Баланс азота в земледелии России. Пути снижения потерь и повышения эффективности азотных удобрений.

Проведенные расчеты валового баланса азота в земледелии нашей страны на основе только сопоставления выноса этого элемента с урожаями сельскохозяйственных культур и поступления в почву (с минеральными удобрениями, навозом и за счет биологического азота) свидетельствуют, что дефицит азота уменьшился с 49 % в 1960г. до 15 % в 1980 г. В последующие 10 лет складывался практически бездефицитный баланс азота, а в отдельных регионах — положительный, с превышением поступления азота в почву над выносом с урожаями сельскохозяйственных культур более чем на 20 %.

Произошедшее затем резкое снижение масштабов применения азотных минеральных удобрений и навоза, а также поступления биологического азота, наряду с увеличением выноса азота сорной растительностью и его потерь за счет усиления эрозионных процессов, привело к резкому увеличению дефицита азота в земледелии России. По данным ЦИНАО, приходные статьи баланса (включая не только азот удобрений и фиксированный из атмосферы бобовыми культурами и свободноживущими азотфиксирующими микроорганизмами, но и поступивший в почву с семенами и атмосферными осадками) в 1996—1998 гг. в целом по России только на 60 % компенсировали суммарный вынос азота культурами и сорняками, потери его вследствие денитрификации, вымывания и эрозии почв. По регионам европейской части страны дефицит азота ниже, чем в среднем по стране, и составлял в Центральном 20 %, а в Поволжском и Северо-Кавказском — 30 % .

При оценке реального, или активного, баланса азота в земледелии необходимо учитывать коэффициент использования растениями этого элемента из удобрений. Потребление азота сельскохозяйственными культурами в течение севооборота (согласно данным разностного метода, т. е. коэффициента, рассчитанного по разнице выноса азота с урожаем при внесении и без внесения азота) составляет около 70 % из азотных удобрений и 50—60 % из навоза и пожнивно-корневых остатков бобовых трав. Реальные коэффициенты использования растениями азота удобрений, определенные с применением стабильного изотопа азота ¹⁵N, на 20— 30 % ниже, чем определяемые разностным методом. Для сохранения почвенного плодородия необходимо увеличить применение азотных удобрений при обязательном использовании источников биологического азота и всех резервов органических удобрений, включая все виды компоста и соломы.

Необходимо отметить, что в современных условиях при решении проблемы азота в земледелии страны исключительно важная роль принадлежит биологическому азоту, фиксируемому бобовыми растениями в симбиозе с клубеньковыми бактериями, а также свободноживущими и ассоциативными почвенными микроорганизмами.

Специалисты агрономического профиля должны четко представлять, что более широкое возделывание бобовых культур не только способствует лучшему обеспечению страны полноценным пищевым и кормовым белком, но и имеет важное значение в сохранении почвенного плодородия при дефиците органических и азотных минеральных удобрений, в повышении урожаев последующих культур севооборота, использующих после минерализации азот пожнивно-корневых остатков бобовых предшественников.

Наиболее эффективный путь увеличения поступления биологического азота в почву —это расширение посевов и повышение урожайности бобовых многолетних трав и зернобобовых, однолетних бобово-злаковых трав, за счет известкования и применения микроэлементов, а также повышение доли бобовых в смешанных травостоях. Выращивание бобовых создает хороший агрофон для земледелия и позволяет экономить за счет биологического азота более дорогой азот минеральных удобрений.

Повсеместно наблюдающееся в России в настоящее время истощение азотного фонда почв связано со снижением содержания в них органического вещества и резким падением уровня применения азотных минеральных удобрений. В отличие от фосфорных и калийных минеральных удобрений, азотные практически не обладают последействием. Подкисление почвы неизбежно приводит к ухудшению азотного питания растений вследствие снижения азотфиксации бобовыми культурами, свободноживущими азотфиксаторами и ассоциативной микрофлорой, торможения минерализации и последующей нитрификации почвенного азота, увеличения его потерь за счет «хемо-денитрификации».

Проводимые на различных почвах исследования с применением изотопа ¹⁵N показали , что в полевых условиях в год внесения растения используют лишь 30—50 % азота удобрений. Из наиболее распространенных азотных удобрений 25—45 % азота закрепляется в почве в органической форме, а 10—30 % — безвозвратно теряется из почвы. Использование растениями азота различных удобрений, внесенных до посева, оказалось довольно близким, однако закрепление его в почве в органической форме больше из аммонийных удобрений и мочевины, чем из нитратных удобрений, а потери — существенно ниже.

Главная причина потерь азота удобрений на связных почвах это процесс денитрификации вносимого азота. Наиболее интенсивно газообразные потери азота в ходе биологической и косвенной денитрификации происходят в первые 10—20 дней после внесения азотных удобрений и в условиях ограниченного биологического поглощения в почве. Потери, как правило, возрастают при увеличении доз азотных удобрений.

На связных почвах потери азота удобрений, происходящие за счет вымывания нитратов обычно незначительны и составляют не более 5% (чаще 1—3%) от внесенного количества, а на легких хорошо дренированных почвах с промывным режимом увлажнения (при орошении и в периоды выпадения избыточного количества осадков) они могут доходить до 10—25 %. Потери вследствие улетучивания аммиака наблюдают при нарушении технологии внесения аммиачных форм жидких азотных удобрений, а также при поверхностном внесении мочевины или несвоевременной заделке удобрений типа КАС на почвах, обладающих щелочной реакцией.

Уменьшение потерь и повышение эффективности азота удобрений обеспечиваются при увеличении степени его усвоения сельскохозяйственными культурами за счет оптимизации режима и условий питания растений. Это достигается за счет применения оптимальных доз и форм азота, приближения срока внесения удобрений к периоду интенсивного потребления азота, сбалансированного питания другими макро- и микроэлементами, локализации азотных удобрений в почве и т. д., а также агротехнических мероприятий, включающих создание благоприятной реакции почвы. Кроме того, эффективность азотных удобрений во многом зависит от степени обеспеченности почв этим элементом.

При внесении азотных удобрений, особенно в условиях достаточного увлажнения и на мелиорированных почвах, усиливается минерализация органического вещества и возрастают не только усвоение растениями почвенного азота, но и его потери. Потери азота удобрений и почвы могут быть снижены за счет усиления иммобилизации и (или) торможения минерализации органического вещества почв путем внесения органических удобрений, в том числе соломы, проведения агротехнических почвозащитных и природоохранительных мероприятий, выращивания пожнивных и промежуточных культур, возделывания трав, использования зеленого удобрения и т. д.

При систематическом применении азотных удобрений (особенно в дозах, необходимых для получения высокой урожайности) возникает экологическая опасность, связанная с накоплением в растениях избыточных количеств нитратов (и нитритов), а также с загрязнением ими водоемов и источников питьевой воды вследствие смыва, вертикальной миграции и подпочвенного стока. В связи с этим в России установлены регламенты доз азотных удобрений, соблюдение которых полностью исключает эти негативные явления.

Для того, чтобы уменьшить потери азота и снизить опасность загрязнения нитратами растениеводческой продукции и окружающей среды разрабатывают новые формы азотных удобрений — медленно-растворимые, капсулированные с контролируемой скоростью высвобождения азота, модифицированные ингибиторами нитрификации. Последние препараты при внесении в почву в относительно небольших дозах вместе с аммонийными, аммиачными удобрениями и мочевиной тормозят нитрификацию в течение 1,5—2 мес и сохраняют минеральный азот почвы и удобрений в аммонийной форме. Подавляя нитрификацию азота удобрений и последующую его денитрификацию, ингибиторы (как показали опыты с ¹⁵N) снижают в 1,5—2 раза его потери в газообразной форме и вследствие вымывания нитратов. В результате значительно повышаются урожайность различных культур и эффективность азотных удобрений.

Наиболее перспективно применение ингибиторов нитрификации с аммонийными удобрениями и мочевиной в районах орошаемого земледелия, особенно под рис, а также другие культуры в зоне достаточного увлажнения на легких почвах.

АГРОХИМИЯ ФОСФОРА И ФОСФОРНЫХ УДОБРЕНИЙ. УСЛОВИЯ ЭФФЕКТИВНОГО ПРИМЕНЕНИЯ ФОСФОРНЫХ УДОБРЕНИЙ.

1. Роль фосфора в питании растений.

Все процессы обмена веществ в живых организмах, в том числе и в растениях протекают с участием фосфорной кислоты. В корни растений фосфор поступает в виде ионов Н₂РО₄^- (основное количество), и НРО₄^2-. Ион РО₄^3- поступает в корни растений только на почвах с нейтральной и слабощелочной реакцией. Экспериментально установлено, что поступившие в корни фосфаты включаются в составе АТФ и АДФ. Затем фосфор и энергия АТФ расходуется на синтез разнообразных веществ (углеводы, белки, жиры и т.д.). Фосфор входит в состав фосфолипидов, играющих важную роль в образовании мембран клеток. В зерен злаковых культур 80 % Р₂О₅ сосредоточено в составе фитина. При прорастании семян фосфор фитина вновь используется на синтез разнообразных фосфорсодержащих соединений. Фосфор входит в состав РНК, ДНК, играющих важную роль в синтезе белков и ферментов. Темпы поступления фосфора в сельскохозяйственные культуры опережают темпы накопления сухого вещества. Например, сахарная свекла в июле накапливает 50 % сухого вещества. К этому времени (июль) в сахарную свеклу поступает более 80 % от его общего содержания в урожае. Данные по выносу Р₂О₅ с 1 т товарной продукцией с учетом побочной используются в практических целях при расчете доз фосфора под выращиваемые культуры.

Фосфор в почве его содержание. Формы фосфорных соединений, их доступность растениям и превращение в почве.

Общее содержание фосфора колеблется от 0,04 % (в дерново-подзолистой песчаной почве) до 0,22 % в мощном черноземе.

Общее содержание фосфора в почве зависит от количества органического вещества и материнской почвообразующей породы. Чем больше в почве содержится органического вещества, тем выше в ней содержание фосфора. Даже при общем запасе Р₂О₅ в пахотном слое 7 т/га растения часто испытывают признаки недостаточности. Это указывает на то, что общее содержание фосфора в почве не является показателем эффективного плодородия почвы.

Общий фосфор в почве представлен:

1) фосфатами почвенного раствора;

2) лабильными фосфатами, сосредоточенными в твердой фазе почвы;

3) стабильными фосфатами твердой фазы почвы.

Все эти группы фосфатов находятся между собой в динамическом равновесии. Растения удовлетворяют свою потребность в фосфате только за счет поглощения и усвоения фосфора из почвенного раствора. Фосфаты почвенного раствора считаются доступными для растений. В почвенном растворе содержится очень мало доступного фосфора – 1-2 мг Р₂О₅ на 1 литр, что в пересчете на 1 га составляет 1-2 кг/га. Такое количество фосфора в почвенном растворе часто не хватает для получения высокого урожая выращиваемых культур (5-8 т/га или эквивалентное количество товарной продукции других культур). Для достижения указанной урожайности (если возделываемые культуры не страдают от дефицита влаги и недостатка других элементов питания) необходимо чтобы почвенный раствор содержал 3 мг Р₂О₅ на 1 литр (или около 3 кг Р₂О₅ на 1 га).

Фосфаты кальция, железа и алюминия имеют одинаковую растворимость при рН 6,0-6,5. В то время как при кислой реакции хорошо растворяются фосфаты кальция, которые тут же превращаются в труднорастворимые фосфаты железа и алюминия. При рН 7,0-9,0 быстро растворяются фосфаты алюминия и железа, которые быстро превращаются в труднорастворимые фосфаты кальция.

При внесении и заделки водорастворимых фосфорсодержащих удобрений в почву часть фосфора переходит в почвенный раствор и усваивается растениями, а другая большая часть внесенного Р₂О₅ подвергается адсорбции, осаждению и переходит в лабильные (рыхлосвязные) фосфаты. Эти лабильные фосфаты могут вновь растворятся, и переходить в почвенный раствор и становится хорошо доступными для растений. При этом процессы осаждения, адсорбции фосфатов и последующее медленное невысокое растворение в почвенном растворе повторяются несколько раз. Все эти превращения Р₂О₅ говорят о том, что лабильные фосфаты являются постоянным источником фосфора для растений. Оптимальные условия для фосфорного питания создаются только в том случае, когда лабильные фосфаты будут равномерно распределены в пахотном слое.

Рациональное применение фосфорных удобрений предполагает их внесение с учетом потребности выращиваемых культур в фосфоре, последействия ранее внесенных удобрений и содержания подвижного фосфора в почве (фактор емкости), а также с учетом содержания доступных фосфатов в почвенном растворе (фактор интенсивности). По содержанию подвижного фосфора судят об эффективном плодородии почвы.

Если содержание подвижного фосфора по Кирсанову составляет ≥ 40 мг Р₂О₅ на 100 г почвы, а по Чирикову и Мачигину соответственно ≥ 35 и ≥ 10 мг Р₂О₅ на 100 г почвы фосфорные удобрения становятся не эффективными и их не применяют. На почвах с низким и очень низким содержанием подвижного фосфора нельзя получить урожай 4,5-6 т/га зерна или эквивалентное количество товарной продукции других культур, без предварительного их окультуривания в течение нескольких лет.

При планировании получения высоких урожаев нужно учитывать не только содержание подвижного фосфора в почве, но и то количество фосфора, которое содержится в почвенном растворе. Важно знать, с какой скоростью растворяются фосфаты почвы и переходят в почвенном растворе.