Коэффициент использования элементов питания из почвы озимой ржи

Обновлено: 05.10.2024

В статье представлены результаты экспериментальных исследований по определению коэффициента использования азота удобрений озимой рожью и ячменём на дерново-подзолистой осушаемой почве. Для расчёта использовали разностный метод и изотопную индикацию, которая позволяет наиболее точно судить о степени усвоения азота растениями из удобрений и определяет эффективность их применения.

Ключевые слова: азот, коэффициент использования, озимая рожь, ячмень, изотоп.

Zinkovskya T.S.

PhD in Agricultural Sciences,

Federal State Budgetary Scientific Institution All-Russian Research Institute of Reclaimed Lands (FGBNU VNIIMZ), Tver

COEFFICIENT OF THE USE OF NITROGEN FERTILIZERS OF WINTER RYE AND BARLEY ON SOD-PODZOLIC DRIED SOILS

Abstract

The article presents the results of experimental studies to determine of coefficient of the use of nitrogen fertilizers winter rye and barley on sod-podzolic drained soil. For a calculation used the method of differences and isotopic indication. An isotopic indication allows most exactly to judge about the degree of using of nitrogen plants from fertilizers and determines efficiency of their application.

Keywords: nitrogen utilization, winter rye, barley, isotope.

Эффективность применения удобрений определяется такими важными показателями, как коэффициенты использования питательных веществ из почвы (КИП) и удобрений (КИУ). Их варьирование зависит от целого ряда условий: плодородия почвы, доз и форм органических и минеральных удобрений, способов и сроков их внесения, биологических особенностей возделываемых культур, агротехнологий и т.д. Кроме этого, величину КИУ и КИП определяют методы их расчёта.

Многие авторы [1, 2, 3 и др.] считают, что правильнее определять коэффициент использования растениями какого-либо элемента питания из соответствующего удобрения на фоне других питательных веществ, внесённых с удобрениями, чем в сравнении с вариантом опыта без внесения удобрений (абсолютный контроль). В этом случае погрешность разностного определения коэффициента использования уменьшается. А применение изотопного метода позволяет наиболее точно судить о степени использования того или иного элемента из удобрений и почвы.

Наши исследования, проведённые на осушаемой дерново-подзолистой почве показали, что коэффициент использования азота из удобрений (аммиачная селитра) для озимой ржи, рассчитанный разностным методом, колебался в зависимости от доз по азоту от 39 до 87 % (среднее за три года).

В агрохимической литературе [2] отмечено, что с возрастанием доз вносимых удобрений коэффициенты использования элементов питания из удобрений снижаются. Данная закономерность подтверждается результатами нашего опыта.

В среднем за годы исследований коэффициент использования азота из удобрений на фоне Р₃₀К₁₂₀ снизился с 60 % до 31 % на фоне Р₆₀К₁₈₀. Самый высокий коэффициент использования азота из удобрений – 78,4 % получен в варианте, где дозы азота вносили дробно в разные фазы вегетации озимой ржи с использованием комплексных методов диагностики питания. При дробном применении азотных удобрений под ячмень так же получен наибольший коэффициент использования. Он составил от 58 до 64%.

Опыт, заложенный с изотопной меткой, позволил проследить использование минерального азота растениями с различных глубин почвенного профиля. На делянках размером один квадратный метр (1м 2 ) вносили в различные слои 15 NH₄NO₃ с обогащением около 2 ат.%. Максимальная урожайность зерна озимой ржи (440 г/м 2 ) получена при внесении азота в верхний слой 0-20 см, по мере увеличения глубины внесения урожайность снижалась. Концентрация азота в зерне озимой ржи без удобрений составила 1,40%, с внесением азота в пахотный слой – 1,71%. С увеличением глубины внесения вынос азота с зерном и соломой снижался с 8,17 г/м 2 до 3, 75 г/м 2 (зерно) и с 5,83 г/м 2 до 3,14 г/м 2 (солома). При внесении метки 15 N увеличивалось содержание в почве минерального немеченого азота (табл.).

Таблица 1 – Использование озимой рожью минерального азота с различных глубин почвенного профиля осушаемой дерново-подзолистой почвы

Образование экстра-азота наблюдалось до глубины 60 см и составило от 1,75 до 1,00 г/м 2 (зерно) и от 1,29 до 0,39 г/м 2 (солома).

Коэффициенты использования азота, рассчитанные разностным методом и с изотопной меткой, отличались друг от друга. Разностный коэффициент имел завышенные результаты, на это указывают и работы других исследователей [2, 3]. В нашем эксперименте, его величина составила 73,9 % (зерно+солома) из пахотного слоя и 65,9 % из слоя 21- 40 см. Коэффициент, рассчитанный с использованием метки 15 N был соответственно 48,6 и 37,5 %. С увеличением глубины внесения азота коэффициент его использования снижался по сравнению с верхним слоем примерно так же, как и определённый с меченым азотом.

В опыте с ячменём мы наблюдали аналогичную закономерность. Экстра-азот в данном случае был обнаружен на глубине 61-80 см.

Из проведённых исследований видно, что растения использовали минеральный азот из пахотного и подпахотного слоёв почвы. Наличие здесь минерального азота удобрений способствует усвоению растениями экстра-азота. С увеличением глубины размещения минерального азота в профиле почвы потребление его растениями снижается. Коэффициент использования азота из удобрений, рассчитанный разностным методом в 1,5-1,7 раз выше, чем при определении с меткой 15 N.

В стационарном опыте с дерново-подзолистой суглинистой почвой получены новые данные об использовании питательных веществ культурами севооборота. Коэффициенты использования азота, фосфора и калия из минеральных удобрений зависели от доз их внесения в почву и удобренности почвы. Очень низкие и низкие дозы NPK сильно повышали коэффициенты по азоту (до 98–216 %) и по калию (до 130–419 %). Поступление питательных веществ в растения из навоза удерживалось соломой озимой ржи, вследствие медленного ее разложения в почве. Коэффициенты использования фосфора и калия из почвы снижались с увеличением их запасов в почве.

1. Анспок П.И., Штиканс Ю.К., Визла Р.Р. Справочник агрохимика Нечерноземной полосы. – Л.: Колос, 1981. – 328 с.

2. Башков А.С. Повышение эффективности удобрений на дерново-подзолистых почвах Среднего Предуралья: – Ижевск: ФГБОУ ВПО Ижевская ГСХА, 2013. – 328 с.

3. Безносов А.И., Силин М.И. Вынос основных элементов питания и их баланс в различных видах полевых севооборотов // Химизация земледелия. – Ижевск: Удмуртия, 1976. – С. 117-126.

4. Дерюгин И.П. Агрохимические основы применения минеральных удобрений в Удмуртской АССР. – Ижевск: Удмуртия, 1978. – 164 с.

5. Дзюин Г.П., Зедиярова. Вынос и коэффициенты использования питательных веществ сельскохозяйственными культурами // Тр. Уральского НИИ сельского хозяйства: Вопросы повышения плодородия почв на Среднем Урале. – Свердловск, 1985. – Т. 42. – С. 83-91.

Коэффициенты использования питательных веществ из минеральных удобрений, навоза и почвы раскрывают многие явления и процессы питания растений. Они показывают отношение культур к элементам питания, степень их накопления в почве, удобренности севооборотной площади. Широкая амплитуда колебания коэффициентов [2,3,5] обычное и нормальное явление. Оно указывает на разнообразие условий, которые создаются при выращивании сельскохозяйственных культур. Факторов, влияющих на величину коэффициентов использования питательных вещества из удобрений, много. Но больше всего они связаны с величиной урожайности культур, выносом питательных веществ с урожаем.

В Удмуртии первые сведения об использовании фосфора и калия из почвы озимой рожью, ячменем и льном-долгунцом были приведены И.П. Дерюгиным [4]. В 1985 г. нами были обобщены показатели содержания азота, фосфора и калия в растениях ряда культур, их выноса урожаем, коэффициентов использования из минеральных удобрений (КИУ) и почвы (КИП) по результатам 101 опыта [5].

На современном этапе ведущее место в земледелии занимает биологическое направление. Оно осуществляется в адаптивных севооборотах, в которых, наряду с минеральными, используются органические удобрения – навоз, компосты, сидераты, солома, являющиеся компонентами систем удобрений. На доступность элементов питания растениям культур используемые ресурсы наибольшее влияние оказывают во взаимодействии. Именно в этом ракурсе, с учетом удобренности почвы, усвоение растениями питательных элементов представляет наибольший научный и практический интерес.

Цель исследования. Изучить влияние систем удобрений на степень усвоения питательных веществ культурами севооборота в длительном стационарном опыте в зависимости от уровня плодородия дерново-подзолистой суглинистой почвы и использования минеральных удобрений в условиях Предуралья.

Материалы и методы исследования

Стационарный опыт заложен в 1971-1972 гг. с чередованием культур в севообороте, представленном в табл. 2. В работе приводятся результаты исследований, полученные в 4-й и 5-й ротациях севооборота. Изучаются два фактора. Фактор А – фоны с внесением извести и навоза: 1 – нулевой фон (Н1); 2 – известь внесли в паровом поле 1-й ротации по 1Нг и 2-й ротации по 2Нг (И2); 3 – навоз внесли 40 т/га в 1-й ротации и по 60 т/га во 2-5 ротациях (Н4 и Н5); 4 – известь + навоз внесли так же как в предыдущих фонах (И2Н4 и И2Н5). Фактор В – минеральные удобрения. В 4-й ротации севооборота (1995-2003 гг.) применяли: 1 – N47P46K46; 2 – N64P62K74; 3 – N81P80K102 в среднем под культуру. В 5-й ротации (2004-2011 гг.): NPK по 10, 20, 40, 60 кг д.в./га. На клевере удобрения не вносили. Солому озимой ржи заделывали в почву. Повторность опыта – четырехкратная. Агрохимические показатели почвы (табл. 1).

Результаты исследования и их обсуждение

Коэффициенты использования питательных веществ из минеральных удобрений (КИУ) в опыте зависели от биологических особенностей культур и других факторов (метеорологических условий вегетационного периода, уровня применения удобрений, микробиологических и обменных процессов элементов питания в почве). Отличались они и по ротациям севооборота. В 4-й ротации значения КИУ были ниже. Первая культура севооборота – озимая рожь, под которую вносили навоз, отличалась наибольшими показателями (табл. 2). На унавоженных фонах коэффициент потребления азота достигал 100–139 %, что указывает на его использование не только из минеральных удобрений, но и из органических, в том числе продуктов разложения растительных остатков предшествующих культур. Высокий коэффициент потребления наблюдался и в отношении калия – 71–144 %. Значительная его часть, поступившей в растения, также является органического происхождения. Если коэффициенты потребления азота, фосфора и калия озимой ржи в среднем составил 105, 29 и 96 %, то кукурузы (2-й культуры) – в 2 раза меньше – 49, 16 и 50 %. У яровой пшеницы (3-й культуры) коэффициенты были более низкими – 40, 12 и 15 % соответственно.

Заметно возросли коэффициенты у клевера 1 г.п. – 46, 14, 52 % и клевера 2 г.п. – 60, 19, 80 % в среднем. В условиях прохладного и засушливого лета, вследствие медленного разложения растительных остатков клевера, шестая культура – озимая рожь снизила коэффициенты использования азота и калия из удобрений по сравнению с предыдущей культурой, но увеличила по фосфору (вследствие использования из запасов) – 36, 34 и 66 % соответственно. Ячмень – последняя культура в севообороте повысил потребление азота (56 %), который стал поступать из продуктов разложения растительных остатков клевера и снизил по фосфору и калию (29 и 35 %).

При внесении меньших доз NPK коэффициенты потребления азота, фосфора и калия были устойчиво выше, чем при внесении повышенных доз. В вариантах с внесением микроэлементов в сочетании с повышенным уровнем NPK на трех фонах (Н1, И2 и Н4) наблюдалась тенденция повышения значений КИУ.

Все методы определения доз удобрений основываются на данных длительных или эпизодических полевых и производственных опытов, а различаются полнотой и точностью отражения закономерностей взаимоотношений растений, почв и удобрений.

Все существующие методы и их модификации определения доз удобрений можно разделить на:

методы обобщения результатов опытов с эмпирическими дозами удобрений;
методы обобщения результатов опытов с помощью балансов питательных элементов.

Все перечисленные методы оптимизации доз удобрений позволяют достаточно объективно прогнозировать величину урожая сельскохозяйственных культур. Но несмотря на это, они требуют совершенствования в плане комплексного подхода, учитывающего условия выращивания культур и экономической окупаемости удобрений.

Методы, основанные на обобщении данных с эмпирическими дозами удобрений

Обобщение проводимых под методическим руководством Географической сети опытов ВИУА во всех почвенно-климатических зонах с разными культурами результатов полевых опытов позволило определить эффективность отдельных видов удобрений на разных типах почв и дозы органических и минеральных удобрений для основных культур на различных типах и подтипах почв. В последующем проведена дифференциация доз в пределах разностей почв с учетом обеспеченности питательными элементами предшественников и сортовых особенностей культур.

На основании обобщений результатов опытов разработаны также дозы, оптимальные сроки и способы внесения удобрений до посева, при посеве и после посева для основных культур во всех почвенно-климатических зонах.

Согласно данным Географической сети опытов ВИУА и агрохимической службы ЦИНАО, для основных почвенно-климатических зон России на преобладающих типах почв со средним содержанием подвижного фосфора и обменного калия рекомендованы оптимальные дозы макроудобрений под основные культуры, а также дозы и способы внесения микроудобрений.

Таблица. Оптимальные дозы минеральных удобрений (кг/га) под основные сельскохозяйственные культуры (обобщение Литвака, 1990)

Культура	Зона	N	P₂O₅	K₂O
Озимая пшеница	Нечерноземная	100	90	90
	Лесостепная	85	80	65
	Степная	75	70	50
Кукуруза	Лесостепная	100	80	70
Кукуруза	Степная	80	70	60
Картофель	Нечерноземная	95	90	110
	Лесостепная	90	90	90
	Степная	85	80	70
Силосные культуры	Нечерноземная	100	80	105
	Лесостепная	100	75	80
	Степная	65	60	55
Сахарная свекла	Нечерноземная	145	135	175
	Лесостепная	135	140	150
	Степная	120	120	105

Таблица. Дозы и способы внесения микроудобрений под основные культуры (обобщение Литвака, 1990)

Региональные научно-исследовательские учреждения предлагают более конкретизированные рекомендации по культурам, типам, подтипам и разностям почв с указанием уровней плановых урожаев, окультуренности почв и в сочетаниях с дозами органических удобрений.

В каждом комплексе конкретных природных и хозяйственных условий территорий на основании результатов не менее 7-10 воспроизводимых опытов с одной культурой или сортом региональные учреждения Географической сети опытов и Агрохимслужбы определяют количественные показатели эффективности удобрений:

прибавку урожая от оптимальной дозы;
вынос элементов на единицу основной и побочной продукции и коэффициенты использования элементов почвы и удобрений;
коэффициенты возврата или интенсивность баланса элементов;
поправочные коэффициенты к дозам в зависимости от класса почвы;
нормативы затрат минеральных удобрений для получения единицы прибавки и урожая в целом;
оптимальные уровни содержания питательных элементов в почве;
нормативы затрат удобрений на единицу изменения содержания в почве подвижных форм элементов;
основные показатели качества продукции;
экономические показатели эффективности удобрений;
математические модели, характеризующие связь между продуктивностью культур, плодородием почв, дозами удобрений, погодными и агротехническими факторами;
уровни природоохранных ограничений при применении удобрений.

По результатам разрабатывают конкретные рекомендации доз и соотношений удобрений, однако и в этом случае необходима коррекция доз применительно к конкретному предприятию, агроценозу и полю.

К этой же группе методов относятся и расчеты доз по нормативам затрат минеральных удобрений на весь урожай по формуле:

или прибавку урожая:

где Д — доза N, P₂O₅, K₂O на желаемый урожай или прибавку, кг/га д.в.; У и ΔУ — соответственно желаемый урожай или прибавка, т/га; Н₁ и Н₂ — нормативы затрат удобрений на единицу урожая и прибавки, кг д.в.; K_n — поправочный коэффициент на класс почвы по обеспеченности фосфором и калием; при расчетах доз азота К_n = 1.

Нормативы затрат удобрений и поправочные коэффициенты к дозам удобрений указываются в региональных рекомендациях НИИ, сельскохозяйственных опытных станций, центров и станций Агрохимслужбы.

Третьим направлением группы методов, основанные на обобщении данных с эмпирическими дозами удобрений, является поиск математических зависимостей урожайности от доз удобрений. Первым такую попытку сделал в 1905 г. немецкий ученый Э.А. Митчерлих, который предложил следующее уравнение:

где А — максимально возможный урожай; У — фактический урожай; С — коэффициент пропорциональности, характеризующий зависимость между урожаем и дозой удобрений; х — доза удобрений.

Четвертым направлением группы методов является разработка регрессивных моделей по результатам планирования, проведения и статистической оценки результатов многофакторных опытов с эмпирическими дозами удобрений. Для определения количественной зависимости между урожайностью и дозами удобрений лучшей математической моделью оказалось уравнение со степенями 0,5 и 1 для факторов и 0,5 для парных взаимодействий:

где У — урожай; а₀ — свободный член уравнения; a₁, a₂, …, a₉ — члены уравнения, характеризующие действие и взаимодействие факторов; N, P, K — дозы удобрений.

Пятым направлением данной группы методов является разработка математических моделей с использованием компьютерной техники для определения оптимальных доз удобрений под культуры с учетом функциональной зависимости от множества факторов внешней среды:

где У — урожай; x_n — переменные факторы, влияющие на урожай, например, дозы и соотношения удобрений, класс и гранулометрический состав почвы, погодные условия, сортовые особенности, предшественники и т.д.

Практическое применение любого из этих методов и модификаций позволяет избежать грубых ошибок в применении удобрений. Однако они определены эмпирически без учета биологических потребностей культур в питательных элементах и не дают ответа на вопрос о состоянии почвы; по ним, несмотря на поправочные коэффициенты, нельзя количественно оценить баланс элементов без специальных расчетов.

где Кип - коэффициент использования питательных веществ из почвы, %; У - урожай основной продукции, ц/га; вынос питательных веществ, кг на ц основной продукции с соответствующим количеством побочной продукции; С - запас доступных форм питательных веществ в почве, кг/га.
Установлено, что коэффициенты использования фосфора и калия из почвы пшеницей, овсом и естественными травами в условиях Томской области независимо от типа почв низкие (табл. 47, 48, 49, 50) и значительно ниже, чем в других природно-сельскохозяйственных зонах Западной Сибири. Внесение минеральных удобрений повышает коэффициент использования питательных веществ из почвы в 1,5-1,7 раза, но четкой закономерности от увеличения доз удобрений не установлено. В пределах одного типа почв, формирующихся в разных условиях, наблюдаются значительные колебания коэффициента использования питательных веществ из почвы. В серых лесных почвах Молчановского и Бакчарского районов, расположенных в северной части области, коэффициент использования фосфора составляет 5,2-8,2%; калия - 6,3-6,9%; в Первомайском и Зырянском районах (восточная часть области) коэффициенты использования фосфора из почв такого же типа равны 2,3-5,2%, калия - 4,7-14,6% соответственно. Это, по-видимому, связано с особенностями генезиса серых лесных почв отдельных районов и различной степенью подвижности элементов питания в них, что было показано выше. В выщелоченных черноземах отмечается самый низкий коэффициент использования элементов питания из почвы, и даже внесение повышенных доз минеральных удобрений мало изменяет его величину.

Наибольший коэффициент использования калия установлен в дерново-подзолистых почвах: в контрольном варианте он составляет 19,4%, при внесении различных доз минеральных удобрений доходит до 51,2%. По данным М.К. Каюмова, для дерново-подзолистых почв Московской области коэффициент использования фосфора составляет 6,6-8,2%, калия - 10-13,8%. Однако это не означает, что на более плодородных почвах растениям труднее использовать имеющиеся элементы питания. Растения используют питательные вещества в соответствии с потребностью их и, если почва богата, то естественно в ней остается много неиспользованных элементов. Это подтверждается исследованиями Н.Н. Михайлова и Н.П. Карпинского. Колебания коэффициентов использования питательных веществ из разных типов почв и даже в пределах одного типа вполне закономерны. Например, доступность фосфатов почвы зависит от кислотности, гранулометрического состава, степени насыщенности основаниями, наличия полуторных окислов железа и алюминия.
Т.Н. Кулаковская установила тесную связь коэффициентов использования почвенных фосфатов озимой рожью с кислотностью почв. Коэффициент использования подвижного фосфора составляет: на сильнокислотных почвах - 5, среднекислых - 7-8, слабокислых - 10, близких к нейтральным - 12-13, нейтральных - 15%. По данным Т.Н. Кулаковской использование почвенного калия зависит от гранулометрического состава почвы. Для зерновых культур коэффициенты использования калия составляют: на суглинистых почвах 30, супесчаных 35%. Для пропашных культур: на суглинистых почвах 40%, супесчаных 45% (независимо от кислотности почв). В пределах Томского Приобья, учитывая большую протяженность территории, различия гидротермических условий, генетических особенностей почв и их гранулометрического состава, необходимо уточнять коэффициенты использования питательных веществ из почв, а в связи с этим устанавливать и дозы удобрений применительно к отдельным культурам.

Читайте также: