Методика розрахунку балансу поживних речовин та гумусу ґрунту

Контролювати кругообіг елементів живлення в господарстві неможливо без складання балансу. Баланс показує, скільки поживних речовин надійшло в ґрунт і скільки було витрачено на отримання врожаю або втрачено в результаті вимивання та ерозії. Регулярний розрахунок цього показника дозволяє агроному точно коригувати дози, форми та види добрив під конкретне поле.

• Азот з опадами — 5 кг/га на рік
• Втрати азоту від ерозії — 10–15 кг/га на рік
• Втрати фосфору від ерозії — 5 кг/га на рік
• Втрати калію від ерозії — 100 кг/га на рік

Як розрахувати прибуткову частину балансу

Надходження поживних речовин складається з кількох джерел. У першу чергу враховують мінеральні та органічні добрива. Їх обсяги беруть із книги історії полів, паспортів полів та звітів про внесення. Дози розраховують на 1 га площі сівозміни, а вміст елементів в органіці визначають за лабораторними аналізами господарства або довідковими даними.

Друге джерело — посівний та посадковий матеріал. Надходження елементів живлення тут розраховують безпосередньо через норму сівби насіння та середню концентрацію речовин у них. Додатково враховують атмосферні опади. З дощами та снігом у ґрунт потрапляють практично всі елементи, але найбільше — азот (у середньому 5 кг/га на рік, переважно в аміачній формі).

Особливу увагу приділяють азоту, який зв’язують бобові культури. Його кількість у ґрунті розраховують за формулою накопичення біологічного азоту. Розрахунок будується на оцінці маси рослинних решток, величини втрат урожаю та коефіцієнтах фіксації:

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

Або за спрощеним варіантом: N_оп = N_б − N_в, де:

• N_зб (або N_оп) — збагачення ґрунту біологічним азотом, кг/га;
• N_б — біологічний азот рослинних решток, кг/га (розраховується як: N_б = [(M_пк × 2,5) × %N + (M_пу × %N)] × К_ф);
• N_в — винос азоту з ґрунту бобовими рослинами, кг/га (розраховується як: N_в = N_у × (1 − К_ф));
• М_пк — маса сухих пожнивно-кореневих решток, ц/га;
• M_пу — маса втрат урожаю за всі укоси, ц/га;
• N_у — загальний азот в урожаї сіна за всі роки вирощування бобових, кг/га;
• К_ф — коефіцієнт азотфіксації (відношення фіксованого азоту до загального);
• 2,5 — поправочний коефіцієнт на повноту обліку органічної речовини.

Коефіцієнт азотфіксації (К_ф) залежить від культури та типу решток. Для конюшини, люпину та еспарцету він дорівнює 0,7; для люцерни — 0,8; для гороху та вики — 0,6. Для пожнивних решток зернобобових культур цей коефіцієнт становить 0,3–0,4, а для решток бобових трав — 0,5–0,7.

Також азот у ґрунті накопичують вільноживучі мікроорганізми. Обсяг цієї несимбіотичної фіксації залежить від ґрунтово-кліматичної зони. У розрахунках враховують природну активність ґрунтової біоти на конкретних типах ґрунтів.

При розрахунку балансу азоту в тривалих дослідах використовують мінімальні нормативи несимбіотичної фіксації. Вони безпосередньо залежать від рівня насичення полів добривами та меліорантами. Це дозволяє скоригувати планові показники з урахуванням реального агрохімічного навантаження.

Як врахувати невиробничі втрати та винос урожаєм

Видаткова частина балансу складається з виносу елементів рослинами та неминучих втрат із ґрунту. Основна стаття витрат — це господарський винос товарною частиною врожаю та побічною продукцією. Він вкрай мінливий і залежить від сорту, погоди та рівня живлення. Для розрахунків беруть нормативні показники виносу на 1 т продукції, затверджені для конкретного регіону або визначені дослідним шляхом у господарстві.

Друга стаття витрат — вимивання поживних речовин із коренеобиного шару з низхідними токами води. Інтенсивність цього процесу залежить від гранулометричного складу ґрунту. Легкі піщані ґрунти втрачають елементи живлення значно швидше за суглинки.

Третя стаття витрат — втрати від водної та вітрової ерозії. Вони викликають безповоротне руйнування верхнього найбільш родючого горизонту. Щороку ерозія забирає з пахотного шару значну кількість азоту, фосфору та калію, що необхідно компенсувати під час планування системи удобрення.

Як врахувати приховані втрати: випаровування азоту, вимивання калію та бур'яни

При розрахунку балансу живлення рослин не можна обмежуватися лише прямим винесенням елементів з урожаєм. Частина азоту та калію втрачається безповоротно через випаровування газів, вимивання дощами та «співавторство» бур'янів. Газоподібні втрати азоту з добрив становлять мінімум 10–15 % для культур суцільної сівби та 15–20 % для просапних. Якщо ви використовуєте органіку, в повітря піде від 10 до 15 % азоту, а загалом на ріллі та лучно-пасовищних угіддях ці втрати можуть коливатися в межах від 10 до 50 % від внесеного обсягу.

Ґрунтовий мінералізований азот теж випаровується, причому інтенсивність цього процесу прямо залежить від гранулометричного складу ґрунту та культури, що вирощується. Під просапними культурами, де ґрунт частіше розпушується і краще аерується, ці втрати значно вищі, ніж під зерновими. Точні орієнтири для розрахунку цих невиробничих втрат наведені в таблиці нижче.

Окрім азоту, з пахотного горизонту активно вимивається калій. На важких суглинкових ґрунтах втрати калію з водами, що фільтруються, становлять 10–20 кг/га, а на легких піщаних і супіщаних зростають до 40–60 кг/га. Частково ця витрата компенсується атмосферними опадами, які приносять у середньому 2–6 кг/га калію. Також необхідно враховувати бур'янову рослинність: бур'яни забирають близько 10 % від того обсягу азоту, фосфору та калію, який виносять культурні рослини.

• Витрата NPK бур'янами — 10 % від винесення культурою
• Надходження калію з опадами — 2–6 кг/га
• Втрати калію на суглинках — 10–20 кг/га
• Втрати калію на пісках і супісках — 40–60 кг/га

Методологія розрахунків: види балансу та робочі формули

В агрономічній практиці вивчення балансу живлення ведеться у двох напрямках. Теоретичні питання вирішує експериментальний напрямок, а науково-виробничий допомагає розрахувати оптимальні дози добрив під запланований урожай з урахуванням родючості ґрунту та екологічних вимог. Залежно від масштабу та завдань баланс ділять на три види: зовнішньогосподарський, господарський і біологічний.

Зовнішньогосподарський баланс оцінює лише прихід елементів з добривами та їх відчуження з товарною продукцією рослинництва і тваринництва в масштабах зони або всієї країни. Біологічний баланс дає найбільш повну картину кругообігу, враховуючи повернення елементів із пожнивними та кореневими рештками, а також мікробіологічні втрати та вимивання. Для конкретного поля найчастіше використовують господарський баланс, який зіставляє винесення урожаєм та всі види втрат із внесенням добрив, насіння та приходом з опадами. Цей баланс буває валовим (без урахування коефіцієнтів засвоєння елементів) і ефективним (з їх урахуванням).

Математично баланс основних елементів розраховується за такими формулами:

• Азот: Б_N = (N_у + N_с + N_об) − (N_в + N_пг + N_пв), де N_у — азот добрив, N_с — азот насіння, N_об — біологічний азот (збагачення ґрунту), N_в — винесення урожаєм (основна та побічна продукція), N_пг — газоподібні втрати, N_пв — втрати від вимивання.
• Фосфор: Б_P = (Р_у + Р_с) − (Р_в + Р_пэ), де Р_у — фосфор добрив (встановлюється за вмістом у туках), Р_с — фосфор насіння (за нормою висіву), Р_в — винесення урожаєм, Р_пэ — втрати від ерозії.
• Калій: Б_K = (К_у + К_с + К_о) − (К_в + К_пэ + К_пв), де К_у — калій добрив і хімічних меліорантів, К_с — калій насіння, К_о — калій опадів, К_в — винесення урожаєм, К_пэ — втрати від ерозії, К_пв — вимивання.
• Мезо- і мікроелементи: у приході враховують надходження з мінеральними та органічними добривами, меліорантами, опадами, поливною водою та насінням; у витраті — винесення урожаєм, втрати від фільтрації та ерозії.

Для оцінки якості балансу використовують два ключові показники — інтенсивність та ємність. Інтенсивність показує у відсотках, яка частина винесення елементів з урожаєм компенсується їх надходженням. Якщо цей показник менший за 100 % (коефіцієнт < 1), баланс дефіцитний, якщо дорівнює 100 % (коефіцієнт = 1) — урівноважений, якщо більший за 100 % (коефіцієнт > 1) — позитивний. Ємність балансу являє собою суму всього винесення та надходження елементів у ґрунт, характеризуючи загальну потужність кругообігу речовин на полі.

Ефективність застосування добрив неможливо оцінити за результатами одного сезону. Щоб зрозуміти, як змінюється вміст поживних речовин у ґрунті під впливом урожаїв, необхідно розраховувати баланс у динаміці за тривалий період. Тільки багаторічні балансові розрахунки показують реальну частку участі кожного джерела живлення і допомагають вчасно скоригувати систему удобрення.

Без довгострокового контролю ґрунт виснажується, навіть якщо ви регулярно вносите туки. Наприклад, тривалі польові дослідження показали, що баланс поживних речовин у ґрунті може залишатися гостродефіцитним. Особливо критичною буває ситуація з калієм та азотом, коли винесення елементів з урожаєм суттєво перевищує їх повернення з добривами.

Прихований дефіцит мезо- та мікроелементів

Інтенсивне землеробство неминуче порушує природний баланс елементів у ґрунті. З одного боку, зростаюча продуктивність сучасних культур збільшує їх винесення з поля. З іншого боку, агрономи все частіше переходять на висококонцентровані безбаластні мінеральні добрива, які практично не містять домішок мікроелементів. У результаті дефіцит живлення зростає, що веде до зниження урожайності та погіршення якості продукції.

Дані довгострокових стаціонарних дослідів показують, що застосування тільки стандартних мінеральних добрив не здатне забезпечити позитивний баланс мікроелементів. Винесення цих речовин рослинами стабільно перевищує їх надходження. У групі ризику знаходяться такі елементи:

• молібден;
• бор;
• мідь;
• марганець;
• кобальт;
• цинк.