Лекция 15 — Физиологические основы определения потребности с.-х культур в удобрениях

1.Биологический и хозяйственный вынос

Система удобрений сельскохозяйственных культур строится на строго научной основе и имеет физиологическое обоснование. В частности, большое значение имеет изучение элементного химического состава растений и продуктивного выноса основных питательных элементов.

Оптимальные дозы удобрений определяются с учетом выноса элементов питания планируемым урожаем. Программирование урожаев невозможно без детального изучения выноса NРК при различной обеспеченности растений питательными веществами. Определив для каждого конкретного поля величину действительно возможного урожая (см. методические указания к курсовой работе по агрохимии, 2000), рассчитывают вынос питательных веществ. Для этого необходимо знать химический состав основной (зерно, клубни) и побочной (солома, ботва) продукции. Данные по содержанию NРК в растениях приводятся в справочниках по агрохимии.

Растения для построения биомассы нуждаются в определенном количестве и сочетании элементов минерального питания, которые во многом обуславливаются биологическими свойствами растений, его наследственностью. Эта величина относительно постоянна и поэтому может служить основанием для расчета доз удобрений на запланированный урожай. Вынос питательных веществ характеризует количественную сторону питания и определяется анализом конечного урожая, убираемого с поля. Биологический вынос – количество элементов, потребляемое для создания  всей биомассы растений, включая основную и побочную продукцию, а также некоторое количество веществ, выделяемое в почву при оттоке через корни и вымывание из листьев. Расчет биологического выноса проводится для точных исследований. Хозяйственный (продуктивный) вынос – это те питательные вещества, которые содержатся в продукции, увозимой с поля, чаще товарной.

В настоящее время потребность сельскохозяйственных культур устанавливается на основании выноса элементов питания на 1 тонну или 1 центнер основной продукции с соответствующим количеством побочной. В отдельных случаях (чаще для зерновых и зернобобовых культур) в справочниках приводится содержание NРК отдельно по зерну и соломе. Тогда следует находить соотношение основной продукции к побочной (в справочниках). В частности, для яровой пшеницы соотношение зерно: солома равно 1: 5; для картофеля – 1: 1; для моркови – 1: 0,5. Для овощей чаще приводится состав продуктивной части.

Таблица 1- Продуктивный вынос основных питательных эле­ментов,  кг/ц товарной продукции с учетом соответствующего количества побочной

С увеличением урожая общий вынос элементов питания возрастает, но даже при больших колебаниях урожаев расход питательных веществ на 1 ц. продукции — величина довольно постоянная. Вынос на единицу продукции может различаться в зависимости от почвенно-климатических условий — на черноземах вынос обычно выше. Влияет на вынос сорт, структура урожая, условия выращивания (открытый или защищенный грунт) и т.д. При перемещении с востока на запад зерновые и картофель выносят N меньше на 15 – 50%, Р₂О₅ — на 30 – 50%, К₂О – на 15 – 35%, то есть следует руководствоваться данными, полученными в ближайших научно-исследовательских или опытных учреждениях. Сильно влияет на величину выноса структура урожая – при увеличении доли отходов возрастает вынос на единицу продукции, особенно азота, что нежелательно и следует учитывать при внесении удобрений.

2.Отношение растений к условиям питания в различные периоды роста

Систему применения удобрений (нормы, сроки, способы внесения удобрений) разрабатывают с учетом особенностей питания растений в различные периоды их роста и развития. В начальный период растения потребляют относительное небольшое количество питательных веществ и требуют пониженной концентрации элементов в почвенном растворе. С возрастом они переносят более высокую концентрацию солей.

По характеру поступления элементов питания в растения выделяют два периода: критический период питания и период максимального поглощения элементов. В критический период при относительно небольшом потреблении питательных веществ растением недостаток или отсутствие какого-либо вещества резко ухудшает рост и развитие растений. В конечном итоге снижается и урожай. Последующее достаточное обеспечение растений этим элементом не может полностью исправить положение. Критический период в отношении Р₂О₅ — это первые 10 — 15 дней после появления всходов. Критический период в отношении азота более продолжителен – до 30 дней. В полевых условиях критический период часто совпадает с понижением температуры и низкой активностью микроорганизмов, минерализующих органическое вещество почв. Корневая система молодых растений в этот период развита слабо и охватывает малый объем почвы. В результате дополнительное внесение питательных веществ с удобрениями приобретает особо важное значение. Большое значение в отношении растений в критический период питания к отдельным элементам играют биологические особенности растений. Так, растения, семена которых содержат много азота и мало углеводов (пшеница) в начале роста нуждаются в основном в фосфорном питании. Растения  с относительно малым содержанием азота и большим количеством углеводов (картофель) требуют с начала вегетации не только фосфорные, но и азотные удобрения. Кукуруза, в которой содержится большое количество как азота, так и углеводов, начинает отзываться на удобрения только через 2 – 3 недели. Следовательно, питание растений в начальный период не может быть стандартным для всех культур, особенно в тех случаях, когда минеральные удобрения вносят вместе с семенами.

В период интенсивного роста растений решающее значение приобретают азотные и калийные удобрения. Недостаток азота в это время нарушает весь ход физиологических процессов, и рост растений задерживается. Сокращение периода интенсивного роста растений приводит к более раннему формированию репродуктивных органов и, как правило, к снижению урожая. При недостатке азота положительное действие других элементов питания резко ослабевает. В частности, калийные удобрения оказывают положительное влияние только при определенном уровне азотного питания. Если уровень азотного питания достаточен для роста вегетативной массы, то и поступление калия будет большим, вследствие чего его положительное действие проявится сильнее, чем при недостатке азота. Лучшее усвоение калия обусловит более быстрый круговорот фосфорных соединений в растениях, что приведет к более экономному использованию фосфора почвы и удобрений.

К началу цветения растений синтетические процессы в вегетативной массе достигнут максимального поглощения. В это время отмечается и наиболее высокое поглощение солей из внешней среды — это так называемый период максимального поглощения. В таком состоянии растительный организм находится только до периода образования репродуктивных органов. Тогда  в вегетативной массе мо мере ее старения процессы гидролиза начинают усиливаться, а далее – и преобладать над процессами синтеза. В дальнейшем наступает такой период, когда запасные вещества в репродуктивных органах накапливаются уже в основном благодаря утилизации органических и минеральных соединений вегетативной массы и корней. Поэтому чем интенсивнее будет происходить процесс поглощения питательных веществ в период максимального поглощения, тем в лучших условиях будет формироваться товарная часть растений. В этот период питание растений может быть осуществлено в основном корневыми и некорневыми подкормками, которые будут не только источниками дополнительного питания, но и средством воздействия на обмен веществ в растениях. Подводя итог вышесказанному можно отметить, что в начальный период роста и развития растений  необходим фосфор, который должен преобладать над азотом и калием. В период интенсивного роста возрастает роль азота. Ко времени цветения потребность в азоте уменьшается, но возрастает роль фосфора и калия.

Различные сельскохозяйственные культуры отличаются по размерам и интенсивности поглощения питательных элементов в течение вегетации. Все зерновые злаки (за исключением кукурузы) и ранний картофель отличаются коротким периодом интенсивного поглощения. Овощные культуры имеют более растянутый период потребления, что определяет необходимость применения подкормок. Следовательно, периодичность питания растений является теоретическим обоснованием дробного внесения удобрений. Система удобрений должна строиться в соответствии с биологическими особенностями растений.

3.Использование питательных веществ растениями из почвы (КИП) и растений (КИУ)

Растения усваивают только часть питательных веществ, находящихся в почве или внесенных с удобрениями, которая содержится в подвижных (растворимых) соединениях. Резких различий между усвояемыми и неусвояемыми соединениями проводить нельзя, так как вследствие различных биохимических и физиологических процессов соединения, не доступные  одним растениям, оказываются доступными другим. Значительное влияние на использование элементов питания оказывают свойства почвы.

Коэффициент использования питательных веществ из почвы (КИП) – это усвояемая растениями часть питательных веществ, выраженная в процентах. КИП зависит от: 1. условий почвенной среды (степени закрепления почвой того или иного элемента); 2. от биологических особенностей растений. В целом можно отметить, что чем выше содержание элементов питания в почве, тем ниже КИП. Рассчитывается он по формуле:

КИП = а х в /с х100, где

а– урожайность культуры, ц/га

в – потребление питательных веществ, кг/ц (вынос)

с – содержание подвижной формы элемента питания в пахотном слое, кг/га

При внесении органических и минеральных удобрений величина КИП увеличивается, так как усиливается мобилизация питательных веществ почвы. Величины КИП весьма условны, они:1) меняются  на разных почвах; 2)изменяются в зависимости от погодных условий; 3)при расчетах учитывается только пахотный слой почвы.

В среднем для всех культур принимают следующие величины КИП : N — 50 – 60%; Р₂О₅ – 10 – 15%; К₂О – 20 – 40%. На черноземных почвах КИП подвижного фосфора находится в пределах 5 – 15%. Установлено, что чем выше содержание фосфатов в почве, тем ниже КИП. В среднем принимают, что при низкой обеспеченности фосфором КИП равен 12 – 15%; при средней – 7 – 10%; при высокой – 5%. Для почвенных фосфатов подзолистых и дерново – подзолистых почв наиболее тесная связь отмечена с показателями степени кислотности.  На сильнокислых почвах КИП в среднем равен 5%; среднекислых – 7%; слабокислых – 10%; близких к нейтральной реакции – 12%; нейтральных почвах – 15%.

Коэффициент использования из почвы обменного калия зависит в значительной степени от гранулометрического состава почвы. Т.Кулаковская для дерново-подзолистых почв рекомендует  следующие величины КИП,%: на суглинистых почвах для зерновых культур КИП,% равен 30%, для пропашных и овощных – 40%.  На супесчаных соответственно для зерновых культур 35%, для пропашных и овощных – 45%.  

На черноземных почвах рекомендуются более низкие КИП,% калия :20 – 30%.

На пойменных почвах создаются лучшие условия для роста и развития растений, поэтому КИП% здесь выше.

Коэффициент использования питательных веществ из удобрений (КИУ, %) показывает долю их потребления растениями от общего количества вносимого с удобрениями элемента питания. Определяется чаще всего разностным методом – отношением разности в выносе данного элемента в удобренном и неудобренном вариантах к количеству вносимого в почву питательного вещества:

КИУ = В_у – В₀ /С х 100, где

В_у  — вынос питательного вещества на удобренном варианте, кг/га

В₀  — вынос питательного вещества на контрольном (неудобренном) варианте, кг/га

С – количество элемента питания, внесенного с удобрением, кг/га

КИУ являются более стабильными величинами, чем КИП. Тем не менее они тоже меняются в зависимости от почвенно – климатических условий, способа внесения удобрений и от биологии культур.

Для минеральных удобрений при разбросном внесении КИУ,% составляет: азота 50 – 60, Р₂О₅ 20 – 25 и К₂О 50 – 60%. При локальном внесении эти значения составляют азота 60 — 80, Р₂О₅ 30 и К₂О 50 – 80%. Последействие минеральных удобрений весьма невелико: азота — 10, Р₂О₅ —  15 и К₂О — 10%.

Последействие органических удобрений сохраняется в значительной степени и на второй год после внесения. В первый год внесения (год действия) КИУ,% составляет: азота 20 – 30, Р₂О₅ 25 – 30 и К₂О 50 – 60%. Во второй год после внесения (последействие) КИУ,% составляет: азота 20 – 25, Р₂О₅  10 – 15 и К₂О 10 – 15 %. Следовательно, минеральные удобрения оказывают больший эффект лишь в первый год, а органические – и в последующие.  Поэтому, как уже говорилось ранее, органо – минеральная система удобрений является наиболее эффективной.

КИУ уменьшается:1 — при увеличении дозы вносимого удобрения; 2-с увеличением содержания в почве данного элемента; 3-с повышением кислотности почвы; 4-при разбросном внесении по сравнению с локальным.