Как метод отбора проб почвы влияет на результаты агрохимического анализа. Эксперимент
Меня тоже мучал этот вопрос, и вот в прошлом году выдалась возможность проверить разные методы отбора почв с хорошей точностью. Компания Frendt, поставщик сельскохозяйственной техники для точного земледелия в Украине, провела на одном из полей в Винницкой области агрохимический анализ почвы с сеткой отбора в 0,28 га. Компания поделилась со мной результатами анализа, и я использовал их, чтобы создать несколько карт распределения фосфора и калия под разные методы отбора проб и с разной сеткой.
В этой статье покажу, что у меня получилось, и расскажу, к каким выводам я пришёл.
Меня тоже мучал этот вопрос, и вот в прошлом году выдалась возможность проверить разные методы отбора почв с хорошей точностью. Компания Frendt, поставщик сельскохозяйственной техники для точного земледелия в Украине, провела на одном из полей в Винницкой области агрохимический анализ почвы с сеткой отбора в 0,28 га. Компания поделилась со мной результатами анализа, и я использовал их, чтобы создать несколько карт распределения фосфора и калия под разные методы отбора проб и с разной сеткой.
В этой статье покажу, что у меня получилось, и расскажу, к каким выводам я пришёл.
«Правильного» метода отбора почвы для агрохимического анализа нет. Достоверность результатов зависит от плотности отбора проб.
Чем выше плотность отбора, тем точнее данные об агрохимических свойствах почвы.
Детальный агрохимический анализ почвы — это дорого. В Украине средняя стоимость анализа одной пробы $ 45.
Проводить агрохимическое обследование не обязательно. Подробности в выводах.
«Правильного» метода отбора почвы для агрохимического анализа нет. Достоверность результатов зависит от плотности отбора проб.
Чем выше плотность отбора, тем точнее данные об агрохимических свойствах почвы.
Детальный агрохимический анализ почвы — это дорого. В Украине средняя стоимость анализа одной пробы $ 45.
Проводить агрохимическое обследование не обязательно. Подробности в выводах.
Содержание
Поле для обследования и результаты агрохимического анализа
Методика отбора проб почвы
Напомню, что агрохимическое обследование проводили сотрудники Frendt и лаборатория, с которой компания сотрудничала.
- Они определили в GIS-программе точки, в которых нужно взять образцы, загрузили их в GNSS приёмник.
- Сделали 15 почвенных уколов в радиусе девяти метров от каждой точки.
- Составили из каждой группы проб, собранных у одной точки, смешанные образцы.
- Отправили образцы в лабораторию для агрохимического анализа.
Всего отобрали 236 образцов. Это примерно 1 образец на 0,28 гектара.
Как это понимать. Как видим, агрохимические свойства почвы на поле сильно варьируются. Например, содержание фосфора в разных точках отличается больше, чем в 30 раз. Калия — в 9 раз. Почвенная кислотность на поле относится к 6 группам. Такие группы определяют по величине pH — от сильнокислых до близких к нейтральным.
Ещё раз про проблему. Проблема в деньгах. Средняя стоимость анализа одного образца — $ 45. Добавьте к этому ещё затраты на сам отбор. При плотности отбора в 0,28 га получается внушительная сумма, и это только для одного поля.
Как обычно отбирают образцы почв
Теперь давайте представим, что никакой компании Frendt нет, мы хотим рассчитать удобрения для этого поля и потому решаем провести агрохимический анализ. Как будем отбирать пробы почвы?
По элементарным участкам. Делим поле на зоны равной площади, берём образцы в каждой зоне (буквой Z, по диагонали или произвольно), смешиваем, и затем, опираясь на среднее значение в границах зоны, вносим удобрения.
Точечно и через интерполяцию. Берём образцы по сетке и с помощью значений в конкретных точках предсказываем уровень фосфора и калия по всему полю. Это называется интерполяция. Предсказания за нас делает специальная программа. Я, например, работаю в ArcGIS.
Теперь давайте посмотрим, как бы это сработало на нашем поле.
Источник
«90% фермеров вообще не знают ничего про анализ почвы»
Компания «Землероб» занимается отбором проб почвы и агрохимическим анализом в Украине, разрабатывает системы питания растений и исследует технологии картирования почвы. Сейчас у компании более 300 клиентов по всей стране. В день сотрудники «Землероба» проезжают около 4000 км. В компании часто говорят, что в их работе главное — не обещать быстрых результатов и тщательно изучать каждое поле.
О том, что ещё важно учитывать при агрохимическом анализе и почему традиционные технологии картирования почв безнадежно устарели — в этом интервью.
Компания «Землероб» занимается отбором проб почвы и агрохимическим анализом в Украине, разрабатывает системы питания растений и исследует технологии картирования почвы. Сейчас у компании более 300 клиентов по всей стране. В день сотрудники «Землероба» проезжают около 4000 км. В компании часто говорят, что в их работе главное — не обещать быстрых результатов и тщательно изучать каждое поле.
О том, что ещё важно учитывать при агрохимическом анализе и почему традиционные технологии картирования почв безнадежно устарели — в этом интервью.
С одной стороны здесь всё просто, с другой — есть нюансы. Всё, что мы используем, было придумано лет 10 назад. Но сложность в том, чтобы собрать эти данные вместе и проанализировать. Например, мы берём данные по урожайности, рельефу, яркости почвы и вегетации, наблюдения агронома и результаты сканирования электропроводности почвы. В идеале между всеми этими данными должна быть связь. Если в каком-то участке вегетация хуже, мы увидим там нехватку или более низкое содержание органического вещества. Урожайность в этом месте тоже будет ниже. В 40% случаев такая связь легко прослеживается. Но, когда мы сравниваем эти данные и не видим логики, нужно искать дополнительные факторы, которые могли повлиять на урожайность.
Вторая сложность в том, что зачастую всех этих данных у фермеров попросту нет.
— Давайте представим, что мы хотим заказать у вас агрохимическое обследование. Что будет происходить после заявки?
Если фермер планирует сделать агрохимический анализ, для нас это знак, что он хочет более эффективно использовать удобрения и готов над этим работать. Как только мы получили заявку, к фермеру выезжают специалисты по агрохимии. На месте мы узнаём, пользуются ли в хозяйстве датчиками урожайности и системами, в которых можно следить за вегетацией. Как я уже говорила, чаще всего исходных данных нет.
Поэтому мы разработали такую систему выдачи результатов, где у каждого значения стоит буква, которая указывает на уровень содержание элемента в почве. Также весь отчёт с результатами агрохимического обследования разделён на две части: в первой — показатели здоровья почвы, во второй — содержание элементов питания. О здоровье почвы мы судим по её текстуре, кислотности, буферному pH, засоленности, проценту насыщенности основами.
Когда мы видим содержание всех этих элементов в одной таблице, мы можем определить лимитирующий фактор на поле. Например, очень кислая почва или большое содержание кальция могут лимитировать фосфор. Понимая взаимосвязи между элементами, мы даём рекомендации по системам питания растений.
— Когда вы впервые начали пользоваться OneSoil?
Года два назад нам в офис пришли открытки OneSoil (в 2018 году мы разыгрывали открытки с фотографиями полей от нашего СЕО в соцсетях — OneSoil). Мне тогда стало интересно, что же делает компания, и я начала пользоваться веб-приложением. Сейчас им весь наш офис пользуется. Когда к нам приходят молодые специалисты, OneSoil — одно из обязательных приложений для изучения.
На самом деле мы попробовали если не все, то очень многие приложения. OneSoil оказался одним из самых удобных. Во-первых, у приложения молодёжный интерфейс, сайт и вся коммуникация. Таким современным приложением пользоваться и приятно, и удобно. Во-вторых, это приложение бесплатное. Затем — карта с отмеченными границами полей.
— Валерия, для чего вы используете зоны продуктивности и вегетации в своей работе?
По зонам продуктивности мы ориентируемся, в каких местах отбирать пробы. Мы ставим геометки в веб-приложении в нужных точках, отправляем туда агрономов, они идут в поля и обследуют выбранные участки на предмет почвенных неоднородностей.
— Если бы вас попросили рассказать, как правильно отбирать пробы почвы для анализа, чтобы вы ответили?
В первую очередь, я бы задала вопрос, зачем я делаю анализ почвы, как я буду его использовать, какая у меня есть для этого техника. Мы здесь упираемся в тип внесения удобрений. Если это разбрасыватель, то он меняет норму в зависимости от модели примерно каждые 10 метров на 10 кг. Если у нас нет разбрасывателя и мы не планируем переходить на дифференцированное внесение, можем смело анализировать карту вегетации, изучать зоны продуктивности и отбирать по ним пробы. Желательно, чтобы размер одного участка в этом случае не превышал 20 га.
— А как подойти к отбору проб почвы, если мы планируем дифференцированное внесение?
Если мы стремимся к точному земледелию, я бы посоветовала для начала изучить все возможные данные, начиная от рельефа до карт урожайности, желательно за три последних года. Затем переходить к отбору проб: выбрать зоны и разбить их на сетку. Сетка зависит от бюджета и культуры. Если это высокорентабельная культура, которая хорошо реагирует на небольшое изменения нормы, можно делать одногектарную сетку. Но если мы говорим про пшеницу, то 5-гектарной сетки, по нашим наблюдениям, будет достаточно. Помним, что сетку мы используем в рамках одной зоны. На поле таких зон будет несколько.
Ещё бывает и такое: посреди поля у нас песчаные дюны площадью 10 га. В такой зоне я бы не советовала брать пробы. Факторов, которые будут здесь лимитировать урожайность, много. Ваши силы и время на такой участок не окупятся.
Источник
Агрохимический анализ. Обоснование и интерпретация
Агрохимический анализ почв проводят для того, чтобы [2]:
- Определить, достаточно ли в почве доступных питательных веществ для растений;
- Следить за изменением свойств почвы, которые так или иначе влияют на рост и развитие растений;
- Оценить характер и определить особенности взаимодействия почвы с применяемыми удобрениями и поступающими из атмосферы веществами;
- Рассчитать количество удобрений, которое необходимо внести в почву.
Что мы делаем при анализе и почему именно это?
Мы определяем основные свойства почвы, которые тем или иным образом могут сказаться на росте и развитии растений. Одним из важнейших показателей, определяемых при агрохимическом анализе, является реакция среды (рН). Почему важно контролировать рН?
- В основном наибольшие урожаи сельскохозяйственных растений получают при слабокислой или нейтральной реакции среды, но очень часто почва становится более кислой и это препятствует получению высоких урожаев. [12]
- Реакция среды воздействует на способность растений поглощать из почвы питательные элементы. При более низких рН она уменьшается, а иногда даже приводит к потере питательных элементов из корней растений [12];
- рН сказывается на миграции и аккумуляции веществ в почве [3], в том числе токсичных [6];
- Микробиологическая активность почвы тоже зависит от реакции среды [3];
- Помимо этого, рН влияет на катионообменную ёмкость почв [4] – максимальное количество катионов, которое может быть удержано почвой в обменном состоянии при заданных условиях [1] и потенциально доступно растениям.
Поэтому при агрохимическом анализе мы определяем рН водной вытяжки из почвы. Но он позволяет судить только о степени кислотности или щёлочности и не даёт количественного представления о содержании кислот и оснований из-за высокой буферности почв. Однако, например, содержание кислотных компонентов может увеличиваться, а рН оставаться практически неизменным. В связи с этим помимо рН водной вытяжки мы определяем потенциальную кислотность — рН солевой вытяжки [8].
Кроме реакции среды важны так же и сами питательные элементы. Растения больше всего нуждаются в следующих из них:
Азот — один из наиболее распространённых элементов в природе, тем не менее растениям часто не хватает азота, так как растения могут усваивать только определённые формы соединений азота (в основном аммонийную и нитратную формы) [3]. В то же время азот является незаменимым элементом в растении, входя в состав белков, ДНК, многих жизненно важных органических веществ. При недостатке азота нарушается процесс фотосинтеза из-за разрушения хлорофилла, возможно высыхание и отмирание частей растений, поэтому обеспечение азотом — одна из важнейших проблем при выращивании сельскохозяйственных культур. В связи с этим для оценки доступного для растений азота мы определяем содержание аммонийного и нитратного азота в почве.
Фосфор тоже жизненно необходим растениям и также входит в состав многих органических соединений. Кроме того, он участвует в энергетическом обмене клеток. Но подвижные формы фосфора во многих почвах находятся в дефиците [4], что приводит к снижению активности ферментов, контролирующих клеточный метаболизм, и веществ, участвующих в синтезе РНК, белков и делении клеток. Соответственно, при недостатке фосфора рост растений замедляется, что, естественно, не может не сказаться на урожае [10]. Поэтому очень важно определять содержание подвижных форм фосфора в почве.
Калий является важнейшим элементом питания растений, он входит в состав цитоплазмы клетки, в значительной степени определяет её свойства и поэтому влияет практически на все процессы в клетке. Калий участвует в поглощении и транспорте воды, открывании и закрывании устьиц. Также при калийном голодании нарушается структура митохондрий и хлоропластов, что в свою очередь оказывает влияние на фотосинтез и дыхание [10]. Поэтому достаточное содержание калия в почве повышает устойчивость растений к воздействию низких и высоких температур, сопротивляемость растений болезням, а также сокращает сроки созревания растений [12]. Растениям доступны только подвижные формы калия, поэтому именно их мы и определяем.
Органическое вещество почвы является важным показателем её плодородия. Оно состоит из ещё не успевших разложиться органических остатков и уже претерпевших изменения органических веществ, называемых гумусом. Гумус способствует накоплению и удержанию питательных для растений веществ, которые при его разложении переходят в почвенный раствор и могут потребляться растениями [3]. Количество гумуса в почве определяют через количество органического углерода в почве.
Как должно быть в идеале и в каких диапазонах могут колебаться указанные параметры?
Данные показатели могут различаться для разных типов почв, и для разных сельскохозяйственных культур могут быть оптимальными разные диапазоны значений, тем не менее в среднем плодородие почвы можно оценить следующим образом:
Таблица 1. Оценка потенциального плодородия почв по содержанию гумуса и доступных для растений фосфора, калия и азота.
| Уровень содержания | Подвижный фосфор Р2O5, млн -1 * | Обменный калий К2O, млн -1 * | Нитратный азот N — NO3, млн -1 ** | Аммонийный азот N-NH3+, N-NH4, млн -1 ** | Содержание гумуса (С орг*1,724), % от массы почвы*** |
|---|---|---|---|---|---|
| Очень высокий | Более 250 | Более 250 | – | – | Более 10 |
| Высокий | 250–150 | 250–170 | Более 20 | Более 40 | 6–10 |
| Повышенный | 150–100 | 170–120 | – | – | – |
| Средний | 100–50 | 120–80 | 15–20 | 20–40 | 4–6 |
| Низкий | 50–25 | 80–40 | 10–15 | 10–20 | 2–4 |
| Очень низкий | Менее 25 | Менее 7 | Менее 10 | Менее 10 | Менее 2 |
* — по Г. В. Мотузовой и О.С. Безугловой, 2007 (по методу Кирсанова);
** — по Г. П. Гамзикову, 1981;
*** — по Л. А. Гришиной и Д. С. Орлову, 1978.
Таблица 2. Градация кислотности (щёлочности) почв по величине рН водной и солевой вытяжек [11].
| Характеристика почвы | рНН2О | Характеристика почвы | рНKCl |
|---|---|---|---|
| Сильнокислые | 3,0–4,5 | Сильнокислые | 5,6 |
| Слабощелочные | 7,0–7,5 | ||
| Щелочные | 7,5–8,0 | ||
| Сильнощелочные | >8,5 |
Что делать, если что-то не в норме?
Одним из основных приёмов повышения плодородия почв является внесение удобрений. В таблице 3 представлены некоторые из них.
Таблица 3. Вещества, добавляемые в почву для улучшения её свойств [7].
| Какой показатель выходит за рамки нормального | Что нужно добавлять в почву |
|---|---|
| рН | Известь (если реакция кислая), гипс (если реакция щелочная) |
| Азот | Натриевая, кальциевая, аммиачная селитра, сульфат аммония, аммиак жидкий, карбомид-аммиачная селитра, аммиачная вода, хлористый аммоний |
| Фосфор | Суперфосфат простой гранулированный, суперфосфат двойной гранулированный, фосфоритная мука, преципитат, мартеновский фосфатшлак, обесфторенный фосфат |
| Калий | Калий хлористый, калийная соль смешанная, сильвинит, сульфат калия-магния (калимагнезия), цементная калийная пыль, калий сернокислый, сульфат калия, полигалит, каинит, жидкий гумат калия |
| Органический углерод | Навоз, торф, различные растительные компосты, сапропель, зелёное удобрение (сидераты) |
При недостатке в почве азота, фосфора и калия применяют комплексные удобрения, содержащие в своём составе сразу несколько питательных элементов. Например, это аммонизированный суперфосфат, аммофос, диаммофос, калийная селитра, нитрофос и нитроаммофос, нитрофоска и нитроаммофоска, карбоаммофос и карбоаммофоска, жидкие комплексные удобрения. Преимущество их заключается в том, что при внесении удобрений в крупных масштабах снижаются затраты на транспортировку смешивание, хранение и внесение удобрений. Из недостатков комплексных удобрений выделяют то, что соотношение элементов питания в них изменяется слабо и при внесении их в почву может получиться так, что одних элементов попадёт в почву больше, чем нужно, тогда как других окажется недостаточно [7].
Существуют также бактериальные удобрения, содержащие специальные бактерии, которые улучшают питание растений. Их применяют только при выращивании бобовых растений и для каждого вида подбирают разные штаммы бактерий [7].
Какое же удобрение лучше?
Таблица 4. Сравнение органических, минеральных и биологических удобрений [7].
| Органическое | Минеральное | Биологическое | |
|---|---|---|---|
| Содержание питательных элементов | Все необходимые элементы | Некоторые элементы, определяемые типом удобрения | Нет |
| Форма элементов питания | Недоступна для растений, но при разложении органического вещества постепенно выделяются доступные питательные вещества | Доступная для растений | Не содержит элементов питания, но способствует усвоению растениями питательных веществ |