Спецвозможности
Агрохимия

Обеспеченность почв Украины доступными растениям формами элементов питания

13.08.2017
6884
Обеспеченность почв Украины доступными растениям формами элементов питания фото, иллюстрация

Почвенный покров Украины неоднороден - он отличается по уровню естественного и эффективного плодородия. Подавляющее большинство почв, особенно черноземные лесостепной и степной зон страны, имеют высокий валовой запас основных элементов питания растений, но реализация потенциального их плодородия сдерживается рядом природных и социально-экономических факторов.

Еще в ХІХ в. было установлено, что связь между общим содержанием питательных веществ в почве и эффективностью удобрений практически отсутствует, вследствие чего состояние плодородности по обеспеченности питательными веществами объективнее всего характеризует содержание их подвижных (т. е. доступных растениям) форм.

Азотное состояние почв

Наличие азота в почве является одним из важнейших показателей ее плодородия. Как правило, в неудобренной пашне растениям не хватает азота, содержащегося в почве в минеральной форме, а также мобилизованного из органического вещества. В результате для получения высоких урожаев культур на всех типах почв необходимо вносить азотные удобрения. Точная диагностика азотного почвенного режима дает возможность значительно снизить непродуктивные затраты азотных удобрений и уменьшить их негативное влияние на окружающую среду. Для этого разработан ряд лабораторных методов характеристики грунтов на предмет их способности обеспечить растения азотом и прогноза действия азотных удобрений. Определение запасов азота после прекращения осенней вегетации позволяет перейти от внесения средней дозы азотных удобрений на всех полях хозяйства к дифференцированной подкромке в зависимости от уровня реальной обеспеченности почвы, что значительно (на 10-20%) повышает эффективность удобрения, уменьшает непродуктивные потери азота и помогает дополнительно получить 150-250 грн прибыли с каждого гектара посевов. По сути, это является первым простым шагом на пути к точному земледелию. Кроме того, в течение весенне-летней вегетации можно проводить корректировки азотного питания растений по результатам растительной экспресс-диагностики на разных этапах органогенеза растений.

Однако для азотного питания невозможно составить долгосрочные прогнозы, поскольку в природных условиях величины азота, мобилизующегося из органического вещества одной и той же почвы, очень изменчивы. Степень мобилизации зависит от многих факторов: интенсивности минерализации органического вещества, особенно навоза, которая определяется биохимическими процессами, которые, в свою очередь, связаны со свойствами почвы, агротехникой выращивания культуры и гидрометеорологическими условиями (Методические рекомендации, 2000). В связи с этим выбор лучшей формы, сроков и способов внесения удобрений зависит от состояния посевов и погодных условий весны. 

Практически весь азот в пахотных почвах Украины находится в негидролизованных органических соединениях, т. е. в труднорастворимой и недоступной растениям форме. Исследования, проведенные на основе большого массива данных, показали, что существует прямая зависимость (коэффициент корреляции, r> 0,9) между содержанием в почвах общего азота и гумуса (рис. 1).

Независимо от содержания гумуса или общего азота доля минерального азота (доступного растениям), составляет, как правило, менее 1%, и определяется не столько типом почвы, сколько уровнем применения азотных удобрений и насыщенностью севооборота многолетними бобовыми травами. Повышенное или высокое содержание в почвах минерального (нитратного и аммонийного) азота, непосредственно доступного растениям, обычно наблюдается после внесения повышенной дозы органических и азотных удобрений, после черного пара и после распашки пласта многолетних бобовых трав.

Основная причина невысокой обеспеченности большинства почв Украины (от дерново-подзолистых до черноземных) доступным азотом - низкое содержание детрита и новообразованного органического вещества в условиях практического отсутствия органических удобрений, а также многолетних бобовых трав в структуре севооборотов и недостаточного использования растительных остатков.

Фосфатное состояний почв

Одной из нерешенных проблем современного земледелия Украины является оптимизация фосфатного питания сельскохозяйственных культур. Это связано, с одной стороны, с важной ролью фосфора в жизни растений, с другой - невысоким естественным содержанием доступных его соединений в пахотных почвах и ограниченностью ресурсов фосфатного сырья.

Недостаток фосфора обуславливает несбалансированность питания, что приводит не только к снижению урожая и неэффективному использованию других удобрений, но и вызывает ухудшение качества продукции: снижение сахаристости корнеплодов свеклы и количества белка в зерне, накопление нитратов в овощных и кормовых культурах. На Международном симпозиуме «Проблемы фосфатной геологии» снижение содержания фосфора в почвах России было признано «внутренней угрозой экономической безопасности страны», что может привести к катастрофическому падению урожая в отдельные, особенно в неблагоприятные по погодным условиям, года (И.Н. Чумаченко, Ф .В. Янишевский, 1999). Аналогично этому, в обнародованном в 2012 г. докладе объединенного исследовательского центра Еврокомиссии «NPK: будет ли достаточно питания растений для того, чтобы накормить 9 млрд населения в 2050 г.» фосфор признан стратегическим ресурсом, поскольку потребность сельского хозяйства в этом элементе постоянно растет, а залежи сырья для удобрений ограничены. Такое положение вещей полностью касается и Украины (J.P. Malingreau et al., 2012).

Почвы Украины существенно отличаются по валовым запасам фосфора, количество которых определяется его содержанием в материнской породе (преимущественно в виде малодоступных растениям апатитоподобных соединений) и количеством органического вещества. Эти запасы фосфора позволяют поддерживать стабильный фосфатный уровень экстенсивно используемых пахотных почв в течение неопределенно длительного периода. К сожалению, этот уровень соответствует границе низких и средних значений. Дополнительная мобилизация природного фосфора практически невозможна. Единственный известный способ - это создание благоприятных условий для роста и развития растений. Практика выращивания культур, в том числе на орошаемых землях, показывает, что возможности растений по дополнительному поглощению фосфора даже в таком случае ограничены.

Тяжелые почвы на лессовых породах (в т. ч. черноземные) содержат повышенное количество фосфорсодержащих апатитов, а также полевого шпата и трехслойных алюмосиликатов. Фосфор или калий, содержащиеся в этих минералах, находятся в недоступной растениям форме, но хорошо экстрагируются растворами кислот, в частности 0,5 н уксусной кислотой (ГОСТ 26204-91, метод Чирикова). Это и создает видимость разной обеспеченности неудобренных или малоудобренных почв, т. е. ведет к искусственному искажению (завышение или занижение) оценки их плодородия. 

Это подтверждают эмпирические данные многочисленных полевых опытов: на всех типах пахотных почв с естественным уровнем содержания NPK эффективность всех видов удобрений достаточно высока. Причем эффективность фосфорных удобрений на черноземах - самая высокая в Украине. Один из основателей агрохимической науки, ученый Д.М. Прянишников, еще в начале XX в. отмечал: «Почвы, при разном отношении к азоту, проявляют общую потребность в фосфоре, и чернозем в районах старой культуры земледелия не только не является исключением из этого правила, но нередко в самой отчетливой форме его подтверждает» (Д.Н. Прянишников, 1963) .

Безусловно, черноземы являются плодородными почвами, но оценка их обеспеченности фосфором существенно завышена. Также высока вероятность завышения оценки плодородия легких песчаных и супесчаных почв Полесья и почв речных террас в других природных зонах. Поэтому для получения высоких и устойчивых урожаев на всех без исключения неокультуренных или малоокультуренных пахотных почвах Украины следует вносить фосфорные удобрения.

Наблюдение во время длительных стационарных опытов показывают, что после создания высокого фосфатного фона и прекращения внесения удобрений среднегодовое падение содержания Р2О5 составляет 4,8 мг/кг (рис. 2). В связи с этим регулирование обеспеченности почвы доступными растениям формами фосфора должно предусматривать регулярное пополнение запасов остаточных фосфатов.

Калийное состояние почв

Калий является элементом питания, без которого невозможно нормальное развитие сельскохозяйственных культур. Оптимизация калийного питания существенно повышает засухоустойчивость яровых культур, а также устойчивость растений против грибных и бактериальных заболеваний. Использование калийных удобрений не только повышает урожай, но и улучшает качество получаемой продукции, в том числе улучшает наполненность зерна.

Чем тяжелее гранулометрический состав почв, тем больше в них валовое содержание калия. К сожалению, связь между валовыми запасами калия и реально доступными растениям его соединениями практически отсутствует.
Применение метода Чирикова позволяет получить объективную оценку калийного состояния почв только при содержании в них 40-45% физической глины, т. е. на среднесуглинистых почвах. В то же время естественное содержание К2О в пахотном слое почвы такого гранулометрического состава, как правило, находится в пределах 70-90 мг/кг по методу Чирикова (средняя обеспеченность калием).

По мере увеличения в почве количества тонкодисперсных частиц возрастает количество калийсодержащих минералов. Т. е. чем тяжелее гранулометрический состав, тем убедительнее иллюзия увеличения содержания «подвижного» калия. Аналогичная закономерность наблюдается и в отношении метода Кирсанова (рис. 3). В основном сравнительно невысокая эффективность калия на некоторых почвах зоны Лесостепи и Степи, особенно на черноземах обыкновенных, южных и темно-каштановых почвах, объясняется не их хорошей обеспеченностью подвижным калием, а дефицитом влаги и невысокой, в целом, культурой земледелия. Как известно, эффективность применения минеральных удобрений (особенно калийных) в Украине снижается от западных, более увлажненных, до восточных и юго-восточных, засушливых, областей.

Согласно полученной математической модели при значении ГТКV-IX, например, 1,6, окупаемость 1 кг К2О удобрений составляет 5,2 кг, а при значении ГТКV-IX 1,2 - 2,7 кг зерна озимой пшеницы (рис. 4) . Уменьшение значения ГТКV-IX на 0,1 снижает окупаемость калийных удобрений, соответственно, на 0,51 кг/кг. Близкие закономерности были получены и при анализе эффективности удобрений, внесенных под другие культуры.

Разумеется, модель отражает обе закономерности. В зависимости от условий конкретного года, уровня культуры земледелия, используемых технологий и других факторов уровень окупаемости удобрений может существенно меняться. С повышением уровня агротехники, широким использованием приемов, направленных на накопление и сохранение почвенной влаги и оптимизацией азотно-фосфорного питания агрохимический и экономический эффект от применения калийных удобрений существенно возрастает.

Закономерности состояния плодородия почв Украины, установленные на основе использования национальных стандартов и изложенные выше, полностью подтверждаются историей и практикой земледелия, а также данными, полученными при проведении многочисленных полевых опытов с растениями.

Рекомендуемые дозы удобрений не только не снижаются с учетом дифференциации от «бедных» дерново-подзолистых к «богатым» черноземным почвам, но для отдельных культур имеют тенденцию к повышению (табл.). Разумеется, эти нормы устарели, но важно другое. Аксиома агрохимической науки: чем выше плодородие почв, тем ниже оптимальная доза удобрений. Почти одинаковая реакция растений на дозы удобрений является прямым доказательством того, что нет существенной естественной разницы в уровне обеспеченности пахотных почв различных типов питательными веществами.

Согласно прогнозу средневзвешенное содержание подвижных форм фосфора и калия в 2015 г. в большинстве почв Украины останется практически на уровне естественного, а именно - на грани низкого и среднего уровней обеспеченности фосфором и в пределах среднего значения обеспеченности калием (А. Христенко, 2009 ).
Таким образом, распространенное мнение о высокой обеспеченности черноземов лесостепной и степной зон Украины, в определенной степени определяющая невысокий спрос земледелия на минеральные удобрения, ошибочно. Используя только потенциальное плодородие почв, невозможно реализовать генетический потенциал современных сортов и гибридов (А. Христенко и др. 2013).

Обеспеченность почв подвижной серой

Обеспеченность почв подвижной серой тесно связана с составом материнских пород, направлением почвообразовательного процесса, удаленностью от промышленных источников выбросов, а также особенностями агропроизводства.

Наибольшее накопление серы, независимо от типа почвообразования, происходит в гумусово-аккумулятивном слое, где на органические соединения серы приходится 70-80%, а в торфяных почвах - почти 100% всех запасов серы. Количество серы в гумусовых кислотах черноземов составляет более половины (57%) валового содержания в почвах, для темно-серых почв - около половины (51%), а для дерново-подзолистых почв - меньше половины (46%). Чем выше степень минерализации гумуса в почве, тем больше подвижной серы, поскольку каждая тонна органического вещества содержит 50 кг азота и 5,9 кг серы. Итак, наибольший дефицит серы наблюдается на почвах с низким содержанием гумуса (Л. Державин, 1989; З.К. Крупская, 1974; Е. Мамонтова, 1973).

Источниками поступления серы в почву являются атмосферные осадки, органические и минеральные удобрения. Основная часть серы из атмосферы абсорбируется почвой в виде SО4 и незначительное ее количество (5-15 кг/га, в промышленных районах - 25-45 кг/га в год) поступает с атмосферными осадками. Из 1 т органических удобрений (навоз, компосты) в почву вносится 0,5 кг серы, из 1 т сульфата аммония - 240, сульфата калия - 180, суперфосфата - 130 кг. Незначительное количество серы поступает в почву с семенами и посадочным материалом. Существенным источником серы для растений являются также сульфаты в поливной воде.

Поскольку минеральные соединения серы в почве очень подвижны, значительное их количество может вымываться в нижние слои, за пределы развития корневой системы растений (рис. 5). Для большинства незасоленных почв содержание подвижной серы увеличивается вниз по профилю и достигает своего максимума в почвообразующей породе. В зависимости от почвенно-климатических и других условий величина вымывания серы колеблется в довольно широких пределах - от 11 до 80 кг/га. Таким образом, в почве могут формироваться временные слои повышенной концентрации подвижной серы или, наоборот, низкой концентрации, что, безусловно, будет влиять на сезонные условия минерального питания растений.

Вымывание минеральной серы из пахотного слоя почвы в нижележащие горизонты несет опасность возникновения временного дефицита этого элемента, который действительно наблюдается во многих странах в условиях небольшого поступления из атмосферы и значительного количества зимних осадков (M. Sager, 2012). Следует также отметить, что содержание подвижной серы в пахотном слое почвы за последние 20 лет имеет четкую тенденцию к снижению, что удостоверяют результаты агрохимической паспортизации. Такое явление стало закономерным следствием постепенного отказа агропроизводителей от серных удобрений и уменьшением объемов атмосферных выбросов, которое наблюдается в глобальном масштабе с 70-х годов прошлого века (P.J.A. Withers, 1997).

Практично весь азот в орних ґрунтах України перебуває в негідролізованих органічних сполуках, тобто у важкорозчинній і недоступній рослинам формі

Итак, для объективной оценки обеспеченности почвы подвижной серой целесообразно учитывать ее содержание не только в пахотном слое, но и в лежащих ниже почвенных горизонтах. Аналогичный подход уже применяют некоторые практики, в частности известный агроном Рэй Вард (2007), а некоторые лаборатории США производят анализ почвы только при наличии проб почвообразующей породы (Singh Rabinder, 2012).

Современная рамочная концепция рациональных систем применения удобрений (Fertilizer Best Management Practice) основывается на четырех основных правилах: удобрения следует вносить в самый подходящий форме, в оптимальной дозе, в благоприятные сроки и наилучшим образом. Для выполнения этих условий, прежде всего, следует учитывать специфику минерального питания растений и трофическое состояние почв.

Для Украины, обладающей 32 млн га пашни, повышение отдачи от применения удобрений является чрезвычайно актуальной задачей. Отсутствие объективной информации о питательном режиме почв, шаблонное применение минеральных и органических удобрений обусловливают их неэффективное использование, то есть фактически «закапывание денег в землю», которого не позволяют себе даже экономически развитые страны.

А. Христенко, М. Мирошниченко, Ю. Круподеря

 

Интервью
О перспективах выращивания не ГМО сои в Украине, а также потенциально интересные ниши соевых продуктов для украинских производителей в интервью рropozitsiya.com рассказала представитель
Сейчас много говорится о деградации почв. Сайт propozitsiya.com попросил подробнее прояснить суть проблемы и посоветовать пути ее решения генерального директора Института охраны почв Игоря Яцука. И он дал подробное интервью.   Как за... Подробнее

1
0