Эволюция удобрений

Текст: А. Х. Занилов, канд. с.-х. наук, зав. кафедрой трансфера инновационных технологий в АПК, ФГБОУ «Федеральный центр сельскохозяйственного консультирования», председатель научного совета НВО «Институт органического сельского хозяйства»

Почва — достаточно сложное соединение, в процессе формирования которого участвует множество биотических и абиотических факторов. Поэтому шаблонный подход к выбору системы удобрений и их внесению в разных климатических условиях неприемлем, поскольку он приводит к снижению плодородия и упущенным выгодам из-за недобора урожаев.

До сих пор в нашей стране некоторые агрономические службы практикуют давно устаревшие схемы внесения удобрений, которые разрабатывались в условиях высокой степени гумусированности почв. Сегодня подобные решения являются уже неэффективными. К примеру, при содержании гумуса до 9–10 процентов отзывчивость на добавление минеральных веществ раньше доходила до 100 процентов увеличения урожайности. Сейчас же при среднем объеме гумуса в 3–4 процента прибавка урожая от минеральных подкормок резко снижена, а в некоторых случаях они производят отрицательный эффект.

ГЛУБИНА ИССЛЕДОВАНИЙ

На современном этапе растет отзывчивость сельхозкультур на внесение в почву органических удобрений, а также их сочетания с минеральными веществами и микробиологическими компонентами, что связано с активизацией природных механизмов увеличения урожайности. Применение сбалансированных подкормок показывает более стабильные результаты даже в условиях стрессовых факторов — заморозков, засухи, химической нагрузки и так далее. По сути, лимитирующими урожайность факторами стали вещества биологического происхождения, без которых отзывчивость на внесение минеральных удобрений существенно снизилась. Сегодня упрощенная система подкормок, основанная на компенсации всего трех, хотя и основных питательных веществ, то есть азота, фосфора и калия, за счет внесения только минеральных туков не позволяет реализовать генетический потенциал возделываемых сортов и гибридов сельскохозяйственных культур.

В связи с этим сейчас актуален поиск новых средств повышения коэффициента полезного действия используемых минеральных удобрений, в том числе на основе органических и микробиологических компонентов, альтернативных источников питания растений и агротехнических приемов, которые способны модернизировать консервативную систему, практикуемую на протяжении многих десятков лет. Другая проблема связана с отсутствием при проведении агрохимического анализа почвы оценки общего содержания макро- и микроэлементов, что лишает возможности включения в рекомендации дополнительных методов мобилизации труднорастворимых соединений. Исследования в данной области должны быть углублены, а существующая система расчета потребности в элементах питания модернизирована.

ИНДИВИДУАЛЬНЫЙ ПОДХОД

Эффективность подкормок во многом зависит от обеспеченности почв запасом элементов питания, а также от климатических условий. При рациональном использовании минеральные и органические удобрения положительно влияют на агрохимические показатели почвы, повышая ее плодородие. Соответственно, потенциальная продуктивность сельскохозяйственных культур обусловлена применяемыми добавками, их формой, дозами, а также сроками внесения. При этом региональные особенности отзывчивости растений имеют первостепенное значение. Например, высокая эффективность фосфорных удобрений на фоне NK наблюдается на Северном Кавказе, в степных районах Восточной Сибири и в Дальневосточном регионе, почвы которых характеризуются слабой обеспеченностью фосфором. Во всех других районах фосфорные добавки продуктивны только на землях, где содержание этого элемента ниже средних показателей. Действие калийных туков может быть эффективным в основном на участках с недостаточной обеспеченностью калием, а также в связи с микропестротой почвенного плодородия, вызванной неравномерным внесением органических и минеральных подкормок.

В любом случае стабильная реализация продуктивности растений может обеспечиваться только при условии сохранения бездефицитного баланса питательных веществ в почве. При отрицательном соотношении их содержание будет постепенно уменьшаться, а урожайность растений — снижаться. Вынос необходимых элементов из грунта может быть сокращен при внедрении ресурсосберегающих технологий.

ФАКТЫ ИСТОРИИ

Интенсификацию сельскохозяйственного производства обычно связывают с использованием синтетических минеральных удобрений, которые увеличивают запасы усвояемых форм питательных веществ в почве. Однако не секрет, что отзывчивость сельхозкультур на внесение таких подкормок в последние годы существенно уменьшилась. В некоторых случаях, например при избытке солей в почвенном растворе и недостатке влаги, их применение может вызвать неблагоприятные последствия в виде снижения объемов урожая.

Возвращаясь к истокам формирования агрономической химии и использования минеральных синтетических удобрений в качестве средств повышения урожайности сельскохозяйственных растений, следует отметить несколько важных моментов. В первую очередь эффективность подобных туков всегда определялась высоким содержанием гумуса в почвах. Важен тот факт, что структура аграрных предприятий, работавших до периода «перестройки», носила характер комплексного производства растениеводческой и животноводческой продукции, что обеспечивало непрерывное поступление отходов животноводства и птицеводства на поля. Ситуация усложнилась после распада плановой системы воспроизводства почвенного плодородия и с повышением цен на углеводородные энергоносители. При расчете потребностей сельхозкультур предприятия были вынуждены перейти от метода внутрихозяйственного баланса питательных веществ к внешнему. За этот период сократилась доля гумуса и ухудшились его качественные характеристики, а буферная способность почвы снизилась за счет потерь активной фракции гумуса. Внесение минеральных удобрений стало сопровождаться многими неблагоприятными последствиями: существенное повышение концентрации солевого раствора, когда растение не готово использовать такое количество элементов; вымывание питательных веществ по той же причине; последующее закрепление минеральных компонентов питания культур почвенно-поглощающим комплексом и перевод их в малодоступные соединения. Перечисленные явления можно преодолеть только при условии возобновления постоянного поступления свежих органических веществ в почву.

ОРГАНИЧЕСКИЕ ДОБАВКИ

В течение многих веков одним из продуктивных природных компонентов, подходящих для внесения в почву, считался навоз, использовавшийся всегда без каких-либо приемов повышения его эффективности. Он являлся объектом глубокого изучения среди ученых и практиков, в первую очередь в Западной Европе. Исследования, нацеленные на повышение продуктивности навоза, позволили создать различные технологии его переработки и обезвреживания, с удалением нежелательной микрофлоры.

Эволюция методов подготовки и применения органических удобрений началась с рекомендаций немецкого фермера Кранца. На основе наблюдений он разработал способ ферментации навоза в штабелях, что положительно отразилось на эффективности его использования. Такое сырье, прошедшее частичную ферментацию и термическую обработку, стали называть «благородным» навозом. Советские ученые М. С. Дунин и А. Т. Кирсанов видели большие перспективы в распространении данной технологии в СССР. В итоге на протяжении многих десятилетий полуперепревший навоз продолжали вносить в почву в качестве улучшенной органической добавки.

Позже, с широким развитием промышленного птицеводства, большой популярностью в качестве природного удобрения пользовался птичий помет. Из всех видов органических подкормок он является наиболее ценной как по содержанию питательных веществ, так и по их доступности для растений. Свежий помет в пересчете на сухое вещество включает до 35,6 процента сырого протеина; 14,3 процента сырой клетчатки; пять процентов жира и 16,6 процента золы. Сравнительная оценка объема элементов питания в навозе КРС и курином помете говорит о существенном превосходстве последнего. Концентрация азота в нем выше в 3,6 раза; фосфора — 2,3 раза; калия — 1,7 раза; кальция — в шесть раз; магния — 6,7 раза. Сочетание количественных преимуществ с большей доступностью компонентов обусловливает наличие множества промышленных методов переработки помета: биотермический способ, компостирование, гидравлическая обработка, электроосмос, сушка энергией СВЧ, механическое обезвоживание и другие.

СБАЛАНСИРОВАННОЕ ПИТАНИЕ

Использование органических удобрений в сельскохозяйственном производстве связано с множеством сложностей, в том числе со значительными денежными и энергетическими затратами на обработку, подготовку и внесение. В краткосрочной перспективе это не позволит достичь адекватную расходам экономическую окупаемость. Поэтому специалисты аграрной отрасли на основе теоретических и экспериментальных данных разработали и запатентовали новый в своем роде продукт — биоорганоминеральный комплекс, или БОМК, призванный при норме посевного внесения до 200 кг обеспечивать прибавку урожайности и локальное обогащение околокорневой зоны биогенными элементами и органическим веществом. Сущность изобретения заключается в сочетании трех разноприродных материалов, способных дополнять действие друг друга, усиливая эффективность каждого.

При выборе органического компонента внимание было уделено птичьему помету как наиболее ценному и концентрированному природному удобрению. В качестве минерального элемента был использован ранее зарекомендовавший себя в качестве эффективной органоминеральной подкормки цеолит — вулканический пепел. Биологическая составляющая включала разные виды полезных микроорганизмов, подбор которых осуществлялся на основе почвенных характеристик. Главным образом применялись бактерии родов Bacillus и Pseudomonas. Биокомпонент был включен в комплекс в целях повышения доступности элементов питания для растений в околокорневой зоне, обогащения земельных участков широким спектром физиологически активных веществ, которые стимулируют рост корневой и наземной массы, а также увеличивают биологическую активность почвы.

Применение БОМК в качестве предпосевного удобрения на протяжении 2014–2016 годов обеспечивало стабильные результаты, выразившиеся в стимуляции развития растений, оптимизации их минерального питания, повышении устойчивости к стресс-факторам и как следствие — увеличении урожайности. Комплекс испытывали на разных культурах: овощах открытого грунта — томатах и огурцах; озимых — пшенице, ржи, ячмене; яровом ячмене; кукурузе и сое.

РЕАЛЬНАЯ ПОЛЬЗА

Закладка опытов и внедрение инновации осуществлялись в хозяйствах Северо-Кавказского федерального округа, Краснодарского края и Челябинской области, а аналитические исследования биологических показателей почвы и агрохимических характеристик проводили в условиях Республики Татарстан. Оценка почвенных образцов выполнялась на базе учебно-научной испытательной лаборатории ФГБОУ ВО «Ставропольский государственный аграрный университет». В качестве объектов были выбраны четыре сельскохозяйственные культуры — соя, кукуруза, подсолнечник и сахарная свёкла, а также агрохимические и биологические показатели почвы в околокорневой зоне.

Во всех вариантах, где использовались органоминеральные удобрения, увеличились наиболее фундаментальные параметры почвенного плодородия — гумуса и общего азота. Под подсолнечником разница в показателях первого компонента достигала 5,4 процента, кукурузой — 14 процентов; свеклой — 11,4 процента; соей — 35,1 процента. Содержание гумуса под соей показало максимальные значения не только в разнице, но и в абсолютном выражении. Его концентрация с внесением БОМК под этой культурой превосходила величины под подсолнечником на 29,5 процента; кукурузой — 18,1 процента; сахарной свеклой — на 29,5 процента.

Табл. 1. Численность различных физиологических групп микроорганизмов в почве (млн КОЕ/г) и показатели ее дыхания, мг СО₂/10 г в сутки

Показатели направленности микробиологических процессов в околокорневой зоне под действием органоминеральных удобрений подтвердили справедливость принципов, заложенных специалистами в области биологии почв и почвоведения. Биологические процессы определяли самые консервативные признаки почвы, которые наряду с содержанием гумуса могут служить более объективными критериями потенциального плодородия, чем нестабильные мобильные соединения минеральных веществ. Активность наиболее ценных групп микроорганизмов, например аммони- и нитрификаторов, под влиянием органоминеральных удобрений существенно превышала аналогичные показатели при использовании минеральных добавок: на 31 процент под подсолнечником; 16,7 процента — под кукурузой; 24,4 процента — под соей; 29,4 процента — под сахарной свеклой. Процесс преобразования минерального азота, регулируемый другой группой микроорганизмов — нитрификаторами, протекал также более интенсивно: на 31,8, 23,1, 28,1 и 33,3 процента соответственно.

РАСШИРЯЯ ГОРИЗОНТЫ

Работы по поиску методов прогнозирования изменения активности микроорганизмов в почве и их регулирования заняли приоритетное место в прикладных научных исследованиях НВО «Институт органического сельского хозяйства». Решение данной задачи способно обеспечить растения важнейшими элементами питания на протяжении всего вегетационного периода. Более того, возможно растянуть процесс обогащения почвенным азотом, что особенно важно для сельхозкультур, в которых основное количество питательных веществ поглощается во второй период вегетации. Таким образом, при возделывании культурных растений по интенсивным технологиям совместное использование органических, минеральных и микробиологических компонентов является высокоэффективным методом. Их сочетание позволяет избегать повышенной концентрации почвенного раствора в начальный период развития растений и дает им возможность более рационально расходовать запасы на протяжении вегетации.

Сегодня выявляются новые горизонты продолжения научных исследований в сфере эффективности комплексной работы с компонентами почвы в целях повышения урожайности растений без ущерба почвенному плодородию. Разработанный специалистами комплекс отвечает поставленной задаче и отличается доступностью с экономической и технологической точек зрения благодаря лежащему в его основе принципу синергетического взаимодействия биологической, минеральной и микробиологической составляющих продукта. Модернизация системы удобрения требует учета валовых запасов базовых элементов питания растений в почве, а также особенностей их трансформации и миграции по почвенному профилю, в том числе под влиянием разных видов добавок. Включение в комплекс органических компонентов в начале вегетации и проведение дополнительных подкормок минеральными или органоминеральными удобрениями являются наиболее рациональными приемами.