Rozpoznanie zmienności przestrzennej pól uprawnych w aspekcie nawożenia zmiennego w gospodarstwie rolnym

1 września 2016Artykuły

Wstęp

Ważnym elementem systemu rolnictwa precyzyjnego jest ocena zmienności przestrzennej w obrębie pojedynczego pola uprawnego, pod względem zasobności gleby w składniki pokarmowe oraz potencjału plonowania uprawianych roślin.
W celu właściwej oceny zmienności przestrzennej konieczne jest pozyskanie danych z dużej liczby punktów położonych na obszarze całego pola uprawnego. Miejsca te powinny mieć przypisane współrzędne określające ich położenie przestrzenne. Mogą to być współrzędnegeograficzne określone z użyciem odbiornika GPS, bądź współrzędne określone względem punktu położonego w obrębie badanego pola uprawnego.
Gleby uprawne cechuje duża zmienność przestrzennego rozmieszczenia czynników mających wpływ na urodzajność takie jak zasobność w składniki pokarmowe, w tym głównie makroelementy (N, P, K , Mg), czy mikroelementy Fe, B, Cu i Mo oaz odczyn, topografia, wilgotność, pojemność wodna, skład mechaniczny, ilość materii organicznej. Właściwe określenie zmienności przestrzennej jest niezbędne do stosowania zabiegów agrotechnicznych (siew, nawożenie, ochrona roślin) dostosowanych do rzeczywistych i aktualnych potrzeb.
Za najważniejsze cechy gleby dla których powinno się określać zmienność przestrzenną uznaje się pH gleby, zasobność gleby w przyswajalne formy azotu (N), fosforu (P), potasu (K), materię organiczną oraz skład granulometryczny, zwięzłość i pojemność wodną gleby.

Metody analiz przestrzennych

Analiza przestrzenna stanowią zbiór procedur, których wyniki są uzależnione od charakteru informacji wejściowych i ich rozmieszczenia w przestrzeni. Zaletą tych metod jest możliwość zamiany danych na użyteczną informację dla odbiorcy uzyskanych wyników, umożliwiając również odkrycie prawidłowości lub trendów w obserwowanych zmiennych.
Wyniki stosowanych procedur zależą od położenia danych w przestrzeni, a zmiana lokalizacji danych powoduje zmianę wyniku analizy. System informacji przestrzennej stanowi podstawowe narzędzie analiz przestrzennych, w których najczęściej stosuje się analizy pionowe i analizy poziome.
Analizy pionowe znajdują zastosowanie w przypadku badania zależności między obiektami lub między zjawiskami występującymi na określonych powierzchniach i na różnych warstwach informacyjnych.
Analizy poziome mogą być wykorzystane do badania zależności przestrzennych obiektów i zjawisk w tej samej warstwie informacyjnej. Badania w zakresie zmienności przestrzennej pól uprawnych zaczęły budzić większe zainteresowanie między innymi ze względu na możliwość ich praktycznego wykorzystania do optymalizacji liczby i rozmieszczenia pobieranych prób glebowych. .

To jest blok tekstowy. Kliknij przycisk Edytuj aby zmienić ten tekst.

Rodzaje pomiarów

Pomiary punktowe – w siatce lub strefowe, stosowane są przede wszystkim do określenia właściwości gleb

Pomiary ciągłe:

  • z wykorzystaniem sensorów rejestrujących wartość zjawiska z założonym interwałem czasowym ( wielkość plonu, przewodnictwo elektryczne gleb )
  • techniki teledetekcyjne, umożliwiające uzyskiwanie informacji w sposób zdalny. Ich zaletą jest bezinwazyjność i szybkość pomiarów.

Powody pobierania prób glebowych

Najczęstszymi powodami pobierania prób glebowych są:

  • Badanie całej populacji jest niemożliwe do wykonania np. wtedy, gdy metoda badawcza ma charakter niszczący
  • Poddanie badaniu wszystkich jednostek populacji oznaczałoby jej zniszczenie
  • Pobieranie próbek glebowych w których będą wykonywane analizy umożliwia oszacowanie właściwości dla całej populacji (badanego pola)

Próba reprezentatywna

Próba reprezentatywna stanowi taką część populacji, która zachowuje wszelkie właściwości struktury całej populacji. Przy pobieraniu próby z populacji należy spełnić dwa warunki:

  • losowość – każda jednostka populacji ma jednakową szansę dostania się do próby
  • niezależność – dodawanie następnych jednostek do próby jest niezależne od pobranych wcześniej jednostek

Cele pobierania prób glebowych w nawożeniu gleb i roślin

  • Określenie dawek składników pokarmowych
    • azot mineralny
    • fosfor, potas, magnez
    • mikroelementy
  • Określenie pH gleby
    • regulacja odczynu gleby

Zasady pobierania prób glebowych

Zasady pobierania prób glebowych określa polska norma PN – R – 04031 z 1997 roku.

Podstawowymi oraz zdroworozsądkowymi zasadami sa:

  • przed przystąpieniem do pobierania próbek należy sporządzić szkic pól oraz mapę miejsc poboru prób glebowych
  • próbkę ogólną na glebach mineralnych powinna się składać z 20 próbek pojedynczych (pierwotnych)
  • powierzchnia przypadająca na próbkę ogólną zależy od zmienności gleby i ukształtowania terenu, jednak nie może ona przekroczyć 4 ha
  • próbek glebowych nie pobieramy bezpośrednio po zastosowaniu nawozów mineralnych, naturalnych w okresach suszy oraz na glebach zalanych wodą
  • próbę ogólną gleby należy właściwie opisać (numer oraz miejsce poboru)

Strategia pobierania prób glebowych uzależniona jest od:

  • przewidywanej liczby prób glebowych
  • spodziewanej zmienności przestrzennej badanego zjawiska
  • dodatkowych informacji np: mapy plonów
  • ilości charakterystycznych stref w obrębie pola
  • możliwości finansowych

Losowe pobierania prób glebowych

Zasady:

  • Próbę ogólną pobieramy z powierzchni 4 ha, na próbkę ogólną co najmniej od 15 do 20 próbek pojedynczych
  • Konieczny sposób pobierania prób glebowych, zapewniający największą reprezentatywność prób np. zygzakiem

Zaletami takiego podejścia są niskie koszty. Wadą jest to, że określamy średnie zawartości, nie mierzymy zmienności

Pobieranie prób glebowych za pomocą siatki

Zasady:

  • Pole należy podzielić na równe obszary za pomocą siatki kwadratów
  • Punkty pobrania powinny być oddalone od siebie o 100 m, czyli 1 próba ogólna reprezentować będzie powierzchnię 1 ha
  • W punkcie poboru pobiera się co najmniej 10 prób pojedynczych oddalonych od siebie w odległościach 3 m
  • Na polach o mniejszej zmienności glebowej dopuszczalne jest zmniejszenie gęstości pobrania prób 1 próba na 1,5 ha, nie zaleca się pobierania prób rzadziej niż co 2,5 ha

Zaletami takich pomiarów są:

  • dobre rozpoznanie zmienności glebowej
  • większa baza informacji o właściwościach gleby o jej
    potencjale produkcyjnym
  • redukcja nadmiaru aplikacji środków produkcji (np.
    nawozy mineralne)
  • zwiększenie efektywności stosowania składników
    pokarmowych
  • kontrola i poprawa jakości środowiska

Wady:

  • wysokie koszty związane z pobieraniem prób
    glebowych
  • wysokie koszty analiz chemiczno-rolniczych

Metoda zarządzania strefami (pasami, warstwami, regionami)

W 1970 roku Tobler sformułował pierwsze prawo geograficzne „Wszystko jest powiązane ze sobą, ale bliższe obiekty są bardziej zależne od siebie niż odległe”.

Pobieranie próby glebowej rozpoczyna się od stratyfikacji – procesu dzielenia populacji na podzbiory, z których każdy tworzy zespół jednostek o podobnych cechach (warstwowanie). Następnie pole dzielone jest na strefy na podstawie właściwości gleby lub uzyskiwanych plonów. Strefy tworzy się z wykorzystaniem GIS.

Zalety tej metody:

  • określenie stref na podstawie dotychczasowych wyników pola i właściwości swoistych
  • klasyfikuje zmienność przestrzenną
  • mniejszy nakład pracy
  • bardziej ekonomiczny

Wady:

  • większy czas początkowy i nakład finansowy w celu wdrożenia zarządzania strefą
  • wymagany wyższy poziom wiedzy rolniczej
  • wymagana dobra znajomość pola