Тайминг-эффект внесения азотных подкормок «по листу» при возделывании посевов злаков (результаты компьютерных экспериментов) Р.А.Полуэктов, П.Д. Гурин, А.Г.Топаж, Е.Т.Захарова Подмодель транспорта и трансформации азотсодержащих соединений в почве Полуэктов Р.А., Терлеев В.В. Компьютерная модель динамики содержания азота в корнеобитаемом слое почвы // Агрохимия. – 2010. – № 10. – С. 68-74. Полуэктов Р.А. Описание процесса аммонификации в рамках модели трансформации углерода и азота в почве. // Проблемы агрохимии и экологии. - №4.2011.- С.25-28. Полуэктов Р.А. Динамика микробных популяций в рамках модели трансформации азота в почве.// Докл. РАСХН, 2011, т. 37, № 6.- С.33-35 Азотный блок в растении двухпоточная модель с запасами П О Б Е Г «Производство» углеводов Крахмал Сборк а К О Р Е Н Ь «Производство » азота Нитраты Р А С Т Е Н И Е Двухпоточная модель с запасами. Рост растений - shoot : root relation Полуэктов Р.А., Топаж А.Г. Расчет отношения root/shoot в моделях органогенеза высших растений // Физиология растений, 2005, т. 52, № 5, С. 769-775. Распределение ассимилятов soot – root: Wr crs ( S pool ) Ws (1 crs )( S pool ) 0 crs 1 Потребность в азоте: N s (k ) Ws (k ) KSc N shoot , N r (k ) Wr (k ) KRc N root , Доступный азот N av VN (k 1) (k ) , k Sroot Wr k N av (k ) 0.5 VN S rootWr (k ) N pool (k ) Баланс азота N s (k ) N r (k ) N av (k 1) N av (k ) Варианты реализации (на каждом шаге модели) Строительство «с колес» 0 crs 1 N r (k ) N av (k ) N s (k ) S pool 0 N pool 0 Дефицит азота crs 1 N av (k ) N r (k ) N pool ( 0) S pool Дефицит углерода crs 0 После цветения crs 0 N av (k ) N s (k ) S pool ( 0) N pool Доза азота, поглощаемая посевом, кг/(га сут) К расчету отношения “root/shoot” 3,0 2 2,5 2,0 1 –потребность растений в азоте 2 – азот, доступный растениям 1 1,5 1,0 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 Доля ассимилятов, направляемых в корни Единственный фактор влияния азотного стресса на урожай – изменение режима распределения ресурсов роста между побегом и корнем в онтогенезе Вариант N0, Урожай 16.8 ц/га Вариант N110, Урожай 38.5 ц/га Динамика азота в системе почва-растение N0 N110 Динамика запасных пулов в растении N0 N110 Предварительные выводы Критерием оптимальности азотного питания служит поступление в растение азота, согласованное с темпом накопления продуктов фотосинтеза. При этом запасные пулы углеводов (крахмал) и азота (нитраты) минимизируются, а рост надземных органов и корневой системы оказываются согласованными друг с другом. Концентрация доступного азота определяется, в том числе, влажностью корнеобитаемого слоя почвы. Это дополнительный фактор потенциального влияния гидрофизических характеристик на продуктивность. Управление азотными подкормками «по листу». Тайминг-эффект. Почва 2 Почва 1 Начальная доза 0 кг/г а 03.06 10.06 17.06 24.06 15.07 0 24,14 24,14 24,14 24,14 24,14 5 24,75 24,99 25,18 25 25,32 10 25,53 26,33 26,51 26,75 28,45 15 27,61 27,6 28,04 24,10 31,66 20 28,97 29,47 30,49 25,38 34,87 25 28,16 27,85 27,42 28,51 38,01 30 27,13 31,84 24,06 31,65 39,70 35 26,70 31,62 25,51 34,79 40,46 Начальная доза 45 03.06.10 10.06.10 24.06.10 0 28 28 28 5 29,73 30,7 10 31,79 15 03.06 10.06 17.06 24.06 15.07 0 24,47 24,47 24,47 24,47 24,47 5 25,76 25,99 25,55 25,86 27,99 10 26,58 26,84 25,69 24 31,2 15 24,87 24,83 29,28 26,07 33,88 20 26,86 27,37 25,33 29,22 37,5 25 27,04 28,78 24,76 32,36 39,47 30 29,33 32,36 27,46 35,51 40,83 35 31,14 27,05 30,21 38,65 40,94 кг/г а 03.06.10 10.06.10 24.06.10 0 33 33 33 31,24 5 34,24 35,9 36,13 31,97 34,41 10 36,04 36,29 39,3 33,35 30,19 37,59 15 37,42 30,08 41,68 20 34,42 32,11 40,76 20 39,55 37,05 42,68 25 35,42 37,11 42,44 25 39,11 28,79 42,68 30 32,41 34,59 42,88 30 38,15 29,93 42,68 35 36,22 27,07 42,88 35 38,36 32,07 42,68 Причины тайминг-эффекта (гипотеза) Незначительный, но обязательный дефицит содержания азота в почве в течение всей стадии вегетативного роста растения Наличие «критического» периода роста растения, характеризующегося ускоренной (близкой к экспоненциальной) динамикой накопления биомассы вегетативных органов (как правило, этот период приходится не несколько дней, предшествующих цветению) Практически полное прекращение роста корневой системы после цветения (перехода на стадию генеративного роста) Слабо выраженная интенсивность процессов реутилизации Проверка на тестовой модели Темп роста (условные единицы) No Dressing 0.40 Tdressing=13 Tdressing=33 Tdressing=37 0.30 0.20 0.10 0.00 10.00 20.00 30.00 40.00 Время (условные единицы) 50.00 60.00 Практические следствия Внесение азотных подкормок до цветения оказывает регуляторное воздействие, изменяя качественную картину роста растения в онтогенезе. При этом интегральный эффект на конечную продуктивность может быть как существенно положительным (при «угадывании» срока и нормы подкормки), так и существенно негативным. Внесение азотных подкормок после цветения оказывает чисто количественное воздействие на темпы ассимиляции (прямая «перекачка» в Что надо: Проверить теоретические построения экспериментально, сначала в регулируемых условиях, а затем в полевом опыте. Выполнить параметрическую идентификацию модели. Найти измеряемый внешний показатель, коррелирующий с динамикой нитратов и крахмала и могущий служить устойчивым индикатором для принятия решения о проведении подкормки. Благодарим за внимание