Методы и принципы определения потребности сельскохозяйственных культур в минеральных удобрениях

Рациональное применение удобрений невозможно без контроля питания растений на всех этапах формирования урожая. Чтобы подкормка окупала затраты и приносила прибыль, необходимо максимально точно рассчитать дозы питательных веществ. Потребность в удобрениях — это разница между тем, сколько элементов питания нужно культуре для планового урожая, и тем, сколько их уже доступно в почве.

Расчет потребности: экономический и биологический вынос

Для расчета используют формулу: У = Р – П, где У — потребность в удобрениях, Р — необходимое растению количество элементов, П — содержание элементов питания в почве. В идеальных условиях, когда почва полностью обеспечивает культуру (П = Р), потребность равна нулю. Если же почва не содержит доступных элементов (П = 0), всю потребность покрывают за счет удобрений. На практике агрономы работают с различными промежуточными соотношениями этих параметров.

Потребность растений характеризуется их выносом — количеством элементов питания, содержащихся в урожае с 1 га (в килограммах или граммах). Для расчетов используют два типа выноса: хозяйственный и биологический. Они решают разные задачи при планировании системы питания.

Хозяйственный вынос учитывает содержание элементов в той части урожая, которую увозят с поля. Биологический вынос показывает суммарное количество элементов в надземных и подземных органах, включая вещества, которые вымываются из листьев или выделяются через корни. Чтобы определить текущую потребность посевов в питании, проводят растительную (визуальную и химическую) и почвенную диагностику.

Визуальная диагностика: как распознать дефицит азота и фосфора

Визуальная диагностика — это быстрый способ оценить состояние посевов в поле. При глазомерной оценке агроном проверяет высоту растений, степень кущения или ветвления, а также размер и форму листьев. Особое внимание обращают на окраску: оценивают общий цвет посева, разницу между верхними и нижними листьями, появление пятен и цвет засохшей ткани.

Недостаток азота. Растения остаются низкорослыми, слабо кустятся, формируют мелкие листья. Общий цвет посева бледнеет, переходя в светло-зеленый, желтовато-зеленый или желтый, причем на нижних листьях пожелтение выражено сильнее. Края листьев светлеют, затем приобретают бежевую окраску и засыхают, становясь светло-коричневыми. Симптомы постепенно распространяются снизу вверх по растению.

У сои дефицит азота сильнее проявляется на листьях, образовавшихся непосредственно в период голодания. У культур с параллельным жилкованием (пшеница, кукуруза) сильнее засыхает верхушка листа, а при сетчатом жилковании (сахарная свекла, соя) отмирание идет равномерно по всему краю. Признаки дефицита азота часто проявляются весной.

• Дефицит азота на озимой пшенице — фаза трубкования
• Дефицит азота на кукурузе — фаза 6–7 листьев
• Дефицит фосфора на озимой пшенице — фаза кущения

Недостаток фосфора. Культуры отстают в росте, слабо кустятся, формируют узкие, мелкие и приподнятые листья. Посевы приобретают темно-зеленый цвет, иногда с коричневым оттенком. На нижних листьях появляются бурые пятна, которые сливаются и вызывают усыхание краев; отмершая ткань становится темно-коричневой или темно-бурой. При параллельном жилковании засыхает верхушка листа, при сетчатом — весь его край. Фосфорное голодание часто наблюдается на карбонатных почвах.

Визуальная диагностика: определяем дефицит элементов по симптомам

Визуальная оценка помогает быстро заметить проблемы с питанием прямо в поле. Характерные симптомы позволяют предположить, какого именно элемента не хватает растениям в данный момент. Однако для точного диагноза необходимо сопоставлять внешний вид посевов с типом почвы и историей обработок.

• Калий. Рост растений ослаблен, кущение и ветвление выражены слабо. Общий цвет листьев остается зеленым, но верхушки и края нижних листьев светлеют, затем засыхают и буреют. Симптомы распространяются по растению снизу вверх. В полевых условиях такой дефицит встречается редко.
• Кальций. Задерживается рост верхних листьев, на них появляются светло-желтые хлоротичные пятна, после чего они отмирают. Старые листья сохраняют нормальный вид, так как кальций слабо реутилизируется. Корни укорачиваются, слабо ветвятся и ослизняются. Кальциевое голодание характерно для кислых дерново-подзолистых почв.
• Магний. Снижается содержание хлорофилла в тканях. На листьях (прежде всего нижних, так как магний реутилизируется) появляется «мраморная» пятнистость: они бледнеют между жилками, но вдоль жилок сохраняется зеленый цвет. Затем листья желтеют, скручиваются с краев и преждевременно опадают. Дефицит встречается редко, в основном на почвах с низким содержанием магния.
• Сера. Верхние молодые листья и их жилки приобретают светло-зеленую или желтую окраску, позже желтеют и старые листья. Симптомы похожи на азотное голодание, но сильнее проявляются на верхнем ярусе.
• Бор. Верхушки и молодые листья светлеют, точки роста отмирают, снижается урожай семян. У свеклы отмирают зачатки молодых листьев и точка роста (гниль сердечка), а у томатов чернеют точки роста. Проблема чаще возникает на карбонатных почвах, а на дерново-подзолистых — после известкования.
• Молибден. Из-за нарушения азотного обмена ослабевает зеленая окраска листьев. У бобовых культур меняется цвет всего листа, у остальных растений появляются светлые пятна. При остром дефиците хлорозные ткани отмирают, а листья искривляются.
• Марганец. Развивается межжилковый хлороз: листья бледнеют или желтеют, но жилки остаются зелеными, создавая узорчатый пестрый вид. Позже хлорозная ткань отмирает, образуя пятна. На листьях с сетчатым жилкованием эти пятна округлые, с параллельным — удлиненные. Дефицит чаще проявляется у свеклы, картофеля, капусты и плодовых культур на карбонатных и торфяных почвах.
• Медь. Проявляется хлорозом листьев, побелением и засыханием их кончиков, увяданием. У злаков задерживается кущение, плохо формируются семена. Симптомы сильнее выражены на молодых частях растений. Проблема характерна для торфяных, кислых и песчаных почв.
• Цинк. Вызывает хлороз верхних листьев, что особенно заметно у молодой кукурузы. Рост растений ослаблен, початки формируются мелкими и искривленными. Дефицит проявляется на карбонатных и других почвах, часто провоцируется внесением фосфорных удобрений.
• Железо. Молодые листья теряют зеленую окраску. Чаще всего этот тип голодания растения испытывают на карбонатных почвах в засушливой зоне.

Химический анализ и экспресс-диагностика в полевых условиях

Химический состав растений напрямую связан с их урожайностью и условиями питания. На основе этой связи строится точная диагностика потребности посевов в удобрениях. При оптимальном питании растения формируют высокий урожай, а их химический состав принимается за целевую норму. Если же продуктивность низкая и концентрация элементов в тканях мала — культуре требуется подкормка. В случаях, когда молодые растения перенасыщены элементами питания, но не набирают массу, задержка роста вызвана другими лимитирующими факторами.

Для контроля питания в период вегетации используют методы тканевой или листовой диагностики. Тканевый анализ оценивает содержание неорганических форм элементов в клеточном соке или растительной вытяжке. Такую оценку можно провести прямо в поле с помощью портативной экспресс-лаборатории. Данный метод позволяет всего за несколько минут определить уровень азота, фосфора и калия, чтобы оперативно принять решение о необходимости подкормки.

Для анализа отбирают: у картофеля черешки листьев среднего яруса, у кукурузы – центральную жилку у основания листа среднего яруса, у пшеницы – нижнюю часть растений, лишенную листовых пластинок. Ручным прессом выжимают сок и помещают его по одной капле в углубления специальной пластинки. Затем добавляют каплями соответствующие реактивы и сравнивают полученную окраску со шкалой эталонных растворов или с бумажной цветной шкалой. Такие анализы дают много информации. Например, в одном из опытов при анализе клеточного сока озимой пшеницы в фазе кущения были получены следующие результаты (табл. 173; Куркаев В.Т., 2000).

Результаты показывают, что без удобрений на этом участке растения испытывали недостаток азота, и их следовало подкормить азотным удобрением. Внесение одного азота в высокой норме привело к фосфорному голоданию, а одного фосфора – к острому недостатку азота (в клеточном соке азота нет, а фосфор накапливается, так как не переходит в органические соединения). В последнем варианте состав клеточного сока показывает оптимальные условия питания.

Может использоваться также полевая лаборатория В.В. Церлинг. Она позволяет устанавливать содержание нитратов, фосфатов и калия в растениях. Анализ проводят на срезах частей растений, богатых сосудисто-проводящей системой. Для сравнения нужно брать образцы с одного яруса растений, лучше среднего. На срезы наносятся соответствующие реактивы. Оценка состояния питания растений проводится по окраске. Чем она темнее, тем выше содержание элементов питания и меньше потребность в удобрениях.

Используют также ряд других методов. Так как наиболее часто проявляется недостаток азота, то тканевую диагностику азотного питания в поле можно провести с использованием раствора дифениламина (по В.В. Церлинг). Хорошие результаты дает также анализ вытяжек из тканей растений (по К.П. Магницкому).

Листовая диагностика заключается в анализе листьев на валовое содержание элементов минерального питания, которое позволяет оценивать обеспеченность ими растений. Химический состав растений на обследуемом участке сравнивают с составом нормально обеспеченных растений.

Для анализа отбирают листья определенного яруса, чаще среднего, иногда – верхний взрослый лист (третий по счету сверху, начиная с разворачивающегося листа).

Процедура подготовки материала:

• Отобранные листья высушивают;
• Измельчают растительную массу;
• Определяют содержание азота, фосфора и калия экспресс-методами валового анализа (одна из методик приводится в приложении).

Например, применительно к условиям Краснодарского края разработана методика листовой диагностики для установления нормы азота поздней азотной подкормки озимой пшеницы с целью улучшения качества зерна. Анализ проводится в трех верхних листьях. Нормы удобрений устанавливают по содержанию азота.

Под почвенной диагностикой понимается определение содержания в почве доступных форм элементов питания – азота, фосфора, калия, микроэлементов. Результаты почвенной диагностики используются для установления норм основного удобрения и подкормок.

Для определения условий азотного питания растений в почве определяется содержание нитратного и аммонийного азота. Эти формы азота непосредственно усваиваются растениями. В сумме они составляют минеральный азот.

При оценке результатов определения необходимо учитывать, что при анализе почв на посевах определяется остаток минерального азота от потребления растениями. Поэтому оценивать результаты можно только вместе с наблюдениями за ростом растений, так как образующийся минеральный азот быстро поглощается растениями. Если минерального азота в почве мало, а растения растут нормально, то применять удобрения в период вегетации не нужно.

Определение минерального азота в почве возможно и осенью, особенно в районах, где почва промерзает на длительный срок. Для оценки обеспеченности почв азотом определяют также содержание его легкогидролизуемых форм в кислотных или щелочных вытяжках.

Для оценки обеспеченности растений фосфором в почве определяют содержание этого элемента, переходящего в различные кислотные или солевые вытяжки.

Таблица 174 – Кислотные и солевые вытяжки, используемые для определения содержания подвижного фосфора Почва Метод Растворитель

 Дерново-подзолистая Кирсанова 0,2н НСl Чернозем выщелоченный Чирикова 0,5н СН3СООН Чернозем обыкновенный Мачигина 1 %(NH4)2 CО3 Краснозем и желтозем Аррениуса 1 % лимонная кислота

Обеспеченность почв калием оценивается по результатам определения обменного калия, в одной вытяжке с фосфором. Полученные результаты группируются и наносятся на агрохимические картограммы.

Таблица 175 – Группировка почв по содержанию подвижного фосфора и обменного калия, мг/кг почвы

 Груп Подвижный фосфор Обменный калий Содержание па по Мачигину по Чирикову по Мачигину по Чирикову 1 Очень низкое <10 <50 <100 0-30 2 Низкое 10-15 50-100 100-200 31-60 3 Среднее 15-30 100-150 200-300 61-90 4 Повышенное 30-45 150-200 300-400 91-120 5 Высокое 45-60 200-300 400-600 121-180 6 Очень высокое >60 >300 >600 >180

Подвижные формы микроэлементов определяют в различных вытяжках и результаты также наносят на картограммы.

Определение норм минеральных удобрений является одной из важнейших и трудных задач при их использовании.

Многочисленными опытами установлено, что наибольшая прибавка на единицу затраченного удобрения получается при внесении невысоких норм. Однако при этом прибавка урожая с единицы площади получается меньше. При увеличении норм удобрений прибавка с единицы площади возрастает до какого-то предела, но снижается прирост продукции на единицу затраченного удобрения. При очень высоких нормах удобрений прибавки урожайности не окупают затраты на их применение.

Экономически выгоднее применять меньшие нормы удобрений на большей площади и получать больший валовой урожай, чем использовать высокие нормы удобрений на меньшей площади.

Для расчета норм удобрений используются различные методы.

использования результатов полевых опытов и агрохимических картограмм

Метод полевого опыта. Величина урожая является интегральным показателем, обусловленным воздействием сложной совокупности факторов. Поэтому результаты полевых опытов с удобрениями являются наиболее надежным способом установления их норм. Нормы удобрений устанавливаются по результатам многолетних полевых опытов, которые проводятся с различными культурами на определенных типах и подтипах почв в сравнимых условиях (агротехника, погодные условия). Такие эксперименты проводятся в основном научными учреждениями и уточняются в производственных условиях. Метод довольно точен, но не дает возможности учитывать плодородие почв отдельных полей.

Метод полевого опыта и агрохимических картограмм. Наряду с данными полевых опытов, используются агрохимические анализы почв. Этот метод является основным. В хозяйствах периодически проводится агрохимическое обследование почв, по результатам которого составляются агрохимические картограммы содержания подвижного фосфора, обменного калия, кислотности и др. В зависимости от обеспеченности почв отдельных полей, к средним нормам, рекомендованным научно-исследовательскими учреждениями (принимаются за единицу), делаются поправки. При низкой обеспеченности почвы нормы удобрений увеличивают, при высокой – уменьшают (табл. 176; Ачканов А.Я., Хомутов Ю.В., Эйсерт Э.К., 1987).

Если потребность в удобрениях выражается небольшими нормами, то азотные удобрения вносят в подкормку, фосфорные – в рядки при посеве, калийные не применяют.