CC BY
49
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЕ НАУКИ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 1 (108) 2012
150
УДК 631.86: 633.16
Ю. И. ЕРМОХИН В. Н. ОБУХОВ
Омский государственный аграрный университет им. П. А. Столыпина
МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ СВЯЗИ В СИСТЕМЕ «ПОЧВА-УДОБРЕНИЕ-РАСТЕНИЕ»
И ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ УДОБРЕНИЙ ПОД ГОЛОЗЕРНЫЙ ЯЧМЕНЬ______________________________
В статье рассматривается комплексный подход к диагностике потребности голозерного ячменя в удобрениях, статистический метод анализа системы «почва — растение — удобрение», с помощью которого построены математические модели, позволяющие связать формирование урожая с дозами и сочетаниями применяемых удобрений. Ключевые слова: диагностика, азотные и фосфорные минеральные удобрения, урожай.
Оптимальные условия минерального питания растений складываются из характеристики химического состава почв и связанного с этим дополнительного внесения питательных веществ удобрений.
Полевые опыты, в которых испытывают несколько возрастающих доз и сочетаний каждого из питательных веществ, могут служить надежным методом диагностики потребности и эффективности минеральных удобрений.
При комплексном подходе к диагностике питания культур необходимо иметь такие данные, как оптимальные уровни и соотношения основных элементов питания в почве, их вынос единицей урожая, коэффициенты использования питательных веществ из почвы и удобрений и другие параметры, которые используются при расчете доз удобрений. Установление этих связей и закономерностей, представление их в математическом выражении, с учетом почвенноклиматических условий и особенностей возделывания культур, является необходимостью для получения максимально высоких и биологически полноценных урожаев [1].
В наших исследованиях аммиачную селитру, двойной гранулированный суперфосфат и хлористый калий вносили в лугово-черноземную среднемощную среднегумусовую тяжелосуглинистую почву до посева с последующей заделкой культиватором. Учетная площадь делянок составила 18 м2.
Для оперативного осуществления почвенной диагностики потребности ярового голозерного ячменя в удобрениях специально разработан оперативный экспресс-метод экстрагирования элементов питания 2%-ной уксусной кислотой из почвы и растений [2]. Установленные уровни содержания (С) элементов питания в почве с помощью 2%-ной СН3СООН можно пересчитать на стандартные методы по формулам Ю. И. Ермохина (1, 2):
Р205(по Чирикову) =
Ср2с5 + 0,48 0,28 '
(2)
Данные результатов анализа почвенных образцов приведены в табл. 1.
При статистической обработке данных полевого опыта были построены математические модели (рис. 1, 2), позволяющие связать конечный результат (накопление нитратного азота и подвижного фосфора в почве) с действующими величинами (дозами применяемых удобрений). На существующую связь между Ы — ИОз и Р2О5 (Х, мг/100 г) и урожаем (У, т/га) указывают коэффициенты корреляции (г = 0,99).
Математическая обработка данных, полученных в полевых опытах с удобрениями за три года, и химического анализа почвы позволила установить, а затем выразить через уравнения регрессии зависимости содержания нитратного азота (УЫ) и подвижного фосфора (Ур) в слое почвы 0 — 30 см от доз вносимых в почву азотных и фосфорных удобрений.
По годам исследований коэффициенты корреляции между дозами и содержанием азота и фосфора в почве составили от 0,95 до 0,99 для азота и 0,99 для фосфора. В среднем за годы исследований данная связь характеризуется уравнениями (3 — 4):
УК - ЫО3 = 0,0239 Х1 + 2,32 г = 0,99, «ЬК» = 0,024
УР2О =0,0309 Х2 + 5,0
г = 0,99,
«Ьр» = 0,031
(3)
(4)
N - Ы03(водная вытяжка) =
1,24
(1)
Из уравнений (3 — 4) следует, что применение каждого килограмма азотных и фосфорных удобрений (д.в./га) повышает содержание Н — ЫО3 и Р2О5 в слое почвы 0 — 30 см на 0,024 мг/100г и 0,031 мг/100 г (2%-ная СН3СООН вытяжка) и, соответственно, на 0,019 и 0,11 мг/100г (стандартный метод определения — водная и 0,5Н СН3СООН вытяжка по Чири-кову).
С — 012
——N—N0 °,12
Влияние доз азотных и фосфорных удобрений на содержание нитратного азота и подвижного фосфора в слое почвы 0-30 см
Варианты Полевые опыты Полевые опыты
1 2 з Ср. 1 2 з Ср.
2%-ная СНзСООН вытяжка Водная вытяжка
N — NОз в слое почвы 0 — 30 см, мг/100 г
Контроль 2,18 2,75 2,21 2,з8 1,66 2,12 1,68 1,82
Р30К30 2,27 2,60 2,19 2,з5 1,7з 2,0 1,67 1,80
^0Рз0Кз0 2,87 з,зб 2,81 з,01 2,21 2,61 2,17 2,зз
^Рз0Кз0 з,47 з,88 з,62 з,65 2,70 з,0з 2,82 2,85
^0Рз0Кз0 4,9з 4,48 4,28 4,56 з,88 з,51 з,з5 з,58
2%-ная СНзСООН вытяжка Стандартный метод
Р2О5 в слое почвы 0 — з0 см, мг/100 г
Контроль 5,04 4,5з 5,з8 4,98 19,7 17,9 20,9 19,5
^0Кз0 5,99 4,17 5,з7 5,18 2з,1 16,6 20,9 20,2
^0Рз0Кз0 6,26 5,45 6,07 5,92 24,1 21,1 2з,4 22,8
^0Рб0Кз0 7,4 6,з1 7,0 6,90 28,1 24,2 26,7 26,з
^РэдКз0 8,28 7,2 7,76 7,74 з1,2 27,4 29,4 29,з
Таблица 2
Влияние минеральных удобрений на урожайность ярового голозерного ячменя
Вариант Урожайность голозерного ячменя, т/га
Полевые опыты
1 2 з Среднее
Контроль 2,98 з,12 з,0з з,04
Рз0Кз0 з,26 з,з6 з,40 з,з4
NзoPзoКзo з,46 з,54 з,51 з,5
N6oPзoКзo з,6 з,6з з,49 з,57
NgoPзoКзo з,68 з,7з з,55 з,65
NзoKзo з,2 з,2з з,27 з,2з
NзoPзoКзo з,46 з,54 з,51 з,5
NзoP6oКзo з,71 з,78 з,64 з,71
^РэдКз0 з,96 з,99 з,89 з,94
Чтобы повысить содержание Н — ЫО3 и Р2О5 в почве на 1 мг/100 г, используя экспресс-метод (2%-ную СН3СООН вытяжку) необходимо внести, соответственно, 41 кг N и 32 кг Р2О5.
Влияние минеральных удобрений на урожайность ярового голозерного ячменя представлены в табл. 2.
На основе экспериментальных данных и статистического метода анализа исследуемой системы «почва — растение — удобрение» были построены математические модели, позволяющие связать конечный результат (урожайность зерна голозерного ячменя — У1 и У2) с действующими величинами (химическим анализом содержания нитратного азота (Х1, мг/100 г), подвижного фосфора (Х2, мг/100 г) в почве. В результате получены эмпирические уравне-ния регрессионного типа (уравнения 5 — 6, рис. 3, 4):
У1 = 0,25 Х1 + 2,57 г = 0,75; (5)
У2 = 0,25 Х2 +1,98 г = 0,99. (6)
Исследования данной системы показали, что при содержании N — NО3 и Р2О5 в слое почвы 0 — 30 см от низкого до оптимального уровня наблюдается прямая зависимость формирования величины урожая голозерного ячменя.
Полученные на основе средних многолетних данных уравнения (5, 6) свидетельствуют о том, что при увеличении содержания N — NО3 и Р2О5 в почве в пределах оптимального уровня на 1 мг/100 г, урожайность зерна голозерного ячменя в среднем увеличивается на 0,25 т/га в обоих случаях.
Поэтому, зная химический состав почвы и отзывчивость культуры на удобрения в конкретных почвенных условиях, можно прогнозировать величину урожая с помощью математических моделей.
Полученные нами математические модели (формулы 3 — 4 и 5 — 6) позволяют связать нахождение в почве доступного азота и фосфора с дозами применяемых удобрений в основное внесение и величиной урожая голозерного ячменя.
Подставляя в уравнения (3, 4) лучшие дозы азота (30 кг/га) и фосфора (60 и 90 кг/га), а в уравне-
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 1 (108) 2012 СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЕ НАУКИ
151
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЕ НАУКИ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 1 (108) 2012
Дозы азота удобрений, кг/га
Рис. 1. Взаимосвязь между дозами азотных удобрений и содержанием нитратного азота
в слое почвы 0-30 см
Дозы фосфора удобрений, кг/га
Рис. 2. Взаимосвязь между дозами фосфорных удобрений и содержанием подвижного фосфора
в слое почвы 0-30 см
Содержание N-N03, мг/100г почвы
Рис. 3. Графическое изображение математической модели зависимости урожайности голозерного ячменя
от содержания N-NОз в слое почвы 0-30 см
Содержание Р2О5, мг/100г почвы
Рис. 4. Графическое изображение математической модели зависимости урожайности голозерного ячменя
от содержания Р2О5 в слое почвы 0-30 см
ния (7, 8) — полученные оптимальные уровни N — NО3 и Р2О5 в почве (мг/100г) мы спрогнозируем планируемые урожаи голозерного ячменя (уравнения 9, 10):
уровень N — N0^0,024 ■ 30 + 2,32 =
= 3,04»3,0 мг/100 г почвы; (7)
уровень Р205 = 0,031 ■ (60 и 90) +5,0 = 6,86
и 7,79»7,32 мг/100 г почвы; (8)
уровень Ут/га = 0,25 ■ 3,0(N — N03)+ 2,57 =
= 3,32 (факт. 3,3 т/га); (9)
уровень Ут/га = 0,25 ■ 7,32(Р205) + 1,98 =
=3,81 (факт. 3,8 т/га). (10)
При определении содержания N — N03 и Р205 в почве стандартными методами (водная и 0,5Н СН3СООН вытяжки), согласно уравнениям (1 — 2) оптимальные уровни составят: N — N0,5 — 2,3 мг/100 г и Р2О5 — 28 мг/100 г почвы.
2 5
Уравнения (7 — 8) показывают, что на одну часть нитратного азота должно приходиться подвижного фосфора 2,4 частей (2%-ная СН3СООН вытяжка) или около 9 частей (0,5Н СН3СООН — метод Чирикова).
Таким образом, из установленных оптимальных (Эо, мг/100 г) и фактических (Эф, мг/100 г) параметров химического состава почвы, коэффициентов интенсивности действия азотных (^ = 0,024 мг/100 г почвы) и фосфорных (Ър = 0,031 мг/100 г почвы) удобрений на химический состав почвы (уравнения 3 — 4) предлагаются формулы расчета доз удобрений (11 — 14) под голозерный ячмень, в кг д.в./га:
Д^(Эо —Эф)/0,024; (11)
Др= (Эо — Эф)/0,031; (12)
или
ДN=(Эо-Эф) ■ 41; (13)
Др= (Эо — Эф) ■ 32. (14)
Разработанные математические модели связи в системе «почва —растение —удобрение» позволяют прогнозировать действие расчетных доз азотнофосфорных удобрений на урожайность голозерного ячменя с учетом оптимальных, а также фактических, агрохимических параметров и соотношения N — N0,5 и Р205 в слое почвы 0 — 30 см, что дает возможность агроному-агрохимику подняться от простого эмпиризма с удобрениями на уровень научного прогнозирования действия удобрений на почву и растение.
Библиографический список
1. Ермохин, Ю. И. Почвенная диагностика обеспеченности растений макро- и микроэлементами на черноземах Западной Сибири : учеб. пособие / Ю. И. Ермохин. — Омск : Изд-во ОмГАУ, 2005. - 92 с.
2. Ермохин, Ю. И. Экспресс-методы химической диагностики потребности сельскохозяйственных культур в удобрениях : учеб. пособие / Ю. И. Ермохин. — Омск : Вариант-Омск, 2010. — 120 с.
ЕРМОХИН Юрий Иванович, доктор сельскохозяйственных наук, профессор (Россия), профессор кафедры агрохимии, заслуженный деятель науки РФ, академик Международной и Российской академий аграрного образования.
ОБУХОВ Владимир Николаевич, аспирант кафедры агрохимии.
Адрес для переписки: [email protected]
Статья поступила в редакцию 27.12.2011 г.
© Ю. И. Ермохин, В. Н. Обухов
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 1 (108) 2012 СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЕ НАУКИ
