Временная отзывчивость сельскохозяйственных культур на удобрения

Разработка системы применения удобрений при возделывании сельскохозяйственных культур представляет собой трудную задачу, если учитывать все факторы, влияющие на поступление питательных элементов из почвы и потребность в них растений. Большинство агрономов легко определяют пространственное распределение этих факторов, но учет их временной изменчивости сложен. Цель настоя­щей статьи – дать некоторое представление о временной изменчивости поступления питательных элементов из почвы и потребности в них растений.
Чем определяется потребность растений в таких подвижных питательных элементах в почве как азот? Факторы, контролирующие отзывчивость растений на азот, могут быть разделены на три категории: 1) факторы, определяющие, какая часть азота в почве будет доступной для растений в результате минерализации, 2) факторы, определяющие, какая часть азота будет потеряна при вымывании и денитрификации и 3) факторы, определяющие, величину урожайности. Хотя это легко идентифицируемые факторы, их трудно количественно оценить или точно предсказать.
Скорость минерализации определяется составом органического вещества почвы и условиями окружающей среды в течение вегетационного сезона. Вероятно, что в теплых и влажных условиях в почве будет минерализовано больше азота, чем в холодных и сухих. Количество азота, потерянное вследствие де­нитрификации и/или вымывания из почвы зависит от количества и распределения осадков, степени дренированности почвы, температуры воздуха и количества минерализуемого углерода. Достижимый уровень урожайности зависит от всхожести семян, конкуренции растений и наличия или отсутствия стресса в течение всего вегетационного периода. Какой фактор является постоянным и для процессов поступления элементов питания из почвы, и для потребности в них растений? Этот фактор - изменчивость погодных условий.



С 1998 г. в Университете штата Огайо проводятся исследования по оценке отзывчивости кукурузы на внесение карбамидно-аммиачной смеси (КАС) в между­рядья при выращивании в севообороте кукуруза-соя. Изучается урожайность кукурузы на зерно, при внесении пяти доз азотных удоб­рений: 45, 67, 134, 202 и 224 кг/га до 2006 г. и 0, 67, 134, 202 и 224 кг/га после 2006 г. Каждый год отзывчивость кукурузы на азот моделируется с использованием уравнения нелинейной регрессии, которое позволяет определить агрономически оптимальную дозу азотного удобрения (Agronomic optimum N rate, AONR). На кривой отзывчивости агрономически оптимальная доза азотных удобрений соответствует дозе азотного удобрения в точке перегиба и выхода кривой на плато, и эквивалентна наименьшей дозе удобрений, обеспечивающей максимальную урожайность.
Как показано на рисунке 1, максимально достижимый урожай зависит от условий конкретного года, также как и количество азотных удобрений, необходимое для его получения. Временные флуктуации приводят к тому, что на одном и том же опытном участке в одном и том же севообороте оптимальные дозы азотного удобрения различаются по годам.



Традиционные рекомендации по использованию азотных удобрений ориентируются на величину потенциальной урожайности, при этом для получения бóльших урожаев необходимо внесение более высоких доз азотных удобрений. Мы обнаружили, что достигаемые высокие уровни урожайности не обязательно связаны с бóльшей потребностью в азоте (Sawyer et al., 2006).
Почему часто не находят прямой зависимости между величиной урожайности и оптимальными дозами азотных удобрений на типичных полях кукурузного пояса США? Благодаря минерализации органического вещества почва способна снабжать растения большим количеством азота, что исключает необходимость в дополнительном внесении азотных удобрений. Кроме того, если в данных условиях выращивания потенциальные потери азота незначительны, то доза азотных удобрений может быть снижена. Таким образом, почва сама сможет обеспечить достаточное количество азота для удовлетворения большей части потребности растений в азоте, и потери азота, в данном случае, маловероятны. Потребность растений в азоте также может снижаться, если урожайность кукурузы уже упала из-за какого-то стресса (наиболее вероятно связанного с погодными условиями).
Используя данные за 2004 г. и 2005 г. (рис. 1) для иллюстрации концепции временной изменчивос­ти потребности в азотном удобрении, отметим, что достижимый урожай почти не меняется (~12 т/га), но дозы азотного удобрения, необходимые для получения этого урожая, существенно разняться. Различаются, главным образом, величины урожая, полученного при низкой дозе азотного удобрения. В контрольном варианте (45 кг N/га в качестве стартового удобрения) получен урожай в 12 и 7.8 т/га в 2004 г. и 2005 г., соответственно. Едва ли пониженная потребность в азотных удобрениях в 2004 г. объяснялась снижением потенциальных потерь, потому что количество осадков, выпавших между 1 мая и 1 августа, было на 13 см больше, чем в 2005 г. Таким образом, количество азота, минерализованного в 2004 г. было, по-видимому, гораздо большим, чем в 2005 г.
Хотя вопросы о рациональном применении азотных удобрений являются хорошей основой для дискуссии о временной изменчивости, интенсивность процесса высвобождения элементов питания из труднодоступных форм также подвержена временной изменчивости. Поэтому еще одной темой для обсуждения временных трендов в поступлении питательных элементов из почвы и потребности в них растений, является питание растений микроэлементами.
Возьмем в качестве примера потребление марганца (Mn) соей. Симптомы дефицита марганца можно наблюдать на многих полях в северном и центральном Огайо, но не каждый год. Иногда они не наблюдаются в течение большей части вегетационного периода, а затем внезапно проявляются на поле отдельными очагами. Исследования в Университете штата Огайо показали, что отзывчивость сои на некорневое внесение марганца может быть агрономически и экономически значимой, но она зависит от условий года выращивания (рис. 2).



Когда почвы высыхают, доступный марганец (Mn²⁺) окисляется с образованием нерастворимого оксида марганца. Таким образом, марганец становится недоступным для растений. Некорневое внесение марганца в этих условиях может быть агрономически и экономически целесообразно (сезон 2007 г. на рис. 2). Сильная засуха, наблюдаемая в 2008 г., вероятно, снизила потребность растений в марганце в результате снижения потенциала урожайности. Отсутствие засушливых условий в 2009 г. способствовало высвобождению достаточного количества доступных для растений форм марганца из почвы, в результате чего отзывчивость на внекорневое внесение марганцевых удобрений не наблюдалась.



Доступность других элементов питания растений из почвы также подвержена временной изменчивости. Так, недостаток калия наблюдается чаще всего в засушливые годы в восточной части кукурузного пояса, особенно на почвах, сформировавшихся на глинистых породах с минералами со строением пакетов 2 : 1, которые могут фиксировать калий при высыхании почвы. В годы с чередованием периодов увлажнения и высыхания, напротив, отзывчивость растений на внесение калийных удобрений может быть меньше, и она гораздо менее вероятна в условиях, когда из труднодоступных форм высвобождается достаточное количество калия.
Временнáя изменчивость потребности растений в питательных элементах из минеральных удобрений зависит от погодных условий конкретного года и их влияния на поступление питательных элементов из почвы. Эти временны´е тренды объясняют, почему необходимо разработь методы для одновременного мониторинга потребности растений в питательных элементах и их поступления из почвы. Вероятно, что анализ растительных тканей, отбор почвенных проб в течение вегетационного периода и использование новых технологий (дистанционное зондирование) будут играть гораздо большую роль в принятии обоснованных решений для управления питанием растений.

Д-р Муллен – адъюнкт-профессор, специалист по плодородию почв, OARDC-SENR, Вустер, Огайо; e-mail: mullen.91@osu.edu.

Г. Ла-Бардж – преподаватель заочных курсов, округ Фултон, заочные курсы университета штата Огайо
К. Диедрик – научный сотрудник, занимается проблемами почвенного плодородия, Школа окружающей среды и природный ресурсов, университет штата Огайо.

Перевод с английского под редакцией С.Е. Ивановой, В.В. Носова.

Литература

Sawyer, J., E. Nafziger, G. Randall, L. Bundy, G. Rehm, and B. Joern. 2006.

Concepts and rationale for regional N rate guidelines for corn. Iowa State
University Extension PM 2015, Ames, IA.