Методи розрахунку норм внесення мінеральних добрив у землеробстві

Попри великі витрати коштів і часу, методи встановлення норм добрив за результатами польових дослідів є неточними. По-перше, при визначенні оптимальних норм закладаються досліди з великою кількістю варіантів; при цьому неминуче позначається строкатість родючості ґрунтів. По-друге, використовувані поправочні коефіцієнти мають загальний характер, оскільки експериментально вони обґрунтовані далеко не повністю. По-третє, у зв'язку з постійною сортозміною, що триває в землеробстві, впровадженням нових технологій і форм добрив, отримання результатів польового досліду з урахуванням змінених умов здійснюється повільніше, ніж це потрібно для виробництва, тому рекомендації наукових установ застарівають і мають лише орієнтовний характер. Певні недоліки виникають і при плануванні результатів внесення добрив, оскільки метод польового досліду не дозволяє орієнтуватися на отримання конкретної величини прибавки врожаю.

Усе це викликає необхідність шукати точніші й оперативні методи встановлення норм добрив, – так виникли розрахункові методи. З великого їх розмаїття варто зупинитися на нормативному, балансовому та математичному методах.

Нормативний метод. Його застосування дозволяє контролювати та регулювати родючість ґрунту (при повній забезпеченості добривами). Але є й недоліки, пов'язані з тим, що дані про винос поживних речовин з урожаєм є неточними (за довідником), а поправочні коефіцієнти, будучи похідними від коефіцієнтів використання поживних речовин із добрив, можуть суттєво змінюватися.

Розрахунок норм добрив за нормативами витрат на одиницю врожаю проводиться за формулою:

Д = Уп.Н1.К, де: Д – норма поживного елемента під заплановану урожайність, кг/га;

Уп – запланована урожайність, т/га;

Н1 – нормативи витрат поживного елемента на створення одиниці врожаю за оптимальною нормою;

К – поправка на агрохімічні властивості ґрунту.

Для розрахунку норм добрив за нормативами витрат на одиницю прибавки врожайності користуються формулою:

Д=∆УП.Н2..К де Д – норма поживного елемента під заплановану урожайність, кг/га;

∆УП – можливий приріст урожайності за рахунок добрив, т/га;

Н2 – нормативи витрат поживного елемента на одиницю прибавки врожаю за оптимальною нормою;

К – поправка на агрохімічні властивості ґрунту.

Прибавка врожайності за рахунок добрива визначається за формулою:

∆У = УП–БЦб, де Б — бал ріллі;

Цб – ціна бала ріллі, т/га.

Бал ріллі визначається за даними бонітування земель. Ціна бала розраховується за формулою:

Цб   К,

Б де: УК – урожайність без внесення добрива (т/га), за даними польових дослідів;

Б – бал ріллі за даними оцінки земель;

К – поправочний коефіцієнт на виробничі умови (табл. 175; Ейсерт Е.К., Ачканов А.Я., Дургар'ян Н.Г. та ін., 1987).

Таблиця 177 – Поправочні коефіцієнти до норм добрив для врахування агрохімічних властивостей передкавказьких чорноземів Рівень вмісту в Ярове колоскові, кукурудза, Озима пшени- ґрунті поживної ре- ця, цукровий Овочеві, пло- човини соняшник буряк дові, виноград

 Фосфорні добрива Дуже низький 1,2 1,4 1,5 Низький 1,1 1,3 1,2 Середній 1,0 1,0 1,0 Підвищений 0,5-0,7 0,7 0,7 Високий 0,2-0,3 0,3 0,5 Дуже високий 0,2 0,2 0,3 Калійні добрива Дуже низький 1,0 1,3 1,5 Низький 1,0 1,1 1,3 Середній 1,0 1,0 1,0 Підвищений 0,3-0,5 0,5-0,7 0,7 Високий - 0,3 0,5 Дуже високий - 0,2 0,3

Балансовий метод. Існує кілька модифікацій балансових методів. З них найбільше поширення і визнання отримали лише дві: а) розрахунок норм добрив за запасом поживних речовин у ґрунті; б) розрахунок норм добрив на прибавку врожайності.

Розрахунок норм добрив за запасом елементів живлення в ґрунті. Сутність цього методу полягає в тому, що норму добрив визначають за різницею між передбачуваним виносом елементів живлення запланованою урожайністю та наявним їх запасом в орному шарі ґрунту. При цьому враховують коефіцієнти використання елементів живлення з ґрунту та добрив. Схематично цей розрахунок можна представити в такому вигляді:

В  З  Кп де: Н – шукана норма добрива, кг/га;

В – передбачуваний винос елемента живлення запланованою урожайністю, кг/га;

З – запас елемента в орному шарі ґрунту, кг/га;

КП – коефіцієнт використання елемента рослиною з ґрунту;

КУ – коефіцієнт використання елемента рослиною з добрив.

Метод дуже простий, і якщо не заглиблюватися в його сутність, то здається, що він правильно відображає розрахунок норми добрива для покриття потреб культури, що вирощується.

До недоліків методу відноситься лінійність рівняння елементарного балансу, наслідком чого є його здатність апроксимувати порівняно вузьку ділянку "кривої Мітчерліха". Практично це означає, що рівняння елементарного балансу можна використовувати при розрахунку поживного режиму на врожай, що не перевищує 35–40 % потенційно можливого.

Розрахунок норм мінеральних добрив за формулами часто розходиться з реальною ситуацією на полі. Через мінливість родючості ґрунту, погодних умов та біологічних особливостей гібридів розрахункові дози можуть відхилятися від фактичної потреби рослин більш ніж на 50%. Помилки виникають і при плануванні врожайності, яка залежить від усього комплексу агротехніки, а не тільки від живлення. Спроби внести максимальні норми заради рекордів призводять до перевитрати діючої речовини і падіння врожайності.

• Відхилення розрахункових норм від потреби — понад 50%
• Оцінка фактичної врожайності — за 3–5 років
• Середня врожайність картоплі — 15 т/га
• Планована прибавка картоплі — 5 т/га

Розрахунок норм добрив на прибавку врожайності

Цей метод ґрунтується на тому, що базову частину врожаю рослина формує за рахунок природної родючості ґрунту. Добривами забезпечують лише плановану прибавку. Головна відмінність методу від розрахунку на загальну плановану врожайність — в оцінці ефективної родючості. Замість результатів ґрунтового аналізу на рухомі елементи тут використовують готову продукцію — середню врожайність поля за останні роки.

1. Оцініть середню фактичну врожайність культури та фактичну норму добрив за останні 3–5 років.
2. Визначте плановану прибавку врожаю.
3. Розрахуйте винос поживних речовин із планованою прибавкою.
4. Скоригуйте отриману норму з урахуванням коефіцієнтів використання поживних речовин із добрив.

Для розрахунку норми конкретного елемента живлення використовують базову формулу: Н = Н_с + ((У_п - У_с) * В) / К_у. У цьому рівнянні шукана норма (Н) розраховується на основі фактичної середньої норми (Н_с), різниці планованої та фактичної врожайності (У_п та У_с), виносу елемента живлення (В) та коефіцієнта його використання (К_у). Кожен показник потребує адаптації під конкретне поле.

У формулі використовуються такі змінні:

• Н — шукана норма добрива, кг/га;
• Н_с — фактична середня норма добрива, яка вносилася раніше, кг/га;
• У_п — запланована врожайність, ц/га;
• У_с — фактична середня врожайність за останні 3–5 років, ц/га;
• В — винос елемента живлення з 1 ц врожаю, кг;
• К_у — коефіцієнт використання елемента живлення з добрива.

Метод приваблює практиків своєю простотою, але має серйозні обмеження. До його переваг належить те, що доступність живлення оцінюється за реальними врожаями при сформованій агротехніці. Однак метод пропонує однаковий підхід до всіх елементів без урахування природного надходження азоту, фосфору та калію в ґрунт. Через це складно підтримувати бездефіцитний баланс фосфору та калію.

Головна проблема методу — нестабільність коефіцієнта використання поживних речовин (К_у). Він постійно змінюється під впливом вологості та поглинальної здатності ґрунту, доз добрив, біології культури та її попередників у сівозміні. Точно визначити К_у для кожного поля в поточному сезоні практично неможливо.

Математичне моделювання потреби в живленні

Більш точні норми внесення можна розрахувати за допомогою виробничих функцій. Математичні моделі описують кількісний зв'язок між дозами мінерального живлення та врожайністю в конкретній ґрунтово-кліматичній зоні. Вони дозволяють агроному розрахувати оптимальне поєднання елементів для отримання максимального економічного ефекту при будь-якому рівні витрат.

Найбільш точно цю залежність описує рівняння регресії зі степенями 0,5 та 1 для діючих речовин та 0,5 для їхніх парних взаємодій. При внесенні повного мінерального добрива формула виглядає таким чином:
У = а_о + а₁N^0,5 + a₂N + а₃Р^0,5 + а₄Р + а₅К^0,5 + а₆К + а₇(NP)^0,5 + а₈(NK)^0,5 + а₉(РК)^0,5

У цій моделі показники розшифровуються так:

• У — очікувана врожайність, ц/га;
• а_о — вільний член, що відображає врожайність на контролі (без добрив);
• а₁...а₉ — коефіцієнти регресії, що показують силу впливу доз та поєднань добрив на врожай.

Обмеження розрахункових методів та виробничих функцій

Математичне моделювання за допомогою виробничої функції дозволяє точніше описати криву Мітчерліха на широкому діапазоні доз. Однак на практиці цей метод має серйозні обмеження. Формули жорстко прив'язані до ґрунтових та погодних умов конкретного поля, на якому проводився вихідний дослід. Щоб скласти схему живлення навіть для однієї сівозміни, доведеться розраховувати цілий пакет таких функцій. Крім того, цей метод допускає неоднозначність: одну і ту саму врожайність формула може показати при різних поєднаннях азоту, фосфору та калію, що суперечить закону незамінності факторів росту.

Балансові розрахункові методи приваблюють своєю простотою, проте скласти точний баланс в умовах конкретного господарства складно. У розрахунках зазвичай використовують усереднені довідкові показники винесення елементів та коефіцієнти їх використання з ґрунту та добрив. Ці нормативи, розроблені для великих ґрунтово-кліматичних зон, часто не збігаються з реальною ситуацією на конкретному полі. Крім того, метод балансу не враховує фізіологічну межу урожайності культури: для росту збору зерна недостатньо просто пропорційно збільшувати дози NPK.

Нижче наведено практичний приклад розрахунку доз органічних та мінеральних добрив під заплановану надбавку врожаю. Розрахунок враховує винесення поживних речовин, коефіцієнти використання елементів рослинами та вихідну забезпеченість ґрунту. Усі показники зведені в єдиний технологічний ланцюжок від винесення до фізичної маси туків.

• Винесення азоту (N) на 1 т урожаю — 5,0 кг
• Винесення фосфору (P₂O₅) на 1 т урожаю — 2,2 кг
• Винесення калію (K₂O) на 1 т урожаю — 8,0 кг

Як спроєктувати ефективну систему удобрення в господарстві

Раціональна система удобрення — це не просто разове внесення туків під конкретну культуру. Це науково обґрунтований план розподілу органічних та мінеральних добрив по полях сівозміни, який складається на одну повну ротацію. Така система вирішує три завдання одночасно: ріст урожайності, підвищення якості продукції та збереження родючості ґрунту. Особливого значення правильний розподіл живлення набуває при переході на інтенсивні технології вирощування.

Розробка системи живлення в господарстві будується як послідовний процес. Агроному необхідно врахувати комплекс факторів, щоб мінімізувати втрати елементів живлення та підвищити окупність витрат.

1. Проведіть агрохімічне обстеження ґрунтів господарства, визначивши їх тип та рівень забезпеченості елементами.
2. Вивчіть агробіологічні особливості культур у сівозміні та їхню потребу в живленні за фазами розвитку.
3. Оцініть властивості наявних мінеральних та органічних добрив (розчинність, доступність, фізіологічну кислотність).
4. Зіставте потреби полів із фактичними ресурсами добрив, доступними в господарстві.
5. Визначте оптимальні способи та строки внесення (основне, припосівне, підживлення) під кожну культуру.

Система удобрення працює ефективно лише як елемент загальної системи землеробства, поряд із обробітком ґрунту та сівозміною. Вона повинна охоплювати не лише пашню, а й багаторічні насадження, а також сіножаті та пасовища господарства. Розроблену схему живлення адаптують під конкретний тип інтенсивності технології:

• екстенсивний;
• нормальний;
• інтенсивний;
• високоінтенсивний.