Агрохимические показатели почв и эффективная стратегия внесения удобрений

Как элементы питания распределяются в почве

Почвы сильно различаются по запасам питательных веществ, кислотности и емкости поглощения. От этих свойств зависит, насколько эффективно сработают внесенные удобрения. Все элементы питания в почве делятся на три основные группы, между которыми сохраняется динамическое равновесие.

• Резервные формы питания — 85–90%
• Обменно-поглощенные формы — 3–10%
• Водорастворимые формы — 1–5%
• Азот в пахотном слое (0–25 см) — 0,05–0,5%

Агроному важно понимать, в какой форме находятся элементы питания на его полях. Легкодоступные водорастворимые вещества составляют лишь малую долю от общего запаса, в то время как основная часть заблокирована в органике и труднорастворимых минералах. По мере того как растения поглощают растворенные соли, запасы в почвенном растворе пополняются за счет перехода элементов из обменно-поглощенного, а затем и из резервного состояния.

Диагностика азотного питания и расчет потребности в удобрениях

Содержание азота в пахотном слое напрямую зависит от количества гумуса. Однако валовой запас азота не отражает реальную картину питания растений, так как почти весь он связан в органических соединениях. Доступность этих запасов зависит от строения органики и распределяется по фракциям следующим образом:

• негидролизуемая (наиболее устойчивая) — 60–80% в серых лесных почвах и 65–82% в черноземах;
• трудногидролизуемая — 8–12% в серых лесных почвах и 5–10% в черноземах;
• легкогидролизуемая и минеральная — наименьшая часть запасов (минеральные формы в сумме редко превышают 2%).

Минеральный азот в форме нитратов (NO3-) и аммония (NH4+) образуется при разложении органики. Скорость этого процесса постоянно меняется в зависимости от температуры, влажности почв, приемов обработки и предшественников. Из-за такой динамики содержание доступного азота колеблется в течение всего сезона.

Особенно важно контролировать уровень азота при выращивании овощных, плодовых и ягодных культур, под которые традиционно вносят высокие дозы органических и минеральных удобрений. Чтобы продукция не накапливала опасные нитраты, дозы азотных удобрений нужно рассчитывать с учетом фактических запасов минерального азота в корнеобитаемом слое. Для этого ежегодно проводите почвенную и растительную диагностику перед началом сезона.

Обеспеченность азотом	Содержание азота в слоях почвы, мг/кг		Потребность в удобрениях
	Слой 0–40 см	Слой 0–60 см
По азоту нитратов (N-NO₃)
Очень низкая	< 5	< 3	Очень высокая
Низкая	5–10	3–8	Высокая
Средняя	10–15	8–12	Средняя
Высокая	> 15	> 12	Отсутствует
По сумме минерального азота (N-NO₃ + N-NH₄)
Очень низкая	< 7	< 5	Очень высокая
Низкая	7–15	5–10	Высокая
Средняя	15–25	10–20	Средняя
Высокая	> 25	> 20	Отсутствует

Азот: биологическая фиксация и потребности культур

Азотный режим почвы напрямую определяет продуктивность овощных и плодово-ягодных культур. Для этих растений оптимальным содержанием нитратного азота является 40–45 мг/кг. Агроному важно контролировать этот показатель, помня, что предельно допустимая концентрация (ПДК) составляет 130 мг/кг. Главным естественным источником пополнения почвенного азота остаются бобовые культуры.

• Оптимальное содержание нитратного азота — 40–45 мг/кг
• ПДК нитратов в почве — 130 мг/кг
• Доля доступного фосфора — 1–3% от валового
• Доля обменно-поглощенного калия — 1–2% от валового

Многолетние бобовые травы фиксируют атмосферный азот значительно эффективнее однолетних. Период активной азотфиксации у них длится 3–4 месяца, тогда как у однолетников — всего 1,5–2 месяца. В итоге однолетние культуры практически полностью расходуют накопленный азот на формирование собственного урожая и выносят его при уборке. В благоприятных условиях (нейтральный pH, достаток влаги, фосфора, калия и микроэлементов) фиксация азота клевером и люцерной достигает 350 г/м², в то время как зернобобовые (горох, бобы, фасоль) дают лишь 2–8 г/м².

Культура	Общее количество азота, связанного растениями (г/м²/год)	Изменение запасов азота в почве после уборки урожая (г/м²)
Люцерна	30 (до 50–60)	+10 (до 15–20)
Клевер	15–16 (до 25–30)	+7,5–10 (до 12,5–15)
Люпин	До 15	Около +3,0
Зернобобовые	5–6	-0,5 (до -1,5)

В среднем за счет симбиотической фиксации бобовые культуры способны обеспечить себя азотом на 70%. При планировании системы питания учитывайте, что белокочанная, краснокочанная и брюссельская капуста, тыква, столовая свекла и сельдерей испытывают повышенную потребность в этом элементе. Они хорошо отзываются на внесение высоких доз азотных удобрений.

Фосфор и калий: доступность элементов и управление питанием

Фосфор участвует во всех ключевых процессах жизнедеятельности растений, однако его доступность в почве сильно ограничена. Культуры усваивают элемент только в виде растворимых солей ортофосфорной кислоты (H₂PO₄^-, HPO₄^2-). На долю этих подвижных соединений приходится всего 1–3% от общего запаса почвенного фосфора. Содержание доступных форм фосфора закономерно возрастает при переходе от дерново-подзолистых и светло-серых лесных почв к серым, темно-серым лесным и черноземам.

Для улучшения фосфатного режима почвы необходимо регулярно вносить органические и фосфорсодержащие минеральные удобрения. Особую чувствительность к недостатку фосфора проявляют цикорий, кочанная и цветная капуста, тыква, позднеспелая морковь, укроп и ревень. Своевременное обеспечение этих культур доступным фосфором определяет их будущую урожайность.

Калий является основным источником питания растений, и его запасы в почве во многом зависят от материнской породы. В глинистых и суглинистых почвах содержание калия достигает 2% и более, тогда как в песчаных, супесчаных и торфяных падает до 0,1%. При этом растения могут усвоить лишь обменно-поглощенный калий, который составляет 1–2% от общего количества. Оценку обеспеченности растений калием и фосфором проводят по содержанию их подвижных форм в слое почвы 0–25 см.

В почве непрерывно идут процессы мобилизации (перехода фосфора и калия в доступные формы) и иммобилизации (связывания элементов). Интенсивность высвобождения питательных веществ зависит от условий выращивания и применяемой агротехники. Скорость этого процесса определяют следующие факторы:

• объем органического вещества в почве;
• биологические особенности возделываемой культуры;
• глубина и способ обработки почвы;
• режим орошения (полив);
• дозы и формы вносимых удобрений.

            Степень             Р2О5                       К2О
 Класс
           обеспечен-     По       По Чирико-     По Кирса-   По Чири-
 почвы
              ности   Кирсанову*      ву**           нову       кову
   1      Низкая          <80         <100           < 80       <100
   2      Средняя        81-150      101-150        81-120     101-150
   3      Повышенная    151-200      151-200       121-170     151-200
   4      Высокая       201-300      201-300       171-250     201-300
   5      Очень высо-      >300       >300           > 250      > 300
          кая
       *Для кислых почв, **для нейтральных почв

Фосфор и калий почвенных запасов и внесенных удобрений не вымывается из почвы, поэтому анализ почвы на содержание этих элементов, а также кальция, магния, микроэлементов можно проводить не каждый год, а через два или три года.

Повышенной чувствительностью к уровню калийного питания характеризуются капуста белокочанная среднепоздняя, кабачок, редис, петрушка, брюква. Особенно требовательны к калию свекла столовая, морковь столовая поздняя, сельдерей, а также тыква, цикорий. Менее значительна потребность у томата, огурца, чеснока, редьки, шпината, салата. Слабо отзываются на калийные удобрения фасоль, горох, щавель, салат, лук на перо.

Плодовые, овощные и ягодные культуры отрицательно реагируют на недостаточное количество в почве подвижного кальция и магния. Низкое содержание кальция может быть в кислых почвах, торфяниках. Легкие песчаные почвы могут быть обеднены магнием.

Такие овощные культуры, как капуста цветная, капуста брюссельская, цикорий, тыква, хрен, морковь поздних сортов, спаржа, а из ягодных – малина, отличающиеся значительной потребностью в магнии, могут положительно отзываться на магниевое удобрение даже при повышенном содержании этого элемента в почве. Для внесения в почву можно использовать калимагнезию, для некорневой подкормки вегетирующих растений – сульфат магния.

Важная роль при выращивании овощных и плодовых культур принадлежит таким микроэлементам, как бор, молибден, марганец, медь, цинк и кобальт. Содержание большинства этих элементов в растениях колеблется от стотысячных до тысячных долей процента. Поэтому они получили название микроэлементов.

Критерием обеспеченности растений микроэлементами (следовательно, и необходимости внесения микроудобрений) является содержание их в почве. Причем важно не валовое количество, а содержание их в подвижной форме, доступной для растений.

Степень подвижности микроэлементов в почве зависит от следующих факторов:

• материнской породы, биологической активности и свойств почвы (реакции среды, карбонатности, гранулометрического и минералогического состава, содержания гумуса, полуторных окислов);
• применения комплекса агротехнических мероприятий, особенно водной и химической мелиорации почв;
• применения органических и минеральных удобрений.

По потребности растений в микроэлементах выделяют три группы сельскохозяйственных культур:

• Культуры невысокого выноса микроэлементов и сравнительно высокой усваивающей способности: кукуруза, зернобобовые, картофель.
• Культуры повышенного выноса микроэлементов с высокой и средней усваивающей способностью: корнеплоды, овощи, травы (бобовые, злаковые, разнотравье), подсолнечник, плодовые.
• Культуры большого выноса микроэлементов: все перечисленные выше культуры в условиях высокого агротехнического фона (применение орошения, высоких доз удобрений, использование лучших сортов, своевременная обработка почв и уход за растениями и пр.).

Считается, что овощные культуры отличаются высокой потребностью в микроэлементах:

• в боре: капуста цветная, брюссельская, кольраби, белокочанная, сельдерей, свекла столовая;
• в меди: капуста салатная, свекла столовая, морковь, шпинат, лук на перо;
• в марганце: бобы, горох, огурец, салат кочанный, редис, редька, шпинат и свекла столовая;
• в молибдене: цветная капуста, салат кочанный, шпинат;
• в цинке: бобы овощные.

Большая потребность в боре проявляется у яблони, вишни, сливы, а в цинке – у яблони, реже груши, особенно в сухие сезоны и на произвесткованных почвах.

Для остальных овощных культур достаточно сильное положительное действие микроудобрений может проявиться на почвах со средней обеспеченностью подвижными формами микроэлементов, на низко обеспеченных почвах микроудобрения более эффективны.

В таблицах 7, 8 приведена градация разных типов почв по содержанию микроэлементов.

Таблица 7. Группировка почв по содержанию подвижных форм микроэлементов, определяемых по методу Пейве-Ринькиса, рН 4,8 (для кислых почв).

Микроэлементы: оценка обеспеченности почв и компенсация дефицита

Для правильного расчета доз микроудобрений важно знать реальное содержание подвижных форм микроэлементов в пахотном слое. Эти данные получают с помощью химического анализа почвенных вытяжек. В зависимости от типа почвы и ее кислотности используют разные экстрагенты.

Элемент	Экстрагент	Низкая обеспеченность (мг/кг)	Средняя обеспеченность (мг/кг)	Высокая обеспеченность (мг/кг)
Марганец	0,1 н H2SO4	менее 30	31–70	более 71
Цинк	1 н KCl	менее 0,7	0,8–1,5	более 1,5
Медь	1 н HCl	менее 1,5	1,6–3,3	более 3,3
Кобальт	1 н HNO3	менее 1,0	1,1–2,2	более 2,3
Бор	Н2О	менее 0,33	0,34–0,7	более 7,1
Молибден	буферный раствор с рН 3,3	менее 0,1	0,11–0,22	более 0,23

Для нейтральных почв применяют другой метод оценки — с использованием ацетатно-аммонийного буферного раствора с pH 4,8. Этот реагент позволяет более точно определить подвижные формы металлов. В этом случае градация уровней обеспеченности выглядит иначе.

Элемент	Низкая обеспеченность (мг/кг)	Средняя обеспеченность (мг/кг)	Высокая обеспеченность (мг/кг)
Марганец	менее 10,0	10–20	более 21,0
Цинк	менее 2,0	2,1–5,0	более 5,1
Медь	менее 0,20	0,21–0,50	более 0,51
Кобальт	менее 0,15	0,16–0,30	более 0,31

В почвах региона наблюдается выраженный дисбаланс элементов. Практически повсеместно фиксируется низкое содержание цинка и молибдена. В черноземах часто не хватает марганца, тогда как обеспеченность кобальтом, медью и бором держится на среднем уровне. Чтобы восполнить этот дефицит, необходимо использовать органические удобрения, золу и специализированные микроудобрения.

Гумусовый баланс: роль растительных остатков и органики

Гумус — это главный индикатор плодородия и структурного состояния почвы. Он служит основным резервуаром элементов питания для растений: в нем сосредоточено 95–99% почвенного азота, до 60% фосфора, 80% серы, а также калий, кальций, магний и микроэлементы. Органическое вещество склеивает почвенные частицы в агрономически ценную структуру и служит источником энергии для полезной микробиоты. Кроме того, гумус работает как естественный барьер, связывая токсичные соединения, тяжелые металлы и остатки пестицидов.

Содержание гумуса в почвах региона распределено неравномерно. Оно закономерно повышается при переходе от серых лесных почв к черноземам выщелоченным и оподзоленным, но снижается в черноземах типичных и типичных карбонатных. В полевых условиях запасы органики постоянно колеблются под влиянием двух противоположных процессов. С одной стороны идет минерализация с высвобождением элементов питания, с другой — синтез новых гуминовых соединений.

Главный источник восстановления органического вещества на полях, где не вносят навоз — это растительные остатки. Разные сельскохозяйственные культуры оставляют после себя неодинаковое количество органики. В среднем по севообороту этот объем составляет 20–25 кг/100 м² в год. Однако нужно учитывать, что эта масса гумифицируется лишь на 12–13%.

• Многолетние бобовые и злаковые травы оставляют до 100 кг/100 м² растительных остатков (в зависимости от урожайности зеленой массы).
• Однолетние бобовые и злаковые смеси, а также зерновые культуры оставляют до 25–30 кг/100 м² остатков.
• Пропашные культуры (картофель и корнеплоды) оставляют меньше всего органики: после уборки сахарной свеклы в почве остается не более 7 кг/100 м² растительных остатков.

• Гумус из многолетних трав — до 6 кг/100 м² в год
• Гумус из зерновых культур — 4 кг/100 м² в год
• Гумус из пропашных культур — 2 кг/100 м² в год
• Гумус из 1 т полуперепревшего навоза — 50–60 кг

Для оценки потенциала конкретного поля необходимо точно знать класс обеспеченности почвы гумусом. Это базовый показатель, от которого зависит как естественное плодородие, так и эффективность планируемых доз минерального питания. Ниже приведена детальная группировка основных типов почв по уровню содержания органического вещества:

Почва	I очень низкое	II низкое	III среднее	IV повышенное	V высокое
Светло-серые лесные	≤ 2,5	2,6–3,0	3,1–4,0	4,1–5,0	>5,0
Серые лесные	≤ 3,5	3,6–4,0	4,1–5,0	5,1–6,0	>6,0
Темно-серые лесные	≤ 4,5	4,6–5,0	5,1–6,0	6,1–7,0	>7,0
Черноземы оподзоленные	≤ 6,0	6,1–7,0	7,1–8,0	8,1–9,0	>9,0
Черноземы выщелоченные, типичные	≤ 7,0	7,1–8,0	8,1–9,0	9,1–10,0	>10,0
Черноземы обыкновенные	≤ 6,0	6,1–7,0	7,1–8,0	8,1–9,0	>9,0
Аллювиальные	≤ 2,0	2,1–4,0	4,1–7,0	7,1–8,0	>9,0

Однако в практической работе важно учитывать не только процентную концентрацию, но и физический запас элементов в корнеобитаемом слое. В слое 0–50 см запасы гумуса и азота сильно колеблются в зависимости от почвенно-климатической зоны региона. Фактические средние показатели для почв различных зон Республики Башкортостан представлены в таблице ниже:

Зона / Тип почвы	Запасы гумуса, т/га	Запасы азота, т/га
Северная лесостепная зона
Серые лесные	141	12,0
Темно-серые лесные	270	14,9
Черноземы оподзоленные	463	24,3
Южная лесостепная зона
Серые лесные	139	9,9
Темно-серые лесные	268	14,0
Черноземы выщелоченные	395	21,0
Черноземы типичные	384	20,8
Северо-восточная лесостепь
Серые лесные	147	8,2
Темно-серые лесные	308	15,6
Черноземы оподзоленные	289	19,4
Предуральская степная зона
Черноземы оподзоленные	478	28,9
Черноземы выщелоченные	380	20,0
Черноземы типичные	372	22,8
Черноземы типичные кар.	300	20,0

• Критический pH для азотфиксации — 4,5
• Толщина слоя оценки запасов — 0-50 см
• Максимальный запас гумуса в Предуралье — 478 т/га
• Максимальный запас азота в Предуралье — 28,9 т/га

Влияние кислотности почвы на доступность питания и рост корней

Реакция почвенного раствора (соотношение ионов водорода H+ и гидроксила OH-) напрямую управляет развитием корневой системы и доступностью элементов питания. Для культур одинаково опасны как сильная кислотность, так и избыточное щелочное воздействие. Отклонение pH от оптимальных значений способно полностью заблокировать эффект от внесения дорогостоящих минеральных удобрений.

Почвы с повышенной кислотностью преобладают в северной, северо-восточной и горно-лесной зонах Башкортостана. К ним относятся дерново-подзолистые, серые лесные, оподзоленные и частично выщелоченные черноземы. В южной лесостепи и зауральской степной зоне реакция почвенного раствора более благоприятна для растений — там преобладают типичные и выщелоченные черноземы.

При повышенной кислотности почвы агроном сталкивается со следующими негативными факторами:

• Ухудшается рост и ветвление корневой системы растений.
• Снижается проницаемость клеточных мембран, из-за чего блокируется поступление питательных веществ в ткани.
• Происходят глубокие нарушения в углеводном и белковом обмене культур.
• Нарушается закладка генеративных органов, что ведет к падению урожайности.
• Активно размножаются патогенные почвенные грибы.
• Увеличивается растворимость токсичных для растений соединений алюминия и марганца.
• Возрастает дисперсность гумуса, из-за чего органическое вещество быстрее вымывается.
• Доступные фосфаты связываются в нерастворимые соли с железом и алюминием.
• Снижается подвижность важного микроэлемента — молибдена.

Для разработки стратегии химической мелиорации поля классифицируют по величине pH солевой вытяжки (обменной кислотности) и гидролитической кислотности (Нг). Эти показатели позволяют точно рассчитать потребность в известковании:

Класс почвы	рН солевой вытяжки (pH KCl)	Степень кислотности	Потребность почв в известковании	Гидролитическая кислотность (Нг)
I	4,0 и ниже	Очень сильнокислая	Очень сильная	более 6,0
II	4,1–4,5	Сильнокислая	Сильная	5,1–6,0
III	4,6–5,0	Среднекислая	Средняя	4,1–5,0
IV	5,1–5,5	Слабокислая	Слабая	3,1–4,0
V	5,6–6,0	Близкая к нейтральной	Очень слабая	2,1–3,0
VI	6,0 и более	Нейтральная	Отсутствует	менее 2,0

Отношение сельскохозяйственных культур к кислотности почвы

Большинство культурных растений и полезных почвенных микроорганизмов показывают наилучшую продуктивность в слабокислой и нейтральной среде. Однако чувствительность к отклонению pH от оптимального уровня у разных культур существенно различается. Чтобы спланировать эффективную систему питания, агроному необходимо учитывать индивидуальные требования каждого растения к почвенной среде.

Культура	Благоприятный интервал pHKCl	Культура	Благоприятный интервал pHKCl
Свекла столовая	7,0–7,5	Салат	6,0–7,0
Капуста	7,0–7,4	Подсолнечник	6,0–6,8
Огурцы	6,4–7,5	Редис	5,0–7,3
Лук	6,4–7,5	Морковь	5,6–7,0
Соя	6,5–7,5	Томат	5,0–8,0
Горох	6,0–7,0	Картофель	4,5–6,3
Фасоль	6,4–7,1	Люпин	4,6–6,0

Все овощные культуры по их отношению к кислотности почвы и отзывчивости на известкование разделяют на пять основных групп. Самые чувствительные из них требуют обязательного раскисления почвы уже при незначительном отклонении показателей. Другие растения, напротив, плохо переносят избыток кальция, поэтому под них мелиоранты вносят в сниженных дозах.

• Предельный pH для известкования свеклы и капусты — 5,8–6,0
• Предельный pH для известкования гороха и огурцов — 5,6
• Предельный pH для известкования баклажанов и дыни — 5,5
• Предельный pH для известкования картофеля и томатов — 5,1

• Наиболее чувствительные к кислотности (известкование необходимо при pH 5,8–6,0 и ниже) — свекла (столовая и кормовая), горчица, капуста кочанная, лук, чеснок.
• Чувствительные к повышенной кислотности (оптимальная реакция pH 6–7, известкование целесообразно при pH 5,6 и ниже) — горох, подсолнечник, огурцы.
• Переносящие умеренную кислотность (положительно отзываются на известкование, процедура целесообразна при pH 5,5 и ниже) — капуста цветная, баклажан, дыня.
• Малочувствительные к избыточной кислотности (плохо переносят избыток кальция, известь вносят пониженными дозами на средне- и сильнокислых почвах при pH 5,1 и ниже) — картофель, томат, редис, морковь, кабачки, тыква.
• Малочувствительные к кислотности (практически не нуждаются в известковании) — люпин, щавель, цикорий.

Помимо общих диапазонов благоприятного роста, существуют конкретные оптимальные значения реакции почвенного раствора для овощных культур. При этих показателях растения развиваются наиболее эффективно и формируют максимальную продуктивность. Данные параметры служат ориентиром при планировании севооборота и размещения культур.

pHKCl 5,0	pHKCl 5,5	pHKCl 6,0	pHKCl 6,5
Цикорий	Морковь	Капуста белокочанная	Спаржа
Редис	Тыква	Капуста цветная	Свекла
Редька	Томат	Огурец	Сельдерей
	Кольраби	Дыня	Салат
	Ревень	Баклажан	Чеснок
		Хрен	Лук
			Перец

Известкование как основа управления почвенной средой

Химическая мелиорация кислых почв строится на изменении состава поглощенных катионов, главным образом путем введения кальция в почвенный поглощающий комплекс. Основным методом нейтрализации избыточной кислотности остается известкование — внесение кальция или магния в форме карбонатов, оксидов либо гидроксидов. Этот прием не просто меняет реакцию почвенной среды, а комплексно улучшает агрохимические, биологические и водно-физические свойства почвы.

Внесение извести оказывает многостороннее положительное влияние на пахотный горизонт. В почве снижается подвижность токсичных для растений алюминия, марганца и железа. Одновременно с нейтрализацией кислотности происходит коагуляция почвенных коллоидов, что препятствует их вымыванию. Это ведет к образованию водопрочных агрегатов, улучшает водно-воздушный и температурный режимы, а также облегчает обработку почвы.

Химическая мелиорация активизирует жизнедеятельность полезных почвенных микроорганизмов и подавляет развитие патогенов, снижая риск заболеваний культур. Также известкование влияет на доступность микроэлементов для растений. Например, соединения молибдена переходят в более усвояемые формы. Соединения бора и марганца, напротив, становятся менее подвижными и требуют особого контроля.

Дозы внесения извести. При известковании почв считается достаточным понизить ее кислотность до рН 5,8-6,0. Для производственных целей дозы внесения извести определяют по величине рН солевой вытяжки с учетом гранулометрического состава почвы для достижения оптимальных уровней кислотности.

Таблица 14. Ориентировочные дозы извести (СаСО3) в зависимо- сти от рН солевой вытяжки и гранулометрического состава почв, кг/м2.

                                      рН солевой вытяжки
  Гранулометрический
        состав            4,5
                                    4,6    4,8    5,0    5,2    5,4    5,5
                       и меньше
            1               2         3      4      5      6      7      8
 Легкосуглинистый         0,47      0,45   0,40   0,35   0,30   0,27   0,25

1 2 3 4 5 6 7 8 Среднесуглинистый 0,57 0,55 0,50 0,45 0,40 0,37 0,35 Тяжелосуглинистый 0,77 0,76 0,65 0,55 0,50 0,47 0,45 Глинистый 0,85 0,80 0,75 0,65 0,60 0,50 0,47