Способ определения недостатка азота в питании растений озимой пшеницы
METHOD FOR DETERMINING THE LACK OF NITROGEN IN THE NUTRITION OF WINTER WHEAT PLANTS

Изобретение относится к сельскому хозяйству, а именно к растительной диагностике определения недостатка питания растений, биохимии и агрохимии и может быть использовано при разработке технологии комплексного удобрения сельскохозяйственных культур.
Из информационных источников известны способы определения недостатка азотного питания растений путем растительной (листовой) диагностики.
Наиболее широко применяются два вида растительной диагностики недостатка азотного питания растений: 1) определение по химическим показателям, т.е. по наличию содержания азота в почве или растении; 2) определение по биологическим показателям растения.
В качестве аналогов были отобраны известные способы, основанные на диагностике недостатка азота по биологическим показателям растения, в частности по определению уровня содержания хлорофилла в листьях растений.
Известны оценки потенциальной продуктивности сельскохозяйственных растений путем применения хлорофилльных индексов и хлорофилльных фотосинтетических потенциалов как критериев оценки. (Найдено в Интернете: https://new-disser.ru/_avtoreferats/01000196388.pdf, дата обращения 05.04.2022).
В диссертации приведена сравнительная характеристика интегральных показателей емкостной характеристики фотосинтетического аппарата - "поверхностных" и хлорофилльных фотосинтетических потенциалов и их связи с биологическим и хозяйственным урожаем. Исследована зависимость величины и структуры хлорофилльных фотосинтетических потенциалов от генотипа растения и от условий существования (в частности, минерального питания).
В данной работе указывается на то, что "оптические" фотосинтетические потенциалы, рассчитанные на основе данных о спектральной яркости посевов, с использованием комбинации каналов (720 и 680 нм), более тесно коррелируют с урожаем, чем хлорофилльные потенциалы рассчитанные по данным наземных измерений. На сегодняшний момент данная научная концепция успешно реализована и применяется в практике растениеводства в виде портативных приборов «N-тестер» (SPAD meter) для измерения уровня содержания хлорофилла в растениях. Данные измерений уровня содержания хлорофилла в растениях интерпретируются различными способами в зависимости от поставленной специалистом задачи.
Известен способ экспресс-диагностики азотного питания растений. Потребность в азотном питании растений устанавливают в зависимости от соотношения флуоресценции хлорофилла листа растения и его светопроницаемости, которую определяют по фотометрической характеристике листа не менее чем на 40 растениях, регистрируемой прибором, при этом при регистрировании прибором величины пропускания менее 1±0,01 необходима азотная подкормка растений, при пропускании, равном 1±0,01 и более, подкормка не требуется (Патент РФ №2381644, МПК A01G 7/00, опубл. 20.02.2010. Бюл. №5).
Недостатком данного способа является то, что по результатам листовой диагностики рекомендуется внесение дозы действующего вещества азотного удобрения с очень большим интервалом значений: 60-90 кг/га, независимо от культуры, сорта и фазы развития растения, что в настоящее время совершенно недопустимо по агрономическим, экономическим и экологическим нормативам.
Известен способ диагностики по определению фотохимической активности хлоропластов, который основан на измерении фотохимической активности суспензии хлоропластов средней пробы листьев диагностируемых растений, с последующим анализом с добавлением элементов питания. При возрастании фотохимической активности суспензии при добавлении элемента питания по сравнению с контролем делается вывод о недостатке этого элемента, при снижении - об избытке, а при одинаковой активности - об оптимальном содержании. Способ позволяет в течение 40-50 мин установить потребность растений в 12-15 макро- и микроэлементах и сделать рекомендации по проведению корневых и некорневых подкормок (найдено в Интернете: и https://universityagro.ru/агрохимия/диагностика-питания-растений/, дата обращения 18.01.2022.)
Недостаток способа заключается в том, что выполнение данного способа предполагает проведение дополнительных лабораторно-аналитических работ квалифицированным персоналом. Пробоподготовка и выделение суспензии хлоропластов, определение активности суспензии хлоропластов средней пробы листьев диагностируемых растений, с последующим анализом с добавлением элементов питания, предполагает наличие специальных лабораторных условий, реактивов и оборудования. Невозможно применение данного способа в полевых условиях. За счет этих факторов повышается трудоемкость способа и снижается оперативность диагностики азотного питания растений. Также недостаток способа заключается в том, что не учитывают изменение в течение вегетации обеспеченности азотом растений на фоне естественного плодородия почвы (без удобрения). Поэтому невозможно оценить отзывчивость растений на повышение уровня азотного питания (на фоне повышенной двойной дозы азота).
-4
10
Известен способ диагностики потребности растений в минеральных элементах питания, путем определения отклика в виде разницы фотохимической активности суспензии хлоропластов из средней пробы свежих листьев при добавлении в нее диагностируемого элемента в концентрации 10-10- М и без добавления элемента. Диагностируемые элементы выделяют по скорректированному отклику и включают эти элементы в питательную среду в соотношении, пропорциональному вкладу в отклик. Значимый вклад в отклик необходимых элементов питания растений определяют по неравенству. (Патент РФ №2417576, МПК A01G 7/00, опубл. 10.05.2011. Бюл. №13).
Недостаток способа заключается в том, что выполнение данного способа предполагает проведение дополнительных лабораторно-аналитических работ квалифицированным персоналом, предполагает наличие специальных лабораторных условий, реактивов и оборудования. Невозможно применение данного способа в полевых условиях. Также недостаток способа заключается в том, что не учитывают изменение в течение вегетации обеспеченности азотом растений на фоне естественного плодородия почвы (без удобрения).
Известен способ определения дозы азотной подкормки по показаниям листовой диагностики уровня азотного питания растений, полученных с помощью портативного прибора «N-тестер» в полевых условиях, включающий измерение фактического уровня содержания хлорофилла в листьях и расчетного уровня содержания хлорофилла путем вычитания от фактического значения расчетного поправочного коэффициента специфических особенностей сорта в зависимости от фаз вегетации, расчет планируемой урожайности и последующего определения дозы азота по табличным или графическим данным. (Точное внесение азотных удобрений:/Обобщенные рекомендации по использованию прибора N-тестер на посевах зерновых культур под общей редакцией Ю.Ф. Осипова КНИИСХ, М.И. Зазимко КГАУ, О.П. Захаровой, А.В. Поздеева, А.Б. Хорошкина, С.Г. Гришай.; / - Краснодар, ООО «Гидро Агри Рус» - Краснодар: Кн. Изд-во Е. Батоговой, 2003, стр. 11.)
Недостатком данного способа является то, что он основан на сравнении двух неравнозначных показателях: биологическом фактическом и расчетном уровнях содержания хлорофилла в листьях, кроме того, он трудоемок, так как для определения планируемой урожайности дополнительно требуется предварительная диагностика обеспеченности почвы фосфором и калием, а для засушливых районов необходимо еще учитывать и запасы продуктивной влаги, иначе их недостаток может явиться лимитирующим фактором в продукционном процессе и определенная данным способом доза азота может оказаться избыточной.
Известен способ определения дозы азотной подкормки сельскохозяйственных растений, включающий определение портативным устройством для листовой диагностики оптимального и фактического уровня содержания хлорофилла в листьях, с учетом сортовых особенностей, и количество килограммов действующего вещества азотного удобрения (К), соответствующее 1 условной единице уровня содержания хлорофилла в листьях, по разнице между его оптимальным и фактическим значениями уровня содержания хлорофилла в листьях (Р) судят о необходимости внесения азотной подкормки, а дозу (N) рассчитывают по формуле: N=К × Р;
где К - количество килограммов действующего вещества азотного удобрения, соответствующего 1 условной единице содержания хлорофилла в листьях;
Р - разница между оптимальным и фактическим значениями уровня содержания хлорофилла в листьях, в условных единицах (Патент РФ №2453097, МПК А01С 21/00, A01G 7/00, опубл. 20.06.2012. Бюл. №17) - прототип.
Недостаток способа заключается в том, что необходимо дополнительно в предварительных многолетних и полевых опытах определять оптимальные значения уровня содержания хлорофилла в листьях растений обследуемого сорта озимой пшеницы и количество килограммов действующего вещества азотного удобрения, соответствующего 1 условной единице показаний прибора N-тестер.
Патентный анализ показал, что несмотря на существование большого количества способов определения недостатка азота в питании растений путем использования разных биологических показателей растения и, в частности, уровня содержания хлорофилла, указывающих на уровень обеспеченности растений азотом, исследовательские поиски других объективных показателей активно продолжаются.
Задача изобретения - повышение объективности, точности и оперативности определения недостатка азота в питании растений озимой пшеницы.
Заявляемое изобретение основано на применении нового биологического показателя растения - коэффициента сравнения прироста уровня содержания хлорофилла (Кс).
Поставленная задача достигается тем, что определяют уровень содержания хлорофилла в растениях, растущих на площадях с разным уровнем азотного питания. Затем рассчитывают прирост уровня содержания хлорофилла растений, а о недостатке азотного питания судят по значению коэффициента сравнения прироста хлорофилла.
Технический результат достигается за счет: повышения объективности и точности путем применения нового расчетного показателя - коэффициента сравнения прироста уровня хлорофилла (Кс), повышения оперативности - путем сокращения времени на обследование.
Сущность изобретения. На обследуемой площади посева озимой пшеницы создают участки с тремя разными уровнями азотного питания. Предварительно создают два вида тест-участков - эталонные и контрольные в трехкратной повторности каждый.
Создание разных уровней питания на обследуемом посеве озимой пшеницы осуществляют следующим образом: на эталонных тест-участках создают повышенный уровень азотного питания растений путем применения двойной дозы удобрения относительно гектарной нормы для данного посева, на контрольных тест-участках не вносят азотные удобрения, на основной площади обследуемого посева, применяют одинарную дозу азотных удобрений, соответствующую гектарной норме азота.
Измерение уровня содержания хлорофилла в листьях осуществляют серийным портативным прибором для листовой диагностики «N-тестер». Согласно инструкции, прибор показывает значение уровня содержания хлорофилла в листьях растений в условных единицах. Этот известный прием использования портативного прибора для листовой диагностики по прямому назначению является общим с прототипом.
Затем рассчитывают прирост уровня содержания хлорофилла растений на основной площади посева и эталонных тест-участках:
1) на эталонных тест-участках прирост уровня содержания хлорофилла растений рассчитывают, как разницу между средним уровнем содержания хлорофилла растений на эталонных тест-участках и средним уровнем содержания хлорофилла на контрольных тест-участках.
2) на основной площади обследуемого посева прирост уровня содержания хлорофилла в растениях рассчитывают, как разницу между средним уровнем содержания хлорофилла растений на основной площади обследуемого посева и средним уровнем содержания хлорофилла на контрольных тест-участках.
На контрольных тест-участках прирост уровня хлорофилла не рассчитывают. Среднее значение уровня содержания хлорофилла растений на контрольных тест-участках используется для выявления прироста содержания хлорофилла растений на эталонных участках и основной площади обследуемого посева.
О недостатке азотного питания судят по коэффициенту сравнения прироста хлорофилла (Кс), который рассчитывают по формуле: Кс=Прэ/Про,
где Прэ - среднее значение прироста уровня хлорофилла растений на эталонных тест-участках, единиц хлорофиллометра;
Про - среднее значение прироста уровня хлорофилла растений на основной площади обследуемого посева, единиц хлорофиллометра; причем, если значение коэффициента сравнения прироста равно или больше, чем 1,5, то делают вывод о существенном недостатке азота в питании растений, если значение коэффициента сравнения прироста меньше, чем 1,5, то делают вывод о достаточном уровне азотного питания растений.
Наши многолетние наблюдения практики применения прибора «N-тестер» (SPAD metr) на посевах и опытных участках с озимой пшеницей позволили сделать следующие выводы. Опытным путем установлено, что при выявлении недостатка азота в питании растений по данному способу дополнительная азотная подкормка озимой пшеницы эффективна и способствует получению существенной прибавки урожая только в том случае, если прирост уровня хлорофилла растений эталонных тест-участков выше, чем прирост уровня хлорофилла растений на основной площади обследуемого посева на 50% и более процентов. Таким образом значимый недостаток азота в питании озимой пшеницы отмечают только в том случае, если средний прирост уровня хлорофилла растений эталонных тест-участков не менее, чем в 1,5 раза выше среднего прироста уровня хлорофилла растений на основной площади обследуемого посева.
Основным недостатком существующих аналогов является то, что в них не учитывают естественное изменение обеспеченности азотом растений пшеницы на фоне естественного плодородия почвы (без удобрения).
Патентный анализ показал, что из уровня техники известно применение коэффициента прироста численности клеток микроводорослей с целью оценки токсичности испытываемой пробы воды. О стабильности популяции и прогнозе ее развития судят по показателю размножения. Коэффициент прироста численности клеток микроводорослей в контрольной и опытной сериях К, отн. ед., рассчитывают по формуле К=Nt/NO, (1) где Nt - численность клеток микроводорослей в контроле или в испытываемой воде через учитываемый промежуток времени, тыс. кл/см3; N0 - исходная численность клеток микроводорослей, тыс. кл/см3 (Рекомендации Р 52.24.808 - 2014. Оценка токсичности поверхностных вод суши методом биотестирования с использованием хлорофилла).
Недостатком данного способа является особенность точечного применения коэффициента прироста численности специфичных клеток -только для микроводорослей.
3
В аналоге для расчета и сравнения используется показатель (N0-исходная численность клеток микроводорослей, тыс.кл/ см) который определяется и фиксируется предварительно за некоторое время до определения коэффициента прироста численности клеток микроводорослей в контрольной и опытной сериях. А затем данный показатель сравнивается с фактически измеряемым в данный момент №- численность клеток микроводорослей в контроле или в испытываемой воде через учитываемый промежуток времени, тыс. кл/см3. Таким образом сравниваются показатели неравнозначные по времени осуществления измерения (подсчета клеток микроводорослей, тыс. кл/см3). Не учитывают изменение контрольного показателя за время от предварительного измерения до фактического расчета коэффициента прироста микроводорослей.
Основным отличием заявляемого изобретения является то, что в рекомендациях в качестве показателя предложен коэффициент прироста численности клеток, а в заявляемом способе - коэффициент сравнения прироста уровня хлорофилла.
Примеры конкретного выполнения способа на разных сортах пшеницы мягкая озимая.
Пример 1. Необходимо определить недостаток азота в питании озимой мягкой пшеницы сорт АВЕСТА и установить необходимость проведения дополнительной азотной подкормки.
На поле создают тест-участки двух видов - контрольные и эталонные размером по 0,01 га в трехкратной повторности.
На основной площади обследуемого посева, кроме созданных тест-участков, вносят одинарную дозу азотных удобрений, соответствующую гектарной норме азота, а именно 150 кг/га аммиачной селитры.
На эталонные тест-участки вносят удобрения в двойной дозе относительно гектарной нормы основного обследуемого посева. В нашем примере в дозе 300 кг/га.
На контрольные тест-участки азотные удобрения не вносят.
Уровень содержания хлорофилла в растениях на эталонных, контрольных тест-участках и на основной площади обследуемого посева, измеряют серийным портативным прибором «N-тестер».
В нашем примере результаты измерений уровня содержания хлорофилла в растениях:
1) на эталонных тест-участках: 690, 695, 715, в среднем 700 единиц хлорофиллометра.
2) контрольных тест-участках: 595, 625, 580, в среднем 600 единиц хлорофиллометра.
3) на основной площади посева: 670, 650, 660, в среднем 660 единиц хлорофиллометра.
Затем рассчитывают:
1) прирост уровня содержания хлорофилла растений на эталонных тест-участках как разницу между средним уровнем содержания хлорофилла растений на эталонных тест-участках (700 единиц) и средним уровнем содержания хлорофилла на контрольных тест-участках (600 единиц). В нашем примере 700-600=100 единиц хлорофиллометра;
2) прирост уровня содержания хлорофилла в растениях на основной площади обследуемого посева как разницу между средним уровнем содержания хлорофилла растений на основной площади обследуемого посева (660 единиц) и средним уровнем содержания хлорофилла на контрольных тест-участках (600 единиц). В нашем примере 660-600=60 единиц хлорофиллометра;
3) коэффициент сравнения прироста (Кс) рассчитывают, как отношение прироста уровня хлорофилла растений на эталонных тест-участках (100 единиц) к приросту уровня хлорофилла растений на основной площади обследуемого посева (60 единиц) по формуле: Кс=Прэ/Про.
В нашем примере Кс=100/60=1,67.
О недостатке азотного питания судят по значению Кс. В нашем примере значение коэффициента сравнения прироста уровня хлорофилла равно 1,67. Был сделан вывод о существенном недостатке азота в питании растений. Следовательно, требуется дополнительная азотная подкормка посева.
Пример 2. Необходимо определить недостаток азота в питании растений озимой мягкой пшеницы сорт ДОМИНАНТА и установить необходимость проведения дополнительной азотной подкормки озимой пшеницы.
На поле создают тест-участки двух видов - контрольные и эталонные размером по 0,01 га в трехкратной повторности.
На основной площади обследуемого посева, кроме созданных тест-участков, вносят одинарную дозу азотных удобрений, соответствующую гектарной норме азота, а именно 150 кг/га аммиачной селитры.
На эталонные тест-участки вносят азотные удобрения в двойной дозе относительно гектарной нормы основного обследуемого посева. В нашем примере в дозе 300 кг/га.
На контрольные тест-участки азотные удобрения не вносили.
Уровень содержания хлорофилла в растениях на эталонных, контрольных тест-участках и на основной площади обследуемого посева, измеряют серийным портативным прибором «N-тестер».
В нашем примере результаты измерений уровня содержания хлорофилла в растениях:
1) на эталонных тест-участках: 550, 555, 515, в среднем 540 единиц хлорофиллометра.
2) контрольных тест-участках: 425, 380, 395, в среднем 400 единиц хлорофиллометра.
3) на основной площади посева: 515, 490, 495, в среднем 500 единиц хлорофиллометра.
Затем рассчитывают:
1) прирост уровня содержания хлорофилла растений на эталонных тест-участках, как разницу между средним уровнем содержания хлорофилла растений на эталонных тест-участках (540 единиц) и средним уровнем содержания хлорофилла на контрольных тест-участках (400 единиц). В нашем примере 540-400=140 единиц хлорофиллометра;
2) прирост уровня содержания хлорофилла в растениях на основном обследуемом посеве как разницу между средним уровнем содержания хлорофилла растений на основной площади обследуемого посева (500 единиц) и средним уровнем содержания хлорофилла на контрольных тест-участках (400 единиц). В нашем примере 500-400=100 единиц хлорофиллометра;
3) коэффициент сравнения прироста (Кс) рассчитывают, как отношение прироста уровня хлорофилла растений на эталонных тест-участках (140 единиц) к приросту уровня хлорофилла растений на основной площади обследуемого посева (100 единиц) по формуле: Кс=Прэ/Про.
В нашем примере Кс=140/100=1,4.
Значение коэффициента сравнения прироста (Кс) меньше чем 1,5, что позволяет сделать вывод о достаточном уровне азотного питания растений. Таким образом, по значению коэффициента сравнения прироста уровня хлорофилла 1,4, был сделан вывод о достаточном уровне азотного питания растений. Следовательно, дополнительная азотная подкормка озимой пшеницы не требуется.
Преимущества способа. Способ позволяет в полевых условиях объективно и точно, с учетом биологических и сортовых особенностей растений, определять необходимость проведения азотной подкормки. Заявляемый способ позволяет учитывать комплекс особенностей в системе почва-растение. Азотные удобрения по стоимости их приобретения, транспортировке и внесению занимают до 40% в себестоимости продукции растениеводства. В настоящее время при использовании ресурсосберегающих технологий возделывания сельскохозяйственных культур разработка новых способов определения необходимости дифференцированного применения азотной подкормки в экономическом и экологическом аспектах является приоритетной задачей.