Основные теоретические положения. Оценка обеспеченности почв азотом

Оценка обеспеченности почв азотом. Потребность сельскохозяйственных культур в азотных удобрениях

Пищевой режим и плодородие почв.

Задачи и упражнения

1. Рассчитайте дозу извести под картофель на дерново-подзолистой почве, если: S = 21 ммоль/100 г, Н_г = 9,0 ммоль/100 г.

2. Установите необходимость применения известковых мелиорантов на дерново-подзолистой почве со следующими агрохимическими показателями: S = 10,4 ммоль/100 г, ЕКО = 14,2 мг-экв/100 г?

3. Сколько необходимо внести извести под клевер, если Н_г = 5 ммоль /100 г, V = 70%?

4. Определите дозу извести под яровую пшеницу на почвах со следующими показателями, выраженными в ммоль на 100 г почвы:

а) озимая рожь на дерново-подзолистой почве, если S = 8,2, Н_г = 7, d_v = 1,3 г/см³;

б) овес на серой лесной среднесуглинистой почве, если S = 5,5, Н_г = 7,85, d_v = 1,39 г/см³;

в) ячмень на дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почве, если S = 57,9, Н_г = 10,8, d_v = 1,28 г/см³;

5. Рассчитайте дозу внесения извести под галегу восточную на светло-серой лесной почве, если S = 15,5, Н_г = 8, d_v = 1,2 г/см³;

6. Для создания культурного пахотного слоя (0-20 см) требуется узнать, нуждаются ли почвы в мелиорирующем веществе и в какой дозе по следующим показателям:

Почва	Горизонт	Глубина, См	Ммоль на 100 г почвы	Плотность сложения, г/см^3
Са^2+	Mg^2+	Нr	ЕКО
	А1 А1А2	1-15 30-40	19,1 16,4	4,4 4,4	7,3 6,7	30,8 27,5	1,2 1,5
	Ап Ап	0-10 10-20	22,4 20,5	1,6 1,7	6,8 6,9	30,8 29,1	1,2 1,3
	Ап А1А2	0-20 26-36	18,7 18,5	3,9 4,3	5,3 5,4	27,9 28,2	1,2 1,4

7. По приведенным данным, выраженным в ммоль/100г почвы, определите: нуждаются ли почвы в химической мелиорации; если нуждаются, то в какой?

а) Са²⁺ = 2,5; Мg²⁺=1; Нr=8;

б) S=12; Нr= 4;

в) ЕКО=21; Нr=5;

г) Са²⁺ = 4,6; Мg²⁺=1,3; ЕКО=7,4;

д) S=10,4; EKO=14,2;

e) S= 4,4; Hr = 3,5;

ж) Са²⁺ =2,9; Мg²⁺= 0,7; Нr =7,3;

8. Определить место и очередность известкования следующих звеньев севооборотов на светло-серой лесной почве при S = 28 ммоль/100 г, Нг = 5,8 ммоль/100 г, pH_Kcl = 5,1:

а) пар – озимая рожь – ячмень;

б) картофель – пшеница – овес + клевер – клевер - ячмень;

в) кукуруза (на силос)– пшеница – корнеплоды – овес на зеленую массу;

г) кормовая свекла – пшеница – овес;

д) яровой рапс – пшеница – овес + горох – пшеница;

е) овсяница + тимофеевка – пшеница – ячмень + (овсяница + тимофеевка);

9. Дайте прогноз применения известкового удобрения. Почвы: дерново-подзолистая, при S = 14 ммоль/100 г, Нг = 6,0 ммоль/100 г; серая лесная при S = 25 ммоль/100 г, Нг = 4,8 ммоль/100 г.

10. Определите степень нуждаемости почв в химической мелиорации и дозу внесения извести для пахотного слоя (0-20 см) почвы по следующим показателям:

Почва	Горизонт	Глубина, см	Ммоль на 100г почвы	Плотность сложения, г/см^3
Са^2+	Mg^2+	Нr	ЕКО
	А1 А2	0-9 9-25	2,53 2,01	0,0 0,0	8,95 3,78	11,48 5,79	1,35 1,50
	А1 А2	3-15 15-25	9,17 4,11	0,0 0,0	4,05 1,23	13,22 5,34	1,30 1,50
	А1 А1 А2	0-20 26-36	18,7 18,5	3,9 4,3	5,3 5,4	27,9 28,2	1,2 1,5

(Практическое занятие № 10)

Большая часть органических соединений в растениях содержит в своем составе азот. К ним относятся аминокислоты, нуклеиновые кислоты, ферменты, хлорофилл, а также переносчики энергии – АТФ (аденозинтрифосфат) и АДФ (аденозиндифосфат). Если растение не обеспечено азотом для формирования этих жизненно важнейших компонентов, оно не может расти и развиваться.

Азот нужен растению для формирования новых клеток. В процессе фотосинтеза из углекислого газа и воды образуются углеводы, но при отсутствии азота этот процесс не может завершиться и сформировать белки, нуклеиновые кислоты и другие составные части растительного организма, в которых азот является обязательным элементом.

Многие белки в клетках вегетативной части растений являются ферментами или нуклеопротеинами, которые частично входят в состав хромосом. Они выполняют функции катализаторов и регуляторов обмена. Белки, которые сосредоточиваются в семенах, являются резервными. Во время прорастания семени они гидролизуются и служат источником аминокислот для синтеза новых белков в проростке.

Преобладающая часть почвенного азота входит в состав органического вещества. Это главным образом белковый азот. Главным источником азота, который используется растениями, являются минеральные формы азота. Они образуются в результате разложения азотистых органических соединений микроорганизмами.

Прогноз обеспеченности полевых культур азотом является наиболее сложным, поскольку в отличие от почвенной диагностики фосфорного и калийного питания, по азоту невозможно, в силу высокой мобильности его соединений, составить долгосрочные агрохимические картограммы.

В течение теплого периода года обеспеченность растений доступными соединениями почвенного азота многократно меняется в зависимости от запасов органических азотсодержащих соединений, способных к разложению, от скорости и направленности процессов минерализации и иммобилизации, от интенсивности потребления и выноса элемента растениями. В связи с этим немецкий ученый Шульц писал: «Если не говорить о воде, то именно азот является самым могучим двигателем в процессах развития, роста и творчества природы. Его уловить, им овладеть – задача, его сберечь - ключ к экономике, подчинить себе его источник, бьющий с неистощимой энергией – тайна благосостояния».

Агротехнический метод определения обеспеченности полевых культур азотом

В практической деятельности агроном, фермер агрохимик не всегда имеют материалы по количественным характеристикам содержания доступного азота в почве. Однако соорентироваться по возможной обеспеченности культур элементом необходимо. В этом случае можно воспользоваться агротехническим методом, основанном на учете закономерностей нитратонакопления в зональных почвах в зависимости от агротехнического фона.

Количество нитратного азота находится в прямой зависимости от агротехнических приемов – предшественника в севообороте, сроков и приемов основной обработки почвы, времени сева культур и интенсивности междурядных обработок пропашных культур.

Наиболее активно процессы нитрификации развиваются в паровом поле. При соблюдении технологии подготовки пара в почве в течение теплого периода под влиянием естественного увлажнения и периодических механических обработок создаются благоприятные условия для минерализации накопленных за севооборот неспецифических органических веществ.

На черноземных почвах, темно-серых, темно-каштановых и лугово-черноземных почвах в полуметровой толще парового поля в течение лета может накапливаться 120-210 кг нитратного азота на 1 га пашни. Поэтому, на почвах с высоким потенциальным плодородием при посеве по пару, даже при интенсивных технологиях возделывания сельскохозяйственных культур, необходимости в применении азотных удобрений не возникнет (Гамзиков, 2001).

Таблица 46. Схема определения потребности полевых культур в азотных удобрениях на основе агротехнического подхода

Предшественники	Содержание гумуса в почве
менее 5%, подзолистые и серые лесные	5-10, черноземы, темно-серые лесные, 3-5% - каштановые	более 10%, черноземы, лугово-черноземные почвы.
Зерновые по чистому пару
Зерновые по занятому пару
Зерновые по раннему пласту многолетних трав
Зерновые по позднему пласту многолетних трав
Зерновые по обороту пласта
Зерновые по удобренным пропашным
Зерновые по зерно-бобовым
Зерновые по зерновым
Пропашные по обороту пласта
Пропашные по зерновым
Пропашные по пропашным
Пропашные по занятому пару
Многолетние травы по зерновым
Многолетние травы по многолетним травам
Вторая зерновая по чистому пару

Роль парового предшественника как накопителя нитратов снижается на почвах с низким содержанием органического вещества. На светло-каштановых, светло-серых и дерново-подзолистых почвах под культуры, высеваемые по пару необходимо вносить дополнительно азотные удобрения.

Основная обработка почвы оказывает существенное влияние на накопление нитратного азота. Систематические безотвальные обработки в сравнении со вспашкой приводят к снижению содержания этой формы азота в 1,4 -1,7 раза. Ранняя зябь способствует более интенсивному прохождению процессов минерализации, а, следовательно, и повышению запасов доступного азота в почве (таблица 46). Ранняя распашка многолетних трав (июль-август), в отличие от позднего подъема пласта (сентябрь-октябрь), позволяет создать благоприятные условия для прохождения процессов минерализации органических азотсодержащих веществ и образования высоких запасов минерального азота.

Под культурами сплошного посева в процессе текущей нитрификации накопление нитратного азота небольшое. Под воздействием междурядных обработок под пропашными культурами процессы мобилизации азота проходят в 1,3-1,6 раза интенсивнее, что приводит к лучшему обеспечению растений азотом. В связи с низкой биологической активностью почв под многолетними травами и быстрым потреблением растениями накопление минерального азота в течение лета крайне невысокое.

Этот метод наиболее прост в исполнении, но, несомненно, несколько условен, поскольку не имеет конкретных количественных характеристик содержания доступного азота. Метод, несмотря на его ориентировочный характер, дает представление о возможной ситуации с азотным питанием растений на каждом поле севооборота при соблюдении агротехнических требований по обработке почв и возделывании полевых культур. Работа по предлагаемой схеме при отсутствии агрохимических анализов позволяет, ориентируясь на структуру использования пашни и особенности обеспеченности азотом, планировать потребность и размещение азотных удобрений в полях севооборота.

Агрохимический метод определения обеспеченности полевых культур азотом и определения потребности в азотных удобрениях

Наиболее достоверным методом прогноза обеспеченности полевых культур азотом и определения потребности в азотных удобрениях является ежегодное агрохимическое обследование. Этот подход, основанный на определении содержания нитратного азота, впервые был предложен А.Е. Кочергиным (1961, 1965) для черноземов Западной Сибири. В последующем он широко апробирован на разных почвах во всех зонах Сибири.

Агрохимическое обследование почв полей севооборотов на содержание подвижных форм минерального азота проводится подразделениями государственной агрохимической службы. На основании полевого отбора почвенных образцов, аналитического определения содержания азота в образцах и камеральной обработки материалов составляются рекомендации по применению азотных удобрений под полевые культуры. Одновременно рекомендуются приемы и дозы внесения азотных удобрений на полях под культуры, где выявлена недостаточная обеспеченность азотом.

Сроки отбора почвенных образцов. Агрохимическое обследование с целью диагностики обеспеченности озимых растений нитратным азотом во всех регионах проводят по сплошному и аналоговому принципу за 7-10 дней до посева. Прогноз обеспеченности азотом яровых зерновых культур на всех регионах Сибири можно проводить в два срока: поздней осенью или весной до посева. Содержание нитратов в течение периода осень-зима-весна не меняется или, как правило, изменения не выходят из того же класса обеспеченности.

Осеннее агрохимическое обследование проводят после торможения процессов минерализации, т.е. при затухании микробиологической деятельности. Такой период наступает при опускании среднесуточной температуры на глубине пахотного слоя ниже 10⁰С.

Весной агрохимическое обследование ограничено коротким периодом от оттаивания почвы до посева. Весенний отбор образцов целесообразнее проводить лишь для уточнения обеспеченности отдельных полей в тех хозяйствах, где осенью предшествовало агрохимическое обследование.

Глубина отбора образцов для диагностики определяется зональными и провинциальными особенностями почвенного покрова, гидротермического режима и интенсивности биологической активности почв той территории, где намечается проводить обследование.

Работами сибирских агрохимиков доказана возможность проводить агрохимическую диагностику обеспеченности нитратным азотом в слое почвы 0-40 см и 0-20 см. Перед массовым определением необходимо проводить контрольное взятие почвенных проб с глубины 0-20 и 20-40 см, что позволит уточнить наиболее оптимальную глубину при основном их отборе с учетом сложившихся гидротермических условий.

Градации обеспеченности почв азотом и потребности в азотных удобрениях. Уровни обеспеченности культур доступными соединениями минерального азота за счет почвенных запасов и потребности в дополнительном внесении азотных удобрений устанавливаются в соответствии с предлагаемыми градациями для каждого обследуемого слоя. Градации разработаны на основании полевых опытов по определению отзывчивости сельскохозяйственных культур на внесение азотных удобрений в зависимости от количества нитратного азота, содержащегося при агрохимическом обследовании и накопленном в процессе текущей нитрификации в период вегетации растений.

Однако по содержанию нитратов в почве в течение вегетационного периода нельзя судить об уровне обеспеченности растений азотом. Проявление признаков недостатка элемента можно установить посредством методов растительной диагностики. Распад и ресинтез азотных соединений в растении происходит непрерывно, продукты ресинтеза могут перемещаться внутри растения и реутилизироваться. На молодых листьях признаки недостатка могут быть незаметны. В то же время на старых листьях отчетливо проявляется азотное голодание.

При лучшей обеспеченности растений азотом возрастает склонность растений к полеганию. Это является результатом того, что под влиянием азота увеличивается масса растений, но не повышается прочность нижних частей стебля. Это снижает сопротивление на излом.

Удобрение может задерживать созревание растений на 4-10 дней. Это чрезвычайно важное практическое значение в условиях Сибири с короткой продолжительностью вегетационного периода. Задержка созревания сопровождается повышенным полеганием и поражением растений стеблевой ржавчиной. Таким образом, рациональное использование азотных удобрений дает возможность увеличить урожай полевых культур, улучшить качество растениеводческой продукции, повысить оплату 1кг азота внесенных туков и выход кормового белка в 1,5 раза. Для оценки обеспеченности почв нитратным азотом и установлении потребности сельскохозяйственных культур в азотных удобрениях рекомендуется использовать следующие градации, предложенные для Красноярского края (табл. 47).

Таблица 47. Шкала обеспеченности почв нитратным азотом и определение потребности в азотных удобрениях

Класс	Содержание N-NO3, мг/кг	Обеспеченность азотом	Потребность в азотных удобрениях
	<4,0	очень низкая	очень сильная
	4,1-8,0	низкая	сильная
	8,1-12,0	средняя	средняя
	12,1-16,0	повышенная	слабая
	16,1-20,0	высокая	отсутствует
	20,1-24,0	очень высокая	отсутствует
7*	24,1-28,0
8*	>28

Примечание: 7-й и 8-й классы только для овощных культур

Итак, главным источником азотного питания растений служат соли азотной кислоты (нитраты) и соли аммония, которые имеют равноценное значение в питании. В самом же растении разные соединения азота выполняют различную роль.

Содержание нитратов связано с особенностями и специализацией отдельных органов растений: типом листьев, размером листовых черешков и жилок, диаметром центрального цилиндра в корнеплодах. Нитраты являются транспортной (несвязанной) формой азота, и их больше содержится в проводящих органах (стебле, черешках и жилках), поскольку именно сюда идет основной транспорт соединений азота. Меньше – в пластинке листа, плодах, семенах.

Таблица 48 – Допустимые уровни содержания нитратов в растениеводческой продукции

Пищевая продукция	N-NO3, мг на 1 кг сырой массы
Открытый грунт	Закрытый грунт
Картофель
Капуста белокочанная: Ранняя поздняя
Морковь: Ранняя поздняя
Томаты
Огурец
Свекла столовая
Лук репчатый
Лук зеленый
Листовые овощи
Арбуз
Перец сладкий
Кабачки
Яблоки
Тыква

При избыточном поступлении азотных удобрений растения не способны использовать весь нитратный азот для биосинтеза органических соединений и накапливаются в значительных количествах. Попадая с растительной продукцией в организм человека, нитраты восстанавливаются до нитритов. Это приводит к образованию в организме метгемоглобина, нарушению транспортной функции крови, угнетению нервной системы и тканевого дыхания. Нитраты обусловливают образование нитрозосоединений, которые обладают канцерогенными свойствами.

В незрелых овощах, а также в овощах раннего созревания нитратов больше, чем в достигших нормальной уборочной зрелости. Так, например, в ранних тепличных огурцах количество нитратов от плодоножки уменьшается по длине огурца на каждый сантиметр в 1,5 - 2 раза; у кабачков количество вредных примесей может изменяться от плодоножки по длине и диаметру плода в 1,5 - 2 раза. Больше всего нитратов в кожице огурцов и кабачков, в капусте наибольшее количество нитратов сосредоточено в верхних кроющих листьях и кочерыжке (см. схему).

в кабачке в капусте

в огурце в свекле

Содержание нитратов связано с особенностями и специализацией отдельных органов растений: типом листьев, размером листовых черешков и жилок, диаметром центрального цилиндра в корнеплодах. У зеленных листовых овощей нитраты накапливаются в основном в стеблях и черешках листьев, поскольку именно сюда осуществляется основной транспорт соединений азота. Установлены предельно допустимые концентрации нитратов в растениеводческой продукции (табл. 48).

Предотвращает повышенное накопление нитратов, сбалансированное внесение азотных удобрений с фосфорными и калийными. Этим достигается полуторакратное снижение концентрации нитратов.

Важное значение имеет оптимальная обеспеченность микроэлементами. Они входят в состав ферментов, которые участвуют в реакции восстановления нитратов до аммиака, и это существенное снижает концентрацию нитратов.

Поглощение азота овощными растениями происходит в течение всей вегетации, но с одинаковой скоростью в первый период жизни (40-50 дней после посева) овощи используют 10-22% всего потребляемого азота, а в период интенсивного роста вегетативной массы – 69-72%, резко снижая его использование после образования продуктивных органов. В соответствии с этим следует распределять дозы азота в процессе вегетации, чтобы при созревании кочанов, корнеплодов, плодов создавался минимум его содержания в почве. Азотные подкормки целесообразны в первой половине вегетации. Более поздние подкормки затягивают вегетацию растений, нитратный азот используется частично, что приводит к избыточному его накоплению.

Количество нитратов в растениеводческой продукции может быть значительно снижено при совместном применении органических и минеральных удобрений. Органические удобрения стимулируют интенсивное развитие почвенной микрофлоры, которая поглощает избыток азота и обусловливает равномерное поглощение азота в течение вегетации.

Существенно различаются между собой сорта культуры. Поздние сорта меньше накапливают свободных нитратов, чем ранние. Значительное влияние на степень накопления нитратов растениями оказывает освещенность. Чем лучше освещенность, тем интенсивнее идет фотосинтез, т.е. неорганический азот быстрее превращается в органические соединения – тем меньше нитратов остается в листьях овощных культур. Особое значение это имеет для овощных культур в защищенном грунте. Но и в открытом грунте на затененных и загущенных посевах концентрация нитратов увеличивается в 1,5-2 раза (Соколов, 1988).

Основные требования по применению удобрений под овощные культуры:

1) Разовая доза азота под большинство культур и картофель не должна превышать 90 кг/га, под капусту – 150кг/га;

2) Не допускается использование слежавшихся туков. Распределение удобрений по поверхности почвы должно быть равномерным, обеспечивающее равноценное развитие растений на всей площади удобренного массива.

3) Для некорневых подкормок использовать мочевину не позже месячного срока до уборки урожая.

4) Предусматривать применение органических удобрений.

5) Регулировать почвенную влажность поливами.

6) При повышенном содержании в растениях нитратного азота в течение вегетации смещать сроки уборки на возможно более поздний период.

Содержание работы

1. Оцените уровень обеспеченности азотом агротехническим методом и потребность в азотных удобрениях культур севооборота, ориентируясь на содержание гумуса и характер предшествующей культуры:

Почва - чернозем выщелоченный:

а) 1) чистый пар; 2) яровая пшеница; 3) однолетние травы; 4) яровая пшеница.

б) 1) чистый пар; 2) озимая рожь; 3) кукуруза; 4) яровая пшеница

в) 1) горох; 2) яровая пшеница; 3) горох + овес; 4) овес.

г) 1) кукуруза; 2) яровая пшеница; 3) яровая пшеница с подсевом донника; 4) донник; 5) яровая пшеница.

г) 1) люцерна 1 г.п.; 2) люцерна 2 г.п.; 3) яровая пшеница; 4) овес; 5) кукуруза; 6) яровая пшеница.

Почва - дерново-подзолистая:

а) 1) занятый пар; 2) озимая рожь; 3) яровая пшеница; 4)горох; 5) яровая пшеница; 6) подсолнечник; 7) яровая пшеница.

б) 1) занятый пар; 2) яровая пшеница; 3) овес; 4) горох; 5) яровая пшеница.

в) 1) горох + овес; 2) яровая пшеница; 3) яровая пшеница; 4) подсолнечник; 5) яровая пшеница.

Почва - чернозем обыкновенный:

а) 1) корнеплоды; 2) яровая пшеница; 3) однолетние травы.

б) 1) донник; 2) кукуруза; 3) яровая пшеница + донник.

в) 1) кукуруза; 2) яровая пшеница; 3) горох + овес; 4) овес.

г) 1) кукуруза; 2) корнеплоды; 3) яровая пшеница; 4) горох.

г) 1) подсолнечник; 2) корнеклубнеплоды; 3) рапс.

2. Объясните полученный результат, предложите мероприятия способствующие накоплению нитратного азота в почве.

Дата добавления: 2014-11-25