В интенсивном растениеводстве нужно обеспечивать бездефицитный баланс органического вещества в почве, является предпосылкой сохранения и повышения его естественного плодородия. Чтобы этого достичь, необходимо использовать все возможные источники поступления органического вещества в почву - навоз, мочевину, сидераты, различные компосты, птичий помет, солому, корневые и стерневые остатки, прудовой ил, озерный сапропель и тому подобное. Конечно, основным источником возврата органических веществ в почву является навоз и питательные и корневые остатки культур. В среднем 1 т подстилочного навоза дает около 30 кг гумуса.

Внесение органических и минеральных удобрений повышает качество гумуса, которая определяется соотношением гуминовых и фульвокислот. Если это соотношение больше единицы, гумус качественный, а тип гумусовых веществ гуматно-фульватно, если более двух - гуматный.

Гумусовые вещества должны быть клейкими и содержать кальций. Свежие гумусовые вещества, прежде всего гуматы кальция, обеспечивают водостойкость почвенной структуры.

Максимальные урожаи сельскохозяйственных культур получают, как правило, при внесении органических и минеральных удобрений, так как это способствует более эффективному использованию питательных веществ удобрений и почвы. Конечно, могут быть и исключения. Например, потребности в питательных веществах высеянной после донника белого пшеницы полностью удовлетворяются в этом случае можно обойтись практически без внесения минеральных удобрений.

Внесение полного минерального, органических и органо-минеральных удобрений обеспечивает прирост урожая практически всех культур. В то же время нет единого мнения о целесообразности внесения повышенных и даже обычных норм минеральных азотных удобрений под бобовые, в частности, под люцерну, эспарцет, клевер, горох, вику яровую, донник и др. Считается, что даже небольшие дозы азота (N 40-60 ) подавляют деятельность клубеньковых бактерий. Понятно и то, что высоких урожаев только за счет азотфиксации невозможно достичь. Так, в исследованиях М. Ю. Хомчака, А. И Зинченко, Μ. Т. Дзюгана в Уманской государственной аграрной академии, В. П. Малого в условиях западной Лесостепи урожайность люцерны при внесении только фосфорно-калийных удобрений была на 27-36% ниже по сравнению с ее урожайностью в вариантах, где вносили полное минеральное удобрение, в котором азота было до 120 кг / га.

В Лесостепи при внесении фосфорно-калийных удобрений (иногда и без них) урожаи люцерны составляли 300-320 ц / га, азотного - 420-480 ц / га, на орошаемых землях - соответственно 460-480 и 650-800 ц / га. По 750-800 ц / га зеленой массы люцерны собирали на орошаемых площадях в хозяйствах Шполянского района Черкасской области при внесении высоких норм азота (250-300 кг / га действующего вещества), внося его под каждый укос в виде аммиачной воды. В исследованиях А. И. Зинченко, М. Ю. Хомчака в госхозов "Бабанский" Уманского района при внесении весной по 150-160 кг / га азота урожайность люцерны достигала 440 ц / га только за первый укос.

Итак, азотные удобрения должны быть неотъемлемой составной технологий выращивания также зернобобовых и бобовых кормовых трав, за исключением полей, где перед посевом (например, люцерны) под зяблевую вспашку или под предшественник вносили достаточное количество органических удобрений.

При концентрации скота в хозяйстве более 100 условных голов и утилизации прошлогодней соломы производство навоза может быть доведено до 14-16 т / га. Вместе с другими источниками органических веществ это обеспечит повышение урожайности и непосредственно или низко дефицитный баланс питательных веществ в почве. В этих условиях внесения минеральных удобрений под все культуры севооборота будет вспомогательное значение.

Критерием экологической безопасности системы применения удобрений, ее влияния на плодородие почв является баланс важнейших элементов питания - азота, фосфора и калия. Баланс питательных веществ - это количественное выражение содержания питательных веществ в почве на конкретной почве или объекте исследования с учетом всех статей их поступления и расхода в течение определенного промежутка времени [В.Г. Минеев, 2012].

Баланс азота, фосфора и калия имеет свои особенности. Азот в системе почва - удобрение - растение отличается высокой подвижностью. Другая особенность баланса азота - его биологическая фиксация симбиотическими и свободноживущими микроорганизмами.

Фосфор не имеет естественных источников пополнения запаса в почве. Потери происходят в основном за счет эрозии почв. Отчуждение фосфатов происходит главным образом с урожаем сельскохозяйственных культур.

Баланс калия характеризуется большими почвенными ресурсами. Однако при длительном сельскохозяйственном использовании содержание доступного растениям обменного калия уменьшилось до среднего уровня обеспеченности, поэтому калийные удобрения являются обязательным компонентом системы удобрений, а баланс калия служит важным показателем ее эффективности в деле сохранения и повышения плодородия почв.

Баланс питательных веществ в севообороте может быть положительный или отрицательный и рассчитывается для установления возможного обогащения или истощения почвы теми или иными питательными элементами.

Как было сказано выше, главным источником отчуждения питательных веществ из почвы является урожай сельскохозяйственных культур. Чтобы определить количество вынесенного вещества культурами севооборота, составляем таблицу, в которой указывается планируемая урожайность и общее количество вынесенного азота, фосфора и калия.

Культуры севооборота Урожайность, т/га Вынос с урожаями культур, кг/га N P K Пар - - - - Пшеница 1,1 38,5 16,5 28,6 Пшеница 1,1 38,5 16,5 28,6 Кукуруза 27,2 81,6 40,8 103,4 Ячмень 0,9 27,0 10,8 25,2 Кострец 4,6, 71,8 17,94 92,0 Всего 257,4 102,54 277,8

Полученные данные должны учитываться в расходной части баланса питательных веществ.

Баланс питательных веществ составляют на ротацию севооборота. По азоту приняты следующие статьи поступления (прихода) и расходования (расхода):

Приход, кг/га.

• 1 Азот органических удобрений: 220,0.
• 2 Азот минеральных удобрений: 45,0.
• 3 Поступление азота с атмосферными осадками: 2,0.
• 4 Фиксация азота свободноживущими микроорганизмами: 30,0.

Всего приход, кг/га: 279,0.

Расход, кг/га.

• 1 Вынос с урожаем культур: 257,4.
• 2 Газообразные потери азота из вносимых минеральных удобрений: 11,25.
• 3 Газообразные потери из органических удобрений: 44,0.
• 4 Потери азота в результате инфильтрации и эрозии почвы: 9,9.

Всего расход, кг/га: 322,6.

Баланс: -25,6 кг/га.

Баланс фосфора и калия определяется по следующим показателям:

Приход, кг/га.

• 1 С минеральными удобрениями: 79,0; 79,0.
• 2 С органическими удобрениями: 88,0; 264,0.

Всего приход, кг/га: 167,0; 343,0.

Расход, кг/га.

• 1 Вынос с урожаем: 102,54; 277,8.
• 2 Потери при эрозии: 4,2; 9,6.

Всего расход: 106,74; 287,4.

Баланс: 60,3; -55,6.

В результате расчетов баланс азота получился отрицательным, но не превышающим 40% от расхода. Положительный баланс азота или близкий к 0 отрицательно сказывается на качестве получаемой продукции. Происходит загрязнение почвы нитратами, значительная часть которых переходит в продукцию. Накопление нитратов в кормах оказывает отрицательное воздействие на животных и приводит к отравлению организма, нарушению общего состояния здоровья и, как следствие, к потере значительного количества продукции животноводства.

Баланс по фосфору следует иметь гораздо менее положительный, приближенный к нулю. Чрезмерный избыток фосфора увеличивает опасность загрязнения почвы и продукции сопутствующими ему в удобрениях, нежелательными (токсичными) элементами (фтор, хром, никель, свинец, кадмий и др.), а также снижает доступность растениям цинка (Ю.П. Жуков, 2004). Кроме того, фосфорные удобрения самые дорогостоящие и с применением больших доз увеличатся затраты и, как следствие, себестоимость продукции.

Для того, чтобы снизить баланс фосфора необходимо уменьшить количество элемента в приходной части баланса. Уменьшив норму вносимых удобрений до 19 кг д.в./га, приближаем баланс фосфора к нулевому.

Баланс по калию может быть нулевым или слабоотрицательным, так как черноземы обыкновенные содержат достаточно большое количество элемента. Избыток калия увеличивает опасность загрязнения им продуктов и способствует более интенсивному вымыванию из пахотного слоя почв кальция и магния.

Баланс питательных элементов в почве

Баланс элементов питания – это математическое выражение круговорота элементов питания в земледелии. Определение баланса питательных элементов является научной основой планирования и прогнозирования применения минеральных удобрений, распределения их между районами и хозяйствами, позволяет целенаправленно регулировать плодородие, предохранять окружающую среду от загрязнения удобрениями. Баланс основных элементов питания отражает степень интенси­фикации сельскохозяйственного производства.

Баланс элементов питания в системе «удобрение – почва – растение» оценивается по разности между суммарным их количеством, поступившим в почву и отчуждаемым из нее. Таким образом, баланс питательных элементов в почве состоит из приходной и расходной частей. В приходную часть баланса входит поступление питательных элементов в почву с удобрениями, семенами , из атмосферы , в том числе азот, продуцируемый клубеньковыми бактериями бобовых культур (симбиотический) и свободноживущими бактериями – азотфиксаторами (несимбиотический азот). Расходная часть баланса включает хозяйственный вынос питательных элементов (с отчуждаемой с поля частью урожая), потери элементов питания из почвы и удобрений с поверхностными водами от вымывания, эрозии, испарения и газообразные потери (азота).

В результате сельскохозяйственного использования почвы претерпевают существенные изменения, при этом изменяется интенсивность процессов превращения и миграции элементов питания, потребления и вынос их растениями. Величина потребления и потерь элементов питания зависит от гранулометрического состава и степени окультуренности почвы, характера ее сельскохозяйственного использования, вида, доз и сроков использования удобрений, агротехнических приемов и других условий. Это делает необходимым периодическое уточнение приходных и расходных статей баланса элементов питания. Для объективной характеристики степени обеспеченности планиру емых урожаев элементами питания целесообразно иметь балансовые расчеты не менее чем за 5 лет.

Различают несколько видов баланса питательных элементов: полный (илибиологический, или экологический), внешнехозяйственный , хозяйственный и эффективный.

Полный баланс дает полное представление о кругообороте элементов, так как учитывает все источники поступления питательных элементов в почву (с удобрениями, семенами, из атмосферы, биологический азот) и все статьи расхода элементов питания (вынос с основной и побочной продукцией, отчуждаемой с поля, содержание в корневых и послеуборочных остатках, поверхностный сток, вымывание и газообразные потери).

При внешнехозяйственном балансе сопоставляются количество питательных элементов, отчуждаемое с территории хозяйства с товарной продукцией растениеводства и животноводства, и поступление их с минеральными удоб­рениями, комбикормами, органическими удобрениями, при­обретаемыми хозяйством (торф, сапропели, лигнин, торфо-навозные компосты и др.). На внешнехозяйственный баланс влияет специализация хозяйства. Так, в хозяйствах, специализирующихся на производстве продукции животноводства и использующих собственные корма, с органическими удобрениями в почву возвращается 80–90 % калия, 60–70 – фосфора и 40–50 % азота, вынесенных с кормами. В хозяйствах зернового направления с территории хозяйства отчуждается 60–80 % азота, 70–85 – фосфора и 15–35 % калия от вынесенных урожаем.

Для характеристики баланса используется показатель интенсивности баланса –отношение поступления элементов питания к их расходу . Интенсивность баланса выражается в процентах или коэффициентами. Величина интенсивности баланса менее 100 % характеризует дефицитный, 100 % – бездефицитный и более 100 % – положительный баланс. Интенсивность баланса по азоту, фосфору и калию на пашне в Беларуси за 2001–2005 гг. была по азоту – 116, фосфору – 123, калию – 127 %.

Дефицитный баланс питательных элементов (превышение расхода над поступлением) предупреждает о том, что происходит истощение почв, снижение их плодородия.

Отчуждение из сферы сельскохозяйственного производства азота, фосфора и калия с товарной продукцией растениеводства и животноводства необходимо в полной мере компенсировать внесением минеральных удобрений.

Хозяйственный баланс питательных элементов составляется для оценки системы применения удобрений. Приведем методику его расчета, разработанную Институтом почвоведения и агрохимии. Приходные статьи баланса: поступление питательных элементов с минеральными удобрениями; с органическими удобрениями; симбиотический азот; с семенами; с атмосферными осадками; несимбиотический азот. Расходные статьи баланса элементов питания: вынос планируемыми урожаями; потери от вымывания (выщелачивания); потери от эрозии почв; газообразные потери азота.

Количество питательных элементов, поступающих с минеральными удобрениями, определяют по дозам для культур и находят среднее значение на 1 га севооборотной площади. Поступление с органическими удобрениями находят по насыщенности севооборота органическими удобрениями.

Пример. Насыщенность органическими удобрениями в севообороте – 12 т/га. С 1 т навоза крупного рогатого скота на соломенной подстилке поступает в почву 5,0 кг азота (табл. 14.11), а с 12 т – 60,0 кг, фосфора – 30,0 кг (2,5 ∙ 12), калия – 72,0 кг (6,0 ∙ 12).

Для определения количества биологического азота используют данные о величинах фиксированного из атмосферы азота, остающегося в почве после бобовых растений. Так, в расчете на 1 ц зеленой массы в почве остается симбиотического азота, сверх усвоенного растениями: после многолетних бобовых трав (кроме люцерны) – 0,35 кг, люцерны – 0,40, после многолетних бобово-злаковых смесей – 0,20 кг, после однолетних бобовых трав – 0,25 кг, однолетние бобово-злаковые травосмеси – 0,20 кг. Бобово-злаковые травы сенокосов и пастбищ на 1 ц зеленой массы оставляют в почве 0,15 кг азота. На 1 ц зерна люпин в чистом виде фиксирует 5,0 кг, кормовые бобы – 3,0, горох, пелюшка, вика, соя в чистом виде – 2,5, люпин в смеси с зерновыми культурами – 4,5, горох, пелюшка и вика в смеси с зерновыми культурами – 2,0 кг азота.

14.11. Поступление питательных элементов с органическими удобрениями, кг/т

* Значения определены расчетно.

Пример. В севообороте площадью 900 га люпин занимает 100 га, клевер – 100 га. Урожайность зеленой массы люпина – 200 ц/га, клевера (зеленой массы) – 200 ц/га. После люпина в почве остается на 1 га 50 кг азота (200∙0,25), а на 100 га – 5000 кг. После клевера на 1 га остается 70 кг азота, на 100 кг – 7000 кг. Сумму остающегося после люпина и клевера азота делят на площадь пашни в севообороте и находят среднее количество симбиотического азота на 1 га: (5000 кг + 7000 кг) : 900 = 13,3 кг.

С семенами, по данным Института почвоведения и агрохимии, в среднем поступает 3 кг/га N, 1,3 – Р 2 О 5 , 1,5 – К 2 О, 0,3 – СаО, 0,1 – MgO, 0,2 кг/га S. С атмосферными осадками поступает 9,4 кг/га N, 0,5 – Р 2 О 5 , 10,3 – К 2 О, 25,3 – СаО, 5,0 – MgO и 36 кг/га S (SO 4). Поступление азота, фиксированного свободноживущими бактериями, при расчете баланса на пахотных и лугопастбищных угодьях принимается на уровне 15 кг/га в год.

При расчете расходных статей баланса вначале определяют вынос питательных элементов планируемыми урожаями, используя данные табл. 2.5, затем определяются значения выноса основных питательных элементов в среднем на 1 га севооборотной площади. Потери элементов питания от вымывания (выщелачивания) и от эрозии почв приведены в табл. 14.12.

Газообразные потери азота на пахотных и лугопастбищных угодьях колеблются в пределах от 10 до 50 % от внесенного с удобрениями. В атмосферу выделяются молекулярный азот, закись, окись и двуокись азота, аммиак. По данным Института почвоведения и агрохимии, в Беларуси в среднем улетучивается 25 % азота, внесенного с минеральными и органическими удобрениями. По каждому элементу рассчитывается средневзвешенный показатель потерь с учетом количества эродированных почв в хозяйстве.

Пример . Из 2850 га пашни хозяйства 201 га – слабоэродированные почвы, 105 – средне- и 98 га – сильноэродированные почвы. Средневзвешенный показатель потерь азота от эрозии в расчете на 1 га пашни будет равен (5∙201+ +10∙105 + 15∙98) : 2850 = 1,2 (кг/га). На сенокосах и пастбищах потери элементов питания от вымывания и эрозии не учитываются. Сумма по статьям расхода показывает расход элементов питания в среднем на 1 га севооборотной площади.

14.12. Потери элементов питания от вымывания и эрозии на пахотных почвах, кг/га

Сопоставив приход с расходом, находят общий баланс и его интенсивность. Например, приход по азоту на 1 га равен 115 кг, а расход – 90 кг, т.е. общий баланс будет + 25 кг/га (115–90), а интенсивность баланса составит 127% [(115:90) ∙ 100].

Общий баланс основных питательных элементов (азот, фосфор, калий) принято считать удовлетворительным, когда его интенсивность приблизительно равна: по азоту – 110–120 % , по фосфору – 130–150, по калию – 120–150 %. По данным Института почвоведения и агрохимии, такие значения интенсивности баланса в производственных условиях обеспечивают про­дуктивность пашни на уровне 50–60 ц/га к.ед.

Оптимальные значения интенсивности баланса азота в зависимости от продуктивности пашни приведены в табл. 14.13.

14.13.Оптимальная интенсивность баланса азота в зависимости от продуктивности

По результатам длительных стационарных полевых опытов, Институт агрохимии и почвоведения рекомендует оптимальные параметры интенсивности баланса фосфора и калия в зависимости от содержания их в почвах (табл. 14.14). По данным Института почвоведения и агрохимии и других научных учреждений, фосфор из почвы практически не вымывается и не загрязняет грунтовые воды. Поэтому при расчетах баланса потери фосфатов не учитываются.

14.14. Оптимальная интенсивность баланса в зависимости от обеспеченности почв

фосфором и калием

Наряду с общим рассчитывается и эффективный баланс , который характеризует отношение между выносом растениями элементов питания и возможным их усвоением из поступивших в почву. Применив коэффициенты использования питательных элементов из удобрений, находят величины возможного их усвоения. Сопоставив величины возможного усвоения питательных элементов с выносом урожаем, получим характеристику эффективного баланса.

Пример. На 1 га севооборотной площади внесено 56 кг азота с минеральными удобрениями, с атмосферными осадками поступило 9 кг, всего – 65 кг, из них усвоится 60 %, т.е. 39 кг. С органическими удобрениями поступит 70 кг азота и еще 20 кг биологического (5 кг симбиотического и 15 кг несимбиотического), всего 90 кг/га азота. В первый год будет усвоено 25 % органического и биологического азота, или 22,5 кг (90 ∙ 0,25), вместе с минеральными формами – 61,5 кг (39+22,5). Растения на создание урожая используют 101 кг азота. Эффективный баланс характеризуется минусовым значением: 61,5–101,0 = –39,5 (кг/га). Интенсивность эффективного баланса по азоту будет равна 60 % (61,5:101 ∙ 100).

Аналогично рассчитываются эффективные балансы по фосфору и калию.

Для оценки системы применения удобрений по эффективному балансу проводится расчет возможного усвоения азота, фосфора и калия из почвенных запасов. Систему применения удобрений можно считать разработанной правильно в том случае, если дефицит элементов питания по эффективному балансу будет компенсироваться за счет возможного усвоения из почвы.

Пример. Для определения возможного усвоения элементов питания из почвенных запасов предварительно рассчитывают средневзвешенные значения содержания в почве гумуса, фосфора и калия по севообороту. Пусть в почве содержится 2 % гумуса и по 100 мг/кг почвы фосфора и калия. По данным Института почвоведения и агрохимии, растения могут усвоить из запасов почвы по 20–25 кг азота на каждый процент гумуса в почве. В нашем примере это составит 40–50 кг/га азота. Фосфор растения усваивают на уровне 6–8 % от запасов подвижных форм в почве, калий – 10–15 %. Запасы их в почве определяют умножением средневзвешенных значений их содержания на коэффициент 3. В нашем примере запасы фосфора и калия будут равны 300 кг/га (100 ∙ 3) каждого элемента. Таким образом, усвоится 18–24 кг/га фосфора (300 ∙ 0,06...0,08) и 30–45 кг/га калия (300 ∙ 0,1...0,15). Если принять эффективный баланс предыдущего примера 39,5 кг азота, то есть из почвы может быть усвоено 40–50 кг азота, то планируемые величины урожаев будут обеспечены питательными элементами и систему удобрений можно считать разработанной правильно.

При оценке системы применения удобрений по балансу питательных элементов прогнозируется изменение содержания в почве за ротацию севооборота подвижных форм фосфора и обменного калия. Поступление фосфора и калия за ротацию севооборота сверх расхода делят на норматив (табл. 14.15, 14.16) и определяют увеличение их содержания в почве. Результат суммируют с исходным содержанием и получают прогноз.

14.15. Нормативы затрат фосфорных удобрений сверх выноса с урожаем для увеличения

14.16. Нормативы затрат калийных удобрений сверх выноса с урожаем для увеличения

Пример . Допустим, что ежегодно сверх выносимого урожаем в почве остается 65 кг/га Р 2 О 5 , т.е. за ротацию девятипольного севооборота поступит 585 кг/га Р 2 О 5 . В первые 4 года содержание в почве Р 2 О 5 увеличивается до 147 мг/кг при исходном содержании на суглинистой почве 100 мг/кг и нормативе возмещения 51 кг/га на 10 мг/кг почвы (табл. 14.16). В последующие 5 лет норматив возмещения возрастает до 65 кг/га и содержание Р 2 О 5 в почве увеличивается еще на 50 мг/кг, достигнув к концу ротации севооборота 200 мг/кг почвы. Таким образом, через девять лет содержание Р 2 О 5 в почве должно составить 197 мг/кг. Аналогично прогнозируется содержание К 2 О.

Расчет баланса кальция, магния и серы . В приходной части баланса учитывается поступление этих элементов с известковыми, органическими и минеральными удобрениями, а также с осадками и семенами, в расходной части – вынос урожаем и потери от фильтрации и эрозии. Поступление кальция и магния с известковыми удобрениями рассчитывают по количеству известковых удобрений на 1 га. Например, в среднем на 1 га севооборотной площади будет ежегодно вноситься 1,1 т доломитовой муки, или 0,935 т СаСО 3 (содержание СаСО 3 – 85 %). Из табл. 14.17 находим количество СаО и MgO на 1 га, вносимое с известковыми удобрениями. С 935 кг СаСО 3 поступает 280,5 кг СаО (30 ∙9,35) и 187 кг MgO (20 ∙ 9,35).

в расчете на 100 кг д.в. (N, Р 2 О 5 , К 2 О, СаСО 3), кг

По количеству минеральных удобрений на 1 га в д.в. определяют поступление СаО, MgO и S в почву. Например, на 1 га планируется внести 65 кг Р 2 О 5 в виде двойного суперфосфата. С этим количеством Р 2 О 5 поступает 20 кг СаО (65×31/100). В случае применения сульфата аммония и сульфата калия определяют количество действующего вещества, поступающее с этими видами удобрений на 1 га, и рассчитывают поступление серы, используя данные табл. 14.11.

Поступление кальция, магния и серы с органическими удобрениями рассчитывают с учетом насыщенности почвы последними и поступления этих элементов с удобрениями (см. табл. 14.11). Например, при насыщенности органическими удобрениями в севообороте 12 т/га в почву поступит 48 кг/га СаО (4×12), 13,2 кг/га MgO (1,1×12) и около 2,4 кг/га SО 4 (0,2×12). С атмосферными осадками в почву поступает 25,3 кг/га СаО, 3,6 – MgO, 3,6 кг/га S, с семенами – соответственно 0,3; 0,1 и 0,2 кг/га. Суммируя результаты по статьям приходной части баланса, получим поступление кальция, магния и серы на 1 га севооборотной площади.

Вынос урожаем кальция, магния и серы рассчитывают аналогично тому, как это делается для азота, фосфора и кальция. Используя данные, приведенные в табл. 2.5, рассчитывают показатели выноса по каждой культуре и вычисляют средние значения на 1 га. Потери от вымывания и эрозии находят по табл. 14.12.

При известковании потери кальция за счет вымывания возрастают, особенно на легких почвах. По данным Института почвоведения и агрохимии, на почвах с рН (КС1) более 6 потери кальция возрастают в среднем на 40 % по сравнению со средними данными на почвах без известкования. На кислых почвах (рН менее 5) вымывание кальция примерно на 20 % ниже. Поэтому при расчете баланса кальция средний нормативный показатель потерь (табл. 14.12) на почвах с рН более 6 следует умножить на 1,4, а на почвах с рН менее 5 – на 0,8.

Влияние известкования на вымывание магния неоднозначно, так как в одних случаях катионы кальция ускоря­ют его вымывание из почвы, что обусловлено вытеснением магния из поглощающего комплекса, а в других – могут уменьшить вымывание магния, нейтрализуя кислотность почвы, которая способствует потерям магния за счет вымывания. В связи с этим при расчетах баланса магния используют нормативы потерь от вымывания, приведенные в табл. 14.12. Определяют расход на 1 га.

Сопоставив показатели по приходу и расходу, находят значения баланса и его интенсивность.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

1. Что понимается под балансом питательных элементов в почве?

2. Какое значение имеет баланс питательных элементов в почве для регулирования плодородия почв и урожайности сель­скохозяйственных культур?

3. Как оценить систему применения удобрений в севообороте по балансу питательных элементов?

4. Какие различают виды баланса элементов питания?

5. Как можно прогнозировать изменение плодородия почвы по балансу питательных элементов в ней?

В почве

После определения доз удобрений производится расчет баланса элементов питания и гумуса в почве, который дает возможность оценить разработанную систему удобрения и в случае необходимости внести в нее коррективы. Он является научной основой планирования применения удобрений, позволяет целенаправленно регулировать плодородие почвы, защиту ее и окружающую среду от загрязнения агрохимикатами. Оценка состояния баланса элементов питания в системе почва – растение – удобрение является важной характеристикой эффективности использования удобрений в сельскохозяйственном производстве .

Баланс основных питательных элементов в системе удобрение – почва – растение является математическим выражением круговорота питательных элементов в земледелии и оценивается по разности между их приходом и расходом.

Используются различные виды баланса питательных элементов в земледелии: биологический, хозяйственный, дифференцированный и эффективный.

Биологический баланс дает наиболее полное представление о круговороте питательных веществ. В приходные статьи биологического баланса включаются поступления питательных элементов с органическими и минеральными удобрениями, осадками, семенами, симбиотическая и несимбиотическая азотфиксация, в расходные – содержание питательных элементов в основной и побочной продукции, отчуждаемой с поля, а также в корневых и послеуборочных остатках.

Хозяйственный баланс определяется по валовому поступлению и отчуждению элементов питания. При расчете хозяйственного баланса учитываются все приходные и расходные статьи, в том числе и непроизводительные расходы.

Хозяйственный баланс характеризует не только долю участия удобрений в малом биологическом круговороте, обеспеченность сельскохозяйственных культур элементами питания, но и характер их изменения в почве. Он позволяет количественно прогнозировать тенденции изменения плодородия почв. В то же время хозяйственный баланс не дает полного представления об условиях питания отдельных культур или севооборота в целом, так как растения используют только часть элементов питания из внесенных удобрений.

Дифференцированный баланс. При расчетах этого вида баланса количество минеральных удобрений относится не на всю площадь земель, а только на площадь первоочередного использования, т.е. на почвах недостаточно обеспеченных элементами питания.

Эффективный баланс определяется с учетом возможных коэффициентов использования питательных веществ из удобрений в год их внесения или за ротацию севооборота. Баланс питательных элементов оценивается показателями дефицита или их избытком, интенсивностью, структурой.

Дефицит или избыток элементов питания представляет разницу между всеми источниками их поступления и расхода и выражается в абсолютных (кг, тонны) или относительных (%) величинах на всю площадь или единицу площади.

Интенсивность баланса – отношение поступления, элементов питания к выносу их урожаем. Выражается в виде процентов или коэффициентов. Величина интенсивности баланса менее 100 % характеризует дефицитный баланс, более 100 % – положительный.

Емкость баланса – сумма выноса из почвы и всех статей возмещения питательных элементов. Она характеризует мощность круговорота веществ. Чем больше емкость баланса, тем интенсивнее земледелие в исследуемом регионе, области, хозяйстве.

Структура баланса – характеризует долевые участия отдельных статей прихода и расхода элементов питания. Анализ структуры баланса позволяет оценить источники поступления, затраты на производство единицы продукции.

Для разработанной системы удобрения в севообороте наиболее часто используется хозяйственный и эффективный баланс питательных элементов. Ниже мы приводим методику их расчета.

Порядок расчета хозяйственно (общего) баланса основных

Питательных элементов в севообороте

Хозяйственный баланс элементов питания определяется как разность между суммами приходных и расходных статей и выражается в кг/га.

Методика расчета хозяйственного баланса элементов питания в земледелии Республики Беларусь разработана в НИРУП «Институт почвоведения и агрохимии» НАН Беларуси (В.В. Лапа, И.М. Богдевич, Н.Н. Ивахненко и др. Минск 2001) .

Приходные статьи

Статьи поступления элементов питания, участвующие в расчете хозяйственного баланса, представлены следующими составляющими:

П N , P 2 O 5, K 2 O , CaO , MgO , S = П му + П оу + П о + П с + П б + П н,

где П NPK – приход элементов питания, кг/га (пашни, сельскохозяйственных угодий или сенокосов и пастбищ);

П му – приход с минеральными удобрениями, кг/га;

П оу – приход с органическими удобрениями, кг/га (П оу = ДС), где

Д – доза органических удобрений, т/га;

П о – приход с осадками, кг/га;

П с – приход с семенами, кг/га;

П б – биологический азот, фиксированный бобовыми культурами, кг/га;

П н – несимбиотически фиксированный азот, кг/га;

П б и П н учитываются только при расчете баланса азота,

Основная статья поступления элементов питания – органические и минеральные удобрения, данные о применении которых устанавливаются согласовано отчетам хозяйств (форма 9бсх госкомстата). Содержание питательных веществ (N, P, K, CaO, MgO) в разных видах органических удобрений представлено в приложение 45.

Сера органических удобрений прочно связана с углеродом и азотом и ее ежегодная минерализация не превышает 2%, в навозе содержится 0,02–0,06 % и в торфе – 0,1–0,3 % (S).

Поступление азота с атмосферными осадками (По), по многолетним данным Белгидрометцентра Республики Беларуси, составляет 9,4 кг/га, Р 2 О 5 – 0,5, К 2 О – 10,3, CaO – 25,3, MgO – 5,0, сера (SО 4) – 36,0 кг/га.

Ежегодно с семенами (пс) на 1 га пашни поступает 3 кг азота, 1,3 кг фосфора, 1,5 кг калия; приход кальция, магния и серы представлен несущественными величинами (0,1–0,3 кг/га), которые при расчете баланса не учитываются .

Обеспечение растений азотом приходит также за счет введения в севооборот бобовых культур, которые благодаря симбиотической азотфиксации обеспечивают азотом как себя, так и последующие культуры.

По данным обобщения полевых опытов, показатели симбиотической азотфиксации для расчета хозяйственного баланса составляют:

–на 1 ц зерна кг азота: люпин в чистом виде – 5,0; кормовые бобы в чистом виде – 3,0; горох, пелюшка, вика, соя в чистом виде – 2,5; люпин в смеси с зерновыми культурами – 4,5; горох, пелюшка и вика в смеси с зерновыми культурами – 2,0;

–на 1 ц зеленой массы кг азота: однолетние бобовые травы – 0,25; однолетние бобово-злаковые травосмеси – 0,20; люцерна – 0,40; клевер и другие многолетние травы (кроме люцерны) – 0,35; многолетние бобово-злаковые травы – 0,20; луговые земли с бобово-злаковым травостоем – 0,15.

Для дерново-подзолистых почв республики, характеризующихся относительно невысоким содержанием гумуса, при расчете баланса азота на пашне рекомендуется принимать средний норматив несимбиотической азотфиксации 15 кг/га в год .

Расходные статьи

Количество питательных элементов, которое потребляется растениями для создания биологической массы урожая (зерно, солома, пожнивно-корневые остатки, а также питательные элементы, частично переходящие из корней в почву), называют биологическим выносом питательных элементов с урожаем. Он подразделяется на хозяйственный вынос и остаточный. Хозяйственный вынос – это та часть биологического выноса питательных элементов, которая увозится с поля с продукцией (с зерном и соломой, корнеплодами и ботвой). Если солома или ботва остались в поле, то питательные элементы, содержащиеся в них, не учитываются в хозяйственном выносе. Остаточная часть выноса – это питательные элементы, оставшиеся на поле с пожнивно-корневыми остатками, опавшими листьями, просыпанным зерном и половой, а также перешедшие из корней в почву.

Общая статья расхода элементов питания (Р) при расчете

хозяйственного баланса определяется по формуле:

Р = Рвын. + Рвыщ. + Рэр. + Рг.,

где Рвын. – вынос элементов питания урожаем сельскохозяйственных культур, кг/га;

Рвыщ. – потери от выщелачивания, кг/га;

Рэр. – потери от эрозии почв, кг/га;

Рг. – газообразные потери азота, кг/га.

Основная статья расхода элементов питания – отчуждение их с урожаем сельскохозяйственных культур (Рвын). В результате обобщения данных полевых опытов с удобрениями (около 1300 опытов), проведенных НИИ почвоведения и агрохимии, областными проектно-изыскательскими станциями по химизации сельского хозяйства, областными сельскохозяйственными опытными станциями и другими научными учреждениями республики определены средние величины выноса азота, фосфора, калия (с 1 т основной и соответствующим количеством побочной продукции), которые используются при расчете баланса по хозяйствам или административным районам (приложение 6). При расчете баланса элементов питания наиболее трудоемким является определение выноса элементов питания с урожаем сельскохозяйственных культур. Эти расчеты сокращаются, если использовать показатели выноса с кормовой единицей растениеводческой продукции.

Средний вынос элементов питания (N, P 2 O 5 , K 2 O) в расчете на 1 ц к.ед, довольно устойчив по годам и составляет 2,1 кг азота, 0,8 кг фосфора, 2,2 кг калия.

При указанном способе расчета баланса определяется средневзвешенный выход растениеводческой продукции на 1 га в кормовых единицах, который умножается на средний вынос элементов питания с 1 ц к.ед.

Для разработки нормативов выноса кальция, магния и серы использовано 184 опыта, проведенных разными учреждениями республики.

При определении баланса питательных веществ учитываются также потери с инфильтрационными водами (Рвыщ.) элементов питания, величина которых зависит от доз минеральных удобрений, типа и гранулометрического состава почв, метеорологических условий (количество осадков). Чем легче почва по гранулометрическому составу и обильнее осадки, тем выше потери питательных веществ.

По данным лизиметрических исследований, в зависимости от гранулометрического состава почв в среднем с 1 га пахотных почв в год теряется 16–39 кг азота, 10–33 кг K 2 O, 64–122 кг СаО, 13–25 кг MgO, 24–37 кг SO 4 (приложение 46).

Согласно имеющимся научным данным, фосфор практически не вымывается из почвы и не загрязняет грунтовые воды, поэтому при балансовых расчетах потери фосфатов по данной статье не учитываются.

Известно, что при известковании потери кальция за счет вымывания возрастают, особенно на легких по гранулометрическому составу почвах. Результаты исследований Института почвоведения и агрохимии показали, что на почвах с рН KCI более 6,0 потери кальция возрастают в среднем на 40 % по сравнению со средними данными лизиметрических опытов на почвах без известкования.

В то же время на кислых почвах с рН KCI , менее 5,0 вымывание кальция примерно на 20% ниже. В связи с этим для расчетов баланса кальция средний нормативный показатель потерь этого элемента на почвах с рН KCI более 6,0 необходимо умножить на 1,4, а на почвах с рН KCI менее 5,0 – умножить на 0,8.

Влияние известкования на вымывание магния неоднозначно, поскольку в одних случаях катионы кальция ускоряют его вымывание из почвы, что вызвано вытеснением магния из поглощающего комплекса, а в других – могут уменьшать его вымывание, нейтрализуя при этом кислотность почвы, которая обычно содействует потерям магния. В почвенно-климатических условиях средней Европы потери магния от вымывания колеблются от 15 до 50 кг/ га ежегодно (Baiuer, Baiuerova, 1985, Damaska, 1985), примерно в этих же количествах теряется магний и в почвах Беларуси.

По данным второго тура почвенного обследования, в республике имеется 425 тыс.га пахотных почв, подверженных водной эрозии, из них 295,9 тыс. га – слабоэродированные, 107,9 – средне- и 21,2 тыс.га – сильноэродированные.

Потери элементов питания с эрозией (Рэр) колеблются в широких пределах и зависят от интенсивности эрозионных процессов и использования склоновых земель (приложение 47).

Наиболее высокий смыв элементов питания отмечается на сильноэродированных почвах: азота – 20 кг/га, фосфора – 10, калия – 15, СаО – 25, MgO – 12, SO 4 – 0,20 кг/га в год, а также на зяби и под пропашными культурами. При возделывании на эродированных почвах озимых зерновых культур смыв элементов питания незначительный, а под многолетними травами он практически отсутствует.

В приложении 47 приведены нормативы потерь макроэлементов на пахотных почвах в зависимости от степени их эродированности, которые рекомендуется использовать при расчетах баланса элементов питания в отдельных хозяйствах или районах с высоким удельным весом (более 30 %) эродированных почв. При расчете баланса по областям и в целом по республике их можно не учитывать.

Размеры потерь элементов питания с эрозией на сенокосах и пастбищах очень незначительные, поэтому ими можно пренебречь.

Одной из статей расхода питательных веществ на пахотных и лугопастбищных угодьях являются газообразные потери азота (Nг), которые в полевых условиях могут составлять от 10 до 50 % от внесенного с удобрениями. Эти потери связаны в основном с процессами денитрификации, аммонификации и нитрификации.

Из почвы в атмосферу могут выделяться закись, окись, двуокись азота, аммиак и молекулярный азот. Размеры газообразных потерь азота в среднем составляют 25 % от общего количества, внесенного с минеральными и органическими удобрениями .

Хозяйственный баланс элементов питания определяется как разность между суммами приходной и расходной статей и выражается в кг/га и рассчитывается по формуле:

Б N , P 2 O 5, K 2 O , CaO , MgO , S = (Пму+Поу+По+Пс + Пб+ Пн) – (Рвын + Рвыщ + Рэр + Рг)

На основании расчетов баланса элементов питания, проведенных в длительных стационарных полевых опытах при различных почвенных условиях и уровнях применения удобрений (N 45–180 , P 20–130 , K 60–220), Институтом почвоведения и агрохимии предложены оптимальные параметры интенсивности баланса фосфора и калия в зависимости от содержания их в почвах (приложение 48).

Определяют поступление элементов питания по приходным статьям баланса и записывают в соответствующие строки таблицы рабочей тетради. Количество питательных элементов, поступающих с минеральными удобрениями, находят в соответствующей таблице рабочей тетради курсового проекта. Поступление их с органическими удобрениями рассчитывают следующим образом. В рабочей тетради курсового проекта находят насыщенность органическими удобрениями на 1 га севооборотной площади соответствующего севооборота. Учитывая поступление азота, фосфора и калия с органическими удобрениями (приложение 45), рассчитывают их поступление на 1 га.

Пример 1. Насыщенность органическими удобрениями в севообороте составляет 12 т/га. Определить поступление с ними азота, фосфора и калия.

Решение. С тонной навоза КРС на соломенной подстилке поступает в почву 5,2 кг азота, а с 12 т – 62,4 кг, фосфора – 2,6 12 = 31,2, калия – 6,2 · 12 = 74,4 кг.

Для определения количества симбиотического азота используют данные о величинах фиксированного из атмосферы симбиотического азота, оставшегося в почве после бобовых растений.

Пример 2. В севообороте на площади 1000 га люпин занимает 100 га, клевер – 200 га. Урожайность люпина (зеленой массы) 200 ц/га, клевера (сено) – 250 ц/га. Определить поступление симбиотического азота.

Решение. Как было отмечено выше, люпин фиксирует в симбиозе с клубеньковыми бактериями 50 кг/га азота, а на 100 га – 5000 кг. За счет клубеньковых бактерий у клевера лугового средние размеры азотфиксации составляют 88 кг/га, а на 200 га 17600 кг.

Сумму азота, которую фиксируют в симбиозе с клубеньковыми бактериями люпин и клевер, делят на площадь пашни в севообороте и находят среднее количество симбиотического азота на 1 га:

Затем суммируются количество питательных элементов поступающих на 1 га пашни севооборота с минеральными и органическими удобрениями, азота, накопленного бобовыми культурами, и несимбиотического, с семенами и атмосферными осадками и получают приходную статью баланса.