Баланс питательных элементов и гумуса
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 [2].
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 балансопределяется 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 питанияпредставляет 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) [12].
Приходные статьи
Статьи поступления элементов питания, участвующие в расчете хозяйственного баланса, представлены следующими составляющими:
ПN, P2O5, K2O, CaO, MgO, S = Пму + Поу+ По + Пс + Пб + Пн,
где ПNPK – приход элементов питания, кг/га (пашни, сельскохозяйственных угодий или сенокосов и пастбищ);
Пму – приход с минеральными удобрениями, кг/га;
Поу – приход с органическими удобрениями, кг/га (Поу = ДС), где
Д – доза органических удобрений, т/га;
С – содержание элементов питания, кг/т;
По – приход с осадками, кг/га;
Пс – приход с семенами, кг/га;
Пб – биологический азот, фиксированный бобовыми культурами, кг/га;
Пн – несимбиотически фиксированный азот, кг/га;
Пб и Пн 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, Р2О5 – 0,5, К2О – 10,3, CaO – 25,3, MgO – 5,0, сера (SО4) – 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 [12].
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 [12].
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, P2O5, K2O) 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 K2O, 64–122 кг СаО, 13–25 кг MgO, 24–37 кг SO4 (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 рНKCI 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 рНKCI, 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 рНKCI более 6,0 необходимо умножить на 1,4, а на почвах с рНKCI 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, SO4 – 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 [12].
Хозяйственный баланс элементов питания определяется как разность между суммами приходной и расходной статей и выражается в кг/га и рассчитывается по формуле:
БN,P2O5,K2O,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 (N45–180, P20–130, K60–220), Институтом почвоведения и агрохимии предложены оптимальные параметры интенсивности баланса фосфора и калия в зависимости от содержания их в почвах (приложение 48).
Для производственных условий республики рекомендуется поддерживать интенсивность баланса азота на пахотных почвах в пределах 100–120 % [12].
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.