Удобрения

Значение удобрений

В связи с многофункциональной ролью удобрений в агроценозе их значение возрастает с повышением продуктивности земледелия, что подтверждается опытом ведения сельского хозяйства во многих высокоразвитых странах мира.

Органические и минеральные удобрения влияют на структуру почвы, реакцию почвенного раствора, скорость микробиологических процессов, активно участвуют в воспроизводстве плодородия, влияют на питание, рост и развитие растений, устойчивость к неблагоприятным внешним факторам и, в целом, на урожай и его качество. Удобрения влияют на устойчивость растений к болезням.

При возделывании сельскохозяйственных культур происходит отчуждение питательных веществ с урожаем, потеря с поверхностным стоком и инфильтрации в глубоки слои, эрозии. В результате изменяется баланс питательных веществ, снижается плодородие, урожайность культур и качество продукции. Для нивелирования дефицита биогенных элементов в почве применяют удобрения.

Растения в процессе своей жизнедеятельности образуют сухое вещество за счёт поглощения углекислого газа воздуха, воды и минеральных веществ почвы. В результате растения накапливают определенные вещества, которые характеризуют химический состав растений. Наиболее важными, так называемыми биофильными, питательными элементами являются азот, фосфор и калий. Количество усвоенных растениями элементов питания, содержащиеся во всех органах и во всей массе урожая, позволяет определить их потребность в питательных веществах. Потребление питательных веществ выражают в кг на 1 га или в кг на 1 т товарной продукции с учётом побочной. Оптимальное содержание и соотношение элементов питания в почве при условии достаточности других факторов жизни растений позволяет получать максимально возможные урожаи культур с высоким качеством.

Д. Н. Прянишников отмечал: странам Западной Европы потребовалось 100 лет для увеличения урожайности пшеницы с 0,7 до 1,6 т с 1 га за счёт применения плодосмена и улучшения обработки почвы, и 25 лет для повышения урожайности с 1,6 до 3 т с помощью удобрений. В России до половины всего прироста урожая культур обеспечивает использование удобрений. Например, внесение удобрений на почвах Нечернозёмной зоны, характеризующихся низким естественным плодородием, или на южных почвах с ограниченной влагообеспеченностью, позволяют получать прирост урожая до 75%.

Использование удобрений в большинстве случаев экономически выгодно. Согласно расчётам, 1 рубль, затраченный на минеральные удобрения, обеспечивает прибавку урожая в среднем стоимостью 2,2 рубля. Доля экономических затрат на приобретение и использование минеральных удобрений в целом по стране до 1990 г. составляла 15-17% от всех затрат растениеводства. Экономическая отдача удобрений зависит от естественного плодородия почвы. Например, в Нечернозёмной зоне с высокой влагообеспеченностью, но низким естественным плодородием при урожайности зерновых культур 3 т/га в результате внесения удобрений получается 70-80% прироста урожая. В сухой степи на долю удобрений приходится 50% прироста.

Удобрение — основной фактор повышения урожаев

Мировая практика земледелия показывает, что урожайность связана с количеством применяемых удобрений.

Таблица. Применение минеральных удобрений и урожай зерновых (в среднем за 1986-1988 гг., Попов, 1999).

Зависимость между производством зерна и использованием минеральных удобрений хорошо прослеживается на примере России, где произошло резкое снижение применения минеральных удобрений и плодородия почв.

Таблица. Применение минеральных удобрений и производство зерна в России (в среднем за год, Попов, 1999).

Таблица. Баланс питательных веществ в земледелии России, кг/га (в среднем за год, Попов, 1999).

Согласно данным полевых опытов агрохимической службы России, прибавка урожая от применения минеральных удобрений составляет: озимой пшеницы — 0,49-1,27 т/га; озимой ржи — 0,48-1,08 т/га; ярового ячменя — 0,32-1,29 т/га; кукурузы (зерно) — 0,65-2 т/га; картофеля — 4,9-9,1 т/га; сахарной свёклы — 5-14,4 т/га; кукурузы на силос — 2,3-18,1 т/га; естественных трав на сено — 0,6-3 т/га.

Интенсификация земледелия приводит к дальнейшему росту урожаев, ускоряет вынос питательных веществ из почвы и минерализацию гумуса. Регулирование этих процессов становится возможным с помощью внесения удобрений. В 80-е годы примерно 60% питательных веществ вносилось в почву с минеральными удобрениями, а применение органических удобрений составляло свыше 4 т на 1 га в год. В 90-е годы внесение органических удобрений снизилось более чем в 5 раз, а минеральных — в 10 раз. Дефицит гумуса составил 0,52 т на 1 га пашни, потребность в навозе для покрытия дефицита составила 6,5 т/га.

В середине XX в. произошла так называемая «зелёная революция», основы которой заложил Норман Борлауг. Страны с высоким уровнем химизации сельского хозяйства отличаются более высокими урожаями, повышение которых основано на новых сортах интенсивного типа и прогрессивной агротехники. Согласно обобщённым данным академика РАСХН В. Ф. Ладонина (1999), производство зерна в мире выросло в 3 раза: с 630 млн т в 1950 г. до 1970 млн т в 1990 г. За тот же период применение минеральных удобрений выросло в 10 раз: с 14 до 140 млн т. При этом производство зерна возрастало благодаря интенсификации земледелия, а не расширению посевных площадей. Урожайность зерновых культур во второй половине XX в. увеличилась в 2,5 раза, в среднем на 2,1% в год.

В развитых странах с 1970 по 1990 г. применение удобрений увеличилось с 26 до 83 кг/га, в странах Восточной Азии и Тихого океана — с 36 до 190 кг/га, в Европе — с 88 до 142 кг/га, в СНГ и КНДР с 46 до 110 кг/га. В 1990 г. урожайность зерновых в КНДР составила 4,2 т/га. Мировые рекорды по пшенице составили свыше 16 т/га, по кукурузе — свыше 22 т/га.

Прирост урожайности культур на 50% определяется удобрениями, остальные 50% приходятся на другие факторы. Согласно исследованиям, проведенным в США, рост урожайности в послевоенные годы в США был на 41% за счёт минеральных удобрений, на 15-20% — гербицидов и химических средств защиты растений, 15% — агротехники, 8% — гибридных семян, 5% — ирригации, 11-18% — прочих факторов.

Зависимости урожайности от дозы удобрений.

Рост урожайности приводит к росту потребления питательных веществ растениями, поэтому чем выше планируемая урожайность культуры, тем больше необходимо удобрений. Однако урожай возрастает в прямой зависимости от увеличения доз удобрений до определенного уровня, при котором достигается максимальная оплата одной единицы удобрения получаемой сельскохозяйственной продукцией.

Увеличение доз удобрений экономически оправданно до момента, когда затраты на внесение дополнительного количества удобрений полностью окупаются прибавкой урожая.

Эффективное применение удобрений возможно при условии высокой агротехникой.

Таблица. Действие комплекса агроприёмов на урожай картофеля на песчаных почвах.

Вариант опыта	Урожайность, т/га	Прибавка, т/га
Без удобрений, поздняя посадка, мелкие клубни, недостаточный уход	9,1	-
Удобрение	16,0	6,9
Улучшенная агротехника, без удобрений	15,4	6,3
Улучшенная агротехника, с удобрениями	27,4	18,3

Многочисленными опытами в различных почвенно-климатических условиях доказано влияние доз и форм азотных удобрений на качество зерна, прежде всего белковости зерна озимой пшеницы.

Химизация земледелия не заменяет органические удобрения. Д. Н. Прянишников считал: неправильное отношение к навозу — это неправильное отношение к элементам питания минеральных удобрений. Органические удобрения являются одним из основных элементов системы удобрения. Так, в Нечернозёмной зоне 20-30 т навоза на 1 га, дают прибавку урожая зерновых 0,6-0,7 т/га, картофеля 6-7 т/га, корнеплодов до 15 т/га, силосных культур 15-20 т/га. Последействие навоза сохраняется в течение 4-5 лет. За это время одна тонна навоза даёт 0,1 т прибавки продукции в пересчете на зерно.

В опытах Долгопрудной станции внесение 36 т/га навоза на четырёх культурах севооборота позволили получить 3,4 т/га дополнительной продукции в пересчете на зерно.

Таблица. Прибавки урожая в севообороте от внесения 36 т/га навоза (среднее за 15 лет).

Культура	Прибавка, т/га	В пересчете на зерно, т/га
Рожь (зерно)	1,07	1,07
Овёс (зерно)	0,53	0,53
Клевер (сено)	0,65	0,26
Кормовая свёкла (корни)	15,56	1,55
Всего	-	3,41

Экологические негативные последствия, особенно остро проявляются при производстве овощных культур, отличающиеся наибольшей способностью к накоплению нитратов и других остаточных химических веществ. Поэтому овощеводство нуждается в биологизации, то есть повышении доли органических удобрений в системе удобрения, многолетних трав в севооборотах, использовании биологических средств защиты растений.

Большую экологическую опасность представляет чрезмерная концентрация отходов животноводства. Основной путь их применения — удобрение многолетних трав.

Неравномерность внесения органических и минеральных удобрений является серьезной экономической и экологической проблемой. Неравномерное внесение приводит к пестроте стеблестоя, неравномерное созревания, снижению качества продукции, усилению вымывания питательных веществ. Потери от инфильтрации увеличиваются с повышением доз удобрений. Согласно данным Т. Н. Кулаковской, в Белоруссии в годы с избыточным увлажнением потери азота от вымывания на песчаных почвах достигает 60 кг/га, на супесчаных — 20-25 кг/га, на суглинистых — 10 кг/га. В годы с нормальным увлажнением эти показатели уменьшают примерно в 2 раза. Потери азота в виде газообразных соединений составляют 10-30% от внесенного (Минеев, 1984).

Потери удобрений при транспортировке и хранении могут быть связаны с их способностью к расслоению — сегрегации (для смешанных удобрений), упругостью паров и вязкостью (для жидких форм), насыпной плотностью и углом естественного откоса (для порошковидных форм). Организация транспортировки и хранения удобрений связана и с огне- и взрывоопасными свойствами, остаточной кислотностью, скоростью и условиями разложения, токсичностью. Например, калийная селитра при смешивании с опилками способна образовывать пожаро- и взрывоопасные смеси, а жидкий аммиак или его водные растворы имеют сильный удушающий запас.

Свойства удобрений могут варьировать в широких пределах в зависимости от технических особенностей производства, исходного сырья и его состава, регламентируются техническим условиями. Так, для мочевины допустимая влажность составляет не более 0,2-0,3%, кальциевой селитры — не более 14%, порошковидного суперфосфата — не более 12%, калийных удобрений — от 1 до 6%. Не соответствие предъявляемым требованиям влечет изменения физико-механических свойств удобрений, что делает их малопригодными для использования.

Одним из свойств удобрений, сильно влияющим на использование удобрений, является гигроскопичность — способность поглощать влагу из воздуха. К сильногигроскопичным удобрениям относят кальциевую (9,5 балла из 10 возможных) и аммонийную (9,3 балла) селитры, хлорид калия 3,2-4,4 балла, сульфат калия 0,2 балла. Условия хранения, транспортировки и упаковки удобрений определяются этим свойством. Сильногигроскопичные удобрения хранят и транспортируют в герметичной таре, чаще, в полиэтиленовых мешках.

Сыпучесть — пригодность удобрений для механического внесения с помощью туковысевающих агрегатов, зависит от влагоёмкости. Предельная влагоёмкость минеральных удобрений соответствует максимальной влажности, при которой сохраняется способность рассеиваться туковыми сеялками.

При хранении или длительной перевозке удобрения могут слёживаться. Использование слежавшихся удобрений связано с большими затратами на измельчение перед внесением в почву. Слёживаемость зависит от гигроскопичности, влажности, гранулометрического состава, условий и длительности хранения. Слёживаемость оценивается по 7-балльной шкале и определяется по сопротивлению к разрушению слежавшегося удобрения. К сильному слеживанию склонны простой порошковидный суперфосфат (7 баллов), мелкокристаллический хлорид калия (6 баллов); слабо слеживается сульфат аммония (2-3 балла), устойчив к слеживанию сульфат калия, калимагнезия (1 балл).

Физико-механические свойства минеральных удобрений связаны с гранулометрическим составом, то есть с размером частиц. Его определяют при методе сит. Гранулометрический состав влияет на равномерность внесения по площади поля. Однородный гранулометрическим составом при разбрасывании центробежными разбрасывателями обеспечивает равномерность распределения по ширине захвата агрегата. При неоднородном гранулометрическом составе наблюдается сепарация, то есть разбрасывание частиц удобрения различных размеров и массы на разное расстояние от туковысевающего агрегата: более крупные и тяжёлые частицы отлетают на большее расстояние, что создаёт неравномерность распределения.

Сохранение гранулометрического состава при хранении, транспортировке и внесении в почву зависит от прочности гранул, который характеризуется механической прочностью на раздавливание (в кгс/см³) и истирание (в %). Прочность гранул связана с влажностью, размером и формой частиц, наличия гидрофобных добавок, плотности упаковки удобрений, длительности хранения.

Рассеиваемость, или сыпучесть, — подвижность частиц удобрений при их внесении туковыми сеялками. Рассеиваемость оценивают по 12-балльной системе.

При транспортировке удобрений и расчёте размеров складских помещений учитывают плотность удобрений, то есть объём единицы массы (1 т/м³) и массу единицы объёма. К наименее плотным относятся хлорид аммония и мочевина (0,58-0,65 т/м³), тяжёлым — томасшлак, известняковая и фосфоритная мука (2,01-1,62 т/м³).

Некоторые удобрения, обладающие хорошими физико-механическими свойствами, например, сульфат аммония, сульфат калия, допустимо транспортировать и хранить бестарным способом — насыпью. При их хранении учитывают угол естественного откоса (покоя), который образуется горизонтальной плоскостью (поверхностью) и линией откоса кучи удобрения.

Классификация удобрений

По характеру воздействия на почву и питательный режим растений удобрения делятся на прямые и косвенные.

Удобрения прямого действия — удобрения, которые улучшают питание растений питательными элементами. К этой группе относятся все виды минеральных, соответственно, азотные, фосфорные, калийные и др., и органических удобрений.

Косвенные удобрения улучшают свойства почвы, мобилизуют имеющиеся запасы питательных веществ. К косвенным относятся средства химической мелиорации почв (известь, гипс), бактериальные удобрения.

Деление удобрений на прямые и косвенные условное, так как каждое из них может оказать как прямое, так и косвенное действие. Попадая в почву, удобрения улучшают минеральное питание растений и оказывает влияние на агрохимические свойства. Например, известь или гипс устраняют избыточную кислотность или щёлочность почвы и являются одновременно источником кальция для питания растений.

По химическому составу, или происхождению, удобрения подразделяют на:

• минеральные;
• органические;
• микробиологические.

Минеральные удобрения в зависимости от состава подразделяются на:

• однокомпонентные, или простые, или односторонние, — содержащие только один питательный элемент;
• комплексные — содержащие два или более питательных элементов.

По видам питательных элементов минеральные удобрения делятся на азотные, фосфорные, калийные, цинковые и т. д. В свою очередь каждый вид может подразделяться в зависимости от форм, например, азотные включают нитратные, аммонийные, аммонийно-нитратные и амидные формы.

В зависимости от основного компонента удобрения их подразделяют на макро- и микроудобрения.

По влиянию на реакцию почвенного раствора минеральные удобрения различают:

• физиологически кислые;
• физиологически щелочные;
• физиологически нейтральные.

К физиологически кислым относятся удобрения, катионы которых в большей степени поглощаются растениями, чем анионы. Соответственно, к физиологически щелочным — удобрения, анионы которых в большей степени поглощаются. Физиологически нейтральные минеральные удобрения не оказывают влияния на реакцию почвенного раствора.

По способу производства удобрения подразделяются на:

• промышленные;
• местные;
• нетрадиционные.

Промышленные удобрения — минеральные удобрения, получаемые на химических заводах.

Местные удобрения — удобрения, получаемые в местах их применения, непосредственно в хозяйствах или вблизи них. К местным относятся навоз, навозная жижа, птичий помёт, компосты, торф, зола, известковые туфы, зелёное удобрение.

По агрегатному состоянию удобрения подразделяются на:

1. твёрдые:
2. порошковидные, с размером части менее 1 мм;
3. кристаллические, с размером кристаллов более 0,5 мм;
4. гранулированные, с размером гранул более 1 мм;
5. жидкие;
6. газообразные.

Минеральные удобрения

Минеральные удобрения — промышленные вещества или полезные ископаемые, в состав которых входит один или несколько элементов питания растений, чаще, в минеральной форме, реже в органической. В настоящее время на долю минеральных удобрений от количества вносимых в почву питательных веществ приходится примерно 60%.

Действующее вещество — элемент питания, содержащийся в удобрении. Содержание в удобрении действующего вещества выражается в процентах от массы: для азотных удобрениях — в расчёте на N, в фосфорных — на P₂O₅, в калийных — на K₂O, в магниевых — на MgO, в кальциевых — в CaO или CaCO₃, в микроудобрениях — на соответствующий микроэлемент.

Состав комплексных удобрений принято выражать в содержание действующих веществ цифрами, отделяемыми друг от друга знаками тире или двоеточием. Первая цифра, как правило, обозначает процентное содержание азота (N), вторая — фосфора (P₂O₅), третья — калия (K₂O). Например, N:Р:K — 17:17:17.

Соотношение действующих веществ в комплексных удобрениях принято обозначать цифрами, при этом содержание азота принимают за единицу. Для вышеприведенного примера соотношение будет 1:1:1.

Норму внесения или дозу удобрений принято обозначать в действующем веществе (кг/га) в виде подстрочного индекса: N₆₀P₉₀K₃₀.

Органические удобрения

Основная страница: Органические удобрения

Комплексные удобрения

Основная страница: Комплексные удобрения

Микроудобрения

Основная страница: Микроудобрения

Микробиологические и бактериальные удобрения

Основная страница: Микробиологические и бактериальные удобрения

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
• Никляев В. С. Основы технологии сельскохозяйственного производства. Земледелие и растениеводство. М.: «Былина». 2000
• Евтефеев Ю. В., Казанцев Г. М. Основы агрономии: учебное пособие. М.: ФОРУМ. 2013