Баланс питательных веществ в питании: белков, жиров, углеводов. Почвы с отрицательным балансом питательных веществ – причина обеднения рациона населения и его болезней
ВВЕДЕНИЕ
Расширенное воспроизводство потенциального и эффективного плодородия почвы – это исходное условие для обеспечения непрерывного роста урожайности сельскохозяйственных культур, которое возможно при положительном балансе питательных элементов и органического вещества почвы в мелиоративном земледелии. В естественных биоценозах достигается замкнутый цикл биогенных элементов, а в искусственных агроценозах происходит разрыв этого цикла в связи с. отчуждением на получение урожая и значительными потерями элементов питания при эрозии, инфильтрации и улетучивании. Создание необходимых условий для рационального круговорота питательных веществ – важнейшая задача орошаемого земледелия. Положительно влиять на эффективное плодородие почвы, под которым понимается обеспеченность почвы доступными азотом и фосфором, а также обменным калием, получать планируемые урожаи орошаемых культур возможно при проведении балансовых расчетов, создавая при этом с помощью внесения расчетных доз удобрений оптимальный уровень содержания гумуса и подвижных форм питательных элементов в почве.
РАСЧЕТ БАЛАНСА ПИТАТЕЛЬНЫХ ВЕЩЕСТВ
Баланс питательных веществ - это количественное выражение содержания питательных веществ в почве на конкретной площади с учетом всех статей их поступления (внесение удобрений, природные источники, азотфиксация, другие) и расхода (вынос с урожаем, естественные потери на вымывание, смыв, улетучивание и так далее) в течение определенного промежутка времени. Нарушение баланса питательных веществ в земледелии может ухудшить химический состав почвы, природных вод, а, следовательно, и растений. Это в свою очередь может изменить качество, питательную ценность сельскохозяйственной продукции и кормов для животных и привести к функциональным заболеваниям человека и животных.
Поэтому важно правильно управлять круговоротом питательных веществ в земледелии, создавать их активный баланс применением органических и минеральных удобрений, предотвращать их потери в окружающую природную среду. Это одна из важнейших задач создания и применения ландшафтно-адаптивных систем мелиоративного земледелия.
Баланс азота
Особый интерес представляет баланс азота – основного носителя жизни, элемента, определяющего количество и качество урожая. Проблема азота в земледелии очень актуальна. Это объясняется тем, что азот – элемент весьма мобильный и в почве не накапливается. Поэтому с повышением содержания других биогенных элементов, плодородия почвы и ее окультуренности в целом, азот будет определять величину и качество урожая. При расчете баланса азота учитываются только основные приходные и расходные статьи, включающие поступление азота с минеральными, органическими удобрениями и биологической фиксацией клубеньковыми бактериями, вынос азота с урожаем основной и побочной продукции. Уравнение баланса азота:
где Б а – баланс доступного азота, кг/га; У Д мин – дозы внесения минеральных азотосодержащих удобрений в туках, кг/га; Д орг CА мин – содержание азота в минеральном удобрении (приложение 4), %; CА орг – содержание азота в органическом удобрении (приложение 5), %; В а – вынос азота с урожаем основной и побочной продукции (приложение 1), кг/т; АФ – биологическая фиксация азота клубеньковыми бактериями бобовых культур, кг/т, (принимается равной 10 кг/т сена бобовых трав, 0,5 кг/т зеленого корма злакобобовых травосмесей, 26 кг/т зерна сои).
Пример расчета баланса азота.
Решение: Содержание азота в навозе 0,45%, сульфоаммофосе 12%; вынос с урожаем 3,5 кг/т. Азотфиксация у кукурузы отсутствует (АФ =0 ).
Кг/га. Баланс дефицитный.
Баланс фосфора
Хотя живым организмам требуется примерно в 10 раз меньше фосфора, чем азота, тем не менее, это важнейший биогенный элемент. Фосфор не только источник питания для растений, но и носитель энергии, входящий в состав различных нуклеиновых кислот. Дефицит фосфора резко снижает продуктивность растений. Фосфор не имеет естественных источников пополнения запаса в почве. Восполнить его потребление на создание урожаев можно только внесением фосфорных и органических удобрений. В перспективе проблема фосфора как биогенного элемента в земледелии возникает в первую очередь. В атмосфере фосфор находится в основном в виде пыли в малом количестве. Его круговорот более прост, чем круговорот азота. В него в экосистемах вовлечены лишь почва, вода и растения. На доступность этого элемента растениям влияют многие факторы среды, поэтому проблема фосфора как биогенного элемента в земледелии возникает в первую очередь. Рассчитывается баланс фосфора по формуле:
где Б ф – баланс доступного фосфора, кг/га; У – урожайность возделываемой культуры, т/га; Д мин – дозы внесения минеральных фосфоросодержащих удобрений в туках, кг/га; Д орг – дозы внесения органических удобрений, т/га; CФ мин – содержание фосфора в минеральном удобрении (приложение 4), %; CФ орг – содержание фосфора в органическом удобрении (приложение 5), %; В ф
Пример расчета баланса фосфора. При возделывании силосной кукурузы быливнесены 30 тонн навоза КРС на соломенной подстилке и 150 килограмм сульфоаммофоса на гектар. В результате было получено 60 т/га силоса.
Решение: Содержание фосфора в навозе 0,23%, сульфоаммофосе 39%; вынос с урожаем 1,4 кг/т. кг/га. Баланс – положительный.
Баланс калия
Калий содержится в основном в минеральной тонкодисперстной части почвы. Недостаток его в почве резко угнетает рост и развитие растений. Находясь в них в форме катиона К + , он регулирует важные физиологические процессы, обеспечивая влагообмен в растительных клетках и поддерживая высокую активность цитоплазмы. Уравнение баланса калия имеет вид:
где Б к – баланс доступного калия, кг/га; У – урожайность возделываемой культуры, т/га; Д мин – дозы внесения минеральных калийсодержащих удобрений в туках, кг/га; Д орг – дозы внесения органических удобрений, т/га; CК мин – содержание калия в минеральном удобрении (приложение 4), %; CК орг – содержание калия в органическом удобрении (приложение 5), %; В к – вынос фосфора с урожаем основной и побочной продукции (приложение 1), кг/т.
Пример расчета баланса калия. При возделывании озимой пшеницы быливнесены 20 тонн навоза КРС на соломенной подстилке, 60 килограмм хлористого калия и 120 килограмм каpбоаммофоски на гектар. В результате было получено 4,0 т/га зерна.
Решение: Содержание калия в навозе 0,5%, хлористом калии 53%, карбоаммофоске 17%; вынос с урожаем 36 кг/т.
Кг/га. Баланс – бездефицитный.
РАСЧЕТ БАЛАНСА ГУМУСА
В почве одновременно происходит несколько разнонаправленных процессов, связанных с разложением (минерализацией), образованием (гумификацией) гумуса. Для направленного регулирования запасов гумуса в исследуемых почвах на основе полученной информации о содержании и запасах его в почвах изучаемого участка и данных об урожайности рассчитывается баланс гумуса. Уравнение баланса гумуса имеет вид:
где Б г – баланс гумуса, т/га; У – урожайность, т/га; В а – вынос азота на 1 т урожая, кг/т (приложение 1); П П и П К – поступление пожнивных и корневых остатков, соответственно, т/га; K ГР и K ГУ – коэффициенты гумификации растительных остатков и органических удобрений соответственно (приложение 3); Д орг – доза внесения органического удобрения, т/га; %ВЛ – влажность органического удобрения, % (приложение 5).
Поступление пожнивных и корневых остатков определяется с помощью регрессионных зависимостей их от урожайности сельскохозяйственной культуры (приложение 2).
Пример расчета баланса гумуса. При возделывании картофеля быловнесено 150 тонн навозной жижи КРС на гектар. В результате было получено 24 т/га клубней картофеля.
Решение: Поступление пожнивных остатков: П П = 0,04∙24+0,1=1,06 т/га. Поступление корневых остатков: П к = 0,08∙24+0,8 = 1,536 т/га. Коэффициент гумификации остатков 0,35, навоза КРС 0,35.
т/га.Баланс дефицитный.
Изменение содержания гумуса
Расчет исходных запасов гумуса в верхнем 30-сантиметровом слое ведется с учетом плотности сложения почвы по формуле:
,
(5)
где ЗГ 0 – начальные запасы гумуса в верхнем 30-ти сантиметровом слое, т/га; ρ сл – плотность сложения почвы (приложение 6), г/см 3 ; СГ 0 – исходное содержание гумуса (приложение 6), %.
Прогнозное содержание гумуса (%) определяется по формуле:
,
(6)
Полученное значение сравнивается с диапазоном фонового содержания гумуса (приложение 7). Кроме этого, определяется абсолютное и относительное изменение содержания гумуса:
,
(7)
,
(8)
В результате делается вывод о значимости изменений.
Пример оценки изменения содержания гумуса. В результате расчета баланса гумуса было определено, что запасы сократятся на 36 т/га. Почва орошаемого участка каштановая среднесуглинистая с исходным содержанием гумуса 2,2%. Определить изменение содержания и его значимость.
Плотность сложения верхнего слоя почвы 1,22 г/см 3 .
т/га. 
%.
Это значение выходит за пределы диапазона колебаний 1,8-3,0 (приложение 8). Абсолютное и относительное изменения содержания также очень высокие:
; 
, что говорит о недопустимо дефицитном балансе органического вещества почвы.
Описание выполнения.
1. Запустите Microsoft Excel .
А » и «В А » в 2-3 раза.
3. В ячейку «А2 » введите слово «Культура», а в ячейки «А3 »- «А12 » названия культур севооборота из вашего варианта.
4. В ячейку «В2 » введите слово «Урожайность», а в ячейки «В3 »- «В12 » урожайности культур севооборота из вашего варианта.
5. В ячейку «D1 » введите слово «Вынос», в ячейки «C2 » – «азота»; «D2 » – «фосфора»; «E2 » – «калия».
6. В ячейку «F1 » введите слово «Потери», в ячейку «F2 » – «гумуса».
7. В ячейки «С3 »–«С12 » введите формулы для расчета выноса азота. Для этого, указав курсором на ячейку «С3 » введите в строке формул «=В3*(хх-yy)», где хх – значение выноса азота для данной культуры (приложение 1); yy – биологическая фиксация азота клубеньковыми бактериями бобовых культур, кг/т, (принимается равной 10 кг/т сена бобовых трав, 0,5 кг/т зеленого корма злакобобовых травосмесей, 26 кг/т зерна сои). Повторите операции для ячеек «С4 »–«С12 ».
8. Введите в ячейки «D3 »–«D12 » формулы для расчета выноса фосфора «=В3*хх», где хх – значение выноса фосфора для данной культуры (приложение 1), а в ячейки «Е3 »–«Е12 » аналогичные формулы для расчета выноса калия.
9. В ячейках «F3 »–«F12 » рассчитайте потери гумуса. Для этого, согласно приведенной ранее формуле, разделите вынос азота без учета биологическая фиксация азота клубеньковыми бактериями на 50. Формула в ячейке «F3 » будет иметь вид: «=В3*хх/50», где хх – значение выноса азота для данной культуры (приложение 1).
10. В ячейку «H1 » введите слово «Остатки», в ячейки «G2 » – «пожнивные»; «H2 » – «корневые»; «I2 » – «сумма».
11. В ячейках «G3 »–«G12 » рассчитайте поступление пожнивных остатков. Для этого введите в них формулы регрессионных зависимостей массы пожнивных остатков от урожайности культуры (приложение 2), заменяя «х» на ссылку на соответствующую ячейку из столбца урожайностей (ячейки «B3 »–«B12 »).
12. Аналогично рассчитайте в ячейках «H3 »–«H12 » поступление корневых остатков.
13. Просуммируйте в ячейках «I3»–«I12 » пожнивные и корневые остатки (=G3+H3 ).
14. В ячейку «J2 » введите «Кг», а ячейки «J3»–«J12 » значения коэффициентов гумификации растительных остатков из приложения 3.
15. В ячейку «K1 » введите слово «Поступление», в ячейку «K2 » – «гумуса».
16. В ячейках «К3 »–«К12 » рассчитайте поступление гумуса, умножая коэффициент гумификации на сумму растительных остатков (столбцы G и К ).
17. В ячейку «L2 » введите «Бг», а в ячейки «L3»–«L12 » балансы гумуса (=K3-F3 ).
18. В ячейке «С13 » подсчитайте суммарный вынос азота за всю ротацию. Для этого, укажите курсором на эту ячейку, нажмите кнопку «Вставка функции» (), и выберите из списка функций «СУММ». В открывшемся окне «Аргументы функции» укажите значок ввода диапазона ячеек для суммирования () и обведите курсором ячейки «С3 »–«С12 ». Нажмите для подтверждения «Enter», а затем «ОК».
19. Распространив полученную формулу на ячейки «D13 » и «E13 » Вы получите суммарный вынос фосфора и калия.
20. Для расчета баланса гумуса без участия удобрений, повторите операции из пункта 18 для ячейки «L13 » и диапазона «L2-L12 ».
21. Введите в ячейку «А16 » «Удобрение», в ячейку «В16 » «Доза», в ячейку «D15 » «Содержание»; в ячейки «С16 », «D16 », «Е16 », «F16 » - «Азота», «Фосфора», «Калия», «воды».
22. В ячейки «А17-А22 » введите названия внесенных удобрений (сначала органических, затем минеральных).
23. В ячейки «В17-В22 » введите дозы внесенных удобрений, для органических в тоннах на гектар, минеральных – килограммах на гектар.
24. В ячейки «С17-С22 » введите содержание азота в удобрениях, «D17-D22 » - фосфора, «Е17-Е22 » - калия, «F17-F22 » - воды (приложения 4, 5).
25. Введите в ячейку «H15 » «Поступление», а в ячейки «G16 », «H16 », «I16 » скопируйте содержимое ячеек «С16 », «D16 », «Е16 ».
26. Рассчитайте поступление питательных веществ с органическими удобрениями. Для этого в ячейку «G17 » введите формулу «=$B17*C17*10». Знак «$» означает, что при распространении формулы столбец «В» в ней не изменится, а коэффициент 10 получился при делении 1000 (килограммов в тонне) на 100 (процентов).
27. Распространите формулу на строки с органическими удобрениями и столбцы «D » и «Е ».
28. Рассчитайте поступление питательных веществ с минеральными удобрениями. Для этого в ячейку на пересечении первой строки с минеральными удобрениями и столбца «G» введите формулу «=$B19*C19/100».
29. Распространите формулу на строки с минеральными удобрениями и столбцы «D » и «Е ».
30. Просуммируйте поступление азота, фосфора и калия в ячейках «G23 », «H23 », «I23 » (аналогично п. 18).
31. Введите в ячейку «J16 » «органики», в ячейку «К16 » «гумуса».
32. Введите в ячейку «J17 » формулу для расчета поступления в почву свежего органического вещества: «=B17*(1-F17/100)». Распространите ее на все строки с органическими удобрениями.
33. Введите в ячейку «К17 » формулу для расчета поступления в почву гумуса: «=J17*0,35» (0,35 – коэффициент гумификации растительных остатков из приложения 3). Распространите формулу на все строки с органическими удобрениями.
34. Просуммируйте в ячейке «К23 » поступление в почву гумуса аналогично пунктам 18 и 30.
35. Введите в ячейки «А24-А28 » слова «Баланс», «гумуса», «азота», «фосфора», «калия».
36. В ячейке «А25 » подсчитайте баланс гумуса («=L13+K23»); в ячейках «А26-А28 » балансы азота, фосфора и калия с помощью формул «=G23-C13», «=H23-D13» и «=I23-E13» соответственно.
37. Сохраните книгу (файл) Microsoft Excel с именем, которое вам укажет преподаватель. Выключите Microsoft Excel.
Описание выполнения.
1. Запустите Microsoft Excel .
2. Откройте файл (книгу Microsoft Excel ), созданный при выполнении Упражнения 1.
3. Скопируйте результаты расчета баланса на другой лист книги.
4. Для этого обведите ячейки «А24-В28 »; скопируйте их содержимое в буфер обмена (например, нажав «Ctrl+C »); перейдите на нужный лист (список листов внизу таблицы); выберите в главном меню «Правка » – «Специальная вставка », и, в открывшемся окне специальной вставки отметьте указатель значения.
5. Введите в ячейку «С1 » «Исходные запасы», в ячейку «D1 » «Конечные запасы».
6. Введите в ячейку «С2 » формулу для расчета исходных запасов гумуса «=30*хх*yy», где хх – плотность сложения почвы (приложение 6), г/см 3 ; yy – исходное содержание гумуса (приложение 6), %.
7. В ячейку «D2 » введите формулу для расчета конечных (прогнозируемых) запасов гумуса «=В2+С2».
8. Введите в ячейку «Е1 » «Прогноз содержания», а в ячейку «Е2 » формулу для расчета содержания гумуса в %: «=D2/30/хх», где хх – плотность сложения почвы (приложение 6), г/см 3 .
9. Введите в ячейки «F1 » и «G1 » «Абсолютное изменение» и «Относительное изменение»
10. В ячейку «F2 » введите формулу для расчета абсолютного изменения содержания гумуса «=C2-D2».
11. В ячейку «G2 » введите формулу для расчета относительного изменения содержания гумуса «=F2/C2*100».
12. Введите в ячейки «С4 » и «С5 » формулы для расчета исходных запасов доступного фосфора и обменного калия в верхнем 30-сантиметровом слое «30*хх*yy1» и «30*хх*yy2», где хх – плотность сложения почвы (приложение 6), г/см 3 ; yy1 и yy2 – исходное содержание доступного фосфора и обменного калия, мг на 100 г почвы (приложение 6).
13. Введите в ячейки «D4 » и «D5 » формулы для расчета прогнозируемых запасов доступного фосфора и обменного калия «=С4+В4» и «=С5+В5».
14. В ячейки «Е4 » и «Е5 » введите формулы для расчета прогнозируемого содержания фосфора и калия «=D4/30/хх» и «=D5/30/хх», где хх – плотность сложения почвы (приложение 6), г/см 3 .
15. В ячейках «G4 » и «G5 » рассчитайте относительное изменение содержания доступного фосфора и калия (формулы «(yy1-Е4)/yy1*100» и «(yy2-Е5)/yy2*100», где исходное содержание доступного фосфора и обменного калия, мг на 100 г почвы).
Описание выполнения.
1. Запустите Microsoft Excel .
2. Указав курсором мыши на границу между столбцами «А » и «В » в строке с названиями столбцов, нажмите левую кнопку мыши и раздвиньте столбец «А » в 2 раза. Повторите операцию для столбца «В ».
3. В ячейку «В2 » введите слово «Содержание», а в ячейки «А3 », «А5 », «А6 », «А7 »–«гумуса», «азота», «фосфора» и «калия».
4. В ячейку «В3 » введите содержание гумуса, в ячейку «В6 » фосфора, а в ячейку «В7 » калия из вашего варианта.
5. В ячейку «С3 » введите «Доля покрытия =», а в ячейку «D3 » значение доли покрытия потребности в азоте с помощью органических удобрений из приложения 11.
6. В ячейку «С4 » введите «Xmin», в ячейку «D4 » – «Xmax», в ячейку «E4 » – «Kmin», в ячейку «F4 » – «Kmax», в ячейку «G4 » – «K».
7. Введите в ячейки «С6 » и «С7 » нижние границы интервалов, в которые попадают значения содержания фосфора и калия (приложение 8).
8. Введите в ячейки «D6 » и «D7 » верхние границы интервалов, в которые попадают значения содержания фосфора и калия (приложение 8).
9. Введите в ячейки «E6 » и «E7 » наименьшие значения ротационных коэффициентов баланса для интервалов, в которые попадают значения содержания фосфора и калия (приложение 9).
10. Введите в ячейки «F6 » и «F7 » наибольшие значения ротационных коэффициентов баланса для интервалов, в которые попадают значения содержания фосфора и калия (приложение 9).
11. Введите в ячейку «G5 » значение ротационного коэффициента баланса для азота (1).
12. В ячейки «G6 » и «G7 » введите формулы для расчета ротационных коэффициента баланса для фосфора и калия (формула 18).
13. В ячейку «G5 » введите ротационный коэффициент баланса для азота – 1.
14. В ячейки «А9 » и «В9 » введите слова «Культура» и «Урожайность».
15. В ячейки «А10 » – «А13 » введите названия культур из вашего варианта задания; в ячейки «В10 » – «В13 » – их урожайности.
16. Введите в ячейки «С9 », «D9 », «E9 » и «F9 » обозначения «АФ», «ВА», «ВФ» и «ВК» (азотфиксация, вынос азота, вынос фосфора, вынос калия).
17. В ячейки «С10 » – «F13 » введите значения азотфиксации (примечание к формуле 1) и выноса элементов питания для всех культур (приложение 1).
18. Введите в ячейку «А15 » слово «Удобрения», а в ячейки «В15 », «С15 » и «D15 » обозначения «Са», «Сф» и «Ск» (содержание азота, фосфора, калия).
19. В ячейки «А16 » – «А19 » введите названия удобрений из вашего варианта задания; в ячейки «В16 » – «D19 » – содержание в них элементов питания (приложения 4 и 5).
20. Скопируйте «D9 », «E9 » и «F9 » в ячейки «G9 », «H9 », «I9 ».
21. В ячейках «G10 » – «G13 » рассчитайте вынос азота с урожаем сельскохозяйственной культуры (формула для строки 10: «=B10*(D10-C10)»).
22. В ячейках «H10 » – «H13 » и «I10 » – «I13 » рассчитайте выносы фосфора и калия с урожаем (формула для фосфора и строки 10: «=B10*E10»; калия и строки 10: «=B10*F10»).
23. Введите в ячейки «J9 », «K9 », «L9 » обозначения «Доа», «Доф» и «Док» (общие дозы удобрений по каждому основному элементу питания в килограммах действующего вещества).
24. В ячейках «J10 » – «L13 » рассчитайте общие дозы удобрений по каждому основному элементу питания (например, для «J10 » – «=G10*$G$5»).
25. В ячейку «М9 » введите обозначение «Дорга» (доза органического азота), а в ячейках «М10 » – «М13 » рассчитайте эту дозу по формуле 19.
26. В ячейку «N9 » введите обозначение «Дорг» (доза органического удобрения), а в ячейках «N10 » – «N13 » рассчитайте эту дозу по формуле 20.
27. В ячейку «O9 » введите обозначение «Дорго» (доза органического удобрения округленная), а в ячейки «О10 » – «О13 » – дозы внесения органики под каждую культуру, округленную до 5 т/га.
28. Введите в ячейки «P9 », «Q9 », «R9 » обозначения «Дорга», «Доргф» и «Доргк» (килограммы действующего вещества по каждому основному элементу питания, содержащиеся в органическом удобрении).
29. Рассчитайте дозы элементов питания в органическом удобрении. Для этого введите в ячейку «P10 » формулу «=10*$O10*B$16», а затем распространите ее на ячейки «Р10 » – «R13 ».
30. Введите в ячейки «S9 », «T9 », «U9 » обозначения «Дма», «Дмф» и «Дмк» (килограммы действующего вещества по каждому основному элементу питания, которые надо внести с минеральным удобрением).
31. В ячейках «S10 » – «U13 » определите эти дозы как разность между общей потребностью в элементе питания и его содержанием в органическом удобрении. Для этого введите в ячейку «S10 » формулу =J10-P10», а затем распространите ее на ячейки «S10 » – «U13 ».
32. Введите в ячейки «V9 », «W9 », «X9 » обозначения «МА», «МФ» И «МК» (дозы азотного, фосфорного и калийного минеральных удобрений в натуральных туках, кг).
33. В ячейках «V10 » – «X13 » определите эти дозы с помощью формул: для азотного удобрения – «=S10*100/B$17»; фосфорного – «=T10*100/C$18»; калийного – «=U10*100/D$19».
34. Пометьте ячейки «V10 » – «X14 » и округлите их до целых чисел (пункты меню «Формат»–«Ячейки»–«Число»). В открывшемся окне выберите формат «Числовой» и укажите число десятичных знаков – 0.
35. В ячейках «О14 », «V14 », «W14 », «X14 » с помощью функции «СУММ» подсчитайте суммарные дозы внесения удобрений.
ЛИТЕРАТУРА
1. Кравчук А.В., Муравлев А.П., Прокопец Р.В., Донгузов Г.С. Основы рационального природопользования: методические указания и материалы к лабораторно-практическим занятиям. – Саратов: Саратовский государственный аграрный университет имени Н.И. Вавилова, 2004. – 47 с.
2. Кравчук А.В., Шаврин Д.И., Прокопец Р.В. Методические указания по выполнению курсовой работы по дисциплине «Природопользование» – Саратов: ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ имени Н.И. Вавилова», 2013. – 20 с.
3. Леонтьев С.А., Чумакова Л.Н., Прокопец Р.В., Аржанухина Е.В., Никишанов А.Н. Природно-техногенные комплексы природообустройства: методические указания к выполнению курсового проекта – Саратов: ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ имени Н.И. Вавилова», 2012. – 40 с.
4. Прокопец Р.В. Влияние ирригационной эрозии на потери элементов питания в почве // Проблемы научного обеспечения сельскохозяйственного производства и образования: сб. науч. работ – под общей редакцией А.В. Кравчука. – Саратов, 2008. – С. 183-188.
5. Прокопец Р.В. Вынос питательных веществ с поверхностным стоком на темно-каштановых почвах при орошении козлятника восточного // Вавиловские чтения 2006: Материалы конференции, посвященной 119-й годовщине со дня рождения академика Н.И. Вавилова. – Саратов: ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ им. Н.И. Вавилова», 2006. – С. 72-73.
6. Прокопец Р.В. Вынос питательных веществ с твердым стоком на темно-каштановых почвах при орошении козлятника восточного // Системные исследования природно-техногенных комплексов Нижнего Поволжья: сб. науч. работ. – Саратов, 2007.– С. 124-127.
7. Прокопец Р.В., Аржанухина Е.В., Шаврин Д.И., Завадский И.С. Планирование природоохранных мероприятий: методические указания к выполнению расчетно-графических работ – Саратов: ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ имени Н.И. Вавилова», 2012. – 29 с.
8. Прокопец Р.В., Чумакова Л.Н., Аржанухина Е.В., Шаврин Д.И., Завадский И.С. Управление мелиоративными водохозяйственными системами с помощью компьютерных технологий: методические указания к выполнению лабораторных работ. – Саратов: ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ имени Н.И. Вавилова», 2012. – 26 с.
9. Пронько В.В., Корсак В.В., Дружкин А.Ф. Влияние погодных условий и агротехнических приемов на эффективность удобрений в степном Поволжье // Агрохимия, 2004, № 8, С. 20-26.
10. Пронько Н.А., Корсак В.В. Метод расчета доз органических и минеральных удобрений для культур орошаемых севооборотов по прогнозному ротационному балансу элементов питания // Агрохимия, 2001, № 7, С. 66-71.
11. Пронько Н.А., Корсак В.В., Корнева Т.В. Особенности дегумификации орошаемых темно-каштановых почв Саратовского Заволжья // Вестник Саратовского госагроуниверситета им. Н.И. Вавилова. – 2009. – № 10. – С. 42-46.
12. Пронько Н.А., Корсак В.В., Прокопец Р.В., Корнева Т.В., Романова Л.Г. Расчет балансов гумуса и элементов питания растений в мелиоративном земледелии с применением информационных технологий / Методические указания к выполнению курсовой и лабораторно-практических работ.– Саратов, ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ», 2010, 39 с.
13. Пронько Н.А., Корсак В.В., Фалькович А.С. Орошение в Поволжье: не повторять ошибок. – Мелиорация и водное хозяйство, 2014, №4, С. 16-19.
14. Пронько Н.А., Фалькович А.С., Романова Л.Г Изменение плодородия орошаемых каштановых почв Поволжья в процессе длительного использования и научные основы его регулирования.– Саратов: СГАУ, 2005, 220 с.
ПРИЛОЖЕНИЯ
| № | Название | Содержание элемента, % | ||
| азот | фосфор | калий | ||
| Натриевая селитра | 16,3 | 0,0 | 0,0 | |
| Аммиак жидкий | 82,0 | 0,0 | 0,0 | |
| Аммиак водный | 16,0 | 0,0 | 0,0 | |
| Сульфат аммония | 20,8 | 0,0 | 0,0 | |
| Аммиачная селитра | 34,0 | 0,0 | 0,0 | |
| Мочевина (каpбамид) | 46,0 | 0,0 | 0,0 | |
| Суперфосфат гpанулированный | 0,0 | 20,5 | 0,0 | |
| Суперфосфат двойной гpанулированный | 0,0 | 49,0 | 0,0 | |
| Калий хлористый | 0,0 | 0,0 | 53,0 | |
| Калийная соль смешанная | 0,0 | 0,0 | 40,0 | |
| Сульфат калия-магния (калий-магнезия) | 0,0 | 0,0 | 28,0 | |
| Аммофос, марка А, высший сорт | 12,0 | 52,0 | 0,0 | |
| Аммофос, марка А, первый сорт | 12,0 | 50,0 | 0,0 | |
| Аммофос, марка Б, высший сорт | 11,0 | 44,0 | 0,0 | |
| Аммофос, марка Б, первый сорт | 10,0 | 42,0 | 0,0 | |
| Сульфоаммофос | 12,0 | 39,0 | 0,0 | |
| Нитpофоска, марка А | 16,0 | 16,0 | 16,0 | |
| Нитpофоска, марка Б | 12,5 | 8,0 | 12,5 | |
| Нитpофоска, марка В | 11,0 | 10,0 | 11,0 | |
| Нитpофос, марка А | 23,0 | 17,0 | 0,0 | |
| Нитpофос, марка Б | 24,0 | 14,0 | 0,0 | |
| Нитpоаммофос, маpка А | 23,0 | 23,0 | 0,0 | |
| Нитpоаммофос, маpка Б | 16,0 | 24,0 | 0,0 | |
| Нитpоаммофос, маpка В | 25,0 | 20,0 | 0,0 | |
| Нитpоаммофоска | 13,0 | 19,0 | 19,0 | |
| Каpбоаммофоска | 17,0 | 17,0 | 17,0 | |
| Жидкие комплексные удобpения | 10,0 | 34,0 | 0,0 |
| № | Название | Содержание, % | |||
| азота | фосфора | калия | воды | ||
| Навоз КРС на соломенной подстилке | 0,45 | 0,23 | 0,50 | 77,30 | |
| Навоз свиной на соломенной подстилке | 0,45 | 0,19 | 0,60 | 72,40 | |
| Навоз конский на соломенной подстилке | 0,58 | 0,28 | 0,63 | 64,60 | |
| Навоз смешанный на соломенной подстилке | 0,50 | 0,25 | 0,60 | 71,30 | |
| Навозная жижа (КРС) | 0,26 | 0,12 | 0,38 | 98,80 | |
| Навозная жижа (свиная) | 0,31 | 0,06 | 0,36 | 98,80 | |
| Навозная жижа (конская) | 0,39 | 0,08 | 0,58 | 98,80 | |
| Птичий помет | 0,90 | 1,70 | 0,90 | 56,00 |
6.Плотность почвы, содержание гумуса и доступных элементов питания в верхнем 30-сантиметровом слое
| № | Тип почвы | Плотность, т/м 3 | Содержание гумуса, % | Содержание, мг/100 г почвы | |
| фосфора | калия | ||||
| Южный малогумусный чернозем | 1,15 | 3,6 | 5,1 | ||
| 1,20 | 5,4 | 9,2 | |||
| Южный среднесуглинистый чернозем | 1,22 | 4,7 | 5,5 | ||
| Темно- | 1,14 | 2,8 | 4,2 | ||
| Темно-каштановая тяжелосуглинистая | 1,28 | 3,6 | 7,0 | ||
| Каштановая среднесуглинистая | 1,22 | 2,9 | 4,8 | ||
| Светло-каштановая тяжелосуглинистая | 1,30 | 2,4 | 3,8 | ||
| Светло-каштановая легкосуглинистая | 1,35 | 1,8 | 4,1 |
Варианты исходных данных для расчета баланса и изменения содержания гумуса и элементов питания
| Культуры | Урожайность, т/га | Внесение удобрений | ||
| Органических, т/га | Минеральных, кг/га | |||
| В 1 | Яровая пшеница | 2,0 | Нитpофос, марка А,120 | |
| Каштановая среднесуглинистая | Люцерна на сено | |||
| Люцерна на сено | Калий хлористый, 260 | |||
| Кукуруза на силос | Навоз КРС, 100 | |||
| Соя | 1,9 | |||
| Картофель | ||||
| Озимая пшеница | 3,8 | |||
| Кукуруза на силос | Аммиак жидкий, 200 | |||
| Сорго силосное | Навоз КРС, 120 | |||
| Яровая пшеница | 2,2 | |||
| В 2 | Яровая пшеница | 2,5 | ||
| Южный малогумусный чернозем | Сахарная свекла | Навозная жижа КРС, 180 | ||
| Горохоовсяная травосмесь | Аммофос, марка А, высший соpт, 150 | |||
| Подсолнечник | 0,7 | Суперфосфат двойной, 90 | ||
| Просо | 1,5 | Птичий помет, 25 | ||
| Кукуруза на зерно | Аммиачная селитра, 200 | |||
| Яровой ячмень | 1,9 | |||
| Соя | 2,1 | |||
| Горохоовсяная травосмесь | Каpбоаммофоска, 85 | |||
| Суданская трава на силос | Калий хлористый, 265 | |||
| В 3 | Овес | 2,2 | ||
| Южный тяжелосуглинистый чернозем | Люцерна на сено | |||
| Люцерна на сено | ||||
| Картофель | Птичий помет, 45 | |||
| Кукуруза на силос | Сульфат аммония, 135 | |||
| Озимая пшеница | 4,5 | |||
| Просо | 2,0 | Мочевина (карбамид), 65 | ||
| Сахарная свекла | Навоз свиной, 175 | |||
| Вика яровая на зеленый корм | Сульфат калия-магния, 275 | |||
| Соpго-суданко-вый гибрид | Сульфоаммофос, 80 |
В почве
После определения доз удобрений производится расчет баланса элементов питания и гумуса в почве, который дает возможность оценить разработанную систему удобрения и в случае необходимости внести в нее коррективы. Он является научной основой планирования применения удобрений, позволяет целенаправленно регулировать плодородие почвы, защиту ее и окружающую среду от загрязнения агрохимикатами. Оценка состояния баланса элементов питания в системе почва – растение – удобрение является важной характеристикой эффективности использования удобрений в сельскохозяйственном производстве .
Баланс основных питательных элементов в системе удобрение – почва – растение является математическим выражением круговорота питательных элементов в земледелии и оценивается по разности между их приходом и расходом.
Используются различные виды баланса питательных элементов в земледелии: биологический, хозяйственный, дифференцированный и эффективный.
Биологический баланс дает наиболее полное представление о круговороте питательных веществ. В приходные статьи биологического баланса включаются поступления питательных элементов с органическими и минеральными удобрениями, осадками, семенами, симбиотическая и несимбиотическая азотфиксация, в расходные – содержание питательных элементов в основной и побочной продукции, отчуждаемой с поля, а также в корневых и послеуборочных остатках.
Хозяйственный баланс определяется по валовому поступлению и отчуждению элементов питания. При расчете хозяйственного баланса учитываются все приходные и расходные статьи, в том числе и непроизводительные расходы.
Хозяйственный баланс характеризует не только долю участия удобрений в малом биологическом круговороте, обеспеченность сельскохозяйственных культур элементами питания, но и характер их изменения в почве. Он позволяет количественно прогнозировать тенденции изменения плодородия почв. В то же время хозяйственный баланс не дает полного представления об условиях питания отдельных культур или севооборота в целом, так как растения используют только часть элементов питания из внесенных удобрений.
Дифференцированный баланс. При расчетах этого вида баланса количество минеральных удобрений относится не на всю площадь земель, а только на площадь первоочередного использования, т.е. на почвах недостаточно обеспеченных элементами питания.
Эффективный баланс определяется с учетом возможных коэффициентов использования питательных веществ из удобрений в год их внесения или за ротацию севооборота. Баланс питательных элементов оценивается показателями дефицита или их избытком, интенсивностью, структурой.
Дефицит или избыток элементов питания представляет разницу между всеми источниками их поступления и расхода и выражается в абсолютных (кг, тонны) или относительных (%) величинах на всю площадь или единицу площади.
Интенсивность баланса – отношение поступления, элементов питания к выносу их урожаем. Выражается в виде процентов или коэффициентов. Величина интенсивности баланса менее 100 % характеризует дефицитный баланс, более 100 % – положительный.
Емкость баланса – сумма выноса из почвы и всех статей возмещения питательных элементов. Она характеризует мощность круговорота веществ. Чем больше емкость баланса, тем интенсивнее земледелие в исследуемом регионе, области, хозяйстве.
Структура баланса – характеризует долевые участия отдельных статей прихода и расхода элементов питания. Анализ структуры баланса позволяет оценить источники поступления, затраты на производство единицы продукции.
Для разработанной системы удобрения в севообороте наиболее часто используется хозяйственный и эффективный баланс питательных элементов. Ниже мы приводим методику их расчета.
Порядок расчета хозяйственно (общего) баланса основных
Питательных элементов в севообороте
Хозяйственный баланс элементов питания определяется как разность между суммами приходных и расходных статей и выражается в кг/га.
Методика расчета хозяйственного баланса элементов питания в земледелии Республики Беларусь разработана в НИРУП «Институт почвоведения и агрохимии» НАН Беларуси (В.В. Лапа, И.М. Богдевич, Н.Н. Ивахненко и др. Минск 2001) .
Приходные статьи
Статьи поступления элементов питания, участвующие в расчете хозяйственного баланса, представлены следующими составляющими:
П N , P 2 O 5, K 2 O , CaO , MgO , S = П му + П оу + П о + П с + П б + П н,
где П NPK – приход элементов питания, кг/га (пашни, сельскохозяйственных угодий или сенокосов и пастбищ);
П му – приход с минеральными удобрениями, кг/га;
П оу – приход с органическими удобрениями, кг/га (П оу = ДС), где
Д – доза органических удобрений, т/га;
П о – приход с осадками, кг/га;
П с – приход с семенами, кг/га;
П б – биологический азот, фиксированный бобовыми культурами, кг/га;
П н – несимбиотически фиксированный азот, кг/га;
П б и П н учитываются только при расчете баланса азота,
Основная статья поступления элементов питания – органические и минеральные удобрения, данные о применении которых устанавливаются согласовано отчетам хозяйств (форма 9бсх госкомстата). Содержание питательных веществ (N, P, K, CaO, MgO) в разных видах органических удобрений представлено в приложение 45.
Сера органических удобрений прочно связана с углеродом и азотом и ее ежегодная минерализация не превышает 2%, в навозе содержится 0,02–0,06 % и в торфе – 0,1–0,3 % (S).
Поступление азота с атмосферными осадками (По), по многолетним данным Белгидрометцентра Республики Беларуси, составляет 9,4 кг/га, Р 2 О 5 – 0,5, К 2 О – 10,3, CaO – 25,3, MgO – 5,0, сера (SО 4) – 36,0 кг/га.
Ежегодно с семенами (пс) на 1 га пашни поступает 3 кг азота, 1,3 кг фосфора, 1,5 кг калия; приход кальция, магния и серы представлен несущественными величинами (0,1–0,3 кг/га), которые при расчете баланса не учитываются .
Обеспечение растений азотом приходит также за счет введения в севооборот бобовых культур, которые благодаря симбиотической азотфиксации обеспечивают азотом как себя, так и последующие культуры.
По данным обобщения полевых опытов, показатели симбиотической азотфиксации для расчета хозяйственного баланса составляют:
–на 1 ц зерна кг азота: люпин в чистом виде – 5,0; кормовые бобы в чистом виде – 3,0; горох, пелюшка, вика, соя в чистом виде – 2,5; люпин в смеси с зерновыми культурами – 4,5; горох, пелюшка и вика в смеси с зерновыми культурами – 2,0;
–на 1 ц зеленой массы кг азота: однолетние бобовые травы – 0,25; однолетние бобово-злаковые травосмеси – 0,20; люцерна – 0,40; клевер и другие многолетние травы (кроме люцерны) – 0,35; многолетние бобово-злаковые травы – 0,20; луговые земли с бобово-злаковым травостоем – 0,15.
Для дерново-подзолистых почв республики, характеризующихся относительно невысоким содержанием гумуса, при расчете баланса азота на пашне рекомендуется принимать средний норматив несимбиотической азотфиксации 15 кг/га в год .
Расходные статьи
Количество питательных элементов, которое потребляется растениями для создания биологической массы урожая (зерно, солома, пожнивно-корневые остатки, а также питательные элементы, частично переходящие из корней в почву), называют биологическим выносом питательных элементов с урожаем. Он подразделяется на хозяйственный вынос и остаточный. Хозяйственный вынос – это та часть биологического выноса питательных элементов, которая увозится с поля с продукцией (с зерном и соломой, корнеплодами и ботвой). Если солома или ботва остались в поле, то питательные элементы, содержащиеся в них, не учитываются в хозяйственном выносе. Остаточная часть выноса – это питательные элементы, оставшиеся на поле с пожнивно-корневыми остатками, опавшими листьями, просыпанным зерном и половой, а также перешедшие из корней в почву.
Общая статья расхода элементов питания (Р) при расчете
хозяйственного баланса определяется по формуле:
Р = Рвын. + Рвыщ. + Рэр. + Рг.,
где Рвын. – вынос элементов питания урожаем сельскохозяйственных культур, кг/га;
Рвыщ. – потери от выщелачивания, кг/га;
Рэр. – потери от эрозии почв, кг/га;
Рг. – газообразные потери азота, кг/га.
Основная статья расхода элементов питания – отчуждение их с урожаем сельскохозяйственных культур (Рвын). В результате обобщения данных полевых опытов с удобрениями (около 1300 опытов), проведенных НИИ почвоведения и агрохимии, областными проектно-изыскательскими станциями по химизации сельского хозяйства, областными сельскохозяйственными опытными станциями и другими научными учреждениями республики определены средние величины выноса азота, фосфора, калия (с 1 т основной и соответствующим количеством побочной продукции), которые используются при расчете баланса по хозяйствам или административным районам (приложение 6). При расчете баланса элементов питания наиболее трудоемким является определение выноса элементов питания с урожаем сельскохозяйственных культур. Эти расчеты сокращаются, если использовать показатели выноса с кормовой единицей растениеводческой продукции.
Средний вынос элементов питания (N, P 2 O 5 , K 2 O) в расчете на 1 ц к.ед, довольно устойчив по годам и составляет 2,1 кг азота, 0,8 кг фосфора, 2,2 кг калия.
При указанном способе расчета баланса определяется средневзвешенный выход растениеводческой продукции на 1 га в кормовых единицах, который умножается на средний вынос элементов питания с 1 ц к.ед.
Для разработки нормативов выноса кальция, магния и серы использовано 184 опыта, проведенных разными учреждениями республики.
При определении баланса питательных веществ учитываются также потери с инфильтрационными водами (Рвыщ.) элементов питания, величина которых зависит от доз минеральных удобрений, типа и гранулометрического состава почв, метеорологических условий (количество осадков). Чем легче почва по гранулометрическому составу и обильнее осадки, тем выше потери питательных веществ.
По данным лизиметрических исследований, в зависимости от гранулометрического состава почв в среднем с 1 га пахотных почв в год теряется 16–39 кг азота, 10–33 кг K 2 O, 64–122 кг СаО, 13–25 кг MgO, 24–37 кг SO 4 (приложение 46).
Согласно имеющимся научным данным, фосфор практически не вымывается из почвы и не загрязняет грунтовые воды, поэтому при балансовых расчетах потери фосфатов по данной статье не учитываются.
Известно, что при известковании потери кальция за счет вымывания возрастают, особенно на легких по гранулометрическому составу почвах. Результаты исследований Института почвоведения и агрохимии показали, что на почвах с рН KCI более 6,0 потери кальция возрастают в среднем на 40 % по сравнению со средними данными лизиметрических опытов на почвах без известкования.
В то же время на кислых почвах с рН KCI , менее 5,0 вымывание кальция примерно на 20% ниже. В связи с этим для расчетов баланса кальция средний нормативный показатель потерь этого элемента на почвах с рН KCI более 6,0 необходимо умножить на 1,4, а на почвах с рН KCI менее 5,0 – умножить на 0,8.
Влияние известкования на вымывание магния неоднозначно, поскольку в одних случаях катионы кальция ускоряют его вымывание из почвы, что вызвано вытеснением магния из поглощающего комплекса, а в других – могут уменьшать его вымывание, нейтрализуя при этом кислотность почвы, которая обычно содействует потерям магния. В почвенно-климатических условиях средней Европы потери магния от вымывания колеблются от 15 до 50 кг/ га ежегодно (Baiuer, Baiuerova, 1985, Damaska, 1985), примерно в этих же количествах теряется магний и в почвах Беларуси.
По данным второго тура почвенного обследования, в республике имеется 425 тыс.га пахотных почв, подверженных водной эрозии, из них 295,9 тыс. га – слабоэродированные, 107,9 – средне- и 21,2 тыс.га – сильноэродированные.
Потери элементов питания с эрозией (Рэр) колеблются в широких пределах и зависят от интенсивности эрозионных процессов и использования склоновых земель (приложение 47).
Наиболее высокий смыв элементов питания отмечается на сильноэродированных почвах: азота – 20 кг/га, фосфора – 10, калия – 15, СаО – 25, MgO – 12, SO 4 – 0,20 кг/га в год, а также на зяби и под пропашными культурами. При возделывании на эродированных почвах озимых зерновых культур смыв элементов питания незначительный, а под многолетними травами он практически отсутствует.
В приложении 47 приведены нормативы потерь макроэлементов на пахотных почвах в зависимости от степени их эродированности, которые рекомендуется использовать при расчетах баланса элементов питания в отдельных хозяйствах или районах с высоким удельным весом (более 30 %) эродированных почв. При расчете баланса по областям и в целом по республике их можно не учитывать.
Размеры потерь элементов питания с эрозией на сенокосах и пастбищах очень незначительные, поэтому ими можно пренебречь.
Одной из статей расхода питательных веществ на пахотных и лугопастбищных угодьях являются газообразные потери азота (Nг), которые в полевых условиях могут составлять от 10 до 50 % от внесенного с удобрениями. Эти потери связаны в основном с процессами денитрификации, аммонификации и нитрификации.
Из почвы в атмосферу могут выделяться закись, окись, двуокись азота, аммиак и молекулярный азот. Размеры газообразных потерь азота в среднем составляют 25 % от общего количества, внесенного с минеральными и органическими удобрениями .
Хозяйственный баланс элементов питания определяется как разность между суммами приходной и расходной статей и выражается в кг/га и рассчитывается по формуле:
Б N , P 2 O 5, K 2 O , CaO , MgO , S = (Пму+Поу+По+Пс + Пб+ Пн) – (Рвын + Рвыщ + Рэр + Рг)
На основании расчетов баланса элементов питания, проведенных в длительных стационарных полевых опытах при различных почвенных условиях и уровнях применения удобрений (N 45–180 , P 20–130 , K 60–220), Институтом почвоведения и агрохимии предложены оптимальные параметры интенсивности баланса фосфора и калия в зависимости от содержания их в почвах (приложение 48).
Определяют поступление элементов питания по приходным статьям баланса и записывают в соответствующие строки таблицы рабочей тетради. Количество питательных элементов, поступающих с минеральными удобрениями, находят в соответствующей таблице рабочей тетради курсового проекта. Поступление их с органическими удобрениями рассчитывают следующим образом. В рабочей тетради курсового проекта находят насыщенность органическими удобрениями на 1 га севооборотной площади соответствующего севооборота. Учитывая поступление азота, фосфора и калия с органическими удобрениями (приложение 45), рассчитывают их поступление на 1 га.
Пример 1. Насыщенность органическими удобрениями в севообороте составляет 12 т/га. Определить поступление с ними азота, фосфора и калия.
Решение. С тонной навоза КРС на соломенной подстилке поступает в почву 5,2 кг азота, а с 12 т – 62,4 кг, фосфора – 2,6 12 = 31,2, калия – 6,2 · 12 = 74,4 кг.
Для определения количества симбиотического азота используют данные о величинах фиксированного из атмосферы симбиотического азота, оставшегося в почве после бобовых растений.
Пример 2. В севообороте на площади 1000 га люпин занимает 100 га, клевер – 200 га. Урожайность люпина (зеленой массы) 200 ц/га, клевера (сено) – 250 ц/га. Определить поступление симбиотического азота.
Решение. Как было отмечено выше, люпин фиксирует в симбиозе с клубеньковыми бактериями 50 кг/га азота, а на 100 га – 5000 кг. За счет клубеньковых бактерий у клевера лугового средние размеры азотфиксации составляют 88 кг/га, а на 200 га 17600 кг.
Сумму азота, которую фиксируют в симбиозе с клубеньковыми бактериями люпин и клевер, делят на площадь пашни в севообороте и находят среднее количество симбиотического азота на 1 га:
Затем суммируются количество питательных элементов поступающих на 1 га пашни севооборота с минеральными и органическими удобрениями, азота, накопленного бобовыми культурами, и несимбиотического, с семенами и атмосферными осадками и получают приходную статью баланса.
Научные основы применения удобрения базируются на познании круговорота веществ и их баланса в земледелии. Дефицит элементов питания может быть выявлен на основе балансовых расчетов.
Баланс питательных веществ - сопоставление статей поступления их в почву извне с суммарным расходом на формирование урожаев и непродуктивные потери из почвы. Это упрощенная математическая модель круговорота веществ в земледелии. На основании расчета баланса и выявления дефицита в динамике можно регулировать питательный режим почвы с помощью удобрений.
Очень важным условием составления баланса питательных веществ является прогнозирование плодородия почвы. Положительный баланс элементов питания способствует сохранению плодородия почвы и дальнейшему его повышению.
Данные баланса питательных веществ используют для учета количества вовлекаемых в хозяйственный круговорот элементов питания растений и животных как основу определения необходимого уровня развития туковой промышленности, включая размещение ее по территории страны, установление ассортимента удобрений и т. д. Определение баланса элементов питания необходимо для разработки единой системы оценки эффективности применения минеральных удобрений.
Баланс питательных веществ необходим для учета статей прихода и расхода их в почвах. Данные баланса питательных веществ используют для определения норм удобрений в конкретном хозяйстве, севообороте, на поле (методы балансово-расчетные и на возмещение вносимыми удобрениями выноса питательных веществ).
В соответствии с разработанными системами удобрения ежегодно составляют планы применения удобрений, задачи которых следующие:
1) при наличии в хозяйстве разработанной системы удобрения по одной схеме определить нормы удобрений для сельскохозяйственных культур на каждом поле севооборота;
2) уточнить нормы удобрений при замене на поле сельскохозяйственной культуры (например, при замене озимых культур яровыми зерновыми или при замене в кормовом севообороте картофеля кормовыми корнеплодами и т. д.), а также уточнить в зависимости от погодных условий (летом предшествующего года, а также осенью и зимой);
3) откорректировать нормы удобрений при известковании. Норму фосфора после известкования можно снизить, а калия, наоборот, повысить;
4) определить основные формы удобрений. В системе указывают только количество питательных веществ.
В плане на основе откорректированной нормы определяют ту или иную форму удобрения. Например, при общей норме фосфорных удобрений на кислых дерново-подзолистых почвах можно предусмотреть припосевное внесение суперфосфата в дозе 0,5 ц/га, а остальную часть внести в виде фосфоритной муки в основное удобрение под зяблевую вспашку. В хозяйстве применяют различные формы органических удобрений. В соответствии с биологией сельскохозяйственной культуры необходимо определить то органическое удобрение, которое обеспечит гарантированную прибавку урожая;
5) определить общую потребность в минеральных и органических удобрениях под культуру;
6) распределить удобрения по срокам внесения;
7) определить способы и приемы внесения удобрений;
8) определить основные машины по внесению и заделке удобрений.
Годовой план внесения удобрений в каждом конкретном хозяйстве делают по определенной форме. В ней отражаются следущие показатели:
площадь поля,
культура и ее урожайность,
потребное количество питательных веществ,
нормы удобрений, срок, техника применения при основном, припосевном и послепосевном (подкормка) способах внесения удобрений.
По каждому полю подсчитана потребность в удобрениях. Определена общая потребность в удобрениях на всю площадь севооборота.
Цель разработки календарного плана внесения удобрений состоит в том, чтобы определить по основным срокам потребность в удобрениях отдельных культур и полей, а также виды и формы удобрений, количество машин, механизмов и рабочих для выполнения того или иного приема внесения удобрения по севообороту и хозяйству в целом.
При разработке годового плана применения удобрений обязательным является разработка плана организационно-хозяйственных мероприятий реализации программы работ по рациональному применению удобрений. В этом плане предусматривают полный технологический цикл самых разнообразных работ (включающий дробление и смешивание удобрений, их погрузку па транспорт, перевозку удобрений до поля, рассев минеральных и разбрасывание органических удобрений), определяют потребность в машинах, рабочей силе и транспорте для внесения удобрений как до посева, так и при посеве и подкормках, а также в транспорте для перевозки органических удобрений в зимний период.
В интенсивном растениеводстве нужно обеспечивать бездефицитный баланс органического вещества в почве, является предпосылкой сохранения и повышения его естественного плодородия. Чтобы этого достичь, необходимо использовать все возможные источники поступления органического вещества в почву - навоз, мочевину, сидераты, различные компосты, птичий помет, солому, корневые и стерневые остатки, прудовой ил, озерный сапропель и тому подобное. Конечно, основным источником возврата органических веществ в почву является навоз и питательные и корневые остатки культур. В среднем 1 т подстилочного навоза дает около 30 кг гумуса.
Внесение органических и минеральных удобрений повышает качество гумуса, которая определяется соотношением гуминовых и фульвокислот. Если это соотношение больше единицы, гумус качественный, а тип гумусовых веществ гуматно-фульватно, если более двух - гуматный.
Гумусовые вещества должны быть клейкими и содержать кальций. Свежие гумусовые вещества, прежде всего гуматы кальция, обеспечивают водостойкость почвенной структуры.
Максимальные урожаи сельскохозяйственных культур получают, как правило, при внесении органических и минеральных удобрений, так как это способствует более эффективному использованию питательных веществ удобрений и почвы. Конечно, могут быть и исключения. Например, потребности в питательных веществах высеянной после донника белого пшеницы полностью удовлетворяются в этом случае можно обойтись практически без внесения минеральных удобрений.
Внесение полного минерального, органических и органо-минеральных удобрений обеспечивает прирост урожая практически всех культур. В то же время нет единого мнения о целесообразности внесения повышенных и даже обычных норм минеральных азотных удобрений под бобовые, в частности, под люцерну, эспарцет, клевер, горох, вику яровую, донник и др. Считается, что даже небольшие дозы азота (N 40-60 ) подавляют деятельность клубеньковых бактерий. Понятно и то, что высоких урожаев только за счет азотфиксации невозможно достичь. Так, в исследованиях М. Ю. Хомчака, А. И Зинченко, Μ. Т. Дзюгана в Уманской государственной аграрной академии, В. П. Малого в условиях западной Лесостепи урожайность люцерны при внесении только фосфорно-калийных удобрений была на 27-36% ниже по сравнению с ее урожайностью в вариантах, где вносили полное минеральное удобрение, в котором азота было до 120 кг / га.
В Лесостепи при внесении фосфорно-калийных удобрений (иногда и без них) урожаи люцерны составляли 300-320 ц / га, азотного - 420-480 ц / га, на орошаемых землях - соответственно 460-480 и 650-800 ц / га. По 750-800 ц / га зеленой массы люцерны собирали на орошаемых площадях в хозяйствах Шполянского района Черкасской области при внесении высоких норм азота (250-300 кг / га действующего вещества), внося его под каждый укос в виде аммиачной воды. В исследованиях А. И. Зинченко, М. Ю. Хомчака в госхозов "Бабанский" Уманского района при внесении весной по 150-160 кг / га азота урожайность люцерны достигала 440 ц / га только за первый укос.
Итак, азотные удобрения должны быть неотъемлемой составной технологий выращивания также зернобобовых и бобовых кормовых трав, за исключением полей, где перед посевом (например, люцерны) под зяблевую вспашку или под предшественник вносили достаточное количество органических удобрений.
При концентрации скота в хозяйстве более 100 условных голов и утилизации прошлогодней соломы производство навоза может быть доведено до 14-16 т / га. Вместе с другими источниками органических веществ это обеспечит повышение урожайности и непосредственно или низко дефицитный баланс питательных веществ в почве. В этих условиях внесения минеральных удобрений под все культуры севооборота будет вспомогательное значение.
Оказывает не только большое влияние на увеличение урожайности сельскохозяйственных культур, но способствует увеличению потенциального плодородия почвы. Характер этих изменений находится в тесной зависимости от складывающегося баланса основных питательных веществ в земледелии: соединений фосфора, азота и калия. При положительном балансе, т.е. когда поступление в почву элементов питания превышает их вынос с урожаем, происходит увеличение плодородия почвы, при отрицательном - уменьшение.
В период интенсивной сельского хозяйства баланс азота, фосфора и калия в целом по России складывался положительно, и практически повсеместно наблюдалось постепенное накопление питательных веществ в пахотных почвах. Темпы этого накопления заметно различались по зонам страны и наиболее высокими были в Нечерноземной зоне.
В зоне распространения дерново-подзолистых почв возмещение выноса фосфора урожаем в сумме за 1971-1990 гг. составило 44,2 %, или сверх выноса было внесено более 800 кг/га Р2О5. В результате средневзвешенное содержание подвижного фосфора увеличилось с 62 до 137 мг/кг почвы, или более чем в 2 с лишним раза. На серых лесных почвах внесение фосфора за этот же период превысило вынос с урожаем почти на 500 кг/га, что позволило поднять средневзвешенное содержание Р205 с 57 до 112 мг/кг. Отмечено также увеличение запаса подвижного фосфора на и каштановых почвах, но в несколько меньших размерах.
В настоящее время, когда применение удобрений в стране резко сократилось, создались предпосылки для обратного процесса: обеднения почв питательными веществами.
Для оценки размеров и скорости данного процесса представляют интерес сведения о балансе питательных веществ в земледелии различных почвенно-климатических зон и регионов страны. Агрохимическое обследование конкретных участков проводится не ежегодно, а периодически - один раз в 5-10 лет. Для получения представлений о возможных изменениях содержания питательных веществ в почве, которые могут произойти между циклами обследования, требуется ежегодное определение баланса питательных веществ в земледелии. Это позволит прогнозировать направленность изменений агрохимических свойств почвы и давать научно обоснованные рекомендации по сохранению или повышению почвенного плодородия, рациональному использованию ограниченных ресурсов удобрений.
Исходной информацией для определения баланса азота, фосфора и калия являются статистические данные о внесении минеральных и органических удобрений, данные об урожайности и валовых сборах возделываемых сельскохозяйственных культур, данные о структуре посевных площадей.
В расходной части баланса учитывался вынос питательных веществ с урожаем всех сельскохозяйственных культур, возделываемых на пахотных почвах, в приходной части - поступление азота, фосфора и калия с минеральными и органическими удобрениями.
Из-за большого разнообразия почвенно-климатических и организационно-экономических условий России ситуация в каждом регионе складывается по-разному, поэтому определение баланса было выполнено в земледелии всех субъектов Российской Федерации.
Анализ баланса питательных веществ в земледелии России в 2001 г. свидетельствует, что его основной особенностью является ярко выраженный дефицитный характер. Одной из причин этого является весьма незначительный уровень применения минеральных и органических удобрений. В среднем по стране в 2001 г. на 1 га пашни было внесено 12 кг минеральных удобрений азота, фосвфора, калия, а вместе с органическими удобрениями - 21,4 кг.
Наименьшее количество удобрений было использовано в Сибири: в среднем 5,1 кг/га с отклонениями от 0,1 кг/га в Республике Тыва до 14,3 кг/га в Красноярском крае.
При сложившемся уровне применения удобрений дефицит азота в целом по Российской Федерации в 2001 г. составил 24,6 кг/га, фосфора - 6,6 кг/га и калия - 33,6 кг/га, или в сумме - 64,8 кг/га. Ни в одном субъекте Российской Федерации ни по одному элементу баланс не был положительным.
Оценка баланса питательных веществ по его интенсивности показала, что в целом по Российской Федерации возмещение выноса азота с урожаем составило 32 %, фосфора - 38 % и калия - 15 %.
Согласно основателю агрохимии в России Д.Н. Прянишникову, для поддержания плодородия почв и наращивания урожаев необходимо возвращать полям не менее 80 % потребленного урожаями азота, 100 % - фосфора и 70-80 % - калия в виде органических и минеральных удобрений.
По данным Государственной агрохимической службы Российской Федерации на 1 января 2001 г. 53 млн га, или 42,6 % имеют низкое содержание гумуса; 36,7 млн га пахотных земель, или 31,7 % - повышенную кислотность; 24,2 млн га, или 19,5 % - низкое содержание подвижного фосфора и 11,2 млн га, или 9% - низкое содержание обменного калия. За период 1992-2001 гг. посевная площадь по России сократилась на 29,2 млн га, или 25,5 %, в том числе под зерновые культуры - на 16,3 млн га, или 26,3 %; лен-долгунец - на 219 тыс. га, или в 2 раза; сахарную свеклу - на 633 тыс. га, или 44 %; кормовые культуры - на 13,4 млн га, или 31,5 %.