Результаты полевого эксперимента по азоту 2019_Обложка_Блог OneSoil

Высокая вегетация — надо много азота. Результаты полевого эксперимента OneSoil

Все приложения мы разрабатываем вместе с фермерами и руководствуемся результатами наших экспериментов. Во время сезона 2019 года мы тестировали разные методы внесения азота на полях Украины. Наш специалист по точному земледелию Всеволод Генин рассказывает, как мы это делали и к каким выводам пришли.
В веб-платформе OneSoil есть приложение для расчёта азотных удобрений для дифференцированного внесения. Пользователи часто спрашивают, почему мы сами не назначаем нормы внесения азота. Мы не делаем это потому, что азот — мобильный элемент почвы, и для того, чтобы правильно определить нормы, фермер должен самостоятельно проанализировать поле. Чтобы помочь сделать это грамотно, мы проводим полевые эксперименты и делимся результатами с вами. Так появилась статья «Как мы рассчитываем нормы азота», которую мы опубликовали в блоге прошлом году.

В полевом сезоне 2018-2019 мы также проводили несколько экспериментов по  дифференцированному внесению азотной подкормки. На наш призыв откликнулся Иван Гуменюк, руководитель отдела инноваций хозяйства, расположенного в центральной части Украины. Благодаря поддержке и энтузиазму Ивана, нам удалось организовать и провести хороший с точки зрения науки эксперимент на  двух полях озимой пшеницы. Его результаты оказались неожиданными для нас самих.

Теперь давайте по порядку: поговорим о методиках внесения азота, расскажем о ходе эксперимента и принципах анализа данных, рассмотрим результаты по первому и по второму полю, и главное — решим, какой же из методов внесения азота самый эффективный.

О методиках внесения азота

Есть три наиболее популярные методики внесения азотных удобрений.

Первый метод: много азота в зону низкой вегетации

В данном случае мы исходим из того, что именно нехватка азота лимитирует развитие растений и, следовательно, вегетацию. С увеличением нормы азота мы можем увеличить вегетационный индекс NDVI, а значит, и урожайность.

Cхема определения норм азотных удобрений следующая:
  • в зоны низкой вегетацией — большая доза
  • в зоны средней вегетацией — средняя доза
  • в зоны высокой вегетацией — малая доза.
Второй метод: много азота в зону высокой вегетации

Следующий метод предполагает, что если в зону высокой вегетации внести высокую норму удобрений, то урожай станет ещё больше. А если в зону с низкой вегетацией внести высокую норму удобрений, ничего не произойдёт — урожайность не повысится.

Потому используют такую схему:
  • в зоны низкой вегетации — малая доза
  • в зоны средней вегетации — средняя доза
  • в зоны высокой вегетации — большая доза.
    Третий: много азота в зону средней вегетации

    Согласно этому методу, в зонах с высоким вегетационным индексом NDVI повышение нормы внесения азота может привести к полеганию культуры. Предполагается, что в зонах с низким вегетационным индексом не азот лимитируют урожай, а другие факторы. А вот в зоне средней вегетации увеличение доз азотных удобрений может привести к значительному росту урожайности.

    Потому схема следующая:
    • в зону низкой вегетации — малая доза
    • в зону средней вегетации — большая доза
    • в зону высокой вегетации — малая доза.

      Как проходил эксперимент и как мы анализировали данные

      Мы тестировали два поля, расположенные в центральной части Украины, в Кировоградской области. Почвы — чернозёмы, культура — озимая пшеница. Рельеф неоднородный: везде присутствует значительный перепад высот, что создаёт разницу в урожайности.

      На поле 1 мы дифференцировали только первую азотную подкормку, на поле 2 мы дифференцировали первую и вторую подкормки. Внесение удобрений было произведено 22 февраля (все подробности по операциям — в техкарте). Для этого было использовано удобрение КАС-23 (на 100 литров 23 килограмма азота), поэтому в дальнейшем мы всегда будем оперировать литрами. Поля убрали 10 июля комбайном с бортовым компьютером для мониторинга урожайности.

      Данные урожайности с комбайна часто имеют разного рода шумы и неточности, которые образуются в ходе технологических операций. Чтобы они не влияли на результаты эксперимента, мы выделяли на полях однородные области, которые захватывали 2-4 прохода комбайна, и считали средние значения по ним. В таких областях было по 8-16 зон (повторностей) с одинаковыми нормами — эти данные мы также учитывали в анализе.
      Области с одинаковыми нормами внесения по полю 1_блог OneSoil
      Области с одинаковыми нормами внесения удобрений и данными по урожайности без шумов по полю 1

      Поле 1

      Площадь поля — 60 гектар, перепад высот от 133 до 152 метра. Поле было разделено на три зоны с высокой, средней и низкой вегетацией, равные по площади. Зоны мы выделяли по снимку, который был самым новым на дату внесения азотных удобрений.
      Зоны вегетации на поле 1_Блог OneSoil
      Зоны вегетации на поле 1 по спутниковым снимкам
      Затем для тестирования методов дифференцированного внесения азотных удобрений поле было разделено на 5 частей. Получилось две контрольные зоны и по одной для каждого из трёх методов внесения азота. Две верхние части поля была выбраны в качестве контрольных потому, что они были однородны по вегетации. Остальные зоны мы выделяли так, чтобы в каждую из них попали участки высокой, средней и низкой вегетации.
      Первая контрольная зона на поле 1
      Вторая контрольная зона на поле 1
      Зона тестирования первого метода на поле 1
      Зона тестирования второго метода на поле 1
      Зона тестирования третьего метода на поле 1
      Результаты по полю 1

      Контрольная зона

      Контрольный участок поля с нормой внесения в 70 литров имеет более низкие значения индекса NDVI, чем контрольный участок с нормой 250 литров.

      Анализ урожайности показал, что в зоне с нормой внесение 250 литров средний урожай составил 82 ц/га, а в зоне с нормой 70 литров — 77 ц/га. Внесение дополнительных 180 литров азотных удобрений обеспечило прибавку 5 ц/га убираемой массы зерна. То есть при одинаковых стартовых условиях прирост урожайности составил от 2 до 15 ц/га, при этом на участках с самой высокой вегетацией прибавка к урожайности максимальная.
      Зона низкой вегетации

      На эту зону приходилось три нормы внесения азотных удобрений: 96, 132 и 270 л/га. Зона находилась на склоне, и мы считаем, что именно рельеф лимитировал вегетацию.

      Индекс NDVI не вырос с увеличением нормы внесения азота, об этом же свидетельствуют и показатели урожайности:
      • в зоне с нормой внесения 270 л/га урожайность составила 78,1 ц/га
      • в зоне с нормой внесения 132 л/га — 76,6 ц/га
      • в зоне с нормой внесения 96 л/га — 78,2 ц/га.

      То есть при увеличении норм удобрений урожайность не увеличилась. Это говорит о том, что вегетацию в зоне с низким индексом лимитирует не содержание азота в почве, а другие факторы. Какие именно — можно установить только при детальном морфометрическом и агрохимическом анализе поля.
      Зона средней вегетации

      На зоны средней вегетации приходилось две нормы внесения азота: 168 и 240 л/га:
      • в зоне с нормой внесения 168 литров урожайность составила 77,8 ц/га
      • В зоне с нормой внесения 240 литров — 79,4 ц/га.

      Анализ отдельных выделенных зон поля (повторностей) показал, что урожай немного увеличивается, на 1−1,8 ц/га, при увеличении нормы удобрений. Другими словами наблюдается устойчивая тенденция к увеличению урожайности.
      Зона высокой вегетации

      На зоны высокой вегетации приходились три нормы внесения азотных удобрений: 110, 132 и 270 л/га:
      • в зоне с нормой внесения 110 л/га урожайность составила 84,5 ц/га
      • в зоне с нормой внесения 132 л/га — 83,9 ц/га
      • в зоне с нормой внесения 270 л/га — 87,8 ц/га.

      Анализ отдельных выделенных зон поля (повторностей) показал, что значительного увеличения урожайности при изменении нормы азота со 110 до 132 л/га не было. При этом при увеличении нормы до 270 л/га урожайность выросла. То есть прирост урожайности наблюдается как при анализе всей зоны, так и отдельных ее областей (повторностей), и находится в диапазоне от 2 до 7 ц/га.

      Как мы видим, самым эффективным методом внесения азота оказался второй метод, когда в зону с высокой вегетацией мы вносим самую высокую норму азота. В зоне с низкой вегетацией урожайность лимитируют факторы, связанные с рельефом: распределение влаги, гранулометрический состав почвы, содержание гумуса. Поэтому увеличение дозы азотных удобрений не оказало должного эффекта. А в зоне средней вегетации прирост урожайности был совсем небольшой, потому рациональность увеличения дозы удобрений в данном случае сомнительна.

      Поле 2

      Поле 2 находится на расстоянии четырёх километров от поля 1. Почва и рельеф похожи, площадь — 87 га, перепад высот от 120 до 151 метров. Первая азотная подкормка была сделана ранней весной, вторая — на фенологической стадии 31 BBCH.

      Как и в предыдущем эксперименте, поле было разделено на пять зон: две контрольные зоны и три зоны равной площади для тестирования методов внесения азота.
      Зоны вегетации на поле 2 по спутниковым снимкам
      Первая азотная подкормка поля 2
      Вторая азотная подкормка поля 2
      Перед второй азотной подкормкой каждую из трёх экспериментальных зон мы разделили на две части. В одну из этих частей мы вносили 110 л/га азотных удобрений, а в другую — 190 л/га. Цель — сравнить, как изменение нормы удобрений влияет на зоны с равными исходными показателями. Таким образом мы тестировали только зоны высокой и низкой вегетации — нам не удалось выделить зону средней вегетации из-за большой изменчивости показателей NDVI на некоторых участках.
      Результаты по полю 2

      Контрольная зона

      На этом поле вся контрольная зона не была однородной: в её границах располагались участки высокой, средней и низкой вегетации. Нормы внесения азота при первой подкормке — 300 и 60 л/га. Для участков низкой и средней вегетации мы не зафиксировали роста урожайности при увеличении доз во время первой подкормки. На участках высокой вегетации урожайность увеличилась на 3,1 ц/га.

      Для второй азотной подкормки мы разделили нашу контрольную зону на два участка с нормами внесения 0 и 150 л/га. На участках низкой вегетации прироста урожайности не было. На участках средней вегетации прирост составил 1−3 ц/га, высокой вегетации — 3−6 ц/га.

      Анализ отдельных выделенных зон поля (повторностей) привёл к похожему результату: для абсолютного большинства зон средней и низкой вегетации увеличение нормы удобрений не привело к увеличению урожайности. В зонах с высоким вегетационным индексом при дополнительном внесении 240 литров азота прирост урожайности составил 1,5 — 6 ц/га.

      Зоны низкой вегетации

      Мы вносили 3 нормы: 120, 165 и 300 л/га в первую азотную подкормку, 110 и 190 л/га во вторую азотную подкормку.
      1-ая подкормка 120л/га
      1-ая подкормка 165 л/га
      1-ая подкормка 300 л/га
      64.2 ц/га
      64.2 ц/га
      64.2 ц/га
      64.1 ц/га
      65.4 ц/га
      64.8 ц/га
      Средняя урожайность при 2-й подкормке 110л/га
      Средняя урожайность при 2-й подкормке 190л/га
      1-ая подкормка 120л/га
      1-ая подкормка 165 л/га
      1-ая подкормка 300 л/га
      Согласно этим данным, существенного прироста урожая при увеличении норм удобрений не произошло. Как и для поля 1, лимитирующим фактором мы считаем рельеф — зона низкой вегетации находилась на склоне.
      Зона средней вегетации

      Мы варьировали три нормы: 120, 165 и 300 л/га. Во время второй азотной подкормки дозу удобрений для участков средней вегетации мы не дифференцировали, так как не видели в этом смысла.
      1-ая подкормка 165 л/га
      1-ая подкормка 200 л/га
      1-ая подкормка 300 л/га
      79.1 ц/га
      79.8 ц/га
      82.9 ц/га
      Средняя урожайность при 2-й подкормке 150л/га
      1-ая подкормка 120л/га
      1-ая подкормка 165 л/га
      1-ая подкормка 300 л/га
      Видно, что с увеличением нормы внесения до 300 литров урожайность увеличивает на 3 ц/га.

      Анализ отдельных выделенных зон поля (повторностей) также показал отчетливую тенденцию к росту урожайности с увеличением нормы внесения азота — для некоторых участков до 5 ц/га.
      Зона высокой вегетации

      Переходим к самом интересному. В этих зонах урожайность росла при увеличении нормы азотных удобрений. Результаты в таблице.
      1-ая подкормка 120 л/га
      1-ая подкормка 200 л/га
      1-ая подкормка 300 л/га
      88.3 ц/га
      90.0 ц/га
      90.6 ц/га
      88.13 ц/га
      89.8 ц/га
      92.3 ц/га
      Средняя урожайность при 2-й подкормке 110л/га
      Средняя урожайность при 2-й подкормке 190л/га
      1-ая подкормка 120л/га
      1-ая подкормка 165 л/га
      1-ая подкормка 300 л/га
      Анализ отдельных выделенных зон поля (повторностей) показал, что на некоторых участках при увеличении норм урожайность значительно выросла, максимум на 8 ц/га.

      Спасибо всем, кто дочитал до этого момента! Было непросто, мы знаем. Переходим к главному — выводы.

      Что показал эксперимент?

      1
      Зоны поля с низким вегетационным индексом NDVI не откликнулись на повышение нормы азотных удобрений ни в первую, ни во вторую подкормку.
      2
      Зоны поля со средним вегетационным индексом NDVI реагируют на повышение норм азотных удобрений, но незначительно.
      3
      Зоны поля с высоким вегетационным индексом NDVI сильно откликаются на повышение нормы внесения удобрений. Но стоит помнить, что при использовании высоких доз азота на таких участках нужно использовать регуляторы роста.
      Можно заключить, что самым эффективным методом дифференцированного внесения азотных удобрений оказался второй из описанных нами методов («много азота в зону высокой вегетации»). Однако стоит понимать, что этот результат валиден для черноземных почв средней полосы. На других почвах, с другим рельефом и в других климатических зонах результат эксперимента мог бы оказаться другим.
      Мы давно хотели в нашем хозяйстве попробовать вносить удобрения дифференцированным методом, но всё никак не могли решиться. Результаты эксперимента находятся в пределах ошибки измерения, нам нужно добиться повторяемости и более выраженной зависимости между изменением норм и урожайностью. Мы обязательно будем использовать результаты эксперимента в нашей дальнейшей работе.
      Иван Гуменюк
      Я надеюсь, что эксперименты по дифференцированному внесению азота продолжатся во всём мире, и лет через пять мы придём к консенсусу. А пока мы рекомендуем перед тем, как вносить азот дифференцированно, проанализировать своё поле и самостоятельно определить лимитирующие факторы.

      Техническая карта

      Всеволод Генин, сооснователь OneSoil_Блог OneSoil
      Всеволод Генин
      Специалист по ГИС и агрохимии, сооснователь OneSoil. Стажировался в Германии, Вьетнаме и Словакии. Разрабатывает инструменты для точного земледелия с 2013 года.
      Нравится этот пост?
      Статьи по теме
      Оставьте комментарий