<<
>>

КРУГОВОРОТ И БАЛАНС ПИТАТЕЛЬНЫХ ВЕЩЕСТВ И ГУМУСА ПОЧВЫ

В общем планетарном понимании «Биологический круговорот веществ представляет собой совокупность процессов поступления химических элементов из почвы и атмосферы в живые организмы, биохимического синтеза новых сложных соединений и возвращения элементов в почву и атмосферу с ежегодным опадом части органического вещества» (Орлов, Безуглова, 2000).

Интенсивность биологического круговорота рассматривается как количество химических элементов, содержащихся в приросте фитоценоза на единице площади в единицу времени.

Задача агрохимии состоит в том, чтобы оценить направленность круговорота биогенных элементов и степень интенсивности антропогенного воздействия на систему почва-растение по балансу питательных веществ в агроценозе. Это позволяет оптимизировать питание сельскохозяйственных культур путем применения научнообоснованной системы удобрений отдельных культур в севообороте.

Наличие в почве доступных для растений форм питательных элементов в должном соотношении является основным условием формирования высоких урожаев. Это обстоятельство и определяет эффективное плодородие почв. Вопросы круговорота и баланса питательных веществ в земледелии давно интересовали исследователей. Впервые в России в 1825 г. был издан научный труд «Земледельческая химия», в котором автор, профессор Московского университета М.Г. Павлов, писал, что задачей повышения плодородия почв является увеличение в почве питательных веществ или по крайней мере возвращение того, что взято из почвы растениями. По- настоящему развитие исследования баланса питательных веществ в агрохимии началось с появлением книги Ю. Либиха «Химия в приложении к земледелию и физиологии» (1840) и его учения о полном возврате в почву всех минеральных веществ, взятых из нее с урожаем растений.

Проблеме круговорота веществ в земледелии, их балансу много внимания уделял основоположник отечественной агрохимии Д.Н.

Прянишников. Он писал, что развитие химической промышленности становится одной из важнейших материальных предпосылок регулирования круговорота веществ в земледелии, их обмена между человеком и природой. Развивая это положение, Д.Н. Прянишников отмечал, что если истощение почв в результате нарушения обмена веществ между человеком и землей нарушает «естественное условие постоянного плодородия почвы», то массовое применение удобрений,

основанное на крупной химической промышленности, является одним из мощных факторов не только поддержания на постоянном уровне (как это представлял Ю. Либих), но и дальнейшего повышения эффективного плодородия почвы, как это можно видеть хотя бы на историческом примере поднятия урожаев в западноевропейских странах с высоким уровнем химизации.

Создание необходимых условий для рационального круговорота питательных веществ в земледелии, их положительный баланс - важнейшая задача агрохимии.

Хозяйственная деятельность человека, включая интенсификацию сельскохозяйственного производства и прежде всего химизацию, вызывает определенные изменения в процессах превращения веществ и энергии в природе. Например, происходят существенные изменения в цикле азота в биосфере при переходе от естественного состояния почвы к ее состоянию при интенсивной обработке (рис. 3.3, 3.4). В почвах биоценозов потери азота за счет улетучивания и денитрификации уравновешиваются поступлением этого элемента с осадками и при биологической фиксации.

Когда земельный участок осваивается под интенсивное сельскохозяйственное производство, азотный цикл претерпевает существенные изменения. При этом потери азота из системы больше его поступления, что неизбежно обедняет почву этим элементом.

Потери в виде Ш3

азот в почве

Рис. 3.3. Цикл азота в биосфере при естественном состоянии почвы

При сельскохозяйственном освоении территории увеличивается и число причин потерь азота из системы.

Наряду с возрастающей убылью азота из почвы в виде газообразных соединений значительно увеличивается вымывание азота нитратов. Азот безвозвратно выводится из системы и при сжигании растительных остатков. Значительное количество его отчуждается при потреблении сельскохозяйственной продукции на промышленные и другие нужды, а также поглощается сорняками.

Естественное поступление азота в цикл осуществляется в результате биологической фиксации его, с атмосферными осадками и оросительной водой. Лишь внесением азотных удобрений и навоза можно ликвидировать дефицит в азотном балансе и создать условия для сохранения и даже повышения плодородия почв. Потери азота и других питательных веществ из почвы и удобрений не только снижают продуктивность земледелия, но и вызывают эвтрофикацию водоемов, загрязняют грунтовые воды и обусловливают ряд других нежелательных явлений в окружающей природной среде.

Поэтому важно правильно управлять круговоротом питательных веществ в земледелии и создавать их активный баланс применением минеральных удобрений, предотвращая их потери в окружающую природную среду. Это одно из важнейших условий научного земледелия.

При условии возврата в почву питательных веществ, отчужденных с урожаем, растения захватывают из окружающей среды (атмосферы и верхних слоев земли) все большее количество биогенных элементов в свою сферу и тем самым способствуют возрастанию эффективного плодородия почвы. Нарушение баланса макро- и микроэлементов может существенно изменить химизм растений и тем самым нарушить нормальное питание животных и человека.

Минеральные удобрения как средство интенсификации земледелия по химическому составу не инородны живой природе и при разумном применении являются мощным фактором ее развития. Например, в каком бы виде ни вносили азот в почву - в составе органических или минеральных удобрений, в какой бы форме он ни поступал в растения - в нитратной, аммиачной, амидной или молекулярной, фиксированной бобовыми растениями, в конечном счете в самих растениях в синтезе аминокислот и белков может принимать участие только восстановленная форма азота СМИ*). Все остальные формы или в результате химических и биологических превращений в почве, или непосредственно в растениях восстанавливаются до аммония. Органические и минеральные удобрения как источник питательных элементов равноценны. Однако земледельцу легче работать с органическими удобрениями, так как они менее концентрированы. Так, по азоту 1 ц мочевины равноценен 10 т навоза. Нарушения в технологии применения минеральных удобрений приводят к созданию высоких концентраций питательных элементов в почве, которые в избыточном количестве поступают в растения, ухудшая качество продукции (как, например, нитраты и нитриты) или вызывая аммиачное отравление растений. Минерализация органических удобрений происходит постепенно в процессе вегетации растений и не создает в почве повышенной концентрации минеральных солей.

В то же время без минеральных удобрений нельзя создать положительного баланса питательных веществ в земледелии. Следовательно, удобрения необходимо применять в сельском хозяйстве так, чтобы они улучшали круговорот питательных элементов в земледелии. Это будет способствовать сохранению и улучшению состояния окружающей среды. Все это, несомненно, положительно скажется на количестве и химическом составе получаемой продукции.

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.

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. Применение же минеральных удобрений направляет весь круговорот биогенных элементов по расширенной спирали. В связи с этим исходным моментом для расширения производства растениеводческой продукции является увеличение в нужных масштабах применения минеральных удобрений.

При ускоряющемся развитии науки и техники в ближайшие столетия главным источником полноценной пищи для людей по- прежнему останутся сельскохозяйственные продукты, производство которых основано на использовании величайшего дара природы - плодородия почвы. Расширенное воспроизводство плодородия почвы - вот исходное условие для обеспечения непрерывного роста урожайности. Больше того, с ростом урожайности создаются более благоприятные условия для улучшения окружающей среды. А это возможно при активном балансе питательных веществ в земледелии.

Баланс питательных веществ - это количественное выражение содержания питательных веществ в почве на конкретной площади или объекте исследования (поле, севооборот, длительный станционарный опыт, хозяйство, зона, республика и т.д.) с учетом всех статей их поступления (внесение удобрений, природные источники и т.д.) и расхода (вынос с урожаем, естественные потери - вымывание, смыв, улетучивание и т.д.) в течение определенного промежутка времени.

Поступление питательных веществ обеспечивают следующие источники: 1) минеральные удобрения; 2) органические удобрения;

  1. растительные остатки; 4) посевной материал; 5) биологическая фиксация азота клубеньковыми и свободноживущими микроорганизмами; 6) осадки.

В расходной части учитывают: 1) вынос с урожаем основной и побочной продукции; 2) вынос с растительными остатками; 3) вымывание в грунтовые воды и смыв с поверхности; 4) потери в результате возможных эрозионных процессов; 5) газообразные потери и т.д.

Существуют методики определения каждого источника поступления и расхода питательных веществ. В исследовательских целях количественные величины статей баланса принимаются на основании данных экспериментов, а для практических целей чаще всего пользуются справочными данными. Хотя статьи баланса хозяйства, зоны, республики носят относительный характер и часто претерпевают существенные изменения в зависимости от природных и хозяйственных факторов, определение баланса питательных веществ имеет важное значение для оценки уровня химизации земледелия.

Для проведения глубоких теоретических исследований с учетом всех статей прихода и расхода большой интерес представляет изучение баланса питательных веществ в лизиметрах. Этот метод широко используется научно-исследовательскими учреждениями. Он позволяет более глубоко вскрыть закономерности изменения статей баланса и давать им научное объяснение. В этих опытах часто применяются удобрения с мечеными элементами. Например, результаты лизиметрических исследований, проведенных во ВНИИ удобрений и агропочвоведения на дерново-подзолистых почвах Нечерноземной зоны с применением стабильного изотопа азота 15Ы, показали, что из внесенного удобрения 30-60% азота используют растения, 15- 30 - аккумулируется в почве, 10-30 - теряется в результате улетучивания газообразных соединений и 1-5% вымывается с лизиметрическими водами.

В практических целях используют данные по биологическому, хозяйственному и внешнехозяйственному балансам.

Биологический баланс достаточно полно охватывает все статьи поступления питательных веществ, вовлекаемых в круговорот, в том числе поступления с корневыми и пожнивными остатками. Его можно использовать при оценке отдельных специализированных севооборотов.

Хозяйственный баланс базируется на учете выноса питательных веществ с основной и побочной продукцией и компенсации их за счет внесения минеральных и органических удобрений. Обычно он дает объективную агроэкономическую оценку системе удобрений в хозяйстве, зоне, республике и т.д.

Внешнехозяйственный баланс учитывает отчуждение питательных веществ с товарной продукцией за пределы хозяйства и поступление их с минеральными удобрениями. Он имеет важное значение при определении потребности в удобрениях и в значительной мере определяется специализацией хозяйства. Если хозяйства специализируются на производстве товарной продукции (например, свекле), то баланс будет более дефицитным, чем в хозяйствах, специализирующихся на производстве животноводческой продукции на собственной кормовой базе, где значительная часть питательных веществ возвращается в почву.

Баланс и круговорот отдельных питательных элементов в земледелии (азота, фосфора и калия) имеют свои особенности. Особый интерес представляет азот - основной носитель жизни.

Особенности баланса азота в системе почва-удобрение- растение заключаются в весьма высокой его подвижности. Азот - биогенный элемент, имеющий природные источники пополнения его запасов в почве. Потребность растений в питании этим элементом, как правило, бывает наибольшей.

Существенный источник пополнения активной части баланса - его биологическая фиксация симбиотическими и свободноживущими микроорганизмами. Поэтому при определении баланса азота в земледелии важно учитывать оптимальное сочетание технического, поступающего с удобрениями, и биологического азота.

Проблемы, связанные с круговоротом и балансом азота в системе почва-удобрение-растение-вода, изучаются по следующим наиболее важным научным направлениям:

  1. количественная и качественная оценка приходорасходных статей азотного баланса в биосфере;
  2. разработка приемов снижения потерь азота удобрений в окружающую среду, повышение эффективности азотных удобрений;
  3. разработка точных методов определения размеров накопления азота симбиотическими и свободноживущими азотфиксаторами;
  4. изучение механизма процессов денитрификации в полевых условиях, количественные показатели этих процессов;
  5. разработка мероприятий по предотвращению загрязнения природных вод остатками азотных удобрений;
  6. разработка методов контроля предельно допустимых концентраций (ПДК) нитратов и нитритов в товарной продукции сельскохозяйственных культур.

При любой системе удобрений нельзя рассчитывать на получение высокого урожая при дефицитном балансе азота в севообороте.

Особый научный и практический интерес представляют баланс фосфора в земледелии и его круговорот в экосистемах. Хотя живой организм и требует фосфора в несколько раз меньше, чем азота, но он является важнейшим биогенным элементом. Фосфор не только источник пищи для растений, но и носитель энергии, он входит в состав различных нуклеиновых кислот. При дефиците фосфора резко снижается продуктивность растений. В то же время фосфор не имеет

естественных источников пополнения запаса в почве, как, например, азот. Вынос фосфора с урожаем восполняется практически только за счет внесения фосфорных и органических удобрений. Поэтому нужно полагать, что в перспективе проблема фосфора как биогенного элемента в земледелии возникнет в первую очередь.

В атмосфере фосфор находится в небольшом количестве. Поэтому круговорот его относительно более прост, чем круговорот азота, т.е. в круговорот фосфора в экосистемах вовлечены лишь почва, вода и растения. Однако на доступность его растениям оказывают влияние многие факторы среды. Поэтому проблему фосфора особенно необходимо учитывать при определении перспективных систем земледелия.

Потери фосфора происходят в основном при эрозии почвы в составе мелкозема и жидкого стока. Выщелачивание фосфора на почвах среднего и тяжелого гранулометрического состава обычно не превышает 1 кг/га, и лишь на легких и торфяных почвах фосфора вымывается 3-5 кг/га.

Изучению баланса калия пока не уделялось должного внимания. Это объясняется тем, что, во-первых, высокое естественное содержание калия в почве ряда земледельческих зон часто не лимитировало урожай, во-вторых, наша химическая промышленность практически обеспечивала сельское хозяйство страны необходимым количеством калийных удобрений. Однако уже сейчас в ряде зон применение повышенных доз азота и фосфора приводит к значительному отрицательному балансу калия, а следовательно, к снижению урожая.

При анализе состояния круговорота питательных веществ в земледелии, а соответственно и баланса их в связи с применением удобрений важно учитывать уровень получаемых урожаев сельскохозяйственных культур. Поэтому рекомендации по применению удобрений для получения определенного уровня урожаев выращиваемых культур должны также предусматривать не только поддержание существующего уровня плодородия почвы, но и расширенного его воспроизводства.

Низкая культура земледелия и отрицательный баланс питательных веществ в севообороте - важнейшие причины, сдерживающие рост урожаев. Применение систем удобрения в агроценозе с учетом состояния баланса биогенных элементов позволяет не только получать планируемые урожаи сельскохозяйственных культур, но и способствует воспроизводству плодородия почвы. Методов балансовых расчетов много, они имеют специфику в зависимости от того, используется баланс для теоретического обоснования научного положения или для решения практических задач по оценке систем удобрений.

Особый интерес представляют исследования баланса питательных веществ в длительных стационарных опытах с удобрениями. В них точно учитываются многолетнее внесение по ротациям севооборота различных питательных элементов с удобрениями и вынос их с урожаями. Опыты проводятся в условиях, близких к производственным. Поэтому данными баланса, полученными в длительных стационарных опытах, вполне можно пользоваться как в научных, так и в практических целях. Баланс, установленный на основе таких опытов, - важное звено исследований для правильной оценки всех статей прихода и расхода питательных веществ на уровне хозяйства, зоны, республики и т.д.

Баланс фосфора определяется по разности между поступлением его в почву с удобрениями и семенами и отчуждением с полей с урожаем, а также потерями за счет эрозии. Это можно выразить уравнением

БР = (Ру + Рс) - (Рв + Рпэ), где БР - баланс фосфора, Ру - поступление фосфора с удобрениями, Рс - поступление фосфора с семенами, Рв - вынос фосфора с урожаем, РПэ - потери фосфора за счет эрозии.

Баланс калия (Бк) представляется как разность между поступлением его с удобрениями (Ку), семенами (Кс) и осадками (Ко) и выносом калия с урожаем (Кв), потерями за счет эрозии (КПэ) и вымывания из почвы (КПв)'

Бк = (КУ + Кс + К0) - (Кв + Кпэ + Кпв).

Поступление фосфора и калия с удобрениями и семенами устанавливается по их химическому составу и нормам высева. Величина поступления калия из атмосферы с осадками на территории нашей страны колеблется в пределах 2-6 кг/га К20.

Вынос фосфора и калия с урожаями сельскохозяйственных культур (Рв и Кв) устанавливается на основе содержания этих элементов в урожае основной и побочной продукции и величин урожая. Примерные размеры выноса представлены в табл. 3.15.

Потери фосфора и калия в результате эрозии почв (Рпэ и КПэ), по усредненным данным, составляют: для фосфора - 1,5-2, для калия - 3-5 кг/га.

Потери калия за счет вымывания удобрений (Кпв) ориентировочно составляют: для легких почв - 5, для тяжелых - 2% от внесенного количества.

По азоту учитываются следующие статьи прихода и расхода:

Bn = (Ny + Nc + N0b) - (Nb + Nnr + Nne),

где Бн - баланс азота, Ыу - азот удобрений, Ыс - азот, внесенный с семенами, Ыоб - размеры обогащения почвы биологическим азотом, Ыв - вынос азота растениями (основная и побочная продукция), ЫПг - газообразные потери азота, которые составляют от 15 до 25% от дозы, внесенной с азотными удобрениями, Ыпв - потери за счет вымывания из почвы.

Можно принять следующие суммарные минимальные величины газообразных потерь азота удобрений и почвы: для культур сплошного сева - 10-15, для пропашных культур - 15-20% от суммы всех статей прихода азота в почву.

3.15. Вынос питательных веществ урожаем сельскохозяйственных культур, кг (среднее на 1 т урожая с учетом побочной продукции)

Культура

N

р2о5

к2о

Зерновые

30,0

13,0

25,0

Зернобобовые

-

16,0

20,0

Лен-долгунец (волокно)

75,0

36,0

80,0

Лен-долгунец (семена)

106,0

53,0

93,0

Подсолнечник

65,0

25,0

170,0

Сахарная свекла

5,2

1,6

7,0

Картофель

5,0

1,8

7,5

Овощебахчевые

3,4

1,3

4,4

Силосные

3,3

1,2

3,9

Кормовые корнеплоды

5,0

1,6

8,0

Травы многолетние

-

-

-

Злаковые (сено)

16,0

6,0

19,0

Азот, внесенный с семенами, и вынос этого элемента из почвы с основной и побочной продукцией определяются аналитическим путем или по справочным данным. Поступление азота в почву с семенным материалом зависит от вида культуры, норм высева, содержания азота в семенах, структуры севооборотов. Например, при посеве зерновых колосовых вносят 4-6 кг/га азота, зернобобовых - 8-15, при посадке картофеля - 9-12 кг/га азота и т.д. В зависимости от типа и насыщенности севооборота той или иной культурой за ротацию с посевным материалом азота вносится 20 -50 кг/га и более.

Обогащение почвы биологическим азотом Е.П. Трепачев рекомендует определять по формуле

Nob = (Мпк 2,5% N) + (Мпу % N) • КФ - Ny (1 - КФ\ или Nob = Nb-Nb, где Nob - обогащение почвы биологическим азотом, кг/га; NB - биологический азот растительных остатков (кг/га); 2,5 - коэффициент

поправки на полноту учета органического вещества; Мпк - масса сухих пожнивно-корневых остатков (ц/га); Миу - масса потерь урожая за все укосы (ц/га); Кф - коэффициент азотфиксации (отношение количества фиксированного азота к общему); Ny - общий азот в урожае сена (кг/га) за все годы выращивания бобовых; NB - вынос азота с урожаем бобовых растений (кг/га).

Биологический азот растительных остатков (NB) определяется по формуле

NB = [(Мпк 2,5)% N + (Л/пу % N)] • Кф, а вынос азота из почвы бобовыми растениями -

NB = Ny (1 - Кф).

Приведем пример расчета величины обогащения почвы азотом в опыте с клевером.

Урожайность сена клевера за 3 года жизни 129,7 ц/га при средневзвешенном содержании азота 2,7%. Следовательно, суммарное потребление азота клевером составляет 129,7 - 2,7 = 350,2 кг/га. Пожнивно-корневые остатки (Мпк) после третьего года жизни составляют 71,8 ц сухого вещества с содержанием общего азота 2,3%, а масса потерь урожая за все укосы (Мпу) составляет 4,1 ц/га сухого вещества с содержанием общего азота 2,8%, усредненный коэффициент азотфиксации (Кф) равен 0,74. Подставив все данные в формулу

Nob = [(71,8 • 2,5) • 2,3 + (4,1 • 2,8)]- 0,74 - 350,2 • (1 - 0,74), получим обогащение почвы азотом, т.е. N0b = 222,9 кг.

Коэффициент азотфиксации (Кф) по результатам исследований научных учреждений принят для клевера, люпина, эспарцета равным 0,7, для люцерны - 0,8, для гороха и вики - 0,6. Коэффициент азотфиксации пожнивных остатков зернобобовых культур 0,3-0,4; а пожнивно-корневых остатков бобовых трав - 0,50-0,70. Если пожнивные и корневые остатки не определялись, то условно можно принять содержание азота в них равным половине содержания его в надземной массе.

Важным источником азота, поступающего в почву, является азотфиксация свободноживущими гетеротрофными и сапрофитными микроорганизмами. В отдельных почвенно-климатических условиях за счет несимбиотической азотфиксации связывается неодинаковое количество азота: в зоне северной тайги и тундры связывается несколько килограммов азота на 1 га, в дерново-подзолистых и серых лесных почвах - 15-20 кг/га, в черноземах - 30^0, а в тропиках и субтропиках - до 80 кг/га и более.

При расчетах баланса азота в длительном стационарном опыте в качестве минимальных нормативов можно принять следующие

величины (кг/га): для вариантов без удобрения и с дозами азота более 100 кг/га - 4-6, для вариантов со слабой степенью насыщения севооборота органическими и минеральными удобрениями - 6-10, при среднем насыщении севооборота органическими и минеральными удобрениями и известкованием кислых почв севооборота - 10-15, при повышенном насыщении севооборота органическими и минеральными (кроме азотных) удобрениями, известковании кислых почв и получении высоких урожаев всех культур севооборота - 15-20. Приход азота с осадками (N-N1^ и N-N03) составляет 5-6 кг/га в год, а иногда достигает 10-15 кг/га.

Весьма существенны потери азота в результате эрозии почв и от внутрипочвенного стока и инфильтрации в глубокие слои почвы (до уровня грунтовых вод). Ежегодные потери азота от эрозии, которые можно принять при расчете баланса, приведены в табл. 3.16.

3.16. Потери азота от эрозии, кг/га

Культура

Крутизна склона, град

lt;1

1-2

2-А

Пропашные

Зерновые яровые и зернобобовые Озимые зерновые Многолетние травы

5-10

3-5

2-3

0

10-15

5-8

3-5

2-3

15-30

8-15

5-10

3-5

В качестве минимальных нормативов потерь азота на почвах разного гранулометрического состава вследствие инфильтрации можно принять следующие величины (% от внесенного): тяжелосуглинистая 0-0,5, среднесуглинистая 0,5-1,5, супесчаная              2,0^,0,

песчаная              5,0-8,0.

Баланс гумуса в почве. Если минеральные удобрения улучшают круговорот и баланс биогенных элементов, то органические удобрения являются не только важным источником питательных элементов для растений, но и пополняют запасы гумуса в почве - одного из основных показателей ее потенциального плодородия. Органические вещества почвы являются регулятором расходования элементов питания и предотвращают непроизводительные потери питательных веществ от вымывания, образования газообразных продуктов и труднорастворимых минеральных соединений, повышают эффективность минеральных удобрений. Почвы с большим содержанием гумуса биологически активнее: в них выше численность микроорганизмов, разнообразнее видовой состав, интенсивнее продуцируется СО2, повышена ферментативная активность. Гумуси- рованные почвы отличаются лучшими физическими свойствами, водно-воздушным и тепловым режимами, устойчивы к эрозионным процессам. Особенно возрастает роль гумусированности почв при неблагоприятных погодных условиях. Поэтому проблема бездефицитного и положительного баланса гумуса в агрохимии и агропочвоведении - одна из важнейших.

Главные причины потерь гумуса пахотными почвами следующие:

  1. уменьшение количества растительных остатков, поступающих в почву, при смене естественного биоценоза агроценозом;
  2. усиление минерализации органического вещества в результате интенсивной обработки и повышения степени аэрации почв;
  3. разложение и биодеградация гумуса под влиянием физиологически кислых удобрений и активизации микрофлоры за счет вносимых удобрений;
  4. усиление минерализации в результате осушительных мероприятий переувлажненных почв;
  5. усиление минерализации гумуса орошаемых почв в первые годы орошения (в последующие годы поддержание гумуса стабилизируется и даже повышается);
  6. водная и ветровая эрозия почв.

Под естественной растительностью гумус накапливается довольно быстро, и количество его становится стабильным, т.е. запасы гумуса сохраняются практически неизменными. Распашка целинных земель без внесения органических удобрений приводит к быстрому падению содержания гумуса. При научной системе земледелия применение органических удобрений повышает процент гумуса.

Интенсивное земледелие должно предусматривать не только бездефицитный баланс гумуса, но и расширенное его воспроизводство. А это возможно при рациональном сочетании органических и минеральных удобрений с учетом специализации севооборотов и конкретных почвенно-климатических условий.

Основными путями компенсации минерализованного гумуса в почве являются:

  1. использование всех видов органических удобрений, а также сочетание их с минеральными туками;
  2. запашка сидератов, пожнивно-корневых остатков и др.;
  3. посев в севооборотах бобовых трав и бобово-злаковых травосмесей с преобладанием бобового компонента;
  4. использование соломы на удобрение по соответствующей технологии с добавлением азотных удобрений;
  5. использование на удобрение различных отходов органического происхождения.

Систему рационального использования органических удобрений для расширенного воспроизводства гумуса в почве необходимо рассматривать как важное звено научной системы земледелия.

Ориентировочные данные о ежегодной минерализации гумуса под различными группами сельскохозяйственных культур, полученные на основании размеров выноса ими почвенного азота и скорректированные материалами отечественных и зарубежных длительных опытов, можно представить следующими величинами (т/га): под зерновыми культурами - 0,5-1,0, пропашными - 1,5-2,5, под чистым паром - 2,0-3,5.

Наиболее простой способ определения расхода гумуса почвы на создание урожая - по количеству потребляемого культурой азота. При этом за среднее содержание азота в гумусе принимают 5%. Например, на создание урожая израсходовано растениями 100 кг азота. Это количество азота содержится в 20-кратном количестве гумуса, т.е. в 2 т/га.

Минеральные формы азота (1-3% от общего содержания) расходуются на создание урожая в первую очередь, а «активная» часть гумуса пополняет минеральные формы азота в почве. В практических условиях размер минерализации гумуса можно определить по формуле

Гм = (Уо -Кн + Уо-Кр- Кт) • 0,6 • 20, где Гм - количество минерализованного гумуса (ц/га); Уо - урожай основной продукции (ц/га); - вынос азота в пересчете на 1 ц основной продукции (включая побочную), кг; Кр - коэффициент выхода растительных остатков по отношению к основной продукции;

р - вынос азота 1 ц растительных остатков (кг); 0,6 - усредненный коэффициент выноса азота почвы по отношению ко всему выносу его растениями; 20 - коэффициент перевода азота в гумус.

Все необходимые исходные данные для использования в данной формуле можно найти в обычной справочной литературе для агрономов. Ежегодное восполнение гумуса за счет корневых и пожнивных остатков в среднем составляет (т/га): зерновых культур -

  1. 4-0,6, пропашных - 0,2-0,3, многолетних трав - 0,5-1,0.

Коэффициент гумификации представляет собой долю (или процентное содержание) углерода органических остатков, включившегося в гумусовые вещества почвы при полном их разложении. Коэффициент гумификации корневых и пожнивных остатков для зерновых культур и многолетних трав приравнивается к коэффициенту гумификации подстилочного навоза, а для пропашных культур - в 2 раза меньше. Коэффициент гумификации навоза составляет 20-25% при содержании сухого вещества 25-50%. Исходя из содержания сухого органического вещества в навозе и коэффициента гумификации, можно рассчитать потребность в навозе для поддержания бездефицитного баланса гумуса. Например, если содержание сухого органического вещества в навозе 25%, а коэффициент гумификации - 0,2, то из 1 т удобрения образуется 50 кг гумуса.

Чем больше накапливается гумуса, тем большая его часть представлена «активным гумусом», способным к интенсивной минерализации и поэтому расходующимся на питание растений.

Ожидаемый запас гумуса в почве за звено или полную ротацию севооборота определяют по формуле

  1. = 05о + *гЛ/)(1-*м), где - запасы гумуса через / лет (т/га); ?0 - исходные запасы гумуса (т/га); Кх - коэффициент гумификации свежих органических веществ в долях единицы (за единицу принимается А); А - количество поступающих в почву свежих органических веществ, т/га; / - время (годы), для которого рассчитывается запас гумуса; Км - коэффициент минерализации гумуса в долях единицы.

Широко применяются и другие расчетные методы.

Для определения необходимого количества органических удобрений для достижения запланированного содержания гумуса в почве на определенном поле севооборота можно воспользоваться формулой:

N = [М • Д/ + (ГН - ГС) - А • с1 • А/] (V- А/), где N - количество вносимых удобрений; ГС - запас гумуса в пахотном слое почвы, т/га; ГН - планируемый (оптимальный) запас гумуса в почве, т/га; с! - коэффициент гумификации настительных остатков; М - минерализация гумуса, т/га в год; V - коэффициент гумификации органических удобрений; А - ежегодное количество пожнивно-корневых остатков, поступающих в почву, т/га; Д/ - интервал времени, для которого составляется баланс, год.

Поскольку мероприятия по сохранению бездефицитного баланса гумуса или созданию положительного баланса требуют значительных затрат, важно достичь минимального уровня гумусирован- ности, при котором на данной почве возможно получение высоких урожаев. Эти величины составляют: для дерново-подзолистых почв 1,6-2,2%; для серых лесных - 2,8-3,0%; для черноземов - 4-5% и т.д.

Для определения общего объема накопления органических удобрений в хозяйстве можно принять следующие коэффициенты перевода их на стандартный навоз:

подстилочный навоз              -              1,0;

бесподстилочный навоз (10% сухого вещества) -              0,25;

торфонавозные компосты (1 : 1)              -              1,0;

солома              -              2,2;

птичий помет              -              1,4;

сапропель              -              0,25;

дефекат              -              0,25.

Для торфа и соломы коэффициент принят при условии использования их соответственно в составе торфонавозных компосгов, торфяного и подстилочного навоза.

По данным длительных стационарных опытов рассчитана примерная потребность различных пахотных почв в органических удобрениях для поддержания бездефицитного баланса гумуса в почве полевого севооборота. Для дерново-подзолистой суглинистой почвы на 1 га севооборотной площади ежегодно требуется 10-12 т навоза, для супесчаной - 12-15 т. Если же на супесчаной почве запахивается на удобрение люпин или другая сидеральная культура, то потребность в навозе для бездефицитного баланса гумуса снижается. Это зависит от количества запахиваемой массы и длительности севооборота. Коэффициент гумификации запахиваемой зеленой массы в 2-2,5 раза меньше, чем подстилочного навоза. В севообороте без многолетних бобовых трав указанные дозы навоза нужно увеличить на 20-30%. С повышением насыщенности севооборота пропашными культурами также возрастает потребность в навозе для поддержания бездефицитного баланса гумуса. Важным источником органического вещества почвы является солома, запахиваемая на удобрение. Коэффициент гумификации соломы в 1,5 раза меньше, чем навоза.

На серых лесных почвах, выщелоченных и типичных черноземах бездефицитный баланс гумуса достигается при внесении 6- 10 т/га навоза в зависимости от состава культур севооборота. На черноземах степной зоны без орошения для этого необходимо внести

  1. 6 т/га навоза, а при орошении потребность в навозе возрастает в 2-3 раза. Во всех случаях сохраняется система минеральных удобрений в севообороте. Для положительного баланса гумуса в почве дозы навоза необходимо увеличить. Эти данные вполне можно использовать в практической деятельности при наличии освоенных типичных севооборотов для конкретной зоны.

<< | >>
Источник: Минеев В.Г.. Агрохимия: Учебник. - 2-е изд., перераб. и доп.- М.: Изд-во МГУ, Изд-во «Колос». — 720 с., [16] л. ил.: ил. — (Классический университетский учебник).. 2004

Еще по теме КРУГОВОРОТ И БАЛАНС ПИТАТЕЛЬНЫХ ВЕЩЕСТВ И ГУМУСА ПОЧВЫ:

  1. Доступность питательных веществ почвы
  2. УДОБРЕНИЕ НАВОЗОМ И ПЛОДОРОДИЕ ПОЧВЫ Поступление питательных элементов и органического вещества
  3. СОДЕРЖАНИЕ ПИТАТЕЛЬНЫХ ВЕЩЕСТВ
  4. Действие и оценка питательных веществ навоз
  5. 3. Стабильность биосферы. Круговорот веществ и элементов
  6. Определение содержания питательных веществ в почве
  7. ОРГАНИЧЕСКОЕ ВЕЩЕСТВО ПОЧВЫ
  8. Влияние удобрения навозом на уровень и соотношение питательных веществ, вносимых с минеральными удобрениями
  9. Рост и баланс углерода
  10. Баланс энергии и микроклимат
  11. Образование и разложение гумуса
  12. ОБРАЗОВАНИЕ И РАЗЛОЖЕНИЕ ГУМУСА
  13.   КИСЛОТНО-ЩЕЛОЧНОЙ БАЛАНС У НОВОРОЖДЕННЫХ ТЕЛЯТ  
  14. Динамика содержания и фракционного состава гумуса
  15. Гумус и азот окультуренных почв