Баланс питательных веществ в севообороте. Баланс питательных элементов и гумуса

Научные основы применения удобрения базируются на познании круговорота веществ и их баланса в зем­леделии. Дефицит элементов питания может быть выяв­лен на основе балансовых расчетов.

Баланс питательных веществ - сопоставление статей поступления их в почву извне с суммарным расходом на формирование урожаев и непродуктивные потери из почвы. Это упрощенная математическая модель круго­ворота веществ в земледелии. На основании расчета баланса и выявления дефицита в динамике можно ре­гулировать питательный режим почвы с помощью удоб­рений.

Очень важным условием составления баланса питательных веществ является прогнозирование плодородия почвы. Положительный баланс элементов питания способствует сохранению плодородия почвы и дальнейшему его повышению.

Данные баланса питательных веществ используют для учета количества вовлекаемых в хозяйственный круговорот элементов питания растений и животных как основу определения необходимого уровня развития туковой промышленности, включая размещение ее по территории страны, установление ассортимента удобрений и т. д. Определение баланса элементов питания необходимо для разработки единой системы оценки эффективности применения минеральных удобрений.

Баланс питательных веществ необходим для учета статей прихода и расхода их в почвах. Данные баланса питательных веществ используют для определения норм удобрений в конкретном хозяйстве, севообороте, на поле (методы балансово-расчетные и на возмещение вносимыми удобрениями выноса питательных веществ).

В соответствии с разработанными системами удобрения ежегодно составляют планы применения удобрений, задачи которых следующие:

1) при наличии в хозяйстве разработанной системы удобрения по одной схеме определить нормы удобрений для сельскохозяйственных культур на каждом поле севооборота;

2) уточнить нормы удобрений при замене на поле сельскохозяйственной культуры (например, при замене озимых культур яровыми зерновыми или при замене в кормовом севообороте картофеля кормовыми корнеплодами и т. д.), а также уточнить в зависимости от погодных условий (летом предшествующего года, а также осенью и зимой);

3) откорректировать нормы удобрений при известковании. Норму фосфора после известкования можно снизить, а калия, наоборот, повысить;

4) определить основные формы удобрений. В системе указывают только количество питательных веществ.

В плане на основе откорректированной нормы определяют ту или иную форму удобрения. Например, при общей норме фосфорных удобрений на кислых дерново-подзолистых почвах можно предусмотреть припосевное внесение суперфосфата в дозе 0,5 ц/га, а остальную часть внести в виде фосфоритной муки в основное удобрение под зяблевую вспашку. В хозяйстве применяют различные формы органических удобрений. В соответствии с биологией сельскохозяйственной культуры необходимо определить то органическое удобрение, которое обеспечит гарантированную прибавку урожая;

5) определить общую потребность в минеральных и органических удобрениях под культуру;

6) распределить удобрения по срокам внесения;

7) определить способы и приемы внесения удобрений;

8) определить основные машины по внесению и заделке удобрений.

Годовой план внесения удобрений в каждом конкретном хозяйстве делают по определенной форме. В ней отражаются следущие показатели:

площадь поля,

культура и ее урожайность,

потребное количество питательных веществ,

нормы удобрений, срок, техника применения при основном, припосевном и послепосевном (подкормка) способах внесения удобрений.

По каждому полю подсчитана потребность в удобрениях. Определена общая потребность в удобрениях на всю площадь севооборота.

Цель разработки календарного плана внесения удобрений состоит в том, чтобы определить по основным срокам потребность в удобрениях отдельных культур и полей, а также виды и формы удобрений, количество машин, механизмов и рабочих для выполнения того или иного приема внесения удобрения по севообороту и хозяйству в целом.

При разработке годового плана применения удобрений обязательным является разработка плана организационно-хозяйственных мероприятий реализации программы работ по рациональному применению удобрений. В этом плане предусматривают полный технологический цикл самых разнообразных работ (включающий дробление и смешивание удобрений, их погрузку па транспорт, перевозку удобрений до поля, рассев минеральных и разбрасывание органических удобрений), определяют потребность в машинах, рабочей силе и транспорте для внесения удобрений как до посева, так и при посеве и подкормках, а также в транспорте для перевозки органических удобрений в зимний период.

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

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.

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.

Баланс элементов питания за ротацию севооборота является важной составной частью системы удобрения.

Он характеризует степень соответствия приходных и расходных статей элементов питания за определенное время. Баланс может быть планируемым (предлагаемым в проекте системы удобрения) и реальным, сложившимся за ротацию севооборота.

В сельскохозяйственной практике составляют три вида (уровня) баланса: в севообороте, внутрихозяйственный и внешнехозяйственный (для региона, страны).

Анализ системы удобрения в хозяйстве проводят путем составления полного или упрощенного баланса элементов питания. В упрощенном балансе проводят сопоставление количества элементов питания вносимых с органическими и минеральными удобрениями с хозяйственным выносом питательных веществ (выносом основной и побочной продукцией). Полный баланс основан на более детальном учёте приходных и расходных статей. Приходная часть включает поступление элементов питания с удобрениями, семенами, осадками, поступление азота за счет симбиотической и несимбиотической фиксации. К расходным статьям относят отчуждение элементов питания с урожаем, потери в результате вымывания, денитрификации и эрозии. Баланс выражается в кг/га или в % (интенсивность баланса).

Баланс элементов питания позволяет контролировать приходные и расходные статьи, прогнозировать и планировать изменение агрохимических показателей плодородия почвы.

Баланс азота, фосфора и калия . Достоверный баланс элементов питания в хозяйстве или севообороте может быть составлен лишь при строгом количественном учете приходных и расходных его статей. В большинстве хозяйств контролируется в основном внесение в почву минеральных и органических удобрений. Остальные статьи баланса определяют по средневзвешенным показателям, которые могут существенно отличаться от действительных.

Таким образом, в связи со значительными колебаниями показателей приходных и расходных статей полного хозяйственного баланса при его составлении приходится пользоваться усредненными нормативными показателями. Например, приход азота за счет азотфиксация свободно живущими микроорганизмами колеблется в пределах 4-9 кг/га, симбиотической фиксации азота зернобобовыми культурами — 4090 кг/га, с осадками 3-12 кг/га. Широкие колебания характерны также для потерь азота в результате денитрификации (около 15-30% от внесённого с удобрениями), вымывание нитратов (5-15 кг/га), эрозии почвы (5-25 кг/га) и др.

Потери калия и фосфора происходят лишь на легких песчаных почвах в зоне достаточного увлажнения и на почвах подверженных эрозии.

Следует отметить, что при составлении полного баланса элементов питания в севообороте и хозяйстве расходные статьи (денитрификация, вымывание) значительной мере компенсируются приходными статьями (приход с осадками, за счет азотфиксации), поэтому для оценки направленности изменения плодородия вполне достаточно пользоваться упрощенным балансом питательных веществ.

Для оценки состояния баланса используют следующие показатели:

1. Структура баланса — характеризует долевое участие (%) отдельных приходных и расходных статей элементов питания в балансе;
2. Емкость баланса определяется суммарным количеством элементов питания приходной и расходной части баланса.
3. Коэффициент возврата (возмещения) выноса (КВВ) — отношение прихода элементов питания к их расходу. Ели оно больше 1, то баланс положительный количественно настолько, насколько КВВ больше 1,0; при КВВ = 1,0 — баланс нулевой, а при КВВ меньше 1,0 — баланс соответственно отрицательный.
4. Интенсивность баланса — отношение прихода элементов питания к их расходу выраженное в %, в процентах. Например, если приход фосфора (Р 2 О 5) составляет 60 кг/га, а расход (вынос урожаем и другие расходные статьи) 50 кг/га, то интенсивность баланса составляет (60:50·100) = 120%.
5. Балансовый коэффициент (коэффициент выноса) — отношение выноса (кг/га) элементов питания растениями к их внесению (кг/га) с удобрениями, выраженное в %. Так, если вынос азота урожаем составляет 90 кг/га, а внесено 60 кг/га, то коэффициент выноса равен 150.

Баланс элементов питания — это разница (кг/га, г/м 2) или отношение, выраженное в долях от единицы или в процентах, всех приходных и расходных статей элементов в агроценозе за определенный промежуток времен.

Баланс может быть положительный (обозначается знаком «+»), если приход элементов питания больше расхода на определенную величину (кг/га, г/м 2); отрицательный или дефицитный (обозначается знаком «-»), если приход элементов меньше, чем их расход; нулевой (бездефицитный, уравновешенный, со знаком «0»), если приход питательных веществ равен расходу.

Балансовый коэффициент (Б к) использования элементов питания из удобрений — отношение расхода элементов, к их приходу, выраженное в долях или в процентах. Если балансовый коэффициент менее 1,0 (100), то баланс элементов питания в агроценозе будет положительный, при значениях Бк более 1,0 (100%) — баланс отрицательный.

Содержание гумуса в почве находится в постоянном динамическом равновесии. Несмотря на относительно высокую устойчивость гумуса к микробиологическому разложению (его возраст составляет 500 — 5000 лет) в почве постоянно происходят процессы его минерализации и новообразования. Поэтому гумусовое состояние почв зависит от того, какой из этих процессов преобладает — минерализация или гумификация.

Количество гумуса является одним из важнейших показателей почвенного плодородия. Его запасы в значительной степени определяют агрохимические, агрофизические и биологические свойства почвы. Богатые гумусом почвы отличаются высокой буферностью в отношении многих факторов — пищевого, водного, температурного и воздушного режимов. В таких почвах снижаются потери элементов питания от вымывания, повышается скорость разложения пестицидов, уменьшаются затраты растений, особенно корне — и клубнеплодных, на механическую работу их корневой системы на деформацию и смещение почвенных агрегатов во время роста, значительно снижаются энергетические затраты на обработку почвы. Содержание гумуса зависит от почвенно-климатических условий, структуры посевных площадей, интенсивности обработки почвы, количества применяемых удобрений и мелиорантов. При длительном использовании почв в качестве пашни гумус непрерывно минерализуется, а элементы питания отчуждаются с урожаем или в результате непроизводительных потерь. Наибольшие потери гумуса вследствие его минерализации и эрозионных процессов происходят в парующей почве и под пропашными культурами по сравнению с многолетними травами и зерновыми культурами.

Закон возврата веществ, в почву, который впервые был сформулирован в 1840 г. автором теории минерального питания растений Ю. Либихом является одним из ключевых, основополагающих законов в земледелии. Сущность закона в следующем: для сохранения плодородия почвы, все элементы питания, которые отчуждаются из почвы растениями или в ходе каких-либо других процессов необходимо возвратить.

Закон равнозначности, незаменимости факторов роста и развития растений. Определение состояния баланса элементов питания в севообороте, позволяет контролировать направленность и интенсивность изменения содержания элементов питания в почве отдельных полей и севооборота в целом, прогнозировать экологическое состояние агроландшафтов и прилежащей территории, регламентировать количество и состав применяемых удобрений;

Расчет баланса для конкретных полей проводят на основе реальных данных о приходе и расходе элементов питания. При отсутствии результатов отдельных статей баланса, пользуются усредненными справочными данными или рекомендациями, разработанными региональными научными учреждениями. Поэтому баланса элементов питания при использовании для расчета усредненных данных является примерным.

Система почва-растение-удобрения обладает большой динамичностью, поэтому прогнозировать характер взаимодействия этих трех основных компонентов системы, представленный Д. Н. Прянишниковым в виде треугольника, довольно сложно из-за непредсказуемости погодных условий, распространения болезней и вредителей.