Оптимальные нормы азотных удобрений в Кукурузном поясе растут десятилетиями

Норма азотных удобрений, необходимая для максимизации прибыльности производства кукурузы на Среднем Западе США, увеличивалась примерно на 1.2% в год на протяжении последних трёх десятилетий.

Исследование, опубликованное в Nature Communications, проанализировало данные долго- и краткосрочных исследований Университета штата Айова и Университета Иллинойса. Оно показало стабильный рост оптимальных норм азота с 1991 по 2021 год, хотя ранее считалось, что они статичны. Основные причины роста — повышенные потери азота из-за более влажных весен и потребности для получения более высоких урожаев, которые также росли на ~1.2% в год.

"Это было неожиданностью, но не стало сюрпризом, если подумать. Это как банковский счёт: если вы снимаете деньги, вам нужно вносить больше, чтобы поддерживать счёт", — Майкл Кастеллано, соавтор исследования.

Анализ также отслеживает опросы фермеров Айовы, чьи самостоятельно сообщаемые нормы внесения азотных удобрений также росли в последние десятилетия.

Эффективность улучшается

Подтверждение растущих потребностей кукурузы в азоте подчёркивает важность постоянного повышения эффективности использования удобрений. Это необходимо для снижения воздействия на качество воды и выбросы парниковых газов.

Эффективность уже возросла. Если 30 лет назад рекомендация Университета штата Айова составляла 1.2 фунта азота на бушель кукурузы, то 20 лет назад — 1 фунт, а сейчас распространённая цель фермеров — 0.7 фунта или меньше. Без этого улучшения эффективности рост оптимальных норм за последние 30 лет был бы ещё выше.

Среди практик для повышения эффективности использования азота — севооборот, улучшенный дренаж и весеннее внесение удобрений.

Для определения точной нормы сейчас доступно больше инструментов. Инициатива по азоту в Айове (Iowa Nitrogen Initiative) проводит испытания на частных фермах и с помощью моделирования предлагает более точные рекомендации. Партнёрство недавно выпустило цифровой инструмент поддержки решений N-FACT, который даёт индивидуальные рекомендации по норме на основе местоположения, погоды, содержания азота в почве, даты посадки, системы земледелия и рыночных цен.

Тренд, вероятно, продолжится

На экологическую устойчивость азотных удобрений эффективность их использования влияет больше, чем норма внесения. Это хорошая новость, поскольку оптимальные нормы, вероятно, продолжат медленно расти.

"Пока урожайность будет расти, и если не произойдёт огромного скачка в эффективности, мы не видим признаков замедления этого тренда", — Митчелл Баум, первый автор исследования.

Исследование анализировало три типа оптимальных норм азота:

• Экономический оптимум — максимизация прибыли фермера.
• Агрономический оптимум — точка, после которой дополнительный азот не влияет на урожайность.
• Экологический оптимум — учитывает предполагаемые финансовые затраты от выбросов закиси азота (N₂O) и вымывания нитратов в грунтовые воды.

Экономический оптимум всегда ниже агрономического и выше экологического. Однако разрывы между ними меняются:

• Разница между агрономическим и экономическим оптимумом сократилась на 79% за 30 лет.
• Разница между экономическим и экологическим оптимумом выросла на 34%.

Снижение норм до экологического оптимума привело бы к падению урожайности примерно на 6% при лишь незначительном сокращении потерь азота.

"Если вы хотите сократить нормы азота ниже требуемого оптимума и при этом сохранить урожайность... мы не можем иметь всё. Если вы уменьшаете азот, вы снижаете урожай", — Сотириос Архонтулис, соавтор исследования.