Zwykle jest tak, że pola uprawne niezależnie od wielkości, nawożone są stałą dawką nawozu – przy założeniu, że jest to powierzchnia jednorodna pod względem gleby, odczynu czy zasobności w składniki pokarmowe. Jednak pole to nie zawsze teren jednolity, często występuje przestrzenne zróżnicowanie warunków uprawy na jego powierzchni, co może prowadzić do zastosowania zbyt małych dawek azotu w jednych częściach pola lub przenawożenia innych fragmentów. Optymalne aplikowanie nawozu we właściwym terminie, we właściwej ilości oraz we właściwym miejscu na polu wpływa na efektywność produkcji. Jest to możliwe dzięki nowym technologiom. Mowa o precyzyjnym nawożeniu.

Poznaj swoje zasoby

Optymalne nawożenie wymaga rozpoznania przestrzeni produkcyjnej pola, w tym zmienności gleb. Tradycyjnie określenie zasobności opiera się na pobraniu prób glebowych i poddaniu ich analizie laboratoryjnej. Odpowiednie rozmieszczenie punktów poboru prób oraz sposób ich pobrania mają wpływ na dokładność oznaczeń. Zazwyczaj próbka zbiorcza złożona jest z 20 próbek reprezentujących obszar ok. 4 ha. Przy dużej zmienności w obrębie pola pobranie prób z taką rozdzielczością bywa niewystarczające, gdyż duże zróżnicowanie warunków glebowych może występować także na małych obszarach. Z uwagi na fakt, że pobranie i analiza dużo większej liczby prób są pracochłonne, kosztowne i czasochłonne, poszukuje się innych rozwiązań.

Coraz częściej wykorzystuje się pośrednie pomiary właściwości gleb. Pomiary mogą być wykonywane w czasie przejazdu. Pozwalają one na określenie właściwości gleby w sposób ciągły. Przykład mogą stanowić urządzenia oparte na przewodności elektrycznej (electrical conductivity – EC) gleby.

Azot – kluczowy składnik

Jak powszechnie wiadomo, nawożenie azotem wpływa na plon. Nie jest też tajemnicą, że nawozy mineralne stanowią dużą część w kosztach produkcji, zatem nieracjonalność w stosowaniu nawozu może prowadzić do zmniejszenia jej opłacalności. Zbyt mała ilość azotu to słabsze rośliny i straty w plonie, z drugiej jednak strony jego nadmiar może wpływać niekorzystnie na środowisko naturalne.

Efekty nawożenia azotem są widoczne na roślinach zazwyczaj dość szybko po nawożeniu, niedobór lub nadmiar azotu rośliny sygnalizują zabarwieniem liści. Bywa, że na polach widoczne są miejsca o ewidentnie jaśniejszym lub bardzo ciemnym zabarwieniu, co może być rezultatem aplikacji zbyt dużej dawki azotu czy pominięcia fragmentów pola.

Optymalnie, czyli jak?

Jak zatem nawozić optymalnie? Odpowiedź pozornie jest prosta. Optymalnie, czyli zgodnie z aktualnymi potrzebami nawozowymi roślin, przy uwzględnieniu wszelkich czynników mających wpływ na efektywność nawożenia i jednoczesnym zachowaniu dbałości o środowisko naturalne. Pytanie, jak to zrobić?

Z pomocą przychodzą nowoczesne technologie, w tym rolnictwo precyzyjne. Jednym z elementów rolnictwa precyzyjnego jest zmienne stosowanie środków produkcji, w tym nawozów (variable rate application – VRA). Stosowanie zmiennych dawek, odpowiednich do aktualnego stanu i potrzeb roślin, jest coraz częściej praktykowane w gospodarstwach wdrażających rolnictwo precyzyjne.

Stan roślin

Jak zatem wykorzystać informacje o stanie roślin? Na podstawie oceny wizualnej można „ręcznie” zróżnicować dawkę azotu, jednak w praktyce, przy dużych areałach, może to być trudne do wykonania. Systemy zmiennego dawkowania azotu VRA ogólnie mówiąc automatyzują cały proces. Przy ocenie stanu roślin oczy operatora zastępuje „elektroniczny wzrok” w postaci czujników optycznych. Do pomiaru ilości światła odbitego czy pochłoniętego przez rośliny stosuje się ręczne lub montowane na maszynach rolniczych sensory optyczne. Stan odżywienia roślin określany jest na podstawie odbicia lub pochłaniania światła przez rośliny. Rośliny bardziej zielone, bogatsze w chlorofil, pochłaniają więcej światła w zakresie czerwieni (Red), a odbijają więcej bliskiej podczerwieni – NIR (near infrared). Na podstawie pomiarów wyznaczane są wskaźniki roślinne, inaczej nazywane wegetacyjnymi (vegetation indices; VI). Za ich pośrednictwem dokonuje się oceny stanu roślin na polu. Wskaźnikiem często stosowanym jest znormalizowany różnicowy wskaźnik zieleni NDVI (normalized difference vegetation index), wyznaczany ze wzoru: NDVI = (NIR − Red)/(NIR + Red). Wskaźnik przyjmuje wartości w zakresie od −1 do +1 i jest związany m.in. ze stanem zdrowotnym roślin, ich biomasą i stopniem odżywienia.

Wskaźniki roślinne, algorytm, kalibracja

Prócz wartości wskaźników do wyznaczenia optymalnej dawki azotu w danym miejscu na polu potrzebny jest jeszcze algorytm, który zinterpretuje, przeliczy wartości odczytów z czujników i przełoży je na zalecaną dawkę azotu. Istotne jest, by algorytm uwzględniał specyficzne warunki danego rejonu uprawy. W panelu sterującym można m.in. wskazać wartości minimalne i maksymalne, w których ma się mieścić zmienna dawka azotu, oraz określić tzw. trend. Trend oznacza kierowanie wyższych lub niższych dawek azotu w zależności od stopnia odżywienia roślin. Zazwyczaj im wyższa wartość NDVI, tym lepiej odżywione rośliny. W tych miejscach wysiewa się niższą dawkę azotu.

Przy wysiewie tzw. dawki jakościowej jest natomiast stosowany czasem odwrotny trend: w im lepszej kondycji są rośliny, tym wyższą dawkę azotu się na nie kieruje. W tym miejscu warto podkreślić, iż wyższe dawki azotu w miejscach o słabszych roślinach będą uzasadnione tylko w przypadku pewności, że przyczyną słabszej kondycji roślin jest brak azotu, a nie inne czynniki, które mogłyby ograniczać rozwój roślin. Należy bowiem mieć na uwadze złożoność procesów i czynników determinujących rozwój roślin, w tym warunki glebowe, klimatyczne, agrotechniczne. Przy czym należy pamiętać też o kwestii czynnika ludzkiego. To człowiek wykonuje zabieg, określa wartości minimalne i maksymalne, w granicach których będzie wysiewana zmienna dawka. Złe decyzje mogą skutkować brakiem oczekiwanych efektów.

Kolejnym elementem wpływającym na efektywność stosowania zmiennego nawożenia jest procedura kalibracji czujników, którą, mimo że w niektórych zestawach można opierać na wbudowanych wzorcach, dobrze jest wykonać, każdorazowo rozpoczynając pracę na danym polu. Kalibracja to najogólniej rzecz ujmując zapoznanie czujników ze średnim stanem roślin na danym polu. Ważny jest wybór fragmentu pola, na którym kalibracja zostanie przeprowadzona, gdyż odczyty z kalibracji będą stanowić niejako punkt odniesienia, do którego system będzie dążył przy wysiewaniu zmiennej dawki azotu.

Wprowadzając nowe technologie...

Wdrażając rozwiązania precyzyjne, należy brać pod uwagę szereg czynników i uwarunkowań. Na rynku jest oferowanych wiele maszyn, urządzeń i rozwiązań do zmiennego nawożenia, jak chociażby szeroki wachlarz czujników optycznych. Wśród nich występują zarówno czujniki pasywne, jak i aktywne, które posiadają własne źródło światła, a tym samym mogą być stosowane w różnych warunkach oświetlenia. Trzeba mieć na uwadze, że stosowanie zmiennego nawożenia powinno prowadzić do lepszego wykorzystania azotu, redystrybucji w obrębie pola. Mogą temu towarzyszyć oszczędności w zużyciu nawozu czy zwiększenie plonu i wyrównanie jego jakości. Należy podkreślić, że uzyskanie wszystkich korzyści jednocześnie może mieć pewne ograniczenia. Skala efektów będzie zależna od specyficznych warunków, w jakich zmienna dawka zostanie zastosowana.

Autor tekstu: Elżbieta Bodecka (Regulatory Associate Corteva Agriscience)

Fotografia tytułowa: Kuhn | Fotografia w tekście: Kverneland