Для усиления биологической азотфиксации целесообразно применять удобрения содержащие микроэлементы

Обновлено: 02.07.2024

Плодородие является тем основным свойством почвы, которое определяет ее значимость в качестве основного средства аграрного производства. Применение микроудобрений и повышение плодородия, как потенциальная возможность почвы в части удовлетворения требований вегетирующих растений по необходимых им параметрам (питательным элементам, водным ресурсам, воздуху, ресурсам тепла и солнечной энергии и др.), представляется важнейшим направлением для нормального роста и развития агропроизводства. В настоящее время химические предприятия Российской Федерации поставляют на рынок весьма скудный перечень удобрений, в состав которых производитель включает в лучшем случае соединения таких элементов, как бор, медь, цинк, марганец. Однако и эти количества выпускаемых микроудобрений не способны обеспечить все возрастающие потребности. Использование микроудобрений с целью проведения предпосевных обработок семенного материала, различных некорневых подкормок, а также при выращивании растений в защищенном грунте, требует налаживания производства микроэлементов в форме растворимых солей, борной кислоты и комплексных водорастворимых микроудобрений. Исследованиями установлено, что внесение минеральных удобрений с микроэлементами в почву дает серьезные преимущества перед остальными способами применения микроудобрений. Определена оптимальная концентрация микроэлементов, добавляемых к минеральным удобрениям. При оптимальных дозах микроэлементов в сочетании с макроэлементами обеспечивался высокий агроэкологический эффект микроудобрений. Результаты проведенных опытов красноречиво говорят о следующем факте – на фоне применения органических и минеральных удобрений эффективность использования микроудобрений составляет 10–15 % и выше. Показано, что применение микроэлементов совместно с полным минеральным удобрением при внесении в почву имеет преимущество перед другими способами их использования. Применение микроудобрений однозначно положительным образом отражалось на урожайности возделываемых культур. Подтверждением этому служат цифровые данные, полученные в результате проведения полевых опытов с микроудобрениями.

1. Ханиева И.М., Шибзухов З.С., Кишев А.Ю., Гажева Р.А., Жеруков Т.Б. Изменения показателей качества зерна яровой пшеницы в зависимости от применения макроудобрений // Международные научные исследования. 2017. № 3 (32). С. 316–319.

Khanieva I.M., Shibzukhov Z.S., Kishev A.Yu., Gazheva R.A., Zherukov T.B. Changes in the quality indicators of spring wheat grain depending on the use of macro-fertilizers // International Scientific Research. 2017. № 3 (32). P. 316–319 (in Russian).

2. Ханиева И.М., Кишев А.Ю., Жеруков Т.Б., Мамаев К.Б. Способы и приемы повышения почвенного плодородия // Уральский научный вестник. 2017. Т. 10. № 3. С. 042–044.

Khanieva I.M., Kishev A.Yu., Zherukov T.B., Mamaev K.B. Methods and techniques for increasing soil fertility // Ural scientific bulletin. 2017. Vol. 10. № 3. P. 042–044 (in Russian).

3. Ханиева И.М., Бозиев А.Л. Влияние микроэлементов и инокуляции семян на продуктивность посевов гороха // Зерновое хозяйство. 2005. № 8. С. 21–22.

Khanieva I.M., Bosiyev A.L. Influence of microelements and inoculation of seeds on the productivity of pea crops // Zernovoe xozyajstvo. 2005. № 8. Р. 21–22 (in Russian).

4. Ханиева И.М., Карданова М.М., Назаров А.М., Адамоков Р.М. Выращивание льна масличного в Кабардино-Балкарской республике // В сборнике: Trends of modern science – 2014 Materials of XI International scientific and practical conference. Editor Michael Wilson. 2014. С. 82–85.

Khanieva I.M., Kardanova M.M., Nazarov A.M., Adamokov R.M. Cultivation of oil flax in Kabardino-Balkar Republic // In compilation: Trends of modern science – 2014 Materials of XI International scientific and practical conference. Editor Michael Wilson. 2014. Р. 82–85 (in Russian).

5. Ханиева И.М., Бозиев А.Л. Эффективность микро- и макроудобрений при выращивании гороха // Агрохимический вестник. 2005. № 5. С. 022–023.

Khanieva I.M., Bosiyev A.L. Efficiency of micro-and macrofertilizers at cultivation of peas // Agroximicheskij vestnik. 2005. № 5. С. 022–023 (in Russian).

6. Гайсин И.А., Сагитова Р.Н., Хабибуллин Р.Р. Микроудобрения в современном земледелии // Агрохимический вестник. 2010. № 4. С. 13–15.

Gaisin I.A., Sagitova R.N., Habibullin R.R. Microfertilizers at modern agriculture // Agroximicheskij vestnik. 2010. № 4. Р. 13–15 (in Russian).

Нормальное развитие в процессе вегетации растений сельхозкультур невозможно без микроэлементов. Микроэлементы включены в обмен веществ, участвуют в сложнейших процессах синтеза и распада белков, жиров, углеводов, ферментов, витаминов и проч. Микроэлементы вовлечены во все процессы, происходящие в организме растений, среди которых и процесс фотосинтеза, транспорт ассимилированных веществ, фиксация азота атмосферы, восстановление нитратов. Таким образом, опосредованно через эти процессы оптимальное содержание микроэлементов в почве положительно влияет на урожайность, качественные показатели урожая, на развитие семян и их посевные качества и т.д. [1–3]. Сами растения при этом проявляют большую устойчивость к неблагоприятным условиям произрастания, атмосферной и почвенной засухе, пониженной и повышенной температуре, поражению различными вредителями и болезнями [3, 4].

Резко обострившемуся в последнее время вопросу, связанному с применением микроудобрений в сельскохозяйственном производстве, способствует целый ряд причин, среди них, по нашему мнению, наиболее важными являются следующие: в ряде регионов Российской Федерации почвы имеют небольшие запасы микроэлементов в доступной для растений форме; невосполнение запасов микроудобрений вместе с внесением удобрений, содержащих макроэлементы (N, P, K); высокий вынос вместе с накапливаемым растениями сухим веществом микроэлементов, особенно в тех случаях, когда в аграрном производстве применяются так называемые высокоинтенсивные сорта культур; применение концентрированных минеральных удобрений (безбалластных) и многие другие [5]. Общеизвестно, что как недостаток, так и избыточное количество микроэлементов в почвенном покрове вызывает ряд заболеваний у возделываемых культур. Наукой определено свыше 30 микроэлементов, недостаток или отсутствие которых вызывает заболевания у растений.

Проводимый в последние годы мониторинг обеспеченности почв Российской Федерации микроэлементами ясно показывает потребность в них у большей части земельных угодий [5]. Единственным исключением в этом вопросе является обеспеченность бором – потребность в данном микроэлементе выявляется приблизительно у трети земельных угодий страны. Низкая обеспеченность же, к примеру, цинком, кобальтом и молибденом отмечается практически у 80 % угодий страны. Повсеместно фиксируются нарушения и несоблюдения основных элементов ведения системы земледелия, правил ведения севооборотов, строящихся на их основе программ обработок почвы, применения удобрений, средств химической защиты растений, орошения, семеноводства и резкое падение продуктивности и эффективности в целом земледелия [6].

Цель исследования: выявить особенности эффективного применения микроудобрений под основные сельскохозяйственные культуры. В соответствии с поставленной целью обозначались задачи исследований: выявить среднюю прибавку урожая основных сельскохозяйственных культур от применения микроудобрений; определить степень влияния способов внесения микроудобрений на урожайность культур; установить оптимальные концентрации микроэлементов, применяемых совместно с макроэлементами, обеспечивающие высокий положительный эффект от применения микроудобрений.

Материалы и методы исследования

В процессе проведения исследований были заложены два опыта.

Опыт № 1: Изучение отзывчивости сельскохозяйственных культур на применение различных микроэлементов. Фактор А – с/х культуры: пшеница, ячмень (на зерно); кукуруза (на зерно); кукуруза (на зеленую массу); картофель; сахарная свекла; лен (на солому); горох (на зерно); многолетние травы (на зеленую массу); клевер (на семена). Фактор Б – микроэлементы, содержащиеся в применяемых удобрениях: бор, молибден, цинк, медь, кобальт, марганец.

Опыт № 2: Изучение влияния способов внесения микроудобрений на урожайность культур. Фактор А – с/х культуры: ячмень (на зерно); кукуруза (на зеленую массу); кормовая свекла (на корнеплоды); тимофеевка луговая (на сено). Фактор Б – микроэлементы, содержащиеся в применяемых удобрениях: бор, молибден, цинк, медь, кобальт, марганец. Фактор В – способы внесения микроудобрений: в почву, при предпосевной обработке семян, при внекорневой подкормке.

Количество применяемых удобрений определяли в основном по результатам полевых исследований почвы, с применением балансового метода расчета.

Результаты исследования и их обсуждение

К сожалению, приходится констатировать тот факт, что к нынешнему моменту времени в условиях Кабардино-Балкарской республики исходя из вышеперечисленных фактов ведение севооборотов, за исключением нескольких, которые сохранились в крупных хозяйствах, отсутствует. Отсутствие ведения севооборотов приводит к печальным последствиям и среди прочего приводит не только к невозможности применения интенсивных технологий, но и к упрощению системы земледелия до недопустимого уровня. Повсеместно агротехника упрощается до вспашки плугами без предплужников (вызывая переуплотнение почвы), боронования в один след, игнорирования боронования и лущения стерни, осенней вспашки, внесения органических удобрений и проч.

Негативные изменения за последние десятилетия произошли и в вопросе применения минеральных и органических удобрений. Отметим, что за указанный период времени эти изменения носили негативный характер не только в количественном смысле, но и в качественном. Выражаясь языком цифр, в целом минеральных удобрений (пересчитывая на 100 % питательных веществ) в 2017 г. внесли порядка 25000 т. Это меньше более чем на 90 % удобрений, вносимых в 2010 г. Очевидно, что такое количество применяемых минеральных удобрений явно недостаточно для нормального развития и роста растений, формирования высоких урожаев качественной сельхозпродукции.

Отметим, что применение на подобных почвах микроудобрений однозначно положительным образом отразится на урожайности возделываемых культур [6]. Подтверждением этому служат цифровые данные, полученные нами в результате проведения полевых опытов с микроудобрениями, и данные, предоставленные агрохимической службой, приведенные в табл. 1.

Результат использования микроудобрений под основные сельскохозяйственные культуры

Применение удобрений под зернобобовые культуры

Возделывание различных видов зернобобовых культур (горох, люпин, вика яровая, соя) является важнейшим звеном в системе кормопроизводства Республики Беларусь и обусловлено главным образом запросами комбикормовой промышленности для балансирования концентрированных кормов по переваримому белку.

Основной биологической особенностью зернобобовых культур (горох, вика, пелюшка, люпин, кормовые бобы) является фиксация азота воздуха благодаря симбиозу с клубеньковыми бактериями, что снижает их потребность в азотных удобрениях. Коэффициент азотфиксации у этих культур составляет в среднем 60 % от общего потребления азота на формирование урожая. Примерно 75 % азота, фиксированного бактериями из воздуха, используется растениями, а 25 % остается в клубеньках и после минерализации пожнивно-корневых остатков зернобобовых культур способствует улучшению азотного питания последующих культур. Благодаря симбиотической деятельности с пожнивными остатками в почве накапливается от 50 до 150 кг/га азота в зависимости от культуры.

Кроме того, зернобобовые культуры, выделяя лимонную кислоту через корневую систему, переводят многие труднорастворимые соединения фосфора, кальция и калия в легкодоступные, обогащая ими пахотный слой. Хорошо развитая корневая система зернобобовых культур обеспечивает рыхление, оструктуривание и дренажирование пахотного слоя и подпахотного горизонта, улучшая их водно-физические свойства. Это снижает эрозию почв, повышает их биологическую активность, стабилизирует баланс гумуса. В большей степени это проявляется у люпина и гороха.

Наиболее благоприятные условия для симбиотической азотфиксации создаются на оптимальном уровне фосфорно-калийного питания и обеспеченности доступным молибденом – микроэлементом, принимающем участие в азотфиксации. Повышенное содержание в почве минерального азота значительно уменьшает азотфиксацию, и зернобобовые культуры становятся такими же потребителями азота, как и другие.

Для возделывания гороха, вики, пелюшки и кормовых бобов наиболее пригодными являются дерново-подзолистые легко- и среднесуглинистые почвы, а также супеси, подстилаемые связными породами. Оптимальные агрохимические показатели почвы: рН – 6,0–6,5, содержание гумуса – не ниже 1,8 %, подвижных соединений фосфора и калия – не менее 150 мг/кг.

Пелюшка, вика, кормовые бобы предъявляют более высокие требования к плодородию почвы, чем люпин. Они лучше растут на связных по гранулометрическому составу почвах, хорошо реагируют на известкование. Оптимальное значение рН_KCl для них 6–7.

Зернобобовые культуры требовательны к определению места в севообороте. В связи с накоплением в почве инфекции корневых гнилей не допускается возвращение бобовых на прежнее поле севооборота ранее, чем через 5–6 лет. Лучший предшественник – озимые и яровые зерновые.

Зернобобовые культуры – особенно люпин – чувствительны к высокому содержанию хлора в почве. Эти культуры более или менее равномерно потребляют питательные вещества почвы и удобрений. Горох и вика заканчивают потребление питательных веществ в конце цветения, люпин – при созревании бобов на главном стебле.

Указанные биологические особенности зернобобовых культур определяют потребность их в минеральных удобрениях.

В среднем на формирование 1 т зерна зернобобовые потребляют 61,7 кг азота, 17,6 кг фосфора, 37,2 кг калия.

Система удобрения зернобобовых культур минеральная, двучленная, включающая основное внесение и некорневую подкормку микроудобрениями.

Непосредственное внесение органических удобрений (30 т/га) рекомендуется только под кормовые бобы.

Высокую потребность в азоте зернобобовые могут удовлетворять фиксацией клубеньковыми бактериями из воздуха и поглощением из почвы. Обычно они не нуждаются во внесении азотных удобрений.

Под вику, полевой горох (пелюшку) азотные удобрения в дозе 30– 60 кг/га д. в. вносят под предпосевную культивацию на почвах с содержанием гумуса менее 1,8 % и при неблагоприятных условиях для азотфиксации (дефицит влаги, низкая температура).

Внесение азотных удобрений под эти культуры нерационально. При внесении азотных удобрений они переходят на автотрофный тип питания, и вместо накопления азота становятся азотопотребителями. Как исключение, на почвах с низким плодородием (гумуса менее 1,5 %), в условиях прохладной затяжной весны, если в стадии 3–4 листьев нет биологически активных клубеньков, вносят 20–30 кг/га азота.

Применение азота экономически выгодно заменить инокуляцией семян зернобобовых бактериальным удобрением Сапронит. Предпосевная обработка 1 т семян проводится рабочей смесью: 1 л Сапронита + 10 л воды (непосредственно перед посевом). Инокуляция семян проводится на машинах для протравливания в крытых помещениях. Хранить обработанные семена не рекомендуется.

Дозы внесения фосфорных и калийных удобрений зависят от планируемой урожайности и содержания доступных форм этих веществ в почве (см. табл. 1–8.2). Под посевы зернобобовых культур используются все виды фосфорных и калийных удобрений.

Срок внесения фосфорных и калийных удобрений – осенью под зяблевую вспашку. На легких почвах, где это невозможно из-за опасности вымывания, калий необходимо вносить рано весной под первую культивацию.

1. Люпин

При разработке системы удобрения под люпин необходимо учитывать не только повышение урожайности, но и качество продукции. Фосфорные и калийные удобрения повышают содержание белка в семенах люпина на 1,0–1,5 % и более. Положительное влияние на увеличение содержания белка в зерне люпина оказывают и молибденовые удобрения.

Основной биологической особенностью люпина является фиксация азота воздуха благодаря симбиозу с клубеньковыми бактериями, что снижает потребность в азотных удобрениях. Коэффициент азотфиксации у него составляет в среднем 60 % от общего потребления азота на формирование урожая. Примерно 75 % азота, фиксированного бактериями из воздуха, используется растениями, а 25 % остается в клубеньках и после минерализации пожнивно-корневых остатков способствует улучшению азотного питания последующих культур. Он фиксирует из воздуха до 160–180 кг/га азота. Другим культурам он после себя оставляет 50–100 кг/га азота.

Важная особенность люпина – способность поглощать из почвы и удобрений труднорастворимые формы фосфора.

Повышенное содержание в почве минерального азота значительно уменьшает азотфиксацию, и люпин становится таким же потребителем азота, как и другие культуры.

Люпин узколистный предпочитает песчаные, супесчаные и легкосуглинистые почвы. Оптимальная реакция среды рН_KCl по видам люпина составляет: для узколистного – 5,0–5,6, а для люпина желтого – 4,5–5,0 (переносит рН_KCl от 4,5 до 7,5).

Люпин является типичным хлорофобом. Эта культура более или менее равномерно потребляет питательные вещества почвы и удобрений. Люпин заканчивает потребление элементов питания при созревании бобов на главном стебле.

Указанные биологические особенности определяют потребность люпина в минеральных удобрениях.

В среднем на 1 т семян и соответствующего количества побочной продукции люпин выносит 84,3 кг N, 19,9 кг Р₂О₅ и 44 кг К₂О.

Система удобрения люпина минеральная, двучленная, включающая основное внесение и некорневую подкормку микроудобрениями.

Высокую потребность в азоте люпин удовлетворяет фиксацией клубеньковыми бактериями из воздуха и поглощением из почвы. Обычно он не нуждаются во внесении азотных удобрений.

Внесение под люпин азотных удобрений нерационально. Как исключение, на почвах с низким плодородием (гумуса менее 1,5 %), в условиях прохладной затяжной весны, если в стадии 3–4 листьев нет биологически активных клубеньков (в разрезе они должны быть розового цвета), вносят 20–30 кг/га азота.

Дозы внесения фосфорных и калийных удобрений зависят от планируемой урожайности и содержания доступных форм этих веществ в почве (см. табл. 1–8.3).

Люпин – типичный хлорофоб, и калийные удобрения, содержащие хлор, рекомендуется на связных почвах вносить с осени. Лучший срок внесения фосфорных и калийных удобрений – осенью под зяблевую вспашку. На легких почвах, где это невозможно из-за опасности вымывания калия, хлористый калий необходимо вносить рано весной под первую культивацию.

Характерной особенностью люпина, особенно желтого, является устойчивость к повышенной кислотности почвенного раствора и негативное отношение к избытку кальция.

При этом из-за антагонизма между калием и кальцием значительно ухудшается калийный режим питания. Поэтому на произвесткованных участках дозы внесения калия необходимо увеличить на 20–30 % по сравнению с расчетными на планируемый урожай. Чтобы избежать отрицательного действия известкования почвы на урожайность люпина, его в севообороте необходимо проводить за 3–4 года до того, как на данном поле будет возделываться эта культура.

Лучшая форма известковых удобрений – доломитовая мука. На дерново-подзолистых почвах положительное влияние на урожайность семян люпина оказывают микроэлементы бор и молибден, активизирующие процесс симбиотической фиксации азота. В фазу бутонизации рекомендуется некорневая подкормка бором и молибденом в дозе по 50 г/га д. в. Микроудобрения рекомендуется применять в составе баковой смеси с инсектицидами. Возможна обработка семян борной кислотой (300 г/т семян) и молибдатом аммония (250 г/т). Можно проводить некорневые подкормки также микроудобрениями Эколист моно бор и Адоб бор в дозе 0,3 л/га в баковой смеси с инсектицидами. Для улучшения азотфиксации проводится предпосевная обработка 1 т семян люпина рабочей смесью: 1 л Сапронита + 10 л воды (непосредственно перед посевом).

2, Соя

При возделывании сои в комплексе агротехнических приемов ведущая роль принадлежит минеральным удобрениям.

Соя является высокобелковой культурой. Она содержит 33–35 % белков и 17–20 % жира. Характерная особенность белка сои – наличие в нем большого количества альбуминов, которые составляют 90 % суммарного белка. Поскольку эта фракция сбалансирована по аминокислотному составу, то в белке сои незаменимые аминокислоты составляют 33,5–35,0 суммарного белка, в том числе около 7 % лизина. Биологическая ценность белков сои высокая и составляет около 70 %.

Нормальное питание сои может протекать при реакции почвенной среды, близкой к нейтральной (рН_KCl 6,0–7,0), и она хорошо отзывается на известкование кислых почв.

В сравнении с другими культурами соя много выносит азота с урожаем. На 1 т урожая семян с учетом побочной продукции она потребляет 75 кг N, 20 кг Р₂О₅ и 25 кг К₂О. Потребность сои в элементах питания определяется ее биологическими особенностями. В начале вегетации эта культура развивается слабо, от всходов до цветения ей требуется небольшое количество элементов питания. По мере приближения к фазе цветения требования ее к питанию значительно возрастают.

Наибольшая потребность в элементах питания – в период от цветения до массового налива бобов, в это время растения поглощают 65 % азота, фосфора и калия. Содержание азота в растениях сои практически не изменяется, а содержание фосфора постепенно увеличивается. Наибольшее количество калия в растениях содержится в период цветения.

Соя предъявляет высокие требования к плодородию почвы и хорошо отзывается на внесение минеральных удобрений. Оптимальные дозы минеральных удобрений повышают урожайность на 5–7 ц/га и более, а белковость семян этой культуры возрастает на 2–3 %. Большинство данных свидетельствует о положительном действии на урожайность и качество семян сои лишь невысоких доз азота (40–60 кг/га). При этом эффективна и инокуляция семян препаратами клубеньковых бактерий. Лучшее соотношение питательных веществ с удобрениями по действующему веществу N:Р:К – 1:1,5:2,0.

В зависимости от степени окультуренности почвы, содержания подвижных форм фосфора и калия эффективными дозами удобрений для сои, по данным опытов, проведенных в Беларуси, были N_30–60Р_50–70К_60–120.

Эффективным приемом для сои является применение борных и молибденовых удобрений, а также инокуляция семян препаратами клубеньковых бактерий Соя-Риз в дозе 200 г на гектарную порцию семян. Некорневые подкормки микроэлементами применяются в фазе бутонизации бором и молибденом в дозе 50 г д. в. на 1 га.

3, Горох

Горох по составу зерна и соломы отличается от зерновых злаков повышенным содержанием азота, фосфора, калия, а часто магния и серы. На 1 т основной продукции с учетом побочной горох выносит 58,5 кг N, 14 кг Р₂О₅, 29,0 кг К₂О, 24 кг СаО, 4,8 кг MgO и 10,5 кг SO₄.

У гороха максимум накопления элементов питания происходит к концу вегетации.

Горох в симбиозе с клубеньковыми микроорганизмами до 65–70 % азота, идущего на формирование урожая, усваивают из атмосферы. Поэтому потребность в азотных удобрениях у них по сравнению с другими культурами значительно ниже. Внесение азотных удобрений в дозах 25–35 кг/га д. в. следует предусматривать только в годы с прохладной затяжной весной, когда в почве процессы азотфиксации проходят при неблагоприятных условиях (дефиците влаги в почве и низких температурах). Для увеличения азотфиксации применяют бактериальное удобрение.

Горох предъявляет более высокие требования к плодородию почв, чем люпин, он лучше растет на связных по гранулометрическому составу почвах, хорошо реагируют на известкование. Оптимальное значение рН_KCl для него 6–7. Он хорошо реагируют на внесение фосфорно-калийных удобрений, повышает урожайность семян, увеличивает фиксацию азота из атмосферы. Горох принадлежит к группе культур, которые хорошо используют запасы фосфора в почвах. Он хорошо отзывается на последействие органических удобрений. Биологические особенности зернобобовых культур определяют потребность их в минеральных удобрениях. Расчетные дозы фосфорных и калийных удобрений под горох приведены в табл. 1–3. Азотные удобрения применяют в дозе 30–60 кг/га д. в., а также фосфорные и калийные вносят весной в один прием под культивацию. Хлорсодержащие калийные удобрения при возделывании гороха на дерново-подзолистых суглинистых почвах можно вносить с осени, так как он чувствителен к высокому содержанию хлора в почвах.

Горох хорошо отзывается на применение микроэлементов. Хорошим способом применения микроэлементов для него является обработка семян по 100–150 г д. в. молибдена и бора на 1 т семян. Эффективна также некорневая подкормка гороха в фазу бутонизации бором и марганцем в дозе по 50 г/га д. в. Марганец эффективен на почвах с рН_KCl больше 6,0.

Горох хорошо реагирует на обработку семян Сапронитом из расчета 200 л на гектарную порцию семян.

Особенности использования минеральных удобрений

Основные минеральные элементы, усваиваемые растениями, – это азот, фосфор и калий. Кроме этих элементов, растениям для роста и развития необходимы магний, сера, железо, медь, а также различные микроэлементы. Рассмотрим свойства некоторых элементов и их соединений.

Азот. В воздухе азот находится в виде газа N2, объем которого достигает 78% атмосферного воздуха, но растения азот в газообразном виде сами по себе усваивать не могут. Для усвоения растениями азот должен находиться в виде соединений с кислородом или же с водородом. Превращать азот в азотсодержащие соединения аммиак NH3, нитраты NO3 и аммоний NH4 могут некоторые азотфиксирующие бактерии. Бактерии живут в почве или в симбиозе с растениями. К примеру, бобовые содержат на своих корнях азотфиксирующие бактерии. Имеются и свободно живущие азотфиксирующие бактерии, связывающие атмосферный азот, поступающий в почву из атмосферы с осадками или же внесенный в почву искусственным путем в форме азотсодержащих соединений в виде удобрений. Полученный в результате биогенной азотфиксации азот в форме аммиака и соединений аммония быстро окисляется до нитратов и нитритов. Этот процесс называется нитрификацией и осуществляется нитрифицирующими бактериями. Одна группа бактерий окисляет аммиак в нитрит, другая – нитрит окисляет до нитратов. Основополагающую роль азот выполняет в соединении зелёного пигмента растений – хлорофилле.

Азот является важнейшим элементом в построении белков и нуклеиновых кислот. Первостепенная роль в усвоении азота принадлежит некоторым микроорганизмам. Первоначальным продуктом биологической азотфиксации является аммиак. Растения и микроорганизмы превращают неорганический аммонийный азот в органические соединения: амиды и аминокислоты, а затем в конечный продукт усвоения азота: белки, нуклеотиды и нуклеиновые кислоты.

Содержание нитратов и аммиака в удобрениях. Нитраты – это соли азотной кислоты NaNO3, KNO3. В зависимости от фазы роста и развития растения потребляют в большей степени нитратный или же аммиачный азот.

Удобрения, содержащие в своем составе аммиачный азот, но не содержащие в своем составе нитратов: мочевина, аммофос, аммоний сернокислый.

Удобрения, в которых содержится большое количество нитратов: аммиачная селитра, калийная селитра, нитрофос.

Удобрения, содержащие умеренное количество нитратов: нитроаммофос, нитрофоска, нитроаммофоска.

Селитры – нитраты аммония щелочных и щелочноземельных металлов NH4NO3, KNO3, Ca(NO3)2. В природе селитры образуются вследствие разложения органических остатков под действием нитрифицирующих бактерий.

Аммоний – химическое вещество, образующееся соединением азота и водорода. Аммоний в свободном состоянии не существует.

Карбонаты – соли угольной и карбоновой кислот HCO3, т.е. NaCO3, KCO3, CaCO3, или гидрокарбонаты NaHCO3, KHCO3, CaHCO3 и др.

Фосфаты – соли фосфорных кислот. При соединении с металлами медью, железом, марганцем и др. образуют нерастворимые в воде и большинстве кислот соединения.

Различные удобрения по-разному влияют на развитие растений. Поэтому к их применению необходимо подходить грамотно, обеспечивая их внесение в сбалансированном виде. Так, от чрезмерных доз азота растения формируют большую вегетативную массу в ущерб урожаю, теряют устойчивость к болезням, в них накапливаются нитраты. При высоких дозах фосфора и калия, несбалансированных с азотом, наблюдается угнетение растений.

Обычно в инструкциях на различные азотные удобрения указывается процентное содержание азота. Это общее содержание азота. Но азот в удобрениях может содержаться как в нитратной, таки (или) в аммиачной формах. Кусты винограда используют нитратную и аммиачную формы азота, но усваиваются они, в зависимости от условий произрастания, неодинаково.

Усвоение растением той или иной формы азота зависит от реакции почвенной среды. Реакция среды зависит от внесения конкретного удобрения. Так, аммиачные соли (мочевина) подкисляют почву, а нитратные (аммиачная селитра) – подщелачивают. В условиях нейтральной реакции среды в растение лучше поступает аммиачная форма азота, а при слабокислой реакции – нитратная форма, т.е. на карбонатной (щелочной) почве эффективен аммиачный азот, а на кислой – нитратный.

Потребность кустов винограда в той или иной форме азота зависит также от фазы вегетации. В фазу начала вегетации при малых запасах углеводов, т.е. в первые периоды роста, кусты не выносят повышенной концентрации аммиака. В этот период кусты лучше усваивают нитратный азот. В фазу накопления больших запасов углеводов лучше усваивается аммиачная форма азота. Потому в начале вегетации целесообразно вносить под кусты аммиачную селитру, а начиная со второй половины июня – мочевину.

Усвоение азота в растении зависит не только от форм соединений азота, но и от окислительно-восстановительных процессов, происходящих в органах куста. Так как нитраты являются предельно окисленной формой азота (поэтому они не связываются коллоидами почвы и легко вымываются потоками воды), то для их усвоения необходимо прохождение восстановительных процессов за счет наличия фосфорных соединений, обладающих способностью усиливать восстановительные реакции, т.е. фосфор способствует усвоению нитратного азота. Поэтому в начале вегетации кустам в большей степени требуется фосфор, сбалансированный с нитратным азотом. Для усвоения аммиачного азота требуется усиление окислительных процессов, т.е. наличие в почве химически активного аммиачного азота. Так как аммиачные удобрения являются химически активной формой, то они легко вступают в реакцию с химическими элементами почвы, поэтому аммиачный азот из почвы осадочными и поливными водами не вымывается и задерживается почвой. Хорошим окислительным действием обладает калий. Его роль особенно велика во втором периоде вегетации. Он способствует усвоению аммиачной формы азота. Однако следует помнить, что в этот период важное значение принадлежит также и фосфору, способствующему нейтрализации накопившихся нитратов. Следовательно, в зависимости от формы азотного удобрения, используемого для подкормки кустов, необходимо проводить корректировку соотношения фосфора и калия.

Азот усиливает рост зеленой массы. Фосфор ускоряет цветение и плодоношение, способствует развитию корневой системы. Калий обеспечивает выносливость на клеточном уровне, холодо- и засухоустойчивость, является регулятором водообмена, повышает устойчивость к болезням.

Внекорневые подкормки. Для внекорневых подкормок используют водные растворы основных удобрений: 0,3% аммиачной селитры, 7% суперфосфата и 0,5% калия хлористого или другие удобрения при соответствующем пересчете по действующему веществу.

Внекорневые подкормки особенно широко применяют при внесении микроэлементов, так как при внесении в почву, в связи с их высокой химической активностью, микроэлементы довольно быстро и прочно связываются почвой и переходят в недоступную для растений форму, т.е. в нерастворимую в воде форму, особенно марганец в черноземной почве. Растворы микроэлементов можно в день приготовления смешивать с азотными и калийными удобрениями, а также с бордоской жидкостью. Но при смешивании бордоской жидкости с фосфорными удобрениями и с пестицидами понижается растворимость фосфатов кальция. Для предотвращения этого бордоскую жидкость следует вливать в уже приготовленный раствор удобрений, в котором обязательно должен быть хлористый калий.

Приготовление маточных растворов. Для приготовления маточных растворов раствор фосфорных удобрений готовят за 2-3 дня до использования, а азотных и калийных, как хорошо растворимых, готовят в день использования. Предварительно готовят 10%-ные маточные растворы. Для этого в 10 л воды растворяют по 1 кг каждого удобрения.

Для приготовления рабочего раствора на 10 л воды добавляют маточных растворов: аммиачной селитры 0,25 л, калийной соли 0,2 л и 0,54 л суперфосфата.

Показатель pH раствора удобрений. Различные типы удобрений имеют различные показатели pH, а реакция рабочего раствора удобрений зависит как от самих удобрений, так и от pH используемой воды. Так, подкисляющими свойствами обладают водорастворимые удобрения: мочевина, сульфат аммония, сульфат калия, сульфат магния, монокалий фосфат, комплексные удобрения на основе перечисленных солей. Аммиачная, кальциевая и калийная селитры подщелачивают раствор.

Приготовленный раствор должен обладать нейтральной реакцией, т.е. значение pH должно быть в пределах 5,5-6. В случае высокого показателя pH поливного раствора удобрений применяют аммиачные соли, обладающие подкисляющим действием, понижающие показатель раствора удобрений, а при низком значении pH добавляют в раствор нитратные удобрения, обладающие подщелачивающим действием (см. ниже). Определение реакции рабочего раствора проводят пеашметром или же лакмусовой бумажкой, приобрести которую можно в магазине химреактивов или аптеках медпрепаратов.

Низкие показатели pH (ниже 5) вредны для растений, так как увеличивается концентрация алюминия и магния в почвенном растворе и проявляется токсичность этих веществ. Кроме того, показатель pH в зоне корней зависит от соотношения NH4 : NO3 в почвенном растворе. Если в почвенном растворе преобладает NO3, то молекулы HCO3, поступая с водой в почвенный раствор, повышают показатель pH, а при высокой щелочности почвенного раствора и воды снижается поступление в растение Zn, Fe и P.

Воздух, которым дышат все живые существа, на 78% состоит именно из азота, но воздушный азот не доступен для питания, ни людям, ни животным, ни растениям. Чтобы воздушный азот лучше усваивался, на помощь приходят микроорганизмы, которые помогают перевести воздушный азот в такую форму, которая будет доступна всем растениям. После того, как растение погибает, все азотосодержащие вещества, находящиеся в растительных остатках перерабатываются микроорганизмами. Белки и аминокислоты под действием микроорганизмов переходят в аммиак и аммонийные соединение, те в свою очередь переходят в состояние нитритов и нитратов, после чего последующие растения с помощью корневой системы употребляют эти нитраты.

Неизрасходованные нитраты идут на процесс денитрификации, при котором с помощью микроорганизмов нитрат переходит в газообразный азот и обратно возвращается в атмосферу. Во время грозы и при высоких температурах азот с кислородом объединяются и образуют оксид азота, который в свою очередь соединяется с воздушной влагой и в виде раствора азотной кислоты, а так же раствора азотистой кислоты во время дождей попадают на поверхность почвы. Помимо этого, оксид азота образуется при извержении вулканов и при пожарах.

В процессе промышленной жизнедеятельности человека и с выбросами транспорта так же образуется оксид азота, взаимодействующий с воздушной влагой, которая выпадает в виде раствора азотной кислоты, а так же раствора азотистой кислоты на поверхность почвы, нарушая тем самым естественный круговорот азота в природе. Обильные дожди приводят к сильному закислению почвы, особенно той почвы, которая располагается рядом с крупными предприятиями или крупными городами. Бороться с этим можно только с помощью известкования.

По мнению агрономов азотфиксация – это чудо природы. Если человек в процессе производства азотных удобрений преобразует воздушный азот в аммиак при большой температуре и большом давлении, то в природе микроорганизмами этот процесс протекает в естественных условиях, то есть при нормальной температуре и при оптимальном атмосферном давлении.

Все азотфиксаторы делятся на три группы:

Симбиотические азотфиксаторы (взаимодействуют с культурными растениями, вступают с ними в симбиоз и образуют на корнях растений дополнительные органы, например у бобовых – это образование клубеньков)
Ассоциативные азотфиксаторы (такие микроорганизмы находятся либо на поверхности, либо внутри растения или же живут на поверхности корневой системы культурного растения)
Не симбиотические или свободноживущие азотфиксаторы (такие микроорганизмы не взаимодействуют с высшими растениями, они свободно живут в почве и преобразуют азот до аммиака)

Симбиотические азотфиксаторы

Наибольший интерес в сельском хозяйстве представляет симбиоз между бобовыми растениями и клубеньковыми бактериями в почве. После уборки бобовых, в почве дополнительного азота остается от пятидесяти до трех ста килограмм действующего вещества азота. Если перевести на селитру, то это дополнительные от ста пятидесяти до почти тонны аммиачной селитры.

Как они взаимодействуют?

При прорастании семян бобовых растений, корневые волоски растения способствуют проникновению клубеньковых бактерий внутрь растения, образуя на корнях клубеньки, которые являются домом для клубеньковых бактерий. Те, в свою очередь могут интегрировать атмосферный азот в аммиак, и потом бобовое растение этот аммиак использует для своих нужд. Взамен клубеньковые бактерии получают питание от бобовых культур в виде органических кислот, витаминов, углеводов получаемых в процессе фотосинтеза от надземной части растения. Преобразование атмосферного азота в аммиак у клубеньковых бактерий, как и у любых других азотфиксаторов, происходит с помощью фермента нитрогеназа.

В нитрогеназу входят два белка, один из которых содержит молибден и железо, другой – железо. Поэтому два этих микроэлемента крайне важны в процессе азотфиксации. Меньше всего молибдена содержится в кислых почвах, поэтому на Дальнем востоке, где почвы кислые из-за большого количества осадков, часто обрабатывают семена бобовых растений молибдатом аммония. Недостаток железа характерен для щелочных почв, то есть недостаток железа в почве или молибдена сильно влияет на азотфиксацию. Так же для нормального протекания азотфиксации требуется достаточное количество серы, кальция, фосфора, магния, калия и других микроэлементов.

Преобразование атмосферного азота до аммиака с помощью нитрогеназы является анаэробным процессом (без доступа кислорода). Оградить процесс азотфиксации в клубеньках от доступа кислорода помогает фермент – леггемоглобин. Этот фермент регулирует поступление кислорода в клубеньки и окрашивает в красный цвет их. Если на разрезе клубенёк серого цвета, то это означает, что в таком клубеньке азотфиксация не протекает, либо протекает очень слабо.

Если клубенёк на разрезе розового или ярко красного цвета, то это значит, что азотфиксация в таком клубеньке активно протекает.

Как усилить азотфиксацию у бобовых культур?

Агроприемы позволяющие усилить азотфиксацию:

Достаточная обеспеченность бобовых культур минеральным питанием.

Под бобовые культуры в обязательном порядке вносят фосфорно-каллийные удобрения. Азотные удобрения вносят не более 30-40 кг действующего вещества азота на гектар. Большие дозы могут подавлять образование клубеньков и азотфиксацию. От момента заражения корней растений клубеньковыми бактериями, до момента начала образования клубеньков все полученное питание тратится на то, чтобы клубеньковых бактерий в клубеньке стало больше, в этот период бобовые растения останавливают рост.

Чтобы компенсировать недостаток питания, агрономы рекомендуют вносить азотные удобрения. Важно помнить и про листовые подкормки, так как они улучшают процесс фотосинтеза за счет дополнительного питания и за счет снятия стрессов. Чем активнее протекает процесс фотосинтеза, тем больше питательных веществ поступает в клубенек, за счет этого усиливается азотфиксация.

Обработка (инокуляция) семян биопрепаратами, которые содержат клубеньковые бактерии.

Чем больше количество клубеньковых бактерий присутствует в грунте, тем быстрее происходит заражение бактериями корневой системы бобовых, тем меньше образуется клубеньков на поверхности корней. При посеве новых культур, таких как: соя, козлятник, который до этого в странах СНГ не выращивались, клубеньковых бактерии такого типа вообще нет, поэтому при посеве новых культур обработка семян биопрепаратами – это обязательное условие. Если вы выращиваете сою или козлятник первый год, то лучшим вариантом будет обработка не семян, а внесение препарата в разбавленном виде непосредственно в почву при посеве.

Так же обрабатывать бобовые культуры инокулянтами стоит из-за эффективности аборигенной микрофлоры (дикие штаммы, находящиеся в почве). У любого предприятия, которое производит биопрепараты, основная задача заключается в том, чтобы найти те штаммы, которые максимально эффективно работают с той или иной бобовой культурой. Поэтому по эффективности аборигенные штаммы всегда будут проигрывать тем штаммам, которые специально выведены в лабораторных условиях.

Обращая внимание на таблицу, можно понять, что применение инокулянтов в некоторых случаях давало прибавку даже больше, чем внесение минеральных удобрений.

КМУ – комплексное микробиологическое удобрение.

Водородный показатель почвы.

Для оптимальной жизни и процветания клубеньковых бактерий в грунте, водородный показатель в почве должен составлять от 6,5 до 7,2. Если почва кислая (меньше 5,5), то в таких почвах численность клубеньковых бактерий будет минимальная и именно поэтому в кислых почвах инокуляция семян работает наилучшим образом.

Температура и влажность почвы.

У каждого региона есть свои рекомендуемые сроки сева бобовых культур и если позволяют осадки и влага в почве, то эти сроки нужно сдвигать на более позднее время.

Смотря на рисунок, можно сказать, что слишком ранний посев гороха привел к тому, что клубеньки у гороха не образовались, так же клубеньки не образовались по паровому предшественнику, т.к. в этом случае гороху требовался дополнительный азот, он брал весь из почвы.

Минимальная температура для азотфиксации составляет 10 градусов, оптимальная — от 20 до 25 градусов. При температуре почвы выше 30 градусов эффективность азотфиксации с помощью клубеньков будет снижаться.

Оптимальная влажность почвы для азотфиксации составляет 60-70% от полной емкости почвы. Минимальный порог, при котором происходит азотфиксация, составляет 20%, так же азотфиксация будет замедляться на очень влажных почвах, т.к. в этом случае корни бобовых культур не получают кислород.

Ассоциативные азотфиксаторы.

Ассоциативные азотфиксаторы работают по такому же принципу, как и симбиотические, т.е. они от культурного растения получают питание в виде органических кислот, витаминов и углеводов и взамен при процессе азотфиксации, при переводе воздушного азота в аммиак отдают этот аммиак обратно растению. Не бобовые культуры с помощью ассоциативных азотфиксаторов способны удовлетворять потребность азота до 45%.

Преобразование воздушного азота в аммиак у ассоциативных азотфиксаторов происходит так же с помощью фермента нитрогеназа. Ассоциативные азотфиксаторы делятся на: эндофитные, эпифитные и ризосферные.

Эндофитные бактерии поселяются внутри самого растения, обычно в межклеточном пространстве и никак не вредят растению.

Эпифитные азотфиксирующие бактерии живут на поверхности растения, они так же питаются выделениями и обратно через листовую поверхность отдают азот.

Ризосферные азотфиксирующие бактерии поселяются на поверхности корня и питаются гелеобразными корневыми выделениями, которые содержат углеводы, органические кислоты, витамины и защищают азотфиксирующие бактерии от чрезмерного доступа кислорода.

Ассоциативные бактерии в жизни растений выполняют ряд очень важных функций. В процессе своей жизнедеятельности они вырабатывают вещества, которые стимулируют рост корневой системы у культурного растения, тем самым улучшая минеральное питание и доступа к влаге. Так же микроорганизмы вырабатывают антибиотические вещества, которые не дают развиться патогенной микрофлоре на поверхности корня. Другие вещества, которые вырабатываются в процессе жизнедеятельности азотфиксаторами, позволяют растению пережить стрессовые ситуации, такие как: засуха, увлажнение почвы, высоки и низкие температуры, засоления почвы, загрязненная почва тяжелыми металлами и т.д.

В каких случаях биопрепараты и аборигенные ассоциативные азотфиксаторы будут работать в полную силу?

Наличие доступных макро и микроэлементов в почве.

То есть чем лучше себя чувствует надземная часть растения, тем больше питания получают азотфиксаторы, но нужно учитывать, что дозы азотных удобрений больше 100-150 кг действующего вещества азота способны подавить азотфиксацию. Так же улучшить азотфиксацию помогают листовые подкормки.

Плодородие почвы.

Максимально эффективная азотфиксация наблюдается в типичных черноземах, как в наиболее плодородных почвах.

Температура, водородный показатель и влажность почвы.

Внесение органических удобрений и посев покровных культур.

В процессе гниения и минерализации органических удобрений происходит высвобождение питательных веществ, как для самих растений, так и для почвенной микрофлоры, что положительно сказывается на численности полезных бактерий, в частности азотфиксаторов. Вторым положительным моментом от внесения органических удобрений – это то, что в процессе гниения в атмосферу выделяется углекислый газ, который усиливает фотосинтез, а чем лучше работает фотосинтез, тем больше еды получают азотфиксаторы. Покровные культуры – это источник питания для азотфиксаторов. Чтобы азотфиксаторов было много, на поверхности почвы должно постоянно что-то расти.

Минимальная азотфиксация наблюдается в засушливые периоды, а максимальная азотфиксация наблюдается в годы с достаточным увлажнением.

Сколько можно дополнительно получить азота при применении биопрепаратов, которые содержат ассоциативные азотфиксаторы?

При осадках близких к средней годовой норме, применение таких биопрепаратов эквивалентно внесению азотных удобрений под озимую пшеницу, рож, ячмень, овес – 30 кг действующего вещества азота на гектар. Под яровую пшеницу эта цифра от 30 до 45 кг, под кукурузу сорго от 45 до 60 кг действующего вещества азота на гектар, то есть эти две культуры наибольшим образом отзываются на биопрепараты. Под картофель эта цифра будет составлять от 40 до 45 кг действующего вещества азота на гектар.

Не симбиотические или свободно живущие азотфиксаторы.

Источником питания для таких микроорганизмов является, грубо говоря, все, что придется, то есть они способны усваивать углеводы как из соломы, так и из спиртов и ацетонов. В среднем свободноживущие микроорганизмы способны за год продуцировать примерно 10-13 кг действующего вещества азота, то есть их вклад в круговорот азота в природе минимален по сравнению с другими видами азотфиксаторов.

Так как получение азота в почве наиболее эффективно от возделывания бобовых культур, с них и начнем.

Чем больше в севообороте будет бобовых культур, тем меньше можно применять азотных удобрений или же полностью отказаться от них. В севооборот можно бобовые культуры вводить как самостоятельную единицу, можно бобовые сеять как бинарные посевы (совместный посев бобовой культуры с не бобовой). Инокуляция семян бобовых культур специальными препаратами позволяет увеличить урожай, как самих бобовых культур, так и последующих за счет того, что бобовые культуры оставляют после себя больше азота.

При введении в севооборот бобовых, как самостоятельной культуры, после их уборки нужно обязательно сеять покровные культуры, причем в смеси покровных культур нужно делать упор на те культуры, которые максимально потребляют азот. К таким культурам относятся: овес, рапс, пшеница, ячмень. Связано это с тем, что минерализация растительных остатков после уборки бобовых культур протекает очень быстро, то есть после уборки в почве образуется много нитратов. Если после бобовых культур сеять покровные, то покровные культуры через корневую систему забирают большую часть нитратов, сводя потери к минимуму.

Для нормального протекания азотфиксации нужна рыхлая структурированная почва. Рыхлой почву можно сделать двумя способами: механическим способом и правильным выстраиванием севооборота. Агрономы считают, что правильное выстраивание севооборота – это наиболее разумный и наименее затратный способ.

Чтобы повысить численность аборигенных штаммов азотфиксаторов, которые находятся в почве, нужно чтобы на поле постоянно что-то росло, поэтому введение в севооборот покровных культур – это самое лучшее решение.

Можно влиять на растение с разных сторон, применяя биопрепараты которые содержат ассоциативные эндофитные, эпифитные и ризосферные бактерии. Если применять все три вида бактерий, то эффект будет максимальным. Нельзя забывать и про минеральные удобрения, особенно фосфорно-калийные и листовые подкормки.

Биопрепараты, которые содержат свободноживущие бактерии можно использовать только в случае, когда не вывозят солому с поля после уборки, так как основным источником питания для таких бактерий является свежая солома. Так же стоит учитывать условия, при которых микроорганизмы, содержащиеся в биопрепарате, максимально эффективны, например азотобактер максимально эффективен в почвах с водородным показателем от 7,2 до 8,2 и при наличии большого количества доступного фосфора.

До двадцатого века основными видами удобрений, которые вносили в почву, были органические, двадцатый век был эпохой минеральных удобрений. По мнению агрономов двадцать первый и двадцать второй век будет эпохой биоудобрений. Есть уже несколько предприятий, которые полностью перешли на биопрепараты и более того, они выращивают их самостоятельно. Эти предприятия полностью отказались от минеральных удобрений и от химических средств защиты растений, тем самым получая очень достойные урожаи.

Читайте также: