Експрес-діагностика хлорофілу за допомогою N-тестера
Частина І
Перед фермерами стоїть складне завдання, що полягає у правильному підрахунку оптимальної дози азотних добрив. Надлишок азоту в ґрунті перетворюється в нітратну форму (NO3). Для зниження вилуговування азоту в NO3, землевласники повинні звести до мінімуму надлишок NO3 в ґрунті та можливість для його проникнення в кореневу зону. Проблема полягає в синхронізації наявного азоту в ґрунт до потреб культур в азоті. Це завдання складне, оскільки важко точно передбачити кліматичні змінні, які впливають на ріст і розвиток культур, мікробну активність грунту і вилуговування NO3.
Нині господарства використовують менше добрив в порівнянні з рекомендаціями для їх зон вирощування с/г продукції. Господарства зацікавлені в отриманні більшого прибутку та кращої якості продукції, що неможливо без інтенсивних технологій. За останнє десятиліття урожайність зростає за рахунок витрат на технологічні цикли вирощування зернових.
Вартість добрив і витрати на них потребують чіткого обґрунтування їх застосування як з агрономічної так і з економічної точки зору.
Першим етапом у вирішенні цього питання є правильне і своєчасне застосування азотних добрив: витрати – прибавка врожайності – підвищення ціни за рахунок поліпшення якості зерна - прибуток господарства.
За М.С. Савицьким в період весняного підживлення азотом, на кожні 10 кг/га діючої речовини (д.р.) N (азоту), надбавка до врожаю пшениці становить від 100 до 250 кг зерна[1].
За дотримання оптимальних та дробних доз, внесених у відповідні строки, економіка очевидна і вона «працює». Як надлишок, так і нестача призводить до зниження прибутку, а в окремі роки і до збитків.
Наприклад для визначення дози азотного підживлення на початку фази трубкування пшениці, використовують діагностику стану рослин.
Методи діагностики стану рослин діляться на: ґрунтові та рослинні. Рослинна діагностика поділяється на: візуальну, хімічну і функціональну. Для візуальної діагностики необхідний практичний досвід, так як нестача і надлишок різних елементів часто виглядають зовні дуже схоже, можуть затримувати надходження інших елементів в рослину. Часто зовнішні ознаки проявляються вже тоді, коли відбулися незворотні процеси по втраті врожаю. Хімічна діагностика (тканинна або листова) визначає хімічний склад в даний момент.
Ще в 1982 році радянськими вченими А.С. Плешковою і Б.А. Ягодин розроблено принцип діагностики живлення рослин за визначенням фотохімічної активності хлоропластів[3].
Нині поширена експрес діагностика на визначення вмісту нітратів в головному стеблі. В основі методу лежить колірна реакція на взаємодію нітратів з дифеніламіном. Порівнюючи інші хімічні методи цей - досить простий. Однак, для цього в господарстві протягом 1-3 днів необхідна група лаборантів з 2-3 чоловік, набір реактивів, особлива обережність і навички роботи з хімікатами.
Для спрощення дослідження і зручності використання на практиці, в останні роки створені і апробовані нові методики і прилади на основі фотометричної діагностики азотного живлення рослин, що дозволяють швидко, просто і точно визначати необхідні дози азотних туків для проведення підживлення.
В основі діагностики азотного живлення рослин фотометричними методами лежить виявлена багатьма дослідниками залежність забезпеченості їх азотом від вмісту хлорофілу в листках, його фотоактивності (флуоресценції). Створені фотометри, що працюють на цих принципах, вказують на величину так званого вегетаційного індексу. Для виявлених показників з метою оптимізації азотного живлення рослин застосовуються роботизовані машини (агрегати), здатні за заданою програмою вносити на посіви необхідні дози азотних мінеральних добрив.
Зв'язок інтенсивності зеленого забарвлення листя рослин з рівнем забезпеченості їх мінеральним живленням, особливо азотним, відомий давно і застосовувався європейськими агрономами в діагностичних цілях ще з ХІХ столітті. Але якщо ще в недавні часи діагностика азотного живлення рослин ґрунтувалася переважно на візуальних і хімічних методах, то в даний час на зміну або на додаток до них приходять інструментальні, в тому числі роботизовані методи його оцінки, включаючи дистанційне зондування супутниками чи дронами.
Вимірюючи фотометрами рівень відбитого від рослин сонячного або штучно наведеного світла, визначають залежність вмісту зеленого пігменту хлорофілу або його флуоресценції від рівня забезпеченості рослин азотним живленням, так як саме азотне живлення робить прямий вплив на концентрацію хлорофілу в рослинах, в їхніх фотосинтезуючих органах.
Мал.1 Характер відображення сонячного світла рослинами
Найбільша частина сонячної енергії відбивається рослинами в інфрачервоному (ІК) діапазоні електромагнітних хвиль, а у видимому світлі - Мінімальне відображення сонячного світла відноситься до червоної та синьої частини хвильового спектру, що свідчить про те, що в даних областях відбувається найбільше засвоєння рослинами світлової енергії.
На підставі спектральних характеристик відображення падаючої на рослини енергії розроблений так званий нормалізований диференційований вегетаційний індекс (NDVI), він застосовується в безлічі фотометричних приладах для діагностики азотного живлення рослин. Для цього в приладах передбачена фіксація інтенсивності відображення рослинами сонячного або індукованого світла в червоній (P NIR) і інфрачервоній (P RED) областях спектра.
Фізичні основи дистанційного зондування
Мал.2 Методи дистанційного зондування земної поверхні в залежності від довжини відображення електромагнітних хвиль.
Показники вегетаційного індексу, що відображаються на дисплеях фотометрів (хлорофілметрів), можуть виражатися в різних відносних одиницях, що певною мірою ускладнює їх порівняння в різних приладах. Їх загальна назва N-tester (N-тестер).
