Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ ПЛОДОРОДИЯ ПОЧВ ПОД ПРОГНОЗИРУЕМЫЙ УРОЖАЙ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР

Изобретение относится к агропромышленному комплексу Российской Федерации, в частности к земледелию, агрохимии, почвоведению, растениеводству. Предназначено для фермеров, дачников, частных хозяйств в качестве пособия для практического применения.

Прогнозирование урожайности сельскохозяйственных культур определяется количественным обеспечением, конкретного хозяйства, района и региона, в частности ресурсами света, тепла, влаги (с использованием обобщенных агроклиматических показателей ближайшей гидрометеостанции позволяющей выявить потенциальную продуктивность климата).

Актуальность учета потребности растений в элементах питания, заключается в том, что в большинстве случаев не берется в учет почвенно-климатические особенности территорий. Эти факторы могут значительно повлиять на продуктивность и качествополученного урожая.

Получение оптимальных урожаев можно проводить на тех полях, по которым имеется исходная информация: агрохимические показатели почвы, приход фотосинтетической активной радиации (ФАР), сумма активных температур более 10°С, относительной влажности воздуха, количества продуктивной влаги перед началом вегетации и перед посевом культур, сумма осадков за период вегетации и их производные показатели: усвоении фотосинтетической активной радиации (ФАР), влагообеспеченности (W), биогидротермическому потенциалу (БГТП), биоклиматическому потенциалу (БКП), а также нормы внесения азотных, фосфорных, калийных и других удобрений, их коэффициенты использования из почвы и туков.

Известен способ определения дозы азотной подкормки сельскохозяйственных растений [Патент РФ №2453097], включающий определение фактического уровня содержания хлорофилла в листьях с учетом сортовых особенностей портативным прибором для листовой диагностики, отличающийся тем, что определяют оптимальное значение уровня содержания хлорофилла в листьях и количество килограммов действующего вещества азотного удобрения (К), соответствующее 1 условной единице содержания хлорофилла в листьях, по разнице между его оптимальным и фактическим значениями (Р) судят о необходимости внесения азотной подкормки, а дозу (N) рассчитывают по формуле: N=К⋅Р, где К - количество килограммов действующего вещества азотного удобрения, соответствующее 1 условной единице содержания хлорофилла в листьях; Р - разница между оптимальным и фактическим значениями уровня содержания хлорофилла в листьях, в условных единицах.

Указанный способ не включает анализ исходного состояния агрохимических показателей почвы, подкормка вносится в почву на основании листовой диагностики, что требует трудозатрат, специальных приборов, лабораторных исследований.

Известен способ прогнозирования урожайности картофеля [Патент РФ №2372771], включающий учет климатических факторов, биологических показателей возделываемой культуры, отличающийся тем, что учитывают потенциальную урожайность районированного сорта, поражаемость болезнями и повреждаемость вредителями в баллах в фазе цветения, гидротермический коэффициент (ГТК) данной агроэкологической зоны, а прогнозируемый урожай рассчитывают по формуле где У - прогнозируемый урожай, ц/га; П - потенциальная урожайность районированного сорта, ц/га; Б - болезни, балл; В - вредители, балл; ГТК - гидротермический коэффициент.

Данный способ рассчитан, на прогнозирование урожайности только картофеля, без учета исходного состояния агрохимических показателей почвы, основан на сортовых характеристиках сортов, биотических факторов и погодных условий.

Известен способ прогнозирования урожайности сельскохозяйственных культур [Патент РФ №2048056] путем определения величины запасов продуктивной влаги в метровом слое почвы весной, установления стандартной влажности основной продукции, суммы составных соотношения основной и побочной продукции и расчет урожайности по формуле, отличающийся тем, что для прогнозирования урожайности картофеля дополнительно определяют содержание гумуса в почве и длительность периода вегетации от всходов до уборки урожая картофеля, при этом прогнозируемый урожай рассчитывают по формуле:

где У_кл урожайность клубней при их стандартной влажности Вс, ц/га; W - сумма запасов продуктивной влаги в метровом слое почвы весной, мм; А - длительность периода вегетации от всходов до уборки, дни; В_с - стандартная влажность клубней, С - содержание гумуса в почве, S - сумма составных соотношений клубней к ботве, причем при соотношении 1:1, S=2.

Указанный способ прогнозирует урожай по содержанию гумуса в почве, запасов продуктивной влаги в метровом слое почвы, установления стандартной влажности основной продукции, период вегетации, недостатком является то что при расчете урожайности не учитываются другие факторы влияющие на урожайность, в частности в предложенной формуле не учтены осадки выпадающие в период вегетации.

Известен способ определения норм минеральных удобрений расчетно-балансовыми методами (рбм). В основе расчетно-балансовых методов лежит баланс питательных элементов в системе «почва-растение», т.е. сопоставление расхода питательных элементов на формирование планируемого урожая с ожидаемым поступлением их из почвы и органических удобрений [А.Л. Маслова, A.M. Надеждин, B.C. Денисьевский, 1929-1930 гг.]. Расчет норм минеральных удобрений произведен указанными выше авторами под сахарную свеклу. Среди расчетно-балансовых методов можно выделить несколько разновидностей: РБМ на планируемый урожайность; РБМ на прибавку урожая; РБМ по фактору-минимуму. Данный способ взят за прототип.

Недостатком предложенного способа является отсутствие числовых коэффициентов, показателей при расчете планируемого урожая сельскохозяйственных культур, предложена лишь формула расчета, не учитывается естественно плодородие, свойства почвы, не приводится информация о величине возможно прогнозируемого урожая сельскохозяйственных культур.

Задачей настоящего изобретения является создание способа повышения плодородия почв под прогнозируемый урожай сельскохозяйственных культур.

Технический результат заключается в определении потенциально возможного урожая с анализом агроклиматических условий, определение потенциально возможного урожая с анализом агроклиматических условий, определении уровня оптимального урожая с учетом почвенного плодородия, климатических показателей, экономических факторы и исходя из расчета норм минеральных и органических удобрений, в составлении технологических карт, включающих все необходимые агротехнические мероприятия, в учете урожая и условий выращивания сельскохозяйственных культур.

Способ повышения плодородия почв под прогнозируемый урожай сельскохозяйственных культур включающий анализ продуктивности почвы с учетом абиотических факторов, путем отбора почвы для анализа, определения содержания агрохимических показателей, определение факторов агроклиматического ресурса данной территории, влияющих на урожайность культуры: фотосинтетическойактивной радиации (ФАР), влагообеспеченности, биогидротермического потенциала (БГТП), биоклиматического потенциала (БКП), определение урожайности выбранной сельскохозяйственной культуры в зависимости от внешней и почвенной среды по формуле:

где: У - урожай по сумме i-x факторов;

n - количество факторов принятых при расчете урожая;

i - фактор, влияющий на урожай и прибавку урожая - гумус, фосфор, калий, кислотность, микроэлементы - показатели из агрохимического анализа почв;

Уi₁ - урожай, обеспечиваемый показателями почвенного плодородия по i-фактору;

Уi₂ - прибавка урожая, обеспечиваемая дополнительным i-фактором;

a_i - поправочный коэффициент на влияние кислотности почвы, построение номограммы в виде графика, выбор для конкретной сельскохозяйственной культуры по номограмме показатель прогнозируемого урожая, наложение на номограмму линейки и определение требуемой дозы удобрений, при этом дозу удобрений для сельскохозяйственной культуры устанавливают с учетом обеспеченности почв питательными веществами, рассчитывают получение прибавки в 1 т/га урожая, в качестве основных показателей питательности почв выбирают гумус, фосфор и калий.

Изобретение поясняется следующими рисунками:

- на рис. 1 - представлен графический анализ и расчеты обеспеченности агроклиматическими (абиотическими) ресурсами по III и IV агроклиматическим районам Республики Коми и урожая картофеля по показателям: где 1, 2, 3, 4 - фотосинтетической активной радиации (ФАР) при использовании (усвоении) 2, 3, 5 и 1%%; 5 - влагообеспеченности (W); 6 - биогидротермическому потенциалу (БГТП); 7 - биоклиматическому потенциалу (БКП) (Каюмов М.К. Справочник по программированию урожаев. - М. Россельхозиздат, 1977) и за 1971-1999 годы фактически: 8 - фактически возможная урожайность по обеспеченности АКР; 9, 10, 11 - обеспеченности урожая, почвенными агрохимическими элементами (гумус %, фосфор и калий); 12 - фактический урожай в с\х «Сыктывкарский»; 13 - средняя урожайность 215 ц/га по с/х «Сыктывкарский»; 14 - средняя урожайность 147 ц/га по Республике Коми за период 1971-1999 гг.

- на рис. 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 - указаны номограммы расчета доз минеральных удобрений по запланированный урожай, применяемых после анализа агроклиматических (абиотическими) ресурсов хозяйства, предназначенные, для расчета планируемого урожая по конкретному полю, хозяйству, согласно агрохимическим показателям содержания в почве (гумуса, фосфора, калия и кислотности).

- на рис. 2 - номограмма 1, где изображен расчет доз минеральных удобрений под урожай картофеля с учетом обеспеченности почв питательными веществами, где отражено в верхней равномерной шкале урожайность картофеля (т/га), во второй неравномерной шкале показатели содержания от 0-300 мг/кг Р2O5, в третей неравномерной шкале показатели содержания от 0-300 мг/кг K2O и в четвертой неравномерной шкале показатели содержания от 0-7% гумуса в почве, как источника питания растений азотом.

- на рис. 3 - номограмма 2, где изображен расчет доз минеральных удобрений под урожай многолетних трав с учетом обеспеченности почв питательными веществами (обозначения подобно номограмме 1).

- на рис. 4 - номограмма 3, где изображен расчет доз минеральных удобрений под урожай однолетних (горох/овес) трав с учетом обеспеченности почв питательными веществами (обозначения подобно номограмме 1).

- на рис. 5 - номограмма 4, где изображен расчет доз минеральных удобрений под урожай зерновых культур с учетом обеспеченности почв питательными веществами (дозы: N - 65, Р₂О₅ - 80, K₂O - 74 (кг) по д.в. на получение прибавки в 1 т/га урожаем зерна, рН_6,5).

- на рис. 6 - номограмма 5, где изображен расчет доз минеральных удобрений под урожай корнеплодов с учетом обеспеченности почв питательными веществами (дозы: N - 8, Р₂О₂ - 7, K₂O - 11 (кг) по д.в. на получение прибавки в 1 т/га урожаем корнеплодов, рН_5,2.

- на рис. 7 - номограмма 6, где изображен расчет доз минеральных удобрений под урожай моркови с учетом обеспеченности почв питательными веществами (дозы: N - 6 Р₂O₅ - 6, K₂O - 5 (кг) по д.в. на получение прибавки в 1 т/га урожаем моркови, рН_6,3).

- на рис. 8 - номограмма 7, где изображен расчет доз минеральных удобрений под урожай капусты с учетом обеспеченности почв питательными веществами (дозы: N - 9, Р₂O₅ - 6, K₂O - 7 (кг) по д.в. на получение прибавки в 1 т/га урожаем капусты, рН_7,2.

- на рис. 9 - номограмма 2, где изображен расчет доз минеральных удобрений под урожай многолетних трав с учетом обеспеченности почв питательными веществами (дозы: N - 28, Р₂O₅ - 27, K₂O - 31 (кг) по д.в. на получение прибавки в 1 т/га урожаем сена многолетних трав, рН_6,2.

Пример проведения графического анализа обеспеченности агроклиматическими (абиотическими) ресурсами по III и IV агроклиматическим районам Республики Коми и прогнозируемого урожая картофеля по показателям. Для этого строим систему координат (рис. 1), где: ось 0Y - прогнозируемая урожайность ц/га, ось 0Х - факторы, влияющие на урожайность картофеля (ц/га).

В качестве первого фактора берем коэффициент усвоения фотосинтетической активной радиации (ФАР) - отрезки 1-4 на оси 0Х (рис. 1), где: отрезок 1-2%; отрезок 2-3%; отрезок 3-5% и отрезок 4-1%. Расчетным путем (Каюмов М.К. Справочник по программированию урожаев. -М. Россельхозиздат, 1977) определяем показатели прогноза урожайности картофеля и отмечаем по оси 0Y, соответственно: 154 ц/га; 231 ц/га; 385 ц/га и77 ц/га.

В качестве второго фактора берем влагообеспеченность III и IV районов Республики Коми - отрезок 5 на оси 0Х (рис. 1). Расчетным путем (Каюмов М.К. Справочник по программированию урожаев. - М. Россельхозиздат, 1977) определяем показатели урожайности картофеля при минимальном и максимальном влагообеспечении, затем отмечаем по оси 0Y прогнозируемую урожайность, соответственно: 136 ц/га - при минимальном показателе и 229 ц/га - при максимальном.

В качестве третьего фактора влияющего на урожай берем биогидротермический потенциал (БГТП) III и IV районов Республики Коми - отрезок 6 на оси 0Х (рис. 1). Расчетным путем (Каюмов М.К. Справочник по программированию урожаев. - М. Россельхозиздат, 1977) определяем показатели урожайности картофеля по минимальному и максимальному обеспечению биогидротермическим потенциалом III и IV районов, затем отмечаем по оси 0Y прогнозируемую урожайность, соответственно: 163 ц/га - при минимальном показателе и 271 ц/га - при максимальном.

В качестве четвертого фактора берембиоклиматический потенциал (БКП) III и IV районов Республики Коми - отрезок 7 на оси 0Х (рис. 1). Расчетным путем (Каюмов М.К. Справочник по программированию урожаев. - М. Россельхозиздат, 1977) определяем показатели урожайности картофеля по минимальному и максимальному обеспечению биоклиматическим потенциалом III и IV районов, затем отмечаем по оси 0Y прогнозируемую урожайность, соответственно: 123 ц/га - при минимальном показателе и 205 ц/га - при максимальном.

Таким образом, на рис. 1 по оси 0Y отражены расчетные показатели прогноза урожая картофеля при возможных минимальных и максимальных показателях агроклиматических ресурсов (на отрезках 1-7).

В качестве пятого фактора, влияющего на урожай, брали средние дозы минеральных и органических удобрений, реально вносимых под картофель в III и IV районах Республики Коми - отрезок 8 на оси 0Х (рис. 1). Для этого были использованы статистические данные по дозам минеральных и органических удобрений, вносимых под картофель за каждый год в течение 20 лет и проведена их статистическая обработка. Расчетным путем определены границы показателей возможного урожая по факту обеспеченности минеральными и органическими удобрениями за исследуемый период и установлены возможные минимальные и максимальные урожаи картофеля. По оси 0Y отмечали возможную урожайность по обеспеченности удобрениями, соответственно - 170 ц/га и 295 ц/га.

В качестве шестого фактора, влияющего на урожай, брали средне взвешенные показатели содержания гумуса (отрезок 9 на оси 0Х рис. 1), фосфора (отрезок 10 на оси 0Х рис. 1) и калия (отрезок 11 на оси 0Х рис. 1) в почве для III и IV районов Республики Коми (по турам агрохимического обследования). На оси 0Y отмечали возможную урожайность по обеспеченности почвенными агрохимическим элементами, соответственно: для гумуса - 210 ц/га; для фосфора - 120 ц/га и для калия - 110 ц/га.

В качестве седьмого анализируемого фактора, брали фактический урожай конкретного хозяйства - отрезок 12 на оси 0Х (рис. 1). Исследования проводили на с/х предприятии «Сыктывкарский». Данные анализировали за 20 лет и устанавливали фактические пределы значений урожая от 75 ц/га до 286 ц/га.

Для наглядности на оси 0Y отмечены средние показатели урожая картофеля (прямые 13 и 14 на рис. 1) за анализируемый 20 летний период соответственно по с/х предприятию - 215 ц/га и 147 ц/га по Республике Коми.

Из приведенного анализа на рис. 1 видно, что на состояние и развитие почвенного плодородия влияют не только природные факторы, но и хозяйственная деятельность человека оказывающее как положительное, так и отрицательное действие. Одинаковый урожай можно получить на почвах с различными показателями почвенного плодородия и разный по массе и качеству - на одинаковых типах почв в зависимости от агроэкологической обстановки и применяемых технологий. Следовательно, под этим следует понимать потенциальное (естественное) плодородие почвы проявляется при определенных агроэкологических и технологических условиях.

Получение стабильных урожаев сельскохозяйственных культур предполагает и определяет в целом комплексный подход к оценке роли и значимости основных законов и закономерностей земледелия и растениеводства:

- Закон равно значимости и незаменимости факторов жизни растений, сущность которого состоит в том, что нельзя необходимый для растений фактор (тепло, вола, свет, пища и др.) заменить другими. Для нормальной жизнедеятельности растений исключение, какого - либо фактора (даже незначительного) не может быть компенсирован другим.

- Закон ограничивающего фактора или закон минимума. Известно, что величина урожая во многом зависит от фактора (или элемента минерального питания) роста растения, который находится в минимуме. И всякие дополнительные затраты в земледелии без учета фактора, находящего в минимуме, не могут дать должного эффекта, т.е. закон минимума определяет систему земледелия, способы обработки почвы и т.д.

- Закон оптимума или совокупного действия факторов, сущность которого состоит в том, что только оптимальное соотношение между факторами роста обеспечивает наилучшее развитие растений и их высокую продуктивность. При разработке технологических карт в хозяйствах следует учитывать конкретные условия поля и на основе этого планировать системы севооборота и удобрений, сроки сева, норму высева семян и др.

- Закон возврата, сущность которого состоит в том, что растение на формирование урожая потребляет из почвы питательные вещества, которые затем необходимо возвратить в почву, что бы создать благоприятный баланс усвояемых элементов питания для последующего урожая и повышения почвенного плодородия.

- Закон регуляторной системы у растений (закон экологической значимости), сущность которого состоит в том, что растения непрерывно получают информацию из внешней среды, перерабатывают ее, на основе чего усиливают или укрепляют процессы проходящие в растении. Знание и учет этих свойств растений позволяет агроному правильно подойти к подбору культур в севообороте и создать условия, обеспечивающие получения высокого урожая.

- Закон физиологических часов, сущность которого состоит в том, что растение чутко реагирует на изменения длинны дня и в зависимости от этого ускоряют или замедляют свое развитие.

Стабильность урожая в основном, особенно в Республике Коми, связана с погодными условиями и уровнем плодородия почвы, который при интенсивном земледелии в большей степени определяется деятельностью человека и культурой земледелия.

Хозяйственные урожаи возделываемых полевых культур в республике значительно ниже действительно возможных урожаев. Причины несоответствия между потенциально возможными и фактическими урожаями заключается в том, что от части во многих хозяйствах низкий уровень плодородия почвы. Агроэкологические ресурсы Республики Коми по всей территории в основном определены фактором, ограничивающим урожайность большинства культур - недостаточным их теплообеспеченностью. А также при благоприятном длинном световом дне и хорошей обеспеченностью влагой, основным направлением в повышении урожая, является сбалансированное питание растений по всем элементам почвы и привносимых с удобрениями.

Приведенные расчеты по агроэкологическим показателям (рис 1) показывают о возможном резерве повышения урожайности сельскохозяйственных культур.

По результатам аналитического эксперимента и анализа информации позволило определить взаимосвязь урожайности сельскохозяйственных культур от внешней и почвенной среды. Многомерная зависимость, в которой учтены требования основных законов земледелия и растениеводства, описывается следующей формулой:

где: У - урожай по сумме i-x факторов;

n - количество факторов принятых при расчете урожая;

i - фактор, влияющий на урожай и прибавку урожая - гумус, фосфор, калий, кислотность, микроэлементы - показатели из агрохимического анализа почв;

Уi₁ - урожай, обеспечиваемый показателями почвенного плодородия по i-фактору;

Уi₂ - прибавка урожая, обеспечиваемая дополнительным i-фактором;

a_i - поправочный коэффициент на влияние кислотности почвы.

Разработанная формула решает вопрос управления почвенным плодородием и позволяет осуществлять управление отдельными составляющими элементами, и в первую очередь теми из них, которые лимитируют урожай. По формуле 1 автором произведены расчеты под конкретные сельскохозяйственные культуры, проведен анализ показателей, влияющих на урожайность и построены номограммы в виде особого графика, позволяющего для конкретной с/х культуры выбрать на номограмме показатель прогнозируемого урожая и наложив на номограмму линейку устанавливают дозу минеральных удобрений для сельскохозяйственной культуры с учетом обеспеченности почв питательными веществами и рассчитывают получение прибавки в 1 т/га урожая. В качестве основных показателей питательности почв выбран гумус, фосфор и калий.

Номограммы для определения доз минеральных удобрений под запланированный урожай позволяют более достоверно определить дозу требуемых для внесение в почву удобрений, обеспечивающих

прогнозируемый урожай. Ниже приведены примеры.

Получены номограммы для картофеля, многолетних и однолетних трав, зерновых культур, корнеплодов, моркови, капусты, гороха (на зерно) обеспечивающие прирост урожая.

В предлагаемых номограммах (рис. 2-9), отдельно по каждой культуре, при восстановлении перпендикуляра от количественного показателя содержания в почве гумуса (%), фосфора и калия с определением уровня естественной урожайности по каждому в отдельности элементу содержащему в почве.

Пример по картофелю. Расчет урожая картофеля по основным почвенным показателям: рН=4,8, фосфора =50 мг/кг, калия =100 мг/кг почвы и содержание гумуса =2% (рис 2 -Номограмма 1).

По номограмме, при восстановлении перпендикуляров из точек на шкалах, отдельно по каждому из показателей, определяется уровень урожайности картофеля по каждому почвенному элементу: гумусом =9,0 т/га, фосфором =9,0 т/га и калием =8,0 т/га. Дополнительно, рассчитываем поправочный коэффициент на влияние кислотности почвы, равного 4,8/5,2=0,92. С учетом этого коэффициента фактическая урожайность картофеля составит по гумусу и фосфору (9,0×0,92)=8,2 т/га и калию =7,3 т/га.

При планировании урожая картофеля в 150 ц/га находим разницу между планируемым урожаем и фактической урожайностью по каждому показателю принятым в расчете, по гумусу и фосфору разность составляет 6,8 т/га и калию 7,7 т/га.

Для расчета прибавки урожая 1 т/га из таблицы 1 используем данные - приведенные дозы минеральных удобрений на прибавку урожая в 1 т/га по основным элементам питания растений, которые должны внести для формирования принятого урожая за счет внесения удобрений, и составит: по гумусу =54 кг/га по д.в. (8 кг × 6,8 т/га), фосфору =61 кг/га по д.в. (9×6,8) и калию =10,8 кг/га по д.в. (14×7,7), т.е. данные дозы компенсируют дефицит питательных веществ в почве на получение запланированного урожая.

Предлагаемые дозы питательных веществ (кг - по действующему веществу) и торфо-навозный компост (ТНК - тонн) на получение прибавки в 1 т/га урожаем культур при стандартной влажности и с учетом урожая побочной продукции.

Изобретение позволяет рационально использовать минеральные и органические удобрения в полях севооборота.