NO324455B1 - Fremgangsmate for fertilisering av kultiverte planter for optimalisering av kvantitet og kvalitet av utbytte - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte for gjødsling av kultiverte planter for å optimalisere mengden og kvaliteten av utbyttet ved å optimalisere mengden nitrogengjødsling gjennom utnyttelse av en bioindikator i planten. Oppfinnelsen er forbundet med planlegging og gjennomføring av en optimal gjødslingsmetode ved plantedyrkning.

Fl patentpublikasjon 102 135 omtaler en gjødslingsmetode hvor det i forbindelse med utsåing av frøet initialt spres en gjødselmengde, som utgjør 50-75% av den gjødselmengde som tilsvarer det maksimale utbyttet. Under vekstsesongen beregnes et forventet utbytte ved varmesummering, og behovet for ytterligere gjødsling beregnes ved hjelp av denne utbytteforventning. Formålet med fremgangsmåten er å oppnå et maksimalt utbytte med hensyn til kvantitet. Fremgangsmåten er primært en korrigerende fremgangsmåte og optimaliserer for eksempel ikke effektiviteten av næringsstoffer.

I dag beregnes mengden nitrogengjødsling ut fra planteart og plantevarietet, tilsiktet utbytte, jordegenskapene, så som innholdet av organisk materiale i jorden og de plantearter som tidligere vokste på området (pionérplanter). «Område» kan her bety, alt etter situasjonen, et lite område, f.eks. 1 m<2> eller et stort område, f.eks.

15 hektar.

I praksis spres gjødselen på overflaten, anbringes i jorden enten mellom radene av utsådd frø eller mellom radene av frøplanter, eller påføres direkte på den aktuelle rad av frø eller sprøytes i flytende form på bladene. Avhengig av hvilken planteart som dyrkes eller av dyrkningsstedet (agroøkologisk område) påføres gjødselen enten alt på en gang eller, alternativt, en del ved utplantingstidspunktet og en del etter behov som bestemmes i løpet av vekstsesongen.

For overvåking av balansert nitrogenopptak er mange laboratorier spesialisert på analyse av plante- og jordprøver og på utsendelse av nitrogengjødslings-anbefalinger på grunnlag derav. Utarbeidelsen av nitrogengjødslingsanbefalinger under vekstsesongen er ofte basert på den såkalte DRIS-metoden eller på sammen-ligning med andre kjente optimalkurver (Anon. 1990. Beaufils 1973, Siman 1974). Den ovennevnte praksis er en langsom prosedyre, siden innsendelse av prøver til laboratoriet, analyse av resultatene, tilbakesending til dyrkeren og gjødslings-bestemmelsen på gården tar en god del tid, hvorunder meget kan endre seg på dyrkningsfeltet.

Det har vært gjort forsøk for å fjerne tidsproblemet ved å utvikle målere som

kan måle nitrogenstatus og nitrogenkonsentrasjoner av plantestanden direkte i feltet. Plantenes nitrogenstatus er blitt målt med farvereaksjonspapir (ammonium- og nitrat-nitrogen). Med forskjellige portable laboratoriesett er det mulig å måle nitrogenstatus til planter og til jorden på dyrkningsfeltet (Pulkkinen, 1999). For eksempel er det utviklet portable målere for måling av grønnhet, dvs. klorofyll, til en plantestand (Watanabe et al., 1980) og nitratkonsentrasjonen i cellesaften (Scaife & Stevens, 1984). Disse beskrevne metodene muliggjør imidlertid ikke en meget presis, flekk-spesifikk overvåkning av nitrogenstatusen i flere deler av et felt. Med andre ord er selv disse metodene for omstendelige for flekk-spesifikk måling av store sektorer.

De seneste systemer omfatter sensorer som kan installeres i traktorer, og vekstmengde og nitrogenanalyser fra luftfotografier eller satelittfotografier. Nærmere bestemt muliggjør nå den teknologi som er forbundet med presisjonsdyrknings-konseptet, som utgjøres av et lokaliseringssystem (GIS- og GPS-teknologi) og av sensorer installert i produksjonsutstyr, som f.eks. en skurtresker, en traktor, etc.

(Wollring et al., 1998) og av utbyttekvalitetsmålere (proteinsensorer, http://www.casecorp.com/agricultural), innsamling av data fra meget små sub-områder i et felt. I praksis har det vært håndtert sub-områder på ca. 10 meter x 10 meter. Dessuten er det utviklet programvare for bearbeidning av de flekk-spesifikke data (Grandzinski et al., 1998).

Problemet ved planlegging av den totale nitrogenmengde og/eller den supplerende eller avdelte nitrogengjødslingsteknikk i løpet av dyrkningssesongen ved dagens presisjonsdyrkning ligger i at nitrogenmengden beregnes for den faktiske utbyttemengde på grunnlag av utbyttekartlegging eller for et nytt tilsiktet utbytte, dersom produktiviteten av jorden har endret seg av en eller annen grunn. Det er imidlertid ikke mulig på forhånd å vise at den prosjekterte nitrogenmengde på noen måte ville være optimal under de rådende vekstbetingelser. Dyrkeren bør med andre ord være i stand til å identifisere flekk-spesifikt utbyttepotensiale for det angjeldende tidspunkt. Hittil har det ikke vært noen andre metoder for å identifisere utbyttepotensialet ved presisjonsdyrkning enn å oppsamle flekk-spesifikke utbyttedata over flere år, og i så fall kan det best mulige utbyttenivå finnes gjennom utbyttekatrlegging over flere år når det benyttes en viss gjødseltilførsel.

På grunn av ovennevnte problem for eksempel ved nitrogengjødslings-planlegging ved hjelp av sensorer eller feilfarvefotografier under dyrkningssesongen, er målet snarere en jevn grønnhet eller jevn dannelse av bladareal. Målet er med andre ord heller å homogenisere grønnheten av plantestanden og dannelsen av bladareal, og ikke tilpasse gjødslingen til det reelt varierende utbyttedannelses-potensiale i forskjellige flekker innen feltet. Siden det imidlertid er et kjent faktum at produktiviteten av forskjellige flekker innen et felt varierer, og således også det totale behov for nitrogengjødsling endres etter som produktiviteten endres, forbedrer ikke ovennevnte metode for fordeling av nitrogengjødsel under vekstsesongen nød-vendigvis effektiviteten av nitrogengjødsling og utbyttet på den forventede måte.

Et annet problem er at suksessen ved et nitrogengjødslingsprogram iverksatt etter dagens teknologi, ikke med sikkerhet kan verifiseres pålitelig i forbindelse med høsting. Suksess ville kunne observeres eksperimentelt ved i feltet å organisere et forsøk med økende nitrogengjødselmengder (såkalt gjødslingsvinduer, Anon. 1992), men selv denne fremgangsmåte er i praksis ikke vellykket ved presisjonsdyrkning. Som følge av intrasektorvariasjon burde det være et nesten utallig antall tester i ulike deler av feltet.

Formålet med oppfinnelsen er å tilveiebringe en gjødslingsmetode hvorved kvantiteten og kvaliteten av utbyttet kan optimaliseres og næringsmengden (nutrient load) minskes, og hvorved det tas hensyn til vekstvariasjonene innenfor forskjellige sub-områder av det dyrkede området.

I henhold til oppfinnelsen tilveiebringes således en fremgangsmåte for gjødsling av kultiverte planter ved å optimalisere mengden og kvaliteten av utbyttet ved hjelp av en bioindikator, kjennetegnet ved at følgende trinn foretas før etableringen av en plantestand: dyrkningsområdet avdeles i sub-områder;

i hvert sub-område bestemmes det potensielle utbyttet på grunnlag av en bioindikator;

det tilsiktede optimale bioindikatornivå for den potensielle grøde velges;

den nitrogengjødsling som fordres for å oppnå det ønskede optimalnivå av bioindiaktoren i den potensielle grøde, bestemmes;

hvoretter nitrogengjødsel spres i forbindelse med utsåingen, og nitrogen-gjødsel eventuelt tilføres én eller flere ganger etter såing, i henhold til nevnte gjødslingskrav, realiseringen av det potensielle utbyttet overvåkes i hvert sub-område i løpet av vekstsesongen ved hjelp av en plantestandsmåling, og på grunnlag av

disse målinger tilføres ved behov, ytterligere nitrogengjødsel én eller flere ganger for å oppnå det ønskede bioindikatornivå.

I henhold til oppfinnelsen er det for eksempel mulig å benytte en gjødslings-metode som vanligvis benyttes i Nord-Europa, hvor det meste av gjødselen spres i forbindelse med utsåingen og suppleres etter behov med ytterligere gjødsel i løpet av vekstsesongen. Det er også mulig å benytte den avdelte gjødslingsmetode som er fremherskende i Sentral-Europa, hvor gjødselen spres på feltet 2-7 ganger.

Bioindikatoren som benyttes er en nitrogenholdig forbindelse i planten. Dersom den dyrkede plante er korn, er den nevnte bioindikator et protein. Dersom den dyrkede plante for eksempel er sukkerbete, er bioindikatoren et aminonitrogen (a-aminonitrogen).

Målingen av nevnte bioindikator kan foretas for eksempel ved å benytte en sensorteknikk, luftfotografi eller satelittfotografi.

I henhold til oppfinnelsen tas mengden av utbyttet i vekstsesongen eller i den foregående vekstsesong eller tidligere vekstsesonger, og bioindikatornivået av utbyttet i hvert sub-område i betraktning ved bestemmelsen av nitrogengjødsel-kravet. I dette tilfellet er prosedyren fortrinnsvis at det på innhøstingsstadiet fremstilles et utbyttekart og et bioindikatorkart, som f.eks. et proteinkart, og disse kartene benyttes deretter til å utarbeide gjødslingsanbefalingene for de etterfølgende vekstsesonger.

Oppfinnelsen vedrører således et fellestrekk basert på utnyttelsen, på en ny måte, av bioindikatorer så som proteininnholdet av den dyrkede plante, og dessuten utbytteforutsigelsen avledet fra bladarealet og/eller fytomassen eller det faktiske utbyttet, ved utvikling av gjødslingsplanen Det best mulige utbyttet, dvs. det potensielle avlingsnivå, kan deretter betemmes med presisjon ved hjelp av bioindikatorer. Det er dessuten mulig å ta i betraktning det naturlige tilgjengelige nitrogen i jorden, hvilket hittil har vært vanskelig å foreta flekk-spesifikt ved dyrkning.

I henhold til oppfinnelsen er dataene målt fra plantestanden, for eksempel ved sensorteknikker (bestrålingen reflektert av plantestanden måles, for eksempel i bølgelengdeområder på 600 og 800 nm) eller ved å benytte feilfarvingsteknikker fra luft- eller satelittfotografier og andre flekk-spesifikke (GIS/GPS teknikk) data angående jorden (jordens produktivitet) og utbyttet (utbytte- og kvalitetskart). Målingsdataene utnyttes i sann tid ved å benytte matematiske modeller og bioindikatorer i plantestanden, hvorved gjødslingen som skal påføres under målingen eller deretter, kontrolleres.

Den oppfinnelsesmessige tanke ved fremgangsmåten er at potensialet for høstingsutbyttet av plantestanden identifiseres på grunnlag av en bioindikator før de faktiske gjødslingsanbefalinger foretas. Når det er tale om en kornsort, er bioindikatoren som benyttes for den totale gjødslingsplanlegging, det proteininnhold som oppnås i avlingen (post-harvest evaluation) og, respektivt, for spesifikk gjødsling i løpet av vekstsesongen, den bioindikator som benyttes, det proteininnhold som oppnås, og som kan forutsies ved hjelp av modeller. Dersom det optimale proteininnhold som er typisk for en kornart og kornvarietet er oppnådd/oppnås, er nitrogen-gjødslinger! riktig planlagt for produksjonsbetingelsene på det tidspunkt. Dersom proteininnholdet i stedet er klart høyere enn det bestemte optimale nivå, er avlings-utbyttet maksimalisert og nitrogengjødslingen kan reduseres, med mindre et høyt proteinnivå er spesielt kommersielt interessant og en ønskelig egenskap ved avlingen. Dersom proteininnholdet i avlingen er lavere enn den fastlagte kritiske grenseverdi, vil utbyttet øke når nitrogengjødslingen økes.

Oppfinnelsen er nedenfor beskrevet mer detaljert med henvisning til den ledsagende Figur 1, som er et skjematisk diagram av en foretrukket nitrogen-gjødslingsmetode i henhold til oppfinnelsen.

1. Identifisering av utbyttepotensialet

På grunnlag av utbyttemengder og bioindikatorer i nitrogenresponstester foretatt i forskjellige agroøkologiske områder (f.eks. Finland, Danmark), bestemmes arts- og/eller varietets-spesifikke kritiske og optimale bioindikatornivåer med hensyn til det relativt beste utbyttet. Dette foretas ved å omdanne utbyttene fra hver testserie i relative utbytter ved å benytte Formel 1: hvor Yp er det forholdsmessige utbytte (%), Yi er utbyttet (kilo/hektar) når N-gjødsel er tilsatt i en mengde på i kg/hektar, og Ymax er maksimalutbyttet av en individuell test (kg/hektar). Deretter utvikles en funksjon som beskriver forbindelsen mellom bioindikatornivået og det forholdsmessige utbyttet (f.eks. en formel som har form av Formel 2) fra materialet.

hvor X er bioindikatornivået i kornkjernene, Xmin er det maksimale nivå som bioindikatoren kan ha, og k er en konstant beregnet fra forsøksmaterialet.

Det flekk-spesifikke potensielle utbyttet kan bestemmes fra Formel 3 som følger.

hvor Y = målt utbytte og Spot er det flekk-spesifikke potensielle utbyttet.

2. Bestemmelse av nitrogengjødslingskravet

På basis av den egnede verdi/tiltenkte anvendelse av avlingen velges det bioindikatornivå (konf. proteininnhold i maltbygg og brødkorn) som tilsiktes for det potensielle utbyttet. Avviket av den forholdsmessige verdi av utbyttet fra den forholdsmessige verdi av det valgte bioindikatornivå beregnes (Formel 2 benyttes). Deretter benyttes en formel (som f.eks. har form av Formel 4), med hvilken endringen i nitrogengjødslingsnivået sammenlignet med nitrogengjødslingen mottatt av avlingen, beregnes. NOyield angir det forholdsmessige utbyttet oppnådd i gjennomsnitt uten nitrogengjødsling, m er en konstant (beregnet fra forsøks-materiale) og N er nitrogengjødselmengden (kg/hektar).

Gjødselsendringskravet i forhold til gjødslingen mottatt av den tidligere avling beregnes som følger. Først erstattes X i Formel 4 med bioindikatornivået valgt fra flekken, og formelen løses med henblikk på N. Deretter erstattes X i Formel 4 med nitrogengjødselmengden mottatt av avlingen, og formelen løses igjen med henblikk på N. Den andre beregnede N-verdi subtraheres fra den først beregnede N-verdi, og den oppnådde differanse er den nødvendige korreksjon i nitrogengjødslingen sammenlignet med den mottatt av avlingen. Denne metode kan både øke og minske fremtidig nitrogengjødsling sammenlignet med nitrogengjødslingen av den tidligere avling.

Forholdet mellom andre næringsstoffer og nitrogen og næringsinnholdet i jorden bestemmer mengden av andre næringsstoffer, f.eks. fosfor og kalium, som skal benyttes. Ved gjødsling i henhold til foreliggende fremgangsmåte benyttes næringsstoffer i slike mengder at det er tilstrekkelig av disse for vekst, men ikke i overskudd, slik at de ikke etterlates i omgivelsene og er gjenstand for utvasking.

Fremgangsmåten beskrevet ovenfor optimaliserer som sådan utbyttet i over-ensstemmelse med den tilsiktede kvalitet. Når utbyttenivået og også verdien av avlingen og gjødselprisen er kjent, er det også mulig å optimalisere det økonomiske resultat ved hjelp av fremgangsmåten.

3. Overvåkning av realiseringen av utbyttepotensialet

I løpet av vekstsesongen overvåkes fytomassen og grø nn heten av bladene av plantestanden ved hjelp av kjente teknikker (sensorer for måling av bestråling reflektert av plantestanden, installert i arbeidsmaskiner, luftfotografier, satellitt-fotografier).

I løpet av vekstsesongen bestemmes biomassen av plantestanden, ved for eksempel å måle den bestråling som reflekteres av plantestanden. Massen av plantestanden kan også bestemmes fra et luftfotografi. Refleksjonsverdiene gir et estimat av fytomassene av plantestanden og bioindikatoren. Resultatet er en måling som mengden og bioindikatornivået av det fremtidige utbyttet forutsies med og som gjødslingsanbefalinger foretas på grunnlag av på den måte som er bestemt under punkt 2.

På innhøstingsstadiet for korn fremstilles for eksempel et utbyttekart og et proteinkart, ved å benytte teknikker som er kjent egnet for presisjonsdyrkning, så som utbyttemålere og proteinsensorer. En brukbar mulighet for proteinkatrlegging av korn og andre arter er kartleggingen av refleksjonsverdi beskrevet i foregående avsnitt.

4. Produkt

Ved anvendelse av den gjødslingsmetode som er beskrevet ovenfor under punkt 1-3, produseres en avling hvor effektiviteten av nitrogenanvendelsen er høy, kvalitetssvingninger i avlingen er redusert og det økonomiske resultat er forbedret, mens utbyttet er optimalisert.

Eksempel 1

Effekten av fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen på det økonomiske resultat oppnådd fra maltbygg (=verdi av avling - gjødslingsomkostninger).

Sommeren 1999 ble det på feltet til en dyrker foretatt en test med to striper på ca. 10 meters bredde og 300 meters lengde. Før tresking ble det fra hver stripe tatt 15 prøver (2x1 radmeter) med mellomrom på ca. 20 meter for å bestemme plante-massen over jorden, massen av kornkjerner og proteininnholdet i kornkjernene. På grunnlag av prøvene var det mulig å bestemme den økonomiske verdi av den oppnådde avling (Tabell 1). På grunnlag av målingene ble det anslått hva verdien av utbyttet ville ha vært dersom fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen ikke var blitt benyttet. Det vesentlige punkt var at med dagens dyrkningspraksis var i henhold til den fastsatte grense (11,75%) proteininnholdet av avlingen så høyt at det ikke ville ha vært anvendelig som maltbygg. Dyrkeren får ca. 0,15 FIM/kg mer for maltbygg enn for forbygg (0,90 vs. 0,75 FIM/kg). I stripe 1 ville det økonomiske resultat ha vært 25% og i stripe 2 ville det ha vært 28% høyere ved anvendelse av den nye metode.

Litteraturreferanser

Anon. 1990. Rådgivarmatch i falt: resultat av våxtanalysen. Lantmannen 12, 4-7.

Anon. 1992. Whcat. D7A World Fertilizer Usc Manual, International Fertilizer Industry Association, Paris. pp. 65-92.

BeaufUs, E.R. 1973. Diagnosis and Recommendation Integrated System (DRIS). Soil Sei. Bull. 1. Univ. Natal, South Africa.

Grandzinski, M., Van Overstraeten, M., Schroder, D. and Finch, R. 1998. Using maps and local calculation methods for spatially variable fertilizer recommendations. Proceedings No 422 of the International Fertilizer Society. 20 p.

Pulklrinen, J. 1999. Kesålannoitus avomaalla. Leipå, No 5/1999, pp. 41-42.

Scaife, A. & Stevens, K.L. 1984. Monitoring sap nitrate in vegetable crops: Comparison of test strips with electrode methods and affects of time of day and leaf position. Commun. Soil Sei. Plant Anal. 14: 761-771.

Siman, G. 1974. Nitrogen status in growing cereals with special attention to the use of plant analysis as a guide to supplemental fertilization. Diss. R agri. Con. Sweden. 93 p.

Watanabe, S., Hatanaka, Y. & Inada, K. 1980. Development of a digital chlorophyllometer; I. Structure and performance. Jpn. J. Crop Sei. 49: 89-90.

Wolhring, J., Reusch, S. & Karlsson, C. 1998. Variable rate nitrogen application based on crop sensing. Proceedings No 423 of the International Fertilizer Society. 28 p.

Claims (6)

1. Fremgangsmåte for gjødsling av kultiverte planter ved å optimalisere mengden og kvaliteten av utbyttet ved hjelp av en bioindikator, karakterisert ved at følgende trinn foretas før etableringen av en plantestand: dyrkningsområdet avdeles i sub-områder; i hvert sub-område bestemmes det potensielle utbyttet på grunnlag av en bioindikator; det tilsiktede optimale bioindikatornivå for den potensielle grøde velges; den nitrogengjødsling som fordres for å oppnå det ønskede optimalnivå av bioindiaktoren i den potensielle grøde, bestemmes; hvoretter nitrogengjødsel spres i forbindelse med utsåingen, og nitrogen-gjødsel eventuelt tilføres én eller flere ganger etter såing, i henhold til nevnte gjødslingskrav, realiseringen av det potensielle utbyttet overvåkes i hvert sub-område i løpet av vekstsesongen ved hjelp av en plantestandsmåling, og på grunnlag av disse målinger tilføres ved behov, ytterligere nitrogengjødsel én eller flere ganger for å oppnå det ønskede bioindikatornivå.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den dyrkede plante er korn og bioindikatoren er et protein.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den dyrkede plante er sukkerbete og bioindikatoren er aminnitrogen.

4. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at målingen av bioindikatornivået foretas i løpet av vekstsesongen ved å benytte sensorteknikker, luftfotografi eller satelittfotografi.

5. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at mengden av avlingen og bioindikatornivået i løpet av vekstsesongen eller i løpet av tidligere vekstsesonger, tas med i beregningen ved bestemmelsen av nitrogengjødslingskravet for hvert sub-område.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 5, karakterisert ved a t det på høstingstrinnet fremstilles et utbyttekart og et bioindikatorkart, som f.eks. et proteinkart, som benyttes for utarbeidelsen av gjødslingsanbefalingene for senere vekstsesonger.