Микроудобрения

Значение микроэлементов в жизни растений

Положительное действие микроэлементов обусловливается их участием в окислительно-восстановительных процессах, углеводном и азотном обмене. Они повышают устойчивость растений к болезням и неблагоприятным условиям внешней среды. Под действием микроэлементов в листьях увеличивается содержание хлорофилла, улучшаются фотосинтетические процессы, усиливается ассимилирующая деятельность всего растения. Многие микроэлементы входят в состав активных центров ферментов и витаминов.

Микроэлементы могут образовывать комплексы с нуклеиновыми кислотами, оказывать влияние на физические свойства, структуру и физиологические функции рибосом. Они влияют на проницаемость клеточных мембран и поступление питательных веществ в растения. Так, при нарушении питания кукурузы микроэлементами снижается поступление аммонийного и нитратного азота. Наибольшее снижение поглощения аммонийного азота отмечается при дефиците цинка, молибдена и избытке кобальта, марганца. Уменьшение скорости поглощения нитратного азота — при недостатке меди и марганца. При избытке цинка в питательной среде снижается поглощение аммонийного азота, при дефиците меди — повышается. Нарушение питания молибденом и цинком приводит к увеличению разницы в поглощении аммонийного и нитратного азота.

В целом при нарушении питания микроэлементами прежде всего снижается поступление нитратного азота. При нарушении питания кобальтом и цинком снижается скорость включения аммонийного азота в состав белков.

В ряде почвенно-климатических зон культуры отзывчивы на различные микроудобрения. Чаще всего это отмечается при длительном внесении высоких доз минеральных удобрений, особенно на осушенных торфянистых почвах, орошаемых землях и на лёгких по гранулометрическому составу почвах.

Таблица. Потребность сельскохозяйственных культур в микроэлементах (по данным научных учреждений, 1988).

У бобовых культур содержание молибдена выше, они аккумулируют в 2-10 раз больше железа, чем злаковые. Растения также по-разному накапливают микроэлементы, что становится важным при использовании растениеводческой продукции.

При содержании микроэлементов выше или ниже пороговых концентраций организм теряет способность регулировать процессы обмена веществ, что проявляется развитием эндемических болезней. В современных условиях интенсификации и химизации сельского хозяйства знание пороговых концентраций микроэлементов в растениях и кормах особенно актуально.

Таблица. Пороговые концентрации химических элементов в кормах для сельскохозяйственных животных.

Внесение микроудобрений обеспечивает значительную прибавку урожая сельскохозяйственных культур. В среднем за счёт микроудобрений возможно повысить урожайность сельскохозяйственных культур на 10-12%. Наибольший эффект достигается в регионах, почвы которых обеднены определенными микроэлементами. Такие почв достаточно много. По данным крупномасштабного агрохимического обследования почв, низкой и средней обеспеченностью подвижным бором отличаются 37,3%, молибденом — 85,5%, медью — 64,9%, цинком — 94,0% кобальтом — 86,9%, марганцем — 52,5% общей площади пашни.

Таблица. Влияние микроэлементов на урожайность сельскохозяйственных культур в основных районах их применения.

В настоящее время поступление микроэлементов в сельскохозяйственное производство сократилось, в то время как потребность земледелия России на ближайшую перспективу оценивается в 12 тыс. т.

Таблица. Потребность земледелия России в микроудобрениях (т питательных веществ) (ВНИПТИХИМ, 1999).

Вынос микроэлементов с урожаем с 1 га почвы составляет от долей грамма (молибден) до нескольких сотен граммов (марганец, цинк).

Содержание микроэлементов в почве

Почвы имеют определенный запас микроэлементов, который может восполняться внесением органических удобрений, микроудобрений, а также примесью с минеральными удобрениями. Подвижность микроэлементов в навозе уступает минеральным удобрениям и составляет не более 25%.

Критериями потребности растений в микроэлементах является их содержание в растениях и уровень их содержания в почве. При этом имеет значение не общее (валовое) количество в почве, а наличие подвижных форм, которые в определенной степени определяют доступность для растений. Чаще всего содержание микроэлементов в подвижной форме составляет для меди, молибдена, кобальта и цинка — 10-15% от валового содержания в почве, для бора — 2-4%.

Степень подвижности микроэлементов в почве зависит от: реакции среды, состава материнской породы, растительности, микробиологической активности, карбонатности, окислительно-восстановительных свойства, гранулометрического и минералогического состава, содержания гумуса, полуторных окислов, применения комплекса агротехнических мероприятий, особенно водной и химической мелиорации почвы, применения органических и минеральных удобрений.

Влияние почвенных условий специфично и может различаться для разных микроэлементов. Например, подкисление увеличивает подвижность марганца, меди, бора, цинка, но уменьшает доступность молибдена.

Понятие «подвижность» в современной науке не имеет точного определения. В большинстве случаев под подвижностью понимают все формы микроэлементов, способных переходить в водную, солевую вытяжки, растворы сильных и слабых кислот, щёлочи. Часто между подвижными и доступными растениям формами не проводят различий.

Подвижные формы микроэлементов в почве подразделяются на:

• слабоподвижные — переходят в растворы сильных кислот;
• среднеподвижные — переходят в растворы слабых кислот и щелочей, кислотно-буферные растворы;
• легкорастворимые — переходят в воду и углекислотные вытяжки.

Важное значение имеет то, чтобы выбранная вытяжка при определении подвижной формы в наибольшей мере соответствовала усвояющей способности конкретного растения. Оценку пригодности вытяжек для определения обеспеченности почв микроэлементами проводят полевые опыты с микроудобрениями, в котором устанавливают соответствие между содержанием подвижных форм микроэлементов и эффективностью микроудобрений.

В нашей стране применяют дифференцированный подход к выбору методов определения подвижных форм микроэлементов в почве в зависимости от типа почв, свойств и агрохимических характеристик.

1. Для дерново-подзолистых почв применяется система вытяжек, предложенная Я. В. Пейве и Г. Я. Ринькисом. Разработана шкала обеспеченности почв микроэлементами.
2. При анализе лесных, чернозёмных, каштановых, карбонатных и засоленных почв, для определения подвижных форм марганца, цинка, меди, кобальта используют ацетатно-аммонийный буферный раствор pH 4,8 (по Крупскому-Александровой); бор определяют в водной вытяжке после кипячения, молибден — в оксалатной вытяжке (по Григгу).
3. При анализе карбонатных и засоленных, бурых, болотно-луговых почв и серозёмов для извлечения цинка, меди и кобальта применяют 1 н. ацетатно-натриевый буферный раствор с pH 3,5 (по Кругловой); молибден извлекают оксалатным буферным раствором с pH 3,3 (по Григгу); бор — в водной вытяжке.

Обширные агрохимические исследования почв показали, что почвы отдельных биогеохимических провинций часто бедны подвижными формами некоторых микроэлементов. Например, в Московской области до 80% исследованных земель нуждается во внесении борных удобрений; недостаток молибдена обнаружен на 60% площадей, меди — на 50-60%.

Б. А. Ягодиным и И. В. Верниченко сделано обобщение данных по обеспеченности почв основных биогеохимических зон подвижными формами микроэлементов, полученных на основе анализа почв и растений, полевых и вегетационных опытов.

Таблица. Градации обеспеченности почв России подвижными формами микроэлементов.

Диапазон используемых вытяжек широк — от сильных кислот до водных растворов. Значительная их часть агрессивна и вряд ли извлекает только доступные растениям микроэлементы. При сопоставлении величин потребления микроэлементов растениями с их содержанием в почве, извлекаемым агрессивными вытяжками, установлено, что растениями усваивают менее 1 % извлекаемых из микроэлементов.

При оценке обеспеченности почв доступными формами микроэлементов и разработке практических рекомендаций следует учитывать изменения в содержании подвижных форм в зависимости от времени взятия образца. Эти колебания могут быть столь существенными, что в разные периоды вегетации почва оказывается как хорошо, так и слабо обеспеченной микроэлементами.

Внесение минеральных удобрений изменяет подвижность микроэлементов за счёт изменения реакции среды, синергизма и антагонизма. Так, фосфор снижает поступление цинка и меди, иногда увеличивает поступление марганца. Внесение магния увеличивает поступление в растения фосфора. Органические вещества изменяет адсорбцию всех минеральных элементов. Поэтому, наряду с анализом почвы по содержанию подвижных микроэлементов, более точно оценить обеспеченность растений можно с помощью самих же растений.

В зависимости от количества микроэлементов в почвах Нечернозёмной зоны установлены следующие уровни их обеспеченности микроэлементами (таблица).

Таблица. Группировка почв Нечернозёмной зоны по обеспеченности растений микроэлементами.

Группировка почв по обеспеченности растений марганцем, медью, цинком, кобальтом, извлекаемым из почв ацетатно-аммонийным буферным раствором с pH 4,8 (по Крупскому-Александровой), приведена в таблице.

Таблица. Группировка почв по обеспеченности растений микроэлементами (экстрагент: ацетатно-аммонийный буфер с pH 4,8 по Крупскому-Александровой).

Содержание подвижного марганца в почвах, извлеченного ацетатно-аммонийным буферным раствором с pH 4,8, примерно в 3-4 раза меньше, чем в вытяжке 0,1 н. H₂SO₄ (по Пейве-Ринькису). Содержание цинка, напротив, в ацетатно-аммонийной вытяжке в 2-4 раза больше, чем в 1 н. KCl. Меди и кобальта буферным раствором извлекается в среднем в 6-8 раз меньше (при колебаниях от 3 до 15 раз), чем 1 н. раствором НCl и 1 н. HNO₃.

Донским государственным аграрным университетом разработана шкала обеспеченности карбонатных чернозёмов и каштановых почв цинком (таблица).

Таблица. Шкала обеспеченности цинком карбонатных чернозёмов и каштановых почв (Е. В. Агафонов, 2012).

Классификация микроудобрений

Микроудобрения принято классифицировать по основному микроэлементу:

• борные удобрения;
• медные удобрения;
• марганцевые удобрения;
• молибденовые удобрения;
• цинковые удобрения;
• кобальтовые удобрения;
• селенсодержащие удобрения;
• литиевые удобрения.

Применение микроудобрений в сельском хозяйстве

Результаты исследований по изучению перспективных видов и форм микроудобрений показывают целесообразность производства и применения обогащённых микроэлементами удобрений, в том числе комплексных. Испытания опытных и опытно-промышленных партий основных удобрений, обогащённых микроэлементами, показали, что, например, за счёт бора в нитроаммофоске, внесенной на выщелоченных чернозёмных и дерново-подзолистых почвах, получают дополнительные прибавки урожая: корней сахарной свёклы 3-4 т/га, семян капусты 0,23-0,29 т/га, семян гороха 0,21-0,37 т/га.

Внесение на дерново-подзолистых почвах суперфосфата, обогащённого молибденом, обеспечивает дополнительно сбор 0,5-0,6 т/га сена бобовых трав. В условиях резкой недостаточности меди, например, на осушенных торфяно-болотных почвах низинного типа, на фоне основных удобрений колосовые почти не дают зерна, тогда как хлористый калий, обогащённый медью, позволяет получить урожай зерна ячменя 2,5-3,0 т/га, повысить на 15-18% урожай трав, на 20% — урожай овощей.

Согласно прогнозам, потребность сельского хозяйства в микроудобрениях должна обеспечиваться на 60-70% в виде обогащённых микроэлементами основных удобрений и на 30-40% — за счёт технических солей, используемых для некорневой подкормки и предпосевной обработки семян.

В качестве источника микроэлементов могут использоваться некоторые промышленные отходы, например, металлургические шлаки, пиритные огарки, осадки сточных вод и др. Удобрения подобного типа не всегда содержат питательные вещества в доступной для растений форме, часто содержат токсичные примеси.

Перспективными могут оказаться разработанные на лигнинной основе микроудобрения «МиБАС», изготовляемые из отходов предприятий целлюлозно-бумажной промышленности, полиграфического, электронного, машино-строительного и других производств. Разработанные технологии утилизации этих отходов позволяют извлекать микроэлементы в чистом виде и получать из них экологически безопасные удобрения. При этом утилизируются лигнинсодержащие отходы целлюлозно-бумажных производств, металлсодержащие отходы.

Отличительная особенность новых удобрений — лигнинная основа, создающая полимерную плёнку на поверхности, например, семян, и надежное прилипающая к этой поверхности. В состав микроудобрений «МиБАС» входят медь-, цинк- и кобальтсодержащие составляющие. Удобрения «МиБАС» технологичны в использовании, не пылят, совместимы со средствами защиты растений. Полевыми и производственными опытами установлена эффективность этих микроудобрений.

Микроудобрения на лигнинной основе выпускаются в гранулированном виде пролонгированного действия для основного внесения и жидкий концентрат для предпосевной обработки семян. Содержание микроэлементов в гранулированных формах 10±5%, в концентрате, который перед обработкой разбавляют в 3 раза, 1,3±0,3%. Расход гранулированных удобрений составляет 50-150 кг/га, жидкого концентрата в разбавленном виде — 10-20 кг/т семян.

Сроки и способы внесения микроудобрений

Микроудобрения лучше вносить в почву в составе основных минеральных удобрений. Перспективно вводить микроэлементы в состав медленнодействующих удобрений, а также вносить их с поливной водой.

На основе сведений о содержании микроэлементов в почве и растениях определяют дозы микроэлементов, необходимые для внесения. Дозы микроудобрений варьируют в зависимости от почвенно-климатических условий, биологических особенностей культур.

Для условий Северо-Кавказского региона разработаны рекомендации по нормам внесения микроудобрений под полевые культуры в зависимости от способов внесения и содержания микроэлементов в почве (Подколзин, Дёмкин, Бурлай, 2002).

В условиях защищённого грунта, микроэлементы (бор, молибден, медь, марганец, цинк, кобальт) имеют важное значение. Способы применения: допосевное внесение в грунт, предпосевная обработка семян и некорневые подкормки. На 1 ц семян расходуется 2-3 л раствора. Полив рассады в расчёте 10 л на раму. Замачивание семян — до 24 ч при отношении веса семян к раствору 1:2. Некорневые подкормки проводят в расчёте 300 л на 1 га.

Таблица. Дозы микроудобрений под овощные культуры в защищённом грунте.

Дозы микроудобрений значительно ниже, чем макроудобрений, а требования к равномерности выше. Поэтому более рационально использование основных удобрений, обогащённых микроэлементами.

Эффективность микроудобрений

Для эффективного применения использование необходимо:

• Знание требований культур к микроэлементам, их содержания в почве в доступной для растений форме. Оптимизация питания должна выполняться сбалансировано по макро- и микроэлементам.
• Совершенствование ассортимента микроудобрений.
• Усиление агрохимического и санитарного контроля за использованием в качестве удобрения отходов отраслей промышленности.
• Изучение влияния на формирование качества продукции при сбалансированном питании растений макро- и микроэлементами, роли микроэлементов в формировании отдельных показателей качества.
• Изучение трансформации, реутилизации, сбалансированной оптимизации метаболизма органических соединений в растениях, характеризующих качество продукции, и значение микроэлементов в этих процессах.
• В настоящее время производство микроудобрений развивается в двух направлениях: производство односторонних микроудобрений в виде индивидуальных солей, хелатов и фриттов; производство комплексных и односторонних макроудобрений, обогащённых микроэлементами.

Односторонние микроудобрения применяют под культуры с сильной недостаточностью какого-либо микроэлемента. Недостатком применения односторонних микроудобрений является трудность внесения в малых дозах, особенно в почву, когда сложно добиться равномерного распределения по поверхности. Односторонние микроудобрения используются в виде хелатов и фриттов, что особенно важно при внесении бора, так как этим исключаются воздействие локально высоких концентраций бора на чувствительные культуры.

Обогащенные макроудобрения сокращают затраты на внесение, имеют меньшую опасность токсического действия при внесении избыточных доз удобрений, уменьшают загрязнение окружающей среды.

Для листовых подкормок преимущественно применяют индивидуальные соли, например, сульфаты марганца, цинка, железа.

Использование микроэлементов в сочетании с макроэлементами в составе комплексных удобрений или питательных смесей должно быть ограничено, и применяться в условиях абсолютного недостатка питательных веществ при возделывании растений на малоплодородных песчаных и супесчаных почвах, в условиях гидропоники или защищённого грунта, в садоводстве и декоративном цветоводстве.

Задачи агрохимии микроудобрений

В области агрохимии микроэлементов первоочередное значение для практического применения в земледелии, обеспечения высоких агрохимической и экономической эффективности, относятся задачи по:

• разработке методов прогнозирования эффективности микроудобрений на основе агрохимического анализа почв на содержание доступных форм микроэлементов и растительной диагностики;
• изучению действия форм микроудобрений на величину и качество урожая сельскохозяйственных культур в сети географических полевых опытов, проводимых по единым методике и программе, на фоне возрастающих доз основных минеральных удобрений;
• исследованию баланса макро- и микроэлементов в длительных полевых опытах с удобрениями в севообороте в различных почвенно-климатических зонах, в том числе в системах удобрения;
• изучению взаимодействия макро- и микроэлементов в процессах питания и обмена веществ, влияния микроудобрений на использование и усвоение основных элементов питания из почвы и удобрений.

Исследования по разработке методов прогнозирования эффективности включают:

• определение предельных величин содержания микроэлементов в почвах и растениях;
• разработку совершенных методов определения доступных форм в почвах;
• установление научно обоснованных градаций обеспеченности почв микроэлементами для конкретных почвенно-климатических зон.

Эти методы должны учитывать особенности культур, тип и гранулометрический состав почв, применение органических и минеральных удобрений и приёмы регулирования водного режима.

Важное значение имеет разработка приёмов рационального использования отходов промышленного производства, содержащих микроэлементы, и поиск сырья, пригодного для производства микроудобрений.

Изучение баланса макро- и микроэлементов в длительных полевых опытах с севооборотами должно сопровождаться исследованием по влиянию применения высоких доз органических и минеральных удобрений, приёмов химической мелиорации и химических средств защиты растений на содержание и доступность растениям микроэлементов почвы и удобрений.

Перспективным является изучение агрохимического значения микроэлементов: йода, лития, алюминия, ванадия, титана, селена, рубидия, брома и фтора, а также определение негативного воздействия меди, фтора, мышьяка, хрома, свинца, кадмия, никеля в результате техногенного загрязнения окружающей среды.

Необходимо изучать и скрытый недостаток микроэлементов без внешнего проявления признаков, который приводит к снижению урожая и качества продукции.

На современном этапе развития стало возможным учитывать множество факторов, определяющих нормы внесения макро- и микроудобрений, с помощью компьютерной техники.

Литература

• Ягодин Б. А., Жуков Ю. П., Кобзаренко В. И. Агрохимия. / Под ред. Б. А. Ягодина М.: Колос. 2002
• Минеев В. Г., Сычёв В. Г., Гамзиков Г. П. и др. Агрохимия. Учебник. / Под ред. Минеева В. Г. М.: Изд-во ВНИИА им. Д. Н. Прянишникова. 2017