Управление питательными веществами – это наука и практика, направленные на то, чтобы связать почвенные , сельскохозяйственные , погодные и гидрологические факторы с культурными, ирригационными , а также методами сохранения почвы и воды для достижения оптимальной эффективности использования питательных веществ, урожайности , качества сельскохозяйственных культур и экономической отдачи , одновременно снижая - транспортировка питательных веществ ( удобрений ), которые могут оказать воздействие на окружающую среду . [1] Он включает в себя сопоставление конкретной почвы, климата и условий выращивания сельскохозяйственных культур с нормой, источником, временем и местом (широко известное как управление питательными веществами 4R ) внесения питательных веществ. [2]
Важные факторы, которые необходимо учитывать при управлении питательными веществами, включают: (a) применение питательных веществ с учетом достижимой оптимальной урожайности и, в некоторых случаях, качества урожая; (b) управление, применение и сроки внесения питательных веществ с использованием бюджета, основанного на всех источниках и поглотителях, действующих на участке; и (c) управление почвой, водой и сельскохозяйственными культурами для минимизации переноса питательных веществ за пределы участка в результате вымывания питательных веществ из корневой зоны, поверхностного стока и испарения (или другого газообмена).
Могут существовать потенциальные взаимодействия из-за различий в путях и динамике поступления питательных веществ. Например, методы, которые уменьшают поверхностный перенос определенного питательного вещества за пределы площадки, могут увеличить потери других питательных веществ при выщелачивании. Эта сложная динамика ставит перед менеджерами по питательным веществам непростую задачу достижения наилучшего баланса для максимизации прибыли и внесения вклада в сохранение нашей биосферы .
План управления питательными веществами сельскохозяйственных культур – это инструмент, который фермеры могут использовать для повышения эффективности всех источников питательных веществ, используемых сельскохозяйственными культурами, при одновременном снижении производственных и экологических рисков , что в конечном итоге увеличивает прибыль . Производители и агрономы все чаще используют цифровые инструменты, такие как SST или Agworld, для создания своего плана управления питательными веществами, чтобы они могли извлечь выгоду из информации, собранной за несколько лет. [3] Общепризнано, что существует десять фундаментальных компонентов плана управления питательными веществами сельскохозяйственных культур. Каждый компонент имеет решающее значение для анализа каждого поля и повышения эффективности использования питательных веществ для выращиваемых культур. Эти компоненты включают в себя: [4]
Карта поля
Карта, включая общие ориентиры (такие как ручьи, жилые дома, устья колодцев и т. д.), количество акров и типы почвы, является основой для остальной части плана.
Сколько каждого питательного вещества (NPK и других важных элементов, таких как pH и органическое вещество) содержится в профиле почвы? Анализ почвы является ключевым компонентом, необходимым для разработки рекомендаций по норме питательных веществ.
Усвоила ли культура, выросшая в поле в прошлом году (а во многих случаях два или более года назад), азот для использования в последующие годы? Увеличило ли количество органического вещества при длительной нулевой обработке почвы? Показал ли анализ стеблей в конце сезона дефицит питательных веществ ? Эти факторы также необходимо учитывать в плане.
Предполагаемая доходность
Факторы, влияющие на урожайность, многочисленны и сложны. Почвы поля, дренаж , воздействие насекомых, сорняков и болезней сельскохозяйственных культур , севооборот и многие другие факторы отличают одно поле от другого. Вот почему использование исторических показателей доходности важно при разработке оценок доходности на следующий год. Точные оценки урожайности могут повысить эффективность использования питательных веществ.
Источники и формы
Источники и формы доступных питательных веществ могут варьироваться от фермы к ферме и даже от поля к полю. Например, анализ плодородия навоза , методы хранения и другие факторы должны быть включены в план управления питательными веществами. Тесты/анализы на питательные вещества навоза – один из способов определить его плодородность. Азот, зафиксированный из урожая бобовых прошлого года, и остаточные эффекты навоза также влияют на рекомендации по нормам. В этом плане также следует учитывать многие другие источники питательных веществ.
Чувствительные зоны
Что необычного в плане поля? Орошается ли он? Рядом с ручьем или озером? Особенно песчаный в одном месте? Крутой склон или низина? Навоз вносится на одном участке в течение нескольких поколений из-за близости молочного коровника? Чрезвычайно продуктивны – или непродуктивны – в какой-то части области? Имеются ли буферы, защищающие ручьи, дренажные канавы, устья колодцев и другие точки сбора воды? Как далеко соседи? Каково общее направление ветра? Здесь следует отметить эти и другие особые условия, которые необходимо учитывать.
Рекомендуемые тарифы
Здесь встречаются наука, технологии и искусство. Учитывая все, что вы отметили, какова оптимальная норма N, P, K, извести и других питательных веществ? Хотя наука говорит нам, что потребности сельскохозяйственных культур в питательных веществах меняются в течение вегетационного периода, сочетание технологий и управленческих навыков фермера обеспечивает наличие питательных веществ на всех стадиях роста. Кукуруза при нулевой обработке почвы обычно требует стартового удобрения , чтобы дать ростку здорового роста.
Рекомендуемое время
Когда температура почвы опускается ниже 50 градусов? Будет ли использоваться стабилизатор N? Какова практика обработки почвы? Кукуруза Strip-till и No-till часто требуют разных подходов к выбору времени, чем посев семян на поле, которое уже однажды обрабатывалось полевым культиватором. Будет ли использоваться стартовое удобрение, чтобы дать саженцам здоровый рост? Сколько акров можно покрыть имеющейся рабочей силой (на заказ или наемной) и оборудованием? Зависит ли внесение навоза на ферме от графика работы конкретного аппликатора? Какие договоренности заключены с соседями по использованию навоза на своих полях? Сосед проводит особое мероприятие? Все эти и многие другие факторы, вероятно, будут учитываться в рекомендуемых сроках.
Рекомендуемые методы
Поверхностный или инъекционный? Хотя инъекция явно предпочтительнее, могут быть ситуации, когда инъекция невозможна (например, пастбище, луга). Уклон, характер осадков, тип почвы, севооборот и многие другие факторы определяют, какой метод лучше всего подходит для оптимизации эффективности питательных веществ (наличия и потерь) на фермах. Комбинация, правильная на одном поле, может отличаться на другом даже при той же культуре.
Ежегодный обзор и обновление
Даже лучшие менеджеры вынуждены отклоняться от своих планов. Какая ставка была применена на самом деле? Где? Каким методом? Снизила ли необычно мягкая зима или влажная весна содержание нитратов в почве? Усилили ли засушливое лето , болезнь или какой-либо другой необычный фактор перенос питательных веществ? Эти и другие факторы следует отмечать по мере их возникновения.
Когда такой план разработан для операций по кормлению животных (AFO), его можно назвать «планом обращения с навозом». В Соединенных Штатах некоторые регулирующие органы рекомендуют или требуют, чтобы фермы реализовали эти планы, чтобы предотвратить загрязнение воды . Служба охраны природных ресурсов США (NRCS) опубликовала руководящие документы по подготовке комплексного плана управления питательными веществами (CNMP) для AFO. [5] [6]
Международный институт питания растений опубликовал руководство по питанию растений 4R для улучшения управления питанием растений. В руководстве излагаются научные принципы, лежащие в основе каждого из четырех R или «прав» (правильный источник питательных веществ, правильная норма внесения, нужное время и правильное место), а также обсуждается внедрение практик 4R на ферме, подходы к планированию управления питательными веществами и измерение показателей устойчивости. [7]
Управление азотом
Из 16 основных питательных веществ для растений азот обычно труднее всего использовать в системах полевых культур. Это связано с тем, что количество доступного для растений азота может быстро меняться в ответ на изменения состояния почвенной воды. Азот может быть потерян из системы растение-почва в результате одного или нескольких из следующих процессов: выщелачивание ; поверхностный сток ; эрозия почвы ; улетучивание аммиака ; и денитрификация . [8]
Практики управления азотом, повышающие эффективность использования азота
Управление азотом направлено на максимизацию эффективности использования азота сельскохозяйственными культурами. Повышение эффективности использования азота связано с уменьшением потерь N из почвы. Хотя полностью избежать потерь невозможно, можно добиться значительных улучшений, применив один или несколько из следующих методов управления в системе земледелия. [8]
Сокращение выбросов парниковых газов
Климатически оптимизированное сельское хозяйство включает использование принципов рационального использования питательных веществ 4R для сокращения выбросов закиси азота (N2O) на полях в результате применения азотных удобрений. Азотные удобрения являются важным фактором выбросов закиси азота, но они также являются основным фактором урожайности в современных высокопроизводительных системах. Благодаря тщательному выбору источника азотных удобрений, норм, сроков и практики внесения, выбросы закиси азота на единицу произведенного урожая могут быть существенно сокращены, в некоторых случаях до половины. Практики, позволяющие сократить выбросы закиси азота, также имеют тенденцию повышать эффективность использования азота и экономическую отдачу от инвестиций в удобрения.
Сокращение потерь N в сточных водах и эродированной почве
Снижение улетучивания N в виде газообразного аммиака
Внесение и/или внесение мочевины и удобрений, содержащих аммоний, снижает улетучивание аммиака, поскольку хороший контакт с почвой буферизует pH и замедляет образование газообразного аммиака из ионов аммония .
Ингибиторы уреазы временно блокируют функцию фермента уреазы, сохраняя удобрения на основе мочевины в нелетучей форме мочевины, уменьшая потери от улетучивания при поверхностном внесении этих удобрений; эти потери могут быть значительными в системах консервативной обработки почвы с высоким содержанием пожнивных остатков.
Предотвращение накопления высоких концентраций нитратов в почве.
Нитрат – это форма азота, которая наиболее подвержена потере из почвы в результате денитрификации и выщелачивания . Количество азота, теряемого в результате этих процессов, можно ограничить путем ограничения концентрации нитратов в почве, особенно в периоды высокого риска. Это можно сделать разными способами, хотя они не всегда экономически эффективны.
Нормы азота
Нормы внесения азота должны быть достаточно высокими, чтобы максимизировать прибыль в долгосрочной перспективе и свести к минимуму остаточные (неиспользованные) нитраты в почве после сбора урожая.
Использование местных исследований для определения рекомендуемых норм внесения азота должно привести к соответствующим нормам азота.
Рекомендуемые нормы внесения азота часто основаны на оценке ожидаемой урожайности – они должны быть реалистичными и предпочтительно основаны на точных данных об урожайности.
Нормы азота в удобрениях следует корректировать с учетом азота, который, вероятно, минерализуется из органических веществ почвы и остатков сельскохозяйственных культур (особенно остатков бобовых).
Нормы азотных удобрений должны учитывать азот, вносимый в навоз, поливную воду и атмосферные осаждения.
Предпосевные испытания почвы дают информацию о запасе азота в почве.
Тесты на азот поздней весной или перед боковой поправкой могут определить, требуется ли дополнительный азот и если да, то в каком количестве.
Новые процедуры тестирования почвы и отбора проб, такие как тесты на аминосахара, картирование сетки и датчики реального времени, могут уточнить требования к азоту.
Тесты почвы после сбора урожая определяют, было ли управление азотом в предыдущем сезоне целесообразным.
Тестирование урожая на N
Тесты тканей растений могут выявить дефицит N.
Обнаружение изменений в содержании хлорофилла в растениях облегчает внесение азота в различных дозах в течение сезона.
Тесты на нитраты в стеблях кукурузы после черного слоя помогают определить, были ли нормы N низкими, оптимальными или чрезмерными в предыдущем урожае, чтобы можно было внести изменения в управление в следующих культурах.
Аппликаторы с переменной нормой внесения в сочетании с интенсивным отбором проб почвы или сельскохозяйственных культур обеспечивают более точную и оперативную норму внесения. [9]
Сроки подачи N заявок
Вносите азот ближе к тому моменту, когда культуры смогут его использовать.
Вносите дополнительное внесение азота ближе к моменту наиболее быстрого поглощения азота.
Разделенные приложения, включающие более одного приложения, позволяют эффективно использовать внесенный N и снижают риск потери N в окружающую среду.
Формы N, включая удобрения и ингибиторы медленного или контролируемого высвобождения.
Удобрения с медленным или контролируемым высвобождением задерживают поступление азота в растение до тех пор, пока оно не станет более подходящим для его поглощения растениями. Риск потери азота в результате денитрификации и выщелачивания снижается за счет ограничения концентрации нитратов в почве.
Ингибиторы нитрификации сохраняют внесенный азот в аммониевой форме в течение более длительного периода времени, тем самым снижая потери на выщелачивание и денитрификацию.
N захват
Определенные сорта сельскохозяйственных культур способны более эффективно извлекать азот из почвы и повышать эффективность использования азота. В настоящее время ведется селекция культур для эффективного поглощения азота.
Севооборот с культурами с глубокой корневой системой помогает улавливать нитраты глубже в профиле почвы.
Покровные культуры улавливают остаточный азот после сбора урожая и перерабатывают его в биомассу растений.
Устранение ограничений на освоение недр; Уплотнение почвы и ее кислотность препятствуют проникновению корней во многие почвы по всему миру, способствуя накоплению концентраций нитратов в почве, которые при подходящих условиях подвержены денитрификации и выщелачиванию.
Хорошая агрономическая практика, включающая подходящие популяции растений и их расположение, а также хорошую борьбу с сорняками и вредителями, позволяет культурам формировать крупную корневую систему для оптимизации улавливания азота и повышения урожайности.
Управление водными ресурсами
Защитная обработка почвы
Защитная обработка почвы оптимизирует условия влажности почвы, что повышает эффективность использования воды; в условиях нехватки воды это повышает урожайность сельскохозяйственных культур на единицу внесенного азота.
Способ внесения и размещения азотных удобрений
В гребневых культурах внесение азотных удобрений в полосу гребней делает N менее восприимчивым к вымыванию.
Рядные аппликаторы удобрений, такие как инжекторы, которые формируют уплотненный слой почвы и поверхностный гребень, могут снизить потери азота за счет отклонения потока воды.
Хорошее управление орошением может повысить эффективность использования азота
Плановое орошение , основанное на оценках влажности почвы и ежедневных потребностях сельскохозяйственных культур, повысит эффективность использования воды и азота.
Спринклерные системы орошения подают воду более равномерно и в меньших количествах, чем системы бороздкового орошения или бассейнового орошения.
Эффективность орошения по бороздкам можно повысить, регулируя время схватывания, размер струи, длину борозды, поливая каждый второй ряд или используя перепускные клапаны.
Чередование междурядного орошения и внесения удобрений сводит к минимуму контакт воды с питательными веществами.
Внесение азотных удобрений через ирригационные системы ( фертигация ) облегчает поставку азота, когда потребность сельскохозяйственных культур наибольшая.
Некоторые системы субирригационного орошения перерабатывают нитраты, выщелоченные из почвенного профиля, и уменьшают потери нитратов в дренажных водах.
Чрезмерный дренаж может привести к быстрому прохождению воды и выщелачиванию азота , но ограниченный или недостаточный дренаж благоприятствует анаэробным условиям и денитрификации .
Использование имитационных моделей
Краткосрочные изменения в статусе доступного для растений азота в большинстве ситуаций затрудняют точные сезонные прогнозы потребности сельскохозяйственных культур в азоте. Однако модели (такие как NLEAP [10] и Adapt-N [11] ), использующие данные о почве, погоде, урожаях и управлении полями, можно обновлять с учетом ежедневных изменений и тем самым улучшать прогнозы судьбы применяемого N. Они позволяют фермерам принимать адаптивные управленческие решения, которые могут повысить эффективность использования N и минимизировать потери N и воздействие на окружающую среду, одновременно максимизируя прибыльность. [12] [9] [13]
Дополнительные меры по минимизации воздействия на окружающую среду
Буферы сохранения
Буферы улавливают осадки, содержащие аммиак и органический N.
Содержание нитратов в подземных потоках снижается за счет денитрификации, усиленной источниками энергии углерода, содержащимися в почве, связанной с буферной растительностью.
Буферная растительность поглощает азот и другие питательные вещества и снижает потери воды.
Построенные водно-болотные угодья
Построенные водно-болотные угодья, стратегически расположенные на ландшафте, для обработки дренажных сточных вод уменьшают нагрузку отложений и нитратов в поверхностные воды.
^ Дельгадо и Лемуньон. «Управление питательными веществами». В Энциклопедии почвоведения (Том 2). Эд. Ротанг Лал. CRC Press, 2006. С. 1157 – 1160.
^ 4R Управление питательными веществами
^ «Цифровая ферма: как точные технологии помогают фермерам повысить прибыльность и удовлетворить спрос на питательные калории» . 24 июня 2019 г.
^ Планирование управления питательными веществами: обзор
^ НРКС. Белтсвилл, Мэриленд. «Комплексные планы управления питательными веществами». Информационный бюллетень. 2003.
^ НРКС. «Справочник по процедурам национального планирования: проект технического руководства по комплексному планированию управления питательными веществами». Подраздел E, части 600.50–600.54 и подраздел F, часть 600.75. Декабрь 2000 года.
^ Руководство по питанию растений 4R.
^ Аб Дэвис, Джон (2007). «Азотная эффективность и управление». НРКС Министерства сельского хозяйства США . Проверено 19 декабря 2017 г.
^ Аб Бассо, Бруно; Дюмон, Бенджамин; Каммарано, Давиде; Пеццуоло, Андреа; Маринелло, Франческо; Сартори, Луиджи (март 2016 г.). «Экологические и экономические преимущества внесения азотных удобрений с переменной нормой в зоне, уязвимой к нитратам». Наука об общей окружающей среде . 545–546: 227–235. Бибкод : 2016ScTEn.545..227B. doi :10.1016/j.scitotenv.2015.12.104. hdl : 2268/190376 . ПМИД 26747986.
^ «Управление питательными веществами - Азот | NRCS» . www.nrcs.usda.gov . Проверено 19 декабря 2017 г.
^ Села, Шай; ван Эс, Гарольд М.; Мебиус-Клюн, Бьянка Н.; Марджерисон, Ребекка; Мебиус-Клюн, Даниэль; Шиндельбек, Роберт; Северсон, Кейт; Янг, Эрик (2017). «Динамическая модель улучшает агрономические и экологические результаты управления азотом в кукурузе по сравнению со статическим подходом». Журнал качества окружающей среды . 46 (2): 311–319. дои : 10.2134/jeq2016.05.0182 . ПМИД 28380574.
^ Саол, Ти Джей; Палосуо, Т.; Керсебаум, КЦ; Нендель, К.; Ангуло, К.; Эверт, Ф.; Бинди, М.; Каланка, П.; Кляйн, Т.; Мориондо, М.; Феррис, Р.; Олесен, Дж. Э.; Патил, Р.Х.; Рюге, Ф.; ТАКАЧ, Ю.; Главинка, П.; Трнка, М.; РЁТТЕР, Р.П. (22 декабря 2015 г.). «Сравнение эффективности 11 имитационных моделей сельскохозяйственных культур при прогнозировании реакции урожайности на азотные удобрения» (PDF) . Журнал сельскохозяйственной науки . 154 (7): 1218–1240. дои : 10.1017/S0021859615001124. S2CID 86879469.
^ Кантеро-Мартинес, Карлос; Плаза-Бонилья, Даниэль; Ангас, Педро; Альваро-Фуэнтес, Хорхе (сентябрь 2016 г.). «Лучшие методы управления обработкой почвы и азотными удобрениями в богарных условиях Средиземноморья: сочетание полевых подходов и подходов к моделированию». Европейский журнал агрономии . 79 : 119–130. дои : 10.1016/j.eja.2016.06.010. hdl : 10459.1/62534 .
Внешние ссылки
Агентство по охране окружающей среды США – Операции по кормлению животных – Требования федерального разрешения на воду для AFO
Управление использованием навоза и питательных веществ от Национальной инициативы по расширению (США)
