Методы расчета норм внесения минеральных удобрений в земледелии

Несмотря на большие затраты средств и времени, методы установления норм удобрений по результатам полевых опытов являются неточными. Вопервых, при определении оптимальных норм закладываются опыты с большим количеством вариантов; при этом неизбежно сказывается пестрота плодородия почв. Во-вторых, используемые поправочные коэффициенты носят общий характер, поскольку экспериментально они обоснованы далеко не полностью. В-третьих, в связи с постоянно идущей в земледелии сортосменой, внедрением новых технологий и форм удобрений, получение результатов полевого опыта с учетом изменившихся условий осуществляется более медленно, чем это требуется для производства, поэтому рекомендации научных учреждений устаревают и имеют лишь ориентировочный характер. Определенные недостатки возникают и при планировании результатов применения удобрений, так как метод полевого опыта не позволяет ориентироваться на получение конкретной величины прибавки урожая.

Все это вызывает необходимость искать более точные и оперативные методы установления норм удобрений, – так возникли расчетные методы. Из большого их разнообразия следует остановиться на нормативном, балансовом и математическом методах.

Нормативный метод. Его применение позволяет контролировать и регулировать плодородие почвы (при полной обеспеченности удобрениями). Но имеются и недостатки, связанные с тем, что данные о выносе питательных веществ с урожаем неточны (по справочнику), а поправочные коэффициенты, являясь производными от коэффициентов использования питательных веществ из удобрений, могут существенно изменяться.

Расчет норм удобрений по нормативам затрат на единицу урожая производится по формуле:

Д = Уп.Н1.К, где: Д – норма питательного элемента под планируемую урожайность, кг/га;

Уп – планируемая урожайность, т/га;

Н1 – нормативы затрат питательного элемента на создание единицы урожая по оптимальной норме;

К – поправка на агрохимические свойства почвы.

Для расчета норм удобрений по нормативам затрат на единицу прибавки урожайности пользуются формулой:

Д=∆УП.Н2..К где Д – норма питательного элемента под планируемую урожайность, кг/га;

∆УП – возможный прирост урожайности за счет удобрений, т/га;

Н2 – нормативы затрат питательного элемента на единицу прибавки урожая по оптимальной норме;

К – поправка на агрохимические свойства почвы.

Прибавка урожайности за счет удобрения определяется по формуле:

∆У = УП–БЦб, где Б — балл пашни;

Цб – цена балла пашни, т/га.

Балл пашни определяется по данным бонитировки земель. Цена балла рассчитывается по формуле:

Цб   К,

Б где: УК – урожайность без внесения удобрения (т/га), по данным полевых опытов;

Б – балл пашни по данным оценки земель;

К – поправочный коэффициент на производственные условия (табл. 175; Эйсерт Э.К., Ачканов А.Я., Дургарьян Н.Г. и др., 1987).

Таблица 177 – Поправочные коэффициенты к нормам удобрений для учета агрохимических свойств предкавказских черноземов Уровень содержания в Яровые колосо- Озимая пшени- почве питательного ве- вые, кукуруза, ца, сахарная Овощные, пло- довые, виноград щества подсолнечник свекла

 Фосфорные удобрения Очень низкое 1,2 1,4 1,5 Низкое 1,1 1,3 1,2 Среднее 1,0 1,0 1,0 Повышенное 0,5-0,7 0,7 0,7 Высокое 0,2-0,3 0,3 0,5 Очень высокое 0,2 0,2 0,3 Калийные удобрения Очень низкое 1,0 1,3 1,5 Низкое 1,0 1,1 1,3 Среднее 1,0 1,0 1,0 Повышенное 0,3-0,5 0,5-0,7 0,7 Высокое - 0,3 0,5 Очень высокое - 0,2 0,3

Балансовый метод. Существует несколько модификаций балансовых методов. Из них наибольшее распространение и признание получили лишь две: а) расчет норм удобрений по запасу питательных веществ в почве; б) расчет норм удобрений на прибавку урожайности.

Расчет норм удобрений по запасу элементов питания в почве. Сущность данного метода заключается в том, что норму удобрений определяют по разнице между предполагаемым выносом элементов питания запланированной урожайностью и имеющимся их запасом в пахотном слое почвы. При этом учитывают коэффициенты использования элементов питания из почвы и удобрений. Схематически данный расчет можно представить в следующем виде:

В  З  Кп где: Н – искомая норма удобрения, кг/га;

В – предполагаемый вынос элемента питания запланированной урожайностью, кг/га;

З – запас элемента в пахотном слое почвы, кг/га;

КП – коэффициент использования элемента растением из почвы;

КУ – коэффициент использования элемента растением из удобрений.

Метод очень простой, и если не углубляться в его сущность, то кажется, что он правильно отражает расчет нормы удобрения для покрытия потребностей выращиваемой культуры.

К недостаткам метода относится линейность уравнения элементарного баланса, следствием чего является его способность аппроксимировать сравнительно узкий участок "кривой Митчерлиха". Практически это означает, что уравнение элементарного баланса можно использовать при расчете питательного режима на урожай, не превышающий 35–40 % потенциально возможного.

Расчет норм минеральных удобрений по формулам часто расходится с реальной ситуацией в поле. Из-за изменчивости плодородия почвы, погодных условий и биологических особенностей гибридов расчетные дозы могут отклоняться от фактической потребности растений более чем на 50%. Ошибки возникают и при планировании урожайности, которая зависит от всего комплекса агротехники, а не только от питания. Попытки внести максимальные нормы ради рекордов приводят к перерасходу действующего вещества и падению урожайности.

• Отклонение расчетных норм от потребности — более 50%
• Оценка фактической урожайности — за 3–5 лет
• Средняя урожайность картофеля — 15 т/га
• Планируемая прибавка картофеля — 5 т/га

Расчет норм удобрений на прибавку урожайности

Этот метод основан на том, что базовую часть урожая растение формирует за счет естественного плодородия почвы. Удобрениями обеспечивают только планируемую прибавку. Главное отличие метода от расчета на общую планируемую урожайность — в оценке эффективного плодородия. Вместо результатов почвенного анализа на подвижные элементы здесь используют готовую продукцию — среднюю урожайность поля за последние годы.

1. Оцените среднюю фактическую урожайность культуры и фактическую норму удобрений за последние 3–5 лет.
2. Определите планируемую прибавку урожая.
3. Рассчитайте вынос элементов питания с планируемой прибавкой.
4. Скорректируйте полученную норму с учетом коэффициентов использования элементов питания из удобрений.

Для расчета нормы конкретного элемента питания используют базовую формулу: Н = Н_с + ((У_п - У_с) * В) / К_у. В этом уравнении искомая норма (Н) рассчитывается на основе фактической средней нормы (Н_с), разницы планируемой и фактической урожайности (У_п и У_с), выноса элемента питания (В) и коэффициента его использования (К_у). Каждый показатель требует адаптации под конкретное поле.

В формуле используются следующие переменные:

• Н — искомая норма удобрения, кг/га;
• Н_с — фактическая средняя норма удобрения, которая вносилась ранее, кг/га;
• У_п — запланированная урожайность, ц/га;
• У_с — фактическая средняя урожайность за последние 3–5 лет, ц/га;
• В — вынос элемента питания с 1 ц урожая, кг;
• К_у — коэффициент использования элемента питания из удобрения.

Метод привлекает практиков своей простотой, но имеет серьезные ограничения. К его достоинствам относится то, что доступность питания оценивается по реальным урожаям при сложившейся агротехнике. Однако метод предлагает одинаковый подход ко всем элементам без учета естественного поступления азота, фосфора и калия в почву. Из-за этого сложно поддерживать бездефицитный баланс фосфора и калия.

Главная проблема метода — нестабильность коэффициента использования питательных веществ (К_у). Он постоянно меняется под влиянием влажности и поглотительной способности почвы, доз удобрений, биологии культуры и ее предшественников в севообороте. Точно определить К_у для каждого поля в текущем сезоне практически невозможно.

Математическое моделирование потребности в питании

Более точные нормы внесения можно рассчитать с помощью производственных функций. Математические модели описывают количественную связь между дозами минерального питания и урожайностью в конкретной почвенно-климатической зоне. Они позволяют агроному рассчитать оптимальное сочетание элементов для получения максимального экономического эффекта при любом уровне затрат.

Наиболее точно эту зависимость описывает уравнение регрессии со степенями 0,5 и 1 для действующих веществ и 0,5 для их парных взаимодействий. При внесении полного минерального удобрения формула выглядит следующим образом:
У = а_о + а₁N^0,5 + a₂N + а₃Р^0,5 + а₄Р + а₅К^0,5 + а₆К + а₇(NP)^0,5 + а₈(NK)^0,5 + а₉(РК)^0,5

В этой модели показатели расшифровываются так:

• У — ожидаемая урожайность, ц/га;
• а_о — свободный член, отражающий урожайность на контроле (без удобрений);
• а₁...а₉ — коэффициенты регрессии, показывающие силу влияния доз и сочетаний удобрений на урожай.

Ограничения расчетных методов и производственных функций

Математическое моделирование с помощью производственной функции позволяет точнее описать кривую Митчерлиха на широком диапазоне доз. Однако на практике этот метод имеет серьезные ограничения. Формулы жестко привязаны к почвенным и погодным условиям конкретного поля, на котором проводился исходный опыт. Чтобы составить схему питания даже для одного севооборота, придется рассчитывать целый пакет таких функций. Кроме того, этот метод допускает неоднозначность: одну и ту же урожайность формула может показать при разных сочетаниях азота, фосфора и калия, что противоречит закону незаменимости факторов роста.

Балансовые расчетные методы привлекают своей простотой, но составить точный баланс в условиях конкретного хозяйства сложно. В расчетах обычно используют усредненные справочные показатели выноса элементов и коэффициенты их использования из почвы и удобрений. Эти нормативы, разработанные для крупных почвенно-климатических зон, часто не совпадают с реальной ситуацией на конкретном поле. Кроме того, метод баланса не учитывает физиологический предел урожайности культуры: для роста сбора зерна недостаточно просто пропорционально увеличивать дозы NPK.

Ниже приведен практический пример расчета доз органических и минеральных удобрений под запланированную прибавку урожая. Расчет учитывает вынос питания, коэффициенты использования элементов растениями и исходную обеспеченность почвы. Все показатели сведены в единую технологическую цепочку от выноса до физического веса туков.

• Вынос азота (N) на 1 т урожая — 5,0 кг
• Вынос фосфора (P₂O₅) на 1 т урожая — 2,2 кг
• Вынос калия (K₂O) на 1 т урожая — 8,0 кг

Как спроектировать эффективную систему удобрений в хозяйстве

Рациональная система удобрения — это не просто разовое внесение туков под конкретную культуру. Это научно обоснованный план распределения органических и минеральных удобрений по полям севооборота, который составляется на одну полную ротацию. Такая система решает три задачи одновременно: рост урожайности, повышение качества продукции и сохранение плодородия почвы. Особое значение правильное распределение питания приобретает при переходе на интенсивные технологии выращивания.

Разработка системы питания в хозяйстве строится как последовательный процесс. Агроному необходимо учесть комплекс факторов, чтобы минимизировать потери элементов питания и повысить окупаемость затрат.

1. Проведите агрохимическое обследование почв хозяйства, определив их тип и уровень обеспеченности элементами.
2. Изучите агробиологические особенности культур в севообороте и их потребность в питании по фазам развития.
3. Оцените свойства имеющихся минеральных и органических удобрений (растворимость, доступность, физиологическую кислотность).
4. Сопоставьте потребности полей с фактическими ресурсами удобрений, доступными в хозяйстве.
5. Определите оптимальные способы и сроки внесения (основное, припосевное, подкормки) под каждую культуру.

Система удобрения работает эффективно только как элемент общей системы земледелия, наряду с обработкой почвы и севооборотом. Она должна охватывать не только пашню, но и многолетние насаждения, а также сенокосы и пастбища хозяйства. Разработанную схему питания адаптируют под конкретный тип интенсивности технологии:

• экстенсивный;
• нормальный;
• интенсивный;
• высокоинтенсивный.