ОБРАБОТКА ПОЧВЫ И ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ УДОБРЕНИЙ

Пути повышения эффективности удобрений

Приемы обработки почвы и применения удобрений составляют в системе земледелия наиболее существенную часть. Если при помощи обработки почвы мы изменяем ее строение, даем возможность больше накопить и сохранить почвенной влаги, создаем лучшие условия для физико-химических процессов, то при помощи применения органических и минеральных удобрений не только непосредственно увеличиваем количество легкодоступных элементов питания растениям, но и создаем более благоприятные условия для развития почвенных микроорганизмов, положительно влияющих на питание растений. До настоящего времени способы использования удобрений остаются все еще несовершенными. При внесении минеральных удобрений в почву лишь незначительное количество питательных веществ усваивается растениями и идет на построение организма, остальная же часть или поглощается почвой, или биологически связывается, или теряется из почвы путем вымывания, смыва и т. д.

Внесение большого количества минеральных удобрений в почву вследствие их электролитического характера вызывает депрессию в росте растений.

Одним из приемов для смягчения этого воздействия нашей наукой в пятидесятых годах разработан прием совместного внесения в почву минеральных и органических удобрений. Органическое вещество, как обладающее значительной буферностыо и адсорбционной способностью, поглотив своими частицами минеральную часть удобрений, улучшает физиологический режим питания растений.

Это улучшение заключается в том, что адсорбированные на поверхности органических частичек минеральные удобрения не вымываются из почвы и не попадают в избыточном количестве путем осмоса в растение. Избирательная способность растений в этом случае найдет лучшие условия для проявления полного удовлетворения биологической потребности организма (Власюк П.А., 1955).

В.Р. Вильямс, разрабатывая учение о плодородии почвы, его происхождении и эволюции, наметил пути эффективного использования элементов почвенного плодородия сельскохозяйственными растениями в зависимости от природных условий и биологических особенностей культур. Процесс питания растений он рассматривал в неразрывной связи с биологической средой, микроорганизмами, на основе чего выдвинул мысль о регулировании биологической среды как основного фактора почвенного плодородия и о совместном внесении органических и минеральных удобрений. Поэтому биологические особенности растений, их потребность в тех или иных питательных веществах и агротехнике должны быть положены в основу по применению удобрений.

Выход в 1940 году книги Либиха «Химия в приложении к земледелию и физиологии растений», было началом падения господствовавшей до тех пор гумусовой теории Тэера, считавшего, что «Плодородие почвы зависит, собственно целиком от гумуса, так как кроме воды, гумус представляет единственное вещество почвы, могущее служить пищей растениям» (Прянишников Д.Н., 1929, 1952). Конечно, нельзя отрицать, что человечеству еще задолго до возникновения и гумусовой теории Тэера, и минеральной теории Либиха, было известно положительное действие золы, гипса, мергеля, зеленого удобрения и навоза. В этом отношении Д.Н. Прянишников выделяет сочинение Бернара Палией, вышедшее в 1563 г. Тэер считал, что существенным условием поддержания почвенного плодородия является сохранение и накопление гумуса. Он разделил растения на обогащающие и истощающие почву, исходя из предпосылок количественного выноса органического вещества с урожаем и его накопление в виде корневых остатков. Отсюда возникла необходимость севооборота как способа регулирования органического баланса в почве.

Положив в основу своей книги идею минерального питания растений, Либих оказал крупную услугу агрономии. Выдвинутое им правило возвращать в почву то, что из нее взято, послужило основой для создания учения об удобрении почвы.

К.А. Тимирязев (1936) отмечал, что «...учение о необходимости возврата представляет, как бы ни пытались ограничить его значение, одно из величайших приобретений науки...».

Применение минеральных удобрений явилось новым толчком в значительном повышении урожайности.

Бурное развитие сельского хозяйства и расширение ареала применения удобрений вызывало необходимость повышения эффективности их использования. Направление в создании оптимальных условий питания растений происходило путем изучения и усовершенствования приемов распределения удобрений в почве и путем улучшения и сохранения их полезного действия. При внесении порошковидного суперфосфата вразброс первыми культурами используется приблизительно 10-20 % фосфорной кислоты. Если принять во внимание последействие порошковидного суперфосфата на вторую и третью культуру, то всего усваивается растениями около 30 % Р₂0₅ (Авдонин Н.С., 1950).

Борьба с «транспортными затруднениями» в почве, по выражению А.В. Соколова (1947), вызвала необходимость местного применения удобрений.

Стремление устранить широкий контакт с почвой порошковидных удобрений, в частности суперфосфата, удлинить срок их действия обусловило появление гранулированных удобрений. Органо-минеральные гранулы и органо-минеральные смеси с их теоретическими предпосылками являются следствием необходимости дальнейшего решения вопроса.

Идеи местного и рядкового внесения удобрений существовали и применялись еще задолго до постановки первых научных опытов с ними. Местное внесение удобрений, особенно малоподвижной фосфорной кислоты, дает возможность распределить удобрения так, что создаются лучшие условия использования находящихся в них питательных веществ растениями через корни, оплетающие очаги удобрений. Создается лучший контакт корней растений с удобрениями в самый ранний период роста.

При изучении влияния удобрений на развитие корней учеными установлено, что если азот вызывает общее увеличение массы корней, их утолщение, укорачивание и интенсивное местное развитие в пунктах нахождения азотных удобрений, то фосфорные удобрения, наоборот, в верхнем слое почвы способствуют ускорению темпа роста корней вглубь, тогда как внесение в верхние слои азота замедляет их развитие.

При этом глубокое внесение удобрений увеличивало общую массу корней и меняло отношение надземной части к корням в пользу последних, в то время как размещение удобрений поверхностно уменьшает массу корней и изменяет отношение в пользу надземной части. Еще Эдгар Вольни сделал вывод, что рядковое применение удобрений целесообразно проводить лишь на почвах с большой адсорбционной способностью и высокой влажностью. В послевоенные годы рядковое применение удобрений широко испытывалось в Советском Союзе. Работами Всесоюзного института удобрений установлена высокая их эффективность при значительно малых дозах внесения, особенно при использовании фосфорных удобрений на кислых почвах с высокой поглотительной способностью.

В американских исследованиях при рядковом внесении удобрений была выявлена повышенная их токсичность в начальный период развития растений: большая на легких, чем на связных; на кислых, чем на нейтральных; на минеральных, чем на торфяных и гумусовых; при малой влажности, чем при большой.

Преимущество местного внесения удобрений объясняется лучшим снабжением молодых растений элементами питания в первый период их роста и развития и предотвращением перехода Рг0₅ и К?0 в малоусвояемые формы.

К отрицательным сторонам местного или рядкового внесения удобрений необходимо отнести меньший эффект последействия и некоторую пестроту в плодородии почвы.

С развитием науки об удобрениях возникали все новые и новые разделы, как, например, учение о микроэлементах, приемы подкормок, учение о внекорневом питании, об использовании удобрений для управления ростом и развитием растений. Необходимость повышения коэффициента использования удобрений обусловила производство гранулированных удобрений и постановку опытов с ними (Авдонин Н.С., 1952).

При изучении взаимодействия гранулы с почвой установлено (Авдонин Н.С., 1952; Баранов П.А., 1950), что: 1) внесенная гранула создает очажность в почве с повышенной концентрацией доступной для растений Р₂0₅; 2) фосфорная кислота после внесения в почву гранулы быстро мигрирует за ее пределы (около 90 %); 3) вышедшая из гранулы Р2О5, насыщая слой почвы в радиусе 12,5 мм, весьма слабо передвигается за его пределы; 4) выход фосфорной кислоты из органо-минеральной гранулы происходит значительно слабее, чем из минеральной.

Положительное действие гранулированного суперфосфата выражается также в стимуляции деятельности микроорганизмов, и, в частности, азото-усвояющих бактерий. Меньшая скорость миграции фосфорной кислоты из органо-минеральной гранулы обусловливает и меньшие ее потери путем связывания с алюминием и железом. Создаваемые гранулами очаги позволяют растениям, в зависимости от их биологических различий, выбирать лучшую для себя часть зоны усиленной концентрации доступной фосфорной кислоты. При этом необходимо учесть, что размер гранул влияет на количество поступления фосфорной кислоты в растения. Однако применение органо-минеральных гранул в производстве, связанное с трудностями его приготовления и большой трудоемкости, не получили должного распространения и развития.

Исходя из теоретических высказываний В.Р. Вильямса о совместном применении органических и минеральных удобрений, почвенноагрономическая станция им. В.Р. Вильямса с 1948 г. проводила опыты по изучению применения органо-минеральных смесей в травопольном севообороте. Станцией (Чижевским М.Г., Крюковым В.А.) были разработаны приемы применения удобрительной смеси из органических, известковых и минеральных удобрений. Основным теоретическим положением построения системы удобрения растений в севооборотах был принцип: питать растения, а не удобрять почву. Исходя из данных теоретических предпосылок, М.Г. Чижевский и В.А. Крюков (1948, 1950 гг.) считали, что для получения все возрастающих урожаев не нужно в значительной степени увеличивать дозы удобрений, а необходимо их вносить в виде органо-минералъной смеси ежегодно на всех полях севооборота. По их мнению, система удобрений растений травопольного севооборота должна складываться: из системы основного удобрения растений в виде органо-минералъной смеси, вносимой под все культуры севооборота в период зяблевой вспашки на дно плужной борозды, системы припосевного удобрения в виде органо-минерального суперфосфата в количестве 10-15 кг/га Р2О5 (желательно с включением азота и калия) и системы подкормок.

Т.Д. Лысенко (1952, 1953, 1955 гг.) предложил способ внесения удобрений в почву под зерновые культуры под культивацию перед посевом в виде двойной или тройной органо-минералънои смеси, состоящей из перегноя, суперфосфата и извести - «тройчатки» или перегноя либо с суперфосфатом, либо с известью.

По мнению Т.Д. Лысенко, «...применение органо-фосфорноизвестковых смесей, в основном, строится не на том, чтобы непосредственно кормить растения, а чтобы активизировать биологический процесс превращения элементов неорганической природы в пищу растении».

Создавая необходимые условия для нормальной жизнедеятельности комплексов почвенных микроорганизмов, приуроченных к тому или иному виду растений, можно будет регулировать почвенное плодородие.

Однако предполагаемое универсальное удобрение Т.Д. Лысенко в виде тройчатки имело ряд серьезных недостатков, которые могли привести к резкому снижению эффективности применяемых удобрений. Опытами других исследователей не подтвердилось положение Т.Д. Лысенко о питании растений продуктами жизнедеятельности бактерий. Элементы минеральной пищи, содержащиеся в растворенном перегное, в стерильных условиях не используются растениями.

Не подтвердилось также положение, что применение «тройчатки» в полной мере обеспечит растение азотным питанием.

Применение органо-минеральных смесей может иметь место в сельскохозяйственном производстве, но не как основной прием применения удобрений. Применение навоза, в этом смысле, имеет значительно большие преимущества, выражающиеся в улучшении строения пахотного слоя почвы, увеличении адсорбционной способности, структуры почвы, уменьшении дисперсности ее, увеличении органического вещества, дополнительным снабжением ССЬ, повышением температуры почвы, в более длительном и более эффективном последействии.

Несколько позднее так же как органо-минеральным смесям, большое внимание уделялось вопросам применения навозно-земляных и навозно-дерновых компостов.

Однако и при помощи их не удалось решить проблему удобрения сельскохозяйственных культур и получить высокие урожаи.

Важное место в удобрении культур занимает локальное применение удобрений. Оно значительно изучено и дает эффект во многих районах различных почвенно-климатических зон. Внесение удобрений разбросным способом или под культивацию является менее эффективным и требует увеличения доз в 2-3 раза.

Важным мероприятием является послойное внесение удобрений (с семенами и глубже). Послойное внесение удобрений диктуется закономерным развитием корневой системы, идущей вглубь за влагой в более увлажненные горизонты.

В 1948 году П.Г. Найдин писал: «Биологические особенности растений являются крупнейшим фактором, определяющим величину действия различных видов удобрений и их сочетаний в любых почвенноклиматических условиях». Эффективность использования удобрений зависит от возделываемой культуры, от качества почвы, от климата и от способа их внесения.

Характер развития корневой системы, как правило, определяет достоинство метода заделки удобрения в почву (Кук Г.В., 1954, Англия). Некоторые сельскохозяйственные культуры при заделке удобрений в почву лентой (местно) дают большие урожаи, чем при внесении их вразброс, другие же при любом способе внесения дают равные урожаи. Говоря о зерновых культурах следует отметить высокую эффективность удобрений, вносимых вместе с семенами (фосфорные и калийные), причем прибавка урожая бывает равна двойной дозе удобрений, внесенных вразброс. На эффективность удобрений, способ их заделки и распределения влияют следующие факторы:

• 1. Растения могут использовать удобрения лишь в слое почвы, где корни его деятельны;
• 2. Корни не могут поглощать удобрения из сухой почвы, удобрения необходимо размещать во влажный слой;
• 3. Разная длина вегетационного периода и различная потребность в элементах питания в той или иной части периода;
• 4. Культуры со слабой корневой системой менее приспособлены к поглощению удобрения, распределенного во всей массе почвы, чем растения с хорошо развитыми корнями;
• 5. Нерастворимые в воде фосфаты не способны быстро диффундировать и контакт их с адсорбционной поверхностью корней может быть недостаточным для обеспечения максимального поглощения, для чего фосфаты должны перемешиваться с почвой;
• 6. На плотных почвах обеспечение влагой и кислородом может оказаться недостаточным для максимального поглощения питательных веществ.

Большинство исследователей, констатируя значительные прибавки от местного внесения удобрений, рассматривают его лишь как прием подкормки, считая внесение полной дозы навоза и минеральных удобрений под вспашку зяби или весеннюю перепашку необходимым агроприемом сельскохозяйственных культур.

Стало ясно, что для резкого подъема урожайности всех сельскохозяйственных культур необходимо значительно увеличить производство минеральных удобрений. Но, как писал Д.Н. Прянишников: «Без правильной организации использования навоза не может быть налажено действительно рациональное применение и минеральных удобрений. Ведь значительная часть питательных веществ: азота, фосфора и калия, поступающих в хозяйство в виде минеральных удобрений, в первый же год переходит в зерно, солому, другие сельскохозяйственные продукты, идущие на корм животным, в подстилку, а значит, попадают в навоз. Поэтому применение навоза представляет одновременно повторное использование части тех элементов, которые были получены ранее от химической промышленности».

Безусловно, нельзя отрицать большой роли в поднятии урожайности сельскохозяйственных культур использования и одних только минеральных удобрений или одного навоза.

В настоящем разделе мы не ставили перед собой цели детального анализа применения удобрений в сельском хозяйстве, а лишь рассмотрение основных вопросов в развитии теории и практики удобрения сельскохозяйственных культур.

Наши данные частично подтверждают имеющиеся в литературе высказывания, что чем выше биологическая активность в почве, тем выше эффективность использования удобрений, тем лучше последействие выращиваемой в данный год сельскохозяйственной культуры, тем выше урожай.

Мы не можем сейчас решить спор, как действуют удобрения на активность микрофлоры почвы, непосредственно или через растения, хотя вероятнее всего влияют оба фактора, но ясно одно, что увеличение микробиологической активности приводит к улучшению почвенного питания растений.

Например, С.А. Самцевич и В.П. Борисова (1961) считают, что в удобренных растениях лучше растут корневые волоски, в силу чего больше выделяется во внешнюю среду веществ, что в свою очередь приводит к усилению развития прикорневой микрофлоры. Благодаря этому активнее осуществляется превращение трудноусвояемых и неусвояемых веществ, прикорневого слоя почвы в легкодоступные для растений формы. Они считают, что вначале удобрения должны быть потреблены растениями, а затем вновь выделены через корни в ту же почву, но в иной легкоусвояемой микроорганизмами форме.

Опыты многих научных учреждений страны показывают, что максимальная эффективность минеральных и органических удобрений может быть достигнута только при правильном сочетании их с другими агротехническими приемами, и особенно обработкой почвы. Только при помощи соответствующей обработки почвы можно создать наилучшее строение пахотного слоя с правильным соотношением между воздухом и водой и достаточным количеством кислорода.

Никто не может отрицать, что проблема увеличения коэффициента использования удобрений является в настоящее время одной из основных в сельском хозяйстве и может быть решена только при умелом использовании законов земледелия.

Вопросы углубления пахотного слоя и внесения удобрений в более глубокие слои занимают значительное место в окультуривании почвы.

Еще И.А. Стебут, проводя исследования в своем имении «Кроткое» в Тульской губернии, высказал мысль, что внесение удобрений в более глубокие слои, под глубокую вспашку повысит их эффективность.

За более глубокое внесение удобрений выступали: проф. М.Г. Чижевский (1956), Б.И. Мосолов (1956), проф. П.Г. Найдин (1961) и др.

Противоречивые данные в литературе об эффективности и заделке удобрений вызвали постановку опытов и в США, в штате Айова и Иллинойс (1955-1958 гг.).

В опытах американских исследователей (1961) углубление почвы эффективности не дало. При внесении удобрений в более глубокие слои почвы эффективность их снижалась по сравнению с нормальным внесением под нормальную вспашку. Только в штате Миссури глубокое внесение удобрений дало прибавку урожая кукурузы.

Подобные нашим результатам, в США в 1956 году были опубликованы данные С.Э. Янте и Э.Т. Йорк (1956) по влиянию глубокого внесения удобрений и извести на урожай сухого вещества и активности корней кукурузы и клевера инкарнатного. Они отмечают, что в течение примерно 2-х первых недель растения на почве, где удобрения внесены в 0-15 см слой, были более мощными и крупными, чем там, где удобрения были распределены на глубину 61 см.

Концентрация удобрений в верхнем 30 см слое стимулировала глубокое проникновение корней в ранний период.

В противоположность высказываниям, что внесение извести и удобрений в более глубокие слои может создать более благоприятные условия для роста и развития корневой системы и повысить урожай, в их опытах не было получено положительных результатов. Они отмечают, что вероятность прибавок при более глубоком внесении удобрений в других экспериментах объясняется за счет рыхления подпочвенных слоев. Однако, по данным наших исследований в условиях выщелоченных черноземов Орловской области, типичных и обыкновенных черноземов Воронежской области и рыхление подпочвенных слоев не дает ощутимых результатов.

В опытах проф. М.И. Сидорова (1967) при изучении эффективности минеральных удобрений при различной глубине их внесения в почву установлено, что в условиях Молдавской ССР наиболее эффективно используются питательные вещества, внесенные в слой почвы 10-25 см.

Необходимо отметить, что окультуривание типичных, обыкновенных, выщелоченных черноземов и серых лесных почв должно осуществляться путем воздействия на самые активные слои почвы глубиной 0-25 см, максимум 0-30 см. Все попытки воздействия на более глубокие слои почвы в целях их окультуривания (глубже 30 см), как видно из наших данных и данных зарубежных опытных учреждений, не дают положительных результатов. Если учесть, что при внесении в почву минеральных удобрений водорастворимые элементы, находящиеся в них, вымываются осадками в более глубокие слои, то станет ясным нецелесообразность глубокой их заделки. Второй важной причиной, вызывающей сравнительно неглубокую заделку минеральных удобрений, является аэрация почвы. Концентрация угольной кислоты в почве затрудняет поступление элементов минеральной пищи в растение и при очень слабом воздухообмене может привести к ничтожно малому использованию вносимых удобрений.