ОПТИМИЗАЦИЯ ДОЗ АЗОТНЫХ УДОБРЕНИЙ

Азот удобрений в мировом земледелии и в нашей стране занимает наибольший удельный вес. И в дальнейшем актуальность проблемы азота в земледелии, доля азота в составе минеральных удобрений будут возрастать.

Вследствие низкого коэффициента использования азота (40- 50%) и высокой его подвижности в почве создается его дисбаланс в земледелии. Избыточный азот загрязняет окружающую среду. Поэтому нужна надежная, научно обоснованная и проверенная практикой земледелия диагностика оптимизации доз азотных удобрений.

Потребность сельского хозяйства в азотных удобрениях по природно-экономическим зонам страны в большинстве случаев прогнозируется по данным Географической сети полевых опытов, проводимых научными учреждениями и системой агрохимслужбы. На основе этих опытов разрабатываются нормативы затрат азота удобрений на прирост урожая сельскохозяйственных культур. В соответствии с планируемым урожаем и производством объема продукции определяется общая потребность зоны, республики, области или хозяйства в азотных удобрениях. Обобщение данных полевых опытов, их анализ и выдача необходимой информации проводятся с помощью ЭВМ и разработанных соответствующих программ, которые корректируют оптимальную потребность в азоте в зависимости от наличия удобрений, изменения структуры посевных площадей, планируемой урожайности, прогноза погоды на предстоящий год и т.д.

В большинстве случаев под конкретную сельскохозяйственную культуру оптимальную дозу азотного удобрения определяют по данным полевых опытов, проводимых в местных условиях научно- исследовательскими учреждениями, и по результатам агрохимического анализа почвы на содержание гумуса, легкогидролизуемых форм органического азота, по нитрификационной способности почвы или наличию минеральных форм азота в почве.

В последнее время в практике мирового земледелия все большее распространение получает оптимизация доз азотного удобрения по содержанию минерального (нитратного и аммиачного) азота в почве (метод gt;4МИн). Эффективные дозы азота под ту или иную культуру зависят от региона. Поэтому модификация методов диагностики азотного удобрения имеет свои зональные особенности. Существуют разные подходы при определении доз азотного удобрения по содержанию минерального азота в почве, т.е. при применении метода Ымин.

1. Допускается одинаковое усвоение растениями минерального азота почвы и удобрений. Зная потребность культурного растения в азоте на планируемый урожай и содержание минерального азота в почве, разницу компенсируют внесением азотного удобрения (табл. 5.2).

   5.2. Дозы азотного удобрения, необходимые для получения планируемых урожаев озимой пшеницы в зависимости от обеспеченности почв усвояемым азотом перед посевом (слой 0-60 см) (Никитишен, 1986)

В этом методе не учитываются последействие органических и минеральных удобрений, мобилизация дополнительного азота «экстра» вследствие активизации процессов минерализации органического вещества почвы, влияние вида предшествующей культуры севооборота на азотный режим почвы, нитрификационная способность почвы, периодичность питания растений азотом, глубина взятия образцов почвы на агрохимический анализ по культурам в зональном аспекте, коэффициент использования азота почвы и удобрений в зависимости от культуры, свойств почвы, складывающихся погодных условий и т.д.

В настоящее время широко проводятся поиски наиболее надежных методов оптимизации доз азота для конкретных условий.

2. Второй вариант метода 1^мин заключается в определении индексов обеспеченности почвы минеральным или нитратным азотом и соответственно установлении степени нуждаемости культуры в азоте и дозы азотного удобрения. В наибольшей степени этот метод хорошо проработан наукой и получил широкое практическое применение при диагностике азотного удобрения под сельскохозяйственные культуры для районов Сибири. Например, для районов Западной Сибири разработана шкала потребности зерновых культур в азотных удобрениях (табл. 5.3).

5.3. Шкала потребности зерновых культур в азотных удобрениях в зависимости от содержания N - N03 в слое почвы 0-40 см осенью или весной (по Кочергину, 1984)

Для расчета дозы азотных удобрений на планируемый урожай рекомендуется также формула

А — (NHcx NTH) п

Дц-              с

где А - вынос азота с запланированным урожаем основной и побочной продукции (кг/га); NHCX - азот нитратов в слое почвы 0-50 см до посева (кг/га); NTH - азот текущей нитрификации за период вегетации сельскохозяйственной культуры (кг/га); п - коэффициент использования N-NO3 почвы; С - коэффициент использования растениями азота минеральных удобрений (автором принято п = 0,8, а С = 0,6; эти коэффициенты различны для каждой зоны).

3. Определение потребности в азотных удобрениях и ориентировочных их доз для отдельных культур проводится также по содержанию минерального азота в почве и величине ее нитрифика- ционной способности. Эта методика разработана для районов Поволжья и Оренбургской области и рекомендуется для широкого использования в практике земледелия. В табл. 5.4 показана потребность в азотных удобрениях для озимых в зависимости от содержания азота в почве до посева.

С теми или иными изменениями эти методы диагностики азотного удобрения разрабатываются и используются и в других районах нашей страны.

Азот в почве весьма подвижен, что в районах достаточного увлажнения и при орошении, особенно на легких почвах, может привести к значительным его потерям и снижению эффективности азотных удобрений. С учетом же периодичности питания растений важно оптимизировать азотный режим в процессе вегетации путем дробного внесения удобрений. А это возможно при применении комплексной почвенно-растительной диагностики азотного питания растений. В нашей стране вопросы растительной диагностики и оптимизации минерального питания сельскохозяйственных культур получили значительное развитие благодаря работам К.П. Магницкого, В.В. Церлинг, Н.К. Болдырева, Ю.И. Ермохина и др.

5.4. Содержание подвижного азота в почве в слое 0-40 см перед посевом озимых и потребность в азотных удобрениях на черноземах

* Нитрификационная способность без вычета исходного содержания нитратов.

В.В. Церлинг рекомендует устанавливать степень обеспеченности, например, озимых зерновых азотом по содержанию нитратного и общего азота в растениях в фазы кущения и трубкования (табл. 5.5).

5.5. Степень обеспеченности озимых зерновых азотом по его содержанию в растениях по фазам развития

Пр имечание. 1- N-N03, мг/кг сырого вещества,

2 - общий азот, % от сухого вещества.

Исходя из содержания нитратного и общего азота в растениях, состояния посевов после перезимовки и в момент отбора проб планируемого урожая устанавливают ориентировочные дозы азотных удобрений для подкормки озимых культур в соответствующую фазу (табл. 5.6).

Для определения нуждаемости растений в питательных веществах используют или всю надземную массу, или отдельные (индикаторные) органы.

Расчет доз азота, как и других элементов, можно проводить балансовым методом. В нашей стране большой вклад в разработку и совершенствование этого метода внесли A.B. Соколов, З.И. Журбиц- кий, И.С. Шатилов, Н.К. Болдырев и др.

Определение количества эффективного азота (ЫЭф), которое дает растению сама почва в течение вегетации, по содержанию NMHH в начале вегетации проводится по формуле

х т / / \ _ NMHH d h КИП NMHH эф( ) 10-100 а расчет дозы азота для получения запланированного урожая (или прибавки) производится по уравнению

Ды (кг/га) =

Ды (кг/га)              КИУ(о/о)

где Ды - доза азота на запланированный урожай (кг/га); В - вынос азота запланированным урожаем культуры (кг/га); NMHH - содержание минерального азота в почве (N-NO3 + N-NH4) (мг/кг); Ыэф (кг/га) - количество эффективного азота, которое растения получают из почвы (определенного ее слоя), с учетом текущей нитрификации в почве, определяемой показателем КИП (%); КИП NMHH - коэффициент использования минерального азота почвы (%) (для азота нитратов в черноземе в слое 0-30 см он равен 200%); КИУ - коэффициент использования азота из минеральных удобрений; d - объемная масса 1 см3; h - глубина слоя почвы (см); dh /10 - масса слоя почвы (млн кг)

для перевода минерального азота почвы из мг/кг в кг/га; 100 - постоянное число, связанное с выражением КИП и КИУ (%).

Пример расчета доз азота по балансовому методу: N-N03 в слое 0-30 см обыкновенного чернозема 10 мг/кг, А = 30 см, с1 = 1,2 г/см3; КИП Н*ин = 200%, КИУ N = 60%, В - вынос азота при урожае 40 ц/га зерна составляет 120 кг/га.

м 10 1,230.200 _ ,

              ймоо              =72кг/га.

тогда по формуле У = N34, : ^ (где ^ - количество азота в кг, содержащееся в 1 ц зерна) урожай пшеницы (У) за счет почвы будет равен 24 ц/га (72 кг/га : 3 кг/ц).

Доза азота по балансовому методу составит

_ (120-72gt; 100 4800              ,

д» =               «о              = ~бсГ = 80 кг/га-

Из 80 кг азота, внесенного под пшеницу, растения используют 60%, или 48 кг, что обеспечит прибавку урожая, равную 48 кг/га:

: 3 кг/ц = 16 ц/га. В целом запланированный урожай будет обеспечен азотом за счет почвы (24 ц/га) и за счет азота удобрений (16 ц/га).

Ряд исследователей, основываясь на экспериментальных данных, не учитывают КИП и КИУ по азоту. Тогда уравнение расчета доз азота упрощается, т.е.

тт _ гgt; _ (Ниин И)

д              ю

Балансовый метод также не лишен недостатков, так как требует оптимальных значений показателей, включенных в приведенное уравнение.

Следовательно, одной из модификаций метода ^ин или балансовым методом можно с достаточной точностью установить дозу азотного удобрения для получения планируемого урожая озимой пшеницы. Методом растительной диагностики удается проконтролировать уровень азотного питания растений и вносить коррективы путем применения весенней и поздней азотной подкормки посевов. Сочетание методов почвенной и растительной диагностики дает возможность направленно регулировать уровень азотного питания озимой пшеницы в зависимости от разнообразия почвенно-климати- ческих и агротехнических факторов.

В Чехословакии была разработана система контроля за условиями питания зерновых культур по растительному анализу. В фазу трубкования (5 листьев) отбирают растительные образцы и определяют содержание в них азота, фосфора, калия и других элементов. По соотношению элементов устанавливают степень потребности зерновых культур в удобрениях и оптимальные дозы азота для подкормки (табл. 5.7).

ПОДБОР ФОРМ АЗОТНЫХ УДОБРЕНИЙ, СРОКИ И СПОСОБЫ

ИХ ВНЕСЕНИЯ

Для повышения эффективности азотных удобрений и получения запланированного урожая важно не только определить оптимальный режим питания культуры в процессе вегетации, но и обеспечить его путем подбора форм удобрений, наиболее эффективных сроков и способов их внесения. Так, в ассортименте азотных удобрений в нашей стране все больший удельный вес будет занимать высококонцентрированное азотное удобрение - мочевина. Хорошо поглощается почвой не только амидная форма азота мочевины, но целая молекула. Она слабо мигрирует по профилю почвы (что предотвращает потери азота) и имеет определенные преимущества перед аммиачной селитрой. Действие мочевины особенно эффективно при основном внесении в условиях орошения, достаточного увлажнения и особенно на легких почвах. В этих случаях она не уступает сульфату аммония.

При поверхностном же внесении мочевины, например в весеннюю подкормку озимых (особенно при запаздывании со сроками ее проведения), на лугах и пастбищах эффективность ее часто заметно ниже по сравнению с аммиачной селитрой. Это связано с частичной потерей азота мочевины при превращении ее в почве под влиянием уробактерий в углекислый аммоний. Величина потерь азота зависит от температуры, влажности, кислотности и других свойств почвы.

В процессе вегетации часто возникает необходимость сочетать внесение разных форм удобрений под одну и ту же культуру. Так, для получения хороших урожаев высококачественного хлопка-сырца необходимо до посева внести 30-50% всей дозы азота в виде аммиачных и амидных форм удобрений, а остальную часть - в виде аммиачной селитры в подкормку в период вегетации хлопчатника. Хорошие результаты от такого сочетания форм азота получаются при возделывании озимых культур, сахарной свеклы, кукурузы и других пропашных. Можно при основном внесении под технические и другие культуры, особенно при орошении, вносить медленнодействующие удобрения, а в процессе вегетации оптимизировать азотный режим для выращиваемой культуры вегетационными подкормками аммиачной селитрой.

Для некорневых подкормок озимой пшеницы в целях получения высокобелкового зерна лучше применять мочевину, амидная форма азота которой хорошо усваивается растениями при нанесении раствора удобрения на поверхность листьев. Кроме этого, мочевина даже при концентрации раствора 20-30% не вызывает ожогов растений вследствие ее нейтральной реакции.

Жидкие азотные удобрения весьма эффективны при основном внесении под все культуры и при подкормке пропашных. Особенно эффективен жидкий аммиак (82% азота). Применение этого высококонцентрированного удобрения позволяет полностью механизировать трудоемкие процессы погрузки и разгрузки удобрений, ликвидировать потери при транспортировке и хранении. По окупаемости дополнительным урожаем жидкий аммиак не уступает твердым азотным удобрениям, а в ряде случаев, например на легких почвах, в условиях орошения или в увлажненных районах, может быть более эффективен.

Азот разных форм удобрений при правильном применении в различных почвенно-климатических зонах и под разные культуры с учетом агрохимических свойств обычно бывает равноценным. Особенно важно внести азотные удобрения в оптимальные сроки и лучшими способами, что обеспечивает наиболее продуктивное их использование. В полевых условиях коэффициент использования азота минеральных удобрений разными культурами составляет 40- 50%. Основная его часть или закрепляется в почве в трудногидролизуемых слабо доступных растениям соединениях, или безвозвратно теряется в виде различных продуктов, образовавшихся в результате процессов денитрификации, постепенно протекающих в почве. Возможны потери азота и от вымывания, что приводит к загрязнению грунтовых вод и питьевых источников нитратами.

Размеры этих потерь в значительной мере зависят от сроков и способов внесения форм удобрения, биологических особенностей выращиваемой культуры, почвенных, погодных и других условий. Поэтому для азотных удобрений особенно важно внесение их в периоды наибольшего потребления азота растениями.

Например, весной период активного потребления азота озимыми культурами в зависимости от почвенно-климатических и погодных условий начинается через 5-15 дней после схода снега. К этому времени поля освобождаются от избыточной влаги в результате поверхностного и внутрипочвенного стока, почва прогревается. То же можно сказать и в отношении лугов, подкормку которых рекомендуется проводить спустя 1-3 недели после схода снега и оттока избыточной влаги. При внесении азотных удобрений сразу после схода снега на суходольных сенокосах временного избыточного увлажнения в этой зоне снижается эффективность подкормки, что объясняется большими газообразными потерями азота в результате денитрификации (табл. 5.8).

5.8. Влияние температуры и влажности на размер газообразных потерь азота

В лесостепных, особенно южных, районах, а также в степной зоне весной, после перезимовки озимых, почва быстро подсыхает, и запаздывание с азотными подкормками может существенно снизить эффективность этого приема. В этих условиях отсутствует и миграционный ток воды по профилю почвы. Здесь на ровных площадях озимые культуры должны подкармливаться азотом сразу же после схода снега. Больше того, в наиболее континентальных земледельческих районах степи с малоснежными зимами (Поволжье, Северный Кавказ, Украина) на ровных площадях отмечается часто одинаковый эффект, полученный от азотной подкормки озимых ранней весной и поздней осенью, с наступлением устойчивого похолодания или даже под зиму.

В нашей стране разработан комплекс агрохимических приемов, направленных на повышение эффективности азотных удобрений. Важнейшие условия, способствующие повышению эффективности азотных удобрений, следующие.

1. Строгое соблюдение агрономической технологии использования азотных удобрений с учетом доз, форм, сроков и способов их внесения.
2. Правильное соотношение азота с другими макро- и микроэлементами в зависимости от плодородия почвы и биологических требований культуры.
3. Совершенствование методов оптимизации азотного питания сельскохозяйственных культур в процессе всей вегетации растения. При этом необходимо учитывать прямое действие удобрений как источника питания растений этим элементом и косвенное, связанное с мобилизацией дополнительного «экстраазота» вследствие активизации процессов минерализации органического вещества почвы. Это имеет важное значение, так как к количеству минерального азота почвы и азота минерального удобрения добавляется «экстраазот», который трудно учесть существующими методами. Поэтому может создаваться избыток азота в почве, приводящий к полеганию хлебов, ухудшению качества продукции, загрязнению природных вод нитратами и т.д.
4. Использование ингибиторов нитрификации. Хотя этот прием и временный, на этапе разработки комплексных мер повышения эффективности азотных удобрений ингибирование нитрификации может сыграть существенную роль, особенно в предотвращении его потерь.
5. Совершенствование форм азотных удобрений в плане пролонгирования их действий. По-видимому, важно совершенствовать технологию производства мочевино-формальдегидных форм (МФУ) и различных видов капсулированных азотных удобрений. Актуальны исследования по синтезу новых видов и форм минеральных удобрений с постепенным переходом питательных веществ удобрений в почвенный раствор в процессе вегетации растений. Это позволит повысить коэффициент продуктивного их использования и снизить потери питательных элементов в окружающую среду.
6. Проведение периодического известкования в севообороте при систематическом применении азотных удобрений на кислых почвах, особенно дерново-подзолистого типа. Это объясняется тем, что азотные удобрения усиливают кислотность почвы, что отрицательно влияет на рост и развитие растений. Снижается коэффициент использования азота сельскохозяйственными культурами и соответственно возрастают его потери.
7. Применение комплекса агротехнических приемов, направленных на регулирование процессов мобилизации и иммобилизации азота в почве и в процессе гумификации.

Минерализация азота почвы при внесении азотных удобрений зависит от многих факторов: 1) от степени окультуренности дерново- подзолистых почв (на хорошо окультуренных почвах больше «молодых», т.е. легкогидролизуемых, гумусовых соединений); 2) интенсивной деятельности почвенных микроорганизмов; 3) увеличения поглотительной деятельности корневой системы удобренных растений; 4) форм азотного удобрения (аммиачные формы способствуют большему усвоению азота почвы по сравнению с нитратными); 5) известкования, которое значительно увеличивает мобилизацию и усвоение растениями азота почвы; 6) внесения навоза, с которым в почву поступает дополнительное количество микрофлоры, активно минерализующей органический азот почвы.

Нитратная и аммонийная формы азота могут быть иммобилизованы в результате взаимодействия с почвенным органическим веществом, потребления почвенными микроорганизмами, фиксации глинистыми минералами аммонийной формы азота. Иммобилизации подвергается 20-60% внесенного азота, размер ее зависит от: 1) форм и доз азотных удобрений (из амидных и аммиачных форм удобрений обычно закрепляется в 1,5-2 раза больше, чем из нитратных; с повышением дозы азота удобрений абсолютное количество иммобилизованного азота возрастет, а относительное - процент от внесенного - снижается); 2) количества закрепленного азота (в высоко- гумусных почвах содержание азота всегда выше, чем в мало- гумусных); 3) количества энергетического материала, который совместно с минеральными удобрениями увеличивает иммобилизацию азота удобрений за счет образования трудногидролизуемых соединений; 4) от отношения С: N в почве (чем шире отношение, тем больше иммобилизуется азота).