“Ефективність – це отримання більшого при мінімальних вкладеннях”

Т.C. Мюррелл, Міжнародний інститут живлення рослин (IPNI), США

Українське прислів’я: «Пани б’ються — у мужиків чуби тріщать» в умовах сьогодення набуває особливої актуальності. І чуби тріщать, і голова пухне. А ще б не пухла, адже існує висока вірогідність того, що цього року багатьом аграріям прийдеться повністю змінювати технології – переходити на «напіворганічне» землеробство.

 

З огляду на останні події на вітчизняному ринку мінеральних добрив, відмова від їх використання базуватиметься як на дефіциті, так і на ціні. Все було б нічого, якби не ті сорти (гібриди) з високим генетичним потенціалом, які для його розкриття потребують повноцінного живлення. Тому питання, яким чином можна забезпечити бездефіцитне мінеральне живлення в умовах дефіциту ресурсів, набуло особливої актуальності, коли кожен внесений кілограм добрив має бути економічно виправданим та давати максимальний приріст до урожаю. Його вирішення просто не можливе без розробки оптимальних моделей агротехнологій, які неодмінно мають носити зональний характер, і реалізація яких повинна звести до мінімуму невиробничі втрати біогенних елементів. І коефіцієнти використання поживних речовин мають наблизитися до максимальних рівнів.

Мабуть немає потреби акцентувати на тому, що основним елементом, який лімітує продуктивність рослин є азот, а на закупівлю азотних добрив господарства витрачають від 60 до 95 відсотків коштів, призначених на придбання агрохімікатів. При цьому варто зазначити, що за узагальненими даними невиробничі втрати азоту з ґрунту, за його внесення з мінеральними добривами, становлять у вигляді:

  • газоподібних продуктів – 15-30%;
  • іммобілізації в органічну речовину ґрунту – 20-40%;
  • втрат через вимивання нітратів – від 10 і більше відсотків.

Якщо раніше вважали, що рослини здатні засвоювати до 80% азоту з мінеральних добрив, то більш пізніми дослідженнями за допомогою сталого ізотопу 15N доведено, що в польових умовах загальне засвоєння рослинами азоту з внесених мінеральних добрив не перевищує 30-50%. Крім того, цей метод дозволив встановити, що величина засвоєння азоту з добрив змінюється і визначається не лише біологічними особливостями вирощуваних культур, а й сортовим (генетичним) контролем за надходженням, асиміляцією і метаболізмом азоту в рослині. Так, наприклад, сучасні сорти пшениці для збільшення врожайності та формування якості зерна, як за низьких, так і за високих доз азоту, у порівнянні з «стародавніми», набагато ефективніше використовують ґрунтовий азот. Це обумовлено направленням сучасної селекції пшениці на ефективне використання азоту на ростові процеси, що супроводжується зростанням його вмісту в зерні і зміною структури рослини на користь зернової продуктивності.

Фактори впливу на ефективність азотних добрив

Істотний вплив на засвоєння азоту добрив відіграють умови зволоження, кількість та види пожнивних решток попередників. Беззаперечним є той факт, що у питанні ефективності добрив важливе місце займає ґрунт, зокрема його тип. Адже, мінеральні сполуки азоту, як правило, в ґрунті не накопичуються у великих кількостях, тому що поглинаються рослинами, використовуються мікроорганізмами і частково трансформуються в органічну форму. Загалом же вміст азоту в ґрунтах коливається від 0,07% до 0,5%.

Ґрунтовий азот знаходиться, в основному, в недоступній для рослин органічній формі, а на частку мінерального азоту припадає лише 1-2% його загальної кількості. Щоправда, в результаті мікробіологічних процесів органічні форми азоту трансформуються і слід зазначити, що внесення азотних добрив посилює мінералізацію органічної речовини ґрунту, а засвоєння рослинами азоту при цьому зростає. Процеси мінералізації та іммобілізації органічної речовини в ґрунті відбуваються постійно, причому процес мінералізації органічної речовини переважає над іммобілізацією, тому в ґрунті постійно присутній певний запас мінерального азоту. Так, у дерново-підзолистих ґрунтах може утворюватися до 30-35 кг/га мінерального азоту, в чорноземах – до 50 кг/га. Тому основне завдання агрономічної служби забезпечити максимальне його використання культурними рослинами шляхом збалансованого ходу процесів мінералізації та іммобілізації органічної речовини ґрунту завдяки безпосередньому включенню свіжовнесеного азоту добрив у загальний цикл перетворень азоту та поглинання рослинами.

Для визначення оптимальних доз азотних добрив і коригування термінів їх внесення з урахуванням погодних умов, попередника, родючості ґрунту і запланованої врожайності спочатку потрібно з’ясувати кількісний та якісний вміст мінерального азоту в ґрунті. Оскільки під час внесення добрив відбувається зменшення сполук азоту ґрунту, що легко гідролізується, натомість спостерігається збільшення фракцій, що важко гідролізуються або взагалі не гідролізуються. Тобто, частина азоту з добрив переходить у недоступну або важкодоступну для рослин форму. Насамперед це стосується амонію, оскільки (в надлишку) він безпроблемно може займати нішу калію у первинних силікатних мінералах та польових шпатах або ж «включатися» у кристалічну решітку мінералів, подібних вермикуліту або іліту. Типовим прикладом фіксування нітратних форм азоту є його біологічне поглинання, але якщо процес біологічного поглинання мікроорганізмами занадто виражений, то це обов’язково негативно позначиться на живленні культурних рослин. Однак, як показує практика, найбільші втрати азоту з ґрунту та добрив відбуваються внаслідок денітрифікації, тобто у процесі відновлення нітратного азоту до вільного молекулярного або ж до газоподібних окисно-закисних його форм. Біологічна денітрифікація здійснюється групою денітрифікуючих бактерій і особливо інтенсивно відбувається в анаеробних умовах при лужній реакції ґрунту за наявності багатої клітковиною органічної речовини – соломи. Проте найбільші втрати азоту ґрунту та добрив в газоподібному його стані відбуваються в результаті денітрифікації, амоніфікації та нітрифікації у формі молекулярного азоту (N2), його оксидів (NO; N2O; NO2) та аміаку (NH3). Так, втрати з внесених азотних добрив можуть складати до 20% з аміачних добрив та приблизно 30% з нітратних форм, а на дерново-підзолистих ґрунтах можуть сягати і до 50%. Дослідженнями доведено, що основна частина аміачного азоту втрачається у перший місяць після його внесення. Далі, коли в процесі нітрифікації велика частина азоту переходить у нітратну форму, втрати аміаку значно знижуються. Щодо дерново-підзолистих ґрунтів, то найвищі втрати аміаку зафіксовано протягом перших 10 діб після внесення азотних добрив, через 2-3 тижні виділення з ґрунту NН3 припиняється зовсім. Кількість випаровування аміаку з ґрунту залежить від форми азотного добрива. За величиною втрат з ґрунтів азоту добрив у вигляді NH3, азотні добрива розташовуються так: сульфат амонію (3-14% від внесеної кількості), аміачна селітра (1-14%), сечовина (2-20%), водний аміак (45-53%).

Як показує практика, агрономічна ефективність азотних добрив та розміри втрат азоту напряму залежить від глибини їх загортання в ґрунт. Так, наприклад, не залежно від типу ґрунту зафіксовані максимальні втрати азоту за поверхневого внесення карбаміду (сечовини) або його заробки на глибину 3-5 см, тоді як за глибини до 15 см втрати азоту практично виключаються. Аналогічна ситуація спостерігається і за внесення аміачної селітри та сульфату амонію: вивітрювання аміаку з ґрунту в процесі їх внесення на чорноземі звичайному за глибини 18-20 см практично зводилося до мінімуму, чого не можна сказати про поверхневу заробку (боронування), де розмір втрат доходив до 30%. Одним із факторів, що впливає на леткість та забезпечує зменшення газоподібних втрат азоту добрив за більш глибокого їх загортання, є зниження інтенсивності мікробіологічних процесів, при цьому гази, що утворюються у процесі амоніфікації, денітрифікації та нітрифікації, проходячи через товстий шар ґрунту, більш повно поглинаються ґрунтовим колоїдним комплексом.

Далеко не останнє місце на вплив розмірів втрат та ефективності добрив посідають вологість, рН та температура ґрунту. Звернемо увагу на таблицю або діаграму про вплив рН ґрунту на доступність макро- і  мікроелементів для рослин.201512022478

З цього виникає цілком просте запитання: куди дівається той недоступний для рослин азот, за який, як говорив відомий персонаж Леоніда Гайдая, «уже заплачено»? Як показують дослідження, незадіяний азот добрив (в залежності від форми) може розходитися так: частина, як уже зазначалося, іммобілізується, частина переходить у форму, що легко гідролізується, частина вимиється, частина «виб’є» калій з кристалічних решіток мінералів, а частина просто вивітриться. В науковій літературі є дані про те, що втрати азоту в формі NН3 у разі зміни реакції ґрунтового середовища зростають з 5 до 60% за рН 8. Крім того, частина нітратного азоту якщо не вимиється, то обов’язково разом з вологою перемістися у більш глибокі горизонти.

Щодо вологості ґрунту, то зі збільшенням повної вологоємності (ПВ) з 25 до 75% втрати аміаку з сульфату амонію і аміачної селітри знижувалися в 2 рази, а з сечовини – в 1,5 рази, натомість спостерігалася міграція азоту по профілю, а коефіцієнти використання мінерального азоту рослинами перебували у прямій залежності від типу кореневої системи. Нітратну форму краще полюбляють рослини з мичкуватою кореневою системою, тоді як на амонійний азот краще відгукуються рослини із стрижневим коренем. Слід зазначити, що амонійний азот сприяє більш інтенсивному росту бічних коренів та кореневих волосків, тоді як нітратна форма посилює ріст коренів у довжину. Крім того, можливо це буде виглядати дещо дивним, але крім форми азоту рослини мають своє улюблене «меню». Якщо пшениця приблизно однаково засвоює азот з аміачної та кальцієвої селітри, сульфату амонію, сечовини, то ячмінь віддає перевагу аміачній воді та аміачній селітрі, картопля ж практично не використовує азот з аміачної і амідної форм, а однорічні трави навпаки більше полюбляють ці форми в сукупності з нітратними. Щодо температурного режиму, то тут, мабуть, питань не виникає: чим вища температура – тим вищі втрати.

Взаємодія азоту з іншими елементами  

З метою раціонального застосування мінеральних добрив та підвищення їх поглинання кореневою системою культурних рослин, розробляючи систему удобрення, також потрібно враховувати антагоністичні і синергетичні взаємозв’язки між різними іонами елементів живлення. В одному випадку (під час контакту іонів з однойменним електричним зарядом) вони гальмують цей процес, в іншому (за різнойменного заряду) – взаємно допомагають один одному проникати в рослини. Коренева система у кілька разів інтенсивніше поглинає іони поживних речовин з різнойменними електричними зарядами. Так, наприклад, ранньою весною, за середньодобової температури до 5-8 °С, потреба рослин в азоті забезпечується виключно його амонійною формою. Тому позитивно заряджений амоній посилює поглинання фосфатного іона РО4-. Азот і особливо фосфор стимулюють активність кореневих волосків у поглинанні усіх інших елементів живлення. У той же час зіткнення однойменно заряджених нітратних і фосфатних іонів гальмує поглинання як азоту, так і фосфору. Слід зазначити, що в ранньовесняний період, через низькі температури або їх перепади, рослини і так страждають від нестачі фосфору. Уявімо, що на температурний чинник накладається певна кількість нітратів. Що тоді відбувається зі засвоєнням цих елементів? За низького вмісту доступного фосфору в ґрунті потрібно надавати перевагу аміачній формі азоту з бажаним його загортанням у ґрунт. За підвищеного та високого вмісту доступного фосфору в ґрунті порушується живлення рослин такими елементами як азот, калій, мідь, цинк, бор. У цьому випадку перевагу слід надавати поверхневому внесенню нітратних форм. Конкуренція між нітратами і фосфатами знизить зайве надходження до рослин солей фосфору та розблокує надходження вищезгаданих елементів.

Не менш важливим фактором, що впливає на азотне живлення, є рівень забезпеченості ґрунтів калієм. Амоній, маючи близькі іонні розміри з калієм, постійно конкурує з ним у ґрунтових процесах: взаємозв’язок цих катіонів проявляється як за їх фіксації ґрунтом, так і за мобілізації. У ряді досліджень показано блокуючу дію підвищеного рівня калію в ґрунті на перехід фіксованого амонію в обмінний стан, що в підсумку призводить до зменшення засвоєння азоту рослинами, зниження ефективності добрив та підвищення невиробничих втрат. В літературі мають місце дані про те, що в умовах дефіцитного балансу калію внесення азотних добрив призвело до міграції нітратної форми азоту в більш глибокі шари ґрунту. Збалансування ж азотно-калійного режиму значно посприяло в засвоєнні нітратного азоту рослинами та сповільнило міграційні процеси, що в свою чергу вплинуло на агрономічну ефективність азотних добрив.

Фіксація азоту: бактерії  та амінокислоти

Вагоме значення у процесі формування азотного режиму та зниженні затрат на мінеральні добрива відіграють азотфіксуючі мікроорганізми. Якщо в результаті біологічної азотфіксації (несимбіотична та симбіотична) у кругообіг залучається приблизно 200 млн. тонн азоту, то потужності світової хімічної промисловості спроможні виробити не більше 85 млн. тонн. За даними ФАО, вклад біологічної азотфіксації у сільське господарство приблизно вдвоє перевищує вклад хімічних азотних добрив, а за більш широкого залучення в аграрну галузь діазотрофів (симбіотичні та вільноживучі азотфіксуючі бактерії) цей показник легко подвоюється. Сучасний арсенал бактерій-азотфіксаторів досить потужний, це і бульбочкові (симбіотичні) бактерії роду Rhizobium, які перебувають в симбіозі з бобовими рослинами, це і асоціативні азотфіксатори роду Azospirillum, Azotobacter, Beijerinckia, Clostridium, які головним чином живуть за рахунок кореневих виділень рослин. Беззаперечно їх застосування є вагомим додатком у забезпеченні рослин азотом, однак у випадку дефіциту вологи, їх ефективність значно знижується.

Незамінним агрозаходом серед факторів, що дозволяють підвищити агрономічну ефективність азотних добрив є застосування мікроелементів та стимуляторів росту. При цьому, з огляду на абіотичні стрес-фактори, особливу увагу потрібно приділити введенню в технології вирощування препаратів з вмістом амінокислот. Так як існує чітка кореляційна залежність між азотним живленням та синтезом амінокислот. Потрапляючи в рослину шляхом штучного їх введення (позакореневі підживлення), більшість амінокислот окрім притаманних для них специфічних функцій (синтез білків) приймають активну участь в ферментативних реакціях рослинного організму, «працюють» над синтезом фітогормонів та регулюванням гормонального балансу. Фітогормони, в свою чергу, активують надходження елементів мінерального живлення в рослини та їх перерозподіл в рослині.

На завершення хотілося пригадати слова ще одного літературного персонажу: «Спасіння потопаючого – діло рук самого потопаючого», тобто агрономічна ефективність добрив може бути саме такою, як ми її запрограмуємо.

Марія Августинович,

кандидат сільськогосподарських наук,

завідувач науково-дослідною

лабораторією інноваційних технологій та впровадження

ТОВ «УНПЦ «Інститут живлення рослин»

 

Comments are closed.