СИСТЕМА ПРИМЕНЕНИЯ УДОБРЕНИЙ

Учебно-методический комплекс для студентов агротехнологического факультета
специальности 1-74-02-05 Агрохимия и почвоведение

специальности 6-05-0811-01 Производство продукции растительного происхождения

Теоретический раздел

Тематический план лекций

Литература

          Основная

          Дополнительная

Демонстрационный материал

Практический раздел

Тематический план проведения лабораторных занятий

Курсовая работа

Контроль знаний

Вопросы зачета

Вопросы экзамена

Модульная программа

Тесты для контроля остаточных знаний

Формы и методы контроля текущей успеваемости

Вспомогательный раздел

Учебная программа

Авторы учебно-методического комплекса

Расчет баланса элементов питания (NPK) и гумуса в севооборотах и по хозяйству и его оценка

Цель занятия. Изучить методику расчета баланса элементов питания и гумуса в севообороте. Научиться оценивать разработанную систему удобрения.

После определения доз удобрений производится расчет баланса элементов питания и гумуса в почве, который дает возможность оценить разработанную систему удобрения и в случае необходимости внести в нее коррективы. Он является научной основой планирования применения удобрений, позволяет целенаправленно регулировать плодородие почвы, защиту ее и окружающую среду от загрязнения агрохимикатами. Оценка состояния баланса элементов питания в системе почва – растение – удобрение является важной характеристикой эффективности использования удобрений в сельскохозяйственном производстве.

Баланс основных питательных элементов в системе удобрение – почва – растение является математическим выражением круговорота питательных элементов в земледелии и оценивается по разности между их приходом и расходом.

Используются различные виды баланса питательных элементов в земледелии: биологический, хозяйственный, дифференцированный и эффективный.

Для разработанной системы удобрения в севообороте наиболее часто используется хозяйственный и эффективный баланс питательных элементов.

Порядок расчета хозяйственно (общего) баланса основных

питательных элементов в севообороте

Хозяйственный баланс элементов питания определяется как разность между суммами приходных и расходных статей и выражается в кг/га.

Методика расчета хозяйственного баланса элементов питания в земледелии Республики Беларусь разработана в НИРУП «Институт почвоведения и агрохимии» НАН Беларуси (В.В. Лапа, И.М. Богдевич, Н.Н. Ивахненко и др. Минск 2001).

Приходные статьи

Статьи поступления элементов питания, участвующие в расчете хозяйственного баланса, представлены следующими составляющими:

П_{N, P2O5, K2O, CaO, MgO, S} = П_му + П_оу+ П_о + П_с + П_б + П_н,

где П_NPK – приход элементов питания, кг/га (пашни, сельскохозяйственных угодий или сенокосов и пастбищ);

П_му – приход с минеральными удобрениями, кг/га;

П_оу – приход с органическими удобрениями, кг/га (П_оу = ДС), где

Д – доза органических удобрений, т/га;

С – содержание элементов питания, кг/т;

П_о – приход с осадками, кг/га;

П_с – приход с семенами, кг/га;

П_б – биологический азот, фиксированный бобовыми культурами, кг/га;

П_н – несимбиотически фиксированный азот, кг/га;

П_б и П_н учитываются только при расчете баланса азота,

Основная статья поступления элементов питания – органические и минеральные удобрения. Приход элементов питания с минеральными удобрениями рассчитывается как средняя насыщенность минеральных удобрений по севооборотам.

Содержание питательных веществ (N, P, K, CaO, MgO ) в разных видах органических удобрений представлено в таблице 1.

Таблица 1. Поступление питательных элементов с органическими

удобрениями, кг/т

Приход с органическими удобрениями рассчитывается умножением средней насыщенности севооборота органическими удобрениями на содержание элементов питания в одной тонне, применяемых в хозяйстве органических удобрений.

Пример 1. Насыщенность органическими удобрениями в севообороте – 12 т/га. С 1 т навоза крупного рогатого скота на соломенной подстилке поступает в почву 5,0 кг азота (табл. 1), а с 12 т – 60,0 кг (5 ∙ 12), фосфора – 30,0 кг (2,5 ∙ 12), калия – 72,0 кг (6,0 ∙ 12).

Поступление азота с атмосферными осадками (По), по многолетним данным Белгидрометцентра Республики Беларуси, составляет 9,4 кг/га, Р₂О₅ – 0,5, К₂О – 10,3, CaO – 25,3, MgO – 5,0, сера (SО₄) – 36,0 кг/га.

Ежегодно с семенами (пс) на 1 га пашни поступает 3 кг азота, 1,3 кг фосфора, 1,5 кг калия; приход кальция, магния и серы представлен несущественными величинами (0,1–0,3 кг/га), которые при расчете баланса не учитываются .

Обеспечение растений азотом приходит также за счет введения  в севооборот бобовых культур, которые благодаря симбиотической азотфиксации обеспечивают азотом как себя, так и последующие культуры.

По данным обобщения полевых опытов, показатели симбиотической азотфиксации для расчета хозяйственного баланса составляют:

–на 1 ц зерна кг азота: люпин в чистом виде – 5,0;  кормовые бобы в чистом виде – 3,0; горох, пелюшка, вика, соя  в чистом виде – 2,5; люпин в смеси с зерновыми культурами – 4,5; горох, пелюшка и вика в смеси с зерновыми культурами – 2,0;

–на 1 ц зеленой массы кг азота: однолетние бобовые травы – 0,25; однолетние бобово-злаковые травосмеси – 0,20; люцерна – 0,40; клевер и другие многолетние травы (кроме люцерны) – 0,35; многолетние бобово-злаковые травы – 0,20; луговые земли с бобово-злаковым травостоем – 0,15.

Пример 2. В севообороте площадью 900 га люпин занимает 100 га, клевер – 100 га. Урожайность зеленой массы люпина – 200 ц/га, клевера (зеленой массы) – 200 ц/га. После люпина в почве остается на 1 га 50 кг азота (200 ∙ 0,25), а на 100 га – 5000 кг. После клевера на 1 га остается 70 кг азота, на 100 кг – 7000 кг. Сумму остающегося после люпина и клевера азота делят на площадь пашни в севообороте и находят среднее количество симбиотического азота на 1 га: (5000 кг + 7000 кг) : 900 = 13,3 кг.

Для дерново-подзолистых почв республики, характеризующихся относительно невысоким содержанием гумуса, при расчете баланса азота на пашне рекомендуется принимать средний норматив несимбиотической азотфиксации 15 кг/га в год.

Расходные статьи

Количество питательных элементов, которое потребляется растениями для создания биологической массы урожая (зерно, солома, пожнивно-корневые остатки, а также питательные элементы, частично переходящие из корней в почву), называют биологическим выносом питательных элементов с урожаем. Он подразделяется на хозяйственный вынос и остаточный.

Общая статья расхода элементов питания (Р) при расчете

хозяйственного баланса определяется по формуле:

Р = Рвын. + Рвыщ. + Рэр. + Рг.,

где Рвын. – вынос элементов питания урожаем сельскохозяйственных культур, кг/га;

Рвыщ. – потери от выщелачивания, кг/га;

Рэр. – потери от эрозии почв, кг/га;

Рг. – газообразные потери азота, кг/га.

Основная статья расхода элементов питания – отчуждение их с урожаем сельскохозяйственных культур (Рвын). В результате обобщения данных полевых опытов с удобрениями (около 1300 опытов), проведенных РУП «Институтом почвоведения и агрохимии», областными проектно-изыскательскими станциями по химизации сельского хозяйства, областными сельскохозяйственными опытными станциями и другими научными учреждениями республики определены средние величины выноса азота, фосфора, калия (с 1 т основной и соответствующим количеством побочной продукции), которые используются при расчете баланса по хозяйствам или административным районам (приложение 1). При расчете баланса элементов питания наиболее трудоемким является определение выноса элементов питания с урожаем сельскохозяйственных культур. Эти расчеты сокращаются, если использовать показатели выноса с кормовой единицей растениеводческой продукции.

Средний вынос элементов питания (N, P₂O₅, K₂O) в расчете на 1 ц к.ед, довольно устойчив по годам и составляет 2,1 кг азота, 0,8 кг фосфора, 2,2 кг калия.

При указанном способе расчета баланса определяется средневзвешенный выход растениеводческой продукции на 1 га в кормовых единицах, который умножается на средний вынос элементов питания с 1 ц к.ед.

При определении баланса питательных веществ учитываются также потери с инфильтрационными водами (Рвыщ.) элементов питания, величина которых зависит от доз минеральных удобрений, типа и гранулометрического состава почв, метеорологических условий (количество осадков). Чем легче почва по гранулометрическому составу и обильнее осадки, тем выше потери питательных веществ.

Потери элементов питания с эрозией (Рэр) колеблются в широких пределах и зависят от интенсивности эрозионных процессов и использования склоновых земель (таблица 2).

Таблица 2. Потери элементов питания от вымывания и эрозии на пахотных почвах, кг/га

Газообразные потери азота на пахотных и лугопастбищных угодьях колеблются в пределах от 10 до 50 % от внесенного с удобре­ниями. В атмосферу выделяются молекулярный азот, закись, окись и двуокись азота, аммиак. По данным Института почвоведения и агро­химии в Беларуси в среднем улетучивается 25 % азота, внесенного с минеральными и органическими удобрениями. По каждому элементу рассчитывается средневзвешенный показатель потерь с учетом количества эродированных почв в хозяйстве.

Пример 3. Из 2850 га пашни хозяйства 201 га – слабоэродированные почвы, 105 – средне- и 98 га – сильноэродированные почвы. Средневзвешенный показатель потерь азота от эрозии в расчете на 1 га пашни будет равен (5∙201 + 10 ∙ 105 + 15 ∙ 98) : 2850 = 1,2 (кг/га). На сенокосах и пастбищах потери элементов питания от вымывания и эрозии не учитываются. Сумма по статьям расхода показывает расход элементов питания в среднем на 1 га севооборотной площади.

Сопоставив приход с расходом, находят общий баланс и его интенсивность. Например, приход по азоту на 1 га равен 115 кг, а расход – 90 кг, т. е. общий баланс будет +25 кг/га (115–90), а интенсивность баланса составит 127 % [(115 : 90) ∙ 100].

Общий баланс основных питательных элементов (азот, фосфор, калий) принято считать удовлетворительным, когда его интенсивность приблизительно равна: по азоту – 110–120 % , по фосфору – 130–150, по калию – 120–150 %.

Наряду с общим рассчитывают и эффективный баланс, который характеризует отношение между выносом растениями элементов питания с возможным их усвоением из поступивших в почву удобрений. Применив коэффициенты использования питательных элементов из удобрений (таблица 3), можно найти величины возможного их усвоения. Сопоставив величины возможного усвоения питательных элементов с выносом урожаем, получим характеристику эффективного баланса.

Таблица 3. Средние коэффициенты использования питательных

 элементов из запасов почвы и вносимых удобрений в 1-й год, %

* На 1 % гумуса, кг/га.

Пример 4. На 1 га севооборотной площади внесено 56 кг азота с минеральными удобрениями, с атмосферными осадками поступило 9 кг, всего – 65 кг, из них усвоится 60 %, т. е. 39 кг. С органическими удобрениями поступит 70 кг азота и еще 20 кг биологического (5 кг симбиотического и 15 кг несимбиотического), всего 90 кг/га азота. В первый год будет усвоено 25 % органического и биологического азота, или 22,5 кг (90 ∙ 0,25), вместе с минеральными формами – 61,5 кг (39 + 22,5). Растения на создание урожая используют 101 кг азота. Эффективный баланс характеризуется минусовым значением: 61,5 – 101,0 = –39,5 (кг/га). Интенсивность эффективного баланса по азоту будет равна 60 % (61,5 : 101 ∙ 100).

Аналогично рассчитываются эффективные балансы по фосфору и калию.

Для оценки системы применения удобрений по эффективному балансу проводится расчет возможного усвоения азота, фосфора и калия из почвенных запасов. Систему применения удобрений можно считать разработанной правильно в том случае, если дефицит элементов питания по эффективному балансу будет компенсироваться за счет возможного усвоения из почвы.

Пример 5. Для определения возможного усвоения элементов питания из почвенных запасов предварительно рассчитывают средневзвешенные значения содержания в почве гумуса, фосфора и калия по севообороту. Пусть в почве содержится 2 % гумуса и по 100 мг/кг почвы фосфора и калия. По данным Института почвоведения и агрохимии растения могут усвоить из запасов почвы по 20–25 кг азота на каждый процент гумуса в почве. В нашем примере это составит 40–50 кг/га азота. Фосфор растения усваивают на уровне 6–8 % от запасов подвижных форм в почве, калий – 10–15 %. Запасы их в почве определяют умножением средневзвешенных значений их содержания на коэффициент 3. В нашем примере запасы фосфора и калия будут равны 300 кг/га (100 ∙ 3) каждого элемента. Таким образом, усвоится 18–24 кг/га фосфора (300 ∙ 0,06...0,08) и 30–45 кг/га калия (300 ∙ 0,1...0,15). Если принять эффективный баланс предыдущего примера 39,5 кг азота, т. е. из почвы может быть усвоено 40–50 кг азота, то планируемые величины урожаев будут обеспечены питательными элементами и систему удобрений можно считать разработанной правильно.

При оценке системы применения удобрений по балансу питательных элементов прогнозируется изменение содержания в почве за ротацию севооборота подвижных форм фосфора и обменного калия. Поступление фосфора и калия за ротацию севооборота сверх расхода делят на норматив (таблица 4,5) и определяют увеличение их содержания в почве. Результат суммируют с исходным содержанием и получают прогноз.

Таблица 4. Нормативы затрат фосфорных удобрений сверх выноса с урожаем для увеличения содержания подвижного фосфора на 10 мг/кг почвы, кг/га Р₂О₅

Пример 6. Допустим, что ежегодно сверх выносимого урожаем в почве остается 65 кг/га Р₂О₅, т. е. за ротацию девятипольного севооборота поступит 585 кг/га Р₂О₅. В первые 4 года содержание в почве Р₂О₅ увеличивается до 147 мг/кг при исходном содержании на суглинистой почве 100 мг/кг и нормативе возмещения 51 кг/га на 10 мг/кг почвы (табл. 4). В последующие 5 лет норматив возмещения возрастает до 65 кг/га и содержание Р₂О₅ в почве увеличивается еще на 50 мг/кг, достигнув к концу ротации севооборота 200 мг/кг почвы. Таким образом, через девять лет содержание Р₂О₅ в почве должно составить 197 мг/кг. Аналогично прогнозируется содержание К₂О.

Таблица 5. Нормативы затрат калийных удобрений сверх выноса с урожаем для увеличения содержания

подвижного калия на 10 мг/кг почвы, кг/га К₂О

Расчет баланса гумуса

Расчет баланса гумуса в почве производится по форме таблицы 6 путем сопоставления проектируемого внесения органических удобрений на 1 га севооборотной площади с требуемым для поддержания бездефицитного баланса гумуса в почве.

Таблица 6. Баланс гумуса в пахотном слое почвы в севообороте

Пример 7.  Почва в севообороте дерново-подзолистая легкосуглинистая, содержит гумуса 1,55 %. В структуре посевных площадей 10 % пропашных культур и 15 % многолетних трав. По нормативам для бездефицитного баланса гумуса необходима насыщенность органическими удобрениями 10 т/га. Проектируется вносить их 12 т/га, т. е. сверх норматива будет вноситься 2 т/га, из которых образуется 100 кг/га гумуса в год (50 · 2 = 100).

С 1 т органических удобрений образуется гумуса: на суглинистых почвах 50 кг, супесчаных, подстилаемой мореной – 45, супесчаных, подстилаемых песком – 40 и песчаных 35 кг. В 9-польном севообороте за ротацию прирост гумуса будет равен 900 кг/га (или 0,03 % к массе почвы):

Исходное содержание гумуса в почве 1,55 %. За ротацию севооборота оно возрастет до 1,58 %.

Контрольные вопросы.

1. Дайте определение баланса элементов питания.

2. Перечислите основные статьи прихода и расхода элементов питания.

3. Назовите коэффициенты усвоения NPK из почвы и удобрений?

4. Как рассчитать запасы подвижных форм фосфора и калия в почве?

5. Перечислите основные показатели, характеризующие разработанную систему применения удобрений.

6. От чего зависит величина образованного в год гумуса?

Приложение 1

Классификатор сельскохозяйственных культур и удельный

вынос элементов питания урожаем