Применение азотных удобрений

Формы азотных удобрений

Эффективность азотных удобрений зависит не только от оптимального режима питания культуры в процессе вегетации, но и формы, сроков и способов внесения. В настоящее время в России установилась тенденция к увеличению доли применения мочевины.

Мочевина имеет ряд преимуществ: хорошо поглощается почвой, мало перемещается по профилю почвы, по действию превосходит аммиачную селитру. Эффективность возрастает при применении её в качестве основного удобрения в условиях орошения, достаточного увлажнения, прежде всего на лёгких почвах, не уступая сульфату аммония. Поверхностное внесение мочевины, например, при подкормке озимых весной, на лугах и пастбищах её эффективность ниже, чем аммиачной селитрой, что связано с потерей азота.

При внесении азотных удобрений учитывают особенности культур. В практике часто возникает необходимость совмещать внесение нескольких форм удобрений под одну культуру. Например, для получения высококачественных урожаев хлопка-сырца до посева вносят 30-50% общей дозы азота в виде аммиачных и амидных форм, остальную часть — в виде аммиачной селитры в подкормку. Такое сочетание имеет значение и при возделывании озимых и пропашных культур. Или, в условиях орошения или избыточного увлажнения можно вносить медленнодействующие азотные удобрения в качестве основного, а в процессе вегетации оптимизировать азотное питание подкормками аммиачной селитрой в период вегетации.

Жидкие азотные удобрения показывают высокую эффективность при основном внесении под все культуры и при подкормке пропашных. Самым эффективны является жидкий аммиак.

Нитратные формы способствует накоплению в растениях аскорбиновой кислоты больше, чем аммонийные.

Сроки внесения

В полевых условиях коэффициент использования азота минеральных удобрений в среднем составляет 40-50%. Основная часть закрепляется почвой в виде трудногидролизуемых мало доступных для растений органических соединений, или теряется в результате денитрификации и вымывания. Размеры потерь зависят от сроков и способов внесения, биологических особенностей культур, почвенно-климатических условий. Поэтому для азотных удобрений важно внесение в периоды интенсивного потребления азота.

Так, период активного потребления азота озимыми культурами весной в начинается примерно через 5-15 дней после схода снега. К этому моменту поля освобождаются от избытка влаги, почва достаточно прогревается. То же касается лугов, подкормку которых проводят через 1-3 недели после схода снега и оттока избыточной воды. Внесение азотных удобрений сразу после схода снега на суходольных сенокосах с избыточным увлажнением снижает эффективность подкормки из-за газообразных потерь азота.

Таблица. Влияние температуры и влажности на размер газообразных потерь азота.

Влажность почвы, % НВ	Потери азота при температуре
	5º		28º
	NH₄NO₃	(NH₂)₂CO	NH₄NO₃	(NH₂)₂CO
60	8,5	27,0	15,8	31,9
90	20,3	37,0	49,7	61,1

В лесостепных, прежде всего южных, районах, и в степной зоне весной почва быстро подсыхает, поэтому опоздание с подкормками озимых азотом снижает эффективность этого приёма. В этих регионах отсутствует ток воды по профилю почвы. Поэтому на ровных полях озимые культуры подкармливают сразу после схода снега. В наиболее континентальных районах степи с малоснежными зимами, например, в Поволжье, Северном Кавказе, Украине, на ровных угодьях часто наблюдается одинаковый эффект от азотной подкормки озимых ранней весной и поздней осенью, когда наступает устойчивое похолодание, и даже под зиму.

Все формы азота при хорошем увлажнении и оптимальной температуре в результате нитрификации переходят в нитратную форму, которая не связывается почвой и мигрирует по профилю вместе с влагой. Поэтому внесение полной нормы азотных удобрений до посева в зимний период может приводить к значительным потерям азота с талыми водами. Однако аммиачные формы азотных удобрений допустимо вносить осенью, так как аммоний удерживается почвой. Нитратный азот не адсорбируется почвой, поэтому передвигается вместе с почвенным раствором. Внесение нитратных форм осенью при достаточном увлажнении, прежде всего на лёгких почвах, приводит к значительным потерям азота. Под пропашные с хорошо развитой корневой системой лучший эффект достигается от глубокой заделки удобрений.

Дозы азотных удобрений

В перспективе актуальность проблемы азота в земледелии и доля его в составе минеральных удобрений будет возрастать, что связано с лабильностью и неспособностью закрепляться в почве. Повышение содержания других биогенных элементов в почве, её плодородие и окультуренность приводит к тому, что азот становится лимитирующим фактором величины и качества урожая. Эта тенденция отмечается в ряде стран, где на протяжении десятков лет применялись высокие дозы фосфорно-калийных и других минеральных удобрений и создан достаточный запас этих элементов в почве.

Потребность сельского хозяйства в азотных удобрениях в зависимости от природно-экономических зон страны прогнозируется по данным Географической сети полевых опытов, а также научных учреждений. На основе этих исследований разработаны нормы затрат азота удобрений на прирост урожая культур. Современные компьютерные технологии позволяют обобщить данные полевых опытов, провести их анализ и разработать программы позволяющие корректировать оптимальные потребности в азоте в зависимости от наличия удобрений, структуры посевных площадей, планируемой урожайности, метеорологических прогнозов и т. д.

Оптимальным решением для определения оптимальных дох азотных удобрений под конкретную сельскохозяйственную культуру являются данным полевых опытов, проведенных в местных почвенно-климатических условиях, а также по результатам агрохимического анализа почв на содержание органического вещества, легкогидролизуемых форм органического азота, по нитрификационной способности почвы и содержанию минеральных форм азота.

В практике мирового земледелия получила распространение оптимизация доз азотного удобрения в зависимости от содержания минерального (нитратного и аммиачного) азота в почве (метод N_MИH).

Эффективные дозы азота под конкретные культуры зависят от зональных особенностей, поэтому методы диагностики азотного питания имеет свои зональные модификации. Существуют разные подходы определения доз азотного удобрения по содержанию минерального азота в почве при применении метода N_MИH.

1. Допускается равное потребление растениями минерального азота почвы и удобрений. Зная потребность растения в азоте на планируемый урожай и содержание в почве минерального азота, разница компенсируется внесением азотного удобрения.

Этот метод не учитывает:

последействие органических и минеральных удобрений;
мобилизацию дополнительного «экстра» азота от активизации минерализации органического вещества почвы;
влияние предшествующей культуры севооборота на азотный режим почвы;
нитрификационную способность почвы;
периодичность питания растений азотом;
глубину отбора образцов почвы на агрохимический анализ по культурам и в зональном аспекте;
коэффициент использования азота почвы и удобрений в зависимости от культуры, свойств почвы, климатических условий.

Поэтому этот метод требует доработок.

Таблица. Дозы азотного удобрения, необходимые для получения планируемых урожаев озимой пшеницы в зависимости от обеспеченности почв усвояемым азотом перед посевом (слой 0-60 см) (Никитишен, 1986).

Планируемый урожай, ц/га	Средний вынос азота с урожаем, кг/га	Количество нитратного и аммонийного азота, кг/га
Планируемый урожай, ц/га	Средний вынос азота с урожаем, кг/га	72-96	96-120	120-144	144-168	168-192	192-216
Типичный чернозём
40	96	45	20	-	-	-	-
45	112	75	50	25	-	-	-
50	128	100	75	55	30	-	-
55	144	125	100	80	55	> 30	-
60	160	155	130	105	80	60	30
65	176	180	155	130	105	85	50
Серая лесная почва
40	111	50	25	-	-	-	-
45	129	75	50	30	20	-	-
50	147	100	75	55	40	25	20
55	164	125	100	80	65	50	40
60	182	150	125	105	90	75	65
65	200	175	150	130	115	100	90

2. Второй вариант метода N_MИH заключается в определении индексов обеспеченности почвы нитратным азотом и установлении потребности культуры в азоте и дозы. Этот метод хорошо научно обоснован, получил широкое практическое применение при диагностике азотного питания культуры для районов Сибири. Так, для районов Западной Сибири разработана шкала потребности в азотных удобрениях зерновых культур.

Для расчёта доз азотных удобрений на планируемый урожай применяют также формулу:

$${Д_N = \frac { A - \lparen N_{ИСХ} + N_{ТН} \rparen_n } {C},}$$

где А — вынос азота с запланированным урожаем основной и побочной продукции, кг/га;
N_ИСХ — нитратный азот в слое почвы 0-50 см до посева, кг/га;
N_TH — азот текущей нитрификации за период вегетации культуры, кг/га;
n — коэффициент использования нитратного азота почвы;
С — коэффициент использования растениями азота минеральных удобрений.

Условно принято n = 0,8, а С = 0,6; коэффициенты различны для каждой зоны.

Таблица. Потребность зерновых культур в азотных удобрениях в зависимости от содержания N-NO₃ в слое почвы 0-40 см осенью или весной (по Кочергину).

N-NO₃		Обеспеченность растений азотом почвы	Потребность в азотных удобрениях	Ориентировочные дозы азотных удобрений, кг/га д. в.
мг/кг почвы	кг/га
При низкой и средней обеспеченности растений фосфором (до 100 мг P₂O₅ на 1 кг почвы, по Францессону)
0-5	0-25	Очень низкая	Очень сильная	60
5-10	25-50	Низкая	Сильная	45
10-15	50-75	Средняя	Средняя	30
> 15	> 75	Высокая	Отсутствует	0
При высокой обеспеченности растений фосфором (150-200 мг P₂O₅ на 1 кг почвы, по Францессону)
0-10	0-50	Очень низкая	Очень сильная	80
10-15	50-75	Низкая	Сильная	60
15-20	75-100	Средняя	Средняя	45
> 20	> 100	Высокая	Отсутствует	0

Таблица. Содержание подвижного азота в почве в слое 0-40 см перед посевом озимых и потребность в азотных удобрениях на чернозёмах.

N-NO₃, мг/кг почвы		Потребность в азотных удобрениях	Ориентировочные дозы удобрений, кг/га
Исходное содержание нитратов	Содержание нитратов после 7-дневного компостирования (нитрификационная способность)	Потребность в азотных удобрениях	N	P
< 5	< 15^*	сильная	90	40
5-10	15-25	средняя	60	40
10-15	25-30	слабая	20-30	60
> 15	> 30	отсутствует	30^**	60-90
Примечание.
^* Нитрификационная способность без вычета исходного содержания нитратов.
^** Только в виде подкормки.

3. Определение потребности в азотных удобрениях и ориентировочных дозы под конкретные культуры может быть проведено по содержанию минерального азота в почве и величине нитрификационной способности. Метод разработан для районов Поволжья и Оренбургской области, рекомендован для широкого применения в практике земледелия.

В различных модификациях эти методы диагностики используются в других районах России.

Расчёты доз азотных удобрений могут быть проведены по балансовому методу. В нашей стране в разработку и совершенствование этих методов внесли вклад А. В. Соколов, З. И. Журбицкий, И. С. Шатилов, Н. К. Болдырев.

Расчёт количества эффективного азота (N_эф), которое поступает в растения от самой почвы в течение вегетации, по содержанию N_МИН в начале вегетации определяется по формуле:

$${N_{эф}(кг/га) = \frac {N_{МИН} \cdot d \cdot h \cdot КИП_{N_{МИН}}} {10 \cdot 100}}$$

а расчёт дозы азота на запланированный урожай или его прибавку по формуле:

$${Д_N(кг/га) = \frac {(B - N_{эф}) \cdot 100} {КИУ(\%)}}$$

где Д_N — доза азота на запланированный урожай, кг/га;
В — вынос азота с запланированным урожаем, кг/га;
N_MИH — содержание минерального (нитратного и аммонийного) азота в почве, мг/кг;
N_эф (кг/га) — количество эффективного азота, которое получают растения из почвы (определенного её слоя), с учётом текущей нитрификационной способности, определяемой показателем КИП, %;
КИП_NМИН — коэффициент использования минерального азота почвы, % (для нитратного азота в слое 0-30 см чернозёмной почвы равен 200%);
КИУ — коэффициент использования азота минеральных удобрений;
d — объёмная масса 1 см³;
h — глубина слоя почвы (см);
dh/10 — масса слоя почвы, млн кг, для пересчета минерального азота почвы из мг/кг в кг/га;
100 — пересчет процентов КИП и КИУ, %.

Пример.

Расчёт доз азотных удобрений по балансовому методу: содержание нитратного азота в слое 0-30 см обыкновенного чернозёма составляет 10 мг/кг, h = 30 см, d = 1,2 г/см³; КИП_NМИН = 200%, КИУ N = 60%, В — вынос азота при урожае зерна 40 ц/га равен 120 кг/га.

Тогда по формуле:

$${У = \frac {N_{эф}} {N_y},}$$

где N_y — содержание азота в зерне, кг/ц.

Урожай пшеницы (У) за счёт азота почвы будет равен:

$${ \frac {72 (кг/га)} {3 (кг/ц)} = 24\ ц/га. }$$

Доза азота по балансовому методу составит:

$${ Д_N = \frac { (120 - 72) \cdot 100} {60} = 80\ кг/га. }$$

Из 80 кг азота, внесенного под пшеницу, растения используют 60%, то есть 48 кг, что обеспечит прибавку урожая, равную:

$${ \frac {48 (кг/га)} {3 (кг/ц)} = 16\ ц/га. }$$

В итоге запланированный урожай обеспечивается азотом почвы (24 ц/га) и удобрений (16 ц/га).

Экспериментальные данные позволяют некоторым исследователям не учитывать КИП и КИУ по азоту. В этом случае формула расчёта доз азота приобретает вид:

$${ Д = В - \frac {N_{МИН}dh} {10} }$$

Недостатком балансового метода является необходимость в оптимальных значениях показателей, входящих в приведенное уравнение.

Модификации методов N_МИН или балансового метода достаточно точно позволяют установить дозу азотного удобрения для получения планируемого урожая озимой пшеницы. Метод растительной диагностики позволяет контролировать уровень азотного питания растений и своевременно корректировать проведение весенних и поздних азотных подкормок посевов. Сочетание почвенной и растительной диагностики позволяет направленно регулировать уровень азотного питания озимой пшеницы с учётом почвенно-климатических и агротехнических факторов.

В Чехословакии была разработана система контроля за условиями питания зерновых культур на основе данных растительного анализа. Для этого в фазе трубкования (5 листьев) отбираются растительные образцы и определяется содержание азота, фосфора, калия и других элементов. По соотношению этих элементов определяют потребность зерновых культур в удобрениях и оптимальные дозы для подкормки.

Таблица. Оптимизация доз азота удобрений при подкормке озимой пшеницы в фазу трубкования на основе химического анализа растений (по Байеру).

Критерий и данные анализа растений			Степень потребности растений в азоте	Оптимальные дозы азота для подкормки в начале трубкования (при урожае > 40 ц/га), кг/га
Р, %	N : Р	(100·K)/N	Степень потребности растений в азоте
> 0,30	< 7,5	-	очень высокая	80-100
7,5-8,5	> 100 100 и ниже	средняя высокая	60-80 80-100
8,6-10,0	> 100	слабая	40-60
10,1-12,5	100 и ниже > 100	средняя очень слабая	60-80 30-40
> 12,5	100 и ниже > 100	слабая растения обеспечены	40-60 подкормка не нужна
< 0,30	10,0 и ниже	100 и ниже > 100	очень слабая очень слабая	30-40 30-40
10,1-12,5	100 и ниже > 100	слабая растения обеспечены	40-60 подкормка не нужна
> 12,5	100 и ниже	очень слабая	30-40

Определение доз азотных удобрений

Многолетними исследованиями (Чернёнок 1993,1997) определены 4 основных фактора эффективности азотных удобрений: содержание нитратов в слое 0-40 см, содержание подвижного фосфора, их соотношение и условия увлажнения. Установлена количественная связь между этими факторами, что позволяет определять потребность культур в удобрениях и обеспечить их эффективность.

С учётом этих факторов разработана зональная шкала обеспеченности почв азотом и фосфором.

Таблица. Градация обеспеченности зерновых культур азотом, по содержанию N-NO₃ мг/кг почвы в слое 0-40 см (Чернёнок В. Г.).

Класс обеспеченности	Обеспеченность P₂O₅		Потребность в N удобрениях	Рекомен дуемая доза N, кг д. в./га	Нормативная прибавка
Класс обеспеченности	Очень низкая — средняя	Средняя — высокая	Потребность в N удобрениях	Рекомен дуемая доза N, кг д. в./га	ц/га	%
Очень низкая	До 4	До 6	Очень высокая	60	3-5	30 и >
Низкая	4-8	6-9	Высокая	45	2-3	20-30
Средняя	8-12	9-12	Средняя	30	1-2	10-20
Повышенная (оптимальная)	12-15	12-15	Низкая	-	<1	<10
Высокая	>15	>15	Отсутствует	-	-	0

Чтобы рассчитать дозу азотных удобрений, необходимо определить содержание азота нитратов в почве в слое 0-40 см. Если известно содержание гидролизуемого азота (по Тюрину-Кононовой), показатель нужно перевести в азот нитратов (N-NO₃), умножив на коэффициент 0,26. Для последующих культур после пара содержание N-NO₃ по среднемноголетним данным снижается на 30%.

Более точно дефицит азота в почве и потребность в азотных удобрениях рассчитывают по формуле, учитывающей биологические особенности культуры, требования к условиям азотного питания и содержание азота в почве N-NO₃ мг/кг в слое 0-40 см (Чернёнок В. Г.):

$${ Д_N = (N_{опт} - N_{факт}) \cdot К \cdot ПК_{увл}, }$$

где: Д_N — доза азотных удобрений, кг/га д. в.;
N_oпт — оптимальное содержание азота нитратов в почве, мг/кг в слое 0-40 см;
N_фaкт — фактическое содержание N-NO₃, мг/кг в слое 0-40 см;
К — эквивалент кг д. в. удобрений 1 мг N-NO₃ почвы, равный 7,5 кг (то количество кг N удобрений, которое необходимо внести, чтобы повысить содержание N-NO₃ в почве на 1 мг/кг).

Формула предполагает доведение содержания фосфора до оптимального уровня. Если содержание P₂O₅ в почве и после внесения фосфорных удобрений остаётся ниже оптимального, что можно определить, разделив дозу внесенного удобрения на 10 (эквивалент затраты кг д. в. удобрений на увеличение фосфора в почве на 1 мг/кг с учётом фактического содержания фосфора почвы):

$${P (мг/кг) = P_{факт} + \frac {Д_P}{10},}$$

где Д_P — внесенная доза фосфора.

В этом случае дозу азотных удобрений рассчитывают по формуле:

$${Д_N = (1/3P_{факт} — N_{факт}) \cdot К \cdot ПК_{увл},}$$

где (1/3 Р_факт) — показатель уровня N-NO₃ мг/кг до которого следует доводить азот, обеспечивая оптимальное соотношение Р:N, равное 2,5-3.

Пример.

В почве содержится 15 мг P₂O₅/кг почвы. Внесли 120 кг д. в., содержание P₂O₅ при этом увеличилось до 27 мг (15 + 120/10). Оптимальный уровень по фосфору не достигнут, значит, не следует доводить азот до 12 или 15 мг. Для 27 мг P₂O₅ оптимальное содержание N-NO₃ будет равно 27:3 = 9 мг.

Это позволяет при дефиците фосфора в почве сохранить оптимальное для растений соотношение фосфора и азота. Что позволяет сэкономить количество удобрений и средств, так как дефицит фосфора не позволит реализоваться полной дозе азота, рассчитанной на его доведение до оптимального.

ПK_увл — поправочный коэффициент на увлажнение, рассчитывается по формуле:

$${ПК_{увл} = \frac{О_ф} {275},}$$

где: О_ф — осадки фактические (прогнозируемые) за год; 275 — осадки нормативные, постоянная величина, равная среднемноголетней за период исследований.

Осадки фактические (прогнозируемые) рассчитываются на основании фактически выпавших за сентябрь-май плюс прогнозные на вегетационный период. Если в июне количество осадков ожидается в пределах нормы — прибавляется средняя многолетняя, если выше — прибавляется 1,5 нормы, ниже — 0,5 нормы.

ПK_увл позволяет скорректировать нормативные показатели и рассчитать дозу и прибавку от азотных удобрений для любого по увлажнению году в пределах зонального варьирования осадков. Данные таблицы применимы для всех почв.

Таблица. Дозы азотных удобрений и прибавки урожая (ц/га) в зависимости от содержания N-NO₃ в почве и ПК увлажнения.

Осадки за с.-х. год, мм	ПK_увл	Обеспеченность азотом
		Очень низкая		Низкая		Средняя
		Доза N, кг д. в./га	Прибавка урожая	Доза N, кг д. в./га	Прибавка урожая	Доза N, кг д. в./га	Прибавка урожая
200	0,7	42	2,1-3,5	32	1,4-2,1	21	0,7-1,4
225	0,8	48	2,4-4,0	36	1,6-2,4	24	0,8-1,6
250	0,9	54	2,7-4,5	40	1,8-2,7	27	0,9-1,8
275	1,0	60	3,0-5,0	45	2,0-3,0	30	1,0-2,0
300	1,1	66	3,3-5,5	50	2,2-3,3	33	1,1-2,2
325	1,2	72	3,6-6,0	54	2,4-3,6	36	1,2-2,4
350	1,3	78	3,9-6,5	58	2,6-3,9	40	1,3-2,8
375	1,36	82	4,2-6,8	61	2,7-4,1	41	1,4-2,7

Более точно прибавку определяют по формуле:

$${ П_N = 1,24 - 0,14N-NO_3 + 1,62 ПК_{увл} + 0,06 \frac{P}{N} ,}$$

где П_N — прибавка от азотных удобрений; N-NO₃ — содержание в почве, мг/кг в слое 0-40 см; P/N — отношение фактического содержания P₂O₅, мг/кг почвы в слое 0-20 см к N-NO₃, мг/кг в слое 0-40 см.

В условиях рынка важно знать возможную прибавку урожая, с тем, чтобы еще до внесения удобрений, исходя из складывающихся цен определить, насколько этот приём будет экономически оправдан.

Корреляционный анализ показал высокую достоверность (r = 0,93) прогноза эффективности азотных удобрений, рассчитанный приведенным способом с учётом всех 4-х факторов, определяющих эффективность.

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
Евтефеев Ю. В., Казанцев Г. М. Основы агрономии: учебное пособие. М.: ФОРУМ. 2013