Оптимизация внесения минеральных удобрений для повышения эффективности агропроизводства

Каждая тонна удобрений, которая не усвоилась растениями, — это прямые финансовые потери хозяйства. Рациональное использование минерального питания начинается еще на этапе транспортировки и хранения, где необходимо полностью исключить любые утечки. В самом поле главным ориентиром для агронома должны стать технологическая дисциплина и баланс питательных элементов. Превышение научно обоснованных норм не даст прибавки урожая, но приведет к загрязнению почвы и грунтовых вод.

Точность распределения: от склада до поля

При работе с центробежными разбрасывателями (туковысевающими машинами) важно строго соблюдать расстояние между проходами техники и подбирать оптимальную ширину захвата. Это гарантирует равномерное распределение гранул по площади поля и их полноценное усвоение растениями. При авиационном внесении неизбежны значительные потери из-за сноса удобрений ветром на дороги и в лесополосы. Чтобы минимизировать этот ущерб, агрономическая служба должна обеспечить точную наземную сигнализацию и жесткий контроль качества полетов.

Технологии повышения эффективности азотного питания

Азотные удобрения представляют наибольшую экологическую опасность из-за своей подвижности. Для повышения эффективности азота необходимо строго увязывать подкормки с физиологическими потребностями культур в конкретные фазы вегетации. Хорошие результаты дает дробное внесение удобрений мелкими дозами. При этом крайне важно заделывать гранулы в почву сразу после прохода разбрасывателей.

• Глубина заделки после рассева — 8–10 см
• Период сохранения аммонийного азота — 1–1,5 месяца
• Кратность внесения с ингибиторами — 1 раз

Существенно повысить отдачу от азота позволяет локальный способ внесения. При этом методе удобрение не перемешивают с почвой, а укладывают очагами на определенном расстоянии от семян или корней. Высокая концентрация азота в очаге временно подавляет активность нитрифицирующих бактерий и снижает вымывание нитратов из прикорневой зоны. В результате всходы развиваются равномерно, общая продуктивность культуры растет, а нормы внесения азота можно снизить без ущерба для урожая.

В качестве альтернативы дробным подкормкам используют химические ингибиторы нитрификации. Препараты временно блокируют окисление аммония до нитритов, что позволяет сократить количество обработок поля с двух-трех до одной. Еще более радикальным решением является замена традиционных форм — сульфата аммония, аммиачной селитры и мочевины — на ультраконцентрированные, медленнодействующие удобрения. Они постепенно высвобождают азот по мере роста растений за счет специального состава (конденсация мочевины с альдегидами) или полимерных и серных оболочек на гранулах.

Сбалансированное питание растений и предотвращение потерь азота

Эффективность азотных удобрений напрямую зависит от наличия сопутствующих элементов. Микроэлементы активно участвуют в редукции нитратов и помогают растениям усваивать азот. Кроме того, они замедляют гидролиз мочевины и сдерживают активность нитрифицирующих микроорганизмов в почве, работая как естественные ингибиторы нитрификации. Повысить эффективность азотного питания помогают и регуляторы роста растений, которые активизируют внутренний обмен и поглощение азота.

Чтобы снизить накопление нитратов в почве и грунтовых водах, необходимо расширять посевы бобовых культур и активнее использовать биологический азот. В перспективе для усиления азотфиксации у растений могут применяться методы генной инженерии. Потери от вымывания нитратов сводят к минимуму за счет научно обоснованного севооборота с включением культур с глубокой корневой системой, способных забирать питательные вещества из нижних почвенных горизонтов.

Потери других макроэлементов также можно контролировать. Вынос фосфора уменьшают с помощью противоэрозионных мероприятий, правильной агротехники и очистки сточных вод. Вымывание калия регулируют сроками и способами внесения в сочетании с противоэрозионной обработкой почвы. При использовании органических удобрений важно соблюдать технологию производства, выдерживать санитарно-защитные зоны и правильно утилизировать навоз. Работа с микроудобрениями тоже требует строгого соблюдения правил:

• Вносите оптимальные нормы строго в соответствующие сроки.
• Выбирайте наиболее эффективный способ применения.
• Используйте хелатные формы микроэлементов.
• Обеспечивайте равномерное распределение по площади поля.

Экологическая агрохимия: от первых машин до контроля биосферы

Экологическая агрохимия изучает круговорот веществ в агроценозах на всех уровнях — от молекулярного до биосферного. Она исследует химическое взаимодействие растений с почвой и внешней средой. Необходимость в этой науке возникла с ростом антропогенной нагрузки на планету.

До XVIII века человек жил в согласии с природой, так как потребление энергии на душу населения оставалось минимальным. Переломный момент наступил в 1705 году с изобретением первой пароатмосферной водоподъемной машины. Позже, в 1796 году, тепловую энергию впервые преобразовали в механическую с помощью парового двигателя.

В XIX веке сельское хозяйство сделало шаг вперед: расширился набор культур, улучшились орудия труда, начался переход к плодосменной системе земледелия. Тогда же зародилась агрономическая химия как самостоятельная наука. Точкой отсчета стал 1840 год, когда был опубликован фундаментальный труд «Химия в приложении к земледелию и физиологии». Описанная в нем теория минерального питания растений открыла путь к широкому внедрению минеральных удобрений. Развитие науки породило веру в безграничные возможности человека, что отразилось и в литературе конца века: в 1895 году вышел роман «Машина времени», в 1897 году — «Человек-невидимка», а в 1898 году — «Война миров».

Первая четверть XX столетия была триумфом научного прогресса. Теория относительности связала воедино массу, время и энергию; квантовая механика дала возможность понять, что микромир подчиняется иным законам, чем макромир. Столь же поразительны были успехи квантовой механики, одного из основных разделов квантовой теории. Квантовая механика впервые позволила описать спектры атомов и понять их структуру, установить природу химической связи, объяснить периодическую систему элементов. В эти же годы произошли два важных события, имеющих отношение к энергетике. Сначала в 1939 г. О. Хан и Ф. Штрассман впервые зафиксировали процессы ядерного деления. Позже, в 1942 г. под руководством итальянского физика был создан атомный реактор. Период 1945–1965 гг. характерен кульминацией оптимистических взглядов на науку и технику. Ученые вызывали глубокое уважение и считались глашатаями нового витка жизненного уровня. Многие всерьез были уверены, что в обозримом будущем физическому труду не будет места и наступит полностью автоматизированный рай.

Дж. Стент (1965) в своей книге "Конец науки и золотой век" предположил, что неограниченный источник энергии – атом даст людям могущество, которое ранее приписывали богам. Однако чудес в природе не бывает: за синте1050 зом следует тезис, за тезисом – антитезис. Антитезисом явилась книга А. Тофлера (1970) "Крах будущего". Вторая половина XX столетия не принесла человечеству воображаемого триумфа. Развитие цивилизации, новейшие достижения науки и техники наряду с грандиозными успехами обусловили возникновение ряда серьезных проблем, из числа которых на первый план сегодня вышла экологическая безопасность.

При современном состоянии технической вооруженности человечества, производительных сил и производственных отношений в мировом сообществе, росте численности населения Земли, нарастающей урбанизации, распространении стереотипа общества потребления – масштабы изъятия природных ресурсов, степень воздействия на окружающую среду и ее загрязнение стали опасными для самого человечества. Происходит изменение исторически сложившейся среды обитания, к которой за долгие годы эволюции человек генетически адаптирован.

Экологические проблемы, с которыми столкнулся человек на рубеже столетий, являются следствием увеличения объема отходов промышленных предприятий и химических заводов, сбрасываемых в окружающую среду, нерационального использования химических Средство защиты растений">средств защиты растений и удобрений. Содержание многих химических элементов и нахождение различных их форм в почвах сельскохозяйственных угодий, стало зависеть от методов хозяйствования. Причем, техногенное загрязнение захватывает все новые территории. В связи с этим, интенсивное развитие получил новый раздел агрохимии, изучающий комплексное воздействие агрохимических средств на биосферу и их экологические функции при антропогенном воздействии на агроэкосистемы или при техногенном загрязнении – экологическая агрохимия.

В современных условиях академиком Б.А. Ягодиным (2002) определены следующие задачи экологической агрохимии:

– организовать внесение химических элементов в почву, определяемое точными расчетами, позволяющими максимально повысить их использование растениями, увеличивающими продуктивность растений, снижающими потери питательных элементов и загрязнение ими окружающей среды, а также улучшающими саму почву и повышающими ее плодородие;

– выдавать рекомендации по оптимизации круговорота химических элементов в сельскохозяйственных угодьях и естественных биоценозах, способствующие постоянному улучшению окружающей среды;

– осуществлять разработку методов определения параметров питания растений при добавлении в среду одних химических элементов и переводе в неусвояемые формы других с целью получения сельскохозяйственной продукции заданного элементного состава с учетом закона о генетически закрепленных коэффициентах использования поступивших в организм элементов питания;

– изучать регуляторные функции микроэлементов и их роль в реализации адаптивных свойств растений, механизмов поступления элементов в растения и их влияние на проницаемость клеточных мембран как важнейшего фактора формирования качества биомассы растений;

• Организовать постоянный территориально развитый мониторинг содержания всех элементов в удобрениях, почве, воздухе, поливной и питьевой воде, растениях и животных. Обеспечить дальнейшее получение знаний по элементному составу диеты человека с учетом наследственности, мест проживания и возрастных особенностей людей;
• Изучать причинно-следственные связи между изменениями внешней среды и возникающими в растениях явлениями, с тем чтобы своевременно реагировать на любые нежелательные изменения в биохимических и физиологических процессах у растений, ведущие к нарушению качества продукции. Фиксировать возникающие сдвиги в интенсивности отдельных биохимических реакций и физиологических процессов и изменение ряда процессов обмена и, как следствие, изменение количества и качества продукции, получаемой от данного вида;
• Осуществлять определение оптимумов элементного состава различных сельскохозяйственных, лекарственных и интрадуцируемых растений в биогеохимических провинциях, организацию территориального размещения культурных растений в соответствии с картой биогеохимического районирования и имеющимися ресурсами содержания элементов;
• Проводить выявление искусственных потоков элементов за счет перемещения посевного материала и пищевых продуктов по территории стран и континентов, оценку их размеров и сравнение с мощностью естественных биогеохимических миграций элементов, оценку влияния промышленности и другой хозяйственной и бытовой деятельности человека на изменение элементного состава сельскохозяйственных объектов в регионах, субрегионах и провинциях;
• Регулировать с использованием естественной экологической обстановки целенаправленную корректировку элементного состава сельскохозяйственной продукции до оптимальных значений.

Л.А. Лебедева и И.Л. Едемская (2005) рекомендуют подходить к проектированию системы удобрения с позиции экологической агрохимии. Ими было показано, что научно обоснованная система удобрения решает три единые задачи:

• Создание оптимальных условий питания растений с целью реализации генетического потенциала выращиваемой культуры по количеству и качеству получаемой продукции;
• Повышение агрономической и экономической окупаемости затрат при использовании агрохимических средств с целью воспроизводства плодородия почв и получения высоких урожаев сельскохозяйственных культур;
• Реализация экологических функций агрохимических средств в конкретных агроэкосистемах.

С учетом современного состояния окружающей среды, академиком В.Г. Минеевым (2004) были установлены, конкретизированы и сформулированы экологические функции агрохимии:

Обеспечение оптимального круговорота биогенных элементов в агроценозе с активным их балансом.

Регулируя биологический круговорот веществ, создавая их активный баланс и содержание в почвах и растениях, агрохимия выполняет важную экологическую функцию, так как нарушение баланса биогенных элементов в системе почва–растение ведет к ухудшению химического состава почв, природных вод и растений, что в свою очередь отрицательно сказывается на питательной ценности продукции и может привести к различным функциональным заболеваниям человека и животных. Поддержание положительного баланса и активного биологического круговорота элементов питания в земледелии – основа высокой продуктивности агроэкосистем.

Воспроизводство плодородия, улучшение свойств и гумусного состояния почв. 1052

Эти задачи успешно решаются при ведении высокой культуры земледелия, предусматривающей комплексное использование агрохимических средств – органических и минеральных удобрений, химической мелиорации почв.

Именно научно обоснованная система использования агрохимических средств позволяет избежать снижения биологической активности и ухудшения физико-химических и химических свойств почв, а также предотвратить ее дегумификацию. Без удобрений нельзя добиться расширенного воспроизводства плодородия почвы – необходимого условия для обеспечения роста урожайности. С реализацией потенциальной продуктивности районированных сортов сельскохозяйственных культур создаются более благоприятные условия для сохранения окружающей среды.

Оптимизация питания культурных растений биогенными макро- и микроэлементами. Оптимизация условий воздушного и минерального питания растений усиливает деятельность физиологических барьеров, ограничивающих поступление не востребованных для биосинтеза химических элементов и токсических веществ в растения. Это в свою очередь позволяет получить экологически безопасную продукцию для питания человека и животных. Сбалансированное обеспечение растений элементами питания повышает устойчивость растительного организма к неблагоприятным факторам окружающей среды, усиливает стойкость к болезням и вредителям.

Снижение негативных последствий от глобального и локального техногенного загрязнения агроэкосистем тяжелыми металлами и другими токсическими элементами. Эта важнейшая экологическая функция агрохимии достигается следующими методами:

• Инактивацией подвижных форм тяжелых металлов в корнеобитаемом слое почвы путем снижения кислотности почв;
• Применением органических удобрений;
• Внесением оптимальных для роста и развития норм и соотношений макро- и микроэлементов.

Выполнение этой экологической функции агрохимии позволяет получить экологически безопасную продукцию питания.

Улучшение радиоэкологической ситуации в агроэкосистеме. Факторами иммобилизации радиоактивных элементов в почве и снижения их поступления в растения являются:

• Известкование кислых почв;
• Внесение органических удобрений;
• Применение рациональных норм фосфорных и калийных удобрений.

Создание оптимальных культурных агроландшафтов для различных природных регионов в соответствии с их специализацией. Путем целенаправленного изменения химического состава почвы, растений и грунтовых вод создают культурный ландшафт, качественно отличающийся от естественного. Зная оптимальные параметры химического состава звеньев агроландшафта, можно научно обоснованным применением агрохимических средств существенно его улучшить. В этом суть одной из важных экологических функций агрохимии.

Удобрения и химические мелиоранты – важное звено в системе противоэрозионных мероприятий. Научно обоснованная система применения удобрений, создавая оптимальные условия для роста и развития корневой системы растений, улучшает физические свойства почвы, что в совокупности способствует лучшей защите ее от эрозии и снижает потери элементов питания.

Повышение биологической активности почвы и улучшение структуры ее микробоценоза. Удобрения оказывают существенное влияние на биологическую активность и структуру микробоценоза почвы, причем их воздействие может быть прямым и опосредованным, через изменение условий жизни растений и почвенной биоты. Непосредственно удобрения оказывают влияние на процессы ассоциативной и симбиотической азотфиксации.

Оптимизация минерального питания растений повышает болезнеустойчивость. Фитозащитный эффект зависит от видов и форм удобрений.

• Фосфорные удобрения резко снижают заболеваемость зерновых культур бурой ржавчиной и корневой гнилью.
• Агрессивность возбудителя снежной плесени озимой ржи ослабляют антагонисты (бактерии, грибы, актиномицеты), развитие которых усиливается при использовании удобрений.

Удобрения способствуют не только реализации генотипа конкретной культуры по продуктивности, но и улучшению качества получаемой продукции.

И в этом, подчеркивает В.Г. Минеев (2004), трудно переоценить фундаментальное и прикладное значение агрохимии как науки, занимающей активные позиции в обеспечении постоянно растущего населения планеты высококачественными продуктами питания.

Комплексная реализация вышеперечисленных экологических функций агрохимии – задача рациональной системы удобрения и химической мелиорации почв.