UniversityAgro.ru » Агрохимия » Почвенно-климатические условия

Почвенно-климатические условия

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:

Коэффициент использования питательного элемента почвой

где В0 — хозяйственный вынос в варианте без удобрений, кг/га; З — запасы подвижных форм элемента, кг/га; 100 — пересчет в проценты.

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%.

Таблица. Урожайность и хозяйственный вынос питательных элементов картофелем при разном удобрении на дерново-подзолистой супесчаной почве (Вергей)

Вариант опыта
Урожайность клубней, т/га
Хозяйственный вынос, кг/га
N
P2O5
K2O
Без удобрений
16,2
94
27
127
N60P30
23,7
153
36
201
N60P60
27,8
169
37
220
P30K60
20,2
110
33
186
N60P30K60
25,9
152
42
245

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)

Увлажнение
Среднее количество осадков, мм
Средний дефицит влажности воздуха, м/бар
Средняя прибавка урожая, NPK, т/га
Наиболее влажный месяц
Наиболее сухой месяц
Наиболее влажный месяц
Наиболее сухой месяц
Озимая пшеница
Озимая рожь
Яровые зерновые
Суглинки
Супеси
Суглинки
Супеси
Суглинки
Супеси
Нормальное
80
40
5,6
6,8
0,87
0,81
0,79
0,76
0,83
0,72
Недостаточное
75
20
6,2
8,7
0,44
-
0,41
0,50
0,41
0,41
Избыточное
125
50
5,2
6,2
0,52
0,97
0,52
0,59
0,60
0,70

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.

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.

Таблица. Коэффициенты корреляции между эффективностью средних доз минеральных удобрений и метеорологическими факторами1

Зона
Осадки
Влажность почвы
Температура воздуха
Дефицит влажности воздуха
Комплекс погодных условий
Нечерноземная
0,20-0,50
0,30-0,53
0,20-0,25
0,40-0,46
0,50-0,81
Центрально-Черноземная
0,30-0,78
0,60-0,70
0,30-0,40
0,30-0,50
0,60-0,86

Литература

Ягодин Б.А., Жуков Ю.П., Кобзаренко В.И. Агрохимия/Под ред. Б.А. Ягодина. — М.: Колос, 2002. — 584 с.: ил.

Ссылки

  1. Ягодин Б.А., Жуков Ю.П., Кобзаренко В.И. Агрохимия/Под ред. Б.А. Ягодина. — М.: Колос, 2002. — 584 с.: ил.