Дифференцированный посев подсолнечника: эксперимент по повышению урожайности

Экспериментом поделился Всеволод Генин, cпециалист по ГИС и агрохимии. Разрабатывает инструменты для точного земледелия с 2013 года. Сооснователь OneSoil.

С точки зрения урожайности любое поле неоднородно: на одном участке каждый год вы собираете, скажем, 12 тонн зерна на гектар, а на другом — 4. Чем выше многолетняя урожайность участка, тем он продуктивнее. По логике, если для таких участков норму высева увеличить, урожайность вырастет. В зонах с низкой продуктивностью, напротив, норму высева можно уменьшать — урожайность не изменится. Такой подход к посеву называется дифференцированным. В теории он экономит семена и повышает урожай.

В прошлом году мы в OneSoil решили выяснить, так ли это. Для этого мы провели на Украине несколько экспериментов на яровых культурах: кукурузе, сое и подсолнечнике. В этой статье мы расскажем, как проходил эксперимент на полях подсолнечника в Херсонской области, и поделимся его результатами.

Дифференцированный посев — технология точного земледелия, при которой в разные зоны поля вносят разное количество семян. При дифференцированном посеве мы исходим из того, что поле неоднородно по составу почвы, содержанию питательных элементов, влаги и, как следствие, урожайности.

***

Оптимальная норма высева подсолнечника — вопрос спорный. Обычно хозяйства придерживаются той нормы, которую им рекомендует местный поставщик семян. В этом же эксперементе мы решили посеять подсолнечник с переменной нормой, чтобы узнать, как это повлияет на урожайность и удастся ли сэкономить на семенах.

Эксперимент проводился на полях агрохолдинга «Агропродукт, ЛТД» в Херсонской области. Работа велась на двух полях с разным уровнем влаги: одно поле было на орошении, другое — на богаре, т. е. землях без искусственного орошения.

Как проводился эксперимент

Выделены зоны продуктивности. Логику эксперимента мы выстроили вокруг анализа зон продуктивности. Зоны выделялись на основе данных о вегетации на поле за последние 4 года. Почему так? В основные фенологические стадии вегетация совпадает с урожайностью, потому такие данные хорошо отражают продуктивность.

Зоны продуктивности поля 1 (на орошении) Площадь 45,5 га. Поле орошалось круговыми системами ирригации. Почвы каштановые, суглинистого гранулометрического состава. Рельеф на поле однородный, перепад высот примерно 1–2 метра.	Зоны продуктивности поля 2 (на богаре) Площадь 101 га. Почвы каштановые, суглинистого гранулометрического состава. Рельеф этого поля более неоднородный: здесь перепад высот около 5 метров.

Сформированы две гипотезы. Мы предположили, что на участках с высокой продуктивностью при увеличении нормы высева урожайность вырастет. На участках с низкой продуктивностью количество питательных веществ меньше, поэтому норму высева для них можно уменьшить — на урожай это не должно повлиять. Но повлияет на расход семян — мы сэкономим. Так была сформирована первая гипотеза.

Вторая, или альтернативная, гипотеза родилась из нового предположения. Возможно, на участках с высокой продуктивностью растения конкурируют не за питательные вещества и влагу, а, например, за солнечный свет. А на участках с низкой продуктивностью они могут быть равномерно угнетены.

Тогда, если на участках с высокой продуктивностью снизить норму высева, меньшее количество растений даст больший или такой же урожай, как при высокой норме высева. А на участках с низкой продуктивностью при увеличении нормы высева мы заметим увеличение урожайности. Такой и была альтернативная гипотеза.

Составили карту-задание для техники. На каждую зону продуктивности у нас было три нормы высева. Низкая и высокая — для тестирования двух гипотез. Средняя — та, которую обычно использовали в хозяйстве, где мы проводили эксперимент.

Сам файл-задание для бортового компьютера мы создали автоматически в веб-приложении OneSoil.

Карта-задание для поля 1 Норма, которая обычно использовалась в хозяйстве, — 60 тыс./га. На участках высокой продуктивности норму высева я увеличил, на участках низкой и средней продуктивности — уменьшил. В итоге норма высева варьировалась от 40 до 64,5 тыс. семян на га.	Карта-задание для поля 2 Средняя норма высева в этом регионе — 45 тыс./га. Здесь для эксперимента я использовал нормы в диапазоне 33–45 тыс./га. Другими словами, во всех зонах продуктивности на этом поле норму высева я уменьшал.

Чтобы проверить вторую гипотезу, на обоих полях мы заложили две тестовых полосы. На первой сеяли среднюю норму. На второй — на участках высокой продуктивностью норму высева снижали, а на участках с низкой продуктивностью — увеличивали.

Определили ограничивающий фактор в зонах низкой и средней продуктивности. Это нужно, чтобы верно интерпретировать результаты эксперимента и понимать, что именно могло помешать развитию растений.

По опыту прошлых экспериментов такими факторами могут быть недостаток влаги, вызванный особенностями рельефа и гранулометрическим составом почвы,  аномальные значения кислотности, низкое содержание органики или засоление почвы.

Чтобы определить ограничивающий фактор, в этот раз мы проанализировали рельеф поля и яркость почвы. Рельеф — по данным техники, яркость — по спутниковым снимкам.

По закону ограничивающего фактора в экологии для организма наиболее значим тот фактор, который сильнее всего отклоняется от оптимального значения. Если урожайность сильно упадёт на одном участке поля, чтобы разобраться в причинах, мы будем исследовать в первую очередь ограничивающий фактор.

Яркость почвы поля 1	Карта рельефа поля 1

Для первого поля мы сравнили яркость почвы за март 2019 года, когда оно было распахано, с картой рельефа. На изображении видно, что в низине почва светлая. Её высота на 1 метр ниже остальной площади поля. Так как в низинах обычно скапливается влага и почва там должна быть темнее, мы предположили, что в этих участках могут быть засоления. После обхода поля это подтвердилось.

Затем мы наложили карты яркости почвы на зоны продуктивности. Области с низкой продуктивностью совпали с областями, где яркость почвы снижается. Так мы окончательно убедились, что ограничивающий фактор первого поля — засоления.

Яркость почвы поля 2	Карта рельефа поля 2

Яркость почвы второго поля оказалась примерно такой же. А вот рельеф был более неоднородный: перепад высот около 5 метров. Также мы заметили, что на склонах и более высоких частях поля содержание органики ниже, чем на ровных и низких участках — там почва светлее. После сравнения карты рельефа и зон продуктивности оказалось, что склоны и возвышенности совпадают с зонами низкой продуктивности.

Так мы установили, что ограничивающий фактор для второго поля — рельеф, который влияет на распределение влаги, содержание органики и, в конечном счёте, на продуктивность поля.

Оценили всхожесть семян. Для этого мы использовали детальные карты полей, полученные с помощью беспилотника. По этим картам сторонняя компания подсчитала всходы на полях. Эти значения мы сгруппировали по квадратам 10 на 10 метров и соотнесли с фактическим посевом для каждого квадрата. В итоге получили всхожесть в процентах. Это пригодилось для оценки зависимости всхожести семян от нормы высева.

Карта всхожести для поля 1 На всех участках с нормой высева 40 тыс./га всхожесть оказалась на уровне 78–93 %. На участках с нормой высева 64,5 тыс./га — в диапазоне 60–66 %.	Карта всхожести для поля 2 На втором поле для зон высокой продуктивности норма высева была 33 тыс./га. Средняя всхожесть здесь — 82 %. При норме высева 45 тыс./га я получил всхожесть 77 %. Для участка низкой продуктивности при норме высева 33 тыс./га всхожесть оказалась 82 %. При норме высева 45 тыс./га — 77 %.

Что это значит? Всхожесть семян не зависит от зоны продуктивности поля и падает при увеличении нормы высева.

Проанализировали урожайность. По картам урожайности с бортовых компьютеров и по зонам однородности, которые мы выделили вручную.

Карта урожайности поля 1 Получена с бортового компьютера	Карта урожайности поля 2 Получена с бортового компьютера
Как понимать карты? Здесь нужно обратить внимание на тестовые полосы. По картам видно, что урожайность в зонах с разными нормами высева и одинаковой продуктивностью не меняется. В первом приближении это значит, что норма высева на урожайность подсолнечника не повлияла. Этот способ хорош, когда нужно дать оценку на глаз, но в таком случае легко не заметить важные зависимости. Поэтому мы анализировали урожайность ещё и по зонам однородности.Тут важно понимать, почему такое дело нельзя доверить технике. Данные урожайности комбайнов всегда неоднородны, с шумами. Шумы — это аномальные значения урожайности в конкретной точке. Если комбайн во время уборки забуксовал, скорее всего, в этой точке мы увидим аномально низкие значения урожайности. При выгрузке зерна, напротив, — аномально высокие. Если комбайн едет по технологической колее, значения снова будут низкими. Отфильтровать автоматически эти шумы нельзя, поэтому надёжнее сделать ручную обработку.
Однородные участки на поле с орошением. Всего таких участков мы выделили 150. Площадь каждого 0,25–0,5 га. Что это значит? Здесь важно проследить, есть ли на участках тенденция к увеличению или снижению урожайности в зависимости от нормы высева. Урожайность в пределах участка отмечена в центре. Норма на двух тестовых полосах разная. Если тенденция прослеживается, мы можем дальше анализировать данные, делать выводы и принимать решения. Если тенденции нет, то вывод простой: норма высева не повлияла на урожайность. Для второго поля мы делали аналогичную карту с однородными участками.

Затем, чтобы удобнее анализировать результаты, мы рассчитали среднюю урожайность однородных участков для каждой зоны продуктивности экспериментальных полей.

Поле на орошении

Поле на богаре

Как видно из таблиц, на обоих полях мы получили примерно одинаковую урожайность во всех зонах продуктивности для трёх норм высева.

К каким выводам мы пришли

Ни на богаре, ни на орошении норма высева не повлияла на урожайность подсолнечника. Мы предполагаем, что так произошло из-за пластичности самой культуры или из-за гибрида, который мы сеяли. Чтобы выяснить, есть ли гибриды, которые позитивно реагируют на переменную норму высева, в 2020 году мы продолжим эксперименты в ещё больших масштабах. Обязательно будем рассказывать о них в блоге на нашем сайте!

Пластичность — способность культуры адаптироваться к разным условиям среды, в том числе, нормам высева.

Рекомендации

В ходе этого эксперимента мы сформулировали несколько рекомендаций для всех, кто уже занимается дифференцированным посевом или только планирует это делать. Эти рекомендации помогут сэкономить на семенах и лучше контролировать урожайность.

Тестировать разные нормы высева, чтобы понять, какая норма оптимальна для конкретного поля и гибрида. В этом эксперименте, например, на обоих полях увеличение нормы высева не повлияло на урожайность. Но это не значит, что на другом поле и с другой культурой произойдёт так же.

Определять ограничивающий урожайность фактор. Если знать фактор, который мешает растению развиваться, его, как минимум, можно уменьшить и, как максимум, исключить.

Хранить данные урожайности для каждого поля. Они помогут выделить зоны продуктивности для дифференцированного посева или внесения удобрений и определить ограничивающий фактор.

«О OneSoil мы впервые узнали от коллег: однажды услышали название приложения, прочли подробнее в интернете и начали тестировать. В этом эксперименте решили участвовать, потому что возникло большое профессиональное доверие к создателям OneSoil. До этого что-то подобное делали, но только в пределах одного поля. Поэтому было интересно вместе с командой OneSoil протестировать дифференцированный посев в больших масштабах. Над результатами этого эксперимента мы сейчас размышляем, но над следующим уже работаем вплотную.»

Комментарий агрохолдинга «Агропродукт, ЛТД»