Влияние минеральных удобрений на саженцы. Вред удобрений — мифы и реальность Влияние минеральных удобрений на водные экосистемы
Удобрения пополняют запасы элементов питания в почве в доступной форме и снабжают ими растения. Вместе с этим они оказывают большое влияние на свойства почвы и тем самым влияют на урожай еще и косвенно. Повышая урожай растений и массу корней, удобрения усиливают положительное действие растений на почву, способствуют увеличению в ней гумуса, улучшению ее химических, водно-воздушных и биологических свойств. Большое непосредственное положительное действие на все эти свойства почвы оказывают органические удобрения (навоз, компосты, зеленое удобрение).
Кислые минеральные удобрения, если они систематически применяются без органических удобрений (а на кислых почвах без извести), могут оказывать отрицательное влияние на свойства почвы (табл. 123). Длительное применение их на кислых неизвесткованных почвах приводит к снижению насыщенности почвы основаниями, повышает содержание токсичных соединений алюминия и токсичных микроорганизмов, ухудшает водно-физические свойства почвы, увеличивает объемный вес (плотность), уменьшает порозность почвы, ее аэрацию и водопроницаемость. В результате ухудшения свойств почвы снижаются прибавки урожаев от удобрений, проявляется «скрыто отрицательное действие» кислых удобрений на урожай.
Отрицательное влияние кислых минеральных удобрений на свойства кислых почв связано не только со свободной кислотностью удобрений, но и с действием их оснований на поглощающий комплекс почвы. Вытесняя обменный водород и алюминий, они превращают обменную кислотность почвы в активную и при этом сильно подкисляют почвенный раствор, диспергируя скрепляющие структуру коллоиды и снижая ее прочность. Поэтому при внесении больших доз минеральных удобрений должна учитываться не только кислотность самих удобрений, но и величина обменной кислотности почвы.
Известь нейтрализует кислотность почвы, улучшает ее агрохимические свойства и устраняет отрицательное действие кислых минеральных удобрений. Даже небольшие дозы извести (от 0,5 до 2 т/га) увеличивают насыщенность почвы основаниями, понижают кислотность и резко уменьшают количество токсичного алюминия, который в кислых подзолистых почвах оказывает исключительно сильное отрицательное действие на рост и урожай растений.
В длительных опытах с использованием кислых минеральных удобрений на черноземах тоже отмечается небольшое увеличение кислотности почвы и снижение количества обменных оснований (табл. 124), что может быть устранено внесением небольших количеств извести.
Большое и всегда положительное влияние на все почвы оказывают органические удобрения. Под влиянием органических удобрений - навоза, торфяных компостов, сидератов - повышается содержание гумуса, увеличивается насыщенность почвы основаниями, в том числе кальцием, улучшаются биологические и физические свойства почвы (порозность, влагоемкость, водопроницаемость), а в почвах с кислой реакцией снижаются кислотность, содержание токсичных соединений алюминия и токсичных микроорганизмов. Однако существенное увеличение содержания гумуса в почве и улучшение физических свойств ее отмечаются только при систематическом внесении больших доз органических удобрений. Однократное внесение их в кислые почвы совместно с известью улучшает качественный групповой состав гумуса, но не приводит к заметному увеличению процентного содержания его в почве.
Точно так же торф, внесенный в почву без предварительного компостирования, не оказывает заметного положительного влияния на свойства почвы. Влияние его на почву резко возрастает, если он предварительно компостируется с навозом, навозной жижей, фекалиями или минеральными удобрениями, особенно щелочными, так как сам по себе торф разлагается очень медленно и в кислых почвах образует много высокодисперсных фульвокислот, поддерживающих кислую реакцию среды.
Большое положительное влияние на почву оказывает совместное внесение органических удобрений с минеральными. При этом особенно резко возрастают численность и активность нитрифицирующих бактерий и бактерий, фиксирующих атмосферный азот, - олигонитрофилов, свободноживущих азотфиксаторов и др. В кислых подзолистых почвах при этом снижается количество микроорганизмов на среде Аристовской, которые, по ее мнению, продуцируют большое количество сильных кислот, оподзоливающих почву.
Сохранение и воспроизводство плодородия почв является задачей исключительной важности. Особую значимость это приобретает в современных условиях ведения сельского хозяйства при дефиците удобрений и их высокой стоимости. Применение органических и минеральных удобрений является наиболее существенным фактором, способствующим сохранению и повышению плодородия почв наряду с воздействием на общий уровень урожайности сельскохозяйственных культур .
Важнейший показатель почвенного плодородия - содержание в почве органического вещества, или гумуса.
Гумус влияет на тепловые, водные, воздушные свойства почвы, её поглотительную способность и биологическую активность, он в значительной мере определяет агрофизические, физико-химические, агрохимические свойства почвы, а так же служит запасным источником элементов питания для растений. От запасов гумуса в почве зависит урожайность сельскохозяйственных культур.
При недостаточном внесении удобрений урожай сельскохозяйственных культур формируется в основном за счёт почвенных запасов питательных веществ, прежде всего азота, освобождаемых при минерализации гумуса.
Для поддержания бездефицитного баланса гумуса применение навоза (или других органических удобрений в эквивалентных количествах в зависимости от степени гумификации) должно составлять 7?15 т/га в год.
Результаты многолетних исследований в полевых опытах на дерново-подзолистых почвах различного гранулометрического состава показывает, что при выращивании сельскохозяйственных культур без внесения удобрений наблюдаются значительное снижение органического вещества в почвах по сравнению с исходным уровнем и, как следствие, существенный недобор урожая. Систематическое применение сбалансированных по питательным веществам систем удобрения, к которым прежде всего относятся комплексные, органо-минеральные системы, способствует восполнению запасов гумуса в почвах, улучшению их фосфатного и калийного режимов, что сопровождается ростом продуктивности выращиваемых культур и севооборотов в целом. Органические (биологические) системы удобрения в условиях Нечерноземной зоны России уступают органо-минеральным по продуктивности сельскохозяйственных культур и не имеют значимых различий по качеству растительной продукции.
Известкование и внесение органических удобрений ограничивают поступление в растения и накопление в товарной продукции сельскохозяйственных культур ряда тяжёлых металлов, подвижность которых снижается при нейтрализации почв и вследствие сорбции органическим веществом и образования с ним металлоорганических комплексов .
Одним из методов повышения плодородия почвы является комплексное агрохимическое окультуривание полей, которое было внедрено в сельское хозяйство в 80-е годы прошлого столетия. Этот метод предусматривает в кротчайшие сроки, путём комплексного внесения минеральных и органических удобрений, мелиорантов и средств защиты растений повысить до оптимального уровня плодородия почв и обеспечить получение запланированной урожайности сельскохозяйственных культур в севообороте .
Применение минеральных и органических удобрений на почвах ЦЧЗ пополняет запасы доступных форм азота, фосфора и калия, повышает урожайность сельскохозяйственных культур. Об этом свидетельствуют многочисленные данные, полученные в научно-исследовательских учреждениях .
В условиях чернозёмного типа почвообразования фосфор всегда остаётся лимитирующим элементом в формировании продуктивности зерновых культур, а в условиях серых лесных почв таковыми являются одновременно фосфор и калий. Это означает, что калий - лимитирующий элемент не только для серых лесных почв, но и для дерново-подзолистых, формирующихся в более влажных условиях .
Результаты мониторинга плодородия почв, проводимого агрохимической службой, показывают уменьшение в почве органического вещества и основных питательных элементов, что негативно отражается на продуктивности и экономической эффективности сельскохозяйственного производства. В настоящее время 31 % пахотных земель имеют повышенную кислотность, 52 % ? низкое содержание гумуса, 22 % ? недостаток фосфора и 9 % ? недостаток калия .
Влияние минеральных удобрений на микроорганизмы почвы и ее плодородие. Внесение в почву удобрений не только улучшает питание растений, но и изменяет условия существования почвенных микроорганизмов, также нуждающихся в минеральных элементах.
При благоприятных климатических условиях количество микроорганизмов и их активность после внесения в почву удобрений значительно возрастают. Усиливается распад гумуса, увеличивается мобилизация азота, фосфора и других элементов.
После применения минеральных удобрений активизируется деятельность бактерий. При наличии минерального азота легче разлагается и используется микроорганизмами гумус. Внесение минеральных удобрений вызывает некоторое снижение численности актиномицетов и увеличение грибного населения, что может быть следствием сдвига реакции среды в кислую сторону в результате внесения физиологически кислых солей: актиномицеты плохо переносят подкисление, а размножение многих грибов ускоряется в более кислой среде.
Минеральные удобрения хотя и активизируют деятельность микроорганизмов, уменьшают потери гумуса и стабилизируют уровень гумуса в зависимости от количества оставляемых пожнивных и корневых остатков.
Внесение в почву минеральных и органических удобрений усиливает интенсивность микробиологических процессов, в результате чего сопряженно увеличивается трансформация органических и минеральных веществ.
Характерным показателем активизации микробной деятельности под влиянием удобрений служит усиление «дыхания» почвы, т. е. выделения ею С0 2 . Это результат ускоренного разложения органических соединений почвы, в том числе гумуса.
Внесение в почву фосфорно-калийных удобрений мало способствует использованию растениями почвенного азота, но усиливает деятельность азотфиксирующих микроорганизмов.
Иногда внесение в почву минеральных удобрений, особенно в высоких дозах, неблагоприятно сказывается на ее плодородии. Обычно это наблюдается на малобуферных почвах при использовании физиологически кислых удобрений. При подкислении почвы в раствор переходят соединения алюминия, токсичные для микроорганизмов почвы и растений.
Внесение извести, особенно вместе с навозом, благотворно сказывается на сапротрофной микрофлоре. Изменяя рН почвы в благоприятную сторону, известь нейтрализует вредное действие физиологически кислых минеральных удобрений.
Влияние минеральных удобрений на урожай связано с зональным положением почв. Как уже отмечалось, в почвах северной зоны микробиологические мобилизационные процессы протекают замедленно. Поэтому на севере сильнее ощущается дефицит для растений основных элементов питания, и минеральные удобрения даже в малых дозах действуют более эффективно, чем в южной зоне. Это не противоречит известному положению о лучшем действии минеральных удобрений на фоне высокой окультуренности почвы.
Внесение в почву удобрений не только улучшает питание растений, но и изменяет условия существования почвенных микроорганизмов, которые также нуждаются в минеральных элементах.
При благоприятных климатических условиях количество микроорганизмов и их активность после удобрения почвы значительно возрастают. Усиливается распад гумуса, а вследствие этого увеличивается мобилизация азота, фосфора и других элементов.
Существовала точка зрения, что длительное применение минеральных удобрений приводит к катастрофической потере гумуса и ухудшению физических свойств почвы. Однако экспериментальные материалы ее не подтвердили. Так, на дерново-подзолистой почве ТСХА академиком Д. Н. Прянишниковым был заложен опыт с разной системой удобрения. На делянки, где применяли минеральные удобрения, в среднем за год вносили 36,9 кг азота, 43,6 кг Р205 и 50,1 кг К2 О на 1 га. В почву, удобрявшуюся навозом, его вносили ежегодно по 15,7 т/га. Через 60 лет был проведен микробиологический анализ опытных делянок.
Таким образом, за 60 лет в паровавшей почве содержание гумуса уменьшилось, но в удобрявшихся почвах его потери были меньше, чем в неудобренной. Это можно объяснить тем, что внесение минеральных удобрений способствовало развитию в почве автотрофной микрофлоры (преимущественно водорослей), что привело к некоторому накоплению в парующей" почве органических веществ, а, следовательно, и гумуса. Навоз является прямым источником образования гумуса, накопление которого под действием этого органического удобрения вполне понятно.
На делянках с таким же удобрением, но занятых сельскохозяйственными культурами, удобрения действовали еще более благоприятно. Пожнивные и корневые остатки здесь активизировали деятельность микроорганизмов и компенсировали расход гумуса. Контрольная почва в севообороте содержала 1,38% гумуса, получавшая NPK-1,46, а унавоженная-1,96%.
Следует отметить, что в удобряемых почвах, даже получавших навоз, уменьшается содержание фульвокислот и относительно увеличивается - менее подвижных фракций.
В общем, минеральные удобрения в большей или меньшей степени стабилизируют уровень гумуса в зависимости от количества оставляемых пожнивных и корневых остатков. Богатый перегноем навоз этот процесс стабилизации еще более усиливает. Если навоз вносят в больших количествах, то содержание гумуса в почве возрастает.
Весьма показательны данные Ротамстедской опытной станции (Англия), где проводили длительные исследования (около 120 лет) с монокультурой озимой пшеницы. В почве, не получавшей удобрений, содержание гумуса немного снизилось.
При ежегодном внесении 144 кг минерального азота с другими минеральными веществами (Р 2О 5, К 2О и т. д.) отмечено очень небольшое повышение содержания гумуса. Весьма значительное возрастание гумусности почв имело место при ежегодном внесении в почву 35 т навоза на 1 га (рис. 71).
Внесение в почву минеральных и органических удобрений усиливает интенсивность микробиологических процессов, в результате чего сопряженно увеличивается трансформация органических и минеральных веществ.
Опыты, проведенные Ф. В. Турчиным, показали, что внесение азотсодержащих минеральных удобрений (меченных 15N) увеличивает урожай растений не только в результате удобрительного действия, но и за счет лучшего использования растениями азота из почвы (табл. 27). В опыте в каждый сосуд, вмещавший 6 кг почвы, вносили 420 мг азота.
При увеличении дозы азотных удобрений доля используемого азота почвы повышается.
Характерный показатель активизации деятельности микрофлоры под влиянием удобрений - усиление «дыхания» почвы, то есть выделение ею СО2. Это результат ускоренного разложения органических соединений почвы (в том числе гумуса).
Внесение в почву фосфорно-калийных удобрений мало способствует использованию растениями почвенного азота, но усиливает деятельность азотфиксирующих микроорганизмов.
Изложенные сведения позволяют сделать заключение, что, помимо прямого действия на растения, азотные минеральные удобрения оказывают и большое косвенное влияние - мобилизуют почвенный азот
(получение «экстра азота»). В богатых гумусом почвах такое косвенное действие значительно больше, чем прямое. Это сказывается на суммарной эффективности минеральных удобрений. Обобщение результатов 3500 опытов с зерновыми культурами, проведенных в Нечерноземной зоне европейской части СНГ, сделанное А. П. Федосеевым, показало, что одинаковые дозы удобрений (NPK 50-100 кг/га) дают на плодородных почвах значительно большие прибавки урожая, чем на бедных почвах: соответственно 4,1; 3,7 и 1,4 ц/га на высоко-, средне - и слабоокультуренных почвах.
Весьма существенно, что высокие дозы азотных удобрений (около 100 кг/га и более) оказываются эффективными только на высокоокультуренных почвах. На низкоплодородных почвах они обычно действуют отрицательно (рис. 72).
В таблице 28 приведены обобщенные данные ученых ГДР по расходу азота для получения 1 ц зерна на разных почвах. Как видно, экономичнее всего минеральные удобрения используются на почвах, содержащих больше гумуса.
Таким образом, для получения высоких урожаев нужно не только удобрять почву минеральными удобрениями, но и создавать достаточный запас питательных для растений веществ в самой почве. Этому способствует внесение в почву органических удобрений.
Иногда внесение в почву минеральных удобрений, особенно в высоких дозах, крайне неблагоприятно сказывается на ее плодородии. Обычно это наблюдается на малобуферных почвах при использовании физиологически кислых удобрений. При подкислении почвы в раствор переходят соединения алюминия, оказывающие токсическое действие на микроорганизмы почвы и растения.
Неблагоприятное действие минеральных удобрений было отмечено на легких малоплодородных песчаных и супесчаных подзолистых почвах Соликамской сельскохозяйственной опытной станции. Один из анализов различно удобрявшейся почвы этой станции приведен в таблице 29.
В этом опыте в почву ежегодно вносили N90, Р90, К120, навоз - 2 раза в три года (25 т/га). Из расчета на полную гидролитическую кислотность была дана известь (4,8 т/га).
Применение в течение ряда лет NPK существенно снизило численность микроорганизмов в почве. Не пострадали лишь микроскопические грибы. Внесение извести, и особенно извести с навозом, оказало весьма благотворное влияние на сапрофитную микрофлору. Изменяя реакцию почвы в благоприятную сторону, известь нейтрализовала вредное влияние физиологически кислых минеральных удобрений.
По истечении 14 лет урожаи при внесении минеральных удобрений фактически снизились до нуля в результате сильного подкисления почвы. Применение известкования и навоза способствовало нормализации pH почвы и получению достаточно высокого для указанных условий урожая. В общем, микрофлора почвы и растения реагировали на изменение почвенного фона примерно одинаково.
Обобщение большого материала по использованию минеральных удобрений на территории СНГ (И. В. Тюрин, А. В. Соколов и др.) позволяет сделать заключение, что их влияние на урожай связано с зональным положением почв. Как уже отмечалось, в почвах северной зоны микробиологические мобилизационные процессы протекают замедленно. Поэтому здесь сильнее ощущается дефицит для растений основных элементов питания, и минеральные удобрения действуют более эффективно, чем в южной зоне. Это, однако, не противоречит приведенному выше положению о лучшем действии минеральных удобрений на высокоокультуренных фонах в отдельных почвенно - климатических зонах.
Кратко остановимся на использовании микроудобрений. Некоторые из них, например, молибден, входят в ферментную систему азотфиксирующих микроорганизмов. Для симбиотической азотфиксации
необходим также бор, который обеспечивает формирование нормальной сосудистой системы у растений, а следовательно, и успешное протекание процесса азотоусвоения. Большинство других микроэлементов (Сu, Mn, Zn и т. д.) в небольших дозах усиливает интенсивность микробиологических процессов в почве.
Как было показано, весьма благоприятное действие на микрофлору почвы оказывают органические удобрения и особенно навоз. Скорость минерализации навоза в почве определяется рядом факторов, но при других благоприятных условиях она зависит в основном от отношения в навозе углерода к азоту (С: N). Обычно навоз вызывает повышение урожая в течение 2-3 лет в отличие от. азотных удобрений, которые не имеют последействия. Полуперепревший навоз с более узким соотношением С: N проявляет удобрительное действие с момента его внесения, так как он не имеет богатого углеродом материала, вызывающего энергичное усвоение азота микроорганизмами. В перепревшем навозе значительная часть азота переведена в форму перегноя, который слабо минерализуется. Поэтому навоз - сыпец как азотное удобрение оказывает меньшее, но длительное действие.
Указанные особенности относятся и к компостам, и к другим органическим удобрениям. С учетом их можно создать органические удобрения, действующие в определенные фазы развития растений.
Широко используют также зеленые удобрения, или сидераты. Это органические удобрения, запаханные в почву, они более или менее быстро минерализуются в зависимости от почвенно - климатических условий.
В последнее время большое значение уделяют вопросу об использовании соломы как органического удобрения. Внесение соломы могло бы обогатить почву гумусом. Кроме того, в соломе содержится около 0,5% азота и другие необходимые растениям элементы. При разложении соломы выделяется много углекислоты, что также благотворно действует на посевы. Еще в начале XIX в. английский химик Ж. Деви указывал на возможность применения соломы в качестве органического удобрения.
Однако до последнего времени запахивать солому не рекомендовали. Это обосновывали тем, что солома имеет широкое отношение C:N (около 80:1) и ее заделка в почву вызывает биологическое закрепление минерального азота. Растительные материалы с более узким соотношением C:N такого явления не вызывают (рис. 73).
Растения, посеянные после запашки соломы, испытывают недостаток азота. Исключение составляют лишь бобовые культуры, которые обеспечивают себя азотом с помощью клубеньковых бактерий, фиксирующих молекулярный азот культуры, которые обеспечивают себя азотом с помощью клубеньковых бактерий, фиксирующих молекулярный азот.
Недостаток азота после заделки соломы можно компенсировать внесением азотных удобрений из расчета 6-7 кг азота на 1т запаханной соломы. При этом положение не вполне исправляется, так как солома содержит некоторые вещества, токсичные для растений. Требуется некоторый период времени для их детоксикации, которую проводят микроорганизмы, разлагающие эти соединения.
Проведенная за последние годы экспериментальная работа позволяет дать рекомендации по устранению неблагоприятного влияния соломы на сельскохозяйственные культуры.
В условиях северной зоны солому в виде резки целесообразно запахивать в верхний слой почвы. Здесь в аэробных условиях все токсичные для растений вещества довольно быстро разлагаются. При мелкой запашке, через 1-1,5 месяца происходит разрушение вредных соединений и начинает освобождаться биологически закрепленный азот. На юге, особенно в субтропической и тропической зонах, разрыв времени между заделкой соломы и посевом может быть самым минимальным даже при глубокой ее запашке. Здесь все неблагоприятные моменты исчезают весьма быстро.
При соблюдении этих рекомендаций почва не только обогащается органическим веществом, но и в ней активизируются мобилизационные процессы, в том числе деятельность азотфиксирующих микроорганизмов. В зависимости от ряда условий внесение 1 т соломы приводит к фиксации 5-12 кг молекулярного азота.
Сейчас на основании многочисленных полевых опытов, проведенных в нашей стране, вполне подтвердилась целесообразность использования избытков соломы как органического удобрения.
Природные органические удобрения различным образом воздействуют на почву: животные - оказывают большее влияние на ее химический состав, а растительные - на физические качества почвы. Однако большинство органических удобрений положительно влияют и на водно-физические, и на тепловые, и на химические свойства почвы, а также на биологическую активность. К тому же всегда есть возможность комбинировать несколько видов органических удобрений, сочетая их положительные свойства (Кружилин, 2002). Органические удобрения служат важнейшим источником питательных веществ для растений (Попов, Хохлов и др., 1988).
В условиях интенсивной химизации большое значение имеет решение вопросов регулирования физических свойств почв, так как усвоение питательных веществ растениями тесно связано с водным, воздушным и тепловым режимами почв, которые в свою очередь зависят от характера почвенной структуры (Ревут, 1964). Создание водопрочных структурных агрегатов в большей степени имеет отношение к содержанию и качественному составу гумусовых веществ. Поэтому возможность воздействия на водопрочность макроагрегатов почвы при систематическом внесении навоза и других органических удобрений представляет большой интерес для специалистов. Согласно имеющимся в литературе сведениям, органические удобрения играют основную роль в улучшении этих свойств почвы (Кудзин, Сухобрус, 1966).
Органические удобрения стабилизируют температуру почвы, значительно снижают потери почвы от эрозии и поверхностного стока в случае внесения навоза на поверхность почвы на 26%,а при запашке - на 10%.
С увеличением доз бесподстилочного навоза норма инфильтрации убывает, образовавшийся замедляющий инфильтрационный слой уменьшает общий объем крупных пор, а мелких увеличивает, в системе пор происходит отложение илистых частиц (Покудин, 1978).
Практически все органические удобрения являются полными, так как содержат азот, фосфор, калий, а также множество микроэлементов, витаминов и гормонов в доступной для растений форме. В связи с этим наибольшее применение они находят на почвах с низким потенциальным плодородием, таких как подзолистые и дерново-подзолистые почвы (Смеян, 1963).
Таким образом, установлено, что внесение навоза улучшает сложение почв, повышает водопрочность структурных агрегатов не только в слое 20 см, но и на большой глубине. Систематическое применение навоза улучшает водно-физические свойства почвы. Способность органических удобрений повышать емкость поглощения, влагоемкость и другие физико-химические свойства прямо связана с содержанием в них органического вещества. Поэтому в наибольшей степени улучшает физико-химические свойства бесподстилочный навоз (Небольсин, 1997).
