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).
Плани- руемый | Средний вынос | Количество нитратного и аммонийного азота, кг/га | |||||||
72-96 | 96-120 | 120-144 | 144-168 | 168-192 | 192-216 | ||||
Типичный чернозем | |||||||||
40 | 96 | 45 | 20 | - | - | - | - | ||
45 | 112 | 75 | 50 | 25 | - | - | - | ||
50 | 128 | 100 | 75 | 55 | 30 | - | - | ||
55 | 144 | 125 | 100 | 80 | 55 | >30 | - | ||
60 | 160 | 155 | 130 | 105 | 80 | 60 | 30 | ||
65 | 176 | 180 | 155 | 130 | 105 | 85 | 50 | ||
Серая лесная почва | |||||||||
40 | 111 | 50 | 25 | - | - | - | - | ||
45 | 129 | 75 | 50 | 30 | 20 | - | - | ||
50 | 147 | 100 | 75 | 55 | 40 | 25 | 20 | ||
55 | 164 | 125 | 100 | 80 | 65 | 50 | 40 | ||
60 | 182 | 150 | 125 | 105 | 90 | 75 | 65 | ||
65 | 200 | 175 | 150 | 130 | 115 | 100 | 90 |
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.
- 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).
N-NO3 | Обеспечен- ность растений азотом почвы | Потребность в азотных удобрениях | Ориентировочные дозы азотных удобрений, д.в. кг/га | ||||||
мг/кг почвы | кг/га | ||||||||
Уровень обеспеченности растений фосфором низкий и средний (до 10 мг Р2О5 на 1 кг почвы, по Францессону) | |||||||||
0-5 | 0-25 | очень низкая | очень сильная | 60 | |||||
5-10 | 25-50 | низкая | сильная | 45 | |||||
10-15 | 50-75 | средняя | средняя | 30 | |||||
>15 | >75 | высокая | отсутствует | 0 | |||||
Уровень обеспеченности растений фосфором высокий (15-20 мг Р2О5 на 1 кг почвы, по Францессону) | |||||||||
0-10 | 0-50 | очень низкая | очень низкая | 80 | |||||
10-15 | 50-75 | низкая | сильная | 60 | |||||
15-20 | 75-100 | средняя | средняя | 45 | |||||
>20 | >100 | высокая | отсутствует | 0 |
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).
- 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.
N-NO3 мг/кг почвы | Потребность в азотных удобрениях | Ориентировочные дозы удобрений, кг/га | ||
Исходное содержание нитратов | Содержание нитратов после 7-дневного компостирования (нитрификационная способность) | N | Р | |
<5 | <15* | сильная | 90 | 40 |
5-10 | 15-25 | средняя | 60 | 40 |
10-15 | 25-30 | слабая | 20-30 | 60 |
>15 | >30 | отсутствует | 30** | 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).
Степень обеспеченности | Кущение, 3 листа | Трубкование, 4-5 листьев | ||
1 | 2 | 1 | 2 | |
Очень слабая | 0-100 | 2,5 | 0-50 | 2,0 |
Слабая | 101-200 | 2,5-3,0 | 51-100 | 2,0-2,8 |
Средняя | 220-710 | 5,0-5,5 | 101-220 | 2,9-3,7 |
Высокая | >710 | >5,5 | >220 | 3,8-4,4 |
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).
Степень обеспеченности | N-NO3, мг/кг сырого вещества | Nобщ, % от сухого вещества | Планируемый урожай, ц/га | ||
21-30 | 31-40 | >40 | |||
Очень слабая | 0-50 | 2,0 | 40-60 | 60-80 | 80-100 |
Слабая | 51-100 | 2,0-2,8 | 20-40 | 40-60 | 60-80 |
Средняя | 101-220 | 2,9-3,7 | 20 | 20-40 | 40-60 |
Высокая | >220 | 3,8-4,4 | 0 | 20 | 40 |
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).
Критерий и данные анализа растений | Степень 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 высокая | 80-100 |
7,5-8,5 | >100 | средняя | 60-80 | |
100 и ниже | высокая | 80-100 | ||
8,6-10,0 | >100 | слабая | 40-60 | |
10,1-12,5 | 100 и ниже | средняя | 60-80 | |
>100 | очень слабая | 30-40 | ||
100 и ниже | слабая | 40-60 | ||
>12,5 | >100 | растения | подкормка | |
подкормка | не нужна | |||
<0,30 | 10,0 и ниже | 100 и ниже | очень слабая очень | 30-40 |
>100 | слабая | 30-40 | ||
10,1-12,5 | 100 и ниже >100 | слабая | 40-60 | |
растения | подкормка | |||
обеспечены | не нужна | |||
>12,5 | 100 и ниже | очень слабая | 30-40 |