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.
| Основные показатели | N | Р2О5 | К2О |
| Вынос питательных веществ на 1 ц сухого вещества, кг | 3 | 0,65 | 2,5 |
| Вынос питательных веществ на планируемый урожай, кг | 150 | 32,5 | 125 |
| Содержание в пахотном слое, кг /га | 264 | 270 | 330 |
| Коэффициент использования питательных веществ из почвы, КП | 25 | 5 | 15 |
| Количество питательных веществ, используемых из почвы, кг/га | 66 | 13,5 | 49,5 |
| Внесение питательных веществ с удобрениями, кг /га | 84 | 19 | 75,5 |
| Коэффициент использования питательных веществ из удобрений, КУ | 70 | 20 | 80 |
| Требуется внести питательных веществ с удобрениями, кг/га | 120 | 95 | 94 |
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).
| Показатель | N | Р2О5 | К2О |
| Вынос питательных веществ на 1 т зерна запланированной прибавки урожая | 35 | 13,5 | 33 |
| Использование питательных веществ минеральных удобрений в 1 год, % | 65 | 20 | 70 |
| Следует внести питательных веществ, кг/га | 54 | 67 | 47 |
| Содержание питательных веществ в минеральных удобрениях, % | 34 | 20 | 40 |
| Расчетная доза удобрений, ц/ га | 1,6 | 3,3 | 1,2 |
| Обеспеченность почв питательными веществами (данные картограммы) | низкая | средняя | низкая |
| Рекомендуемая доза удобрений с учетом данных картограммы, ц/га | 1,6 | 2,1 | 1,2 |
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.
| Содержание подвижных Р2О5 и К2О в почве | Питательные вещества, усвояемые растениями из почвы, кг/га | |
| Р2О5 | K2O | |
| Очень низкое | 0-10 | до 45 |
| Низкое | 10-20 | 45-90 |
| Среднее | 20-40 | 90-180 |
| Высокое | 40-80 | 180-360 |
| Очень высокое | больше 80 | больше 360 |
Расчеты потребности в фосфоре и калии для получения планируемого урожая представлены в табл. 9.8.
| Показатели | Р2О5 | К2О |
| Обеспеченность почвы | низкая | низкая |
| Требуется для формирования урожая, кг | 48 | 112 |
| Возможный вынос из почвы, кг | 10 | 45 |
| Требуется обеспечить за счет удобрений | 38 | 67 |
| Обеспечение за счет 20 т навоза | 25 | 72 |
| Требуется обеспечить за счет минеральных удобрений | 13 | обеспечено |
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).
| Культура | Дерново-подзолистые | Торфяно- болотные | |||
| супесчаные | супесча- ные, под- стилаемые мореной | супесча- ные, под- стилаемые песком | песчаные | ||
| Озимая рожь | 33 | 33 | 36 | 30 | 44 |
| Озимая пшеница | 36 | 34 | 28 | 25 | 36 |
| Ячмень | 39 | 38 | 35 | 25 | 43 |
| Овес | 33 | 30 | 30 | 28 | 35 |
| Картофель | 260 | 250 | 245 | 240 | 262 |
| Лен (волокно) | 7,8 | 7,0 | - | - | - |
| Сахарная свекла | 290 | - | - | - | 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).
| Показатели | N | Р2О5 | К2О |
| Планируемая прибавка урожая зерна, ц/га | 25,8 | ||
| Выносится с 1 ц зерна, кг | 3,5 | 1,2 | 2,5 |
| Общий вынос на прибавку, кг/га | 90,3 | 30,9 | 64,5 |
| Коэффициент использования из минеральных удобрений, % | 60 | 25 | 45 |
| Требуется внести с учетом коэффициента использования, кг /га | 150,5 | 123,6 | 143,3 |
| Культура | 1 кг NPK на почвах | 1 т орга- нических удобре- ний | |||
| суглинис- тых | супес- чаных | песчаных | торфяно- болотных | ||
| Озимая рожь | 6,3 | 6,0 | 5,0 | 5,9 | 10-14 |
| Озимая пшеница | 7,2 | 6,0 | - | 6,0 | 12-18 |
| Ячмень | 6,5 | 6,2 | 4,5 | 6,0 | 7-12 |
| Овес | 5,7 | 5,4 | 4,5 | 5,8 | 10-12 |
| Картофель | 30 | 30 | 28 | 35 | 100 |
| Лен (волокно) | 1,4 | 1,3 | - | - | - |
| Сахарная свекла | 35 | 33 | - | 30 | 120 |
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.
| Культура | Уровень 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 | ||||
| N | Р | К | N/P | N/K | К/Р | ||||
| Яровая и озимая пшеница | 40-45 (0,8)* | кущение | надземная часть | 5 | 0,43 | 4,2 | 12 | 1,2 | 10 |
| Ячмень | 50-60 | трубкование | все листья | 4 | 0,33 | 3,3 | 12 | 1,2 | 10 |
| (1-1,25) | конец цветения (6-8 дней после полного | 3-4 листа, считая от колоса, | 3 | 0,25 | 2,5 | 12 | 1,2 | 10 | |
| выколашивания) | надземная часть | 2,1 | 0,25 | 2,1 | 8 | 1,0 | 8 | ||
| Кукуруза на силос | 500 (0,8) 800-1000 (1-1,25) | 6-8 листьев | надземная часть | 4,0 | 0,34 | 3,4 | 12 | 1,2 | 10 |
| Кукуруза на зерно | 45-50(0,8) 80-100 | цветение початков | 2 припочатковых листа | 3,2 | 0,27 | 2,7 | 12 | 1,2 | 10 |
| (1-1,25) | надземная часть | 2,5 | 0,21 | 2,0 | 12 | 1,2 | 10 | ||
| Подсолнечник на зерно | 35-40(1,0) | формирование корзинки перед цветением | все листья | 3,1 | 0,25 | 2,8 | 12 | 1,1 | 11 |
| Злаковые многолетние травы | 120-140 за 2 укоса | начало цветения | надземная часть | 2,6 | 0,26 | 2,5 | 10 | 1,0 | 10 |
В скобках проставлена величина коэффициента действия уравновешенного элемента в листьях (КДУЭЛ, или «В»), соответствующая определенному уровню урожайности растений.
| Номер точки отсчета от центра оптимума (1 - ЦО) | Соот- ношение N/P | СH | Условия питания азотом и фосфором и их уравновешенность | |
| N | P | |||
| 7 | 22,5-24 | 0,5 | 2,0 | сильный недостаток фосфора при |
| 6 | 20 | 0,6 | 1,7 | большом избытке азота |
| 5 | 18 | 0,7 | 1,5 | |
| 4 | 16 | 0,75 | 1,3 | средний недостаток фосфора при среднем избытке азота |
| 3 | 14 | 0,8 | 1,2 | |
| 2 | 13 | 0,9 | 1,1 | соотношение, близкое к норме |
| 1 - ЦО | 12 | 1 | 1 | уравновешенное питание N и Р |
| 2 | 11,2 | 1,1 | 0,9 | соотношение, близкое к норме |
| 3 | 10,0 | 1,2 | 0,8 | |
| 4 | 9,0 | 1,3 | 0,75 | средний недостаток азота при среднем избытке фосфора |
| 5 | 8,0 | 1,5 | 0,66 | |
| 6 | 7,1 | 1,7 | 0,6 | сильный недостаток азота при |
| 7 | 6,0 | 2,0 | 0,5 | небольшом избытке фосфора |
В табл. 9.14 и 9.15 соотношения между элементами относятся к тем же фазам, что и в табл. 9.13.
| Номер точки отсчета от центра оптимума (1 - ЦО) | Соот- ношение N/P | СH | Условия питания азотом и фосфором и их уравновешенность | |
| K | N | |||
| 7 | 2,25-2,4 | 2,0 | 0,5 | сильный недостаток калия |
| 6 | 2,0 | 1,7 | 0,6 | при большом избытке азота |
| 5 | 1,8 | 1,5 | 0,7 | |
| 4 | 1,6 | 1,3 | 0,75 | средний недостаток калия при среднем избытке азота |
| 3 | 1,4 | 1,2 | 0,8 | |
| 2 | 1,3 | 1,1 | 0,9 | соотношение, близкое к норме |
| 1 - ЦО | 1,2 | 1,0 | 1,0 | уравновешенное питание N и К |
| 2 | 1,12 | 0,9 | 1,1 | соотношение, близкое к норме |
| 3 | 1,0 | 0,8 | 1,2 | |
| 4 | 0,9 | 0,75 | 1,3 | средний недостаток азота при среднем избытке калия |
| 5 | 0,8 | 0,66 | 1,5 | |
| 6 | 0,71 | 0,6 | 1,7 | сильный недостаток азота |
| 7 | 0,6 | 0,5 | 2,0 | при большом избытке калия |
| 7 | 20,0 | 2,0 | 0,5 | сильный недостаток фосфора |
| 6 | 18,0 | 1,8 | 0,56 | при большом избытке калия |
| 5 | 16,0 | 1,6 | 0,63 | |
| 4 | 14,0 | 1,4 | 0,7 | средний недостаток фосфора при |
| 3 | 12,5 | 1,2 | 0,8 | среднем избытке калия |
| 2 | 11,2 | 1,1 | 0,9 | соотношение, близкое к норме |
| 1 - ЦО | 10,0 | 1,0 | 1,0 | уравновешенное питание К и Р |
| 3 | 8,0 | 0,8 | 1,25 | |
| 4 | 7,1 | 0,7 | 1,4 | средний недостаток калия при |
| 5 | 6,3 | 0,6 | 1,6 | среднем избытке фосфора |
| 5 | 6,3 | 0,6 | 1,6 | |
| 6 | 5,6 | 0,56 | 1,8 | сильный недостаток калия при |
| 7 | 5,0 | 0,50 | 2,0 | избытке 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).
| Тип почвы | Содержание в почве перед посевом (7-10 дней до посева), мг/кг | ||||||||
| N - NO3 | Р2О5 по | К2О по | |||||||
| Чири- кову | Мачи- гину | Кирса- нову | Тру- огу | Чири- кову | Ма- чи- гину | Кирса- нову | Мас- ло- вой | ||
| Чернозем | |||||||||
| обыкновенный | 25 | 180 | - | - | 200 | 180 | - | - | 320 |
| выщелоченный | 25 | 180 | - | - | 200 | 180 | - | - | - |
| карбонатный | 25 | - | 25* | - | - | - | 250 | - | - |
| Каштановая | 25 | - | 25 | - | - | - | 250 | - | - |
| Дерново-подзоли- стая средн.грану- лометрии. состава | 25 | - | - | 200 | - | - | - | 200 | - |
| Торфяно-болотная | 125 | - | - | 1000 | - | - | - | 1000 | - |
Примечание. Для уровня урожая 50-55 ц/га зерна озимой пшеницы содержание соответствует 35 мг/кг почвы.
| Номер точки отсчета от центра оптимума | P2О5 N-NO3 мг/кг | Степень нуждаемости СH | Характеристика условий питания азотом и фосфором, их уравновешенность | |
| для N | для Р2O5 | |||
| 7 | 14,4 | 2,0 | 0,5 | |
| 6 | 12,5 | 1,8 | 0,56 | сильный недостаток азота при большом избытке фосфора в почве |
| 5 | 11,2 | 1,56 | 0,63 | |
| 4 | 10,0 | 1,40 | 0,72 | средний недостаток азота при среднем |
| 3 | 9,0 | 1,25 | 0,8 | избытке фосфора |
| 2 | 8,0 | 1,11 | 0,9 | соотношение, близкое к норме |
| 1 ЦОП* | 7,2 | 1,0 | 1,0 | уравновешенное питание N и Р2О5 |
| 2 | 6,3 | 0,9 | 1,14 | соотношение, близкое к норме |
| 3 | 5,6 | 0,8 | 1,28 | средний недостаток фосфора при |
| 4 | 5,0 | 0,72 | 1,44 | среднем избытке азота |
| 5 | 4,5 | 0,63 | 1,60 | |
| 6 | 4,0 | 0,56 | 1,80 | сильный недостаток фосфора при |
| 7 | 3,6 | 0,5 | 2,0 | большом 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).
| Номер точки отсчета от центра оптимума | K2О N-NO3 мг/кг | Степень нуждаемости СH | Характеристика условий питания азотом и фосфором, их уравновешенность | |
| для N | для K2O | |||
| 7 | 14,4 | 2,0 | 0,5 | |
| 6 | 12,5 | 1,3 | 0,56 | сильный недостаток азота при большом избытке калия |
| 5 | 11,2 | 1,6 | 0,63 | |
| 4 | 10,0 | 1,4 | 0,72 | средний недостаток азота |
| 3 | 9,0 | 1,25 | 0,80 | при среднем избытке калия |
| 2 | 8,0 | 1,12 | 0,9 | близкое к норме |
| 1 ЦОП | 7,2 | 1,0 | 1,0 | уравновешенное питание К2О и N |
| 2 | 6,3 | 0,9 | 1,14 | близкое к норме |
| 3 | 5,6 | 0,8 | 1,28 | средний недостаток калия |
| 4 | 5,0 | 0,72 | 1,44 | при среднем избытке азота |
| 5 | 4,5 | 0,63 | 1,60 | |
| 6 | 4,0 | 0,56 | 1,80 | сильный недостаток калия при сильном избытке азота |
| 7 | 3,6 | 0,5 | 2,0 | |
| Номер точки отсчета от центра оптимума | P2О5 K2O мг/кг | Степень нуждаемости СH | Характеристика условий питания азотом и фосфором, их уравновешенность | |
| для K2O | для P2O5 | |||
| 7 | 2,0 | 2,0 | 0,5 | |
| 6 | 1,8 | 1,8 | 0,56 | сильный недостаток калия при большом избытке фосфора |
| 5 | 1,6 | 1,6 | 0,63 | |
| 4 | 1,4 | 1,4 | 0,72 | средний недостаток калия при |
| 3 | 1,25 | 1,25 | 0,80 | среднем избытке фосфора |
| 2 | 1,12 | 1,12 | 0,90 | соотношение, близкое к норме |
| 1ЦОП | 1,0 | 1,0 | 1,0 | уравновешенное питание К и Р |
| 2 | 0,9 | 0,9 | 1,12 | соотношение, близкое к норме |
| 3 | 0,8 | 0,8 | 1,25 | средний недостаток фосфора |
| 4 | 0,72 | 0,72 | 1,4 | при среднем избытке калия |
| 5 | 0,63 | 0,63 | 1,6 | |
| 6 | 0,56 | 0,56 | 1,8 | сильный недостаток фосфора при большом избытке калия |
| 7 | 0,5 | 0,5 | 2,0 | |
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
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.