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

Вид органических удобрений	N	Р 2 О 5	К 2 О	СаО	MgO	SО 4 *
Навоз КРС на соломенной подстилке	5,0	2,5	6,0	4,0	1,1	0,2
Навоз КРС на торфяной подстилке	6,0	2,0	5,0	4,5	1,0	0,5
Компост торфонавозный:
1:1	5,0	1,6	4,0	3,5	0,6	0,3
1:2	5,5	1,8	4,5	4,0	0,8	0,4
Солома (зерновые)	4,0	1,5	10,0	2,0	1,0	1,5
Навоз КРС жидкий	2,0	1,0	2,5	0,5	0,4	0,1
Навоз свиной жидкий	2,5	0,9	1,8	0,6	0,2	0,1
Навоз КРС полужидкий	3,5	1,5	4,0	1,3	0,9	0,3
Помет птичий (подстилочный)	20,0	16,5	8,5	18,0	6,0	3,5
Компост торфопометный:
1:1	10,0	8,0	3,0	9,0	3,0	1,5
1:2	12,5	10,0	4,0	10,0	4,0	2,0

* 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

Почвы	N	Р 2 О 5	К 2 О	СаО	MgO	SО 4
Потери от вымывания
Дерново-подзолистые:
суглинистые		0,2
супесчаные на морене		0,1
супесчаные на песке		0,1
песчаные		0,1
Торфяные		0,1
Потери от эрозии
Степень эродированности почвы:
слабая						0,05
средняя						0,10
сильная						0,15
очень сильная						0,20

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

Гранулометрический состав	рН KCl
Менее 60	61–100	101–150	151–250
Суглинистые	4,5–5,0
5,1–5,5
5,6–6,0
Супесчаные	4,5–5,0
5,1–5,5
5,6–6,0
Песчаные	4,5–5,0
5,1–5,5
Торфяные	В среднем

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

Гранулометрический состав	Интенсивность баланса, %	Исходное содержание Р 2 О 5 , мг/кг почвы
Менее 80	81–140	141–200
Суглинистые
Супесчаные
Песчаные
Торфяные		В среднем

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

Удобрения	СаО	MgO	S, %
Простой суперфосфат		–
Двойной суперфосфат		–	–
Сульфат аммония	–	–	24,2
Сульфат калия	–	–
Молотый известняк		–	–
Молотый доломит			–
Молотый доломитизированный известняк		5,0	–
Мел		–	–
Гашеная известь		–	–
Доломитовая мука			–
Дефекат		–	–
Цементная пыль		1,0	1,0
Сланцевая зола			–
Фосфогипс (40%-ной влажности, на 100 кг физической массы)		–	17,7–20,6
Сульфат калия			18,0
Сульфат магния			18,6
Сульфат натрия			22,6

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?

05.12.2016 Новости АПК 791

5 декабря отмечается Всемирный день защиты почв. Сегодня ведущие специалисты в области медицины и сельского хозяйства обращают внимание на взаимосвязь систем возделывания почв и питательной ценности продуктов. Отрицательный баланс веществ в почве приводит к снижению важнейших незаменимых веществ в продуктах (витамины, минералы, микронуклиенты и др.). Цена дисбаланса, по подсчетам Всемирной организации здравоохранения, может исчисляться миллионами потерянных лет жизни людей.

Институт органического сельского хозяйства приводит выдержки из доклада ВОЗ «Питание и здоровье в Европе: новая основа для действий» (2011 год):

«Несмотря на кажущееся разнообразие пищевых продуктов в супермаркетах, в пищевом отношении рацион питания может быть однообразным: “разнообразие марок пищевых продуктов не означает их химического разнообразия.

…Исследования сбалансированности питания и здоровья показывают, что более разнообразное питание ассоциирует со снижением смертности от всех причин и от рака и сердечнососудистых заболеваний. Показатель DALYs включают в себя оценку числа лет жизни, потерянных вследствие различных болезней, и числа лет, прожитых в состоянии инвалидности. В 2000 году было потеряно 136 миллионов лет здоровой жизни; важнейшие пищевые факторы риска явились причиной потери более 56 миллионов , а в потере еще 52 миллионов определенную роль играли другие факторы, связанные с питанием. Примерно две трети суммарного бремени болезней в Европе приходятся на долю сердечнго-сосудистых заболеваний (ССЗ) и рака. Согласно консервативным оценкам, около одной трети ССЗ связаны с неправильным питанием , хотя и широко признается необходимость в дополнительных исследованиях. Рак убивает каждый год в Европейском регионе ВОЗ около одного миллиона взрослых. Как и в случае ССЗ, примерно одна треть всех смертей от рака во всем мире вызвана неправильным питанием ».

Обеднение рациона – лишь одна из составляющих пищевых факторов, влияющих на смертность. К сожалению, ее оценка мало изучена, отмечают в

Далее в докладе ВОЗ речь идет о взаимосвязи питательного баланса почвы и полноценности рациона: «Давно известно, что большое значение в растениеводстве имеет плодородие почвы. Стремясь максимально использовать земли для выращивания культур, многие фермеры отказались от практики оставления полей под паром на один сезон, чтобы дать возможность полям естественным путем частично восстановить свое плодородие. Пахотная земля может сплошь и рядом использоваться для получения двух урожаев в год. Чередование культур, которое способствует достижению максимального плодородия (например, чередование азотфиксирующей культуры с культурой, истощающей запасы азота в почве), уступило место замене азота почвы путем внесения богатых азотом удобрений.

Кроме того, стремление к повышению мясной и молочной продуктивности привело к увеличению использования удобрений, которые способствуют росту на пастбищах специально выведенных быстрорастущих трав, вместо сохранения традиционного многотравья лугов.

Систематические исследования того, как влияет на содержание питательных веществ в урожае культур отсутствие пополнения запасов микроэлементов в почве, не проводятся. Можно утверждать, что, по крайней мере, в некоторых районах в почве остаются достаточные количества микроэлементов, обеспечивающие их высокое содержание в растениях, а значит и в пище человека.

Тем не менее, в некоторых районах можно обнаружить их дефицит, и там принимаются соответствующие меры. Например, добавление йода в воду, используемую для ирригации, в течение одного сезона привело к пятикратному увеличению уровня йода в местных сельскохозяйственных культурах, овощах и мясе в последующие три года, и это привело к сокращению младенческой смертности и случаев мертворождения».

По данным Минсельхоза РФ, в России сложился отрицательный баланс питательных веществ в почве. За последние 10 лет он составил 86,9 млн. тонн действующих веществ.

Данные ВОЗ о питательной ценности продуктов: «Имеются данные о том, что в Соединенном Королевстве за последние 50 лет значительно снизилось количество незаменимых минералов в наиболее распространенных сельскохозяйственных культурах. При сравнении минерального состава 20 видов фруктов и овощей, подвергшихся анализу в 1930-х и в 1980-х годах, было установлено, что уровни кальция, магния, натрия и меди в овощах и калия, железа, магния и меди во фруктах значительно снизились.

Появляется все больше доказательств того, что определенную роль в питании могут играть различные химические соединения в растениях, такие, как фенолы и флавоноиды, которые выступают в качестве факторов защиты против дегенеративных болезней. Влияние сельскохозяйственных систем на эти растительные химические соединения изучено мало.

Учеными Копенгагенского университета было высказано предположение о том, что растения вырабатывают некоторые из этих соединений в качестве защиты от вредителей и что использование удобрений в больших количествах ослабляет эти защитные механизмы, что в свою очередь вызывает необходимость еще большего использования пестицидов для защиты культур.

Результаты исследований также имеют значение и для наблюдаемых в сельском хозяйстве тенденций к выращиванию раннеспелых культур. Сообщается, что содержание флавоноидов и антоцианинов на несколько сот процентов выше в красном луке, собранном в июле, чем в луке, собранном в апреле».

Данные ВОЗ корреспондируют с мнением российского Института органического сельского хозяйства, неоднократно заявляющего, что современную систему землепользования необходимо модернизировать, включая в нее биологизацию земледелия. «Упрощенная система удобрения, основанная на компенсации всего 3-х, хотя и основных, питательных веществ (N ,P ,K ), за счет внесения только минеральных удобрений не позволяет реализовать генетический потенциал возделываемых сортов и гибридов сельскохозяйственных культур», - отмечают в Институте органического сельского хозяйства.

к. с-х. н, заведующий кафедрой трансфера инновационных технолологий в АПК ФГБОУ «Федеральный центр сельскохозяйственного консультирования», председатель научного совета Института органического сельского хозяйства Амиран Занилов:

«Ресурсы почвенного плодородия могут обеспечивать стабильную реализацию продуктивности растений при условии сохранения бездефицитного баланса питательных веществ. При проведении агрохимического анализа почвы оценка общего содержания макро и микроэлементов не проводится, что лишает возможности включения в рекомендации дополнительных приемов по мобилизации трудно-растворимых соединений. Исследования в данной области должны быть углублены, а существующая система расчета потребности в элементах питания модернизирована. Сегодня, к сожалению, 58 млн га пашни России характеризуются низким содержанием гумуса, истощительное землепользование продолжается .

Для своей жизнедеятельности растения используют углекислый газ, воду, разнообразие органических соединений и минеральные соли. Кроме традиционных элементов азота, фосфора и калия, растения потребляют большие объемы других веществ – кальция, магния, серы, кремния, железа. В меньших объемах растениями используется молибден, бор, кобальт, медь, бор, цинк и др. Каждый из элементов обеспечивает активность биохимических процессов, свойственных только в присутствии определенного химического элемента. Соответственно, игнорировать важность сопутствующих азоту, фосфору и калия важнейших элементов недопустимо, так как это неизбежно приведет к нарушению роста и развития растений.

Дефицит того или иного химического элемента может вызвать значительное нарушение в формировании растений и реализации его генетического потенциала. В соответствии с законом минимума немецкого химика Юстус фон Либихав земледелии избыток одного элемента не заменяет недостаток других. Вещество, находящееся в минимуме определяет состояние организма. При отрицательном балансе содержание питательных веществ в почве будет постепенно уменьшаться, а урожай растений снижаться.

Поиск новых средств и методов повышения коэффициента полезного действия используемых минеральных удобрений, в том числе новые виды удобрений на основе органических и микробиологических компонентов, альтернативные источники питания растений, агротехнические приемы способны модернизировать консервативную систему, практикующуюся на протяжении многих десятков лет. При рациональном использовании минеральные и органические удобрения положительно влияют на агрохимические показатели почвы, повышая показатели плодородия и, соответственно, повышая питательную ценность сельхозпродукции.

Рекомендуется совместное использование органических и минеральных удобрений. Их сочетание позволяет избегать повышенной концентрации почвенного раствора при внесении даже повышенных доз минеральных удобрений, что дает возможность бесперебойно снабжать растения питательными веществами на протяжении всей вегетации и формировать высокий урожай. Также необходимо использовать научно обоснованные севообороты, применять сидеральные культуры, обогащать почву полезными батериями, использовать многолетние травы и другие приемы и технологии биологизации. Все это позволит получать полноценные, экологически безопасные продукты здорового питания».

Анна Любоведская
Директор по внешним связям
Института органического сельского хозяйства

Показатели баланса отражают пути превращения и расхода питательных веществ минеральных и органических удобрений, долю элементов питания, продуктивно используемую и отчуждаемую растениями из почвы и воспроизводимую за счет органических и минеральных удобрений. Баланс питательных веществ в системе почва-растения-удобрения составляет часть общего процесса взаимодействия элементов питания и относится к малому биологическому круговороту. Рассчитывается баланс путем сопоставления количества элементов питания, поступивших в почву, с их расходом на создание урожая и непроизводительными потерями.
Учет результатов баланса позволяет планировать производство продуктов сельского хозяйства с наименьшими затратами и более высокой окупаемостью органических и минеральных удобрений, прогнозировать потребность в удобрениях и изменение обеспеченности почв питательными веществами, регулировать плодородие почв, охрану окружающей среды. Расчеты баланса питательных веществ по отдельным хозяйствам и севооборотам позволяют установить более обоснованные системы удобрений сельскохозяйственных культур, уменьшить потери питательных веществ.
Для оценки эффективности сельскохозяйственного производства крупных регионов, областей, районов, хозяйств используются различные виды баланса питательных веществ в земледелии: биологический, хозяйственный, дифференцированный и эффективный.
Биологический баланс дает наиболее полное представление о круговороте веществ. В приходные статьи биологического баланса включаются поступления питательных веществ с органическими и минеральными удобрениями, осадками, семенами, симбиотическая и несимбиотическая азотфиксация, в расходные – содержание питательных веществ в основной и побочной продукции, отчуждаемой с поля, 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 потери. Хозяйственный баланс характеризует не только долю участия удобрений в малом биологическом круговороте, обеспеченность сельскохозяйственных культур элементами питания, но и характер изменения их содержания в почве, 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 их первоочередного применения, 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 веществ оценивается показателями дефицита элементов питания или их избытком, интенсивностью, структурой, емкостью, реутилизацией питательных веществ.
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 долевое участие отдельных статей прихода и расхода элементов питания. Анализ структуры баланса позволяет оценить источники поступления, затраты на производство единицы продукции.
Реутилизация питательных веществ – определяется как отношение поступления в почву элементов питания с навозом к выносу их урожаем, т.е. реутилизация характеризует повторное использование элементов питания, поступивших с минеральными удобрениями через растениеводческую продукцию (солома, корм животных), прошедшую через животноводческие фермы и возвращаемую на поле в виде навоза.
Степень реутилизации элементов питания определяется в основном специализацией хозяйства, концентрацией животноводства. Высокий повторный возврат элементов питания имеет место в хозяйствах животноводческого направления, где меньше товарность растениеводческой продукции. Если в качестве органических удобрений используется не навоз, а торфонавозные компосты, то при определении степени реутилизации из общего количества элементов питания, поступивших в почву с органическими удобрениями, необходимо вычесть их наличие в торфе, используемом для приготовления компостов.
Баланс азота, фосфора и калия в земледелии Республики Беларусь, рассчитанный за период с 1966 по 1998 г., достаточно объективно отражает характер использования минеральных и органических удобрений (табл. 8.36 - 8.38).
В 1986-1990 гг. внесение азотных удобрений на пашне республики составляло 88 кг/га д.в., что вместе с азотом в органических удобрениях обеспечивало положительный баланс азота 23,8 кг/га, а интенсивность – 118%. Минимальное применение азотных удобрений, равно как фосфорных и калийных, отмечено в 1995 г. Баланс азота в этом году составил 9,2 кг/га, что свидетельствует о его недостатке для формирования урожайности возделываемых культур. В дальнейшем интенсивность баланса азота поддерживалась на уровне 100%, однако поступление его с минеральными удобрениями 51-55 кг/га д.в. было ниже необходимой потребности.
Баланс фосфора на пашне за период после 1986 г. снизился от 58-59 кг/га д.в. до 12-17 кг/га д.в. в 1997-1998 гг. Практически начиная с 1994 г. поступление фосфора с минеральными удобрениями не компенсирует вынос его с урожаем. Применение фосфорных удобрений на уровне 20-23 кг/га д.в. недостаточно для получения высоких и стабильных урожаев сельскохозяйственных культур и поддержания достигнутого содержания Р2О5 в почвах.
Применение калийных удобрений за последние 15 лет было более стабильным, однако в 1993-1996 гг. оно обеспечивало только слабоположительный баланс (6,0-24,5 кг/га) и было недостаточным для поддержания почвенного плодородия.
Для обеспечения эффективного использования удобрений рекомендуется поддерживать интенсивность баланса азота на уровне 100 - 110, фосфора – 130-150, калия – 140-160% при содержании Р2О5 и К2О в почвах в пределах 140-200 мг/га.

Баланс питательных веществ является обязательной составной частью системы удобрения. Расчет его проводится для определения возможного обогащения или истощения почвы теми или иными питательными веществами.

Приходными статьями баланса являются: внесение их с органическими и минеральными удобрениями, поступление питательных веществ за счет биологической аккумуляции, вызванной поглощением элементов питания из глубоких горизонтов, поступление азота за счет фиксации азота из воздуха и с атмосферными осадками.

Расходование питательных веществ из почвы определяется следующими статьями: выносом с урожаем, переходом соединений питательных веществ в труднорастворимое состояние, газообразными потерями азота и вымыванием растворимых соединений азота и калия из корнеобитаемого слоя, потерями в результате эрозии почв.

Таблица 12. Вынос основных элементов питания урожаем

	Культура	Планируемая урожайность, ц/га	Вынос на 1 ц основной продукции с учетом побочной продукции, кг	Вынос планируемым урожаем, кг/га
	Чистый пар
	Озимая пшеница
	Картофель
	Вика/овес
	Яровая пшеница
В среднем с 1 га

Больше всего азота с урожаем выносит озимая пшеница. Больше всего фосфора с планируемым урожаем выносит озимая пшеница, это объясняется высокой урожайностью озимой пшеницы, а калия картофель так как это калиелюбивая культура. В среднем вынос небольшой т.к. планируемая урожайность большинства культур не велика.

Таблица 13. Примерный баланс питательных веществ в севообороте

• 1. Вынос питательных веществ берем из таблицы 12.
• 2. Поступление питательных веществ в почву, всего:

N=110,3 кг/га; Р 2 О 5 =183,5 кг/га; К 2 О=76,7 кг/га;

а) поступление с органическими удобрениями высчитываем слудующим образом:

N = 100/6 = 16,6 кг/га; Р 2 О 5 = 50/6 = 8,3 кг/га; К 2 О = 120/6 = 20 кг/га.

б) поступления с минеральными удобрениями берем из таблицы 8

N = 91,1 кг/га; Р 2 О 5 = 100,5 кг/га; К 2 О = 56,7 кг/га.

• в) Приход N2 в почву за счет азотфиксации (учет ведем на вика/овсе):
  • 64/4 = 16 кг/га;
  • 16/6 = 2,6 кг/га.
  • 3. Баланс питательных веществ :

N= 110,3 -103,75 = 6,6 кг/га;

Р 2 О 5 =183,5 - 38,8 = 144,7 кг/га;

К 2 О = 76,7 - 105,8 = - 29,1 кг/га.

4. % к выносу:

N = 6,6*100/103,75 = 6,4%;

Р 2 О 5 = 144*100/38,8 = 373%;

К 2 О = -29,1*100/105,8 = - 27,5%.

Почва севооборота близка к 5 классу по обеспеченности калия, к 3 классу по обеспеченности фосфором и 4 азотом. Баланс питательных веществ по азоту и калию отрицательный. Значит необходимо вносить повышенную дозу азотных и калийных удобрений, чтобы баланс питательных веществ стал положительным и выполнялся.