Как должны соотноситься вынос биогенных элементов из агроэкосистемы и внесение удобрений

Обновлено: 08.07.2024

Вынос элементов питания с урожаем — важный показатель, который необходимо учитывать при определении потребности с/х культур в удобрениях.

Ниже расположена инфографика, в которой указаны справочные данные по выносу для основных озимых культур (в кг на 1 т основной продукции с учетом побочной). Ранее публиковали инфографику о выносе яровыми культурами.

Вынос питательных веществ можно определить по формуле:

Вынос = Содержание питательных веществ в убранном урожае × Урожайность

Несмотря на относительно одинаковый вынос питательных веществ, у озимых имеются значительные различия в потреблении макроэлементов.

Озимая пшеница. Поглощает азот и калий до цветения, а фосфор — до молочной спелости зерна. Большую часть NPK пшеница усваивает до начала колошения.

Озимый ячмень. По сравнению с другими озимыми культурами ячмень лучше всех отзывчив на удобрения, особенно азотные. Ячмень интенсивно потребляет фосфор в первый период развития. Максимальное поглощение питательных веществ осуществляется в фазы: кущение – колошение.

Озимая рожь. Наибольшее количество фосфора и калия потребляет в период выхода в трубку - колошение. Максимальное поступление азота наблюдается несколько позднее, но к началу цветения оно резко снижается. Рожь отличается лучшей поглощающей способностью корневой системы, чем пшеница и ячмень.

Озимая тритикале. До начала трубкования тритикале потребляет около 25-30% азота и 20-25% фосфора и калия от общего их использования за период вегетации. Азот и калий растения поглощают до цветения, а фосфор — до молочно-восковой спелости зерна.

Озимый рапс. Основное усвоение питательных веществ – от начала развития стебля до окончания цветения, и довольно тесно коррелирует с динамикой нарастания сухой фитомассы. Потребление рапсом элементов питания в начальный период развития значительно ниже, однако их недостаток в это время сильно снижает урожай.

Тэги: внесение удобрений озимый рапс озимые культуры озимая рожь озимый ячмень озимая пшеница инфографика вынос урожай агрономия

При определении норм внесения удобрений учитывают величину планируемого урожая, вынос элементов питания растениями, содержание в почве доступных для растений питательных элементов, тип и гранулометрический состав почвы.

Необходимо учитывать достигнутую урожайность в регионе, ресурсы климата и естественного плодородия почв.

На практике чаще всего потребность растений в питательных веществах характеризуют их выносом. Вынос — количество питательных веществ, отчуждаемых из почвы с фактически убираемым урожаем (например, зерно), с учетом побочной продукции (например, солома), но без учета растительных остатков, остающихся на поле (например, корни и стерня) (см. Вынос).

Вынос основных элементов питания с урожаем сельскохозяйственных культур:

Культура Основная продукция Вынос урожаем с 1 т основной продукции и соответствующим количеством побочной продукции, кг
N P2O5 K2O CaO MgO
Кукуруза на силос Зеленая масса 3,3 1,2 4,2 1,3 1

Ориентировочные коэффициенты использования растениями кукурузы питательных элементов из почв и удобрений, которые можно использовать для расчета норм минеральных удобрений на и серых лесных почвах, приведены ниже.

Коэффициенты использования растениями питательных элементов из почв и удобрений (для и серых лесных почв), %

Культура Из почвы (при среднем содержании питательных элементов и выше)* Из минеральных удобрений в год Из органических удобрений в год
P2O5 K2O N P2O5 K2O N P2O5 K2O
Зерновые, однолетние и многолетние травы 5 10 50–60 15–25 40–50 20 30 40–50

*При низкой обеспеченности почвы элементами питания коэффициенты увеличиваются в 1,5–2 раза

Пример расчета нормы внесения минеральных удобрений под планируемый урожай для озимой пшеницы и кукурузы на силос и сахарной свеклы.

Показатели Озимая пшеница Кукуруза на силос Сахарная свекла
N P2O5 K2O N P2O5 K2O N P2O5 K2O
Планируемый урожай, ц/га 40ц/га 400 ц/га 400 ц/га
Вынос питательных элементов с планируемым урожаем, кг 115 45 80 132 50 168 160 65 260
Используется питательных элементов из почвы 30 15 30 30 15 30 30 15 60
Используется из 60т/га органических удобрений, кг - - - 50 25 80 60 30 120
Требуется минеральных удобрений, кг/га 85 30 50 55 10 60 100 20 80
Использования питательных элементов растениями из минеральных удобрений, % 65 20 50 65 20 50 65 20 70
С учетом коэффициентов использования следует внести с минеральными удобрениями, кг/га действующего вещества. 130 50 100 85 50 120 107 100 115
Норма внесения для аммиачной селитры кг/га 370 * * 245 * * 305 * *

* Доза внесения (Двн) для различных типов фосфорных и калийных удобрений рассчитывается в соответствии с содержанием в них элементов (Э) питания по формуле: Двн = (х*100)/Э. Где х — доза по д.в.

Формирование высоких урожаев зерна с благоприятными показателями качества в значительной степени определяется системой применения азотных удобрений.

Экосистемы можно классифицировать по разным признакам.

Биомная классификация экосистем

Наземные биомы:

Тундра: арктическая и альпийская

Листопадный лес умеренной зоны

Степь умеренной зоны

Тропические гарсленд и саванна

Пустыня: травянистая и кустарниковая

Вечнозеленый тропический дождевой лес

Пресноводные экосистемы:

Лентические (стоячие воды): озера, пруды и т.д.

Лотические (текучие воды): реки, ручьи и т.д.

Заболоченные угодья: болота и болотистые леса

Морские экосистемы:

Открытый океан (пелагическая)

Воды континентального шельфа (прибрежные воды)

Регионы апвеллинга (плодородные районы с продуктив­ным рыболовством)

Эстуарии (прибрежные бухты, проливы, устья рек и т.д.)

Использование в экосистемах различных источников энер­гии — Солнца, химического топлива — позволило выделить че­тыре фундаментальных вида экосистем по энергетическомупри­знаку.

• Движимые солнцем несубсидируемые экосистемы — при­родные системы, полностью зависящие от прямого сол­нечного излучения. К их числу относятся открытые участ­ки океанов, крупные участки горных лесов и большие глу­бокие озера. Экосистемы этого типа получают мало энергии и имеют малую продуктивность. Однако они крайне важны, так как занимают огромные площади. Это основной модуль жизнеобеспечения биосферы. Здесь очищаются большие объемы воздуха, возвращается в оборот вода, формируются климатические условия и т. д.

• Экосистемы, движимые Солнцем, но субсидируемые дру­гими естественными источниками. Примерами такой эко­системы являются эстуарии рек, морские проливы и лагу­ны. Приливы и течения способствуют более быстрому круговороту минеральных элементов питания, поэтому эс­туарии более плодородны, чем прилегающие участки океана или суши.

• Экосистемы, движимые Солнцем и субсидируемые чело­веком. Примером их являются агроэкосистемы (поля, ко­ровники, свинарники, птицефабрики и т.д.).

• Экосистема, движимая топливом — индустриально-городс­кая экосистема, в которой энергия топлива не дополняет, а заменяет солнечную энергию. Потребность в энергии плотно заселенных городов на 2—3 порядка больше того потока энергии, который поддерживает жизнь в естествен­ных экосистемах, движимых Солнцем. Поэтому на не­большой площади города может жить большое количество людей.

Агроэкосистемы.

В биосфере помимо естественных биогеоценозов и экосистем существуют сообщества, искусственно созданные хозяйственной деятельностью человека, — агроэкосистемы (агробиоценоз, сельскохозяйственная экосистема).

Агроэкосистема(от греч. agros — поле) — биотическое сообщество, созданное и регулярно поддерживаемое человеком с целью получения сельскохозяйственной продукции. Обычно включает совокупность организмов, обитающих на землях сельхозпользования.

К агроэкосистемам относят поля, сады, огороды, виноградники, крупные животноводческие комплексы с прилегающими искусственными пастбищами. Характерная особенность aгроэкосистем — малая экологическая надежность, но высокая урожайность одного (нескольких) видов или сортов культивируемых растений или животных. Главное их отличие от естесвенных экосистем — упрощенная структура и обедненный видовой состав.

Агроэкосистемы отличаются от естественных экосистем рядом особенностей.

1.Разнообразие живых организмов в них резко снижено получения максимально высокой продукции. На ржаном или пшеничном поле кроме злаковой монокультуры можно встретить разве что несколько видов сорняков. На естественном лугу биологическое разнообразие значительно выше, но биологическая продуктивность во много раз уступает засеянному полю.

2. Виды сельскохозяйственных растений и животных в агро экосистемах получены в результате действия искусственного, а не естественного отбора. В результате происходит резкое снижение генетической базы сельскохозяйственных культур, которые крайне чувствительны к массовому размножению вредителей и болезням.

3. В естественных биоценозах первичная продукция растений потребляется в многочисленных цепях питания и вновь возращается в систему биологического круговорота в виде углекислого газа, воды и элементов минерального питания. Агроэкосистемы более открыты, из них вещество и энергия изымаются с урожа­ем, животноводческой продукцией, а также в результате разру­шения почв.

В связи с постоянным изъятием урожая и нарушением про­цессов почвообразования, при длительном выращивании моно­культуры на культурных землях постепенно происходит сниже­ние плодородия почв. Данное положение в экологии называется законом убывающего плодородия. Таким образом, для расчетливо­го и рационального ведения сельского хозяйства необходимо учитывать обеднение почвенных ресурсов и сохранять плодоро­дие почв с помощью улучшенной агротехники, рационального севооборота и других приемов.

4. Смена растительного покрова в агроэкосистемах проис­ходит не естественным путем, а по воле человека, что не всегда хорошо отражается на качестве входящих в нее абиотических факторов. Особенно это касается почвенного плодородия.

6. Все искусственно создаваемые в сельскохозяйственной практике агроэкосистемы полей, садов, пастбищных лугов, ого­родов, теплиц представляют собой системы, специально поддер­живаемые человеком.

В настоящее время пахотными землями и пастбищами занято свыше 30% суши, и деятельность людей по поддержанию этих систем превращается в глобальный экологический фактор.

Несмотря на значительную упрощенность агроэкосистем в них все же сохраняется множество биоценотических связей, в конеч­ном счете влияющих на судьбу урожая. Сопоставление сведений о фауне и флоре пшеничных полей показывает гигантскую слож­ность даже предельно простого агроценоза, здесь сохраняется более тысячи видов.

Сельскохозяйственное освоение территорий часто приводит к нарушению созданных природой механизмов регуляции численности отдельных видов и к резким изменениям их численности. Искусственная регуляция численности вредителей — по боль­шей части необходимое условие поддержания агроэкосистем. Это связано прежде всего с важностью подавления видов, вышедших из-под контроля естественных регуляторных механизмов.

Подавление численности вредителей химическими средствами, кроме загрязнения среды и включения ядов в цепи питания часто вызывает так называемый бумеранг-эффект: вслед за подавлением численности вредителя вскоре возникает новая, еще более мощ­ная его вспышка. Обычно применение ядохимикатов тотального действия сильнее влияет на естественных врагов вредителя, чем на его собственные популяции. В результате следующие поколе­ния полностью освобождаются из-под пресса паразитов и хищни­ков и происходит их массовое размножение. Таким образом, не­доучет биоценотических механизмов регуляции численности на полях сельскохозяйственных культур также не в экономических интересах человека. В трехзвенной цепи культурное растение—вре­дитель—паразит повышение чистой продукции растений может быть достигнуто как подавлением второго звена, так и усилением третьего. Именно этот подход используется в разработке биологи­ческих методов борьбы с вредителями.

Экологические сукцессии.

Развитие биоценозов, при котором имеет место замещение во времени одного сообщества другим, называют экологической сукцес­сией 1 . В большинстве случаев процессы сукцессии занимают времен­ные промежутки, измеряемые годами и десятилетиями, хотя в отдельных случаях смены сообществ следуют с большей скоростью (например, во временных водоемах). Наряду с этим известны вековые изменения экосистем, отражающие общие пути эволюции биосферы.

Таким образом, концепция климакса подразумевает, что в пределах региона, характеризующегося более или менее однородным климатом, фитоценозы, завершившие сукцессионный процесс, образуют климак совое сообщество независимо от того, с какого типа начиналась сукцессия. Смены растительности, начинающиеся от разных сооб­ществ и заканчивающиеся климаксом, называют сукцессионными сери­ями. Сукцессионные серии в зависимости от условия влажности делят на гидросерий (исходными являются сообщества влажных местообита­ний) и ксеросёрии (начинаются от сухих сообществ). Процесс сукцессии меняет их на ассоциации промежуточных по влажности местообитаний (мезосерии), которые существуют в динамическом равновесии с реги­ональным климатом. Ф. Клементс полагал, что все серии сукцессионных смен сообществ могут быть только прогрессивными.

В соответствии с этим в современной экологии различают сукцес­сии экзоэкогенетические (или аллогенные) и эндоэкогенетические (автогенные). В первом случае речь идет о сукцессионных сменах, вызванных внешними, абиотическими причинами. Примеры экзоэкогенетических сукцессии можно найти в различных воздействиях на биоценозы со стороны человека: мелиоративное осушение болот, загрязнение водоемов, неумеренный выпас скота и т. п. Эндоэкогенетические сукцессии вызываются в первую очередь изменением струк­туры и системы связей в существующих сообществах. Впрочем, эти две категории сукцессии взаимосвязаны и могут переходить одна в другую.

В наиболее общем виде сукцессии, по Ф. Клементсу, проходят через фазы обнажения (появление незаселенного пространства), миг­рации (заселение его первыми, пионерными формами жизни), эцезиса (колонизация и приспособление к конкретным условиям среды), соревнования (конкуренция с вытеснением ряда первичных вселен-цев), реакции (обратное воздействие сообщества на биотоп и условия существования) и, наконец, стабилизации (формирование климаксового биоценоза). Таким образом, сукцессионные серии начинаются, как правило, с экзоэкогенеза, переходящего в эндоэкогенез по мере формирования внутренних связей в возникающем фитоценозе.

Важным механизмом стабилизации В.Н. Сукачев считал конкурен­тные отношения, в процессе которых достигается равновесное состо­яние, характеризующее завершающее сообщество. Более подробная классификация механизмов сукцессии предусматривает три категории отношений между организмами в сукцессионных сериях. Модель облегчения или стимуляции соответствует фазе эндоэкогенетической сукцессии и заключается в том, что ранние поселенцы своей деятель­ностью изменяют среду, делая ее доступной для следующей волны колонистов. Модель толерантности проявляется в виде конкурентных отношений, в результате которых происходит отбор более толерантных и конкурентоспособных видов. Смена видов основывается на их различии в стратегии потребления ресурсов; виды более поздних стадий более устойчивы. По модели ингибирования все виды сообщества способны одновременно колонизировать открывшееся местообитание, устойчивы к вторжению конкурентов, но более поздние вселенцы способны закрепиться и увеличить численность только после выпаде­ния кого-либо из предшественников. Так, в тропических дождевых лесах ползучий кустарнике Lantana занимает большие площади, практически исключая поселение на них деревьев. По этой модели изменение среды предшественниками делает ее менее пригодной для последующих вселенцев. Виды растений, входящие в состав первичных и последующих сообществ сукцессионной серии, могут отличаться по эколого-физиологическим свойствам.

Первичные и вторичные сукцессии. По общему характеру сукцессии подразделяются на первичные и вторичные. Первичные сукцессии на­чинаются на субстрате, не измененном (или почти не измененном) деятельностью живых организмов. Так, через серию промежуточных сообществ формируются устойчивые биоценозы на скалах, песках, обрывах и т. п. Такие сукцессии относятся к категории ксеросерий и называются ксерическими сукцессиями. Одна из основных функций сукцессии такого рода — создание (или изменение) почвы первичны­ми колонистами.

Сукцессии, формирующие экосистемы на местах, исходно не за­селенных, называют экогенетическими. Формирование скальных био­ценозов — классический пример таких сукцессии. Процесс начинается с поселения на скалах накипных лишайников. Уже на этой стадии формируется комплекс видов микроскопических водорослей, простейших, нематод, некоторых насекомых и клещей, который спо­собствует созданию первичной почвы. Позднее здесь поселяются другие формы лишайников, специализированные виды мхов; еще позднее — на базе возникшей почвы — вселяются сосудистые расте­ния. Параллельно идет обогащение животного населения.

Гидрические сукцессии начинаются в открытых водах мелких озер, верховых болот, маршей. Постепенное зарастание водными растения­ми, идущее по краям открытого водоема, ведет к накоплению на дне детрита, образованию накоплений торфа и в конце концов к обмеле­нию водоема. В других местах побережья развивается сплавина из сфагновых мхов и болотных сосудистых растений. Накопление расти­тельной массы способствует образованию почвы. Обмеление вкупе с увеличением толщины сплавины приводит к превращению водоема в болото. Позднее здесь селятся кустарники и древесные породы, идет процесс усыхания болота и развивается лесная растительность. Изме­нение растительной части сообщества сопровождается сдвигами в фауне: обитатели водоема постепенно замещаются околоводными, а позднее — болотными и лесными видами.

Вторичные сукцессии развиваются на субстрате, первоначально измененном деятельностью комплекса живых организмов. Такие сукцессии чаще всего имеют восстановительный (демутационный) характер.

Примером вторичных сукцессии демутационного типа может слу­жить восстановление климаксового лесного биоценоза после пожаров (а в наше время и вырубок).

Интенсивность биологического круговорота — количество химических элементов, содержащихся в приросте фитоценоза на единицу площади за интервал времени.

Одной из задач агрохимии является оценка направленности круговорота биогенных элементов и степень интенсивности антропогенного воздействия на систему почва-растение в балансе питательных веществ в агроценозе, а также создание условии для рационального круговорота питательных веществ в земледелии и обеспечение их положительного баланса, для оптимизации питания сельскохозяйственных культур путем применения научно-обоснованной системы удобрений в севообороте.

Хозяйственная деятельность человека, включающая интенсификацию сельскохозяйственного производства и химизацию, приводит к изменениям в процессах превращения веществ и энергии в природе. Так, происходят изменения в цикле азота в биосфере при переходе от естественного состояния почвы к состоянию при интенсивной обработке. В почвах естественных биоценозов потери азота от улетучивания и денитрификации уравновешиваются его поступлением с атмосферными осадками и биологической фиксации.

Элементы, необходимые для жизнедеятельности организмов, объединены в группу биогенных, важнейшие из которых – азот, фосфор, калий, кальций, натрий, сера, магний и др. Недостаток биогенов снижает плодородие почв и становится причиной нарушения нормального функционирования агроэкосистемы. В то же время, такие биогены, как азот, фосфор и калий становятся лимитирующими в процессах эвтрификации водоемов.

Влияние растениеводства на водные экосистемы возрастает в связи с увеличением распаханности территорий, трансформации угодий мощной техникой и гидромелиорацией, развитием процессов химизации на основе как минеральных, так и органических удобрений. Такие процессы, как пахота, боронование, окультуривание сенокосов и пастбищ, планировка земель для обработки способствуют неоднозначному механическому перераспределению вещества в агроландшафте. Трансформация почвы способствует миграции биогенных веществ. Она становится усилителем нежелательных, экологически опасных естественных процессов. При применении удобрений на с-х угодьях в неоправданно высоких дозах, нарушении технологий и сроков внесения, неправильном их хранения и транспортировке вынос биогенных веществ увеличивается.

Биогенную нагрузку агроценозов определяют путем расчета при­ходной части соединений азота, фосфора и расходной части. К при­ходным статьям баланса относят: внесение биогенов с минеральны­ми и органическими удобрениями под сельскохозяйственные культу­ры, их поступление с атмосферными осадками и за счет естественного содержания в почвах (фона). В расходной части учитывают вынос биогенов с урожаем. Избыток биогенов, формирующийся на каждом по­ле, определяют как разницу между приходной и расходной частями.

Расчет выноса биогенов с с-х угодий проводят с учетом выноса биогенных элементов с урожаем культур и поправочных коэффициентов. (Табл. 2).

Приход азота и фосфора с атмосферными осадками.

Расчет производится по каждому субводосбору. Для этого используется следующая формула:

Wа.о.- количество биогенного вещества, поступающего с атмосферными осадками, кг;

Σhc- сумма твердых осадков (снег), см3;

kc- концентрация вещества в снеговой воде, г/м3 (приложение 2);

Σhg- сумма жидких осадков, см3;

kg- концентрация вещества в жидких осадках, г/м3 (приложение 2); (Табл. 3)

Табл.3 Поступление биогенных веществ с атмосферными осадками по субводосборам (

Читайте также: