Оптимизация доз азотных удобрений

Азот удобрений в мировом земледелии и в нашей стране занимает наибольший удельный вес. И в дальнейшем актуальность проблемы азота в земледелии, доля азота в составе минеральных удобрений будут возрастать. Это объясняется тем, что азот - элемент лабильный и в почве в минеральной форме не накапливается. С повышением содержания в почве других биогенных элементов (фосфора, калия, микроэлементов), ее плодородия и окультуренности в целом азот будет определять величину и качество урожая. Это уже сейчас наблюдается в ряде стран, где десятки лет применяются высокие дозы фосфорно-калийных и других минеральных удобрений и создан достаточный уровень содержания этих элементов в почве.

Вследствие низкого коэффициента использования азота (40-50%) и высокой его подвижности в почве создается его дисбаланс в земледелии. Избыточный азот загрязняет окружающую среду. Поэтому нужна надежная, научно обоснованная и проверенная практикой земледелия диагностика оптимизации доз азотных удобрений.

Потребность сельского хозяйства в азотных удобрениях по природно-экономическим зонам страны в большинстве случаев прогнозируется по данным Географической сети полевых опытов, проводимых научными учреждениями и системой агрохимслужбы. На основе этих опытов разрабатываются нормативы затрат азота удобрений на прирост урожая сельскохозяйственных культур. В соответствии с планируемым урожаем и производством объема продукции определяется общая потребность зоны, республики, области или хозяйства в азотных удобрениях. Обобщение данных полевых опытов, их анализ и выдача необходимой информации проводятся с помощью ЭВМ и разработанных соответствующих программ, которые корректируют оптимальную потребность в азоте в зависимости от наличия удобрений, изменения структуры посевных площадей, планируемой урожайности, прогноза погоды на предстоящий год и т.д.

В большинстве случаев под конкретную сельскохозяйственную культуру оптимальную дозу азотного удобрения определяют по данным полевых опытов, проводимых в местных условиях научно-исследовательскими учреждениями, и по результатам агрохимического анализа почвы на содержание гумуса, легкогидролизуемых форм органического азота, по нитрификационной способности почвы или наличию минеральных форм азота в почве. Однако не все перечисленные показатели достаточно хорошо коррелируют с отзывчивостью растений на азотные удобрения.

В последнее время в практике мирового земледелия все большее распространение получает оптимизация доз азотного удобрения по содержанию минерального (нитратного и аммиачного) азота в почве (метод Nмин). Эффективные дозы азота под ту или иную культуру зависят от региона. Поэтому модификация методов диагностики азотного удобрения имеет свои зональные особенности. Существуют разные подходы при определении доз азотного удобрения по содержанию минерального азота в почве, т.е. при применении метода Nмин.

  • Допускается одинаковое усвоение растениями минерального азота почвы и удобрений. Зная потребность культурного растения в азоте на планируемый урожай и содержание минерального азота в почве, разницу компенсируют внесением азотного удобрения (табл. 5.2).

Таблица 5.2. Дозы азотного удобрения, необходимые для получения планируемых урожаев озимой пшеницы в зависимости от обеспеченности почв усвояемым азотом перед посевом (слой 0-60 см) (Никитишен, 1986)
Плани-
руемый
Средний
вынос
Количество нитратного и аммонийного азота, кг/га
72-9696-120120-144144-168168-192192-216
Типичный чернозем
40964520----
45112755025---
50128100755530--
551441251008055>30-
60160155130105806030
651761801551301058550
Серая лесная почва
401115025----
4512975503020--
501471007555402520
5516412510080655040
60182150125105907565
6520017515013011510090

В этом методе не учитываются последействие органических и минеральных удобрений, мобилизация дополнительного азота «экстра» вследствие активизации процессов минерализации органического вещества почвы, влияние вида предшествующей культуры севооборота на азотный режим почвы, нитрификационная способность почвы, периодичность питания растений азотом, глубина взятия образцов почвы на агрохимический анализ по культурам в зональном аспекте, коэффициент использования азота почвы и удобрений в зависимости от культуры, свойств почвы, складывающихся погодных условий и т.д. Поэтому этот метод нуждается в совершенствовании.

В настоящее время широко проводятся поиски наиболее надежных методов оптимизации доз азота для конкретных условий.

  1. Второй вариант метода Nмин заключается в определении индексов обеспеченности почвы минеральным или нитратным азотом и соответственно установлении степени нуждаемости культуры в азоте и дозы азотного удобрения. В наибольшей степени этот метод хорошо проработан наукой и получил широкое практическое применение при диагностике азотного удобрения под сельскохозяйственные культуры для районов Сибири. Например, для районов Западной Сибири разработана шкала потребности зерновых культур в азотных удобрениях (табл. 5.3).

Таблица 5.3. Шкала потребности зерновых культур в азотных удобрениях в зависимости от содержания N - NO3 в слое почвы 0-40 см осенью или весной (по Кочергину, 1984)
N-NO3Обеспечен-
ность растений
азотом почвы
Потребность в
азотных
удобрениях
Ориентировочные
дозы азотных
удобрений, д.в.
кг/га
мг/кг почвыкг/га
Уровень обеспеченности растений фосфором низкий и средний (до 10 мг Р2О5 на 1 кг почвы, по Францессону)
0-50-25очень низкаяочень сильная60
5-1025-50низкаясильная45
10-1550-75средняясредняя30
>15>75высокаяотсутствует0
Уровень обеспеченности растений фосфором высокий (15-20 мг Р2О5 на 1 кг почвы, по Францессону)
0-100-50очень низкаяочень низкая80
10-1550-75низкаясильная60
15-2075-100средняясредняя45
>20>100высокаяотсутствует0

Для расчета дозы азотных удобрений на планируемый урожай рекомендуется также формула $$\mathcal{Д}_N = \frac{A - (N_{ИСХ} + N_{ТН})n}{C},$$

где А - вынос азота с запланированным урожаем основной и побочной продукции (кг/га); NИCX - азот нитратов в слое почвы 0-50 см до посева (кг/га); NTH - азот текущей нитрификации за период вегетации сельскохозяйственной культуры (кг/га); n - коэффициент использования N-NO3 почвы; С - коэффициент использования растениями азота минеральных удобрений (автором принято n = 0,8, а С = 0,6; эти коэффициенты различны для каждой зоны).

  1. Определение потребности в азотных удобрениях и ориентировочных их доз для отдельных культур проводится также по содержанию минерального азота в почве и величине ее нитрификационной способности. Эта методика разработана для районов Поволжья и Оренбургской области и рекомендуется для широкого использования в практике земледелия. В табл. 5.4 показана потребность в азотных удобрениях для озимых в зависимости от содержания азота в почве до посева.

С теми или иными изменениями эти методы диагностики азотного удобрения разрабатываются и используются и в других районах нашей страны.

Азот в почве весьма подвижен, что в районах достаточного увлажнения и при орошении, особенно на легких почвах, может привести к значительным его потерям и снижению эффективности азотных удобрений. С учетом же периодичности питания растений важно оптимизировать азотный режим в процессе вегетации путем дробного внесения удобрений. А это возможно при применении комплексной почвенно-растительной диагностики азотного питания растений. В нашей стране вопросы растительной диагностики и оптимизации минерального питания сельскохозяйственных культур получили значительное развитие благодаря работам К.П. Магницкого, В.В. Церлинг, Н.К. Болдырева, Ю.И. Ермохина и др.

Таблица 5.4. Содержание подвижного азота в почве в слое 0-40 см перед посевом озимых и потребность в азотных удобрениях на черноземах
N-NO3 мг/кг почвыПотребность
в азотных
удобрениях
Ориентировочные дозы удобрений, кг/га
Исходное
содержание
нитратов
Содержание нитратов
после 7-дневного
компостирования
(нитрификационная
способность)
NР
<5<15*сильная9040
5-1015-25средняя6040
10-1525-30слабая20-3060
>15>30отсутствует30**60-90

* Нитрификационная способность без вычета исходного содержания нитратов.
** Только в виде подкормки.

В.В. Церлинг рекомендует устанавливать степень обеспеченности, например, озимых зерновых азотом по содержанию нитратного и общего азота в растениях в фазы кущения и трубкования (табл. 5.5).

Таблица 5.5. Степень обеспеченности озимых зерновых азотом по его содержанию в растениях по фазам развития
Степень
обеспеченности
Кущение, 3 листаТрубкование, 4-5 листьев
1212
Очень слабая0-1002,50-502,0
Слабая101-2002,5-3,051-1002,0-2,8
Средняя220-7105,0-5,5101-2202,9-3,7
Высокая>710>5,5>2203,8-4,4
Примечание. 1 - N-NO3, мг/кг сырого вещества,
2 - общий азот, % от сухого вещества.

Исходя из содержания нитратного и общего азота в растениях, состояния посевов после перезимовки и в момент отбора проб планируемого урожая устанавливают ориентировочные дозы азотных удобрений для подкормки озимых культур в соответствующую фазу (табл. 5.6).

Таблица 5.6. Применение дозы азотных удобрений для подкормки озимых в фазе трубкования (4-5 листьев) по результатам анализа растений, д. в. кг/га
Степень
обеспеченности
N-NO3, мг/кг
сырого
вещества
Nобщ, % от
сухого
вещества
Планируемый урожай, ц/га
21-3031-40>40
Очень слабая0-502,040-6060-8080-100
Слабая51-1002,0-2,820-4040-6060-80
Средняя101-2202,9-3,72020-4040-60
Высокая>2203,8-4,402040

Для определения нуждаемости растений в питательных веществах используют или всю надземную массу, или отдельные (индикаторные) органы. Для растительной диагностики используются портативные полевые лаборатории, позволяющие быстро определить нуждаемость растений в подкормке азотом. Для этого у отобранных растений сразу срезают нижнюю часть стебля (1-2 мм) и помещают на стекло прибора. Затем стеклянным пестиком выдавливают сок и наносят на него 1-2 капли дифениламина (1%-й раствор дифениламина в концентрированной H2SO4). Интенсивность окраски сравнивают со шкалой прибора. Обеспеченность растения азотом определяют из 10-15 анализов.

Расчет доз азота, как и других элементов, можно проводить балансовым методом. В нашей стране большой вклад в разработку и совершенствование этого метода внесли А.В. Соколов, З.И. Журбицкий, И.С. Шатилов, Н.К. Болдырев и др.

Определение количества эффективного азота (Nэф), которое дает растению сама почва в течение вегетации, по содержанию Nмин в начале вегетации проводится по формуле $$N_{эф}(\text{кг/га}) = \frac{N_{мин}dh\mathcal{КИП}N_{мин}}{10 \cdot 100},$$

а расчет дозы азота для получения запланированного урожая (или прибавки) производится по уравнению $$\mathcal{Д}_N(\text{кг/га}) = \frac{(B - N_эф)\cdot100}{\mathcal{КИУ}(\%)}$$

где ДN - доза азота на запланированный урожай (кг/га); В - вынос азота запланированным урожаем культуры (кг/га); Nмин - содержание минерального азота в почве (N-NO3 + N-NH4) (мг/кг); Nэф (кг/га) - количество эффективного азота, которое растения получают из почвы (определенного ее слоя), с учетом текущей нитрификации в почве, определяемой показателем КИП (%); КИП Nмин - коэффициент использования минерального азота почвы (%) (для азота нитратов в черноземе в слое 0-30 см он равен 200%); КИУ - коэффициент использования азота из минеральных удобрений; d - объемная масса 1 см3; h - глубина слоя почвы (см); dh/10 - масса слоя почвы (млн кг) для перевода минерального азота почвы из мг/кг в кг/га; 100 - постоянное число, связанное с выражением КИП и КИУ (%).

Пример расчета доз азота по балансовому методу: N-NO3 в слое 0-30 см обыкновенного чернозема 10 мг/кг, h = 30 см, d = 1,2 г/см3; КИП Nмин = 200%, КИУ N = 60%, В - вынос азота при урожае 40 ц/га зерна составляет 120 кг/га. $$N_{ЭФ}=\frac{10\cdot1,2\cdot30\cdot200}{10\cdot100}=72\; \text{кг/га},$$

тогда по формуле У=Nэф : Ny (где Ny - количество азота в кг, содержащееся в 1 ц зерна) урожай пшеницы (У) за счет почвы будет равен 24 ц/га (72 кг/га : 3 кг/ц).

Доза азота по балансовому методу составит $$\mathcal{Д}_N = \frac{(120-72)\cdot100}{60}=\frac{4800}{60}=80\text{кг/га.}$$

Из 80 кг азота, внесенного под пшеницу, растения используют 60%, или 48 кг, что обеспечит прибавку урожая, равную 48 кг/га : 3 кг/ц = 16 ц/га. В целом запланированный урожай будет обеспечен азотом за счет почвы (24 ц/га) и за счет азота удобрений (16 ц/га).

Ряд исследователей, основываясь на экспериментальных данных, не учитывают КИП и КИУ по азоту. Тогда уравнение расчета доз азота упрощается, т.е. $$\mathcal{Д} = B-\frac{(N_{мин}dh)}{10}.$$

Балансовый метод также не лишен недостатков, так как требует оптимальных значений показателей, включенных в приведенное уравнение.

Следовательно, одной из модификаций метода Nмин или балансовым методом можно с достаточной точностью установить дозу азотного удобрения для получения планируемого урожая озимой пшеницы. Методом растительной диагностики удается проконтролировать уровень азотного питания растений и вносить коррективы путем применения весенней и поздней азотной подкормки посевов. Сочетание методов почвенной и растительной диагностики дает возможность направленно регулировать уровень азотного питания озимой пшеницы в зависимости от разнообразия почвенно-климатических и агротехнических факторов.

В Чехословакии была разработана система контроля за условиями питания зерновых культур по растительному анализу. В фазу трубкования (5 листьев) отбирают растительные образцы и определяют содержание в них азота, фосфора, калия и других элементов. По соотношению элементов устанавливают степень потребности зерновых культур в удобрениях и оптимальные дозы азота для подкормки (табл. 5.7).

Таблица 5.7. Оптимизация доз азотных удобрений при подкормке озимой пшеницы в фазу трубкования на основе химического анализа растений (по Байеру)
Критерий и данные анализа растенийСтепень
потребности
растений в азоте
Оптимальные дозы азота
для подкормки в начале
трубкования (при урожае >40 ц/га),
кг/га
Р,%N:P\(\frac{100\cdot K}{N}\)
>0,30<7,5-очень высокая80-100
7,5-8,5>100средняя60-80
100 и нижевысокая80-100
8,6-10,0>100слабая40-60
10,1-12,5100 и нижесредняя60-80
>100очень слабая30-40
100 и нижеслабая40-60
>12,5>100растенияподкормка
подкормкане нужна
<0,3010,0 и ниже100 и нижеочень слабая очень30-40
>100слабая30-40
10,1-12,5100 и ниже
>100
слабая40-60
растенияподкормка
обеспеченыне нужна
>12,5100 и нижеочень слабая30-40
Поделиться:

Дополнительные материалы по теме: