Влияние азотных удобрений на качество зерна

Обновлено: 18.09.2024

Качеством продукции называют совокупность свойств продукции, обусловливающих ее пригодность удовлетворять определенные потребности в соответствии с ее назначением.

Так, лен-долгунец оценивают по выходу длинного волокна, сахарную свеклу – по содержанию сахара, картофель – крахмала, рапс – масла и т. д.

В настоящее время качество должно включать также анализ на безопасность продукции растениеводства, так как кроме основных органических соединений, представляющих огромную питательную ценность (белков, жиров, углеводов, витаминов и др.), растение может содержать нежелательные соединения и включения (нитраты, тяжелые металлы, радионуклиды и т. д.).

Под биологическим качеством растений подразумевается сумма показателей их химического и биохимического состава, обусловливающих нормальный обмен веществ у животных и человека, поедающих растительную пищу. Правильное применение удобрений должно улучшать или, по крайней мере, не ухудшать биологическое качество растениеводческой продукции при увеличении урожайности до возможных пределов.

Так как сельское хозяйство производит в основном продукты питания для человека, высокое качество его продукции – важнейшая задача агрохимии. В зависимости от условий выращивания содержание белка в пшенице может колебаться от 9 до 25 %, крахмала в картофеле – от 10 до 24, сахара в сахарной свекле – от 12 до 22 %, количество жира в семенах масличных культур, сахаров и витаминов в плодах и овощах может изменяться в 1,5–2 раза. Условия внешней среды (температура, влажность почвы и воздуха, свет, почвенные условия и др.) влияют на интенсивность протекающих в растениях процессов.

Наиболее сильное влияние на качество растениеводческой продукции оказывают разнонаправленные процессы – биосинтез белков и других азотистых соединений и биосинтез углеводов или жиров. При усилении биосинтеза белков уменьшается синтез углеводов или жиров, и наоборот.

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. О влиянии основных элементов питания на биохимические процессы,

протекающие в растениях, уже рассказывалось раннее. Остановимся на роли основных видов удобрений в регулировании качества растениеводческой продукции.

Азот входит в состав всех простых и сложных белков, нуклеиновых кислот, играющих исключительно важную роль в обмене веществ в организме. Он содержится также в хлорофилле, фосфатидах, алкалоидах, ферментах и во многих других органических веществах растительных клеток. В начальный период роста растения потребляют сравнительно небольшое количество азота, однако недостаток его в этот период отрицательно сказывается на дальнейшем росте растений. Наиболее интенсивно растения поглощают азот из почвы для синтеза аминокислот и белков в период максимального роста и образования вегетативных органов. На качество растениеводческой продукции влияют формы азота, используемые растениями. При аммиачном питании обмен веществ смещается в сторону накопления большего количества восстановленных соединений (эфирных масел, алкалоидов), а при нитратном источнике азота усиливается образование окисленных соединений, главным образом органических кислот.

Фосфор участвует в синтезе и распаде сахарозы, крахмала, белков, жиров и многих других соединений, он входит в состав органических веществ растений, таких, как фитин, лецитин, сахарофосфаты. Под влиянием фосфорных удобрений возрастает интенсивность синтеза сахарозы, крахмала, жиров, несколько меньше – белков. Для качества продукции важно не только абсолютное количество фосфора, но и его соотношение с другими элементами питания, в первую очередь с азотом. Изменяя соотношение N:P, можно регулировать интенсивность, а также направленность процессов обмена, способствуя накоплению в растениях белков или углеводов.

Под влиянием калия усиливается накопление крахмала, сахарозы и жиров. Калий усиливает синтез высокомолекулярных углеводов (целлюлоза, гемицеллюлоза, пектиновые вещества), в результате чего утолщаются клеточные стенки стебля злаковых культур и повышается устойчивость их к полеганию, у льна улучшается качество волокна. У некоторых растений калий усиливает синтез таких витаминов, как тиамин и рибофлавин. При аммиачном питании растений калий может способствовать синтезу белков.

Одна из важнейших качественных характеристик сельскохозяйственной продукции – содержание белка. Недостаток белка (суточная потребность человека 70–100 г) приводит к нарушению обмена веществ, расстройству нервной системы, снижается резистентность организма. При кормлении скота по рационам, не сбалансированным по белку, понижается продуктивность животных, перерасходуются корма.

Основным источником растительного белка в наших климатических условиях являются зерновые колосовые и зернобобовые культуры.

При внесении азотных удобрений содержание белка в зерне озимой пшеницы в исследованиях Института почвоведения и агрохимии возрастало на 4,3 %, в ячмене – на 2,3 %, в опытах БелНИИЗК в зерне озимой ржи оно увеличивалось на 1,4–2,5 %.

Имеются данные, что на содержание белка в зерне озимых и яровых зерновых культур существенное влияние оказывают подкормки растений азотом в период начала колошения растений. Азот, поступающий в растения в эту фазу, используется в основном для образования семян, в результате чего содержание азота в них повышается и синтез белков происходит более интенсивно. При оптимальных условиях минерального питания среднее содержание белка в почвенно-климатических условиях республики составляет в зерне озимой пшеницы 12,5–13 %, озимой ржи – 9–10, ячменя – 10–13, овса – 10–11,5 %.

Важное значение для характеристики качества зерна имеет аминокислотный состав белка. Многие аминокислоты синтезируются в организме человека и животных, но восемь из 20 известных аминокислот являются для человека незаменимыми (не могут синтезироваться в его организме) и должны поступать с пищей. Это триптофан (суточная потребность человека 1,1 г), фенилаланин (4,4 г), метионин (3,8 г), лизин (5,2 г), валин (3,8 г), треонин (3,5 г), изолейцин (3,3 г), лейцин (9,1 г). Недостаток в пище такой аминокислоты, как лизин, вызывает тошноту, головную боль, головокружение, повышает чувствительность к шуму. Отсутствие или недостаток метионина нарушает нормальную деятельность печени, некоторых желез внутренней секреции. Метионин препятствует развитию атеросклероза. При недостатке триптофана ухудшается аппетит.

Белки различных культур существенно различаются по аминокислотному составу. Например, в белке зерновых злаков меньше содержится лизина и триптофана, в белке семян бобовых культур недостаточно метионина, картофеля – валина.

Таблица 1. Влияние азотных удобрений и микроэлементов на качество белка ячменя

В исследованиях Института почвоведения и агрохимии под влиянием азотных удобрений (60–120 кг/га) количество незаменимых аминокислот в зерне озимой пшеницы возрастало на 3,3–8,9 мг/кг, или на 13–36 %, ячменя (N_60–150) – на 2,6–6,4 мг/кг, или на 9–22 %.

Ценным источником растительного белка являются зернобобовые культуры, которые содержат азотистых веществ больше и лучшего качества, чем злаковые. Так как бобовые культуры фиксируют атмосферный азот, качество их продукции можно регулировать, варьируя дозы фосфорных и калийных удобрений (азот можно вносить в небольших дозах – 15–30 кг/га – для ускорения образования клубеньков в начале роста растений), а также внесением микроэлементов, в первую очередь молибдена. Молибден улучшает азотное питание растений, увеличивает потребление фосфора, калия и кальция из удобрений и почвы.

Результаты исследований по влиянию калия на содержание белка в зерне довольно противоречивы. Обобщение данных полевых опытов позволяет сделать вывод, что на характер воздействия калийных удобрений на содержание белка в зерне оказывают влияние гранулометрический состав почвы, степень кислотности, запас подвижных форм калия, фосфора и азота. Положительное влияние калийных удобрений на содержание белка чаще проявляется на почвах с низким содержанием калия, а также при благоприятном соотношении с азотными удобрениями.

В большинстве исследований, проведенных в различных почвенноклиматических условиях, применение азотных удобрений снижало содержание крахмала. По мнению одних авторов, это связано с неполной физиологической зрелостью клубней (В. А. Сухоиванов), другие (А. С. Вечер, М. Н. Гончарик) называют в качестве причины увеличение крупных клубней в урожае, которые содержат меньше крахмала, чем клубни средней величины.

Фосфорные удобрения чаще положительно влияют на накопление крахмала в картофеле. В опытах Ю. И. Касицкого и Л. П. Детковской при внесении 60–90 кг/га фосфорных удобрений на азотно-калийном фоне содержание крахмала повышалось на 0,2–0,8 %. Сильнее на крахмалистость клубней влияют калийные удобрения, так как при недостатке калия замедляется превращение углеводов в крахмал. Однако многое зависит от формы калийных удобрений. Хлорсодержащие их формы снижают содержание крахмала, поэтому под картофель лучше использовать бесхлорные формы калийных удобрений, а содержащие хлор следует вносить осенью. В исследованиях Института почвоведения и агрохимии замена хлористого калия сернокислым при прочих равных условиях увеличивала содержание крахмала в клубнях картофеля сорта Орбита на 0,6 % при одинаковом влиянии на урожайность.

Важной качественной характеристикой картофеля, овощных и кормовых культур является содержание нитратов. Азот, поступающий в растения в нитратной форме, восстанавливается до аммиака и при достаточном количестве углеводов участвует в образовании первичных аминокислот – аспарагиновой и глутаминовой. Невосстановленная часть нитратного азота может откладываться в клубнях, корнеплодах, листовых черешках и т. д. Накоплению нитратов способствуют избыточные дозы азотных удобрений, поздние сроки их применения, несбалансированное минеральное питание, а также метеорологические условия – недостаточная освещенность и низкая влажность почвы. Следовательно, накоплению нитратов препятствуют: оптимизация азотного питания растений, сбалансированное соотношение между азотом, фосфором и калием и достаточная обеспеченность растений микроэлементами, в первую очередь бором и молибденом, которые улучшают углеводный и белковый обмен.

Технологические свойства пшеницы зависят от содержания белка и еще в большей мере от физико-химических свойств клейковины белков. Способность белков пшеницы образовывать клейковину явилось причиной того, что пшеница заняла главное место среди злаков в питании человека. В исследованиях кафедры агрохимии максимальное накопление клейковины в зерне озимой пшеницы (31,9 %) отмечено при комплексном применении дробного внесения азотных удобрений с медью и фунгицидом на фоне фосфорных и калийных удобрений. Достаточно высокое содержание клейковины (31,1 %) отмечено в варианте с применением N₁₉P₇₀K₁₀₀ + N₅₀ + N₃₀ КАС с Витамаром З + Рекс Т (табл. 2).

Таблица 2. Влияние раздельного и совместного применения средств химизации на качество зерна озимой пшеницы (среднее за 3 года)

В опытах кафедры агрохимии УО БГСХА на дерново-подзолистой легкосуглинистой почве с озимой пшеницей установлено, что максимальное содержание сырого белка в зерне (13,3–13,5 %) и сырой клейковины (30,6–31,1) отмечено при применении медных удобрений с регуляторами роста МикроСил Медь и МикроСтим Медь на фоне N₂₀P₆₄K₁₄₀ + N₇₀ + N₄₀+ N₄₀ (табл. 3).

Таблица 3. Влияние макро- и микроудобрений на качество озимой пшеницы сорта Богатко в среднем за 2012–2014 гг.

Содержанием сахаров определяется техническая ценность сахарной свеклы и питательная многих овощных культур. На содержание сахаров и другие показатели качества этих культур влияют виды, дозы, сроки и способы внесения удобрений. В опытах Института почвоведения и агрохимии НАН Беларуси установлено негативное влияние высоких доз азотных удобрений на сахаристость и технологические качества сахарной свеклы. Максимальные дозы азотных удобрений не должны превышать 130–150 кг/га. Избыточное азотное питание приводит к накоплению альфа-аминного азота в корнеплодах и снижению чистоты клеточного сока, что в результате уменьшает выход сахара.

Влияние фосфорных удобрений на урожайность и сахаристость в значительной степени зависит от содержания в почве подвижных форм фосфора: если оно невысоко, фосфорные удобрения оказывают положительное действие. По обобщенным данным, при оптимальных дозах фосфорные удобрения повышают сахаристость корнеплодов сахарной свеклы на 0,6–1,3 %, калийные – на 0,3–1,4 и борные – 0,3 %.

Основной источник растительных жиров – масличные культуры (рапс, горчица, подсолнечник). На повышение масличности семян существенное влияние оказывают фосфорные и калийные удобрения. Внесение этих удобрений может повысить содержание жира в семенах на 2–4 %. Качество масла тем выше, чем больше оно содержит ненасыщенных жирных кислот. Под действием азотных удобрений количество ненасыщенных жирных кислот уменьшается, а фосфорных и калийных увеличивается.

В последние годы для засушливых почвенно-климатических условий крайнего востока степной зоны Украины создано и рекомендовано для производства много новых высокоурожайных сортов озимой пшеницы. В основном, это высокопродуктивные интенсивные сорта нового поколения селекции Селекционно-генетического института: Одесская 267, Селянка, Виктория одесская, Куяльник, Сирена одесская, Пошана, Повага и некоторые другие, которые для полной реализации своей зерновой продуктивности требуют оптимизации всех агротехнических факторов возделывания. В первую очередь, это касается вопросов минерального и, особенно, азотного питания.

Многочисленными исследованиями ученых-аграриев установлено, что не менее половины (50% и более) прибавки в урожайности зерновых культур достигается за счет правильного и сбалансированного применения удобрений и 50% прироста приходится на совершенствование других технологических приемов агротехники, сорта и мелиорацию (Б.С.Носко, 1986; Б.А.Ягодин, 1989 и др.)

Доказана целесообразность дробного внесения азота для дальнейшего повышения урожайности и качества зерна в виде весенних подкормок в суммарной дозе, не превышающей 45-70 кг/га д.в. (В.В.Шабашов, Г.Г.Дуда, А.А.Егоршин, А.В.Барановский, 1990; Ю.И.Усатенко, П.Г.Лапко, Д.И.Микитюк, 1995 и другие).

Однако вопросы азотного питания ранее изучались на озимой пшенице старых экстенсивных и полуинтенсивных сортов - Северодонская, Тарасовская 29, Одесская 51, Альбатрос одесский, Донецкая 46 и др.

Одесские сверхсильные сорта нового поколения Одесская 267, Селянка, Куяльник, Лузановка и другие, обладающие очень высоким потенциалом урожайности, для полной реализации запаса своей зерновой продуктивности требуют повышенного агрофона минерального и, в первую очередь, азотного питания.

Согласно данным В.Соколова, А.Литвиненко, Ф.Поперели, С.Лыфенко (2000) для получения урожая порядка 45-50 центнеров зерна озимой пшеницы, соответствующего по содержанию белка и клейковины требованиям первого-второго, в крайнем случае, третьего класса, на южных черноземах в условиях Одесской области необходимо вносить на каждый гектар посевов, возделываемых по интенсивной технологии и по лучшим предшественникам, не менее 150 кг азота, что эквивалентно 4,5 ц аммиачной селитры.

Поэтому возникла актуальная потребность в проведении соответствующих исследований по уточнению доз, сроков, способов и кратности внесения азотных туков под новейшие сорта озимой пшеницы в условиях крайнего востока страны (Луганская область).

Исследования были проведены в полевом севообороте лаборатории растениеводства Луганского института АПП в течение 2000-2002 гг. на черноземе обыкновенном слабосмытом на лессовидном суглинке с содержанием в пахотном слое (0-25 см): гумуса (по Тюрину) - 4,2-4,3%; валового азота (по Кьельдалю) - 0,24-0,26%; подвижного фосфора - 8 мг, обменного калия - 15 мг на 100 г почвы (по Чирикову); суммы поглощенных оснований - 41,9 мг-экв. на 100г почвы; рН (водное) - 7,5. Агротехника - общепринятая для условий области. Фон Р₂₀ вносится в виде гранулированного суперфосфата под допосевную культивацию.

Предшественник - черный пар. Сорт озимой пшеницы - Одесская 267. Повторность в опыте - трехкратная. Посев проводили в оптимальные сроки нормой 4,5млн/га всхожих семян. Площадь учетной делянки - 50 м 2 . В начале выхода в трубку озимых проводилась фоновая обработка посевов 3-компонентной баковой смесью пестицидов: тилт, 25% к.э. (0,5 кг/га), фастак, 10% к.э. (150 г/га) и луварам 50% в.р.к. (1 л/га). Уборка урожая проводилась с помощью селекционного комбайна Сампо 500. Математическая обработка урожайных данных проводилась методом дисперсионного анализа (Доспехов Б.А., 1985).

Для характеристики условий увлажнения почвы в период вегетации озимой пшеницы необходимо отметить, что запасы продуктивной влаги в метровом слое почвы опытного участка при посеве составляли осенью 2000 года - 115,2 мм, 2001 года - 112,3, в период ВВВВ в 2001 году - 135,3, в 2002 - 167,0; в начале фазы выхода в трубку, соответственно - 155,7 и 112,5; в начале колошения - 127,3 и 60,2 и перед уборкой урожая - 89,3 и 34,8 мм.

В результате проведенных исследований установлено, что при возделывании озимой пшеницы Одесская 267 по черному пару внесение азотных удобрений существенно повышало урожайность культуры (табл. 1). При этом прибавка зерна от удобрений колебалась от 9,0 до 16,1 ц/га (16,6-26,3%). В среднем за 2001-2002 гг. наиболее эффективной по окупаемости вносимых туков азотных удобрений выявлена доза 60 кг/га д.в. азота, а наиболее эффективным сроком - весенняя прикорневая подкормка в конце фазы кущения. В этом случае 1 кг д.в. азота, вносимого с удобрениями, обеспечивал получение дополнительно 23,0 кг зерна озимой пшеницы при полном отсутствии полегания растений. Дальнейшее повышение доз азота при одноразовом внесении свыше N₉₀ не способствовало существенному повышению урожайности культуры, и только приводило к частичному (20-37%) в 2001 г. и полному (100%) в 2002 году полеганию хлебостоя на делянках. Максимальная урожайность посевов (60,6-61,9 ц/га) получена при дробном внесении азотных удобрений: N₆₀ - рано весной поверхностно вразброс по таломерзлой почве + N₆₀ в прикорневую весеннюю подкормку в фазе кущения локально дисковой сеялкой СЗ-3,6 + N₆₀ в некорневую подкормку в начале колошения водным раствором карбамида. Однако в этом случае также отмечено полегание растений: 17% в 2001 и 95% в 2002 году.

Таким образом, несмотря на более поздние сроки весенних подкормок, суммарные дозы азота в 120-150 кг/га д.в. являются чрезмерными для сорта озимой пшеницы Одесская 267 при возделывании по черному пару по общепринятой технологии. Однократное внесение эквивалентного количества азотных туков в осенний или ранневесенний периоды также приводило к частичному (20-37%) в 2001 и полному (100%) в 2002 году полеганию хлебов и даже некоторому снижению урожайности зерна в сравнении с более низкими (N_60-90) дозами азотных удобрений. Дробление дозы азота N₁₂₀ для внесения весной в два срока: N₆₀ рано весной по таломерзлой почве + N₆₀ в прикорневую подкормку в конце весеннего кущения также не повышало урожайности культуры в сравнении с однократной прикорневой подкормкой в конце кущения в дозе N₆₀, но резко увеличивало степень полегания хлебов (на 16% в 2001 г. и на 90% в 2002 г.). То есть избыток азота в ранневесенний период даже на фоне оптимальных влагозапасов метрового слоя почвы в этот период играл негативную роль в формировании высокой зерновой продуктивности озимых посевов.

Анализ качественных показателей зерна свидетельствует о том, что максимальное количество белка (14,02-14,99%) и сырой клейковины (22,2-32,4%) накапливается именно при повышенных (N_120-150) дозах весеннего внесения азотных удобрений (табл. 2), что соответствовало требованиям 3-го, а в 2002 г. - даже 2-го класса на заготавливаемую пшеницу. Полученные данные свидетельствуют о том, что азот нужно вносить дробно весной в более поздние фазы развития растений (выход в трубку и колошение). Прикорневая весенняя подкормка в конце кущения в дозе N₆₀ не обеспечивает получение высококачественного зерна пшеницы, если она не сочетается с некорневой подкормкой карбамидом в дозе N₃₀ и более в фазе колошения - молочной спелости зерна.

Без применения азотных удобрений выращенное зерно озимой пшеницы соответствовало требованиям технических условий на заготавливаемую пшеницу 4 класса в 2001 г. и 6 класса - в 2002 г.

Демешев Л.Ф., доктор сельскохозяйственных наук, Институт зернового хозяйства

В условиях дерново-подзолистых почв из всех питательных элементов азот оказывает наибольшее влияние на урожайность и качество продукции. В структуре себестоимости растениеводческой продукции заметная доля затрат приходится на применение азотных удобрений, которые порой превышают выручку от прироста урожая за счет их внесения. Такой подход неприемлем как с экономической, так и с экологической точек зрения. Как же можно повысить отдачу от азотных удобрений?

Эффективность отдельных мероприятий в каждом хозяйстве зависит от планирования норм внесения азотных удобрений, их целевого использования и контроля эффективности. При этом необходимо учитывать зависимость между различными факторами, влияющими на эффективность внесения азотных туков.

Порог рентабельности, или зона оптимума азота

Внесение азотных удобрений окупается до тех пор, пока затраты на них покрываются получаемой прибавкой урожая.

По расчетам ученых, экономически обоснованная (оптимальная) урожайность, достигнутая за счет азотных удобрений, меньше потенциально максимальной урожайности.

Основой для определения экономического оптимума служат исследования по повышению доз азотных удобрений в конкретных полевых условиях. Исследованиями установлено то количество азота, которое в условиях хозяйства обеспечит максимальный доход (рис. 1) . В ситуации, когда азота внесено меньше, чем это необходимо для достижения экономического оптимума — деньги выбрасываются на ветер. При внесении азотных удобрений сверх экономического оптимума прирост урожайности не сможет покрыть затраты на их внесение.

Более точно определить значение экономического оптимума можно только после уборки урожая и проведения исследований по содержанию азота. Чем больше факторов будет учтено при планировании внесения азотных удобрений, тем точнее расчет. К наиболее важным факторам относятся:

динамика урожайности по годам;
цена на азотные удобрения;
закупочные цены на сельхозпродукцию.

Рисунок 1. Влияние цен на азотные удобрения на экономически обоснованную урожайность зерна пшеницы [3]

Влияние погодных условий и места возделывания

Многолетними исследованиями зарубежных ученых установлено, что на одном и том же месте возделывания озимых зерновых, при одинаковом предшественнике оптимальное количество азотных удобрений в разные годы может значительно различаться: от 170 до 240 кг N/га при среднем уровне 199 кг N/га (Rothamsted, Англия).

Урожайность зависит и от условий места возделывания (запасов минерального азота в почве Nmin, потенциала восполнения запасов азота, обеспеченности влагой). Эти величины нельзя точно измерить, поэтому их оценка базируется на множестве неизвестных. Уже установлено, что в условиях засухи азотные удобрения, внесенные в начале вегетации зерновых культур, в большинстве случаев имеют преимущество над их последующим дробным применением.

Влияние цен на удобрения и закупочных цен на продукцию

Цены на азотные удобрения растут по мере роста затрат на их производство, а также меняются в зависимости от мирового спроса и предложения, от курсов валют, что отражается на их рентабельности.

Ученые Германии рассчитали экономически оптимальную дозу азота, исходя из цены на зерно пшеницы 100 €/т. Из их расчета следует, что при повышении цены на КАС на 10 €/т дозу азота экономически обоснованно снижать на 2 кг N/га.

Аналогичное влияние оказывают и закупочные цены на сельхозпродукцию. При цене на КАС 180 €/т снижение или повышение закупочной цены на пшеницу на 2 €/т повлияет на величину экономически оптимальной дозы в пределах 6-8 кг N/га.

Впрочем, на практике стоимость удобрения и закупочные цены на продукцию едва ли влияют на дозы внесения азота. Как правило, даже при более высоких ценах на азотные удобрения меньше их не вносят. Решающим является эффективность азота, выраженная окупаемостью в виде полученной дополнительной продукции. Основную роль играют такие факторы, как качество удобрения, содержание и степень усвоения питательных веществ, наличие дополнительных питательных элементов, затраты на внесение. Следует также заботиться о сбалансированном соотношении азота с фосфором и калием, поскольку чрезмерное, недостаточное или несбалансированное внесение азота с другими элементами питания может дорого обойтись.

Потребность отдельных культур в азоте определяется не только возможным уровнем урожайности, но и требуемым качеством продукции. Поэтому для улучшения качества продукции дозы азота под картофель, свёклу, лён и овощные культуры ограничены.

Источники азота для растений

Дозы азотных удобрениях рассчитывают, исходя из возможного выноса азота планируемым урожаем культуры за вычетом содержащихся в почве запасов азота в доступных для растений формах (Nmin — сумма нитратного и аммонийного азота), предшественника и доз органических удобрений.

Основные источники азота в начале вегетации весной — это запасы Nmin в почве после зимы и восполнение этих запасов в период вегетации после минерализации органических остатков (рис. 2) . Эти источники играют важную роль в обеспечении растений азотом, но сильно колеблются по годам, поэтому и потребность в азотных удобрениях на одном и том же участке в разные годы может меняться.

Рисунок 2. Модель потребления азота озимой пшеницей из различных источников (урожайность зерна 80-100 ц/га) [3]

На запасы Nmin в почве весной влияют погодные условия, тип почвы и технология возделывания, от которых количество в почве доступного растениям азота может изменяться от 10 до 200 кг/га. В основном запасы минерального азота возрастают по мере окультуривания почвы. В сравнении с зерновыми, такие предшественники, как рапс, овощные и бобовые культуры оставляют после себя много растительных остатков. Постоянное внесение органических удобрений также повышает запасы в почве Nmin, которые растения используют в период вегетации.

Обильные осадки и их просачивание в осенне-зимний период вглубь почвы вымывают доступные запасы азота, поэтому судить о запасах доступного растениям азота в почве можно лишь на основе анализа почвы на содержание Nmin.

Скорость минерализации органических остатков в течение вегетации (биологическая активность почвы) и высвобождения доступного азота зависит от способа обработки почвы, ее структуры, температуры, влажности, рН почвы, аэрации, окультуренности.

Накопление азота в почве во многом определяется составом культур севооборота. Включение в севооборот многолетних трав, сидератов, бобовых культур, способствует накоплению в почве органических остатков, что позволяет снижать потребность в азотных удобрениях.

Особенности усвоения азота культурами

Разные культуры усваивают азот из почвы в различных количествах. Озимые культуры, стартующие в развитии ранней весной (рапс, пшеница, тритикале и рожь), даже при низкой температуре почвы, реагируют на минеральные удобрения значительным приростом урожая. Ввиду особенностей их биологического развития температура почвы для обеспечения их азотом играет незначительную роль.

Потребление азота культурами тесно связано не только с их биологическими особенностями, но и с уровнем возможной урожайности. Озимая пшеница активно поглощает азот после фазы колошения и при высокой урожайности. При формировании низкой и средней урожайности растения пшеницы усваивают азот из почвы значительно меньше, а к цветению этот процесс вообще прекращается. В данном случае азот, накопленный в растении, перенаправляется в формирующееся зерно.

В сравнении с озимой пшеницей, кривая потребления азота озимой рожью, озимой тритикале и озимым ячменем идет более плавно, поскольку эти зерновые культуры весной развиты сильнее, усвоив больше азота. Поэтому они образуют зерно с низким содержанием протеина.

Поглощение азота озимым рапсом также имеет свои особенности. После сева и до ухода в зимовку его растения потребляют азота 50-80 кг/га. Это говорит о том, что рапс, как озимая культура, до наступления холодов образует мощную корневую систему и может использовать азот, находящийся на глубине до 90 см. При достаточном количестве азота в почве и благоприятных условиях роста рапс может извлечь из почвы 200 кг/га азота, хотя такое количество не является необходимым для формирования высокой урожайности.

Для рапса также характерна ярко выраженная потребность в азоте с начала возобновления вегетации весной и вплоть до цветения. При урожайности семян более 40 ц/га к периоду цветения биомассой рапса потребляется около 300 кг/га азота. В дальнейшем усвоение азота культурой заметно снижается. С урожаем семян рапса выносится только 140 кг/га азота. После уборки значительное количество азота остаётся в почве с пожнивными остатками и соломой. Результаты исследований показывают, что по сравнению с другими культурами рапс имеет наибольшую разницу между потреблением азота и выносом его с урожаем.

Культуры с длительным периодом вегетации (кукуруза и сахарная свекла) в жаркие летние месяцы потребность в азоте во многом компенсируют из запасов почвы. В этом случае прирост урожая можно получить за счет органических удобрений. При регулярном внесении органических удобрений можно рассчитывать на постепенное высвобождение из них азота в течение всего периода вегетации.

Сложность определения потребности в азотных удобрениях

В годы с высоким содержанием в почве доступных форм минерального азота Nmin и значительным усвоением его растениями даже при внесении небольших доз азотного удобрения можно получить оптимальную урожайность.

Установлено, что между урожайностью и дозой азотного удобрения часто нет прямой взаимосвязи. Поэтому на практике при определении дозы азотного удобрения нельзя исходить только из планируемой урожайности. По этой же причине невозможно дать общие рекомендации по внесению азотных удобрений. Каждую ситуацию следует рассматривать отдельно не только на конкретном поле, но и в разрезе элементарных неоднородных участков поля. В таких условиях определяющими остаются опыт и знания самого агронома.

Для расчета потребности культуры в азотных удобрениях чаще используют балансовый метод:

Планируемая урожайность × содержание N в культуре (вынос с урожаем) = общая потребность в азоте – запасы в почве Nmin к началу вегетации – минерализация органического вещества за вегетацию (в зависимости от содержания в почве гумуса, предшественника, органических удобрений) ± корректировка в зависимости от условий произрастания, состояния посевов и начала вегетации. В итоге получаем потребность культуры в азотном удобрении.

Для корректировки дозы азота при некорневых подкормках зерновых культур в зависимости от условий вегетации применяется экспресс-анализ растений в фазу трубкования — колошения, который наиболее точно показывает обеспеченность посевов азотом.

Современная сенсорная техника (технологии точного земледелия) позволяет определять изменения качественного состава почвы на неоднородных участках и уровень поступления в растения азота, благодаря чему также повышается эффективность использования удобрений.

Предпосылки эффективного усвоения азота:

Оптимальный уровень кислотности почвы (рН 5,5-6,0).
Достаточная обеспеченность почвы подвижными формами фосфора и калия (200-300 мг/кг), серой, магнием, микроэлементами. Использование комбинированных азотно-серных удобрений (при высокой потребности культур в сере), азотно-фосфорных удобрений или NPK для ускорения развития культур в сложных условиях осени или весной.
Равномерное распределение и заделка в почву пожнивных остатков, органических и минеральных удобрений, благодаря чему урожайность зерна может увеличиваться на 2-5 ц/га.
Качественная подготовка почвы и оптимальные сроки сева.
Здоровое состояние растений (своевременное применение средств защиты растений).
В засушливых регионах важно использовать влагосберегающие технологии, подбирать устойчивые к стрессу от засухи культуры, а азотные удобрения вносить преимущественно в начале вегетации.

Дефицит питательного элемента может проявиться при недостаточном развитии корневой системы в период похолодания или засухи. В этом случае целесообразны некорневые подкормки. При запланированной урожайности зерновых культур свыше 40 ц/га рекомендуется профилактическое внесение микроудобрений при инкрустации семян перед севом и в некорневые подкормки посевов в критические периоды развития.

Продовольственной пшенице необходимо больше азотных удобрений для достижения качественных параметров, чем фуражной. Подкормка посевов азотом до стадии ДК39 (флаг-лист) работает на урожай зерна. Последующие подкормки от стадии ДК49 (начало колошения) улучшают качество зерна, повышают содержание сырого протеина. Прежде, чем проводить позднюю подкормку азотом с целью повышения качества зерна, нужно рассчитать компенсацию этих затрат возможной доплатой за качество зерна.

На легких песчаных и супесчаных почвах не рекомендуются поздние азотные подкормки пшеницы. В благоприятные по влагообеспеченности годы с высокой запланированной урожайностью целесообразны подкормки озимых зерновых азотом в фазу колошения. В регионах с повторяющимися засухами целесообразно объединять 2-ю и 3-ю подкормки азотом в одну в фазу трубкования с применением медленнодействующих азотных удобрений.

Анализируем баланс азота

После уборки урожая агроном сопоставляет затраты на возделывание культуры и полученный от ее реализации доход. В отношении азотных удобрений это означает рассчитать баланс азота, который поможет определить эффективность доз азотных удобрений для конкретной культуры. Баланс азота выражается в сальдо (разница между приходом и расходом) (рис. 3) .

На основании результатов многочисленных опытов и производственных данных немецкие специалисты пришли к следующим выводам:

На плодородных суглинистых почвах при оптимальной урожайности зерна озимой пшеницы 80-90 ц/га эффективность азотных удобрений высокая и обеспечивает небольшое положительное сальдо азота.
На легких супесчаных почвах получение оптимальной урожайности (45-55 ц/га) связано с существенным ростом сальдо в балансе азота. Причиной тому являются высокие потери азота при вымывании и низкий потенциал его дополнительного поступления.
Условия, которые ведут к повышению урожайности (почвенные условия и оптимальная технология возделывания), снижают сальдо в балансе азота.
Сохранение посевов пшеницы здоровыми до созревания с помощью применения пестицидов улучшает усвоение азота и снижает его непродуктивные потери.

Рисунок 3. Соотношение баланса азота с уровнем урожайности озимой пшеницы на разных по плодородию почвах [3]

Отечественными учеными-агрохимиками предложены ориентировочные оптимальные параметры интенсивности баланса азота (поступления к выносу урожаем) в зависимости от продуктивности пашни для условий Беларуси (табл.) . Показатель интенсивности на уровне 100% характеризует бездефицитный, а выше этого — положительный баланс.

Таблица. Оптимальная интенсивность баланса азота (%) в зависимости от продуктивности культур [2]

Экономически обоснованные дозы азотных удобрений могут существенно различаться в зависимости от почв, региона, хозяйства, погодных условий в период вегетации. Запасы в почве доступного азота весной и восполняемые ресурсы N после минерализации органического вещества почвы в течение вегетации являются основополагающими для расчета потребности культур в дополнительном внесении азотных удобрений. На эффективное усвоение азота культурами влияют условия внесения азотного удобрения (влагообеспеченность и рН почвы, доступность макро- и микроэлементов, структура почвы и др.). Решающим фактором является прирост урожая в результате внесения удобрений, покрывающий затраты на его приобретение и применение.

Литература:

Показана эффективность применения различных форм азотных удобрений на посевах яровой пшеницы Новосибирская 29. В период вегетации проведены фенологические наблюдения. В фазу начала молочной спелости пшеницы определен ряд показателей, связанных с продуктивностью растений: количество стеблей и продуктивных стеблей на единице площади, высота растений, количество колосков в колосе. В фазу созревания определены и изучены элементы структуры урожая: число продуктивных стеблей, число колосков в колосе, число зёрен в колосе, масса 1000 зёрен. Опытным путём установлено, что продуктивная кустистость по вариантам опыта изменялась от 1,03 до 1,22. Число стеблей с колосом по вариантам варьировало от 307 до 465 шт/м 2. Наибольшее число стеблей яровой пшеницы (465 шт/м 2) при продуктивной кустистости 1,22 было отмечено в варианте с применением КАС-32, при этом масса 1000 зёрен составила 32,6 г, а урожайность 42,4 ц/га. Минимальная же кустистость (307 шт/м 2) отмечалась в контроле, где, помимо этого, отмечалось снижение всех структурных показателей, таких как длина колоса, число колосков, количество зёрен в колосе. Зерно в данном варианте было мелкое, щуплое, масса 1000 зёрен составила 24,9 г, что позволило сформировать всего 14,5 ц/га. В лабораторных условиях определён качественный состав зерна, который во многом зависел от вида удобрения, и на основании ГОСТ 9353-90 были определены классы зерна. Зерно высшего класса получено в варианте с КАС - 32, первого класса - в варианте с аммиачной селитрой и третьего класса - в контроле.

Ключевые слова

Об авторах

Список литературы

1. Моисеев А. Н., Коноплин М. А., Рзаева В. В. Формирование урожайности яровой пшеницы в полевых совооборотах северной лесостепи тюменской области // Инновации в науке: сб. ст. по материалам XX Междунар. науч.-практ. конф. - Новосибирск: СибАК, 2013.

2. Доспехов Б. А. Методика полевого опыта. - М.: Агропромиздат, 1985. -351 с.

3. Харисова Г. В. Создание исходного материала для селекции яровой мягкой пшеницы в условиях Северного Зауралья: дис. … канд. с.-х. наук. - Тюмень, 1988. - 198 с.

4. Моисеева К. В. Совершенствование технологии возделывания яровой пшеницы в условиях Северного Зауралья: дис. … канд. с.-х. наук. - Тюмень, 2004. - 189 с.

5. Цуркан К. П. Современный подход к системе питания культур // Практика использования КАС в крупных агрохолдингах Киев. - 2010. - 63 с.

6. Методика государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур. - М.: Колос, 1983. - Вып. 1-2. - С. 6-57.

7. Кормовые бобы Сибирские/Н. И. Кашеваров, Р. И. Полюдина, А. А. Полищук [и др.] // Кормопроизводство. - 2008. - № 4. - С. 20-21

8. Гамзиков Г. П. Агрохимия азота в агроценозах - / Россельхозакадемия. Сиб. отд-ние; Новосиб. ГАУ. - Новосибирск, 2013. - 790 с.

9. Петров А. Ф. Совершенствование технологии возделывания кормовых бобов на зерно и кормовые цели в условиях лесостепи Западной Сибири: дис. … канд. с.-х. наук. - Новосибирск, 2007.

10. Гамзиков Г. П., Лапухин Т. П., Уланов А. К. Эффективность систем удобрения в полевых севооборотах на каштановых почвах Забайкалья// Агрохимия. - 2005. -№ 9. - С. 24-30.

Читайте также: