шт. стеблей/м, x- планируемая урожайность, ц/га. Способ позволяет повысить точность определения оптимальной дозы первой азотной подкормки озимых колосовых культур с учетом урожайности. 4 з.п. ф-лы, 2 табл., 1 пр.

Формула