Методы оптимизации применения удобрений

За последние десятилетия сформулированы основные методические принципы реализации потенциальной продуктивности растений, включающие повсеместное освоение зональных систем земледелия, соответствующих условиям природно-экономических зон, структурам посевных площадей и севооборотам, системе обработки почвы, внесению требуемых доз органических, минеральных, микроудобрений и извести, внедрению интенсивных сортов, эффективной защите посевов от сорняков, болезней и вредителей, своевременному и с высокому качеству проведения всех полевых работ. Разработка и осуществление такого комплекса агротехнических приемов применительно к конкретному достаточному уровню урожайности составляет суть научного земледелия.

С точки зрения агрохимии рассмотрим важнейшее звено научного земледелия - оптимизацию применения удобрений в процессе вегетации растения в целях реализации продуктивности, заложенной в данном виде или сорте растения. Уже сейчас в нашей стране и в мире половина прироста сельскохозяйственной продукции зависит от применения удобрений. И в дальнейшем роль этого интенсивного фактора земледелия будет возрастать. Задача лишь состоит в том, чтобы всевозрастающее количество удобрений использовать с точки зрения агрономии, экологии и экономики с максимальной отдачей.

В арсенале агрохимической и агрономической науки существует немало разработанных наукой и применяемых на практике методов оптимизации применения удобрений. Рассмотрим лишь некоторые из них, главным образом с позиций высокой объективной оценки, широкого признания в практике земледелия и большого научного интереса, дальнейшего исследования и совершенствования.

Об оптимизации применения азотных, фосфорных, калийных и микроудобрений было сказано в соответствующих главах. В данном случае важно оценить методические принципы оптимизации, факторы питания растений и применения удобрений.

При расчете доз удобрений на планируемый урожай культуры чаще всего используется метод балансового расчета. Существуют различные варианты этого метода.

I. Расчет доз питательных элементов по выносу всем запланированным урожаем: $$x = \frac{100 \cdot YB - CK_П}{K_X}$$

где С = m·d·h; х - искомая доза N, Р2О5 или К2О кг/га; У - планируемый урожай, ц/га; В - вынос питательного вещества 1 ц продукции, кг; С - запас подвижного питательного вещества в почве, кг/га; КП - коэффициент использования питательного вещества из почвы, %; КX - коэффициент использования питательного вещества минерального удобрения, %; m - содержание в почве подвижной формы питательного вещества, мг/100 г; d - объемная масса почвы, г/см3; h - глубина пахотного горизонта почвы.

Этот метод довольно широко распространен, так как имеет все статьи прихода и расхода питательных веществ.

При использовании этого метода важно знать: 1) вынос питательных веществ урожаем культуры; 2) содержание подвижных питательных веществ в почве; 3) коэффициент использования питательных веществ из почвы; 4) коэффициент использования питательных веществ из удобрений; 5) масса пахотного слоя почвы или того слоя почвы, на который ведется расчет.

Агрохимические показатели картограмм обеспеченности почв азотом, фосфором и калием (в мг на 100 г почвы) переводят в кг/га умножением на коэффициент, соответствующий почвенной разности и глубине расчетного слоя. Для пахотного слоя (0-22 см) дерново-подзолистых почв он равен 30 (масса 1 га пахотного слоя дерново-подзолистой почвы соответствует 3000 т). Если для расчета берется слой до 30 см, в котором располагается основная масса корней, то пользуются коэффициентом 40.

При пользовании этим методом всегда можно уточнить коэффициенты использования питательных веществ из почвы, минеральных и органических удобрений, перевод содержания подвижных питательных веществ в мг на 100 г в кг/га на опытной станции и в ближайшем научно-исследовательском учреждении.

Пример такого балансового расчета показан в табл. 9.5.

Таблица 9.5. Расчет доз удобрений на планируемый урожай в 50 ц/га сухого вещества с 1 га
Основные показателиNР2О5К2О
Вынос питательных веществ на 1 ц сухого вещества, кг30,652,5
Вынос питательных веществ на планируемый урожай, кг15032,5125
Содержание в пахотном слое, кг /га264270330
Коэффициент использования питательных веществ из почвы, КП25515
Количество питательных веществ, используемых из почвы, кг/га6613,549,5
Внесение питательных веществ с удобрениями, кг /га841975,5
Коэффициент использования питательных веществ из удобрений, КУ702080
Требуется внести питательных веществ с удобрениями, кг/га1209594

Эти расчеты можно выразить формулой $$Д = \frac{100 \cdot B - m \cdot K_П}{K_Y},$$

где Д - требуемая доза минеральных удобрений; В - вынос питательных веществ, планируемых урожаем; m - содержание подвижных питательных веществ в пахотном слое почвы; КП - коэффициент использования питательных веществ из почвы; КУ - коэффициент использования питательных веществ из удобрений.

Этот балансовый метод часто применяется с различными уточнениями и модификациями, но сущность его остается одной и той же - определяются потребность растений в питательных веществах на планируемый урожай, наличие их в почве в доступной для растений форме, коэффициенты использования элементов из почвы и удобрений. Объективность этого метода зависит от точности перечисленных данных. Они могут существенно изменяться в зависимости от свойств почвы, условий погоды, дозы и формы удобрения, срока и способа внесения и от целого ряда других факторов.

Некоторые исследователи более удачным считают второй балансовый расчет потребности в удобрениях с учетом планируемой прибавки урожая. При таком расчете необходимо знать урожай культуры, получаемый на данном поле без применения удобрений, т.е. благодаря естественному плодородию почвы (табл. 9.6).

Таблица 9.6. Пример расчета потребностей растений в питательных веществах на планируемую прибавку урожая (при урожае без удобрений 20 ц/га)
ПоказательNР2О5К2О
Вынос питательных веществ на 1 т зерна запланированной прибавки урожая3513,533
Использование питательных веществ минеральных удобрений в 1 год, %652070
Следует внести питательных веществ, кг/га546747
Содержание питательных веществ в минеральных удобрениях, %342040
Расчетная доза удобрений, ц/ га1,63,31,2
Обеспеченность почв питательными веществами (данные картограммы)низкаясредняянизкая
Рекомендуемая доза удобрений с учетом данных картограммы, ц/га1,62,11,2

Этот расчет также ориентировочный. При таком расчете не требуется знать коэффициент использования питательных веществ из почвы; коэффициент же использования питательных веществ из удобрений может также существенно изменяться в зависимости от многих условий (свойств почвы, погоды, агротехники и т. д.).

II. Расчет доз питательных веществ на планируемую прибавку урожая: $$x = \frac{100 \cdot a \cdot (Y - A) \cdot В - Д}{K_X},\quad где\quad Д = \frac{E \cdot m_H \cdot K_e}{10},$$

х - искомая доза N, Р2О5 или К2О, кг/га; У - планируемый урожай, ц/га; а - поправочный коэффициент, зависящий от содержания в почве подвижного питательного вещества; А - исходный урожай, ц/га; В - вынос питательного вещества 1 ц продукции, кг; Д - количество питательного вещества из навоза, кг/га; КX - коэффициент использования питательного вещества минерального удобрения, %; Е - доза навоза, т/га; mн - содержание питательного вещества в навозе, %; Ке - коэффициент использования питательного вещества из навоза, %.

При расчете доз удобрений на планируемый урожай или прибавку важно учитывать степень удобренности предшествующей культуры, с тем чтобы учесть последействие удобрений. Если предшествующие культуры выращивали на удобренных почвах, то к питательным веществам этих почв, рассчитанным по урожайности определенной культуры в текущем году, нужно прибавить последействие внесенных удобрений из расчета 10-15% исходного количества в них действующего вещества.

Например, на неудобренной почве получают 200 ц/га зеленой массы кукурузы, с которой выносится 50 кг N, 20 кг Р2О5 и 70 кг К2О. Кукурузу размещают после сахарной свеклы, под которую было внесено 150 кг азота, 80 кг Р2О5 и 150 кг К2О; 15% этого количества составит 22,5 кг N; 12 кг Р2О5 и 22,5 кг К2О. Таким образом, размещая кукурузу после сахарной свеклы, можно собрать без дополнительного внесения удобрений около 300 ц/га зеленой массы кукурузы. Если же планируется получение 500 ц/га, то необходимо рассчитать дозу питательных веществ на образование 200 ц зеленой массы, т.е. нужно дополнительно внести 50 кг N, 20 кг Р2О5 и 70 кг К2О. Зная коэффициенты использования кукурузой питательных веществ из удобрений на данной почве, легко установить дозы минеральных удобрений на прибавку урожая в 200 ц зеленой массы.

Перечисленные балансовые методы часто применяют с различными уточнениями и модификациями, но сущность их остается - определяются потребность растений в питательных веществах, наличие их в почве, коэффициенты использования элементов из почвы и удобрений и т.д. Недостаток всех методов состоит в том, что почти не учитываются предшественники, агрохимические показатели, степень окультуренности почвы и другие показатели, существенно влияющие на коэффициент использования питательных веществ растениями из почвы и удобрения. Поэтому их нужно рассматривать как весьма ориентировочные, особенно если они берутся из справочных источников. На практике же они часто дают вполне удовлетворительные результаты, упорядочивают применение удобрений и являются важным этапом к дальнейшему совершенствованию методики получения планируемых урожаев.

Изложенные расчетные методы ставят задачу получения урожая в текущем году с использованием прежде всего естественного плодородия почвы. Удобрениями лишь компенсируется то количество питательных веществ, которое нельзя получить из почвы. В данном случае не предусматривается не только систематическое повышение плодородия почвы, но даже и пополнение тех питательных веществ почвы, которые израсходованы на формирование урожая.

Балансовые расчеты доз удобрений на планируемый урожай с учетом повышения плодородия почв представляют несомненный интерес. При этом возможны различные варианты.

  • Получение высоких урожаев при внесении небольших доз удобрений с одновременным обеднением почвы питательными веществами.
  • Получение сравнительно высоких урожаев с поддержанием уровня эффективного плодородия почвы примерно на исходном уровне.
  • Наиболее приемлемый вариант при программировании урожаев - получение предельно возможных урожаев для данной культуры при одновременном повышении эффективного плодородия почвы.

Для этого необходимы достаточное внесение в почву органических удобрений для образования гумуса, освоение правильных севооборотов с бобовыми травами и промежуточными кормовыми и сидеральными культурами, внесение системы удобрений с учетом поддержания положительного баланса питательных веществ в севообороте, а также выполнение других агротехнических мероприятий.

Существуют методы определения доз удобрений с учетом ежегодного повышения плодородия почвы и выноса питательного элемента урожаем.

Допустим. Д = 80 кг/га - количество удобрения (д.в.), которое будет поступать ежегодно в почву; Л = 4 года - количество лет, прошедших после обследования; В = 30 кг/га - вынос питательных веществ в среднем за год, кг/га; К = 50% (0,5) - доля элемента питания, идущая на пополнение запасов питательных веществ почвы в пахотном слое, от величины, характеризующей положительный баланс; М - планируемое увеличение содержания элемента питания, мг на 100 г почвы в пахотном слое.

Содержание элементов питания в пахотном слое, эквивалентное 1 мг на 100 г почвы (1 мг Р2О5 на 100 г почвы эквивалентен 30 кг фосфора в пахотном слое), га: $$M = \frac{Л \cdot К (Д - В)}{30} = \frac{4 \cdot 0,5 \cdot (80-30)}{30}=3,3;$$

т.е. за 4 года запасы фосфора в почве повышаются на 3,3 мг на 100 г почвы, или ежегодный темп прироста составит в среднем 0,8 мг на 100 г почвы. Пользуясь этой же формулой, определяют дозу фосфорного удобрения (кг/га) при условии, что в среднем вынос фосфора урожаем составит 30 кг/га в год и содержание его в почве должно повыситься, например, за 5 лет на 4 мг (M). $$Д = \left (\frac{30 \cdot M}{K} + Л \cdot В\right ):Л= \left (\frac{30 \cdot 4}{0,5} + 5 \cdot 30 \right ) : 5 = 78 кг\; д.в./га$$

Этот способ расчета позволяет определить дозу удобрения не только на планируемый урожай, но и на реальные темпы повышения запасов питательных веществ в почве и ее окультуривание.

По методу Н.Н. Михайлова дозы удобрений под зерновые культуры на почвах с низким содержанием питательных веществ, а под пропашные - со средним их содержанием рассчитывают на запланированный урожай с учетом повышения плодородия этих почв.

При определении количества фосфора и калия, которое растения выносят из дерново-подзолистых почв, пользуются данными табл. 9.7.

Таблица 9.7. Возможный вынос фосфора и калия из почвы
Содержание подвижных
Р2О5 и К2О в почве
Питательные вещества, усвояемые
растениями из почвы, кг/га
Р2О5K2O
Очень низкое0-10до 45
Низкое10-2045-90
Среднее20-4090-180
Высокое40-80180-360
Очень высокоебольше 80больше 360

Расчеты потребности в фосфоре и калии для получения планируемого урожая представлены в табл. 9.8.

Таблица 9.8. Потребность и обеспечение фосфором и калием при планировании урожая озимой ржи 40 ц/га
ПоказателиР2О5К2О
Обеспеченность почвынизкаянизкая
Требуется для формирования урожая, кг48112
Возможный вынос из почвы, кг1045
Требуется обеспечить за счет удобрений3867
Обеспечение за счет 20 т навоза2572
Требуется обеспечить за счет минеральных удобрений13обеспечено

Азот в этом случае лучше оптимизировать по методу NMИH, как описано ранее в главе «Азотные удобрения».

Этот метод хотя и учитывает плодородие почв при расчете потребности питательных веществ на планируемый урожай, однако также не отличается большой точностью. Приводятся слишком широкие диапазоны возможного использования фосфора и калия растениями из почвы. Принимаются также весьма относительные коэффициенты использования питательных веществ из органических и минеральных удобрений.

За ротацию севооборота азот минеральных удобрений используется в среднем на 60%, фосфор - на 35 и калий - на 75%. Азот и фосфор органических удобрений используется на 50%, калий - на 75%. Систематическое определение содержания азота, фосфора и калия в урожае позволяет ежегодно корректировать коэффициенты использования и составлять достоверные активные балансы питательных веществ в земледелии.

Данные активного баланса позволяют наиболее точно рассчитать дозу внесения минеральных удобрений в зависимости от конкретных условий и поставленной цели. Дозы удобрения, рассчитанные на получение планируемого урожая и заданного содержания питательных веществ в почве.

Например, требуется получить 40 ц/га зерна озимой пшеницы и через 10 лет повысить фактическое содержание фосфора (Сф) до 10 мг на 100 г почвы. С урожаем зерна 40 ц/га озимая пшеница выносит 48 кг/га Р2О5 (В). Чтобы определить дозу фосфора, вынос (48 кг/га) делят на коэффициент использования его растениями из удобрений с учетом последействия при условии, что 2/3 фосфора вносят с минеральными и 1/3 с органическими удобрениями, коэффициент использования равен 0,4 (K1). При этом потребуется внести 120 кг/га P2O5

Среднее содержание подвижного фосфора за 10 лет (t) повышают до 10 мг, или на 5 мг на 100 г почвы (С3), что соответствует 150 кг/га (5 мг · 30).

В результате многолетних исследований получено, что около 0,4 количества фосфора (К3), внесенного сверх дозы на запланированный урожай, идет на увеличение содержания его усвояемых форм в почве. Следовательно, для достижения заданного уровня содержания подвижных форм фосфора в почве за 10 лет потребуется внести 375 кг/га Р2О5 (150 кг: 0,4), или в среднем за год при сохранении уровня запланированной урожайности 37,5 кг/га. С учетом этого количества искомая доза, рассчитанная на получение планируемого урожая и заданное содержание питательного вещества в почве, будет равна 157,5 кг/га (120 + 37,5).

Подставив все величины в формулу, получим $$Д = \frac{48}{0,4} + \frac{(10-5) \cdot 30}{0,4} = 120 + 37,5 = 157,5\; \text{кг/га}\; \ce{P2O5}$$

Т.Н. Куликовская рекомендует проводить расчет доз удобрений по балльной оценке почв. На основе многочисленных экспериментальных данных разработана цена балла пашни, кг продукции на один балл (табл. 9.9).

Таблица 9.9. Цена балла пашни, кг продукции на один балл
КультураДерново-подзолистыеТорфяно-
болотные
супесчаныесупесча-
ные, под-
стилаемые
мореной
супесча-
ные, под-
стилаемые
песком
песчаные
Озимая рожь3333363044
Озимая пшеница3634282536
Ячмень3938352543
Овес3330302835
Картофель260250245240262
Лен (волокно)7,87,0---
Сахарная свекла290---330

Пример. Запланированный урожай озимой пшеницы 50 ц/га зерна. Почва супесчаная, балл пашни БП = 58, цена балла по озимой пшенице Цбп = 34 кг.

Агрохимические свойства почвы следующие: pH 6,0; гумус - 1,8; Р2О5 - 14 и К2О - 12 мг на 100 г почвы; объемная масса 1,3 г/см3; масса 20 см пахотного слоя 2,6 тыс. т. Поправочный коэффициент на агрохимические свойства К = 1,23.

Сначала определяют величину урожая, которую можно получить за счет эффективного плодородия почвы, по формуле $$У = Б_П \cdot Ц_{бп} \cdot К = 58 \cdot 34 \cdot 1,23 = 24,2\; \text{ц/га}.$$

Следовательно, при внесении удобрений прибавка зерна составит 25,8 ц/га (50-24,2) (табл. 9.10).

Таким образом, для получения 50 ц зерна вносят N151P124K143, или в сумме 418 кг/га NPK.

На основании исследований, проведенных Белорусским НИИ почвоведения и агрохимии, на различных почвах определена окупаемость минеральных и органических удобрений (табл. 9.11).

Таблица 9.10. Расчет доз удобрений на планируемый урожай озимой пшеницы 50 ц/га сухого вещества с 1 га
ПоказателиNР2О5К2О
Планируемая прибавка урожая зерна, ц/га25,8
Выносится с 1 ц зерна, кг3,51,22,5
Общий вынос на прибавку, кг/га90,330,964,5
Коэффициент использования из минеральных удобрений, %602545
Требуется внести с учетом коэффициента использования, кг /га150,5123,6143,3

Таблица 9.11. Окупаемость удобрений урожаем, кг продукции на 1 кг NPK и 1 т органических удобрений
Культура1 кг NPK на почвах1 т орга-
нических
удобре-
ний
суглинис-
тых
супес-
чаных
песчаныхторфяно-
болотных
Озимая рожь6,36,05,05,910-14
Озимая пшеница7,26,0-6,012-18
Ячмень6,56,24,56,07-12
Овес5,75,44,55,810-12
Картофель30302835100
Лен (волокно)1,41,3---
Сахарная свекла3533-30120

Пользуясь показателями окупаемости единицы питательных веществ, рассчитывают дозу удобрений на дополнительный урожай 25,8 ц зерна озимой пшеницы. Например, на 1 кг внесенного в супесчаную почву NPK получают 6 кг зерна, на 25,8 ц (2580 кг) потребуется 430 кг/га (2580 : 6). Зная благоприятное соотношение (для озимой пшеницы N : Р : К = 1,0 : 0,9 : 1,2) между основными элементами питания, находят систему удобрения - на 50 ц/га зерна N139P125K166.

Этот метод расчета доз основывается на большом количестве экспериментальных данных, и правильно рассчитанная доза в значительной степени отвечает биологическим особенностям культуры.

Интерес представляет метод определения действительно возможного урожая (ДВУ) по содержанию питательных веществ в почве (Ермохин, Неклюдов, Красницкий, 2000). Этот метод основан на том, что содержание элементов питания в почве является лимитирующим фактором, и он определяет получение ДВУ.

Такой подход позволяет оценить естественное плодородие почвы и определить возможный уровень урожайности без применения удобрений, а затем спрогнозировать эффективность используемых удобрений.

Авторы предлагают следующую формулу: $$ДВУ_{ПВП} = \frac{m \cdot h \cdot d \cdot K_П}{H},$$

где ДВУПВП - действительно возможный урожай за счет питательных веществ почвы (без удобрений), т/га; m - содержание в почве питательного вещества, находящегося в минимуме, мг/100 г; h - глубина пахотного слоя, см; d - объемная масса пахотного слоя, г/см3; КП - коэффициент использования растениями питательного элемента из почвы; Н - потребление питательного вещества растениями на создание единицы основной продукции с учетом побочной, кг/т.

Кроме содержания питательных веществ в почве важно знать соотношение каждого из элементов, принимающих участие в формировании урожая, а также степень доступности их растениям.

Для условий Западной Сибири определено соотношение питательных элементов в почве, характеризующее сбалансированное питание и позволяющее определить, какой из элементов (азот, фосфор, калий) находится в первом минимуме.

Оптимальное соотношение этих элементов в слое почвы 0-30 и 0-40 см характеризуется следующим равенством:

P2O5 мг/100 г ≈ 10 · N - NO3 мг/100 г ≈ K2O мг/100 г

Следовательно, соотношение Р2О5 : N-NO3 равно 10, Р2О5 : К2О равно 1, что характеризует сбалансированное содержание данных элементов в почве. Если соотношение Р2О5 : N-NO3 меньше 10, то это свидетельствует о дефиците фосфора, а если это соотношение больше 10, то в данной почве в минимуме содержится азот. Так же характеризуется соотношение между К2О и N-NO3.

Для определения, какой из элементов в почве находится в минимуме, рекомендуется устанавливать коэффициент действия элемента, который будет применен в качестве удобрения. Наибольший коэффициент действия (Кд) будет указывать, что данный питательный элемент находится в минимуме и будет лимитировать получение урожая возделываемой культуры.

Например, при содержании в почве N-NO3 - 0,7; Р2О5 - 10,5; К2О - 10,0 мг/100 г; соотношение элементов питания в почве будет следующим: Р2О5 : N-NO3 = 10,5 : 0,7 = 15; К2О : N-NO3= 10,0 : 0,7 = 14,3. Отсюда вывод - ограничивающим урожайность выращиваемой культуры на данной почве будет азот.

При использовании удобрений авторы рекомендуют для почв Западной Сибири использовать оптимальные уровни содержания питательных элементов, установленные для зерновых культур А.Е. Кочергиным (мг/100 г): N-NO3 - 1,5; Р2О5 - 15,0; К2О - 15,0.

Коэффициент действия питательного элемента можно определить и другим методом, т.е. по соотношению оптимального и фактического содержания питательного элемента в почве: $$K_{Д^N} = \frac{N-NO_3\; мг/100\; г\;(оптимум)}{N-NO_3\; мг/100\; г\;(фактич.)}=\frac{1,5}{0,7}=2,14;$$ $$K_{Д^{P_2O_5}} = \frac{P_2O_5\; мг/100\; г\;(оптимум)}{P_2O_5\; мг/100\; г\;(фактич.)}=\frac{15}{10,5}=1,43;$$ $$K_{Д^{K_2O}} = \frac{K_2O\; мг/100\; г\;(оптимум)}{K_2O\; мг/100\; г\;(фактич.)}=\frac{15}{10}=1,5;$$

Эти данные свидетельствуют, что лимитирующими факторами, ограничивающими урожай на данной почве, являются все три питательных элемента, но в наибольшей степени азот, так как KДN составляет наибольшую величину - 2,14.

Для Сибири Ю.И. Ермохин с соавторами (2000) отмечают следующие коэффициенты использования питательных веществ растениями из почвенных запасов: нитратный азот - 0,6-0,8 (60-80%), подвижный фосфор - 0,1 (10%), обменный калий - 0,2-0,3 (20-30%). Зная эти показатели, можно определить ДВУ (например, ячменя) без применения удобрений.

Пример:
N-NO3-0,7 мг/100 г
Р2О5 - 10,5 мг/100 г
К2O-10,0 мг/100
h - 30 см
d - 1,2 г/см3
HN - 35,6 кг/т
НР-12,1 кг/т
НK - 25,1 кг/т
КП N - 0,6
КПР -0,1
КПК - 0,3
С учетом азота текущей нитрификации (NT =
70 кг/га) ДВУ составит:
по азоту:
ДВУ=\(\frac{(0,7 \cdot 30 \cdot 1,2 + 70)\cdot 0,6 }{35,6}=1,6\) т/га;
по фосфору:
ДВУ=\(\frac{10,5 \cdot 30 \cdot 1,2 \cdot 0,1}{12,1}=3,1\) т/га;
по калию:
ДВУ=\(\frac{10,0 \cdot 30 \cdot 1,2 \cdot 0,3}{25,1}=4,3\) т/га;
ДВУ, т/га = ?Следовательно, при данной характеристике
почвы возможный урожай ячменя составит
1,6 т/га.

Большой интерес для науки и практики представляют методы расчета доз удобрений на планируемый урожай, разработанные Н.К. Болдыревым. Им использованы комплексные методы листовой и почвенной диагностики, т.е. химический состав листьев, содержание подвижных питательных веществ в почве, балансовый метод расчета доз удобрений и др. Рассмотрим некоторые из них.

Упрощенный метод расчета ориентировочных доз удобрений по химическому составу листьев растений и подвижным питательным веществам почвы предложен Н.К. Болдыревым еще в 1962 г. Он основан на установлении степени нуждаемости (СH) в элементе питания по уравнению $$С_Н\; =\; ОС\; :\; ФС,$$

где ОС - оптимальное содержание элемента, ФС - фактическое содержание элемента.

Степень нуждаемости уточняется по другому элементу, находящемуся в относительном избытке, или по оптимальному соотношению между нормами элементов в листьях, учитывая равенства

%N(Л) = 12% Р(Л) = 1,2% КЛ или %NЛ = 5,2% Р2О5 Л = % К2ОЛ.

Уравнение
%N = 12 · %Р = 1,2 · %К = 12 · %S = 12 · %Mg = 6 · %Са

Н.К. Болдырев назвал уравнением оптимального баланса элементов в листьях злаковых культур в фазу цветения. Разработаны оптимальные соотношения между элементами и для других сельскохозяйственных культур (табл. 9.12).

Н.К. Болдырев приводит три таблицы с соотношением между NPK в листьях в трех важных фазах роста: кущение, трубкование и конец цветения (табл. 9.13-9.15). В центре каждой таблицы дается оптимальное соотношение между элементами (NPK в листьях в три важные фазы роста). Вверх и вниз от центра растет неуравновешенность, связанная с недостатком элемента (когда СH < 1) или с его избытком (когда СH > 1).

Зная значения СH, определяемые по равенству СH = ОС · ФС или таблицам, можно рассчитать дозу удобрения.

Если СH ≤ 1, то растения в данном элементе не нуждаются и расчет дозы не производится. При значении СH от 1,1 до 3-4 этот показатель включается в формулу
Д/N, Р2О5, К2О кг/га = СH · МH,

где Д - доза действующего вещества (д.в.); МH - минимальная доза (кг д.в.), применяемая в основном удобрении, величина которой устанавливается в полевых опытах.

Таблица 9.12. Показатели нормальных уровней содержания элементов и оптимального соотношения между ними в листьях некоторых культур
КультураУровень
урожая, ц /га,
при величине
«В»
Время отбора проб
для анализа
(фаза роста)
Орган,
ярус листьев
Содержание в %
на абс. сух. вещество
Оптимальное
соотношение между
элементами
NРКN/PN/KК/Р
Яровая и озимая
пшеница
40-45 (0,8)*кущениенадземная часть50,434,2121,210
Ячмень50-60трубкованиевсе листья40,333,3121,210
(1-1,25)конец цветения (6-8 дней после полного3-4 листа, считая от колоса,30,252,5121,210
выколашивания)надземная часть2,10,252,181,08
Кукуруза на
силос
500 (0,8)
800-1000
(1-1,25)
6-8 листьевнадземная часть4,00,343,4121,210
Кукуруза на
зерно
45-50(0,8)
80-100
цветение
початков
2 припочатковых
листа
3,20,272,7121,210
(1-1,25)надземная часть2,50,212,0121,210
Подсолнечник на
зерно
35-40(1,0)формирование корзинки
перед цветением
все листья3,10,252,8121,111
Злаковые
многолетние
травы
120-140 за 2
укоса
начало цветениянадземная часть2,60,262,5101,010

В скобках проставлена величина коэффициента действия уравновешенного элемента в листьях (КДУЭЛ, или «В»), соответствующая определенному уровню урожайности растений.

Таблица 9.13. Соотношение между азотом и фосфором (%Р) в листьях (фаза кущения, трубкования и конец цветения*) как основа для оценки условий питания и определения степени нуждаемости (СH) и норм удобрений для злаковых культур (по Н. К. Болдыреву)
Номер точки
отсчета от
центра
оптимума
(1 - ЦО)
Соот-
ношение
N/P
СHУсловия питания азотом и фосфором
и их уравновешенность
NP
722,5-240,52,0сильный недостаток фосфора при
6200,61,7большом избытке азота
5180,71,5
4160,751,3средний недостаток фосфора при
среднем избытке азота
3140,81,2
2130,91,1соотношение, близкое к норме
1 - ЦО1211уравновешенное питание N и Р
211,21,10,9соотношение, близкое к норме
310,01,20,8
49,01,30,75средний недостаток азота при
среднем избытке фосфора
58,01,50,66
67,11,70,6сильный недостаток азота при
76,02,00,5небольшом избытке фосфора

В табл. 9.14 и 9.15 соотношения между элементами относятся к тем же фазам, что и в табл. 9.13.

Таблица 9.14. Соотношение между азотом и калием (% К) в листьях как основа для оценки условий питания, определения степени нуждаемости (СH) и норм удобрений для злаковых культур (по Н. К. Болдыреву)
Номер точки
отсчета от
центра
оптимума
(1 - ЦО)
Соот-
ношение
N/P
СHУсловия питания азотом и фосфором
и их уравновешенность
KN
72,25-2,42,00,5сильный недостаток калия
62,01,70,6при большом избытке азота
51,81,50,7
41,61,30,75средний недостаток калия
при среднем избытке азота
31,41,20,8
21,31,10,9соотношение, близкое к норме
1 - ЦО1,21,01,0уравновешенное питание N и К
21,120,91,1соотношение, близкое к норме
31,00,81,2
40,90,751,3средний недостаток азота
при среднем избытке калия
50,80,661,5
60,710,61,7сильный недостаток азота
70,60,52,0при большом избытке калия

Таблица 9.15. Соотношение между калием (%К) и фосфором (%Р) в листьях как основа для оценки условий питания, определения степени нуждаемости (СH) и норм удобрений для злаковых культур (по Н.К. Болдыреву)
720,02,00,5сильный недостаток фосфора
618,01,80,56при большом избытке калия
516,01,60,63
414,01,40,7средний недостаток фосфора при
312,51,20,8среднем избытке калия
211,21,10,9соотношение, близкое к норме
1 - ЦО10,01,01,0уравновешенное питание К и Р
38,00,81,25
47,10,71,4средний недостаток калия при
56,30,61,6среднем избытке фосфора
56,30,61,6
65,60,561,8сильный недостаток калия при
75,00,502,0избытке фосфора

Величина МH в основном удобрении для зерновых, кукурузы и гороха обычно 30 кг/га д.в., а для картофеля и овощей - 45 кг/га д.в. при обычных условиях выращивания и для получения урожаев до 40 ц/га зерна, 250 ц/га картофеля и 500 ц/га капусты. В условиях орошения минимальная доза (МH), естественно, может быть в 1,5-2 раза больше.

В комплексном методе листовой диагностики обязательно дается корректировка дозы недостающего элемента по другим основным элементам, находящимся в некотором избытке или же недостатке.

Приведем пример расчета нормы азота для получения 40 ц/га зерна яровой пшеницы.

Для фазы кущения оптимальное содержание в листьях N = 5%, Р = 0,43, К = 4,2%. Коэффициент действия уравновешенного элемента (азота) в листьях В = 0,5 для урожая 32 - 40 ц/га, 0,63 для урожая 41 - 50 ц/га и 0,8 для 55 - 60 ц/га. Потребность яровой пшеницы в азоте на 1 ц зерна с соломой N = 4 кг. Коэффициент использования из минеральных удобрений N - 63%, Р2О5 - 20 и К2О - 63%. Минимальная норма азота NM = 45 кг.

Для фазы конца цветения оптимальное содержание элементов в листьях N = 3%, Р = 0,25, К = 2,5%. Коэффициент действия элементов в листьях (В) для урожаев 40 ц/га = 0,8, для урожаев до 50 ц/га зерна - 1,0, для урожаев 51-60 - 1,25. Остальные показатели, как и для фазы кущения.

Фактические показатели химического состава листьев неудобренного варианта в фазу кущения N = 3,92%, Р = 0,46, К = 4,3%, в фазу конец цветения N = 2,10%, Р = 0,29, К = 3,74%.

Для фазы кущения степень нуждаемости в азоте составит $$C_HN = \frac{5,0\%\; N_{(опт)}}{3,92\%\;N_{(факт)}} \cdot \frac{0,46\%\; P_{факт}}{0,43\%\; P_{опт}} = 1,4$$

Для фазы конца цветения степень нуждаемости в азоте составит $$C_HN = \frac{3,0\%\; N_{(опт)}}{2,1\%\;N_{(факт)}} \cdot \frac{0,29\%\; P_{факт}}{0,25\%\; P_{опт}} = 1,7$$

Эта степень нуждаемости пшеницы в азоте должна быть поправлена с учетом недостатка фосфора в листьях (или в почве), если этот недостаток преодолеть не удается. Учитывая, что CHN = 1,7, $$C_HN = \frac{5,0\%}{3,1\%} \cdot \frac{0,26\%\; P_{факт}}{0,43\%\; P_{опт}} = 1,7 \cdot 0,6 = 1,02.$$

Откуда доза азота составит N кг/га = СH · 45 = 1,02 · 45 = 46 кг/га вместо 80. Эта поправка доз азота имеет особенно большое значение при определении доз азота под озимые и яровые культуры, поля которых имеют содержание подвижного фосфора или калия ниже нормы.

Таким образом, доза азота в данном случае по химическому составу листьев в фазе кущения составляет N кг/га = СH · NM = 1,4 · 45 = 63, а в фазе конца цветения N кг/га = СH · NM = 1,7 · 45 = 76, или в среднем 70 кг/га.

Если же принять в расчет и избыточное содержание калия в листьях в сравнении с оптимальным содержанием, то $$C_HN = \frac{3,0\%\; N_{(опт)}}{2,1\%\;N_{(факт)}} \cdot \frac{3,74\%\; K_{факт}}{2,50\%\; K_{опт}} = 1,4 \cdot 1,5 = 2,1,$$

а доза азота составит HN = 2,1 - 45 = 94 кг/га.

По сумме трех расчетов с поправками на некоторое превышение фосфора и калия по двум фазам роста норма азота составляет (63 + 76 + 94) : 3 = 78 кг/га, или 70 кг/га без поправки на калий листьев, если доза рассчитывается для почв с избыточным содержанием подвижных форм калия.

По аналогии с комплексным методом аналитической листовой диагностики (КМАЛД) Н.К. Болдырев рекомендует расчеты доз удобрений проводить по содержанию подвижных питательных веществ в почве, т.е. использовать комплексный метод аналитической почвенной диагностики (КМАПД). В основе этого метода лежит установление нормального питательного состава «почвы», обеспечивающего получение высокого урожая зерновых, например 40 ц/га зерна яровой пшеницы и др. Их можно называть оптимальными параметрами почвенного плодородия по подвижным формам питательных веществ (табл. 9.16).

Таблица 9.16. Показатели нормального питательного состава различных типов почв, обеспечивающие получение 40 ц зерна яровой пшеницы и соответствующий уровень урожая других культур
Тип почвыСодержание в почве перед посевом (7-10 дней до посева), мг/кг
N - NO3Р2О5 поК2О по
Чири-
кову
Мачи-
гину
Кирса-
нову
Тру-
огу
Чири-
кову
Ма-
чи-
гину
Кирса-
нову
Мас-
ло-
вой
Чернозем
обыкновенный25180--200180--320
выщелоченный25180--200180---
карбонатный25-25*---250--
Каштановая25-25---250--
Дерново-подзоли-
стая средн.грану-
лометрии. состава
25--200---200-
Торфяно-болотная125--1000---1000-

Примечание. Для уровня урожая 50-55 ц/га зерна озимой пшеницы содержание соответствует 35 мг/кг почвы.

Таблица 9.17. Соотношение между подвижными питательными веществами в почве как основа для оценки условий питания и определения степени нуждаемости в удобрениях злаковых культур
Номер точки
отсчета от
центра
оптимума
P2О5
N-NO3
мг/кг
Степень нуждаемости СHХарактеристика условий питания
азотом и фосфором,
их уравновешенность
для Nдля Р2O5
714,42,00,5
612,51,80,56сильный недостаток азота при
большом избытке фосфора в почве
511,21,560,63
410,01,400,72средний недостаток азота при среднем
39,01,250,8избытке фосфора
28,01,110,9соотношение, близкое к норме
1 ЦОП*7,21,01,0уравновешенное питание N и Р2О5
26,30,91,14соотношение, близкое к норме
35,60,81,28средний недостаток фосфора при
45,00,721,44среднем избытке азота
54,50,631,60
64,00,561,80сильный недостаток фосфора при
73,60,52,0большом избытке азота

* ЦОП - оптимум питания по соотношениям питательных веществ. Обозначения: 1 ЦОП - уравновешенное питание, определяемое уравнением: мг/кг Р2О5 - 7,2 · NHИТ мг/кг К2О; 2 - неуравновешенность питания слабая; 3-4 - средняя; 5-7 - сильная.

Таблица 9.16 дополняется показателями оптимального соотношения между элементами питания в почве, которые необходимы для последующих расчетных поправок для доз удобрений по соотношениям между подвижными питательными веществами почвы (табл. 9.17-9.19).

Таблица 9.18. Соотношение между калием и нитратным азотом в почве как основа для оценки условий питания, определения степени нуждаемости СH и норм недостающего элемента в удобрении
Номер точки
отсчета от
центра
оптимума
K2О
N-NO3
мг/кг
Степень нуждаемости СHХарактеристика условий питания
азотом и фосфором,
их уравновешенность
для Nдля K2O
714,42,00,5
612,51,30,56сильный недостаток азота
при большом избытке калия
511,21,60,63
410,01,40,72средний недостаток азота
39,01,250,80при среднем избытке калия
28,01,120,9близкое к норме
1 ЦОП7,21,01,0уравновешенное питание К2О и N
26,30,91,14близкое к норме
35,60,81,28средний недостаток калия
45,00,721,44при среднем избытке азота
54,50,631,60
64,00,561,80сильный недостаток калия
при сильном избытке азота
73,60,52,0

Таблица 9.19. Соотношение между подвижным фосфором и обменным калием (по Чирикову) как основа для оценки условий питания и определения нуждаемости СH в недостающем элементе
Номер точки
отсчета от
центра
оптимума
P2О5
K2O
мг/кг
Степень нуждаемости СHХарактеристика условий питания
азотом и фосфором,
их уравновешенность
для K2Oдля P2O5
72,02,00,5
61,81,80,56сильный недостаток калия при
большом избытке фосфора
51,61,60,63
41,41,40,72средний недостаток калия при
31,251,250,80среднем избытке фосфора
21,121,120,90соотношение, близкое к норме
1ЦОП1,01,01,0уравновешенное питание К и Р
20,90,91,12соотношение, близкое к норме
30,80,81,25средний недостаток фосфора
40,720,721,4при среднем избытке калия
50,630,631,6
60,560,561,8сильный недостаток фосфора при
большом избытке калия
70,50,52,0

Соотношения N:P2O5:K2O В почве характеризуют качественную сторону питания растений, его уравновешенность. Отношение между оптимальным и фактическим соотношением NH и Р2О5, между NH и К2О выражается количественными показателями степени нуждаемости в недостающем элементе, которые используются как поправочные коэффициенты для корректировки нормы удобрения.

Оптимальные соотношения между подвижными питательными веществами почвы устанавливаются в полевых опытах с изменяяющимися дозами удобрений по факториальным или обычным схемам путем установления коррелятивных связей графически или разбивкой на группы между показателями соотношений пар элементов и величиной урожая. Оптимальные соотношения между подвижными питательными элементами почвы для зерновых культур на некоторых типах почв выражаются уравнениями баланса питательных веществ.

Для обыкновенного и выщелоченного черноземов (метод Чирикова для фосфора и обменного калия) равенство

P2O5 мг/кг почвы = 7,2 · N-NO3 мг/кг = К2O мг/кг.

Для карбонатных черноземов и каштановых почв (метод Мачигина для фосфора и калия)

Р2O5 мг/кг почвы = N-N03 = К20 : 10.

Показатели нормального (оптимального) питательного состава почвы и оптимального соотношения между подвижными питательными веществами почвы используются для определения доз удобрений и в других методах расчета, составляющих комплексный метод аналитической почвенной диагностики (КМАПД). Расчет доз удобрений по данным агрохимического анализа почвы проводится по аналогии с методом листовой диагностики и основывается на тех же принципах.

Норма недостающего элемента определяется, как и в листовой диагностике, умножением СH на минимальную дозу МH элемента, равную 30.

Для азота в условиях орошения МH дифференцируется с учетом величины запланированного урожая и составляет: МH = 30 (для урожаев до 36-38 ц/га); МH = 45 (для урожаев 40-50 ц/га) и МH = 60 (для урожаев выше 60 ц/га). Для фосфора МH при орошении составляет 45 кг Р2O5.

Исходные данные анализа почвы взяты для обыкновенного чернозема и получения запланированного урожая зерна яровой пшеницы при орошении 40 ц/га. Содержание гумуса в слое 0-30 см 6,0%, содержание за 7-10 дней до посева нитратного азота (N-NO3) 14,0 мг/кг; Р2О5 и К2О (по Чирикову) - 182 и 1176 мг/кг соответственно. Объемная масса 1 см3 анализируемого слоя d = 1,05, глубина анализируемого слоя h = 30 см. Масса анализируемого слоя почвы в млн кг на 1 га для перевода питательных веществ из мг на 1 кг в кг/га, т.е. переводной коэффициент на массу слоя МC, определяется по формуле

\(M_C = \frac{d \cdot h}{10}\), что для данного примера составляет \(M_C = \frac{1,05 \cdot 30}{10} = 3,15\).

Для каштановой почвы и при орошении для нитратного азота используется слой определения 0-60 см при d = 1,2 г/см3 МC составит 7,2.

Порядок определения дозы удобрения

  • Сравнение фактических данных по N-NO3, Р2О5 и К2О с оптимальными показателями (25, 180, 180 мг/кг соответственно) свидетельствует, что растения пшеницы для уровня урожая зерна 40 ц/га не нуждаются в фосфорных и особенно калийных удобрениях и испытывают потребность только в азоте.
  • Определяется степень нуждаемости растений в азоте по уравнению
$$C_HN = \frac{\text{мг/кг}\; N - N-NO_3(опт)}{\text{мг/кг}\; N-NO_3(факт)}=\frac{25}{14}=1,78,$$

Поправочная по фосфору: $$C_HN = \frac{P_2O_5 \colon N - N-NO_3(опт)}{P_2O_5 \colon N-NO_3(факт)}=\frac{182 \colon 14}{180 \colon 25}=\frac{12,9}{7,2} = 1,8.$$

CHN c поправкой на соотношение между К2О и N - NO3 из-за очень большого избытка обменного калия в почве достигает очень большой величины.

Поправочная по калию: $$C_HN = \frac{K_2O \colon N - N-NO_3(опт)}{K_2O \colon N-N0_3(факт)}=\frac{1176 \colon 14}{180 \colon 25}=\frac{84}{7,2} = 11,6.$$

Поэтому уравновешивание азотного питания идет по большому избытку калия в почве, когда поправочная по калию превышает 3, СH по фосфору составляет (180:182) = 0,99, а по калию СH = = (180:1176) = 0,15, т.е. нуждаемость в этих элементах отсутствует.

  • Определяется доза внесения азота в основном удобрении по формуле ДN кг/га = СH · МH, где СH = 1,8, а минимальная доза (МH) составляет 30 или 45 кг азота на 1 га, HN кг/га = 1,8 · 30 = 54, HN кг/га = 1,8 · 45 = 81.

Данные расчетные дозы, равные 54 и 81 кг азота на 1 га, почти совпадали с оптимальными дозами азота, выявленными в полевых опытах. Необходимость внесения фосфорных и калийных удобрений отсутствовала.

Все перечисленные методы оптимизации доз удобрений позволяют с достаточной объективностью прогнозировать величину и качество урожая основных сельскохозяйственных культур. Несмотря на это, они требуют совершенствования в плане комплексного подхода с учетом почвенной и растительной диагностики, условий выращивания культур, оценки урожая по количеству и качеству продукции, высокой агроэкономической окупаемости применяемых удобрений.

Поделиться:

Дополнительные материалы по теме: