Баланс элементов питания за ротацию севооборота является важной составной частью системы удобрения.

Он характеризует степень соответствия приходных и расходных статей элементов питания за определенное время. Баланс может быть планируемым (предлагаемым в проекте системы удобрения) и реальным, сложившимся за ротацию севооборота.

В сельскохозяйственной практике составляют три вида (уровня) баланса: в севообороте, внутрихозяйственный и внешнехозяйственный (для региона, страны).

Анализ системы удобрения в хозяйстве проводят путем составления полного или упрощенного баланса элементов питания. В упрощенном балансе проводят сопоставление количества элементов питания вносимых с органическими и минеральными удобрениями с хозяйственным выносом питательных веществ (выносом основной и побочной продукцией). Полный баланс основан на более детальном учёте приходных и расходных статей. Приходная часть включает поступление элементов питания с удобрениями, семенами, осадками, поступление азота за счет симбиотической и несимбиотической фиксации. К расходным статьям относят отчуждение элементов питания с урожаем, потери в результате вымывания, денитрификации и эрозии. Баланс выражается в кг/га или в % (интенсивность баланса).

Баланс элементов питания позволяет контролировать приходные и расходные статьи, прогнозировать и планировать изменение агрохимических показателей плодородия почвы.

Баланс азота, фосфора и калия . Достоверный баланс элементов питания в хозяйстве или севообороте может быть составлен лишь при строгом количественном учете приходных и расходных его статей. В большинстве хозяйств контролируется в основном внесение в почву минеральных и органических удобрений. Остальные статьи баланса определяют по средневзвешенным показателям, которые могут существенно отличаться от действительных.

Таким образом, в связи со значительными колебаниями показателей приходных и расходных статей полного хозяйственного баланса при его составлении приходится пользоваться усредненными нормативными показателями. Например, приход азота за счет азотфиксация свободно живущими микроорганизмами колеблется в пределах 4-9 кг/га, симбиотической фиксации азота зернобобовыми культурами — 4090 кг/га, с осадками 3-12 кг/га. Широкие колебания характерны также для потерь азота в результате денитрификации (около 15-30% от внесённого с удобрениями), вымывание нитратов (5-15 кг/га), эрозии почвы (5-25 кг/га) и др.

Потери калия и фосфора происходят лишь на легких песчаных почвах в зоне достаточного увлажнения и на почвах подверженных эрозии.

Следует отметить, что при составлении полного баланса элементов питания в севообороте и хозяйстве расходные статьи (денитрификация, вымывание) значительной мере компенсируются приходными статьями (приход с осадками, за счет азотфиксации), поэтому для оценки направленности изменения плодородия вполне достаточно пользоваться упрощенным балансом питательных веществ.

Для оценки состояния баланса используют следующие показатели:

1. Структура баланса — характеризует долевое участие (%) отдельных приходных и расходных статей элементов питания в балансе;
2. Емкость баланса определяется суммарным количеством элементов питания приходной и расходной части баланса.
3. Коэффициент возврата (возмещения) выноса (КВВ) — отношение прихода элементов питания к их расходу. Ели оно больше 1, то баланс положительный количественно настолько, насколько КВВ больше 1,0; при КВВ = 1,0 — баланс нулевой, а при КВВ меньше 1,0 — баланс соответственно отрицательный.
4. Интенсивность баланса — отношение прихода элементов питания к их расходу выраженное в %, в процентах. Например, если приход фосфора (Р 2 О 5) составляет 60 кг/га, а расход (вынос урожаем и другие расходные статьи) 50 кг/га, то интенсивность баланса составляет (60:50·100) = 120%.
5. Балансовый коэффициент (коэффициент выноса) — отношение выноса (кг/га) элементов питания растениями к их внесению (кг/га) с удобрениями, выраженное в %. Так, если вынос азота урожаем составляет 90 кг/га, а внесено 60 кг/га, то коэффициент выноса равен 150.

Баланс элементов питания — это разница (кг/га, г/м 2) или отношение, выраженное в долях от единицы или в процентах, всех приходных и расходных статей элементов в агроценозе за определенный промежуток времен.

Баланс может быть положительный (обозначается знаком «+»), если приход элементов питания больше расхода на определенную величину (кг/га, г/м 2); отрицательный или дефицитный (обозначается знаком «-»), если приход элементов меньше, чем их расход; нулевой (бездефицитный, уравновешенный, со знаком «0»), если приход питательных веществ равен расходу.

Балансовый коэффициент (Б к) использования элементов питания из удобрений — отношение расхода элементов, к их приходу, выраженное в долях или в процентах. Если балансовый коэффициент менее 1,0 (100), то баланс элементов питания в агроценозе будет положительный, при значениях Бк более 1,0 (100%) — баланс отрицательный.

Содержание гумуса в почве находится в постоянном динамическом равновесии. Несмотря на относительно высокую устойчивость гумуса к микробиологическому разложению (его возраст составляет 500 — 5000 лет) в почве постоянно происходят процессы его минерализации и новообразования. Поэтому гумусовое состояние почв зависит от того, какой из этих процессов преобладает — минерализация или гумификация.

Количество гумуса является одним из важнейших показателей почвенного плодородия. Его запасы в значительной степени определяют агрохимические, агрофизические и биологические свойства почвы. Богатые гумусом почвы отличаются высокой буферностью в отношении многих факторов — пищевого, водного, температурного и воздушного режимов. В таких почвах снижаются потери элементов питания от вымывания, повышается скорость разложения пестицидов, уменьшаются затраты растений, особенно корне — и клубнеплодных, на механическую работу их корневой системы на деформацию и смещение почвенных агрегатов во время роста, значительно снижаются энергетические затраты на обработку почвы. Содержание гумуса зависит от почвенно-климатических условий, структуры посевных площадей, интенсивности обработки почвы, количества применяемых удобрений и мелиорантов. При длительном использовании почв в качестве пашни гумус непрерывно минерализуется, а элементы питания отчуждаются с урожаем или в результате непроизводительных потерь. Наибольшие потери гумуса вследствие его минерализации и эрозионных процессов происходят в парующей почве и под пропашными культурами по сравнению с многолетними травами и зерновыми культурами.

Закон возврата веществ, в почву, который впервые был сформулирован в 1840 г. автором теории минерального питания растений Ю. Либихом является одним из ключевых, основополагающих законов в земледелии. Сущность закона в следующем: для сохранения плодородия почвы, все элементы питания, которые отчуждаются из почвы растениями или в ходе каких-либо других процессов необходимо возвратить.

Закон равнозначности, незаменимости факторов роста и развития растений. Определение состояния баланса элементов питания в севообороте, позволяет контролировать направленность и интенсивность изменения содержания элементов питания в почве отдельных полей и севооборота в целом, прогнозировать экологическое состояние агроландшафтов и прилежащей территории, регламентировать количество и состав применяемых удобрений;

Расчет баланса для конкретных полей проводят на основе реальных данных о приходе и расходе элементов питания. При отсутствии результатов отдельных статей баланса, пользуются усредненными справочными данными или рекомендациями, разработанными региональными научными учреждениями. Поэтому баланса элементов питания при использовании для расчета усредненных данных является примерным.

Система почва-растение-удобрения обладает большой динамичностью, поэтому прогнозировать характер взаимодействия этих трех основных компонентов системы, представленный Д. Н. Прянишниковым в виде треугольника, довольно сложно из-за непредсказуемости погодных условий, распространения болезней и вредителей.

Оказывает не только большое влияние на увеличение урожайности сельскохозяйственных культур, но способствует увеличению потенциального плодородия почвы. Характер этих изменений находится в тесной зависимости от складывающегося баланса основных питательных веществ в земледелии: соединений фосфора, азота и калия. При положительном балансе, т.е. когда поступление в почву элементов питания превышает их вынос с урожаем, происходит увеличение плодородия почвы, при отрицательном - уменьшение.

В период интенсивной сельского хозяйства баланс азота, фосфора и калия в целом по России складывался положительно, и практически повсеместно наблюдалось постепенное накопление питательных веществ в пахотных почвах. Темпы этого накопления заметно различались по зонам страны и наиболее высокими были в Нечерноземной зоне.

В зоне распространения дерново-подзолистых почв возмещение выноса фосфора урожаем в сумме за 1971-1990 гг. составило 44,2 %, или сверх выноса было внесено более 800 кг/га Р2О5. В результате средневзвешенное содержание подвижного фосфора увеличилось с 62 до 137 мг/кг почвы, или более чем в 2 с лишним раза. На серых лесных почвах внесение фосфора за этот же период превысило вынос с урожаем почти на 500 кг/га, что позволило поднять средневзвешенное содержание Р205 с 57 до 112 мг/кг. Отмечено также увеличение запаса подвижного фосфора на и каштановых почвах, но в несколько меньших размерах.

В настоящее время, когда применение удобрений в стране резко сократилось, создались предпосылки для обратного процесса: обеднения почв питательными веществами.

Для оценки размеров и скорости данного процесса представляют интерес сведения о балансе питательных веществ в земледелии различных почвенно-климатических зон и регионов страны. Агрохимическое обследование конкретных участков проводится не ежегодно, а периодически - один раз в 5-10 лет. Для получения представлений о возможных изменениях содержания питательных веществ в почве, которые могут произойти между циклами обследования, требуется ежегодное определение баланса питательных веществ в земледелии. Это позволит прогнозировать направленность изменений агрохимических свойств почвы и давать научно обоснованные рекомендации по сохранению или повышению почвенного плодородия, рациональному использованию ограниченных ресурсов удобрений.

Исходной информацией для определения баланса азота, фосфора и калия являются статистические данные о внесении минеральных и органических удобрений, данные об урожайности и валовых сборах возделываемых сельскохозяйственных культур, данные о структуре посевных площадей.

В расходной части баланса учитывался вынос питательных веществ с урожаем всех сельскохозяйственных культур, возделываемых на пахотных почвах, в приходной части - поступление азота, фосфора и калия с минеральными и органическими удобрениями.

Из-за большого разнообразия почвенно-климатических и организационно-экономических условий России ситуация в каждом регионе складывается по-разному, поэтому определение баланса было выполнено в земледелии всех субъектов Российской Федерации.

Анализ баланса питательных веществ в земледелии России в 2001 г. свидетельствует, что его основной особенностью является ярко выраженный дефицитный характер. Одной из причин этого является весьма незначительный уровень применения минеральных и органических удобрений. В среднем по стране в 2001 г. на 1 га пашни было внесено 12 кг минеральных удобрений азота, фосвфора, калия, а вместе с органическими удобрениями - 21,4 кг.

Наименьшее количество удобрений было использовано в Сибири: в среднем 5,1 кг/га с отклонениями от 0,1 кг/га в Республике Тыва до 14,3 кг/га в Красноярском крае.

При сложившемся уровне применения удобрений дефицит азота в целом по Российской Федерации в 2001 г. составил 24,6 кг/га, фосфора - 6,6 кг/га и калия - 33,6 кг/га, или в сумме - 64,8 кг/га. Ни в одном субъекте Российской Федерации ни по одному элементу баланс не был положительным.

Оценка баланса питательных веществ по его интенсивности показала, что в целом по Российской Федерации возмещение выноса азота с урожаем составило 32 %, фосфора - 38 % и калия - 15 %.
Согласно основателю агрохимии в России Д.Н. Прянишникову, для поддержания плодородия почв и наращивания урожаев необходимо возвращать полям не менее 80 % потребленного урожаями азота, 100 % - фосфора и 70-80 % - калия в виде органических и минеральных удобрений.

По данным Государственной агрохимической службы Российской Федерации на 1 января 2001 г. 53 млн га, или 42,6 % имеют низкое содержание гумуса; 36,7 млн га пахотных земель, или 31,7 % - повышенную кислотность; 24,2 млн га, или 19,5 % - низкое содержание подвижного фосфора и 11,2 млн га, или 9% - низкое содержание обменного калия. За период 1992-2001 гг. посевная площадь по России сократилась на 29,2 млн га, или 25,5 %, в том числе под зерновые культуры - на 16,3 млн га, или 26,3 %; лен-долгунец - на 219 тыс. га, или в 2 раза; сахарную свеклу - на 633 тыс. га, или 44 %; кормовые культуры - на 13,4 млн га, или 31,5 %.

2.5 Баланс питательных веществ в севообороте

Критерием экологической безопасности системы применения удобрений, ее влияния на плодородие почв является баланс важнейших элементов питания - азота, фосфора, калия, кальция и др. Баланс питательных веществ - это количественное выражение содержания питательных веществ в почве на конкретной площади или объекте исследования (поле севооборота, севооборот, хозяйство, зона, область и страна) с учетом всех статей их поступления (внесение удобрений, природные источники и др.) и расхода (вынос урожаем, естественные потери в результате вымывания, улетучивания и т. д.) в течение определенного промежутка времени (В. Г. Минеев).

Выделяют баланс биологический, хозяйственный и внешнехозяйственный.

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

Хозяйственный баланс основывается на учете выноса питательных веществ с основной и побочной продукцией и их поступление за счет внесения минеральных и органических удобрений.

Внешнехозяйственный баланс учитывает отчуждение питательных веществ за пределы хозяйства и поступление их с минеральными удобрениями.

Баланс азота, фосфора и калия имеет свои особенности. Азот в системе почва - удобрение отличается высокой подвижностью. Другая особенность баланса азота - его биологическая фиксация симбиотическими и свободноживущими микроорганизмами.

Фосфор не имеет естественных источников пополнения запаса в почве. Потери происходят в основном за счет эрозии почв. Вымывание из суглинистых и глинистых почв не превышает 1 кг/га и лишь на песчаных и торфяных почвах достигает 3-5 кг/га. Отчуждение фосфатов происходит главным образом с урожаем сельскохозяйственных культур.

Баланс калия характеризуется большими почвенными ресурсами. Однако при длительном с.-х. использовании содержание доступного растениям обменного калия уменьшилось до среднего уровня обеспеченности, поэтому калийные удобрения являются обязательным компонентом системы удобрения, а баланс калия служит важным показателем ее эффективности в деле сохранения и повышения плодородия почв.

Количественные показатели баланса питательных веществ в конкретных почвенно-климатических условиях являются экологическим показателем позволяющим оценить степень изменения основных элементов эффективного плодородия почв, возможность возрастания содержания химических веществ до уровня при котором происходит нарушение роста и развития растений. Кроме того, результаты баланса служат показателями контроля качества получаемой сельскохозяйственной продукции с конкретных территорий, так как при положительном балансе элементов возрастает опасность увеличения их концентрации до опасных уровней.

Баланс питательных веществ составляют на ротацию севооборота. Расчет баланса азота представлена в таблице 15. При расчете поступления азота с семенами следует учесть весовые нормы посева семян и содержание в них основных элементов питания.

Расчет баланса по фосфору и калию представлен в 16 таблице.

При оценке баланса необходимо использовать рекомендации классиков отечественной агрохимии. Если баланс фосфора, калия, кальция и других элементов оказался отрицательным, а по азоту составил менее 80%, необходимо пересмотреть всю систему удобрений и наметить мероприятия, исключающие снижение плодородия почв. Если фонд обменного калия и степень насыщенности поглощающего комплекса кальцием высоки (тем более при наличии свободных карбонатов), то отрицательный баланс К2O и СаО временно допустим. Баланс фосфора в севообороте должен быть на уровне 100%, а чаще несколько более.

По азоту положительный баланс недопустим, так как опасен для окружающей среды. При его величине менее 80% возрастают потери гумуса, происходит его обеднение азотом, снижается биологическая активность почвы.

Таблица 15 –Баланс азота за ротацию севооборота

В интенсивном растениеводстве нужно обеспечивать бездефицитный баланс органического вещества в почве, является предпосылкой сохранения и повышения его естественного плодородия. Чтобы этого достичь, необходимо использовать все возможные источники поступления органического вещества в почву - навоз, мочевину, сидераты, различные компосты, птичий помет, солому, корневые и стерневые остатки, прудовой ил, озерный сапропель и тому подобное. Конечно, основным источником возврата органических веществ в почву является навоз и питательные и корневые остатки культур. В среднем 1 т подстилочного навоза дает около 30 кг гумуса.

Внесение органических и минеральных удобрений повышает качество гумуса, которая определяется соотношением гуминовых и фульвокислот. Если это соотношение больше единицы, гумус качественный, а тип гумусовых веществ гуматно-фульватно, если более двух - гуматный.

Гумусовые вещества должны быть клейкими и содержать кальций. Свежие гумусовые вещества, прежде всего гуматы кальция, обеспечивают водостойкость почвенной структуры.

Максимальные урожаи сельскохозяйственных культур получают, как правило, при внесении органических и минеральных удобрений, так как это способствует более эффективному использованию питательных веществ удобрений и почвы. Конечно, могут быть и исключения. Например, потребности в питательных веществах высеянной после донника белого пшеницы полностью удовлетворяются в этом случае можно обойтись практически без внесения минеральных удобрений.

Внесение полного минерального, органических и органо-минеральных удобрений обеспечивает прирост урожая практически всех культур. В то же время нет единого мнения о целесообразности внесения повышенных и даже обычных норм минеральных азотных удобрений под бобовые, в частности, под люцерну, эспарцет, клевер, горох, вику яровую, донник и др. Считается, что даже небольшие дозы азота (N 40-60 ) подавляют деятельность клубеньковых бактерий. Понятно и то, что высоких урожаев только за счет азотфиксации невозможно достичь. Так, в исследованиях М. Ю. Хомчака, А. И Зинченко, Μ. Т. Дзюгана в Уманской государственной аграрной академии, В. П. Малого в условиях западной Лесостепи урожайность люцерны при внесении только фосфорно-калийных удобрений была на 27-36% ниже по сравнению с ее урожайностью в вариантах, где вносили полное минеральное удобрение, в котором азота было до 120 кг / га.

В Лесостепи при внесении фосфорно-калийных удобрений (иногда и без них) урожаи люцерны составляли 300-320 ц / га, азотного - 420-480 ц / га, на орошаемых землях - соответственно 460-480 и 650-800 ц / га. По 750-800 ц / га зеленой массы люцерны собирали на орошаемых площадях в хозяйствах Шполянского района Черкасской области при внесении высоких норм азота (250-300 кг / га действующего вещества), внося его под каждый укос в виде аммиачной воды. В исследованиях А. И. Зинченко, М. Ю. Хомчака в госхозов "Бабанский" Уманского района при внесении весной по 150-160 кг / га азота урожайность люцерны достигала 440 ц / га только за первый укос.

Итак, азотные удобрения должны быть неотъемлемой составной технологий выращивания также зернобобовых и бобовых кормовых трав, за исключением полей, где перед посевом (например, люцерны) под зяблевую вспашку или под предшественник вносили достаточное количество органических удобрений.

При концентрации скота в хозяйстве более 100 условных голов и утилизации прошлогодней соломы производство навоза может быть доведено до 14-16 т / га. Вместе с другими источниками органических веществ это обеспечит повышение урожайности и непосредственно или низко дефицитный баланс питательных веществ в почве. В этих условиях внесения минеральных удобрений под все культуры севооборота будет вспомогательное значение.

Баланс питательных веществ является обязательной составной частью системы удобрения. Расчет его проводится для определения возможного обогащения или истощения почвы теми или иными питательными веществами.

Приходными статьями баланса являются: внесение их с органическими и минеральными удобрениями, поступление питательных веществ за счет биологической аккумуляции, вызванной поглощением элементов питания из глубоких горизонтов, поступление азота за счет фиксации азота из воздуха и с атмосферными осадками.

Расходование питательных веществ из почвы определяется следующими статьями: выносом с урожаем, переходом соединений питательных веществ в труднорастворимое состояние, газообразными потерями азота и вымыванием растворимых соединений азота и калия из корнеобитаемого слоя, потерями в результате эрозии почв.

Таблица 12. Вынос основных элементов питания урожаем

Больше всего азота с урожаем выносит озимая пшеница. Больше всего фосфора с планируемым урожаем выносит озимая пшеница, это объясняется высокой урожайностью озимой пшеницы, а калия картофель так как это калиелюбивая культура. В среднем вынос небольшой т.к. планируемая урожайность большинства культур не велика.

Таблица 13. Примерный баланс питательных веществ в севообороте

• 1. Вынос питательных веществ берем из таблицы 12.
• 2. Поступление питательных веществ в почву, всего:

N=110,3 кг/га; Р 2 О 5 =183,5 кг/га; К 2 О=76,7 кг/га;

а) поступление с органическими удобрениями высчитываем слудующим образом:

N = 100/6 = 16,6 кг/га; Р 2 О 5 = 50/6 = 8,3 кг/га; К 2 О = 120/6 = 20 кг/га.

б) поступления с минеральными удобрениями берем из таблицы 8

N = 91,1 кг/га; Р 2 О 5 = 100,5 кг/га; К 2 О = 56,7 кг/га.

• в) Приход N2 в почву за счет азотфиксации (учет ведем на вика/овсе):
  • 64/4 = 16 кг/га;
  • 16/6 = 2,6 кг/га.
  • 3. Баланс питательных веществ :

N= 110,3 -103,75 = 6,6 кг/га;

Р 2 О 5 =183,5 - 38,8 = 144,7 кг/га;

К 2 О = 76,7 - 105,8 = - 29,1 кг/га.

4. % к выносу:

N = 6,6*100/103,75 = 6,4%;

Р 2 О 5 = 144*100/38,8 = 373%;

К 2 О = -29,1*100/105,8 = - 27,5%.

Почва севооборота близка к 5 классу по обеспеченности калия, к 3 классу по обеспеченности фосфором и 4 азотом. Баланс питательных веществ по азоту и калию отрицательный. Значит необходимо вносить повышенную дозу азотных и калийных удобрений, чтобы баланс питательных веществ стал положительным и выполнялся.