Способ удобрения почвы для культурных растений

 

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано при удобрении почвы для культивируемых растений. Базовое количество азотного удобрения, соответствующее базовому урожаю, меньшему чем максимальный, вносят на культивируемую площадь при севе. Дополнительное количество удобрений вносят на ограниченную площадь и измеряют прирост, имеющий место на культивируемой площади и на площади с дополнительно внесенным удобрением в течение некоторого времени с момента начала периода вегетации. Измеренный прирост, имеющий место на культивируемой площади, сравнивают с измеренным приростом растений, который имеет место на площади с дополнительно внесенным удобрением в тех же условиях роста. Если прирост на площади с дополнительно внесенным удобрением превышает прирост на культивируемой площади, производят дополнительное внесение удобрений на культивируемой площади, соответствующее приросту растений на площади с дополнительно внесенным удобрением по сравнению с приростом растений на культивируемой площади и с количеством удобрения, использованным на культивируемой площади. Способ позволяет получить большую прибыль при выращивании культурных растений и снизить количество удобрений, вымываемых в водные системы и загрязняющих их. 10 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к способу удобрения почвы для культурных растений, посредством которого азотное удобрение вносят на культивируемую площадь при севе культурных растений, и дополнительное количество удобрения вносят на культивируемую площадь позже в течение периода вегетации.

В частности, данное изобретение относится к азотным удобрениям, вносимым при выращивании злаков, хотя этот способ можно применять и при удобрении почвы для других растений, если сделать соответствующие изменения количества удобрения. В данном контексте понятие "злаки" относится ко всем известным злакам, таким как пшеница, ячмень, овес, рожь, маис, рис, а также к рапсу, репе масличной и т.д. Понятие "другие растения" относится к другим полезным растениям, культивируемым на полях и соответствующих площадях. В описании заявки выражение "1 кг азотных удобрений" означает количество удобрения, которое содержит 1 кг азота.

При повышении плодородности полей в основном почву удобряют азотом, используемым в количествах, соответствующих количеству азота, удаляемому из почвы в процессе сбора урожая. Рекомендации по внесению удобрений основаны на собранных в течение длительного времени данных о средней урожайности, полученных из обширного экспериментального материала (SU 1456045 A1, кл. A 01 C 21/00). Эти рекомендации игнорируют тот факт, что имеются значительные отклонения в урожайности в различные сезоны роста. Снабжение водой часто является минимизирующим фактором, ограничивающим рост, а когда воды мало, урожайность на гектар падает ниже полученной в течение длительного времени средней величины. Кроме того, поскольку Финляндия расположена на северных пределах обрабатываемых территорий, время от времени случаются неурожайные годы, например, из-за холодных погодных условий, когда урожай значительно ниже полученных в течение длительного времени средних величин. В других странах урожайность на гектар также изменяется соответствующим образом из-за изменений условий роста, в первую очередь - погодных условий.

Согласно рекомендациям по внесению удобрений для Финляндии среднее количество азотных удобрений, которые должны быть внесены в минеральные почвы на обрабатываемых территориях, составляет 90-110 кг/га. Если используемое количество удобрений составляет 110 кг/га, урожай должен составить свыше 5000 кг/га для того, чтобы количество азота, удаляемое из почвы с урожаем, соответствовало количеству азота, вносимому на обрабатываемые территории при севе. Однако очень часто, например, когда рост ограничен недостаточным количеством воды, урожайность на гектар падает ниже 3000 кг/га. В этом случае значительная избыточная доза азота остается в почве, и происходит вымывание этого азота, его удаление из почвы или образование соединений с почвой, которые не усваиваются растениями. Средний урожай в Финляндии в последние годы был чуть выше 3000 кг/га. Таким образом, в течение долгого времени поля чрезмерно удобрялись. В других странах также имеют место значительные колебания урожайности в зависимости от погоды и других условий, преобладающих в каждой стране, а также от их изменений. Однако проблемы, вытекающие из избыточного удобрения, возникают и в других странах, особенно если имеются неожиданные изменения в погодных условиях и в случае засухи.

Вследствие чрезмерного внесения удобрений они остаются неиспользованными, то есть вложения в производство, соответствующие избыточному количеству удобрений, не окупаются в земледелии. Кроме того, избыточный азот в основном вымывается в водные системы, что приводит к значительному возрастанию нагрузки по азоту на водные системы и, таким образом, к загрязнению. Кроме того, в этом случае пищевая и кормовая промышленность не могут получить сырье, соответствующее по качеству их целям.

Целью данного изобретения является устранение описанных выше недостатков.

Таким образом, предметом данного изобретения является создание такого способа удобрения почвы для культурных растений, при котором земледелец может получить большую прибыль на вложения в производство, сделанные в форме внесения удобрения, а количество удобрений, вымываемых в водные системы и загрязняющих их, значительно понижено.

Дополнительным предметом данного изобретения является разработка таких способов внесения удобрения, при которых количество удобрений, внесенное при севе, в большей степени соответствует реальным прогнозам на урожай с точки зрения средней урожайности на гектар, полученной за прошлые годы. В изобретении также предложен такой способ внесения удобрений в почву для культурных растений, при котором количество удобрений, внесенных в обрабатываемую почву, более эффективно коррелирует с возможно большим урожаем.

Отличительные признаки данного изобретения приведены в формуле изобретения.

Данное изобретение основано на обширных исследованиях, в процессе которых было неожиданно установлено, что прирост и/или потребление азота культурными растениями, то есть необходимость внесения азотных удобрений и потребления удобрения растениями, может быть измерена в течение периода вегетации и, основываясь на результатах измерений, по мере необходимости может быть произведено дополнительное внесение удобрений. В частности, этот способ основан на измерении прироста и/или потребления азота, то есть, например, концентрации хлорофилла, для культурных растений в течение некоторого периода времени с начала периода вегетации, когда используется количество удобрений, соответствующее базовому урожаю, меньшему чем местный максимальный урожай, и, подобным же образом, на измерении прироста культивируемых растений в тех же условиях роста на площади, на которой дополнительно внесены удобрения, то есть на избыточно удобренной площади (например, на ограниченной части обрабатываемой площади), где была внесена избыточная доза удобрений, так, чтобы растения на этом опытном участке ("окне") могли усвоить столько азота, сколько они могут в предпочтительных условиях; количество азотного удобрения, добавленного на опытном участке, может быть, например, на 30-50% выше количества, используемого на остальной культивируемой площади. Особенно предпочтительным подходом является определение концентрации хлорофилла в листьях растений на опытном участке и вне его; было установлено, что концентрация хлорофилла очень хорошо коррелирует с количеством азота, содержащегося в листьях растений, и, таким образом, концентрация хлорофилла в "окне" и вне его довольно точно указывает количество азотного удобрения, использованного растениями, и, следовательно, количество азота, необходимое для производственной площади. На основании измерений прироста растений на культивируемой площади по сравнению с приростом на площади с дополнительным внесением удобрений можно, таким образом, установить, страдают ли растения на культивируемой площади от недостатка удобрения, и если это так, то ситуацию можно скорректировать путем общего дополнительного внесения удобрения на культивируемой площади, если рост растений на избыточно удобренной площади значительно превышает рост на культивируемой площади.

Прирост на данной площади можно измерить любым из известных методов, например путем измерения веса растений на единицу площади, например прироста наземной части растений, то есть фито- массы, или, если желательно, общего прироста, то есть биомассы (включая наземные части и корни).

Таким образом, рост культивируемых растений можно контролировать путем измерения ситуации потребления азота растениями, например, путем определения концентрации хлорофилла в растениях на культивируемой площади с базовым внесением удобрений и на площади с дополнительно внесенным удобрением. Дополнительное внесение удобрений производят, если рост и/или количество азота, например концентрация хлорофилла в растениях на площади с дополнительно внесенным удобрением, значительно (более 10%, а предпочтительно более 20%) выше, чем на культивируемой площади без дополнительного внесения удобрений.

В соответствии с этими исследованиями были разработаны методы прогнозирования урожайности в данный момент периода вегетации так, чтобы было возможно уже в течение периода вегетации относительно точно определить перспективу урожайности и дополнительное внесение удобрений, которое может потребоваться на основе предсказания и/или роста, который уже имел место в течение периода роста.

Отличительным признаком способа является, в частности, принцип измерения прироста на площади с базовым внесением удобрений в течение периода вегетации и сравнения его с измеренным приростом, который имел место на дополнительно удобренной площади, и определение потребности в дополнительном внесении удобрений на основе этих измерений. Другим новым признаком способа является то, что ситуацию потребления азота и/или ситуацию по хлорофиллу в культивируемых растениях определяют в течение периода вегетации на площади с базовым внесением удобрений, и на основании этого определяют потребность дополнительного внесения удобрений. Кроме того, новым признаком способа является то, что для определения количества дополнительно требующегося удобрения используют данные о предполагаемой урожайности, т.е. прогнозе урожая, и данные о количестве содержащегося в растениях азота, измеренного в течение периода вегетации, в сочетании с данными о количестве использованных удобрений.

Согласно данному изобретению базовое количество удобрения, соответствующее базовому урожаю, меньшему чем максимальный, вносится на культивируемую площадь в процессе сева. На ограниченной части культивируемой площади, например, в так называемом "окне", вносят дополнительное количество удобрения. Позже в течение периода вегетации определяют прирост на площади с базовым внесением удобрения и на площади с дополнительным внесением удобрения, эти значения сравнивают друг с другом и на основе этого сравнения и базового количества удобрения на культивируемой площади определяют необходимость дополнительного внесения удобрения. Вместо определения прироста культурных растений возможно определять количество азота и/или хлорофилла, измеренное в культурных растениях на площади с базовым количеством удобрения и на площади с дополнительным количеством удобрения; на основе этих измерений можно определить потребность в дополнительном внесении удобрения, как это делалось выше.

Прогноз на урожай можно оценить после сева на основании фитомассы и совокупности тепла, аккумулированного в течение периода вегетации между временем сева и временем измерения, основываясь, например, на известном факте, что совокупность тепла до созревания урожая составляет около 1000^oC в Финляндии и, например, около 1300^oC в Центральной Европе; совокупность тепла рассчитывается путем суммирования средних значений температур, измеренных в 8, 14 и 20 часов в градусах Цельсия и уменьшенных на 5^oC для каждого дня в пределах расчетного периода. Таким образом, прогноз урожая можно оценить на основе фитомассы, совокупности тепла и оцененной или статистически рассчитанной совокупности тепла для оставшегося периода роста.

Следует отметить, что численное значение совокупности тепла для площади, где этот метод применяется, не имеет значения само по себе, другими словами, совокупность тепла для какой-либо площади может составлять, например, 1000^oC, как в Финляндии, или 1300^oC, как в Центральной Европе, или какое-либо другое значение. Совокупность тепла можно использовать для того, чтобы произвести оценку прогноза урожая в течение периода вегетации, а прогноз урожая можно использовать для оценки необходимости дополнительного внесения удобрения, чтобы достичь соответствия реального урожая с прогнозом.

Дополнительное внесение удобрений можно проводить любым из известных методов, например внесением удобрения в виде обычного гранулированного азотного удобрения, в виде водного раствора, наносимого в определенном количестве на листья растений, одновременно с ликвидацией сорняков или другим видом опрыскивания растений, или в общем любым методом, известным в практике. Дополнительное внесение удобрений может проводиться в одну или в несколько фаз.

Количество азотного удобрения, внесенного при севе, предпочтительно составляет около 70 10% от количества удобрения, соответствующего максимальному урожаю. Количество азотного удобрения, внесенного с основным удобрением, может также быть больше или меньше этой величины. Максимальный урожай можно выразить в виде, например, общего среднего максимального урожая для культивируемой площади, о которой идет речь, или в виде какого-либо другого общепринятого значения для максимального урожая.

Дополнительное внесение удобрений производят предпочтительно, если разница между прогнозом урожая и базовым урожаем составляет свыше 10%, предпочтительно свыше 20% от прогноза.

Следует отметить, что вышеуказанные количества удобрений на единицу площади и урожайность единицы площади применяются в первую очередь к скандинавским, то есть финским, условиям. В других странах количество удобрений и урожай могут значительно изменяться в зависимости от таких условий, как влажность, температура, погода в целом, качество почвы, культивируемых растений, предполагаемого сбора урожая и т.д. в соответствии с общими обстоятельствами. Существенным моментом данного изобретения является именно то, что оно обеспечивает общий метод в принципе для определения потребности в дополнительном внесении удобрения и для внесения дополнительного удобрения.

Данное изобретение позволяет уточнить количество удобрения, которое следует внести на культивируемую площадь так, чтобы оно близко соответствовало действительным условиям роста, чтобы избежать избыточного внесения удобрений в плохих условиях роста и, с другой стороны, дать растениям требуемое большее количество удобрения, соответствующее большему урожаю в хороших условиях роста, обеспечивая таким образом максимальный урожай. Кроме того, данное изобретение дает возможность для земледельца, который использует способ внесения удобрений согласно данному изобретению, получить полный и максимальный доход на капиталовложения, соответствующие количеству удобрений, использованных на данной площади, в основном независимо от условий роста в течение периода вегетации.

Кроме того, данное изобретение позволяет поддерживать близкий к нулю баланс по азоту на культивируемой площади, так что количество азота, внесенное на культивируемую площадь при удобрении, соответствует количеству азота, в целом удаляемому из культивируемой площади с зерном и соломой при жатве. Таким образом, удобрения не вымываются в водные системы, и в этом отношении загрязнение водных систем остается под контролем.

Кроме того, данное изобретение обеспечивает то преимущество, что в каждый сезон роста пищевая и кормовая промышленность получают необходимое количество сырья, имеющего соответствующее их целям качество. Более того, урожай можно точно предсказать в течение периода вегетации, и он, таким образом, известен промышленности до жатвы. Следовательно, можно заранее подготовить ресурсы, как можно более соответствующие действительному урожаю, для обработки и хранения урожая.

В дополнение к очевидным преимуществам, упомянутым выше, данное изобретение существенно улучшает эффективность культивирования растений, что в свою очередь в целом улучшает прибыльность и экономичность пищевой и кормовой промышленности и снабжение продуктами в целом. Это имеет очень большое общее значение после недавних существенных политических изменений и развития интеграции.

Далее данное изобретение описывается подробно посредством примеров его реализации и со ссылкой на прилагаемые чертежи.

На фиг. 1 представлен график потребления азота в засушливый период вегетации в условиях Финляндии при использовании удобрений согласно обычному уровню.

На фиг. 2 представлен график потребления азота в благоприятный период вегетации в условиях Финляндии при использовании способа согласно данному изобретению.

Пример 1. Внесение удобрений в засушливый период вегетации.

В данном примере количество азотного удобрения составляло 120 кг, что соответствует хорошему урожаю зерна свыше 5000 кг/га (фиг. 1). Однако период вегетации был засушливым, и урожай получился ниже 3000 кг зерна на гектар. Количество азота, удаленного с зерном с культивируемой площади при сборе урожая, составляет 80 кг/га, а количество азота, остающегося в почве, составляет 40 кг/га. С началом осенних дождей этот избыточный азот начинает вымываться в водную систему, а часть его денитрифицируется в воздух.

В подобный этому год земледелец не окупает расходы на количество азота, оставшееся в почве, и, кроме того, из-за избытка азота содержание протеина в зерне слишком высоко, а его энергетическое содержание низко, так что кормовая промышленность не может получить зерно, удовлетворяющее ее целям.

Этот пример описывает процесс внесения удобрения в засушливый период вегетации в Финляндии, и он показывает количество удобрений, обычно используемое в Финляндии, и соответствующий урожай зерна. Вышеприведенные числовые значения для количества удобрения и зерна могут быть заменены количествами удобрения и зерна, полученными из местных измерений.

Пример 2. Внесение удобрений в соответствии с периодом вегетации.

Использованное количество удобрения составляет 90 кг/га, что соответствует урожаю зерна около 3500 кг/га. В продолжение периода вегетации, например на 4-листовой стадии (t₁) рассчитывается прогноз урожая с использованием фитомассы и суммы тепла, накопленных между временем сева (t₀) и временем измерения (t₁). В то же самое время определяется концентрация хлорофилла в листьях растений на чрезмерно удобренном "окне" и на культивируемой площади. Прогноз урожая и концентрация хлорофилла (пропорциональная концентрации азота) в "окне" более чем на 40% выше по сравнению с базовым урожаем 3000 кг/га и соответственной концентрации хлорофилла на культивируемой площади. Основываясь на этих измерениях, прогноз урожая корректируется в сторону увеличения (около 40%) до значения 5000 кг/га, и производится дополнительное внесение азотных удобрений 30 кг/га (около 40%). В этом примере дополнительное внесение удобрений производится в одну стадию, но если это желательно, оно может быть произведено в несколько стадий.

При жатве обнаружилось, что урожай составил 5000 кг/га, количество азота, удаленного с зерном при жатве из культивируемой площади, составляет 100 кг/га, и соответственно количество азота, удаленного с соломой, составляет 20 кг/га, так что баланс по азоту остается неизменным.

Если прогноз урожая и/или измерение концентрации хлорофилла в листьях растений в момент времени t₁ дали бы перспективу урожая только 3000 кг/га, дополнительное внесение удобрения можно было бы не проводить, и в этом случае исходное базовое внесение удобрений 90 кг/га дало бы максимальный урожай в конкретных условиях вегетации. Таким образом, можно избежать затрат на дополнительное внесение удобрений, и земледелец может получить полную окупаемость капиталовложений, сделанных в форме удобрений.

В данном примере представлено внесение удобрений в засушливый сезон в Финляндии и показано количество удобрений, обычно используемое в Финляндии, а также соответствующая величина урожая зерна.

Пример 3. В этом примере внесение удобрения проводили на 4 опытных площадях, и при жатве было рассчитано соотношение полученный урожай зерна/количество использованного удобрения. Результаты следующие: Способ внесения удобрения - Произведенное зерно использованное азотное удобрение, кг/кг 1 - 50 2 - 54 3 - 52 1 - базовое внесение удобрения 130 кг азота/га, без дополнительного внесения удобрения; 2 - базовое внесение удобрения 80 кг азота/га, дополнительное внесение удобрения 3х15 кг/га; 3 - базовое внесение удобрения 100 кг азота/га, дополнительное внесение удобрения 2х15 кг/га.

Дополнительное внесение удобрения проводили в основном через листья посредством опрыскивания.

Этот пример реализации показывает, что азот, доставляемый через листья, дает больший урожай, чем азот, доставляемый обычным способом через почву, особенно если дополнительное внесение удобрения проводится способом согласно данному изобретению путем определения прогноза урожая на основе фитомассы и совокупности тепла, аккумулированного между моментом сева и моментом измерения.

Пример 4. В этом примере базовое количество удобрения, внесенного в поле продовольственного зерна, составило 80 кг азота/га, что соответствует урожаю 3000 кг/га. Дополнительное внесение удобрения 30 кг/га было проведено на "окне". Когда продовольственное зерно (ячмень) находилось на стадии роста стебля, провели взвешивание фитомассы на культивируемой площади и в "окне"; получен результат 0.800 кг/м² и 0.920 кг/м² соответственно. Из этих определений прироста можно заключить, что прирост культурных растений в "окне", где было внесено достаточное количество удобрения, составил примерно на 15% больше, чем на культивируемой площади. Основываясь на этом расчете, было внесено дополнительно 15% удобрения, то есть дополнительно внесено 12 кг азота/га.

Пример 5. В этом примере базовое внесение удобрения для зерна (овес) составило 90 кг азота/га, что соответствует урожаю зерна 3500 кг/га. Количество удобрения, использованного в "окне", составило 120 кг/га. В фазе роста стебля была определена концентрация хлорофилла в листьях растений с использованием так называемого Spad-метра. Результат Spad-измерений на культивируемой площади составил 40 Spad-единиц, в то время как Spad-измерения на "окне" составили 53 Spad-единиц. На основе проведенных измерений было получено решение произвести дополнительное внесение удобрения: Если желательно, чтобы концентрация хлорофилла (то есть содержание азота) поднялось на 1 Spad-единицу, можно произвести дополнительное внесение удобрения:

Примеры реализации иллюстрируют данное изобретение, не ограничивая его области.

Формула изобретения

1. Способ удобрения почвы для культурных растений, посредством которого азотные удобрения вносят в культивируемую почву при севе культурных растений, и позже, в течение периода вегетации, в культивируемую почву вносят дополнительное количество удобрений, отличающийся тем, что на культивируемую площадь при севе вносят базовое количество удобрения, соответствующее базовому урожаю, меньшему, чем максимальный урожай, дополнительное количество удобрения вносят на ограниченную площадь, измеряют прирост растений в некоторый момент времени от начала периода вегетации на культивируемой площади и на площади с дополнительно внесенным удобрением, сравнивают измеренный прирост, который имел место на культивируемой площади, с измеренным приростом растений, который имел место на площади с дополнительным внесением удобрения в тех же условиях роста и, если прирост на площади с дополнительным внесением удобрения превышает прирост на культивируемой площади, производят дополнительное внесение удобрения на культивируемой площади, соответствующее приросту растений на площади с дополнительным удобрением по сравнению с приростом растений на культивируемой площади и по отношению к количеству удобрения, использованного на культивируемой площади.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что количество азотного удобрения, внесенного на культивируемую площадь при севе, составляет 60 - 80% от количества удобрения, соответствующего максимальному местному урожаю.

3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что дополнительное внесение удобрения производят, если прирост культурных растений на площади с дополнительно внесенным удобрением превышает прирост на основной площади более, чем на 10%, предпочтительно более, чем на 20%.

4. Способ по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что дополнительное внесение удобрения проводят в одну или более стадий.

5. Способ по любому из пп.1 - 4, отличающийся тем, что прирост культурных растений на культивируемой площади измеряют перед опылением.

6. Способ по любому из пп.1 - 5, отличающийся тем, что необходимость дополнительного внесения удобрения определяют, когда растение находится на стадии двух листьев.

7. Способ по любому из пп.1 - 6, отличающийся тем, что потребление азота культурными растениями измеряют на культивируемой площади и на площади с дополнительно внесенным удобрением, и потребность в дополнительном внесении удобрений определяют в зависимости от измеренного потребления азота растениями.

8. Способ по любому из пп.1 - 7, отличающийся тем, что дополнительное количество удобрения определяют с использованием "окна", выделенного на культивируемой площади, на котором добавлено завышенное количество удобрения, прирост культурных растений определяют в "окне" и вне его, и дополнительное внесение удобрения производят, если прирост в "окне" выше прироста вне "окна" более чем на 10%, предпочтительно более чем на 20%.

9. Способ по любому из пп.1 - 8, отличающийся тем, что потребление азота культурными растениями определяют с использованием "окна", выделенного на культивируемой площади, где внесена завышенная доза удобрения, определяют концентрацию хлорофилла в культурных растениях в "окне" и вне его, и проводят дополнительное внесение удобрения, если концентрация хлорофилла в растениях в "окне" превышает концентрацию хлорофилла в растениях вне "окна" более чем на 10%, предпочтительно более, чем на 20%.

10. Способ по любому из пп.1 - 9, отличающийся тем, что после сева в период вегетации рассчитывают прогноз урожая на основании совокупности тепла, аккумулированного между моментом сева и моментом измерения, необходимость дополнительного удобрения культивируемой площади определяется как расчетное количество удобрения, необходимое для прироста, соответствующего разнице между базовым урожаем и прогнозом урожая, и дополнительное внесение удобрения производят в соответствии с этой потребностью.

11. Способ по любому из пп.1 - 10, отличающийся тем, что прирост культурных растений определяют как рост фитомассы, то есть наземных частей растения, в ходе обсуждаемого периода.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2