Теоретические основы ресурсосберегающей системы удобрения в севооборотах юго-западной части Центрального Черноземья

Никитин В.В., доктор сельскохозяйственных наук,
заведующий лабораторией плодородия почвы и
мониторинга Белгородского научно-
исследовательского института сельского хозяйства

Отечественный и зарубежный опыт показывают, что продуктивность агроценоза на 50% формируется за счет удобрений. Это имеет место и на таких плодородных почвах как черноземы. Так, в среднем за много лет в производственных условиях Белгородской области долевое участие удобрений в формировании урожая сахарной свеклы составило 58%. Наиболее актуальной и сложной составной частью системы удобрения в севообороте является выбор доз и соотношений значимых макро- и микроэлементов, регламентирующих оптимальный уровень питания растений в течение всего вегетационного периода. Существует большое число методов расчета доз удобрений с учетом, прежде всего, планового урожая и содержания усвояемых элементов питания в почве. Однако эти методы должны носить региональный характер, то есть опорные параметры, на которых они базируются, должны быть получены в почвенно-климатических условиях района, предназначенного для их применения.

Мировая практика и отечественный опыт показывают, что наиболее приемлемый путь при внедрении ресурсосберегающих систем удобрения в севооборотах - привлечение методов почвенно-растительной диагностики. Экспериментальная база, наработанная в результате длительных экспериментов в БелНИИСХ, позволяет предложить производству ряд параметров и концептуальных положений, которыми следует пользоваться при оптимизации корневого питания сельскохозяйственных культур на черноземных почвах нашей зоны. Идея оптимизации минерального питания приобретает особую актуальность в настоящее время при существующем диспаритете цен на энергоносители и сельскохозяйственную продукцию и дороговизне промышленных удобрений. Следует отметить, что в сельскохозяйственной практике этому вопросу не уделялось должного внимания, как в прочем и в настоящее время, за некоторыми приятными исключениями: минеральные удобрения вносили по "средним" дозам на всех полях без учета естественного плодородия почвы. Обработка производственных данных за 12 лет по девяти административным районам области показала, что из-за несбалансированности питательного режима недобор урожая сахарной свеклы с каждого гектара составил 5,2 тонны, а экономический ущерб - около 3 тысяч рублей.

Этот результат был получен после подбора математической модели для системы "удобрения - урожай", статистические критерии которой удовлетворяют требованиям, принятым в биологических исследованиях, и свидетельствуют о ее достоверности на 99%-ном уровне вероятности. Так, расчетный урожай сахарной свеклы и выход продукции в рублевом эквиваленте по модели лишь на 5-7% отличаются от фактических, а ошибка средней составляет 3,4%. Регрессия урожая на удобрения рассчитывается по следующему уравнению: У = N + P + K + N0 ₅+ P0 ₅+ K0 ₅

где У - урожай в т/га, N, P, K - дозы удобрений в кг/га действующего вещества.

Для решения проблемы ресурсосберегающей системы удобрения были проведены длительные стационарные опыты на черноземе типичном в пятипольном севообороте со следующим чередованием культур: горох, озимая пшеница, сахарная свекла, ячмень, кукуруза на силос. Минеральные удобрения вносили на фоне 8 тонн навоза на гектар севооборотной площади и на безнавозном фоне в пределах 48-120 кг/га д.в. азота, фосфора и калия. При выборе наиболее подходящих методов анализа элементов питания в почве, адекватно отражающих сложившиеся реалии, были проанализированы математические зависимости между продуктивностью культур и наиболее распространенными на черноземах методами химических анализов. Судя по статистическим критериям, наиболее приемлемым для диагностических целей оказались: по азоту - сумма нитратов в слое 0-100 см, по фосфору и калию - их концентрация в пахотном слое, обнаруженная в 0,5 нормальной уксусной кислоте. Следует отметить, что нами получена довольно хорошая зависимость между наличием усвояемого азота в неглубоких слоях почвы и урожаем основных культур в среднем за много лет.

Поэтому, естественно, возникает вопрос о возможности использования в диагностических целях образцов, отобранных, скажем, с пахотного горизонта, применяя поправочные коэффициенты. При статистической обработке большой выборки, в которой представлены результаты по годам, были вычислены поправочные коэффициенты на нитратный азот по исследуемым слоям почвы. Они, естественно, убывают с глубиной, уменьшается и ошибка средней. Однако доверительный интервал с общепринятым в биологии уровнем вероятности достаточно велик даже на глубине 0-80 см (табл.1). В этом же мы убеждаемся, сравнивая отношения дисперсий по слоям: фактический критерий Фишера больше теоретического на уровне вероятности 0,95 за исключением глубины 0-80 см. Однако в пользу метровой глубины свидетельствует факт практически полного соответствия выноса азота урожаем и наличия его в метровой колонке. Кроме того, на глубине 0-80 см доверительный интервал на уровне вероятности 0,99 (а именно этот уровень следует брать за основу, учитывая изменчивость исследуемого объекта и его значимость) составляет 1,1-1,4.

Сроки отбора почвенных образцов имеют большое значение для достоверности прогноза. По всей вероятности, чем меньше разрыв во времени между наблюдением и критическим периодом, тем точнее будет результат. Однако рано весной отбирать образцы сложно из-за высокой влажности почвы и острого лимита времени на проведение анализов и расчетов. Поэтому предпочтительнее было бы проводить почвенную диагностику поздно осенью. Наши исследования, проведенные на озимой пшенице, показывают, что содержание нитратного азота в метровой колонке почвы перед уходом растений в зиму и рано весной (ВВВВ) практически одинаково, поэтому без ущерба для достоверности прогноза почвенные образцы можно отбирать осенью при переходе среднесуточной температуры через 50С. Из большого числа методов расчета доз удобрений на плановый урожай нам представляется наиболее перспективным проводить научный поиск в региональном, разумеется, аспекте в следующем направлении: определить способность почвы формировать урожай за счет естественных запасов питательных веществ, опытным путем установить нормативы затрат питательных веществ на формирование единицы прибавочной продукции и нормативы выноса NPK урожаем.

Используя информационный массив двух ротаций севооборота, мы получили производственные функции по коэффициентам использования питательных веществ почвы сахарной свеклой, кукурузой и озимой пшеницей, которые находятся в обратной зависимости от их абсолютной величины, а не постоянны, как это представлено в литературе. Нормативы затрат NPK на прибавку урожая и выноса единицей основной продукции также являются функцией их абсолютной величины, однако в реальном интервале они изменяются несущественно и поэтому можно пользоваться усредненными данными.

Доза основного удобрения на плановый урожай культуры рассчитывается по следующему уравнению: Д = (Упл - ЗпxКп / 100xНв)xНзп

Д - доза основного удобрения, кг/га д.в.; Упл - плановый урожай, т/га; Зп - запас элемента в почве, кг/га; Кп - коэффициент использования элемента культурой, %; Нв - норматив выноса элемента культурой, кг/га; Нзп - норматив затрат элемента на прибавку урожая, кг/т.

С помощью корреляционно-регрессионного анализа рассчитаны оптимальные уровни обеспеченности черноземов подвижными элементами питания для основных культур зерносвекловичного севооборота (табл.2). Заметное снижение оптимального уровня по фосфору связано с тем, что в течение последних 15-20 лет в земледелии ЦЧЗ имел место положительный хозяйственный баланс фосфора, и фосфор, экстрагируемый полунормальной уксусной кислотой, в большей степени представлен остаточными фосфатами удобрений, усвояемость которых значительно выше, чем природных. В силу хорошей доступности калия чернозема содержание более 140-160 мг/кг этого элемента на черноземе типичном следует считать уже очень высоким (против 180 мг по существующей градации). В настоящее время в некоторых хозяйствах различной формы организации (АПК "Стойленская нива", ООО "РусАгро") для расчета доз удобрений используют балансовый и нормативный методы, которые разработаны на научной основе и в принципе могут быть задействованы.

Однако, по нашему мнению, они имеют ряд недостатков, ставящих под сомнение целесообразность их использования. Так, при расчете потребности в азотном питании балансовый метод основан на содержании гидролизуемого азота, указанного в агрохимических картограммах. Этот азот - наиболее подвижная часть гуминовых кислот, он недоступен непосредственно корневой системе и может использоваться только после минерализации. Направленность же и интенсивность этого процесса целиком зависит от гидротермических условий вегетационного периода, предсказать которые в обозримом будущем с необходимой точностью, к сожалению, не представляется возможным. Кроме того, все базовые константы (коэффициенты использования питательных веществ почвы и удобрений, нормативы затрат удобрений на формирование единицы продукции и единицу прибавки урожая, нормативы выноса основных макроэлементов с урожаем), указанные в этих методиках, не соответствуют экспериментальным данным, полученным в полевых опытах в условиях области. В последнее время довольно широко рекламируется метод прогноза обеспеченности азотом по содержанию гумуса.

В то же время известно, что способность почв обеспечить растения усвояемым азотом зависит не только от абсолютного содержания органического вещества, но и от его качественного состава. Например, пBщелоченный чернозем с 5% гумуса, будет больше содержать минерального азота, чем типичный и, тем более, обыкновенный с тем же количеством органического вещества. Рекомендуется же применять при расчетах на все случаи один коэффициент - 30. Основным недостатком нормативной методики, кроме вышеперечисленных, являются завышенные (в 1,5-2 раза) нормативы затрат удобрений на формирование урожая. Кроме того, коэффициенты поправок этих нормативов на почвенное плодородие носят приближенный характер. Например, поправка на содержание фосфора при наличии в почве этого элемента в количестве 51-100 мг/кг равна 1. Но почва, содержащая 51 мг фосфора, способна за счет естественного плодородия сформировать урожай сахарной свеклы, при условии обеспеченности ее другими элементами питания, порядка 12-14 тонн, а при наличии в почве 100 мг/кг подвижного фосфора возможный урожай составит около 24 тонн. То есть, это совершенно разные почвы, и поправочные коэффициенты для них должны быть различные.

То же самое относится и к поправочным коэффициентам на азот и калий. Ориентация на агрохимические картограммы при определении обеспеченности почвы элементами питания не совсем корректна. Почва - живой организм, и ее эффективное плодородие жестко детерминируется условиями погоды. Поэтому содержание подвижных форм элементов питания будет колебаться, и иногда значительно, по годам. Об этом свидетельствуют и данные полевых опытов, и выборочные исследования в производственных условиях. Так, в прошлом году в ряде районов (Старооскольский, Шебекинский, Яковлевский) осенью резко снизилось содержание подвижных фосфора и калия. В силу вышесказанного почвенную диагностику следует проводить ежегодно хотя бы для основных культур (сахарной свеклы и озимой пшеницы) после уборки предшественника. Результативность диагностики во многом зависит и от глубины анализируемого слоя почвы. При агрохимическом обследовании почва отбирается с пахотного слоя. Если для фосфорно-калийной диагностики это подходит, то для азотной, как мы уже показали выше, - совершенно неприемлемо.

Подвижный азот, представленный в черноземах в основном нитратами, не закрепляется почвенным поглощающим комплексом и мигрирует по профилю в глубину. По нашим данным, в пахотном слое в начале вегетации находится лишь 20% минерального азота от его количества в метровой колонке. В то же время доля азота в формировании урожая на наших почвах составляет 80-85%, а на фосфор и калий приходится менее 20%. Следовательно, азот - основной элемент, формирующий урожай, и поэтому необходимо особенно ответственно подходить к его диагностике. Мы провели сравнительную оценку методов расчета доз удобрений на плановый урожай сахарной свеклы 30 т/га нормативного, балансового и оптимизационного для ряда хозяйств Белгородского, Старооскольского и Яковлевского районов. В среднем на каждый гектар по первым двум методам стоимость удобрений по ценам 2001 года составила 2,25-2,68 тысяч рублей, а по третьему - 1,33 тысячи.

Кроме того, мы смоделировали этот расчет для сахарной свеклы в целом по области, где в матрицу были внесены данные по содержанию основных питательных веществ в почвах в разрезе занимаемых площадей. При некоторой условности этих результатов преимущество оптимизационной системы порядка 1,2 тысячи рублей с гектара проявляется и здесь.

Теоретические основы ресурсосберегающей системы удобрения в севооборотах юго-западной части Центрального Черноземья

Рекомендуем почитать: