«Эффективность – это получение большего при минимальных вложениях»
Т.C. Мюррелл, Международный институт питания растений (IPNI), США
Украинская пословица: «Паны дерутся – у мужиков чубы трещат» в сегодняшних условиях приобретает особую актуальность. И чубы трещат, и голова пухнет. А еще бы не опухшая, ведь существует высокая вероятность того, что в этом году многим аграриям придется полностью менять технологии – переходить на «полуорганическое» земледелие.
Учитывая последние события на отечественном рынке минеральных удобрений, отказ от их использования будет базироваться как на дефиците, так и на цене. Все было бы ничего, если бы не те сорта (гибриды) с высоким генетическим потенциалом, для его раскрытия требуют полноценного питания.
Поэтому вопрос, каким образом можно обеспечить бездефицитное минеральное питание в условиях дефицита ресурсов, приобрело особую актуальность, когда каждый внесенный килограмм удобрений должно быть экономически оправданным и давать максимальный прирост к урожаю. Его решение просто не возможно без разработки оптимальных моделей агротехнологий, которые непременно должны носить зональный характер, и реализация которых должна свести к минимуму непроизводственные потери биогенных элементов. И коэффициенты использования питательных веществ должны приблизиться к максимальным уровням.
Видимо, нет нужды акцентировать на том, что основным элементом, лимитирующим продуктивность растений является азот, а на закупку азотных удобрений хозяйства тратят от 60 до 95% средств, предназначенных на приобретение агрохимикатов. При этом стоит отметить, что по обобщенным данным непроизводственные потери азота из почвы при его внесении с минеральными удобрениями, представляют в виде:
газообразных продуктов – 15–30%;
иммобилизации в органическое вещество почвы – 20–40%;
потери из-за вымывания нитратов – от 10% и более.
Если раньше считали, что растения способны усваивать до 80% азота из минеральных удобрений, то более поздними исследованиями с помощью стабильного изотопа 15N доказано, что в полевых условиях общее усвоение растениями азота из вносимых минеральных удобрений не превышает 30–50%.
Кроме того, этот метод позволил установить, что величина усвоения азота из удобрений меняется и определяется не только биологическими особенностями выращиваемых культур, но и сортовым (генетическим) контролем за поступлением, ассимиляцией и метаболизмом азота в растении.
Так, например, современные сорта пшеницы для увеличения урожайности и формирования качественного зерна, как при низких, так и высоких дозах азота, в сравнении с «древними», гораздо эффективнее используют почвенный азот.
Это обусловлено направлением современной селекции пшеницы на эффективное использование азота на ростовые процессы, что сопровождается ростом его содержания в зерне и изменением структуры растения на пользу зерновой продуктивности.
Факторы влияния на эффективность азотных удобрений
Существенное влияние на усвоение азота удобрений играют условия увлажнения, количество и виды пожнивных остатков предшественников. Бесспорным является тот факт, что в вопросе эффективности удобрений важное место занимает почва, в частности, её тип. Ведь минеральные соединения азота, как правило, в почве не накапливаются в больших количествах, потому что поглощаются растениями, используются микроорганизмами и частично трансформируются в органическую форму. В целом же содержание азота в почвах колеблется от 0,07 до 0,5%.
Почвенный азот находится, в основном, в недоступной для растений органической форме, а на долю минерального азота приходится только 1–2% его общего количества. Правда, в результате микробиологических процессов органические формы азота трансформируются, и следует отметить, что внесение азотных удобрений усиливает минерализацию органического вещества почвы, а усвоение растениями азота при этом возрастает.
Процессы минерализации и иммобилизации органического вещества в почве происходят постоянно, причем процесс минерализации органического вещества преобладает над иммобилизацией, поэтому в грунте постоянно присутствует определенный запас минерального азота. Так, в дерново-подзолистых почвах может образовываться до 30–35 кг/га минерального азота, в черноземах – до 50 кг/га. Поэтому основная задача агрономической службы – это обеспечение максимального его использования культурными растениями путем сбалансированного хода процессов минерализации и иммобилизации органического вещества почвы благодаря непосредственному включению свіжовнесеного азота удобрений в общий цикл превращений азота и поглощения растениями.
Для определения оптимальных доз азотных удобрений и корректировки сроков их внесения с учетом погодных условий, предшественника, плодородия почвы и планируемой урожайности сначала нужно выяснить количественное и качественное содержание минерального азота в почве. Поскольку при внесении удобрений происходит уменьшение соединений азота почвы, которые легко гидролизируются, зато наблюдается увеличение фракций, которые трудно гидролизируются или вообще не гидролизируются.
То есть, часть азота из удобрений переходит в недоступную или труднодоступную для растений форму. Прежде всего это касается аммония, поскольку (в избытке) он беспроблемно может занимать нишу калия в первичных силикатных минералах и полевых шпатах или же «включаться» в кристаллическую решетку минералов, подобных вермикулиту или иллиту.
Типичным примером фиксирования нитратных форм азота является его биологическое поглощение, но если процесс биологического поглощения микроорганизмами слишком выражен, то это обязательно негативно скажется на питании культурных растений. Однако, как показывает практика, наибольшие потери азота из почвы и удобрений происходят вследствие денитрификации, то есть в процессе восстановления нитратного азота до свободного молекулярного или же до газообразных окислительно-закиснет его форм.
Биологическая денитрификация осуществляется группой денитрифицирующих бактерий и особенно интенсивно происходит в анаэробных условиях при щелочной реакции почвы при наличии богатого клетчаткой органического вещества – соломы.
Однако наибольшие потери азота почвы и удобрений в газообразном его состоянии происходят в результате денитрификации, амоніфікації и нитрификации в форме молекулярного азота (N2), его оксидов (NO; N2O; NO2) и аммиака (NH3). Так, потери из внесенных азотных удобрений могут составлять до 20% из аммиачных удобрений и примерно 30% из нитратных форм, а на дерново-подзолистых почвах могут достигать и до 50%.
Исследованиями доказано, что основная часть аммиачного азота теряется в первый месяц после его внесения. Далее, когда в процессе нитрификации большая часть азота переходит в нитратную форму, потери аммиака значительно снижаются. Касательно дерново-подзолистых почв, то самые высокие потери аммиака зафиксировано в течение первых 10 суток после внесения азотных удобрений, через 2–3 недели выделения из почвы NН3 прекращается совсем.
Количество испарения аммиака из почвы зависит от формы азотного удобрения. По величине потерь из почвы азота удобрений в виде NH3, азотные удобрения располагаются так: сульфат аммония (3–14% от внесенного количества), аммиачная селитра (1–14%), мочевина (2–20%), водный аммиак (45–53%).
Как показывает практика, агрономическая эффективность азотных удобрений и размеры потерь азота напрямую зависит от глубины их заделки в почву. Так, например, не зависимо от типа почвы зафиксированы максимальные потери азота при поверхностном внесении карбамида (мочевины) или его заделки на глубину 3–5 см, тогда как при глубине до 15 см потери азота практически исключаются.
Аналогичная ситуация наблюдается и при внесении аммиачной селитры и сульфата аммония: выветривания аммиака из почвы в процессе их внесение на черноземе обычно на глубине 18–20 см практически сводилось к минимуму, чего нельзя сказать о поверхностной заделке (бороновании), где размер потерь доходил до 30%. Одним из факторов, который влияет на легкость и обеспечивает уменьшение газообразных потерь азота является внесение удобрений с более глубокой их заделкой, снижение интенсивности микробиологических процессов. При этом газы, образующиеся в процессе аммонификации, денитрификации и нитрификации, проходя через толстый слой почвы, более полно поглощаются почвенным коллоидным комплексом.
Далеко не последнее место на влияние размеров потерь и эффективности удобрений занимают влажность, рН и температура почвы. Обратим внимание на таблицу или диаграмму о влияние рН почвы на доступность макро- и микроэлементов для растений.
Из этого возникает вполне простой вопрос: куда девается тот недоступный для растений азот, который уже «оплачен»? Как показывают исследования, незадействованный азот удобрений (в зависимости от формы) может расходиться так: часть, как уже отмечалось, иммобилизируется, часть переходит в форму, которая легко гидролизуется, часть вымывается, часть «выбивает» калий из кристаллических решеток минералов, а часть просто выветривается.
В научной литературе есть данные о том, что потери азота в форме NН3 в случае изменения реакции почвенной среды растут с 5 до 60% (при рН 8). Кроме того, часть нитратного азота если не вымоется, то обязательно вместе с влагой переместится в более глубокие горизонты.
Относительно влажности грунта, то с увеличением полной влагоемкости (ПВ) с 25 до 75% потери аммиака из сульфата аммония и аммиачной селитры снижались в 2 раза, а мочевины – в 1,5 раза, зато наблюдалась миграция азота по профилю, а коэффициенты использования минерального азота растениями находились в прямой зависимости от типа корневой системы.
Нитратную форму лучше любят растения с мочковатой корневой системой, тогда как на аммонийный азот лучше поглощают растения со стержневым корнем. Следует отметить, что аммонийный азот способствует более интенсивному росту боковых корней и корневых волосков, тогда как нитратная форма усиливает рост корней в длину.
Кроме того, возможно это будет выглядеть несколько странным, но, кроме формы азота, растения имеют свое любимое «меню». Если пшеница примерно одинаково усваивает азот из аммиачной и кальциевой селитры, сульфата аммония, мочевины, то ячмень предпочитает аммиачную воду и аммиачную селитру, картофель практически не использует азот из аммиачной и амидной форм, а однолетние травы, наоборот, больше любят эти формы в совокупности с нитратными.
Относительно температурного режима, то тут, пожалуй, вопросов не возникает: чем выше температура – тем выше потери.
Взаимодействие азота с другими элементами
С целью рационального применения минеральных удобрений и повышения их поглощения корневой системой культурных растений, разрабатывая систему удобрения, также нужно учитывать антагонистические и синергетические взаимосвязи между различными ионами элементов питания. В одном случае (во время контакта ионов с одноименным электрическим зарядом) они тормозят этот процесс, в другом (с разноименными зарядами) – взаимно помогают друг другу проникать в растения.
Корневая система в несколько раз интенсивнее поглощает ионы питательных веществ с разноименными электрическими зарядами. Так, например, ранней весной, при среднесуточной температуре до +5…8°С, потребность растений в азоте обеспечивается исключительно его аммонийной формой.
Поэтому положительно заряженный аммоний усиливает поглощение фосфатного иона РО4-. Азот и особенно фосфор стимулируют активность корневых волосков в поглощении всех других элементов питания. В то же время столкновения одноименно заряженных нитратных и фосфатных ионов тормозит поглощение как азота, так и фосфора.
Следует отметить, что в ранневесенний период, из-за низких температур или их перепадов, растения и так страдают от недостатка фосфора. Представим, что на температурный фактор накладывается определенное количество нитратов. Что тогда происходит с усвоением этих элементов? В случае низкого содержания доступного фосфора в почве нужно отдавать предпочтение аммиачной форме азота, желательно внесенного в почву.
За повышенного и высокого содержания доступного фосфора в почве нарушается питание растений такими элементами как азот, калий, медь, цинк, бор. В этом случае предпочтение следует отдавать поверхностном внесении нитратных форм. Конкуренция между нитратами и фосфатами снизит излишнее поступление к растениям солей фосфора и разблокирует поступления вышеуказанных элементов.
Не менее важным фактором, что влияет на азотное питание, является уровень обеспеченности почв калием. Аммоний, имея близкие ионные размеры с калием, постоянно конкурирует с ним в почвенных процессах: взаимосвязь этих катионов проявляется как при их фиксации почвой, так и по мобилизации. В ряде исследований показано блокирующее действие повышенного уровня калия в почве на переход фиксированного аммония в обменный состояние, что в итоге приводит к уменьшению усвоения азота растениями, снижение эффективности удобрений и повышение непроизводственных потерь. В литературе имеют место данные о том, что в условиях дефицитного баланса калия внесение азотных удобрений привело к миграции нитратной формы азота в более глубокие слои почвы. Сбалансирование же азотно-калийного режима значительно поспособствовало в усвоении нитратного азота растениями и замедлило миграционные процессы, что в свою очередь повлияло на агрономическую эффективность азотных удобрений.
Фиксация азота: бактерии и аминокислоты
Весомое значение в процессе формирования азотного режима и снижении затрат на минеральные удобрения играют азотфіксуючі микроорганизмы. Если в результате биологической азотфиксации (несимбиотическая и симбиотическая) в круговорот привлекается примерно 200 млн. тонн азота, то мощности мировой химической промышленности способны произвести не более 85 млн. тонн. По данным ФАО, вклад биологической азотфиксации в сельское хозяйство примерно вдвое превышает вклад химических азотных удобрений, а за более широкого привлечения в аграрную отрасль диазотрофов (симбиотические и вольноживущие азотфіксуючі бактерии) этот показатель легко удваивается.
Современный арсенал бактерий-азотфиксаторов достаточно мощный, это и клубеньковые (симбиотические) бактерии рода Rhizobium, которые находятся в симбиозе с бобовыми растениями, это и ассоциативные азотфиксаторы рода Azospirillum, Azotobacter, Beijerinckia, Clostridium, которые главным образом живут за счет корневых выделений растений. Беспрекословно их применения является весомым дополнением в обеспечении растений азотом, однако в случае дефицита влаги, их эффективность значительно снижается.
Незаменимым агрозаходом среди факторов, позволяющих повысить агрономическую эффективность азотных удобрений является применение микроэлементов и стимуляторов роста. При этом, учитывая абиотические стресс-факторы, особое внимание нужно уделить введению в технологии выращивания препаратов с содержанием аминокислот. Так как существует четкая корреляционная зависимость между азотным питанием и синтезом аминокислот. Попадая в растение путем искусственного их введения (некорневые подкормки), большинство аминокислот кроме присущих для них специфических функций (синтез белков) принимают активное участие в ферментативных реакциях растительного организма «работают» над синтезом фитогормонов и регулированием гормонального баланса. Фитогормоны, в свою очередь, активируют поступление элементов минерального питания в растения и их перераспределение в растении.
В завершение хотелось вспомнить слова еще одного литературного персонажа: «Спасение утопающего – дело рук самого утопающего», то есть агрономическая эффективность удобрений может быть именно такой, как мы ее запрограмуємо.
Мария Августинович,
кандидат сельскохозяйственных наук,
заведующий научно-исследовательской
лабораторией инновационных технологий и внедрение
ООО «УНПЦ «Институт питания растений»
Поділитись в соцмережах:
