677

Следует знать, что некоторые микроорганизмы выделяют ядовитые для растений вещества или являются возбудителями различных заболеваний. В почве имеются также микроорганизмы, восстанавливающие нитраты до молекулярного азота (денитрификаторы) и вызывающие большие газообразные потери внесенного азота удобрений и минерализуемого почвенного азота.

Очевидна необходимость создания с помощью приемов агротехники и мелиорации почв оптимальных условий не только для роста и развития растений, но и для нормального функционирования почвенной биоты как важного фактора плодородия почв и питания растений, экологической устойчивости и безопасности сельскохозяйственного производства.

Аэрация – влияет на содержание кислорода и СО2. минимальное содержание кислорода в почве составляет 10%, при содержании его меньше 5% развитие корней может совершенно прекратиться. Наличие кислорода определяет окисли- тельно-восстановительный потенциал. При недостатке кислорода идѐт образование закисных форм. Аэрация оказывает сильное воздействие на жизнедеятельность почвенных микроорганизмов. Аэрация при оптимальной температуре усиливает поступление в растение, как катионов, так и анионов (табл. 13).

Таблица 13

Влияние аэрации на урожай помидор в условиях гидропоники (температура раствора, 14-20°С) [3]

Влияние удобрений. Внесение фосфорных и калийных удобрений способствует увеличению зимостойкости озимых культур. Это утверждение основано на способности фосфора ускорять созревание растений и повышать буферность клеточного сока за счѐт присутствия в нѐм катиона калия и минеральных форм фосфора. Известно также положительное влияние калия на синтез пектиновых веществ (что способствует утолщению клеточных стенок) и высокомолекулярных углеводов (прирост накопления сахаров достигает 35%), что, в свою очередь, повышает холодоустойчивость и способность растений к перезимовке.

Вцелом, устойчивость растений к низким температурам усиливается при обильном питании тем элементом, к которому они специфически требовательны: дополнительное азотное питание бобовых или усиленное калийное питание калиелюбивых культур (картофель, гречиха, подсолнечник и др.) смягчает отрицательное действие низких температур (ранневесенних или в течение вегетации).

При этом нужно помнить о взаимовлиянии элементов друг на друга. Например, известкование почвы под картофель, повышая долю кальция в почвенном растворе, за счѐт антагонизма этих двух элементов снижает поступление к растениям калия, что усиливает отрицательное воздействие низких температур на посадки картофеля. В такой ситуации дополнительное внесение калийных удобрений под картофель поможет снизить негативный эффект непродуманного известкования.

Взасушливых условиях положительное влияние на растения оказывает внесение калийных удобрений (так как калий, удерживая воду, способствует повышению оводнѐнности цитоплазмы) и фосфорных (так как обеспеченность рас-

52

тений фосфором в условиях недостатка воды резко снижена – фосфаты поступают в растения преимущественно диффузным путем). Это тем более важно, что обеспеченность растений азотом в засуху достаточно высока (азот поступает в растения преимущественно путем массового потока, то есть меньше зависит от количественной обеспеченности почвы водой).

Таким образом, применяя удобрения, можно корректировать влияние погодных условий текущего и предшествующего годов на развитие растений.

Так, если осенью выпадает много осадков, то весной следует внести азотные удобрения; в условиях избыточного увлажнения в текущем году растениям необходим калий, а при кратковременных весенних похолоданиях – фосфор; если осень была засушливой, в следующем году значительно возрастет роль фосфорных удобрений при снижении роли азотных; в целом отрицательное влияние засухи можно снизить, используя органические удобрения, и так далее.

Биологический и хозяйственный вынос питательных веществ сельскохозяйственными культурами,

понятие о круговороте и балансе веществ в земледелии

Важным показателем, который необходимо учитывать при определении потребности культур в удобрениях, являет-

ся вынос питательных веществ с урожаем.

Общая потребность сельскохозяйственных культур в элементах минерального питания характеризуется размерами биологического выноса – количеством этих элементов во всей формируемой биомассе растений, то есть в надземных органах и корнях. Биологический вынос можно разделить условно на хозяйственный и остаточный. Хозяйственный вынос включает содержание питательных веществ в отчуждаемой с поля ос-

53

новной и побочной продукцией. Остаточный вынос включает питательные элементы, которые остаются в поле в составе корневых и пожнивных остатков, листовом опаде, потерях зерна и половы, а также некоторого количества питательных элементов, перешедших из корней в почву.

Если нетоварную часть урожая (солому или ботву) оставляют в поле, то содержащиеся в ней питательные элементы не учитывают в хозяйственном выносе. Остаточная часть выноса составляет значительную долю от биологического выноса, особенно у многолетних трав (50-60%) и овощных культур (40-60% – у капусты белокочанной и огурца, 70-80% – у капусты цветной). У зерновых культур, картофеля, кукурузы на силос на остаточную часть выноса обычно приходится 20-35% от биологического. Питательные элементы из пожнивно-корневых остатков, опавших листьев вновь вовлекаются в круговорот, и в дальнейшем частично используются растениями.

В практических целях потребность сельскохозяйственных культур в питательных веществах характеризуют, как правило, размером их выноса с урожаем, то есть хозяйственным выносом. Вынос питательных элементов с урожаем сельскохозяйственных культур сильно различается (табл. 14), что обусловлено особенностями химического состава растений, колебаниями уровня формируемого урожая и изменением его структуры.

Относительное содержание элементов минерального питания в основной и побочной продукции разнообразных сельскохозяйственных культур определяется их видовыми особенностями, зависит также от сорта и условий выращивания. Содержание азота и фосфора значительно выше в хозяй- ственно-ценной части урожая – зерне, корне- и клубнепло-

54

дах, чем в соломе и ботве. Калия же больше содержится в соломе и ботве, чем в товарной части урожая.

Таблица 14

Примерный вынос основных питательных элементов с урожаем сельскохозяйственных культур [15]

Капуста, картофель, сахарная свѐкла, хлопчатник, подсолнечник, силосные культуры, кормовые и столовые корнеплоды для создания высокого урожая потребляют гораздо больше питательных веществ, чем зерновые.

Вынос питательных веществ растениями из почвы возрастает с увеличением урожая. Однако прямой пропорциональности между величиной урожая и размером выноса основных питательных элементов часто не наблюдается. При большем уровне урожайности затраты питательных веществ на формирование единицы продукции обычно снижаются.

Наследственная природа каждого вида растений определяется не только количеством выносимых элементов, но и соотношением. Основная часть сельскохозяйственных культур больше выносит азота, меньше – калия и ещѐ меньше – фосфо-

55

ра (табл. 15). В урожае зерновых колосовых культур соотношение N:P2O5:K2O колеблется в небольших пределах и составляет 2,5-3:1:1,8-2,6, то есть в среднем потребление азота в 2,8 раза, а калия в 2,2 раза больше, чем фосфора.

Для сахарной свеклы, кормовых и овощных корнеплодов, картофеля, плодово-ягодных, подсолнечника, капусты, лука и некоторых других культур характерно гораздо большее поглощение калия, чем азота, и соотношение N:Р2О5:К2О может составлять 2,5-3,5:1:3,5-5,0.

Таблица 15

Соотношение азота, фосфора и калия в урожае различных культур, [15]

Вынос микроэлементов с урожаем сельскохозяйственных культур составляет лишь десятки или сотни граммов на 1 га (табл. 16), и потребность во многих из них может полностью удовлетворяться за счѐт почвы и внесения органических удобрений, а нередко только за счѐт запасов в семенах. Например, для формирования урожая растения потребляют с 1 га от 20 до 250 г бора. Вынос марганца с урожаем различных культур колеблется от 100 до 700 г/га, вынос меди измеряется десятками граммов с 1 га, а цинка – от 0,07 кг (капуста) до 1,5 (картофель, горчица) и 2,2 кг (сахарная свѐкла) с 1 га.

56

Нормальное питание растений обеспечивается при оптимальном соотношении питательных веществ, поступающих в корневую систему. Доказано, что недостаток фосфора даже при обильном снабжении азотом приводит к заметному ухудшению азотного обмена в растении, ослабляется синтез белков, увеличивается количество растворимых соединений азота. Резкое преобладание азота сказывается отрицательно на синтезе углеводов. Преобладание калия над азотом и фосфором не оказывает существенного влияния на поступление азота и фосфора, но при недостатке калия существенно снижается синтез белка и значительно возрастает содержание аммиачного азота.

У корне- и клубнеплодов, подсолнечника, в зависимости от условий выращивания, может сильно изменяться структура урожая. Это вызывает резкие различия в размерах потребления основных питательных элементов и соотношении между ними. Например, в лесостепных районах на каждые 10 т урожая корнеплодов и соответствующего количества ботвы сахарная свѐкла потребляет 50 кг N, 15 – Р2О5 и 60 кг К2О. В Нечерноземной зоне свѐкла формирует больше ботвы, и на каждые 10 т корнеплодов ей требуется 80-100 кг N, 35 – Р2О5 и 145 кг К2O

(табл. 17).

Самое продуктивное использование растениями питательных веществ из почвы и удобрений обеспечивается при наиболее благоприятных почвенно-климатических условиях,

57

высоком уровне агротехники в сочетании с правильным применением удобрений. Одновременно достигается минимальное потребление питательных элементов на единицу урожая товарной продукции.

Таблица 17

Вынос N, P2O5, K2O 100 ц корней сахарной свеклы и соответствующим количеством ботвы, кг, [21]

Одной из главных задач агрохимии является изучение круговорота веществ в земледелии.

Внесение минеральных удобрений позволяет вводить в

круговорот веществ в земледелии новые количества элементов питания растений, а внесение навоза и других отходов животноводства и растениеводства – повторно использовать часть питательных веществ, уже входивших в состав предыдущих урожаев (рис. 4).

Баланс элементов питания оценивается при сопоставлении суммарного количества поступивших в почву и отчуждаемых из неѐ питательных веществ. Как и любой баланс, баланс элементов питания в почве состоит из приходной и расходной частей. Приходные статьи баланса включают в себя поступление питательных элементов с минеральными и органическими удобрениями, с семенами, атмосферными осадками, а также азот, фиксируемый симбиотическими клубеньковыми бактериями бобовых культур и несимбиотическими свободноживущими бактериями. Расходные статьи баланса включают отчуждение элементов питания с урожаями, потери от эрозии почв, вымывания и денитрификации азота.

58

Рис. 4. Круговорот веществ в земледелии

Научно-обоснованное применение удобрений обеспечивает управление круговоротом питательных веществ и создаѐт их активный баланс благодаря применению минеральных удобрений.

Поддержание положительного баланса и активного биологического круговорота элементов в земледелии – основа продуктивности агросистем.

Требования растений к условиям питания в различные периоды их роста. Динамика потребления

питательных веществ в онтогенезе

Растения в разные периоды роста и развития предъявляют неодинаковые требования к условиям внешней среды, в том числе к условиям питания.

Поглощение элементов питания в период роста растений происходит неравномерно. Недостаточная обеспеченность питания в тот или иной период их жизни ведѐт к снижению урожая и ухудшению его качества. Следует различать

59

критический период питания, когда потребление может быть ограниченным, но недостаток элементов питания в это время резко ухудшает рост и развитие растений, и период максимального поглощения, который характеризуется наиболее интенсивным потреблением питательных элементов.

У всех растений критическим периодом является фаза всходов, когда корневая система слабо развита и не может усваивать достаточно питательных веществ из почвы. В прикорневой зоне в этот период питательные элементы должны находиться в легкорастворимой форме, но концентрация их не должна быть высокой. Высокая требовательность растений к минеральному питанию в этот период связана с началом интенсивных процессов дифференциации продуктивных органов. Последующее нормальное питание азотом, фосфором не может исправить ущерба, нанесѐнного в начале роста. Недостаток фосфора в раннем возрасте настолько сильно угнетает растения, что урожай резко снижается даже при обильном питании фосфором в последующие периоды (табл. 18).

Следовательно, критический период – это такой период в жизни растений, когда недостаток или избыток элементов питания приводит к необратимым физиолого-биохимическим и морфологическим изменениям.

Вторым периодом, в котором растения весьма чувствительны к недостатку элементов питания, является период интенсивного накопления вегетативной массы, у зерновых вы-

60