Почвенные условия
Максимальные прибавки урожаев всех культур от органических и минеральных удобрений как при раздельном, так и совместном их применении, достигаются на наиболее бедных почвах. При переходе к более плодородным и окультуренным почвам в качестве лимитирующих факторов роста и развития растений в большей мере проявляются климатические и другие условия, поэтому эффективность удобрений чаще всего снижается.
Такое снижение наблюдается при переходе от дерново-сильноподзолистых, к средне- и слабоподзолистым, далее от светло- к темно-серым лесным, затем от оподзоленных и выщелоченных к обыкновенным и южным черноземам, далее от темно- к светло-каштановым почвам.
В рамках одного типа и подтипа эффективность удобрений определяется гранулометрическим составом почвы. В целом наблюдается закономерность: чем беднее почва более легкого гранулометрического состава, тем больше относительные прибавки урожаев от удобрений. Хотя абсолютные прибавки в т/га на более плодородных почвах часто выше, чем на менее плодородных.
Отдельные виды удобрений также по-разному проявляют эффективность: азотные удобрения более эффективны на дерново-подзолистых, серых лесных почвах, оподзоленных и выщелоченных черноземах и на всех орошаемых почвах. Для подзолистых суглинистых почв типична следующая средняя обеспеченность урожаев культур отдельными элементами: азотом — 38% от максимальной продуктивности, фосфором — 76% от максимальной продуктивности, калием — 82% от максимальной продуктивности. С улучшением влагообеспеченности эффективность азотных удобрений увеличивается на всех типах и разностях почв.
Фосфорные удобрения более эффективны в районах недостаточного увлажнения и засушливого климата на южных, обыкновенных черноземах, каштановых и бурых почвах, на слабоокультуренных почвах других типов. Например, на дерново-подзолистых неокультуренных разностях (1-2-го класса) по эффективности они превосходят азотные удобрения.
Калийные удобрения более эффективны на торфяных, затем на дерново-подзолистых и серых лесных почвах. На сероземах, черноземах и каштановых почвах их эффективность снижается, нередко отсутствует.
По гранулометрическому составу на легких почвах всех типов, возрастает эффективность азотных, калийных и микроудобрений, на тяжелых — фосфорных. В первом случае это связано с более легкой вымываемостью элементов, во втором — с большим связыванием фосфора в труднодоступные соединения. Если тяжелые почвы представлены минералами, способными фиксировать калий и аммоний, то на них также эффективны калийные и азотные удобрения.
Эффективность удобрений на почвах с кислой или щелочной реакцией среды зависит от возделываемых культур. Химическая мелиорация должна всегда предшествовать применению удобрений. Эффективность всех видов удобрений и под всеми культурами возрастает при нейтрализации кислых и щелочных почв, достигая максимума при оптимальной для возделываемых культур реакции. Так, по обобщенным данным опытов с ячменем на дерново-подзолистых почвах, окупаемость 1 кг азота удобрений прибавкой урожая зерна при рНСОЛ менее 5 составляла 7,6-8,4 кг, при рНСОЛ выше 5,6 — 18,6-20,2 кг.
Эффективность каждого вида удобрений уменьшается с ростом обеспеченности почв доступными для растений формами соответствующих элементов и часто исчезает при высокой или очень высокой (5-6-й класс) обеспеченности.
Согласно обобщенным Л.М. Державиным (1992) данным опытов агрохимической службы (ЦИНАО) с озимой пшеницей на дерново-подзолистых среднеобеспеченных калием (100 мг/кг) почвах, прибавки урожаев зерна от 60 кг/га Р2O5 составили: при содержании подвижного фосфора в почве 50 мг/кг — 0,43 т/га, 100 мг/кг — 0,36 т/га и 150 мг/кг — 0,28 т/га, а на выщелоченном черноземе — соответственно 0,94 т/га; 0,51 т/га и 0,08 т/га. От 60 кг/га К2O прибавки урожаев озимой пшеницы составили: на дерново-подзолистых почвах при содержании обменного калия 50 мг/кг — 0,64 т/га, 100 мг/кг— 0,33 т/га и 150 мг/кг — 0,02 т/га, а на среднеобеспеченных фосфором (125 мг/кг) темно-серой лесной почве и оподзоленном черноземе при содержании обменного калия 75 мг/кг —0,49 т/га, 125 мг/кг —0,25 т/га и 175 мг/кг — 0,02 т/га.
Аналогичные закономерности эффективности всех видов минеральных удобрений характерны для всех культур на любых почвах, но проявляются с неодинаковой интенсивностью. Удобрения и мелиоранты одновременно изменяют агрохимические показатели и другие свойства почв. Например, по данным длительного стационарного опыта (с 1912 г.) кафедры земледелия Московской сельскохозяйственной академии им. К.А. Тимирязева на дерново-подзолистой среднесуглинистой почве в варианте без удобрений средний урожай картофеля за 1955-1972 гг. составил 6,7 т/га, в 1973 г. при внесении N100Р150К120 — 16,0 т/га, при этом почва имела рН 3,83; содержание гумуса 1,45%, подвижного фосфора и обменного калия (по Кирсанову) соответственно 19 мг/кг и 41 мг/кг. В варианте систематического применения удобрений средний урожай картофеля за 1955-1972 гг. составил 15,4 т/га, в 1973 г. при той же дозе — 24,7 т/га; рН почвы 3,92, содержание гумуса 1,61%, подвижного фосфора и калия соответственно 100 мг/кг и 133 мг/кг. В варианте с систематическим применением минеральных удобрения, навоза и периодическим известкованием средний урожай картофеля за 1955-1972 гг. составил 19,1 т/га, в 1973 г. при той же дозе удобрений — 32,1 т/га, почва оказалась наиболее плодородной — рН 5,67, содержание гумуса 2,07%, подвижных фосфора и калия соответственно 128 мг/кг и 207 мг/кг. Аналогичные результаты получены с картофелем и другими культурами в других длительных опытах разных стран.
Накопленные за счет удобрения и мелиорантов подвижные формы питательных веществ со временем распределяются по всему корнеобитаемому слою и оказываются наиболее необходимыми при неблагоприятных условиях, когда внесение свежих доз удобрений даже в высоких дозах при неизбежной локализации может быть менее эффективным.
Систематическое агрохимическое обследование почв, проводимое с 1965 г. во всех хозяйствах, в том числе приусадебные и дачные участки, выявило неоднородность агрохимических показателей в пределах не только типов, подтипов и разностей почв, но и одного поля и участка поля. Это обстоятельство обозначило необходимость учета имеющихся различий при классификации почв по этим показателям и при определении и коррекции доз удобрений.
По относительным показателям (классам, группам) почв корректируют рекомендуемые дозы удобрений под культуры, при отсутствии рекомендаций — вводят поправочные коэффициенты. Поправочные коэффициенты к дозам должны обеспечивать получение плановой урожайности культур хорошего качества с одновременным регулированием обеспеченности почв питательными элементами. При средней обеспеченности конкретной культуры, например, для зерновых, зернобобовых и трав — 3 класс, для пропашных — 4 класс, для овощных — 5 класс, поправочный коэффициент к дозе равен 1. При возделывании культур на более бедной, чем средний класс, почве поправочный коэффициент повышают (более 1), на более плодородной, чем средний класс, — меньше 1. При изменении на один класс доза удобрения в среднем для всех культур должна изменяться на 20-30%, то есть для почвы беднее средней на один класс поправочный коэффициент должен быть 1,2-1,3, на два класса — 1,4-1,6 и т.д., для почвы богаче средней на один класс — 0,8-0,7, на два класса — 0,6-0,4 и т.д.
По абсолютным показателям содержание доступных форм питательных элементов в почве определяют по результатам полевых опытов их часть, усвоенную культурой. Эту часть называют коэффициентом использования питательного элемента почвы (КИП), определяют по формуле:
где В0 — хозяйственный вынос в варианте без удобрений, кг/га; З — запасы подвижных форм элемента, кг/га; 100 — пересчет в проценты.
Таблица. Урожайность и хозяйственный вынос питательных элементов картофелем при разном удобрении на дерново-подзолистой супесчаной почве (Вергей)
| Без удобрений | ||||
| N60P30 | ||||
| N60P60 | ||||
| P30K60 | ||||
| N60P30K60 | ||||
Пример. Определение КИП картофеля на дерново-среднеподзолистой супесчаной почве с рН 4,8, Hг 3,5 и S 3 мг⋅экв/100 г, V 46,1%, обеспеченность фосфором и калием по Кирсанову 67 мг/кг и 102 мг/кг, гидролизуемого азота 50 мг/кг, содержание гумуса 1,5%. В пахотном слое почвы (при его массе 3 млн кг) содержится:
- 201 (67⋅3) кг/га P2O5,
- 306 (102⋅3) кг/га K2O,
- 150 (50⋅3) кг/га N.
Картофель в варианте без удобрений с хозяйственным урожаем 6,2 т/га вынес 94 кг N, 27 кг/га P2O5 и 127 кг/га K2O, следовательно:
- КИП(N) = 94⋅100/150 = 63%;
- КИП(P2O5) = 27⋅100/201 = 13%;
- КИП(K2O) = 127⋅100/306 = 41%.
Одновременно можно определить КИП в парных комбинациях, где соответствующее удобрение не вносили:
- по PK — КИП(N) = 110⋅100/150 = 73%;
- по NK — КИП(P2O5) = 37⋅100/201 = 18,1%;
- по NP — КИП(K2O) = 201⋅100/306 = 66%.
Из приведенных расчетов следует, коэффициенты использования питательных элементов значительно изменяются под влиянием удобрений, а определяют их для всех культур только в вариантах без удобрений.
Обобщение Л.М. Державиным (1992) данных опытов ЦИНАО показало, что даже при одинаковой исходной обеспеченности, КИП фосфора и калия сильно варьирует: для озимой пшеницы 63% и 55%, озимой ржи 78% и 89%, яровой пшеницы 52% и 56%, ярового ячменя 55% и 95%, картофеля 63% и 85%, сахарной свеклы 71% и 41%, льна-долгунца 64% и 86%.
При переходе от низкой до высокой обеспеченности почв подвижными элементами КИП фосфора и калия снижались еще значительнее: для озимой пшеницы в 4,6-5,7 и 2,7-3,4 раза, озимой ржи в 3,7-4,5 и 3,9 раза, яровой пшеницы в 1,7-3,2 и 2,7-2,8 раза, ячменя в 3,9-5,1 и 1,8-2,6 раза, картофеля в 3,8-4,4 и 2,9 раза, сахарной свеклы в 4,9-6,4 и 2,3-2,6 раза, льна-долгунца в 6,0 и 2,0-2,3 раза.
Климатические условия
Особенно сильно КИП элементов меняется под влиянием погодных условий. По обобщенным кафедрой агрохимии Московской сельскохозяйственной академии данным различных источников, коэффициенты использования культурами подвижного фосфора в зависимости от погодных и агротехнических условий различаются в 10-15 раз, калия — в 10 раз.
Поэтому, для коррекции и определения доз удобрений по результатам обеспеченности почв подвижными формами питательных веществ лучше пользоваться не абсолютными, а относительными показателями, то есть классами и поправочными коэффициентами, так как приведенная выше вариабельность абсолютных показателей приводит не к повышению, а к снижению эффективности удобрений.
Климатические и погодные условия часто становятся определяющим фактором эффективности удобрений.
Чем выше уровень светового питания при нормальном обеспечении влагой, тем больше синтезируется углеводов и больше азота растения способны усвоить. Свет воздействует на питание растений не только через фотосинтез, но и через транспирацию. С повышением влажности воздуха устойчивость растений к увеличению концентрации питательных растворов возрастает.
Температура почвы скорость трансформации питательных элементов и их поглощение растениями. При температуре 8-10 °С поступление, передвижение и включение в обмен веществ азота и фосфора уменьшается, а при температуре 5-6 °С потребление корнями элементов питания резко снижается. При температуре 10-25 °С возрастают мобилизация и поглощение растениями питательных элементов почвы и удобрений.
Оптимальная температура днем (23-25 °С) соответствует 14-16 °С среднесуточных температур. В Нечерноземной зоне, по данным А.П. Федосеева, среднемесячная температура летнего периода выше 18,1 °С снижает эффективность удобрений, в Черноземной зоне повышение температуры воздуха за май-июль на 1 °С выше многолетней нормы снижает прибавку урожаев зерна от удобрений при дозах 120-180 кг/га д.в. в среднем на 0,02 т/га.
Увеличение дефицита влажности воздуха на 1 гПа в мае снижает эффективность удобрений в среднем на 40 кг/га, в июле — на 4 кг/га.
Уменьшение годовой нормы осадков с севера на юг на 100 мм в европейской части России снижает эффективность средних доз удобрений в среднем на 0,11 т/га для всех зерновых культур и на 0,19 т/га — для озимых. Уменьшение запасов влаги в почве на 10 мм за вегетацию зерновых культур снижает прибавки урожая от удобрений в среднем на 10-20 кг/га. Если при отношении количества осадков к уровню испаряемости, равном 1, эффективность удобрений принять за 100%, то каждое увеличение засушливости на 10% снижает эффект удобрений на 15%.
При увеличении влажности до 90% НВ на почвах с объемной массой 1,2-1,3 г/см3 и до 80% на почвах 1,5-1,6 г/см3 эффективность удобрений возрастает. Дальнейшее увлажнение почв до 100-120% НВ на первых почвах постепенно, а на вторых резко снижает эффективность.
Избыток влаги в почвах Нечерноземной зоны и в орошаемых районах обусловливает внутрипочвенный и поверхностный сток вод, что приводит к вымыванию питательных веществ. Из удобрений и почв вымываются кальций, сера, магний, азот, углерод, натрий, калий. Меньше всего — фосфор. Максимально вымывание происходят во время весенних паводков и после уборки урожаев осенью.
На суглинистых и супесчаных почвах Нечерноземья при насыщенности удобрениями (N60Р60К60) с атмосферными осадками вымывается до 50 кг/га (на суглинистых) и 70-120 кг/га (на супесчаных) кальция, 3-7 кг/га и 10-15 кг/га магния, 14 кг/га и 25 кг/га серы, 7 кг/га и 10-12 кг/га калия, 1-6 кг/га и 14-18 кг/га азота соответственно на суглинистых и супесчаных почвах.
Эффективность средних доз минеральных удобрений (120-180 кг/га д.в.) в зависимости от условий увлажнения в летние месяцы может меняться почти в 2 раза.
Таблица. Средняя эффективность NPK на почвах Нечерноземной зоны в зависимости от условий увлажнения мая-июля (обобщение Федосеева)
| Нормальное | ||||||||||
| Недостаточное | ||||||||||
| Избыточное | ||||||||||
Эффективность удобрений на суглинистых почвах в годы с недостатком или избытком летних осадков снижается, причем при недостатке — более значительно. На легких почвах при избытке осадков под пшеницей и яровыми культурами эффективность остается высокой, а под рожью — снижается.
Согласно данным длительного опыта кафедры земледелия МСХА, в годы с сухим июнем, при количестве осадков менее 50 мм и температуре выше 18 °С, нормально увлажненным июнем (50-90 мм и 16-18 °С) и влажным (более 90 мм, температура менее 16 °С) при насыщенности севооборота удобрениями (N50P75K60) оплата 100 кг д.в. удобрений составляла: зерном озимой ржи — 0,35 т/га; 0,44 т/га и 0,75 т/га; зерном овса 0,17 т/га, 0,27 т/га и 0,46 т/га; клубнями картофеля 4,3 т/га, 6,3 т/га и 7,6 т/га; сеном клевера 1,4 т/га, 1,6 т/га и 2,9 т/га; соломкой льна 0,16 т/га, 0,72 т/га и 0,92 т/га.
Эффективность минеральных удобрений в годы с сухим июнем снижалась в среднем на 36% (особенно сильно подо льном), а с влажным июнем возрастала на 52% (особенно под клевером) по сравнению с нормально увлажненным июнем. При сочетании этих же доз минеральных удобрений с навозом (10 т/га) смягчало отрицательное действие недостатка влаги в июне; эффективность минеральных удобрений при этом снижалась в среднем на 27%.
В среднем в Нечерноземной зоне прибавка урожаев зерна от минеральных удобрений составляет 0,6 т/га с колебаниями из-за погодных условий ±40%, в Центрально-Черноземной зоне — соответственно 0,52 т/га и ±44%.
Научно обоснованное использование удобрений ослабляет негативное влияние неблагоприятных погодных условий (низких температур, заморозков) на продуктивность культур.
Согласно данным 40 опытов, обобщенным А.П. Федосеевым, на фоне фосфорно-калийных удобрений количество погибших при перезимовке растений озимых ржи и пшеницы уменьшилось с 42 (без удобрений) до 27%, при сочетании фосфорно-калийных и оптимальных доз азотных удобрений до посева гибель озимых сократилась до 18%.
Связь эффективности удобрений с метеорологическими факторами характеризуется коэффициентами корреляции.
Таблица. Коэффициенты корреляции между эффективностью средних доз минеральных удобрений и метеорологическими факторами1Ягодин Б.А., Жуков Ю.П., Кобзаренко В.И. Агрохимия/Под ред. Б.А. Ягодина. — М.: Колос, 2002. — 584 с.: ил.
| Нечерноземная | |||||
| Центрально-Черноземная |
Коэффициенты корреляции, разработанные А.П. Федосеевым (Институт экспериментальной метеорологии), и уравнениям регрессий для оценки эффективности удобрений от метеорологических факторов показывают, что погодно-климатические условия объясняют 25-60% колебаний эффективности удобрений в Нечерноземной зоне и 35-70% — в Центрально-Черноземной.
При определении оптимальных и максимальных доз удобрений необходимо ориентироваться на среднемноголетние метеорологические данные конкретных территорий и ежегодно корректировать их с учетом прогноза предстоящего года. С увеличением насыщенности посевов удобрениями и ростом продуктивности культур колебание урожайности в зависимости от метеорологических условий конкретного года в абсолютных величинах (т/га) возрастает, а в относительных (% к среднему) — снижается.
Литература
Ягодин Б.А., Жуков Ю.П., Кобзаренко В.И. Агрохимия/Под ред. Б.А. Ягодина. — М.: Колос, 2002. — 584 с.: ил.
