Методика расчета баланса питательных веществ и гумуса почвы

Контролировать круговорот элементов питания в хозяйстве невозможно без составления баланса. Баланс показывает, сколько питательных веществ поступило в почву и сколько было израсходовано на получение урожая или потеряно в результате вымывания и эрозии. Регулярный расчет этого показателя позволяет агроному точно корректировать дозы, формы и виды удобрений под конкретное поле.

• Азот с осадками — 5 кг/га в год
• Потери азота от эрозии — 10–15 кг/га в год
• Потери фосфора от эрозии — 5 кг/га в год
• Потери калия от эрозии — 100 кг/га в год

Как рассчитать приходную часть баланса

Поступление питательных веществ складывается из нескольких источников. В первую очередь учитывают минеральные и органические удобрения. Их объемы берут из книги истории полей, паспортов полей и отчетов о внесении. Дозы рассчитывают на 1 га севооборотной площади, а содержание элементов в органике определяют по лабораторным анализам хозяйства или справочным данным.

Второй источник — посевной и посадочный материал. Поступление элементов питания здесь рассчитывают напрямую через норму высева семян и среднюю концентрацию веществ в них. Дополнительно учитывают атмосферные осадки. С дождями и снегом в почву попадают практически все элементы, но больше всего — азот (в среднем 5 кг/га в год, преимущественно в аммиачной форме).

Особое внимание уделяют азоту, который связывают бобовые культуры. Его количество в почве рассчитывают по формуле накопления биологического азота. Расчет строится на оценке массы растительных остатков, величине потерь урожая и коэффициентах фиксации:

N_об = (М_пк × 2,5% × N) + (M_пу × % × N) × К_ф − N_у × (1 − К_ф)

Или по упрощенному варианту: N_оп = N_б − N_в, где:

• N_об (или N_оп) — обогащение почвы биологическим азотом, кг/га;
• N_б — биологический азот растительных остатков, кг/га (рассчитывается как: N_б = [(M_пк × 2,5) × %N + (M_пу × %N)] × К_ф);
• N_в — вынос азота из почвы бобовыми растениями, кг/га (рассчитывается как: N_в = N_у × (1 − К_ф));
• М_пк — масса сухих пожнивно-корневых остатков, ц/га;
• M_пу — масса потерь урожая за все укосы, ц/га;
• N_у — общий азот в урожае сена за все годы выращивания бобовых, кг/га;
• К_ф — коэффициент азотфиксации (отношение фиксированного азота к общему);
• 2,5 — поправочный коэффициент на полноту учета органического вещества.

Коэффициент азотфиксации (К_ф) зависит от культуры и типа остатков. Для клевера, люпина и эспарцета он равен 0,7; для люцерны — 0,8; для гороха и вики — 0,6. Для пожнивных остатков зернобобовых культур этот коэффициент составляет 0,3–0,4, а для остатков бобовых трав — 0,5–0,7.

Также азот в почве накапливают свободноживущие микроорганизмы. Объем этой несимбиотической фиксации зависит от почвенно-климатической зоны. В расчетах учитывают естественную активность почвенной биоты на конкретных типах почв.

При расчете баланса азота в длительных опытах используют минимальные нормативы несимбиотической фиксации. Они напрямую зависят от уровня насыщения полей удобрениями и мелиорантами. Это позволяет скорректировать плановые показатели с учетом реальной агрохимической нагрузки.

Как учесть непроизводительные потери и вынос урожаем

Расходная часть баланса состоит из выноса элементов растениями и неизбежных потерь из почвы. Основная статья расхода — это хозяйственный вынос товарной частью урожая и побочной продукцией. Он крайне изменчив и зависит от сорта, погоды и уровня питания. Для расчетов берут нормативные показатели выноса на 1 т продукции, утвержденные для конкретного региона или определенные опытным путем в хозяйстве.

Вторая статья расхода — вымывание питательных веществ из корнеобитаемого слоя с нисходящими токами воды. Интенсивность этого процесса зависит от гранулометрического состава почвы. Легкие песчаные почвы теряют элементы питания значительно быстрее суглинков.

Третья статья расхода — потери от водной и ветровой эрозии. Они вызывают безвозвратное разрушение верхнего наиболее плодородного горизонта. Ежегодно эрозия уносит из пахотного слоя значительное количество азота, фосфора и калия, что необходимо компенсировать при планировании системы удобрений.

Как учесть скрытые потери: испарение азота, вымывание калия и сорняки

При расчете баланса питания растений нельзя ограничиваться только прямым выносом элементов с урожаем. Часть азота и калия теряется безвозвратно из-за испарения газов, вымывания дождями и «соавторства» сорняков. Газообразные потери азота из удобрений составляют минимум 10–15 % для культур сплошного сева и 15–20 % для пропашных. Если вы используете органику, в воздух уйдет от 10 до 15 % азота, а в целом на пашне и лугопастбищных угодьях эти потери могут колебаться в пределах от 10 до 50 % от внесенного объема.

Почвенный минерализованный азот тоже испаряется, причем интенсивность этого процесса напрямую зависит от гранулометрического состава почвы и возделываемой культуры. Под пропашными культурами, где почва чаще рыхлится и лучше аэрируется, эти потери значительно выше, чем под зерновыми. Точные ориентиры для расчета этих непроизводительных потерь приведены в таблице ниже.

Помимо азота, из пахотного горизонта активно вымывается калий. На тяжелых суглинистых почвах потери калия с фильтрующимися водами составляют 10–20 кг/га, а на легких песчаных и супесчаных возрастают до 40–60 кг/га. Частично этот расход компенсируется атмосферными осадками, которые приносят в среднем 2–6 кг/га калия. Также необходимо учитывать сорную растительность: сорняки забирают около 10 % от того объема азота, фосфора и калия, который выносят культурные растения.

• Расход NPK сорняками — 10 % от выноса культурой
• Поступление калия с осадками — 2–6 кг/га
• Потери калия на суглинках — 10–20 кг/га
• Потери калия на песках и супесях — 40–60 кг/га

Методология расчетов: виды баланса и рабочие формулы

В агрономической практике изучение баланса питания ведется в двух направлениях. Теоретические вопросы решает экспериментальное направление, а научно-производственное помогает рассчитать оптимальные дозы удобрений под планируемый урожай с учетом плодородия почвы и экологических требований. В зависимости от масштаба и задач баланс делят на три вида: внешнехозяйственный, хозяйственный и биологический.

Внешнехозяйственный баланс оценивает только приход элементов с удобрениями и их отчуждение с товарной продукцией растениеводства и животноводства в масштабах зоны или всей страны. Биологический баланс дает наиболее полную картину круговорота, учитывая возврат элементов с пожнивными и корневыми остатками, а также микробиологические потери и вымывание. Для конкретного поля чаще всего используют хозяйственный баланс, который сопоставляет вынос урожаем и все виды потерь с внесением удобрений, семян и приходом с осадками. Этот баланс бывает валовым (без учета коэффициентов усвоения элементов) и эффективным (с их учетом).

Математически баланс основных элементов рассчитывается по следующим формулам:

• Азот: Б_N = (N_у + N_с + N_об) − (N_в + N_пг + N_пв), где N_у — азот удобрений, N_с — азот семян, N_об — биологический азот (обогащение почвы), N_в — вынос урожаем (основная и побочная продукция), N_пг — газообразные потери, N_пв — потери от вымывания.
• Фосфор: Б_P = (Р_у + Р_с) − (Р_в + Р_пэ), где Р_у — фосфор удобрений (устанавливается по содержанию в туках), Р_с — фосфор семян (по норме высева), Р_в — вынос урожаем, Р_пэ — потери от эрозии.
• Калий: Б_K = (К_у + К_с + К_о) − (К_в + К_пэ + К_пв), где К_у — калий удобрений и химических мелиорантов, К_с — калий семян, К_о — калий осадков, К_в — вынос урожаем, К_пэ — потери от эрозии, К_пв — вымывание.
• Мезо- и микроэлементы: в приходе учитывают поступление с минеральными и органическими удобрениями, мелиорантами, осадками, поливной водой и семенами; в расходе — вынос урожаем, потери от фильтрации и эрозии.

Для оценки качества баланса используют два ключевых показателя — интенсивность и емкость. Интенсивность показывает в процентах, какая часть выноса элементов с урожаем компенсируется их поступлением. Если этот показатель меньше 100 % (коэффициент < 1), баланс дефицитный, если равен 100 % (коэффициент = 1) — уравновешенный, если больше 100 % (коэффициент > 1) — положительный. Емкость баланса представляет собой сумму всего выноса и поступления элементов в почву, характеризуя общую мощность круговорота веществ на поле.

Эффективность применения удобрений невозможно оценить по результатам одного сезона. Чтобы понять, как меняется содержание элементов питания в почве под влиянием урожаев, необходимо рассчитывать баланс в динамике за длительный период. Только многолетние балансовые расчеты показывают реальное долевое участие каждого источника питания и помогают вовремя скорректировать систему удобрений.

Без долгосрочного контроля почва истощается, даже если вы регулярно вносите туки. Например, длительные полевые исследования показали, что баланс элементов питания в почве может оставаться остродефицитным. Особенно критической бывает ситуация с калием и азотом, когда вынос элементов с урожаем существенно превышает их возврат с удобрениями.

Скрытый дефицит мезо- и микроэлементов

Интенсивное земледелие неизбежно нарушает природный баланс элементов в почве. С одной стороны, растущая продуктивность современных культур увеличивает их вынос с поля. С другой стороны, агрономы все чаще переходят на высококонцентрированные безбалластные минеральные удобрения, которые практически не содержат примесей микроэлементов. В результате дефицит питания растет, что ведет к снижению урожайности и ухудшению качества продукции.

Данные долгосрочных стационарных опытов показывают, что применение только стандартных минеральных удобрений не способно обеспечить положительный баланс микроэлементов. Вынос этих веществ растениями стабильно превышает их поступление. В группе риска находятся следующие элементы:

• молибден;
• бор;
• медь;
• марганец;
• кобальт;
• цинк.