Results

Final results of the project „Innovative Decision Support System in field crops and conservation tillage“

Indicator 1: Develop a scientifically based and statistically proven comparison between the four main types of tillage. Data collection was carried out from the different locations and variants of the experiments, focusing on the chemical, physical and biological facets of soil fertility. New or not well-studied biological indicators of soil health have been identified. There’s been a build-up of practical knowledge on potential issues and inaccuracies in established analytical techniques that can compromise the final result and conclusions. Persisting trends of severe droughts in summer and autumn call for technological adaptations in crop selection and planting times. In this regard, crops such as rapeseed become extremely risky and became inapplicable in Bulgarian agriculture and respectively in the considered project. This necessitates the substitution of the crop, resulting in limited results about it.

Indicator 2: A network composed of units to follow and predict airborne wheat diseases has been established. There are two primary and complementary sources of information. The first includes traditional field surveys during crucial crop growth stages, which enable the initial detection of infestations within a country or region. The second is a risk prediction model based on measured climate, crop growth stage, follow-up effect of previous fungicide, variety. The collected data was processed using specialized online software in real-time. Numerous farms not directly involved in the project were additionally incorporated into this network of weather stations, models, and survey points. All participants utilized communication methods online photos of infected plants for fast diagnosis. As a result of this collaboration the initial occurrence of rusts in the country for each season was promptly alarmed. The progression of certain diseases over three years was tracked and fungicides with adequate mode of action were proposed. Ultimately, the process of setting up and practically using such a network for making scientifically informed decisions in plant protection was demonstrated. The primary advantages of having such a system include appropriate use of chemical treatments, identification of reduced effectiveness in fungicides, and resistance of crop varieties. Diseases that remain in plant residues, like Septoria tritici blotch (STB) and Fusarium head blight (FHB), are typically associated with no-till farming.

The carried out field assessments unveiled a significant, previously untapped pathological issue of indistinct etiology within the country. In the spring seasons of 2022 and 2023, there was a high number of reports concerning crown rot and bare patch in winter cereals. Two problems were confirmed – infection by fungi of the genera Fusarium and Rhyzoctonia. In addition, phytoparasitic nematodes were also identified in the soil and roots. A multifaceted issue was confirmed, commencing with the roots being attacked by nematodes and secondary infection via wounds by the previously mentioned fungi genera. Losses fluctuate between 5-7% and 50-60%, affecting the tillers and the potential yield. The possible presence of mycotoxins in grains could also pose a risk to the grain market and public health. The current project signified the start of a comprehensive system for nematode and soil disease management, scientifically grounded and suited to the conditions of Bulgaria.

The assembled team of specialists and progressive farmers is a crucial element for the excellence of the results obtained and a necessary condition for the future thriving evolution of conservation treatments and the utilization of cover /intermediate/ crops. The established organizational method, „Innovative Decision Support System in field crops and conservation tillage“ not only exemplifies a productive partnership between individual growers in isolated regions of the nation and scientific professionals in the corresponding discipline, but also acts as a testament to the success of this newly established and innovative method of operation. The measure of the success of the established procedures and innovative work methods is the interest expressed by numerous other farmers who attended meetings and events to publicize the project. This suggests that the instituted project promoting collaboration between science and practice can be effectively replicated. The amassed experience and scientific information provide a solid foundation for the comprehensive development of technology to address specific issues in the technologies under examination.

Indicator 3: Reduction of the amount of applied nitrogen (active substance) per 1 ton of finished product by a minimum of 7% compared to previous practices in the farm or region at a minimum of 5 farms of the operative group (OG) members for a minimum of two crops subject to the project.

Different levels of optimization were accomplished across various cultures. The most notable advancement was accomplished in wheat, which is the country’s primary crop. A minimum of 10% active nitrogen substance was observed in all six experiments and farms that carried out fertilization trials.
In the context of corn, there have been optimistic results concerning the optimization of nitrogen fertilization rate within the range of 7 to 15%. This level of optimization was attained in two out of the three farms conducting these tests.

Moreover, associations were made that enable the decrease of other major and minor elements that signify a genuine expense in the technology. New approaches for determining the necessity for fertilization were introduced in the country. A variety of evaluation resources were utilized, illustrating the chemical, physical, and biological composition of the soil, along with the impact of climate. The recommendations for fertilization were based on information from the following:

Field experiments for wheat cultivar responses.
A comprehensive and previously untapped collection of indicators from chemical analysis.
Soil’s mechanical composition and type.
Soil’s cation exchange capacity.
Microorganisms involved in the biogeochemical cycling.
Cutting-edge analysis of plant leaf sap, indicating the current status and nutrient needs.
Spectral analysis of the amount of chlorophyll and nitrogen respectively in the leaves.
Appropriate consideration of the economic and agronomic significance of individual plant phenophases in relation to the application and distribution of fertilization rates.
Software processing of most of the above information.

Advancements were achieved in the rural areas, particularly in the field of plant nourishment and fertilization, with the use of microbial and organic substances. This not only improved crop yields, but also the overall health of the plants. However, in some instances, no impact was noticed and potential causes were examined. These findings highlighted another crucial trend – a higher rate of nitrogen fertilization diminishes the plant’s resilience against unfavorable abiotic conditions like spring frost and drought.

Indicator 4: Reducing the cost of fungicides per one ton of production by at least 5% compared to previous practices in the farm or region, at least in 5 farms from the members of the operative group (OG) for one of the crops subject to the project. In 5 out of all participating farms, the number of treatments with fungicides on wheat was reduced from two to one for the season.

Practical conclusions and recommendations as a result of this project: Conservative tillage has a potential to improve soil health in the aspects of biodiversity, functionality and resilience to nematodes, root diseases, extreme climatic phenomena. – No-till proved to be most efficient in physical soil properties improvement and nematodes control through biodiversification, plough pan elimination, soil and conventional tillage the worse possible

Cover crops are generally beneficial to soil improvement, but under dry winter conditions and late termination could deplete soil mosture and reduce yield in spring crop – Combination of field scouting and climate based forecasting models could be very useful about diseases control. National network of this practice has a great potential and could be further developed. – Nitrogen application could be optimised through holystic approach to take under consideration chemical, physical, climate, crop variety and microbiological activity of soil. – Transition period to conservative tillage could make a progress faster in medium texture soils, but more heavy and clay soils show even higher potential if right deicions and time considered.
Transitional period is associated with higher risk of small seeded grass and perennial weeds, leaf blotch and Fusarium sp. caused diseases, soil pests. Most effiecient control measures should be complex and sustainable.

Conservative tillage saves expenses mainly about fuel. Yields could in autumn wheat are generally unchanged, but on heavy and acidic soils during first two years were substantially decreased in minimuma and no-till. In medium textrues soils yield in corn rotated with wheat was twice higher under extreme drought. The described factors and results influenced the economic costs and income of farms.

Междинни и текущи резултати (2023 г.)

Торене

Проучена е реакцията на някои сортове пшеница спрямо азотно торене, за да се установят техните оптимални норми и да не се дестабилизират почвените баланс и равновесие. Интегрирано е в системата за вземане на решения използването на хлорофил метър. Включени са допълнителни култури като слънчоглед, царевица, бакла (покривна култура) в набора за пробовземане и проучване хранителните елементи в растителния сок. Проучват се допълнителни методи като почвен скенер за заснемане на полетата и зониране на места за правилно пробовземане и калибровка на резултатите. Подобен метод ще позволи по-подобно и пространствено проследяване на промените. Точките за базов анализ са много повече и създават редица допълнителни възможности за анализ и проследяване на процесите. Елиминират се грешки, заложени в стандартни методи като този на решеката и др.

Натрупаният опит показва, че ролята на азота и макроторовете е леко преувеличена и често редукцията на добива се дължи на други фактори като екстремни стойности на климата, сорт, вредители и болести, слабо братене и неправилна сеитбена норма.

Мониторинг на болести

През есента на 2022 г. прогнозната платформа успешно сигнализира нетипична но изключително висок риск от кафява листна ръжда. Потвърждение на подадената тревога бе действителната зараза на полетата в района на гр. Враца. Подобни случаи служат за насочване вниманието на фермерите относно нетипично презимуване на патогена и силна зараза рано през пролетта. Опитът продължава през пролетта.

Контрол на неприятели при безорни технологии

Проучени са алтернативни мерки за контрол на вредители, които се развиват особено силно при условията на безорни технологии. Проучват се възможности за приложение на микробилани продукти за контрол на насекомите и интегрирани на подхода към съществуващите практики като напр. засяване на междинни култури през лятото и есента. Подобно системно насищане с паразитни гъби и бактерии в почвата води до постоянно висока тяхна плътност и възможност за атакуване на вредните насекоми в уязвими техни фази, свързани с почвената среда. Концепцията се основава на оптималното използване на кореновата система и живо растение като среда за живот не само за насекоми, но за полезна микрофлора. Освен това есенното прилагане разширява значително периода за развитие и размножаване на тези организми в контекста на оптимална влага и все по-често наблюдаваните меки в температурно отношение есенно зимни периоди. Наличието на биологични процеси може да увеличи по естествен път ефикасността на продуктите ако се приложат правилно и условията позволяват. Това от своя страна би намалило тяхното по-бавно инициално действие в сравнение с химичните продукти в критични фази като поява на кълнове и поникване. Използването на невегетационния период е ключово предвид все по-горещите и сухи пролетно-летни периоди, през които микроорганизмите по-скоро оцеляват. Натрупването на насекоми (щурци, телени червеи, хоботници) при безорните технологии е техен недостатък, който може да се коригира посредством подобреното почвено здраве и среда за развитие на полезна микрофлора.

Влияние на плевелите върху развитието на някои ненасекомни неприятели и заболявания по пшеница

В първите години на преход към обработки без обръщане на почвения слой или нулева обработка води до по-високо заплевеляване, решение за което е приложението на хербициди. Те обаче не се вписват напълно в общата концепция за баланс и развитие на почвената микробиология и биоценологичен подход. Особено внимание се обръща, вкл. в националните програми за подпомагане, на редукцията в използването на глифозат. Механичното изключване на този продукт често води до други още по-големи проблеми и силно заплевеляване. Например плевелите служат за резервоар на вируси и нематоди, които след жътва на есенниците оцеляват и се развиват в тях. През пролетта на 2023 г. екипът в проекта установи и единствен е страната алармира за огромните поражения и почти двойна редукция в добива при пшеница след нападение от мигриращи некротични лезии образуващи почвени нематоди. Същите причиняват рани и „отварят вратата“ за почвени гъбни патогени от р. Fusarium и Rhizoctonia, които на свой ред заразяват и тотално могат да унищожат отделни братя и растения (до 50% показват обследванията). Описаната ситуация логично предполага консервационните хнологии като по-рискови за заплевеляване и развитие на нематоди, но ако плевелите се елимират въпросът остава как самата технология и почвени промени влияят върху проблема. В стопанства, които са приобщени към целите на проекта като индиректни участници са установени любопитни резултати. От една страна има индикации, че при извърщване на оран или поддържане на продължителна угар се натрупва огромно количество (10 пъти над прага за вредност) и нетипично разнообразие на паразитни по растенията нематоди.

Междинни и текущи резултати (2021-2022 г.)

По отношение на индикатор 1: Разработване на научнообосновано и статистически доказано сравнение между четирите основни вида обработки на почвата:

Събиране на база данни от провежданите опити с цел изготвянето на научнообосновано и статистически доказано сравнение между четирите основни вида обработки на почвата: оран/дисковане, нулева обработка, минимални обработки и ивична обработка, приложими върху четири култури: пшеница, царевица, рапица и слънчоглед. Промяната в почвените характеристики е относително бавен процес и поради това на този етап все още не се очаква наличието на съществени разлики. Междинните култури оказват директно влияние върху наличната почвена влага при засяване на следваща пролетна култура. Отчетен е негативен ефект при закъсняло терминиране и ограничено количество на валежите. Подобен резултат предполага по-внимателен анализ и преценка за видовете междинни култури и начинът им на отглеждане с оглед реализиране на положителен резултат.

По отношение на индикатор 2: Разработване и внедряване на нов организационен метод „Иновативна система за вземане на решения при консервационно земеделие“:

Стартиране на процеса по разработване на нов организационен метод Иновационна система за вземане на решения при консервационното земеделие – система за вземане на решения, мрежа за обмен на информация за пренос на ръжди и развитие на други болести, подобряване на почвеното здраве чрез оптимални или нулеви обработки и междинни култури. Поставено бе началото на координирана и наблюдавана от експертите система за проследяване развитието на болести и вредители. Предвид иновативния характер и подход за решаване на проблема чрез климатични модели и потенциален риск от развитие напр. на болести беше необходим адаптационен период за реорганизация на стопанствата. Календарните пръскания бяха заменени от прецизни намеси само при необходимост. Това от своя страна наложи подобрена организация и по-бърза реакция. Положителни резултати бяха регистрирани в стопанствата в районите на София, Плевен и Враца, където нетипични за всеки сезон, но много опасни инфекции от фузариоза по класа бяха алармирани и ограничени посредством адекватни мерки. В същите стопанства беше извършено едно третиране с фунгицид при стандартни за района две или три такива. По-важното в случая бе правилният избор на момент, продукт и доза, които да осигурят контрол едновременно на кафява листна ръжда и фузариоза. В световен мащаб все по-актуална е темата за микотоксини в зърното. За българските производители това важи с пълна сила предвид износната ориентация на продукцията. Успешният контрол на фузариоза е свързан и с редукция на микотоксините, за които прогнозната система алармира посредством специален модел. Отчетена беше ползата от комбинирането на полско обследване и симулация на риска от болести. Ефектът от работата в мрежа също бе съществен с добри индикации за разширяване през следващата година.

По отношение на Индикатор 3: Редуциране количеството приложен азот (активно вещество) за 1 тон готова продукция с минимум 7 % спрямо предишни практики в стопанството или региона минимум при 5 стопанства от членовете на ОГ при минимум две култури, предмет на проекта.

Още през първата година в стопанството на К-ЕИ-Г АД се наблюдава обнадеждаващ междинен резултат. Редуцирана е употребата на азотен тор UAN с 12 л/дка, при което бе постигнат увеличен добив от маслодаен слънчоглед с 15 кг/дка (4 %) спрямо нетретирана контрола. В допълнение бе регистриран интересен резултат, свързан с по-силно начално развитие вкл. цъфтеж при третиране на семената с комбинация от микоризни гъби, полезни бактерии, екстракт от водорасли и органични съединения. Разликата бе видима и от сателитна снимка.
Не по-малко любопитен беше резултатът от стопанството на Агротрейд Комерс ООД, където след приложение на същата комбинация бе наблюдавана слаба редукция на добива. Там съществува хипотеза относно това, че през първата година микоризните гъби консумират допълнителен азот за изграждане на своята мрежа от мицел в полето, явление, наблюдавано и научно описано.
През есенно-зимният период бе въведена система за вземане на решение чрез комбиниране на различни методи за прецизно торене с азот. Тя включваше подробен почвен анализ, който бе използван в климатичен прогнозен модел. Калибровка през пролетта бе извършена посредством хлорофил метър и листни анализи. Резултатите са обнадеждаващи по отношение на азотното хранене.
Интересни резултати са отчетени във всички локации след използването на нов за страната и света анализи на растителния сок. За целта листни проби бяха събирани в ранните часове на деня и изпращани в чужбина. Спецификата на този анализ се състои във възможността да се анализират повече от 20 показателя (макро и микроелементи, захари, обща солева концентрация) за много кратък период (2-4 дни) и адекватна реакция. Скоростта на вземане на анализа на растителен сок, а не тъкан дава възможност за реагиране и коригиране на нуждите на растението. Особено внимание се обръща на излишъците, които установихме, че са по-съществения проблем от недостига в повечето проби. Пример в това отношение е азотът, който се предозира и неправилно позиционира през сезона. Нещо повече формите на азота също оказват влияние като целта на добрите практики е да се реализират високи нива на общ азот, но ниски нива на нитратна и амониева форма в растителния сок. Точно тези три вида азот ни показва анализа и интересни изводи има изведени. Друг съществен проблем отчетен по описаната методология е липсата на балансирано хранене и невъзможността да бъде ефективно преработен в растението азота и някои други елементи. В някои от пробите бе наблюдаван недостиг на молибден, сяра, желязо, магнезий с принос за фотосинтезата и ензимите, които превръщат азота директно като нитрат редуктаза.

Това са нови за широката практика анализи и те допълват спектъра от елементи с молибден (вече бе описана ползата от него), силиций (има роля в контрола на стрес, причинен от суша, екстремни температури, болести и насекоми), алуминий (силно токсичен елемент при кисели почви), хлор.

В някои райони бе установен недостиг на хлор при пшеница като подобна информация не е посочвана, до колкото ни е известно, в страната, а само в Австралия и САЩ. Степента на повредите, особено по горните етажи на посева и потенциалните загуби, ни накараха да разширим и в други стопанства и региони проучването. Резултатите бяха изключително интересни и вече двугодишни като давност. Категоризирани бяха сортовете по отношение реакцията им спрямо недостига на хлор. Приложени бяха с различен успех мерки за почвено и листно торене с хлор – непопулярни в практиката.

Алуминият е тежък метал, който става достъпен за растенията при много ниска киселинност. В едно от полетата се оказа, че нулеви или минимални обработки на почвата в комбинация с неправилен избор по отношение формата на азот се получава вторично вкисляване в повърхностния почвен слой. Подобна токсична за растението зона е възможно обяснение за слабо поникване на междинни и основни култури от сем. Кръстоцветни и потискане на всички култури през вегетацията вкл. плитък и лимитиращ добива корен. Обсъждат се мерки за следващия сезон, а това не е лека задача предвид сложността от финансова и логистична гледна точка на мероприятие като варуване. В литературата има и противоречиви данни за въздействието върху почвената микробиология след внасяне на високи норми варовик.

Отчетено е забавено развитие на причинителя на фомоза по рапицата и невъзможност за осъществяване на заразяване през есента. Полученият резултат е довел до отмяна необходимостта от приложение на фунгицид в района на Плевен, Млада Гвардия, Пловдив, Угърчин и Градешница.

Изследванията са все още в начален етап, но има реални изгледи за оптимизиране на разходи и резултати от торене. При наблюдаваното драстичното увеличение при цените на торове, въвеждането на подобни технологии би било от изключително важно значение за индустрията. Целта на проекта е да създаде протокол за работа и анализ в условията на консервационно земеделие и да се минимизират грешките. Отчетена е положителна корелация между добри практики през годините вкл. минимални обработки, внасяне на микроорганизми, междинни култури и показатели като активен въглерод, устойчивост на почвените агрегати, дишане на почвата. Направени са първи стъпки в използване на иновативен почвен тест за определяне на обща микробиална маса и съотношение между гъби и бактерии. Изчакваме в момента наличие на по-влажна почва – условие за теста. Изключително интригуващи и задълбочени са резултатите за почвения микробиом и определяне видовия състав на всички гъби, бактерии и др. организми в почвата. Тези резултати също показват връзка между полезните практики, описани по-горе и разнообразието на гъбите. Нещо, което е в повечето случаи добър атестат за живота в почвата и нейната функционалност като екосистема.