4. Научные основы питания растений и регулирование пищевого режима почвы

В системе агротехнических мероприятий, направленных на повышение плодородия почвы и урожайности сельскохозяйственных культур, использование удобрений занимает одно из важнейших мест. Научно обоснованное применение органических и минеральных удобрений, отвечающее местным, зональным особенностям, значительно увеличивает урожай всех культур и улучшает их качество. При рациональном внесении удобрений в растениях повышается содержание сахара, крахмала, жиров, белков и витаминов.

Д.Н. Прянишников – основоположник отечественной агрохимии – науки о взаимодействии удобрений, почвы и растений, круговороте веществ в земледелии и рациональном применении удобрений – отмечал, что странам Западной Европы потребовалось 100 лет для увеличения урожайности пшеницы с 0,7 до 1,6 т/га с помощью плодосмена и улучшения обработки почвы и 25 лет для повышения урожайности с 1,6 до 3 т/га за счет применения удобрений.

Органические и минеральные удобрения влияют на структуру почвы, реакцию почвенного раствора, интенсивность микробиологических процессов, тем самым активно участвуя в повышении ее плодородия. Унавоженные почвы отличаются меньшей кислотностью, большим количеством доступной растениям фосфорной кислоты, повышенным содержанием гумуса и общего азота, большей величиной степени насыщенности основаниями.

Однако при недостатке влаги в почве действенность удобрений значительно снижается, а при избытке ее часть питательных веществ может быть вымыта. На эффективность удобрений большое влияние оказывает окультуренность поля. При высокой засоренности, плохой обработке, нарушении агротехнических требований отдача от удобрений резко снижается.

Интенсивное земледелие, обеспечивая дальнейший рост урожаев, ускоряет вынос питательных веществ из почвы и разрушение гумуса. Регулирование этого процесса становится возможным благодаря внесению удобрений. В 80-е годы XX в. около 60% питательных веществ вносилось в почву с минеральными удобрениями. Применение органических удобрений составляло более 4 т/га ежегодно. С ними поступала почти половина питательных веществ, которые поставлялись сельскому хозяйству с минеральными удобрениями. К сожалению, в 90-е годы внесение органических удобрений сократилось более чем в 5 раз, а минеральных – в 10 раз. Дефицит гумуса достиг 0,52 т/га пашни, потребность в навозе для покрытия такого дефицита составляет 6,5 т/га. Поэтому одной из важнейших задач земледелия на ближайшую перспективу является восстановление объемов производства и применения минеральных и органических удобрений.

Все удобрения, применяемые в земледелии, делят на органические, бактериальные и минеральные.

4.1. Органические удобрения

К органическим удобрениям относят навоз, навозную жижу, птичий помет, торф, различные растительные компосты, сапропель, зеленое удобрение (сидераты). Они содержат важнейшие элементы питания, в основном в органической форме, и большое количество микроорганизмов. Действие органических удобрений на урожай культур сказывается в течение 3–4 лет и более.

Навоз. Это основное органическое удобрение во всех зонах страны. Он представляет собой смесь твердых и жидких выделений сельскохозяйственных животных с подстилкой и без нее. Применяя торф и резаную солому в качестве подстилки, можно почти вдвое увеличить количество органических удобрений. В навозе содержатся все питательные вещества, необходимые растениям, и поэтому его называют полным удобрением. Качество навоза зависит от вида животных, состава кормов, количества и качества подстилки, способа накопления и условий хранения.

Подстилочный (стойловый) навоз включает около 25% сухого вещества и около 75% воды. В среднем в таком навозе содержится 0,5% азота, 0,25% фосфора, 0,6% калия и 0,35% кальция. В его состав входят также необходимые для растений микроэлементы, в частности: 30–50 г марганца, 3–5 г бора, 3–4 г меди, 15–25 г цинка, 0,3–0,5 г молибдена на 1 т.

Кроме питательных веществ навоз содержит большое количество микроорганизмов (в 1 т 10–15 кг живых микробных клеток). При внесении навоза почвенная микрофлора обогащается полезными группами бактерий. Органическое вещество служит энергетическим материалом для почвенных микроорганизмов, поэтому после внесения навоза в почве происходит активизация азотфиксирующих и других микробиологических процессов.

В навозе лошадей и овец быстрее протекают микробиологические процессы разрушения органического вещества с выделением большого количества тепла. Более влажный навоз крупного рогатого скота разлагается медленнее, чем конский.

В состав стойлового (твердого) навоза наряду с выделениями животных входит также подстилка. Лучший материал, применяемый для подстилки, – торф, потому что он, поглощая жидкость и газы, не только повышает удобрительную ценность навоза, но и задерживает развитие бактерий, вызывающих инфекционные заболевания животных. В качестве подстилки хорошо также использовать солому и ее резку. Применение для подстилки древесных опилок приводит к тому, что в навозе уменьшается количество азота и повышается содержание трудноразлагаемой бактериями клетчатки. За стойловый период общий выход навоза составляет (т): от коровы 10, лошади 7, свиньи 2, овцы 0,9.

Различают четыре стадии разложения навоза, приготовленного на соломенной подстилке: свежий, полуперепревший, перепревший и перегной. В свежем навозе солома сохраняет свой цвет и прочность. В полуперепревшем она становится темно-коричневой, теряет прочность и легко разрывается. Масса полуперепревшего навоза по сравнению со свежим уменьшается на 20–30%. Перепревший навоз представляет собой однородную черную массу, в которой весьма трудно обнаружить отдельные соломины. В этой стадии навоз теряет до 50% массы. Перегной – рыхлая землистая однородная масса, составляющая не более 25% первоначальной массы.

Не следует доводить навоз до стадии перегноя или перепревшего, поскольку при длительном разложении количество азота и органических веществ уменьшается в 2–3 раза. Нельзя вносить в почву и свежий навоз, потому что в нем содержится много семян сорняков и возбудителей различных заболеваний. Кроме того, микроорганизмы, разлагающие клетчатку свежего навоза, потребляют из почвы растворимые соединения азота и фосфора и тем самым создают их дефицит. Наивысшую прибавку урожая получают при использовании полуперепревшего навоза.

Скорость разложения органического вещества зависит от условий увлажнения, температуры и аэрации навоза. Наиболее оптимальная влажность 55–75%. Существует несколько способов хранения навоза. При холодном, или анаэробном (анаэробы – микроорганизмы, способные жить и развиваться при отсутствии свободного кислорода), хранении его плотно укладывают в штабеля шириной 3–5 м и толщиной 2–2,5 м, утрамбовывая через каждый метр. Сверху штабель накрывают соломой или торфом. В этом случае навоз теряет меньше азота и органического вещества, чем при других способах хранения. Кроме того, азот остается в более подвижной и доступной для растений аммиачной форме.

Для биотермического обеззараживания от возбудителей желудочно-кишечных заболеваний и семян сорняков навоз хранят горячепрессованным способом. Рыхлоуложенные слои свежего навоза толщиной 80–100 см, прогревшиеся до температуры 60– 70^oС (на третий-пятый день), сильно уплотняют. Таким образом, укладывают не менее трех-четырех слоев, чтобы высота штабеля после уплотнения была не ниже 2 м. Укладывать навоз в мелкие рыхлые кучи (аэробный, или горячий, способ) не рекомендуется, поскольку происходят значительные потери элементов питания.

Навоз хранят на оборудованных площадках около животноводческих ферм, в поле, а также в навозохранилищах. Оптимальная масса навоза для хранения зимой в поле 100–200 т. При меньшей массе штабель сильнее промерзает, при большей – значительно снижается производительность навозоразбрасывателей.

Добавление к навозу фосфоритной муки резко сокращает потери азота. Навоз при этом быстрее разлагается, так как усиливаются микробиологические процессы, а фосфор фосфоритной муки переходит в форму, доступную для растений.

Навоз оказывает многостороннее действие как на почву, так и на растение. Он повышает концентрацию диоксида углерода в почвенном и надпочвенном воздухе, снижает кислотность почвы и подвижность алюминия, повышает насыщенность ее основаниями. При систематическом его внесении увеличивается содержание гумуса и общего азота в почве, улучшается ее структура, лучше поглощается и удерживается влага. Использование навоза существенно повышает урожайность всех культур в различных почвенно-климатических зонах нашей страны.

Эффективность навоза во многом зависит от дозы, времени, места и способов его внесения. В Нечерноземной зоне и в северных районах Черноземной зоны доза навоза обычно составляет 20–40 т/га. В менее увлажненных и засушливых районах на 1 га вносят 10–20 т навоза.

Наибольший эффект обеспечивает внесение навоза под основную обработку почвы. Перед началом обработки его равномерно разбрасывают по полю и тут же запахивают, так как он быстро высыхает и теряет свою ценность. Под озимые, идущие по чистым парам, навоз можно вносить весной перед двоением пара. Во всех других случаях весенняя запашка навоза дает меньший эффект, чем осенняя.

После внесения навоз немедленно запахивают, так как он быстро теряет удобрительную ценность. На тяжелых почвах навоз заделывают мельче (на 18–20 см), чем на легких (25–28 см), поскольку разложение в них идет медленнее. На легких почвах в зоне недостаточного увлажнения для повышения эффективности удобрения навоз запахивают глубже.

Бесподстилочный (жидкий) навоз накапливается в большом количестве на крупных животноводческих фермах и комплексах при бесподстилочном содержании скота и применении гидравлической системы уборки экскрементов. Такой навоз представляет собой смесь кала, мочи, остатков корма, воды и газообразных веществ, образующихся в период хранения. По содержанию влаги его разделяют на полужидкий (до 90%), жидкий (90–93%) и навозные стоки (свыше 93%).

Количество и качество бесподстилочного навоза зависят от вида и возраста животных, типа кормления, способа содержания скота и технологии накопления навоза. При влажности до 90% бесподстилочный навоз крупного рогатого скота содержит (%): азота 0,25–0,27, фосфора 0,09–0,44 и калия 0,30–0,76.

Под пропашные культуры рекомендуют вносить 40–90 т/га, под зерновые – 25–35, на луга – 50–60 т/га в два-три приема после укосов. Хорошие результаты дает компостирование жидкого навоза с торфом.

Для внесения бесподстилочного навоза применяют цистерны-разбрасыватели.

Навозная жижа. В сельскохозяйственном производстве навозную жижу широко используют как органическое удобрение. В среднем она содержит 0,25% N, 0,5% K₂O, 0,01% P₂O₅. Общее количество ее от одной коровы достигает 2–2,5 м³ в год.

Наиболее эффективна навозная жижа при смешивании с торфом и добавлении фосфоритной муки. Это удобрение можно применять под озимые, яровые зерновые и пропашные культуры. Доза внесения при глубокой заделке перед посевом под зерновые, картофель и корнеплоды – 15–20 т/га. Очень хорошо применять навозную жижу для подкормки растений во время вегетации, разбавляя ее в два-три раза водой, чтобы уменьшить потери азота и избежать ожогов растений. Подкормка этим удобрением из расчета 5–10 т/га повышает урожайность сахарной свеклы на 2–4 т/га и более. Хорошие результаты дает использование навозной жижи в таком же разведении водой для подкормки лугов и пастбищ, которые предварительно боронуют.

Птичий помет. Это полное быстродействующее удобрение. От одной курицы получают 5–6 кг помета в год, утки – 8–9, гуся – 10–12 кг. Содержание в помете азота, фосфора и калия колеблется в зависимости от вида птицы, количества и качества кормов. Куриный помет содержит 0,7–1,9% азота, 1,5–2% P₂O₅ 0,8–1% K₂o и 2,4% CaО.

Обычно птичий помет вносят под предпосевную культивацию зерновых и пропашных культур в дозе 0,4–0,7 т/га, при этом урожайность озимой пшеницы возрастает на 0,3–0,6 т/га, корнеплодов сахарной свеклы – на 4–5 т/га. Используют его и в качестве подкормки: разводят в 8–10 частях воды и вносят в почву культиваторами-растениепитателями.

Торф. Широко применяют в сельском хозяйстве как удобрение. Особенно много торфяников в северных и центральных районах Нечерноземной зоны, Республике Карелия, Новосибирской и Омской областях. Торф верховых, переходных и низинных болот значительно различается по химическому составу и качеству. Верховой торф (моховой) имеет невысокую зольность (2–5%) и содержит 95–98% органического вещества, небольшое количество азота, фосфора и калия. Низинный торф обладает более высокой зольностью (10–15%), содержит 85–90% органического вещества, до 3,5% азота. В земледелии больше используют низинный торф, особенно богатый известью (торфотуф) и фосфором (вивианитовый торф); кислотность его меньше, чем верхового торфа.

Перед основной обработкой почвы торф равномерно разбрасывают по полю. В Нечерноземной зоне особенно эффективно внесение торфа в чистом или занятом пару в дозе 30–40 т/га. При обработке почвы под пропашные культуры доза внесения этого удобрения составляет 20–30 т/га.

Сапропель (пресноводный ил). Это комплексное органоминеральное удобрение. Различные виды ила содержат 6–30% органического вещества и более, 0,2–2,1% азота, 0,1–0,4% фосфора и 0,1–0,6% калия. Сапропель используют в чистом виде и в компостах с навозом, навозной жижей. Дозы внесения под озимые 30– 40 т/га, под картофель, кормовые корнеплоды 60–70 т/га.

Компосты. Компост – органическое удобрение или смесь навоза с торфом, землей, фосфоритной мукой и т.п., разложившаяся под влиянием микроорганизмов. По эффективности равноценен навозу. В зависимости от составляющих компонентов компосты подразделяют на торфонавозные, торфожижевые и др.

Торфонавозные компосты готовят в поле. При весенне-летней заготовке на одну часть массы навоза берут одну–три части торфа, при зимней – одну часть. Наиболее распространен полосный способ: торф и навоз поочередно укладывают слоями 25–30 см в штабель шириной 4–5 м и высотой 1,5–2 м. Дозы торфонавозного компоста такие же, как и навоза (20–40 т/га).

Торфожижевые компосты готовят весной и летом. На 1 т торфа берут 0,5–1 т навозной жижи. Наиболее распространен следующий способ приготовления. Торф формируют в штабель высотой 1,5–2 м, на верху которого делают канаву глубиной 0,5 м, шириной 1 м и заполняют ее жижей. После впитывания жижи укладывают торф.

Зеленое удобрение. Так называют растения-сидераты, выращиваемые для последующей запашки в почву. В качестве сидератов используют бобовые культуры (многолетний и однолетний люпин, сераделлу, донник и др.), а также горчицу, гречиху, озимый и яровой рапс, озимую рожь, фацелию.

Зеленое удобрение воздействует на почву комплексно: способствует накоплению азота и гумуса, меньшему вымыванию минеральных веществ и более эффективному использованию осадков, предотвращает эрозию, улучшает физические свойства почвы, уменьшает засоренность полей (благодаря затенению и антагонистическому действию), снижает поражение грибными болезнями и вредителями и т.п. Его применяют как самостоятельное (сидерат запахивают на месте произрастания); укосное (сидерат скашивают и перевозят зеленую массу на ближайшее паровое поле); отавное (на месте произрастания запахивают послеукосную отавную массу и корневые остатки). Основной сидерат – люпин узколистный – запахивают за 20–25 дней до сева озимых (в фазе сизых бобиков): на легких почвах на глубину 15–20 см, на тяжелых – 12–15 см.