СИСТЕМА ПРИМЕНЕНИЯ УДОБРЕНИЙ

1. Для определения потребности растений в элементах питания за вегетацию пользуются понятием «вынос питательных элементов урожаем». Количественно вынос питательных элементов может рассчитываться исходя из биологического урожая или на единицу урожая основной продукции с учетом соответствующего количества побочной продукции (солома, ботва). Максимум накопления элементов питания растением приходится на начало созревания, позже их становится меньше вследствие опадения листьев, оттока питательных элементов из корней в почву и т.д.

Количество питательных элементов, которое потребляется растениями для создания биологической массы урожая (зерно, солома, пожнивные и 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.

Хозяйственный вынос – это та часть биологического выноса питательных элементов, которая увозится с поля с продукцией (с зерном и соломой, корнеплодами и ботвой). Если солома или ботва остались в поле, то питательные элементы, содержащиеся в них, не учитываются в хозяйственном выносе (табл. 1).

Таблица 1. Хозяйственный вынос N, Р₂О₅ и К₂О урожаем сельскохозяйственных культур, % от биологического

Культура	N	Р₂О₅	К₂О
Многолетние травы (клевер с тимофеевкой)	48	48	52
Клевер первого года пользования	40	40	50
Клевер второго года пользования	40	40	47
Однолетние травы (вика, горох с овсом)	61	68	66
Зерновые	75	79	64
Картофель	71	72	79
Кукуруза на силос	80	82	71
Кормовые бобы на силос	76	85	70
Томаты	66	72	86
Огурцы	53	60	58
Капуста белокочанная	55	49	38
Лук-репка	67	73	80

Остаточная часть выноса – это питательные элементы, оставшиеся на поле с пожнивными и корневыми остатками, опавшими листьями, просыпанными зерном и половой, а также перешедшие из корней в почву. На остаточный вынос приходится значительная, а иногда и большая часть питательных элементов, которые были использованы растениями для создания урожая.

Хозяйственный вынос питательных элементов является только частью биологического и не отражает потребности в них растений, но так как остаточный вынос питательных элементов остается в поле и постепенно становится доступным для растений, то для характеристики потребности растений в питательных элементах используют величину хозяйственного выноса в расчете на единицу основной продукции (тонна, центнер) с учетом соответствующего количества побочной. С помощью этого показателя и определяются дозы внесения удобрений. Величина этого показателя у одних и тех же культур существенно различается (в 1,5 раза и более) в зависимости от почвенных условий, сорта, уровня урожайности, объемов внесения удобрений, условий орошения. Удельный вынос питательных элементов на торфяных почвах выше, чем на минеральных.

Вынос питательных элементов единицей основной продукции, как правило, увеличивается при внесении удобрений, причем в большей степени возрастает вынос калия, затем – азота и в меньшей степени – фосфора. С увеличением доли побочной продукции повышается и общая величина показателя. При неблагоприятном влиянии на растение одного или нескольких факторов внешней среды также может увеличиваться вынос питательных элементов в расчете на единицу продукции. В оптимальных условиях роста и развития растения более экономно расходуют элементы питания.

Содержание азота и зольных элементов в растениях зависит от биологических особенностей культуры. Так, максимальное содержание азота характерно для бобовых культур, калия – для кормовых корнеплодов, картофеля. Содержание азота и фосфора выше в генеративных органах (основная продукция), содержание же калия, наоборот, больше в вегетативных органах (побочная продукция).

Растения потребляют преимущественно те питательные вещества, которые им необходимы, что обусловлено их биологическими особенностями и характеризует избирательность поглощения элементов питания растениями. Большинство сельскохозяйственных культур больше выносят азота, меньше калия и еще меньше фосфора. Зерновые культуры выносят больше азота. Пропашные культуры (сахарная и кормовая свекла, кукуруза, картофель, овощные культуры) потребляют больше калия.

2. В создании урожая растения используют питательные элементы не только из удобрений, а также из запасов почвы. Степень усвоения питательных элементов из почвы и из удобрений принято выражать коэффициентами.

Количество питательного элемента в пахотном слое (0–20 см) определяют, умножая содержание его по картограмме (мг/кг почвы) на коэффициент пересчета (последний равен 3 при плотности почвы 1,5 г/см³, 2,8 – при плотности 1,4 г/см³, 2,6 – при 1,3 г/см³; для торфяных почв коэффициент пересчета равен 0,5). Например, если по картограмме содержание фосфора в подвижной форме составляет 150 мг в 1 кг минеральной почвы, то запасы его в пахотном слое будут равны 450 кг/га (150×3).

Доля потребленного из запасов почвы питательного элемента от общего количества его подвижных форм в пахотном слое на 1 га выражается коэффициентом (в процентах или десятичной дробью), который рассчитывается по формуле

К_п = а/в ∙ 100, % ,

где а – количество элемента питания, выносимое с урожаем на неудобренной почве, кг/га; в – содержание подвижной формы элемента питания в пахотном слое, кг/га.

Коэффициенты использования питательных элементов из почвы, меняются в зависимости от биологических особенностей культуры, плодородия почвы, погодных условий, уровня агротехники и др. Чем выше содержание элемента питания в почве в доступной форме, тем ниже коэффициент его использования растениями. Коэффициенты использования питательных элементов выше в условиях орошения (в 1,5–2 раза), а также при внесении органических, минеральных удобрений и известковых материалов, усиливающих доступность питательных элементов из почвы. Кроме того, коэффициенты учитывают усвоение питательных элементов из пахотного слоя, а растения могут использовать их и из более глубоких слоев. Все это затрудняет использование коэффициентов для расчета доз удобрений.

Средние значения коэффициентов использования питательных элементов растениями из дерново-подзолистых почв приводятся в табл. 2.

На торфяно-болотных почвах сельскохозяйственные культуры усваивают из запасов почвы 10–20 % (в среднем 15 %) фосфора и 30–50 % (в среднем 40%) калия.

Использование растениями азота почвы зависит от содержания в ней гумуса и уровня его минерализации. По данным Института почвоведения и агрохимии, в Беларуси в расчете на 1 % гумуса сельскохозяйственные культуры из почвы усваивают в среднем 20–25 кг/га азота, т.е. при содержании гумуса в почве 2 % может быть усвоено 40–50 кг/га азота. Коэффициенты использования питательных элементов промежуточными посевами меньше, так как вегетационный период их значительно короче (75–60 дней). В расчете на 1 % гумуса промежуточные посевы используют примерно 10–12 кг/га азота, 3–4 % подвижных форм фосфатов и 5–6 % калия.

Степень усвоения растениями элемента питания, вносимого с удобрением, выражается коэффициентом использования питательных элементов из удобрений, который рассчитывается по данным полевых опытов с удобрениями (чаще разностным методом) по следующей формуле:

К = [(В_у – В_о) : С ] ∙ 100, %,

где В_у – вынос питательного элемента с урожаем на удобренном участке, кг/га; В_о – вынос питательного элемента с урожаем на контрольном (неудобренном) участке, кг/га; С – количество питательного элемента, внесенное с удобрением, кг/га.

Коэффициенты использования растениями элементов питания из удобрений варьируют в меньших пределах, чем коэффициенты использования элементов из почвы. Но и они существенно изменяются в зависимости от свойств почвы, биологических особенностей культур, погодных условий, форм удобрений, способа их внесения и др. Так, коэффициенты меньше при больших дозах удобрений и высокой кислотности почвы, при сплошном внесении удобрений по сравнению с локальным. Из труднорастворимых форм удобрений (фосфоритная мука) питательные элементы усваиваются растениями в меньшей степени, чем из водорастворимых форм. Примерно одинаково (К = 15–20 %) растения усваивают фосфор из суперфосфатов, аммофоса, аммофосфата, суперфоса и несколько лучше из ЖКУ. На легких почвах фосфор из минеральных удобрений усваивается лучше, чем на связных.

Из минеральных удобрений на кислых почвах плохо используются растениями азот и фосфор. Известкование почвы повышает использование из удобрений азота и фосфора, но снижает степень усвоения калия (проявляется антагонизм ионов кальция и калия). В нормальные по увлажнению годы азот и калий из удобрений используются лучше, чем в засушливые. На второй год из минеральных удобрений используется 2–3 % азота, на третий – 1–1,5 % от внесенного, всего же во второй и последующие годы – около 8–10 % по сравнению с годом внесения. Поэтому при расчете доз удобрений коэффициент использования азота из минеральных удобрений в первый год принимается 60–70 %, без учета последующих лет.

Средние значения коэффициентов использования питательных элементов из почвы, органических и минеральных удобрений при нормальных условиях выращивания приводятся в табл. 2.

Таблица 2. Средние коэффициенты использования питательных элементов

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

3. Растения поглощают элементы питания избирательно. Кроме этого необходимо знать, что поглощение элементов питания в течение вегетации осуществляется неравномерно. Изменения требований растений к условиям питания связаны с изменением энергии фотосинтеза, интенсивности дыхания, обмена веществ и т.д.

Выделяют три этапа поступления питательных элементов в растение за вегетационный период.

Первый этап – это период прорастания семян, всходов и первое время после всходов (10-15 дней). В это время растения имеют слаборазвитую корневую систему с невысокой усваивающей способностью, отличаются высокой чувствительностью к недостатку элементов питания в доступной форме (особенно фосфора), к повышенной концентрации элементов питания в почве, а также к повышенной кислотности почвенного раствора. В этот период в слое прорастания семян в почве должна быть невысокая концентрация элементов питания в легкорастворимой форме с преобладанием фосфорного питания над азотным и калийным. У большинства растений в молодом возрасте проявляется критический период к недостатку фосфора.

Второй этап по времени более продолжительный, чем первый. В этот период у растений усиленно развивается и формируется ассимилирующая (листовая) масса, бурно нарастает общая вегетативная масса, у некоторых растений образуются плоды (огурцы), завязываются и растут кочаны (салат, капуста). Корневая система хорошо развита и обладает высокой усваивающей способностью, характерной для растения. Резко возрастает интенсивность накопления элементов питания. У большинства растений в этот период отмечается максимальное потребление элементов питания.

Третий этап – затухание процесса поглощения элементов питания. Чаще всего он совпадает с образованием репродуктивных органов. Поступление элементов питания снижается, но интенсивность процесса синтеза у растений остается по-прежнему высокой. Наблюдается реутилизация, т.е. повторное использование в биосинтезе ранее поглощенных питательных элементов и отток из листьев к репродуктивным органам (местам отложения). В конце вегетации имеет место некоторая потеря элементов питания в результате опадения листьев и оттока из корневой системы в почву.

В жизни растений различают два наиболее важных периода питания, которые необходимо учитывать при использовании удобрений. Первый, получивший название критического, совпадает с начальными фазами роста и развития большинства растений.

Большая требовательность молодых растений к условиям минерального питания объясняется высокой напряженностью синтетических процессов, происходящих в это время в растительном организме, и одновременно слаборазвитой корневой системой. В этот период растения чувствительны как к недостатку, так и к избытку элементов минерального питания.

Под критическим понимается такой период, когда при небольшом потреблении питательных элементов, недостаток или отсутствие какого-либо элемента питания отрицательно сказывается на росте растений, а в конечном итоге и на урожае. Последующее обеспечение растений этим питательным элементом не может полностью исправить положение, т.е. повысить урожай.

По отношению к фосфору критический период у большинства растений приходится на первые 15 дней после прорастания. По отношению к азоту – первые 15-30 дней. При резком недостатке калия в первый период роста и развития растений также сильно снижается урожай. Однако последующее внесение калийных удобрений позволяет значительно повысить урожай. Поэтому по отношению к калию обычно критический период не выделяют.

В полевых условиях критический период в отношении минерального питания обычно совпадает с низкой активностью микроорганизмов, разлагающих органическое вещество почвы. Это обычно проявляется ранней весной при низкой микробиологической деятельности в почве. В этот период у молодых растений корневая система развита слабо и характеризуется невысокой усваивающей способностью. Поэтому в первый период вегетации растений системой удобрений должно быть предусмотрено внесение фосфорных удобрений или азотно-фосфорных удобрений. Под некоторые калиелюбивые культуры (сахарную и кормовую свеклу, картофель) при посеве вносятся три элемента питания (NРК).

Второй период получил название периода максимального потребления питательных веществ. В этот период растения поглощают наибольшее количество питательных элементов. Этот период характеризуется максимальной интенсивностью потребления питательных веществ растениями.

Период максимального потребления элементов питания может быть длительным, растянутым как у сахарной свеклы, многолетних трав и, наоборот, коротким, как у конопли, ранних сортов картофеля. Так, у озимых зерновых период максимального поглощения элементов питания длится от фазы выхода в трубку до колошения, у яровых зерновых – от кущения до колошения, у льна – от начала бутонизации до конца цветения.

Недостаточная обеспеченность питания растений в период максимального потребления питательных веществ вызывает снижение урожая и ухудшение его качества.

Потребление питательных элементов изменяется не только на протяжении вегетационного периода растений, но и течение суток: в дневные часы потребление питательных веществ идет интенсивнее, чем ночью, что соответствует временному ходу других физиологических процессов: ассимиляция, метаболизм.

Для растений отмечаются также годовые, сезонные (для многолетних трав), а также импульсивные (от нескольких часов до секунд) ритмы в потреблении элементов питания.

При разработке системы удобрения отдельных сельскохозяйственных культур наряду с особенностями потребления ими элементов питания необходимо учитывать и другие биологические особенности растений: характер развития и усваивающая способность корневой системы, продолжительность вегетационного периода, отношение к концентрации почвенного раствора и т.д.

4. При возделывании сельскохозяйственных культур наряду с показателями урожайности немаловажное значение отводится качеству производимой продукции, которая используется для питания человека, в качестве корма для животных и сырья для промышленности.

Качество урожая оценивается по количеству органических соединений в растении, таких как белки, жиры, сырой протеин, крахмал, сахар, клетчатка и др.

У зерновых и зернобобовых культур качество зерна характеризуется, прежде всего, содержанием белков. Наибольшее количество белков должно содержаться в зерне озимой пшеницы и наименьшее – в зерне пивоваренного ячменя. Хлебопекарные качества зерна пшеницы определяются количеством клейковины. Хорошо известно, что качество клубней картофеля определяется содержанием крахмала, а корнеплодов сахарной свеклы – содержанием сахара.

Содержание органических соединений в растениях определяется биологическими особенностями и может существенно изменяться в зависимости от сорта, условий питания, температуры, освещения и др. факторов. Так, содержание белка в зерне озимой пшеницы может колебаться от 9 до 25%, крахмала в картофеле – от 10 до 24%, сахара в корнеплодах сахарной свеклы – от 12 до 22%.

В настоящее время установлено, что действие минерального питания на изменение химического состава растений ограничено, а гораздо большее значение имеют генетически установленные свойства.

Вместе с тем, наиболее эффективным и быстродействующим фактором, способствующим повышению качества растениеводческой продукции, являются удобрения. Действие удобрений на химический состав растений определяется тем, что питательные вещества, поступающие в растения из удобрений, входят в состав важнейших органических соединений и повышают их содержание в основной и побочной продукции. Кроме того, отдельные элементы питания оказывают влияние на активность ферментативных систем растений. С помощью удобрений можно изменять направленность процессов обмена веществ и регулировать накопление в растениях полезных для человека веществ – белков, крахмала, сахаров, жиров, витаминов и др.

Влияние удобрений на качество урожая может быть прямым и косвенным. Под прямым влиянием на качество урожая понимается изменение соотношения между вегетативной и репродуктивной массой. При высоких урожаях вегетативной массы происходит резкое увеличение выноса элементов питания из почвы, снижается эффективность применения удобрений.

Буйный рост вегетативной массы происходит, когда вносятся завышенные дозы азотных удобрений, когда азотные удобрения вносятся в неправильном соотношении с фосфорными и калийными удобрениями и когда запаздывают с азотными подкормками, т.к. азот задерживает созревание культур.

Под косвенным влиянием на качество урожая подразумевается изменение химического состава растений, т.е. изменение содержания в растениях белков, жиров, углеводов, элементов питания и других показателей.

В растениях протекают разнонаправленные процессы – биосинтез белков и др. азотистых соединений и биосинтез углеводов или жиров. Известно, что при усилении биосинтеза белков уменьшается синтез углеводов или жиров, и наоборот.