7. Баланс азота в земледелии России. Пути снижения потерь и повышения эффективности азотных удобрений.

Проведенные расчеты валового баланса азота в земледелии нашей страны на основе только сопоставления выноса этого элемента с урожаями сельскохозяйственных культур и поступления в почву (с минеральными удобрениями, навозом и за счет биологического азота) свидетельствуют, что дефицит азота уменьшился с 49 % в 1960г. до 15 % в 1980 г. В последующие 10 лет складывался практически бездефицитный баланс азота, а в отдельных регионах — положительный, с превышением поступления азота в почву над выносом с урожаями сельскохозяйственных культур более чем на 20 %.

Произошедшее затем резкое снижение масштабов применения азотных минеральных удобрений и навоза, а также поступления биологического азота, наряду с увеличением выноса азота сорной растительностью и его потерь за счет усиления эрозионных процессов, привело к резкому увеличению дефицита азота в земледелии России. По данным ЦИНАО, приходные статьи баланса (включая не только азот удобрений и фиксированный из атмосферы бобовыми культурами и свободноживущими азотфиксирующими микроорганизмами, но и поступивший в почву с семенами и атмосферными осадками) в 1996—1998 гг. в целом по России только на 60 % компенсировали суммарный вынос азота культурами и сорняками, потери его вследствие денитрификации, вымывания и эрозии почв. По регионам европейской части страны дефицит азота ниже, чем в среднем по стране, и составлял в Центральном 20 %, а в Поволжском и Северо-Кавказском — 30 % .

При оценке реального, или активного, баланса азота в земледелии необходимо учитывать коэффициент использования растениями этого элемента из удобрений. Потребление азота сельскохозяйственными культурами в течение севооборота (согласно данным разностного метода, т. е. коэффициента, рассчитанного по разнице выноса азота с урожаем при внесении и без внесения азота) составляет около 70 % из азотных удобрений и 50—60 % из навоза и пожнивно-корневых остатков бобовых трав. Реальные коэффициенты использования растениями азота удобрений, определенные с применением стабильного изотопа азота ¹⁵N, на 20— 30 % ниже, чем определяемые разностным методом. Для сохранения почвенного плодородия необходимо увеличить применение азотных удобрений при обязательном использовании источников биологического азота и всех резервов органических удобрений, включая все виды компоста и соломы.

Необходимо отметить, что в современных условиях при решении проблемы азота в земледелии страны исключительно важная роль принадлежит биологическому азоту, фиксируемому бобовыми растениями в симбиозе с клубеньковыми бактериями, а также свободноживущими и ассоциативными почвенными микроорганизмами.

Специалисты агрономического профиля должны четко представлять, что более широкое возделывание бобовых культур не только способствует лучшему обеспечению страны полноценным пищевым и кормовым белком, но и имеет важное значение в сохранении почвенного плодородия при дефиците органических и азотных минеральных удобрений, в повышении урожаев последующих культур севооборота, использующих после минерализации азот пожнивно-корневых остатков бобовых предшественников.

Наиболее эффективный путь увеличения поступления биологического азота в почву —это расширение посевов и повышение урожайности бобовых многолетних трав и зернобобовых, однолетних бобово-злаковых трав, за счет известкования и применения микроэлементов, а также повышение доли бобовых в смешанных травостоях. Выращивание бобовых создает хороший агрофон для земледелия и позволяет экономить за счет биологического азота более дорогой азот минеральных удобрений.

Повсеместно наблюдающееся в России в настоящее время истощение азотного фонда почв связано со снижением содержания в них органического вещества и резким падением уровня применения азотных минеральных удобрений. В отличие от фосфорных и калийных минеральных удобрений, азотные практически не обладают последействием. Подкисление почвы неизбежно приводит к ухудшению азотного питания растений вследствие снижения азотфиксации бобовыми культурами, свободноживущими азотфиксаторами и ассоциативной микрофлорой, торможения минерализации и последующей нитрификации почвенного азота, увеличения его потерь за счет «хемо-денитрификации».

Проводимые на различных почвах исследования с применением изотопа ¹⁵N показали , что в полевых условиях в год внесения растения используют лишь 30—50 % азота удобрений. Из наиболее распространенных азотных удобрений 25—45 % азота закрепляется в почве в органической форме, а 10—30 % — безвозвратно теряется из почвы. Использование растениями азота различных удобрений, внесенных до посева, оказалось довольно близким, однако закрепление его в почве в органической форме больше из аммонийных удобрений и мочевины, чем из нитратных удобрений, а потери — существенно ниже.

Главная причина потерь азота удобрений на связных почвах это процесс денитрификации вносимого азота. Наиболее интенсивно газообразные потери азота в ходе биологической и косвенной денитрификации происходят в первые 10—20 дней после внесения азотных удобрений и в условиях ограниченного биологического поглощения в почве. Потери, как правило, возрастают при увеличении доз азотных удобрений.

На связных почвах потери азота удобрений, происходящие за счет вымывания нитратов обычно незначительны и составляют не более 5% (чаще 1—3%) от внесенного количества, а на легких хорошо дренированных почвах с промывным режимом увлажнения (при орошении и в периоды выпадения избыточного количества осадков) они могут доходить до 10—25 %. Потери вследствие улетучивания аммиака наблюдают при нарушении технологии внесения аммиачных форм жидких азотных удобрений, а также при поверхностном внесении мочевины или несвоевременной заделке удобрений типа КАС на почвах, обладающих щелочной реакцией.

Уменьшение потерь и повышение эффективности азота удобрений обеспечиваются при увеличении степени его усвоения сельскохозяйственными культурами за счет оптимизации режима и условий питания растений. Это достигается за счет применения оптимальных доз и форм азота, приближения срока внесения удобрений к периоду интенсивного потребления азота, сбалансированного питания другими макро- и микроэлементами, локализации азотных удобрений в почве и т. д., а также агротехнических мероприятий, включающих создание благоприятной реакции почвы. Кроме того, эффективность азотных удобрений во многом зависит от степени обеспеченности почв этим элементом.

При внесении азотных удобрений, особенно в условиях достаточного увлажнения и на мелиорированных почвах, усиливается минерализация органического вещества и возрастают не только усвоение растениями почвенного азота, но и его потери. Потери азота удобрений и почвы могут быть снижены за счет усиления иммобилизации и (или) торможения минерализации органического вещества почв путем внесения органических удобрений, в том числе соломы, проведения агротехнических почвозащитных и природоохранительных мероприятий, выращивания пожнивных и промежуточных культур, возделывания трав, использования зеленого удобрения и т. д.

При систематическом применении азотных удобрений (особенно в дозах, необходимых для получения высокой урожайности) возникает экологическая опасность, связанная с накоплением в растениях избыточных количеств нитратов (и нитритов), а также с загрязнением ими водоемов и источников питьевой воды вследствие смыва, вертикальной миграции и подпочвенного стока. В связи с этим в России установлены регламенты доз азотных удобрений, соблюдение которых полностью исключает эти негативные явления.

Для того, чтобы уменьшить потери азота и снизить опасность загрязнения нитратами растениеводческой продукции и окружающей среды разрабатывают новые формы азотных удобрений — медленно-растворимые, капсулированные с контролируемой скоростью высвобождения азота, модифицированные ингибиторами нитрификации. Последние препараты при внесении в почву в относительно небольших дозах вместе с аммонийными, аммиачными удобрениями и мочевиной тормозят нитрификацию в течение 1,5—2 мес и сохраняют минеральный азот почвы и удобрений в аммонийной форме. Подавляя нитрификацию азота удобрений и последующую его денитрификацию, ингибиторы (как показали опыты с ¹⁵N) снижают в 1,5—2 раза его потери в газообразной форме и вследствие вымывания нитратов. В результате значительно повышаются урожайность различных культур и эффективность азотных удобрений.

Наиболее перспективно применение ингибиторов нитрификации с аммонийными удобрениями и мочевиной в районах орошаемого земледелия, особенно под рис, а также другие культуры в зоне достаточного увлажнения на легких почвах.