Джуманиязова Ю., Ибрагимов Н., Рузимов Ж., Хаитбоева Ж., Курязов И.
ННО «KRASS»

Актуальность инновации

Вновь и вновь в стране поднимается вопрос о продовольственной безопасности. Нам необходимо повышать производительность сельского хозяйства для производства большего количества продовольствия. Но это требование ставится на фоне снижающегося плодородия наших земель. Другими словами, фермеры должны производить больше, в то время как необходимо учитывать объективные факторы производства – т.е. качество земель, количество воды, и т.д. В этой статье мы постараемся рассказать об использовании в сельском хозяйстве азота, его влиянии на урожайность и самое главное о том, как наиболее эффективно регулировать использование азота, чтобы получить как можно больше урожая.

Любой фермер знает, что среди комплекса агротехнических мероприятий, направленных на повышение урожайности хлопчатника, озимой пшеницы, кукурузы и других культур, одно из ведущих мест принадлежит применению минеральных, особенно азотных удобрений. Азот играет важную роль в питании сельскохозяйственных культур, выращиваемых на почвах аридной зоны. В зависимости от почвенных, климатических и агротехнических условий, азотные удобрения зачастую обеспечивают 50% и более прибавки урожая. Именно поэтому все без исключения фермеры активно используют азотные удобрения – дают растению корм для роста. Однако каждое растение должно взять столько азота, сколько ему необходимо. Отсюда встает вопрос – как простому фермеру узнать, сколько необходимо азота каждому растению в каждый отдельный период времени?

Этот вопрос важен по нескольким причинам. Во-первых, азотные удобрения стоят денег. Если фермер неправильно применяет азотные удобрения, растение возьмёт ровно столько, сколько ему нужно для роста, а остальное либо испаряется в атмосферу, либо смывается с водой. По подсчетам ННО «КРАСС» с полей Узбекистана испаряется в атмосферу неправильно примененных удобрений на сумму не менее 36 миллионов долларов США в год. Приведем простой пример. Фермеры часто применяют удобрения при поливе. Это приводит к тому, что более 40% удобрений смывается сразу, не доходя до растений.

Во-вторых, если фермер неправильно применяет азотное удобрение, он может не внести нужного количества удобрений, что, в свою очередь, повлияет на урожайность. Однако при одностороннем избытке азота задерживается созревание растений, они образуют большую вегетативную массу, но мало зерна или клубней и корнеплодов у зерновых и льна. Избыток азота может вызывать полегание. Нитраты (соли азотной кислоты) легко передвигаются в почве и могут вымываться из корнеобитаемого слоя осадками и дренажными водами. Вымывание нитратов из тяжелых почв под растениями обычно незначительно – в среднем 3-5 кг с 1 га. Однако на легких, особенно парующих почвах в увлажненных районах, а также в условиях орошаемого земледелия такие потери могут достигать значительных величин – до 30-50 кг на 1 га и более.

Ну и в-третьих, азот – очень летучее вещество и легко соединяется с кислородом. Соединяясь с кислородом, азот превращается в парниковый газ, который крайне негативно влияет на изменение климата на всей планете. Влияние закиси азота на климатическую систему в 298 раз выше воздействия простого углекислого газа.

Вот только несколько причин, почему правильное использование азотного удобрения важно, как для фермеров, так и для страны в целом и для всего глобального сообщества.

В настоящее время рекомендуемые нормы и сроки внесения азотных удобрений носят общий характер и редко учитывают особенности почвы и сельскохозяйственных культур, а также текущие климатические условия. Содержание минерального азота в почве может варьировать в широких пределах в зависимости от многих почвенно-экологических факторов. При этом фермер затрудняется правильно определить азотное состояния растения и провести соответствующую корректировку вносимых норм азотных удобрений для получения высокого и качественного урожая культур.

Традиционные методы определения азотного состояния почвы и растений требуют значительных трудовых и финансовых затрат на отбор образцов и проведение химических анализов. Поэтому на практике азотные удобрения часто вносятся без учета потребностей выращиваемых культур, что приводит к переизбытку или недостатку азота в почве в период вегетации растений. Приложение методов растительной диагностики является одним из альтернативных методов применения азотных удобрений в соответствии с биологическими потребностями растений.

Существует масса простых альтернативных способов, которые позволят сэкономить деньги фермерам на закупку соответствующего количества удобрений, повысить урожайность при правильном применении азотных удобрений и избежать ненужных выбросов парниковых газов в атмосферу.

Во многих странах мира при внесении азотных удобрений успешно используется ряд приборов, таких как цветная диаграмма, хлорофиллметр, оптический сенсорный прибор и др. Эти приборы позволяют определить азотное состояние сельскохозяйственных культур, почвы и позволяют рассчитать необходимую дозу азота для внесения в течение вегетационного периода. Это существенно повышает эффективность применяемых норм азота и сокращает экономические и экологические издержки от использования азотных удобрений в сельскохозяйственном производстве.

Цветная диаграмма – это простой и дешевый (стоимость около 1 долл. США) прибор, удобный для использования в полевых условиях. Определитель цветной шкалы сделан из пластмассы, который состоит из шести отсеков зеленого цвета разной насыщенности. На основании цвета определяется содержимое азота в растениях. В период роста озимой пшеницы измерения на цветной диаграмме проводятся путем сравнения с цветом полностью распустившихся листьев сельхозкультур. Потребность растения в азоте определяется по "озеленению" листьев, сорту и периоду роста и на этой основе выводится необходимое количество азотного удобрения.

Хлорофиллметр SPAD-502¹ – это компактный (умещается на ладони) и легкий (225 граммов) прибор. Измерение содержания азота производится оперативно в полевых условиях на полностью распустившемся листе, который расположен на верхушке стебля растения (см. фото). При этом нет необходимости срывать или срезать лист с растения, что позволяет осуществлять измерения в течение всего вегетационного периода без причинения ущерба растению. Легкий в применении, хлорофиллметр информирует пользователя об азотном состоянии растения в режиме реального времени и о возможном его достатке или недостатке. Используя показатели хлорофиллметра, фермер может скорректировать нормы азотных удобрений для внесения в период вегетации культуры.

Стоимость одного хлорофиллметра SPAD-502 составляет 2500 долларов США. Анализ показал, что фермер с посевной площадью 100 га сможет окупить инвестиции в хлорофиллметр уже в первый год использования за счет эффективного использования азотных удобрений и экономии средств на их покупку.

Следующим приспособлением, определяющим количество азота в растениях, является ручной оптический сенсорный прибор GreenSeeker. Он позволяет не только определить необходимую дозу азота для внесения в период вегетации сельскохозяйственных культур, но и отслеживать развитие надземной биомассы растений и прогнозировать ожидаемый урожай. При этом не причиняется ущерба растениям, то есть, в этом случае нет необходимости отбора растительных образцов.

Цветная диаграмма (Nitrogen Parameters-LCC)

Хлорофиллметр SPAD-502

Оптический сенсорный прибор GreenSeeker

Описание инновации

Оптический сенсорный прибор GreenSeeker состоит из датчика, карманного компьютера, аккумулятора и рукоятки. При этом он компактный и весит около 6 кг, что позволяет одному человеку легко управлять им при проведении измерений. GreenSeeker посылает инфракрасные лучи и измеряет зеленые части растении, затем сенсор принимает отраженные лучи от растений и указанный на мониторе показатель (вегетативный индекс) позволяет судить об азотном состоянии обследуемой культуры. С помощью этого прибора также возможно определение количества надземной биомассы растений в режиме реального времени, что позволяет прогнозировать будущий урожай. Так, в результате проведенных экспериментов на опытных полях Хорезма, выявлена высокая зависимость (до 90%) между объемом надземной биомассы и прогнозируемым урожаем озимой пшеницы.

Преимущества/выгоды инновации

Главное достоинство оптического сенсорного прибора GreenSeeker заключается в том, что с его помощью можно определять азотное состояние растений и вводить поправки к подкормочным дозам азота. В целом, GreenSeeker обладает следующими преимуществами:

- простота и удобство в использовании;
- высокая точность и оперативное измерение содержания азота в растениях в полевых условиях;
- позволяет определить необходимую норму азота для внесения в период вегетации растений;
- количественное определение надземной биомассы растений;
- позволяет прогнозировать урожай с точностью до 90%;
- экономия финансовых затраты и времени;
- экологические выгоды за счет возможного снижения норм азота.

Таблица № 1. Экономия средств на азотные удобрения при использовании GreenSeeker

*официальный курс доллара США по состоянию на 29.06.2010, когда были проведены расчеты, составил 1595 сумов (ЦБ РУз);
* в качестве азотного удобрения использована аммиачная селитра (272,6 тыс.сумов/т);
* рекомендованная норма азота на хлопчатнике – 200 кг/га, озимой пшенице – 180 кг/га.

Внешний вид оптического сенсорного прибора GreeSeeker

Эффект применения инновации в масштабах области. Экстраполяция вышеприведенных расчетов в масштабах области также дала впечатляющие результаты (см. таблицу 2). Для обеспечения фермеров, например, Хорезмской области хлорофиллметрами требуются инвестиции в размере 2,6 млн. долл. США, которые бы окупились в течение 2-х лет за счет экономии средств на внесении удобрений.

Таблица № 2. Эффект от использования хлорофиллметра в масштабах Хорезма

* на 100 га посевных полей требуется один хлорофиллметр

Использование хлорофиллметра на хлопковых полях Хорезмской области дало бы возможность сократить количество вносимой селитры на 2,7 тыс. тонн при 5% снижении нормы азота и на 5,4 тыс. тонн при 10% ее снижении, что составило бы 1,4 млрд.сумов (930 тыс. долл. США). Применение же хлорофиллметра на пшеничных полях позволило бы сэкономить 236 млн.сумов (148 тыс.долл. США) при 5% снижении нормы азота и 472 млн.сумов (296 тыс.долл. США) при 10% снижении нормы внесения азотных удобрений. Если учесть, что на 100 га необходим один оптический прибор GreenSeeker, то, как показывают расчеты, инвестиции в GreenSeeker окупятся уже в первый год использования прибора при его минимальной цене в 2500 долл. США и на пятый год – при максимальной цене в 7000 долл. США.

Как показывают расчеты, применение хлорофиллметра SPAD-502 и оптического сенсорного прибора GreenSeeker окупается как на уровне фермерского хозяйства, так и в масштабах целой области. За рубежом уже начали производить более дешевые модификации этого прибора, что дает основание надеяться на широкое внедрение оптического сенсора в сельскохозяйственную практику Узбекистана. Инвестиции в приобретение этого прибора могут окупиться за срок от 1 года до 5 лет, в зависимости от первоначальной стоимости.

Применение оптического сенсорного прибора на хлопчатнике

Выводы

Расчеты показали, что, используя хлорофиллметр SPAD-502 в хозяйстве с площадью 100 га, фермер сможет сэкономить до 1000 долл. США только за счёт разумного использования азотных удобрений. В целом в Хорезмской области годовая экономия N-удобрений за счёт использования SPAD-502 составит 930 000 долл. США на хлопковых полях и 296 000 долл. США на посевах озимой пшеницы.

При существующем чередовании культур (хлопчатник/озимая, пшеница/рис) в Хорезмской области выбросы парниковых газов однолетних культур в среднем составляют 6,8 кг CO2 экв/га/день или 2,5 т CO2 экв/га/год. Принимая это за средний показатель для всей орошаемой площади страны (4,3 млн.га) можно рассчитать, что годовые потоки N2O и CH4 составляют ~10,5 млн. тонн эквивалента углерода. Таким образом, повышение эффективности применяемых минеральных удобрений в сельском хозяйстве позволит снизить показатели выбросов парниковых газов.

Вместе с тем, отсутствие необходимой информации, знаний и контактов у фермеров для приобретения и использования различных методов определения количества азота и его правильного применения препятствуют продвижению данной инновации в сельском хозяйстве. В качестве решения этой проблемы можно предложить организацию централизованной закупки оптического сенсора через уполномоченные органы (например, Хокимият, управления Минсельводхоза) в кооперации с коммерческими банками для выбора оптимального источника финансирования. При этом, можно обеспечить оптическими сенсорами в расчете 1 прибор на 100 га, который мог бы потом выдаваться фермерам в аренду.

За дополнительной информацией обращайтесь к ННО «КРАСС»:

Джуманиязова Юлдузой Абдушариповна
кандидат сельскохозяйственных наук, старший преподаватель УрДУ.
Тел.: +998 91 430 76 23
e-mail: yulduz.d@gmail.com

Ибрагимов Назирбай Мадримович
профессор, доктор сельскохозяйственных наук, ведущий научный сотрудник лаборатории агрохимии УзНИИ хлопководства.
e-mail: nazar.ibragimov@mail.ru

Рузимов Жуманазар Шарипович
кандидат сельскохозяйственных наук, доцент УрДУ.
Тел.: +998 91 434 93 79
e-mail: ruzimov_j@mail.ru

Хаитбоева Жамила Умаровна
научный сотрудник УрДУ.
e-mail: jamilahaitbaeva@rambler.ru

Курязов Иззат Ражабович
научный сотрудник УрДУ.
e-mail: izzat_84@mail.ru

¹Проектом был протестирован хлорофиллметр SPAD-502, хотя в мире широко распространены и другие модели, и марки хлорофиллметра.

²В рамках проекта ЦЭФ/ЮНЕСКО в Хорезмской области Узбекистана проведены разнообразные и глубокие исследования, направленные на повышение эффективности азотных удобрений на основных культурах, возделываемых в регионе.