Применение интегрированной модели «DSSAT-SIG» для определения доз удобрений под кукурузу в южной и центральной части Бенина

Среднемесячное количество осадков составляет 1 481 мм, среднемесячное значение потенциальной эвапотранспирации – 1 648 мм.

Растительность представлена в основном кустарниковыми зарослями, масличными пальмами и несколькими хлопковыми деревьями ( Ceiba pentandra) . Последние соотносятся с участками деградации тро-пофильных лесов с растениями вида Кола (Cola cordifolia), Триплохитон твердосмолый (Triplochyton scleroxylon), Хлорофора высокая (Chlorophora exelsa) и хлопковое дерево (Ceiba pentandra), которые встречаются очень редко .

На юге Бенина преобладают следующие типы почв: ферралитные почвы на глинистых осадках третичных континентальных отложений или на песчаниках мелового периода, которые находятся на семи плато на юге (Порто-Ново, Аллада, Кету, Абомей, Заннанандо, Догбо, Аплахуэ), гидроморфные почвы в долинах, низменностях и на аллювиальных равнинах, вертисоли в низменности Лама и коричневые эвтрофные тропические почвы, часто в сочетании с гидроморфными почвами и вертисолями в нижней части региона. В центре Бенина чаще всего встречаются железистые тропические почвы, которые преобладают в центральной части региона, и грубые, эродированные минеральные почвы на границах возвышенностей [Igué, Floquet, Stahr, 2005; Accuracy of the..., 2012].

Система поддержки принятия решений для передачи агротехнологий. Система поддержки принятия решений для передачи агротехнологий (DSSAT) – это комплекс программ по управлению базами данных по климату, почвам, агротехническим методам, имитационная модель роста различных культур и программа для вычисления сезонной стратегии и анализа рисков. Программа «Le DSSAT v4.5» – это модель системы поддержки принятия решений для передачи агротехнологий, которая охватывает 28 культур, включая кукурузу. Она содержит модуль «идентичная почва», предназначенный для имитации водно-азотно-углеродного баланса почвы, «модель динамики углерода и азота в почве CENTURY», инструмент управления климатическими данными «Синоптик» (WheatherMan), инструмент для работы с экспериментальными данными «ATCreate» для ввода и корректировки данных о росте, развитию и урожайности растений, а также результатов измерений, касающихся содержания воды, азота и углерода в почве, графическую программу «GBuild» для графического представления экспериментальных и имитационных данных, программу сезонного анализа биофизических и экономических данных сезонных культур и программу диагностики и оценки «STATS» для статистического анализа имитационных и измеренных данных по развитию и урожайности растений и составляющих урожая.

Сорт кукурузы «DMR-ESR-W» – это сорт свободного опыления (перекрестного опыления). Вегетационный период длится 90 сут. Початки плотно окружены листами. Зерна белого цвета, полузубовидного, по-лумучнистого, полустекловидного типа. Потенциальная урожайность 5 т с 1 га. Этот сорт кукурузы очень популярен среди сельскохозяйственных производителей в южной и центральной части Бенина [Document technique ..., 2010].

Расчет потенциального урожая, сроков посадки и доз удобрений. Модель «DSSAT v4.5» связана с геоинформационной системой (ГИС) посредством программного обеспечения IDSS/GSSAT. Сначала осуществляется настройка модели для используемого сорта кукурузы. Затем выполняется имитация. Сезонный анализ в приложении «Сезонный анализ» позволяет выбрать лучшие условия для получения наибольшего урожая, наиболее благоприятные сроки посева и оптимальные дозы удобрений путем сравнения метеорологических данных за 30 лет. Чтобы отразить то, что полив сельскохозяйственных культур в Бенине осуществляется естественным путем, потенциальный урожай кукурузы рассчитывается в условиях естественного полива. Наиболее благоприятные сроки посева определяются на основе потенциального урожая выбранного сорта кукурузы при естественном поливе. В том, что касается оптимальных доз удобрений при расчете потребности в питательных веществах, учитываются только те значения, при которых урожайность продолжает повышаться пропорционально количеству применяемых удобрений. Затем при помощи ГИС результаты имитации преобразуют в карту рекомендаций для определенной местности. Для проведения оценки в базу данных модели DSSAT вносят несколько типов данных. Это географические данные для ГИС, а именно страна, коммуны, деревни, высота, долгота, широта, физические характеристики почвы, т.е. ее текстура, структура и цвет, химические свойства почвы, в частности, содержание органического углерода, общее количество азота, усвояемого фосфора, обменного калия, pH-H2O, емкость катионного обмена, топография почвы, генетические характеристики сорта кукурузы, а именно продолжительность вегетационного периода, время цветения, тип листьев, количество зерен в початке, стоимость удобрений и их применение, стоимость орошения и цена зерна.

Настройка модели «CERES-maize» системы «DSSAT» выполнена на основе информации о кукурузе сорта «DMR-ESR-W».

Формирование файлов DSSAT. Для выполнения имитации через IDSS создаются следующие файлы СППР: «Почва» (Fichier Sol), «Метео» (Fichier Météo), «Генотип» (Fichier Génotype), «Эксперимент» (Fichier Expérimentation) и «Экономика» или «Цена» (Fichier Economique ou Prix). В файле «Почва» содержится информация о физико-химических и биологических параметрах 2970 горизонтов 771 профиля почвы исследуемой территории, а также информация о количестве осадков, о максимальной и минимальной температуре и солнечном облучении, полученная на метеорологических станциях в Котону, Бохиконе и Саве. Информация, предоставленная 55 осадкомерными станциями, расположенными в Региональном центре развития сельского хозяйства (CeRPA), Коммунальном центре развития сельского хозяйства (CeCPA) и на станциях исследований и разработок позволила уточнить данные о количестве осадков в различных коммунах, расположенных на исследуемой территории. В результате удалось свести к минимуму возможные погрешности при имитации. Данные по климату были преобразованы в юлианский календарь. В файле «Генотип» представлены генетические коэффициенты кукурузы сорта «DMR-ESR-W»: 1) тепло, накапливаемое в период с начала до конца фазы созревания, выраженное в градусо-днях с температурой выше базовой 8°C, когда растения не чувствительны к изменениям длительности светового дня; 2) сдвиг развития, выраженный в днях, с увеличением продолжительности светового дня до самого длинного светового дня, когда развитие достигает максимального темпа (предположительно 12,5 ч); 3) тепло, накапливаемое в период с начала цветения женских соцветий до физиологической зрелости, в градусо-днях с температурой выше базовой 8°C; 4) тепло, накапливаемое в период до появления двух настоящих листов, выраженное в градусо-днях. В файле «Эксперимент», который определяет условия имитации, принимаются в расчет данные, касающиеся почвы, климатических условий, сорта кукурузы «DMR-ESR – W» и способов управления культурами, в частности, комбинация сроков посева, доз удобрений, сорта кукурузы и способов полива. В файле «Экономика или цена» содержится информация о стоимости производства и товарной цене зерна на исследуемой территории.

Выполнение имитации. Было выделено тридцать шесть комбинаций доз азота-фосфора-калия: 4 дозы азота – 0–40–80–120 кг/га, 3 дозы фосфора – 0–30–60, 3 дозы калия – 0–40–80 кг/га. Определено четыре срока посева: 15 марта, 15 апреля, 15 мая и 15 июня. Были обозначены и реализованы три сценария имитации: 1) потенциальная урожайность, обеспеченная климатическими ресурсами; 2) потенциальная урожайность, обеспеченная естественными условиями полива; 3) урожайность при ограниченном количестве воды и питательных элементов. В целом было обозначено 144 варианта управления.

Результаты исследований и их обсуждение . Почвенно-метеорологическая карта. В результате сканирования карты почвы, административной карты и метеорологической карты удалось получить карту со слоями, содержащими информацию о почве и о климате (рис. 1). В результате наложения почвенной карты на метеорологическую получили карту с тремя зонами пересечения почвенно-метеорологических данных, которые были определены на базе трех плювиометрических регионов: Котону, Бохикон и Саве. Первая почвенно-метеорологическая зона объединяет южные части агроэкологической зоны 6, т.е. зоны ферраллитных почв и археологических зон 7 и 8 (зон низменности и зоны рыболовства). Во второй почвенно-метеорологической зоне сгруппированы северные части перечисленных агроэкологических зон и южная часть агроэкологической зоны 5, т.е. хлопководческой зоны центральной части Бенина. Таким образом, это переходная зона. Третья почвенно-метеорологическая зона представлена хлопководческим районом центральной части Бенина.

Сроки посева и потенциальный урожай кукурузы сорта «DMR-ESR-W » . Наиболее благоприятный срок посева для кукурузы сорта «DMR-ESR-W» в южной части Бенина приходится на середину апреля. В центральной части Бенина наиболее благоприятный срок посева для кукурузы сорта «DMR-ESR-W» в период с середины апреля до середины мая (рис. 1, a ).

Рис. 1. Карты посевов (а) и потенциальные урожаи посевов в апреле (в) и в мае (c)

Таким образом, следует избегать слишком ранних или поздних сроков посева. Так, потенциально достижимый уровень урожая кукурузы сорта DMR-ESR-W, высеянной в апреле, в условиях естественного полива на юге Бенина составляет порядка 2–4 т/га, в центре Бенина 3–4,9 т/га (рис. 1, в), а потенциально достижимый уро- вень урожая кукурузы, высеянной в мае, в условиях естественного полива на юге Бенина составляет 1–3 т/га, в центре Бенина 4–5,1 т/га (рис. 1, с). Посев кукурузы сорта «DMR-ESR-W» в мае влечет за собой снижение потенциальной урожайности на юге Бенина, поскольку для этого региона такой срок посадки является поздним, в то время как в центральной части Бенина он является наиболее благоприятным, и потенциальная урожайность при этом увеличивается. Чем позднее сроки посева кукурузы сорта «DMR-ESR-W» по отношению к оптимальным датам, тем более неоднородным становится урожай, и тем хуже качество зерен [Batamoussi, 2008].

Оптимальные комбинации доз удобрения. Было имитировано несколько оптимальных комбинаций доз удобрений. В основном в этих комбинациях отмечается повышенное содержание азота – от 80 до 120 кг/га. Это свидетельствует об общем дефиците азота в почвах на юге и в центре Бенина.

Рис. 2. Оптимальные комбинации доз удобрений

Увеличение доз питательных веществ имеет значение лишь в тех зонах, где плювиометрические и почвенные условия позволяют растению развить свой потенциал при правильной стратегии повышении эффективности азота, например, при дроблении рекомендованной дозы минеральных удобрений или внесении минеральных удобрений совместно с органическими. Оптимальные дозы фосфора составляют от 30 до 60 кг/га. Но в целях повышениях экономической прибыли рекомендуется применять фосфор в дозировке 30 кг/га. Потребность кукурузы в калии невысока и составляет от 0 до 40 кг/га для большинства комбинаций, имитированных в модели (рис. 2). Но во избежание истощения калия в почве в условиях горного земледелия, которое практикуется небольшими землевладельцами на исследуемой территории, рекомендуется вносить не менее 25 кг калия на 1 га, чтобы обеспечить длительное функционирование системы

Заключение . Применение модели «DSSAT v4.5» совместно с геоинформационной системой (ГИС) посредством программного обеспечения IDSS/GSSAT позволяет исследовать результаты применения большого количества вариантов доз минеральных удобрений. Имитация применения этих доз удобрений на конкретной местности дает возможность отобрать только те варианты, которые приводят к получению хорошего урожая с минимальными возможными отклонениями на разных почвах и в разных метеорологических условиях. Таким образом, для южной и центральной части Бенина для получения хорошего урожая кукурузы 25

сорта DMR-ESR-W наиболее эффективными дозами являются следующие: азот – 80–120 кг/га, фосфор – 30, калий – 40 кг/га. Подкормка должна сочетаться с дополнительными агротехническими приемами, такими, как закапывание в землю растительных остатков после сбора урожая кукурузы. Интегрированный подход «DSSAT-SIG» является инновационным и дает возможность привести рекомендации по дозам минеральных удобрений для Бенина в актуальное состояние. Внедрение системного подхода «DSSAT-SIG» в Бенине позволяет отобрать необходимые технологические приемы для производства кукурузы. Этот подход является стратегией выбора. Тем не менее перед применением полученных результатов на всей территории страны необходимо опробовать описанные в настоящем исследовании дозы минеральных удобрений на сельскохозяйственных территориях.