UniversityAgro.ru

Эффективность азотных удобрений

Эффективность азотных удобрений связана с увеличением использования растениями азота и со снижением безвозвратных потерь. Общим решением является оптимизация условий и режимов азотного питания, совершенствование уровня агротехники и мелиоративных мероприятий.

Коэффициенты использования азота удобрений

Эффективное применение азотных удобрений возможно только при учёте их свойств и особенностей трансформации азота в почвах. Все азотные удобрения, за исключение медленнодействующих форм, хорошо растворимы в воде. Нитратные удобрения мигрируют в почве с почвенной влагой и, кроме как биологического, никаким видом поглощения не связываются. Биологическое поглощение протекает только в теплое время года. Поэтому нитраты в условиях промывного водного режима почвы могут вымываться, прежде всего на лёгких почвах. При повышенных дозах на почвах лёгкого гранулометрического состава в паровых полях в условиях избыточного увлажнения или орошения потери нитратного азота могут достигать 10-25% от внесенной.

Аммиачные и аммонийные формы при попадании в почву поглощаются почвенным поглощающим комплексом. В таком виде они теряют подвижность, но остаются доступными для растений, не вымываются, за исключением лёгких почв с низкой ёмкостью поглощения. При благоприятных условиях в результате нитрификации они трансформируются в нитраты, приобретая их свойства. Аналогично ведет себя в почве мочевина после её превращения в аммонийные формы в результате деятельности уробактерий.

Все азотные удобрения изначально или в ходе нитрификации накапливаются в почве в виде нитратов. Нитраты подвержены процессам денитрификации, которые характерны почти для всех почв, а основные потери азота связаны именно с ними. Потери азота от денитрификации для аммонийных и амидных форм составляют около 20%, для нитратных — до 30% от внесенного количества. В чистом пару и с увеличением доз потери азота возрастают до 50%.

С экологической точки зрения денитрификация имеет положительное значение, так как «освобождают» почву от избытка неиспользованных нитратов, препятствуя их попаданию в грунтовые воды и водоёмы.

В почве часть азота удобрений в результате жизнедеятельности микроорганизмов трансформируется в органические, недоступные для растений формы. В результате иммобилизации примерно 10-12% азота нитратных и 30-40% аммонийных, аммиачных и амидных удобрений закрепляется в органической форме. Интенсивность иммобилизации возрастает с внесением органических удобрений с низким содержанием азота и высоким углерода (стерня, солома, соломистый навоз).

Ранее предполагалось, что растения в первый год внесения азотных удобрений используют 60-70% поступившего азота. Эти данные получены в полевых опытах с помощью разностного метода путём сопоставления выноса азота в контрольных вариантах (без удобрения) и в вариантах с удобрениями. Более поздние исследования с использованием меченых атомов азота показали: в полевых условиях растения поглощают из удобрений 30-50% азота, но при этом на удобренных вариантах на 20-30% повышается использование растениями азота почвы. За счёт этого суммарный вынос азота на удобренных вариантах увеличивается на 20-30%, вследствие чего коэффициенты использования азота, рассчитанные по разностному методу, на 20-30% завышены от фактических.

Тем не менее, для практических задач, например, расчёта баланса азота, доз азотных удобрений, пользуются коэффициентом использования азота, полученным разностным методом, потому что он характеризует общее потребление растениями азота. Балансовые расчёты, выполненные в многолетних опытах, включающих несколько ротаций севооборота, подтверждают эти выводы. Коэффициенты использования азота удобрений по балансовому методу составляют 60-70%.

Большая часть внесенного в почву азота удобрений расходуется за вегетационный период на потребление растениями, иммобилизацию, денитрификацию, вымывание и эрозию. Поэтому последействие азотных удобрений принято не учитывать.

Эффективность азотных удобрений

Сбалансированное использование азотных удобрений повышает содержание витаминов и органических кислот.

Оптимизация условий питания растений азотом включает:

1. Внесение оптимальных доз и форм азотных удобрений с учётом биологических особенностей культур и свойств удобрений, почвенно-климатических условий, результатов диагностики питания растений.

В основу определения оптимальных доз азотных удобрений положены результаты полевые опыты, проведенные в различных почвенно-климатических зонах. Эти данные сопоставляются с результатами почвенной и растительной диагностик, на основании чего составляются рекомендации по использованию удобрений, методов и способов корректировки доз в зависимости от конкретных условий.

Широкое распространение получают методы оптимизации доз азотных удобрений по содержанию в почве минерального азота. Эффективные дозы под различные сельскохозяйственные культуры зависят от почвенно-климатических условий.

Таблица. Урожайность зерна озимой пшеницы и эффективность азотных удобрений в зависимости от содержания минерального азота в почве (по данным ВНИИУА).

Группа обеспеченности почв азотом Содержание Nмин в слое почвы 0-40 см, кг/га Средняя урожайность, т/га (контроль) Прибавка урожайности (т/га) при внесении азота в дозе, кг/га
0+45 30 30+45 45 45+45 60 60+45 90 90+45 120 120+45 НСР0,95, т/га
I 0-60 2,38 0,86 0,93 1,33 0,93 1,04 1,15 1,47 1,13 1,37 1,06 1,18 0,18
II 60-80 2,94 0,72 0,76 1,32 1,02 1,39 1,10 1,28 1,13 1,26 1,26 1,26 0,11
III 80-100 4,06 0,40 0,27 0,57 0,44 0,58 0,42 0,47 0,52 0,52 0,38 0,36 0,12
IV 100-130 4,32 -0,02 -0,06 0,05 0,11 0,06 -0,02 -0,02 -0,07 -0,08 -2,3 -2,7 0,22
V > 130 5,00 -0,18 -0,12 -0,36 -0,08 -0,19 -0,35 -0,45 -0,45 -0,47 -0,41 -0,49 0,25

В зависимости от обеспеченности почв минеральным азотом их делят на 5 групп: от очень низкой — I группа, до высокой — V группа. Обеспеченность почв минеральным азотом влияет на эффективность азотных удобрений: очень высокая на почвах при содержании азота менее 80 кг/га, низкая при содержании свыше 130 кг/га. Наибольшие прибавки урожая зерновых отмечались при внесении удобрений в два приёма: первое внесение весной, второе — в фазе выхода в трубку.

Для районов Западной Сибири в зависимости от содержания в почве слоем 0-40 см разработана шкала потребности зерновых культур в азотных удобрениях.

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

Эти же методы с изменениями и модификациями применяются и в других регионах страны.

Для оптимизации доз азотных удобрений используют также балансово-расчетные методы, в основе которых заложен вынос азота с запланированным урожаем.

2. Максимальное смещение сроков внесения удобрений к периоду интенсивного потребления растениями азота, дробное внесение общей дозы удобрения в несколько приёмов.

Таблица. Использование азота сульфата аммония в зависимости от сроков его внесения (по данным ВНИИУА).

Вариант опыта Количество азота, % от внесенного
под ячменем под просом
использовано закреплено потери использовано закреплено потери
PK + (15NH4)2SO4 перед посевом 58,2 22,4 19,4 54,8 28,9 16,3
PK + (15NH4)2SO4 дробно 68,2 16,9 14,9 63,2 25,4 10,4

3. Применение медленнодействующих и капсулированных форм азотных удобрений с контролируемой скоростью высвобождения азота.

4. Применение ингибиторов нитрификации, в результате чего коэффициент использования азота удобрений возрастает на 10-15%.

Непроизводительные потери азота могут быть уменьшены при введении промежуточных и пожнивных культур.

Внесение 1 кг азота минеральных удобрений даёт прибавки урожая: 8-15 кг зерна, 50-70 кг — картофеля, 20-30 кг — сена луговых трав, 30-40 кг — корнеплодов сахарной свёклы, примерно 3 кг льноволокна.

В зональном аспекте эффективность азотных удобрений зависит от условий влагообеспеченности и уровня естественного плодородия почв. Отмечена высокая эффективность и устойчивое действие азотных удобрений в Нечернозёмной зоне на бедных гумусом дерново-подзолистых, серых лесных почвах, оподзоленных и выщелоченных чернозёмах, причём чем больше выщелоченность, тем выше эффективность. Высокая эффективность проявляется на лёгких почвах, характеризующихся постоянным дефицитом азота. На осушенных торфяно-болотных почвах их действие снижается, так как в первом минимуме оказываются калий и фосфор. Однако в первые годы освоения торфяников в центральных и северо-западных районах Нечернозёмной зоны эффективность азота возрастает.

При движении с севера на юг и с запада на восток в пределах европейской части России континентальность климата усиливается, а количество осадков уменьшается, что сказывается на эффективности азотных удобрений. Изменяется и обеспеченность почв азотом.

Эффективность увеличивается в ряду дерново-подзолистые почвы → серые лесные → чернозёмы. Снижение отмечается в степных районах, в связи со снижением влагообеспеченности и более благоприятных условий азотного питания. Азотные удобрения эффективны и в восточных регионах страны: в лесостепи Зауралья и Восточной Сибири она выше, в лесостепи Западной Сибири с более континентальным климатом — ниже. В Зауралье 1 кг азота минеральных удобрений даёт прибавку урожая зерна яровой пшеницы — 10 кг/га, Восточной Сибири — 11 кг/га, в Западной Сибири — 5 кг/га.

В степных районах европейской части России на мощных, обыкновенных и южных чернозёмах из-за высокого содержания азота в почвах и дефицита влаги эффективность азотных удобрений уменьшается и становится неустойчивой. В еще большей степени это отмечается на каштановых и светло-каштановых почвах засушливых областей юго-востока.

Мероприятия по накоплению, сохранению почвенной влаги, а также в условиях орошения, эффективность невысоких доз азотных удобрений в этих районах достаточно высокая, и оказывается больше, чем фосфорных и калийных удобрений.

Под влиянием азота усиливается гидролиз крахмала, интенсивность дыхания и активность окислительных ферментов, что приводит к преждевременному расходу пластических веществ семени. Для устранения отрицательное влияние азота на процессы превращения веществ в семени до образования фотосинтезирующего аппарата, необходима некоторая изоляция азота удобрений от семени. Рассчитывать на устойчивое положительное действие рядкового внесения азотных удобрений близко к семенам можно только в отношении некислых почв, насыщенных кальцием, достаточно обеспеченных доступным для растения фосфором и нуждающихся в азоте, а также в отношении растений, имеющих семена с большими запасами углеводов (пшеница, овёс, ячмень).

От внесения азота в питательный раствор значительно возрастает содержание фосфора в азотистых фракциях фосфорорганических соединений, прежде всего во фракции нуклеопротеидов — веществ, играющих роль в процессе дифференциации меристематических тканей, то есть, пути эффективного воздействия удобрений на формообразовательные процессы в растениях.

Нарушение оптимального соотношения азота и фосфора в начале роста приводит к нарушению синтеза аминокислот, нуклеопротеидов, которые определяют первоначальный рост растений. Поэтому предлагается на почвах, бедных азотом, совместно с фосфорным удобрением вносить при посеве небольшие дозы азота. На малоплодородных почвах при недостаточном содержании азота рекомендуется вносить в рядки при посеве, помимо фосфорно-калийных, азотные удобрения в дозе 5-10 кг/га азота.

Повышение эффективности азотных удобрений

Эффективность азотных удобрений зависит от:

  • зональных особенностей;
  • комплекса агрономических и мелиоративных мероприятий, используемых в севообороте и под конкретные культуры;
  • технологии применения азотных удобрений (сроков и способов внесения, доз, форм);
  • методов диагностики питания растений.

В России разработан комплекс агрохимических приёмов, способствующих повышению эффективности азотных удобрений:

  1. Соблюдение агрономической технологии применения азотных удобрений с учётом доз, форм, сроков и способов внесения.
  2. Оптимальное соотношение азота и других макро- и микроэлементов с учётом плодородия почвы и биологических особенностей культуры.
  3. Оптимизация азотного питания культур в период вегетации. Учитывают прямое действие удобрений, как источника питания, так и косвенное, связанное с мобилизацией азота вследствие активизации процессов минерализации органического вещества почвы. Это имеет значение, так как количество образующегося от минерализации азота наиболее трудно учесть существующими методами. Азот от минерализации органического вещества способен создать избыток азота в почве, что приводит к полеганию хлебов, ухудшению качества продукции, негативному воздействию на грунтовые воды.
  4. Применение ингибиторов нитрификации. Несмотря на то, что этот приём временный, на этапе разработки комплексных мер повышения эффективности ингибирование нитрификации может способствовать снижению потерь азота.
  5. Совершенствование медленнодействующих форм азотных удобрений: технологии производства мочевино-формальдегидных форм (МФУ) и капсулированных азотных удобрений, а также поиск новых форм минеральных удобрений с постепенным переходом питательных веществ удобрений в почву.
  6. Применение известкования в севообороте при систематическом внесении азотных удобрений на кислых почвах, прежде всего дерново-подзолистых.
  7. Применение агротехнических приёмов, направленных на регулирование процессов мобилизации и иммобилизации азота и процессов гумификации.

На минерализацию азота почвы при внесении азотных удобрений влияют:

  • степень окультуренности дерново-подзолистых почв: на окультуренных почвах преобладают легкогидролизуемые гумусовые соединения;
  • активность почвенных микроорганизмов;
  • увеличение поглотительной способности корневой системы растений;
  • форма азотного удобрения, например, аммонийные формы способствуют лучшему усвоению азота, чем нитратные;
  • известкование;
  • внесение органических удобрений, которые увеличивают количество микрофлоры.

Нитратная и аммонийная формы азота могут иммобилизовываться в результате взаимодействия с органическим веществом почвы, закрепления почвенными микроорганизмами, фиксации глинистыми минералами аммонийных форм. Иммобилизации поглощает 20-60% от внесенного азота, её величина зависит от:

  • форм азотных удобрений: амидные и аммонийные формы закрепляется в 1,5-2 раза больше, чем нитратные;
  • дозы удобрений: с повышением дозы абсолютное количество иммобилизованного азота возрастёт, тогда как относительное — доля от внесенного — уменьшается;
  • количества закрепленного азота: в почвах с высоким содержанием гумуса содержание азота выше, чем в малогумусных;
  • содержание энергетического материала, который одновременно с минеральными удобрениями увеличивает иммобилизацию азота удобрений;
  • отношения С : N в почве: чем больше углерода и меньше азота, тем больше иммобилизуется.

Зональные особенности

В зонах, где наблюдается высокая эффективность азотных удобрений, на 1 тонну внесенного азота дополнительно получают 10-15 т зерна, 30-40 т — корнеплодов сахарной свёклы, 5-6 т — хлопка-сырца, примерно 2 т — льноволокна, 20-30 т сена луговых трав.

Действие азотных удобрений может по-разному проявляться внутри крупных земледельческих регионов страны. Например, в Нечернозёмной зоне от внесения 1 кг азота в оптимальных дозах позволяет дополнительно получить 8-15 кг зерна, 50-70 кг — картофеля, 3,5 кг — льноволокна, 70-100 кг силосной кукурузы. Высокое действие азотных удобрений этой зоны проявляется на супесчаных и песчаных почвах, где почти всегда отмечается дефицит азота. В условиях промывного водного режима из-за потерь азота в осенне-зимне-весенний период, внесение весной значительно эффективней, чем осенью.

Азотные удобрения более эффективны на дерново-подзолистых, серых лесных почвах, оподзоленных и выщелоченных чернозёмах и на всех орошаемых почвах. С улучшением влагообеспеченности эффективность азотных удобрений увеличивается на всех типах и разностях почв. На оподзоленных и выщелоченных чернозёмах лесостепной зоны Украины окупаемость азотных удобрений больше, чем в правобережной лесостепи, но меньше, чем в левобережной.

В разных районах степной зоны, например, в Молдавии, большие прибавки урожая от внесения азотных удобрений получают на типичных чернозёмах, меньшие прибавки — на обыкновенных и карбонатных. На 1 кг внесенного азота получают дополнительно до 6 кг зерна озимой пшеницы, до 7 кг зерна кукурузы, 2,5-3 кг семян подсолнечника, 40-60 кг корнеплодов сахарной свёклы.

В степных районах Украины на обыкновенных чернозёмах азотные удобрения эффективны на посевах озимой пшеницы, сахарной свёклы и кукурузы. Их действие ослабляется с запада на восток. В степи европейской части России положительное действие отмечается на обыкновенных и карбонатных чернозёмах Кубани, в предгорье Северного Кавказа, на северо-приазовских чернозёмах. На карбонатных чернозёмах Ростовской области и обыкновенных чернозёмах Поволжья действие азотных удобрений снижается.

Действие азотных удобрений на каштановых почвах с низким содержанием гумуса проявляется в регионах с хорошим увлажнением, например, на Украине, Закавказье, горных районах Северного Кавказа. В условиях сильнозасушливого климата Ставрополья, Ростовской области, Поволжья, Северного Казахстана действие азотных удобрений на каштановых почвах чаще бывает слабым. То же свойственно и обыкновенным и южным чернозёмам и каштановым почвам азиатской равнинной части России.

Влияние агромелиоративных мероприятий на эффективность азотных удобрений

Эффективность азотных удобрений связана со своевременным и качественным проведением комплекса агрономических, мелиоративных и почвозащитных мероприятий, с высокой культурой земледелия: отсутствием сорной растительности, обеспечением оптимальных режимов почвы, посевом высокопродуктивных сортов и гибридов, комплексной системой защиты растений. Все мероприятия по воспроизводству плодородия и окультуренности способствуют повышению эффективности азотных удобрений и большей окупаемости. Баланс органического вещества почвы должен быть положительным или бездефицитным.

Органические удобрения снижают негативное действие высоких доз минерального азота и способствуют более эффективному его использованию. Минеральный азот должен находиться в почве в оптимальном соотношении с другими питательными веществами, соответствующей требованиям возделываемой культуры.

Известкование кислых почв значительно повышает эффективность азотных удобрений за счёт лучшего использования азота, повышением его мобилизации, улучшением фосфорного питания. В засушливых степных и сухостепных районах положительное действие азотных удобрений возможно при орошении в условиях оптимальных доз и режимов орошения.

В условиях риска развития эрозионных процессов эффективность азотных удобрений зависит от почвозащитного комплекса и противоэрозионной системы обработки почвы, например, контурно-мелиоративной вспашкой поперёк склона, комбинированной вспашкой, щелеванием склонов, обваловыванием, бороздованием зяби, которые уменьшают сток воды и смыв почвы.

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