Влияние удобрений и почвенного плодородия на урожайность
Плодородие почвы является материальной основой урожая и характеризуется комплексом показателей: химических, физических, биологических свойств почвы и ее фитосанитарного состояния. Все факторы жизни растений равнозначны, незаменимы и находятся в тесном взаимодействии между собой. Урожайность сельскохозяйственных культур лимитируется фактором, находящимся в минимуме (элементы питания, влага и др.). Потеря почвой плодородия, ее деградация приводит к упадку сельскохозяйственного производства. Поэтому постоянная забота о сохранении плодородия почвы, охрана ее от порчи и загрязнений является одной из основных экологических задач (Агрохимия, 1984).
Баланс питательных веществ в земледелии – это количественное выражение изменения запаса питательных веществ в почве за определенный промежуток времени, в результате поступления их с удобрениями, растительными остатками, из атмосферы и их расхода на вынос культурными растениями, мобилизацию микроорганизмами, сорными растениями, на газообразные потери, прочное химическое и физическое поглощение, а также миграцию за пределы досягаемости корневой системы с водными растворами.
Баланс считается нормальным, если поддерживается равновесие поступления всех питательных веществ в почву и их расхода, положительным – когда приход элементов питания превышает их использование растениями и отрицательным (дефицитом) – если расход одного или всех питательных элементов оказывается больше их поступления в почву.
Величина получения урожая определяется элементом, который находится в минимуме по отношению к потребности возделываемой культуры. Удобрения должны вноситься в определенных дозах и соотношениях, уравновешивающих недостаток тех или иных питательных веществ.
При низком первоначальном уровне содержания в почве азота, фосфора, калия и дальнейшем развитии дефицитного баланса элементов, а также гумуса, урожай возделываемых культур неизбежно будет снижаться.
Положительный баланс минеральной пищи и органического вещества предусматривает планомерное повышение плодородия. Он наиболее эффективно достигается при помощи комплексного окультуривания полей, рекультивации нарушенных сельскохозяйственных угодий (Ягодин, 1989).
Вынос питательных веществ с урожаем сельскохозяйственных культур в 2003 году не был компенсирован внесением удобрений, в результате чего баланс по всем трем элементам питания сложился резко отрицательно и составил 82,2 кг на 1 га посевной площади.
Все биологические важные элементы питания, взятые урожаем из почвы, должны возвращаться в нее с некоторым превышением, чтобы обеспечить непрерывный рост урожаев и компенсировать возможные потери в результате смыва, выщелачивания и т. д. Это достигается внесением удобрений, запашкой пожнивных остатков, а также путем возделывания бобовых культур, способствующих накоплению в почве связного азота. Только в этом случае обеспечивается круговорот веществ и повышается плодородие почвы.
Применение удобрений. Удобрения призваны улучшать круговорот питательных элементов в земледелии, что способствует не только сохранению, но и улучшению окружающей среды. Нарушение баланса питательных веществ в земледелии ведет к ухудшению химического состава почвы, растений, что сказывается на качестве и питательной ценности растениеводческой и животноводческой продукции. Устранение дефицита отдельных элементов, создания условий для получения высокого урожая полноценной по химическому составу продукции возможно благодаря химизации земледелия, то есть применению минеральных удобрений. Минеральные удобрения бывают промышленного или ископаемого происхождения, содержащие питательные вещества минеральной формы. Сырьем для производства минеральных удобрений служат ископаемые залежи (фосфорные, калийные), атмосфера (азотные), и побочные продукты промышленного производства. По наличию элементов питания различают однокомпонентные и комплексные минеральные удобрения. Однокомпонентные содержат один элемент питания и в зависимости от технологии производства могут быть сложными, сложно-смешанными и смешанными (аммофос, диаммофоска, нитроаммофос).
Органические удобрения. Рациональная система удобрений сельскохозяйственных культур включает в себя обязательный элемент сочетания органических и минеральных удобрений.
Неизмеримо возрастает роль органических удобрений, как основного средства окультуривания почв, обогащения его органическим веществом, полезной микрофлорой, микроэлементами, улучшение вводно-физических свойств, теплового режима. В то же время внесение органических удобрений ставит своей задачей обеспечение культурных растений основными питательными веществами, имеющимися в них в большом количестве. С одной тонны навоза вносится в почву 5-7 кг азота, 2-3 кг фосфора и 6-11 кг калия. Органические удобрения обладают длительным последействием, что делает выгодным внесение их на 4-6 лет и более, то есть на ротацию севооборота. Норма внесения навоза колеблется в пределах 30-90 т/га. Норма должна рассчитываться по формуле под каждую культуру в севообороте.
Внесение органических удобрений должно осуществляться разбросным способом при помощи прицепных или роторных разбрасывателей РОУ-5; ПРТ-10; ПРТ-16; РУН-15А; РУН-15Б, с последующей немедленной запашкой плугом (в течение 10-12 часов после внесения), во избежание улетучивания азота.
Органические удобрения вносятся в конце мая - июне под пары, в июле – августе под занятые пары, после уборки парозанимающей культуры, в августе – сентябре внесение совмещается с подъемом зяби.
В остальные месяцы должно производиться буртование органических удобрений, приготовление компостов, транспортировка и штабелирование их в поле. На удобренных навозом полях борьба с сорняками механическими и химическими средствами должна производиться неукоснительно. Систематическое применение органических удобрений является одним из важнейших условий превращение почв в культурное состояние, что обеспечивает более эффективное использование минеральных удобрений и получение высоких и устойчивых по годам урожаев. Полезным обогатителем почвы органическим веществом в условиях недостатка навоза может быть зеленое удобрение – свежая растительная масса, запахиваемая в почву (сидерация). Запаханное зеленое удобрение снижает засоренность полей, улучшает ее структуру, жизнедеятельность микроорганизмов. На зеленое удобрение обычно возделывают в условиях Хакасии донник, который в результате разложения накапливает большое количество (226-402 кг/га) азота, фосфора и калия, это равноценно 30-40 т/кг навоза. Различают три способа использования выращенной зеленой массы сидератов: полное, укосное, отавное. Полное, когда в почву запахивают всю зеленую массу и корни, при отавном запахивают стерневые и корневые остатки растений, укосное – зеленую массу перевозят на другой участок. При мелкой заделке в почву сидераты оказывают сильное действие на урожай и незначительное на накопление гумуса в почве, а при глубокой наоборот, что особенно важно для легких почв.
Одним из приемов улучшения баланса гумуса является внесение соломы. Применение этих излишков покроет дефицит в органическом веществе на 25%. Прирост урожая с применением соломы достигается при меньшем количестве азота, фосфора и калия на единицу урожая (в 2 раза выше, чем при действии навоза). Выделяют два способа внесения соломы в почву: вертикальная мульча и горизонтальная мульча.
Солому измельчают при помощи измельчителя ПУН-5, установленного на комбайне.
I способ предусматривает отвальную обработку почвы на глубину 20-22 см. без предплужников с внесением и заделкой соломы по всему пахотному слою;
II способ – безотвальное рыхление плоскорезом на глубину 14-16 см с укрытием соломой поверхности почвы.
Внесение соломы на фоне вспашке обуславливает повышение ежегодного образование гумуса на 53 %. Одновременное внесение удобрений в комплексе с заделкой соломы в почву обеспечивает положительную интенсивность баланса гумуса. Солома как удобрение по воздействию на урожай не уступает навозу и компостам.
Использование излишков соломы на удобрение выгоднее и в организационном плане. Из-за недостатка техники и рабочей силы уборку соломы с полей растягивают на долгое время, что затрудняет своевременную и качественную обработку почвы осенью. Поэтому измельчение и разбрасывание соломы комбайнами, оборудованными измельчителями, ускоряет сроки ее уборки и зяблевой обработки почвы. Заделывать ее глубоко под плуг не желательно, так как процесс разложения в аэробных условиях происходит именно при поверхностной заделки соломы. В этом случае создается мульчирующий слой, улучшается воздухообмен и влагообеспеченность. Используя солому в чистом виде, необходимо обязательно вносить в почву 8-12 кг действующего вещества минерального азота в расчете на 1 т. соломы. По содержанию органического вещества и влиянию на воспроизводство гумуса одна тонна соломы приравнивается к 3-4 тоннам подстилочного навоза.
Азотные удобрения.
Основную долю в балансе почвенного азота составляют органические формы, находящиеся в гумусе, но они практически недоступны растениям без предварительной минерализации, которой подвергаются лишь 1/10 азота легкогидролизуемой фракции остальное его количество стабильно удерживается в органической форме. Количество гумуса в пахотных почвах Хакасии изменяется от 2 до 8 %, но даже на богатых гумусом почвах растения часто испытывают его недостаток. Поэтому азотное питание сельскохозяйственных культур определяется запасами подвижного минерального азота в почве – нитратной и аммиачной формы. При этом основным источником азотного питания яровых культур является азот нитратов, накопившийся с осени. Содержание нитратного азота в почве (в слое 0-10 см), обнаруженное осенью или весной служит достаточно надежным показателем обеспеченности растений доступным азотом и потребности их в азотных удобрениях.
Высокий уровень азотного питания для зерновых культур особенно необходим в условиях неблагоприятного действия пониженной температуры в начале вегетации. Коэффициент использования азота удобрений под их влиянием повышается вдвое, не снижая продуктивности (Артюшин, Державин, 1984)
Азот в растениях в растениях содержится в хлорофилле, ферментах и других органических веществах клеток. Без азота рост и развитие растения не возможны. Азотные удобрения вносятся под все сельскохозяйственные культуры. Особое положение по отношению к этим культурам удобрениям занимают бобовые (горох, вика, фасоль), которые используют азот, фиксируемый клубеньковыми бактериями, которые образуются на корнях самого растения. В начале роста зерновые бобовые положительно отзываются на внесении азотных удобрений в небольших дозах.
Зерновые культуры сильно отзываются на внесение азотных удобрений, которые улучшают развитие вегетативных и репродуктивных органов, повышают энергию кущения, увеличивают урожай зерна и содержание белка в нем. Эффективность азотных удобрений зависит от плодородия почв, предшественников и биологических особенностей культур. Удобрения лучше всего вносить локально, при посеве методом врезания, для избежания улетучивания азота и лучшего усвоения корневой системой растения питательных веществ. Дозы внесения удобрений рассчитываются для каждого поля индивидуально, по данным ежегодной диагностики согласно нормативам. При внесении повышенных доз (более 90 кг/га), во избежание раннего полегания зерновых, целесообразно часть азота (30-40 кг/га) внести в подкормку. Под кукурузу вносят от 60 до 90 кг/га азота, причем большую часть вносят до посева, а небольшую (20-30 кг/га) в подкормку при междурядной обработке посевов с помощью культиватора КРН-4.2. Для картофеля доза азотных удобрений могут варьировать от 40 до 160 кг/га. Лучшими формами азотных удобрений под картофель являются сульфат аммония и мочевина.
Разовая доза внесения азотных удобрений на сенокосах не должна превышать 60 кг/га д. в., на пастбищах 40 кг/га д. в., так как увеличение дозы может вызвать повышение содержания нитратных форм азота, что отрицательно сказывается на здоровье животных и качестве животноводческой продукции. Лучшими формами азотных удобрений на сенокосах и пастбищах является аммиачная селитра, основное внесение – Весной 60-70 % от нормы и 30-40 % после первого укоса с помощью разбрасывателей с последующей немедленной заделкой боронами БИГ-3, которые обеспечивают закрытие влаги (Ягодин, 1989).
В Хакасии биологическая активность почв существенно ниже, чем в Западной Сибири и европейской части России. Это связано с суровыми климатическими условиями: короткий летний период, недостаток тепла, влаги, длительное сезонное промерзание почв (холодные почвы). Такое сочетание действия климата не способствует активной деятельности микроорганизмов, являющихся основными накопителями минеральных форм азота в почве. Значительное их количество может быть только в паровых полях при правильной агротехнике, в которых микроорганизмы «работают» в течение лета, а минерализованный азот не используется растениями (поле чистое, без сорняков). Много доступного для растений азота образуется после ранней распашке многолетних трав, при которой почва паруется всю вторую половину лета, когда еще длительный период в почвах наблюдается достаточное количество тепла и влаги для активной деятельности микроорганизмов. По этому лучшими предшественниками по содержанию нитратного азота в почве является чистый пар и пласт многолетних трав.
Почвенная диагностика пашни 2003 года, проведенная специалистами Государственной станции агрохимической службы «Хакасия» показала, что средневзвешенное содержание нитратного азота составило 2,69 мг/кг (очень низкое содержание, I класс), или 12 кг/га в слое почвы 0-40 см.
Фосфорные удобрения. Растения наиболее чувствительны к недостатку фосфора в самом раннем этапе развития когда их слаборазвитая корневая система обладает низкой усвояющей способностью. Оптимальное количество обеспечивает максимальную продуктивность репродуктивных органов, способствуя закладке дополнительных стеблей, большего числа зерен, ускоряет созревание зерен, снижает отрицательное влияние засухи на развитие растения, повышает устойчивость к заморозкам. Чем больше подвижных форм фосфора, тем выше урожайность. Обеспечение растений легкодоступным фосфором достигается сочетанием различных способов внесения удобрений: основного, припосевного, в подкормку. Средняя дозы при допосевном внесении колеблются от 20 до 100 кг/га д. в. Непременным условием эффективного использования фосфорных удобрений является заделка удобрений в слой наибольшего распространения корневой системы под вспашку или глубокую культивацию. В настоящее время показало себя врезание сеялками СЗС-2,1, доза фосфорных удобрения при посеве (локальный способ) зависит от биологических особенностей растений и составляет 10-20 кг/га д. в. В связи с открытием в Хакасии месторождений фосфоритных руд Обладжанского и Тамалыкского, представляется возможным на основе этого сырья начать производство фосфоритной муки и использовать ее в качестве фосфомелиоранта. Фосфоритная мука – удобрение длительного действия, в своем составе содержит серу, магний, кобальт, цинк, марганец и поэтому является комплексным удобрением. Влияние фосфоритной муки на фосфатный уровень почвы достаточно сильное (Артюшин, Державин, 1984).
Калийные удобрения. Калий является одним из основных элементов минерального питания. Он оказывает положительное влияние на физическое состояние коллоидов цитоплазмы, повышает их оводненность, набухаемость и вязкость, что создает нормальные условия обмена веществ в клетках, повышает устойчивость растений к засухе, полеганию и заболеваниям, повышает морозоустойчивость растений. В почвах Хакасии положение с этим элементом благополучнее чем с азотом и фосфором. Источниками питания растений могут быть только запасы в почвах Соответствующие удобрения (Агрохимия, 1984).
Зерновые культуры положительно отзываются на применение калийных удобрений только на азотно-фосфорном фоне. Средняя доза калийных удобрений составляет от 30 до 90 кг/га д. в. Для культур с повышенной потребностью в калии (свекла, овощи) доза увеличивается до 100 кг/га д. в. Калийные удобрения рекомендуется вносить весной или осенью под вспашку или глубокую культивацию разбрасывателями с заделкой удобрений в корнеобитаемый слой.
Станцией агрохимической службы в 2000-2002 годах проводились полевые опыты по калию. Статистически значимые прибавки урожая зарегистрированные от калийных удобрений (К90-180, и N90 К120-180).
Действие калийных удобрений четко прослеживается на качестве зерна. На удобренных калием полях содержание клейковины удерживалось на уровне 31,7-35,5% (Агрохимия, 1984).
Применение калийных удобрений способствует повышению питательности корма. При одиночном внесении калия в корме возрастает содержание перевариваемого протеина на 6-14%, а при совместном применении азота, фосфора и калия (N90 Р90 К90-180) количество белка повышается на 12-15% и содержание сахаров при этом повышается в 1,2-1,4 раза.
Однако эффективность калийных удобрений бывает устойчивой при высокой агротехники возделывания сельскохозяйственных культур и благоприятной влагообеспеченности (Артюшин, Державин, 1984).
Так, статистически достоверные прибавки урожая зерна пшеницы Кантегирская 89 начинает просматриваться при общем урожае 22 ц/га и, чем выше урожай на контроле, тем сильнее положительный эффект калия.
На кукурузе действие калия четко обнаруживается при высоте урожая зеленой массы початками равной 26 т/га.
Наиболее чистый доход на 1 рубль затрат получен от применения К90-150, при возделывании яровой пшеницы 0,9 и кукурузы на силос – 1,9 рубль, при этом полная окупаемость калийных удобрений завершается в первый год внесения.
Таким образом, применение на каштановых почвах Хакасии калийных удобрений в дозах 90-150 кг/га вполне целесообразно под зерновые и силосные культуры.
Микроэлементы и сера.
Микроэлементы необходимы для нормальной жизни зерновых, кормовых культур¸ картофеля, овощей и ягодных растений. Они повышают скорость прохождения биохимических процессов в живом организме, способствуют синтезу ферментов, витаминов и их активации. Пустозерность хлебных злаков, серая пятнистость овса, верхушечные гнили корнеплодов, хлорозные проявления у всех видов растений являются следствием острого недостатка в почве микроэлементов. При недостатке их в почве растение плохо развивается. Микроэлементы являются непременным участником образования крахмала, сахаров, белков и нуклеиновых кислот. Такие микроэлементы, как бор, молибден, марганец, медь, положительно влияют на фотосинтез растений (Агрохимия, 1984).
Медь.
Роль меди в жизни растений весьма специфична. Она не может быть заменена каким-либо другим элементом. Недостаток меди в почве и кормах служит причиной серьезных болезней животных. Медь играет большую роль в процессах фотосинтеза, влияет на образование хлорофилла и препятствует его разрушению. Медь влияет не только на углеводный и белковый обмен растений, но и повышает интенсивность дыхания. Характерной особенностью действия меди является то, что этот элемент повышает устойчивость растений против грибных и бактериальных заболеваний (Артюшин, Державин, 1984).
Цинк.
Недостаток цинка обычно вызывает задержку роста растения и уменьшение количества хлорофилла в листьях, отмечается мелколистность и скручивание листьев, тусклая светло-зеленая окраска или хлороз. Под влиянием цинка повышается синтез сахарозы, крахмала, общее содержание углеводов и белковых веществ. Цинковые удобрения повышают засухо-, жаро- и холодоустойчивость растений (Артюшин, Державин, 1984).
Марганец.
Принимает участие в окислительно-восстановительных процессах и взаимодействует с железом в ферментных системах. При участии марганца накапливающиеся в растении закисные формы железа переходят в окисные, что ускоряет их токсичность. Марганец участвует в фотосинтезе и синтезе витамина С, усиливает накопление сахара в корнеплодах, белков – в зерновых культурах. Внешние симптомы марганцевого голодания: серая пятнистость листьев у злаков, хлороз у кукурузы, зернобобовых, усыхание молодых веток и плодово-ягодных растений, пожелтение краев листьев(Агрохимия, 1984).
Кобальт.
Недостаток кобальта (менее 0,15 мг/кг) в кормах вызывает потерю аппетита и резкое падение продуктивности у КРС и овец. Кобальт благоприятно действует на процессы синтеза хлорофилла в листьях растений, уменьшает его распад в темноте, увеличивает интенсивность дыхания, содержание аскорбиновой кислоты в растениях.
Восполнить недостающие микроэлементы проще всего навозом с соломой и другими пожнивными, хорошо скомпостированными остатками.
При высоких урожаях сельскохозяйственных культур (20-25 ц. к. е.\га) достаточно один раз в 3-4 года внести 30-40 т/га навоза и дефицита микроэлементов не будет. При низких урожаях (10-15 ц. к. е./га) недостаток микроэлементов вновь обнаруживается не скоро, через 10-15 лет.
Микроудобрения в составе минеральных удобрений, а так же различные отходы промышленности (борный суперфосфат, марганцевый шлам) вносятся в почву по 0,2-0,5 кг. д. в./га. Чистые соли микроэлементов (сернокислый бор, сернокислый цинк, железо, медь) вносит в почву не эффективно и очень дорого. Более приемлемой должна стать некорневая подкормка или опудривание семян (Агрохимия, 1984).