Колообіг і баланс основних елементів живлення в землеробстві

РЕФЕРАТ

на тему:

Колообіг і баланс основних елементів живлення в землеробстві

Рівень врожайності культур і родючості ґрунтів буде визначатися тим, наскільки в практиці виконуються закони землеробства.

Закон повернення речовин у ґрунт (відкритий Ю. Лібіхом у 1840 р.). Згідно з ним у ґрунт потрібно повертати поживні речовини, винесені врожаєм або втрачені з інших причин.

Закон обмежувальних факторів (закон мінімуму, оптимуму і максимуму) — продуктивність рослин залежить від того фактора (у тому числі елемента живлення), який знаходиться у мінімумі. Наприклад, температура обмежує надходження елементів живлення у рослину, погіршуючи цим перебіг фізіолого-біохімічних процесів у ній.

Закон незамінності й рівнозначності факторів — жоден із факторів росту і розвитку рослин (світло, тепло, волога, елементи живлення тощо) не може бути заміненим іншим, навіть близьким за властивостями та дією.

Закон поєднання та взаємозумовленого розвитку фітоценозів і місць вирощування — як окрема рослина, так і рослинний покрив у цілому взаємодіють з навколишнім середовищем.

Закон комплексної дії всіх факторів росту і розвитку рослин, який ґрунтується на теорії живлення і фотосинтезу.

Закон постійного підвищення родючості ґрунтів — за умови повернення у ґрунт поживних речовин і включення з навколишнього середовища значної кількості біогенних елементів сприятиме підвищенню ефективної родючості ґрунту. Це основний закон, що здійснюється за дотримання всіх вищезазначених умов.

Дослідження балансу поживних речовин нині є однією з основних проблем агрохімії. Це пов’язано з необхідністю систематичного підвищення ефективної родючості ґрунтів, урожайності сільськогосподарських культур і якості отриманої продукції. Баланс поживних речовин у землеробстві допомагає вивчати їх винос із ґрунту врожаєм і надходження в ґрунт із різних джерел. Якщо витрати поживних речовин внаслідок виносу з урожаєм не компенсуються внесенням добрив, то відбувається поступове виснаження ґрунту і зниження врожаю.

Баланс поживних речовин у землеробстві окремого господарства є науковою основою для розробки правильної системи удобрення культур у сівозмінах. Вивчення надходження і витрат поживних речовин у землеробстві дає можливість контролювати їх кругообіг у господарстві шляхом хімізації землеробства. Господарський баланс може бути вихідний (валовий, загальний) або ефективний (продуктивний, активний). Господарський вихідний баланс включає надходження поживних речовин без урахування коефіцієнта засвоєння. Гостро виражений дефіцитний баланс азоту, фосфору і калію в землеробстві господарства несумісний із завданням підвищення родючості ґрунту та збільшення врожаю сільськогосподарських культур. У таких умовах виникає необхідність підвищення кількості добрив, які вносять, або ж упровадження інших засобів хімізації (вапнування, гіпсування).

При внесенні органічних і мінеральних добрив змінюється кількість і співвідношення поживних речовин у ґрунті, особливо фосфору. Щоб визначити стан використання добрив у господарстві та напрямок змін у ґрунті в зв’язку з урожайністю культур, баланс поживних речовин у землеробстві господарства необхідно вивчати в динаміці за тривалі періоди. Балансовими розрахунками за декілька років можна встановити, як змінюються окремі надходження, визначити їх частку в загальному балансі.

Цінність балансу як наукової основи активного втручання в колообіг речовин у землеробстві обумовлюється повнотою і точністю обліку статей надходження і витрат поживних речовин, а також кількістю показників, які використовуються. При складанні господарського балансу враховуються такі статті: витрати поживних речовин із ґрунту — винос урожаєм, непродуктивні витрати азоту азотних добривнадходження з органічними і мінеральними добривами, з насінням, а для азоту — з опадами, за рахунок фіксації азоту атмосфери бобовими культурами, за рахунок фіксації азоту вільноживучими мікроорганізмами тощо.

Статті витратВинос поживних речовин урожаєм розраховується на підставі даних про використання поживних речовин на створення 1 т основної продукції і відповідної кількості побічної. Винос урожаєм поживних речовин коливається залежно від удобрення, ґрунтових умов, сортових особливостей, вологозабезпеченості, співвідношення між основною і побічною продукцією. Для розрахунків виносу поживних речовин урожаєм рекомендується використовувати показники виносу, які визначені найближчою науковою установою.

Наприклад, озима пшениця на створення 1 т основної і відповідної кількості побічної продукції витрачає, кг: N — 32- Р2О5 — 11,0- К2О — 16. З урожаєм зерна 40 ц винос буде становити, кг: N — 188- Р2О5 — 44- К2О — 64.

Витрати азоту добрив. Господарський баланс враховує загальні непродуктивні витрати азоту добрив і не розкриває структури витрат та питомої маси їх у біомасі. Непродуктивні витрати азоту представлені в основному газоподібними і витратами від вимивання. Перші пов’язані з мікробіологічними процесами денітрифікації, амоніфікації та нітрифікації з виділенням NН3, N2, N2О, NО.

Непродуктивні витрати азоту на чорноземних ґрунтах становлять у середньому 15%, а на дерново-підзолистих — 20% від азоту, внесеного з мінеральними добривами. У конкретних умовах цей показник може бути інший. При складанні балансу азоту спочатку потрібно записати, скільки його надійшло в ґрунт з мінеральними добривами, а потім вирахувати відсоток витрат і записати у відповідну графу. Наприклад, під цукрові буряки внесено 150 кг/га азоту. При витратах 20% від внесеного азоту, вони становлять 30 кг азоту на 1 га. При розробці балансу фосфору і калію визначають лише винос їх урожаєм.

Статті надходження поживних речовин у землеробстві господарства в основному представлені надходженням їх у ґрунт з органічними і мінеральними добривами, внесеними під окремі культури. При розрахунках кількості поживних речовин, які надійшли в ґрунт з органічними добривами, потрібно використовувати дані наукових установ. Для обліку кількості поживних речовин, що внесені в ґрунт з мінеральними добривами, використовується книга історії полів, звіти, агрономічний паспорт поля.

У балансових розрахунках повинно враховуватися також надходження в ґрунт поживних речовин із насінням. Коефіцієнт використання елементів живлення з насіння, як правило, вищий ніж із добрив і ґрунту. Вираховують цю статтю надходження на основі поняття норми висіву культури в господарстві або за даними довідника і відсоткового вмісту азоту, фосфору і калію в насінні за даними найближчої дослідної установи чи довідника.

Приклад. Норма висіву насіння озимої пшениці становила 200 кг, середній вміст азоту в зерні пшениці - 2,8%. З насінням пшениці на кожний гектар посіву було внесено 5,6 кг азоту.

Деяка кількість азоту може надходити на сільськогосподарську площу з атмосферними опадами переважно в аміачній формі. Звітрюється він у повітря внаслідок мікробіологічних процесів, що відбуваються на поверхні ґрунту, та в меншій кількості - у нітратній формі, яка утворюється внаслідок грозових розрядів. Установлено, що в середньому з опадами щорічно надходить азоту на 1 га: в Поліссі - 5 кг, у Лісостепу — 10, у Степу — 4 кг. У районах з високою кількістю опадів і в промислових районах із збільшенням забруднення повітря і мінералізації атмосферних опадів надходження мінерального азоту може значно зростати. У масштабах країни з насінням і атмосферними опадами в середньому може надходити в ґрунт не менше 8 кг/га азоту щорічно.

Кількість азоту, яка надійшла у ґрунт з атмосфери за рахунок фіксації бульбочковими бактеріями в симбіозі з бобовими культурами, визначається рядом факторів. Різні бобові культури характеризуються неоднаковою азотфіксуючою здатністю. Чим вищий урожай, тим більша кількість азоту повітря фіксується бобовою культурою. Значний вплив на розміри фіксації азоту атмосфери спричинюють умови вирощування культури (вологість, температура, реакція ґрунтового розчину, вміст у ґрунті поживних речовин тощо). За даними І.М. Захарченка та ін. (1977), багаторічні трави (еспарцет, люцерна і конюшина) використовують атмосферного азоту 70−75%, горох — 40−50%, люпин, кормові боби — 60−65% від загального азоту в біомасі. Кількість азоту в біомасі бобових культур визначається врожаєм культур і величиною кореневої системи. За рік в урожаї багаторічних трав (конюшина, люцерна) нагромаджується 150−300 кг, люпину, сої - 100−200 кг, гороху, кормових бобів, вики, квасолі - 50−100 кг азоту на гектар.

Для визначення кількості азоту атмосфери, що надійшов у ґрунт за рахунок симбіотичної фіксації бобовою культурою при даному врожаї, необхідно встановити загальний вміст азоту в урожаї і в кореневій системі. Установлено, що співвідношення між кількістю азоту в урожаї, пожнивних і кореневих рештках становить для люцерни 1:1,3, для конюшини — 1:1,15−1,25, люпину, сої, кормових бобів, гороху — 1:0,2−0,3. Користуючись цими показниками і виносом азоту врожаєм, орієнтовно вираховують кількість азоту в біомасі, а потім — скільки його надійшло в ґрунт із повітря за рахунок симбіотичної фіксації бобовою культурою.

Приклад. Винос азоту на 1 т сіна конюшини, за даними довідника, становить 19,7 кг. При урожаї 40 ц сіна з 1 га винос дорівнює 78,8 кг/га.

При співвідношенні між вмістом азоту в урожаї та кореневих і пожнивних рештках 1:1,15 вміст азоту в кореневих і пожнивних рештках дорівнює - 78,8?1,15=90,6 кг/га.

Вміст азоту в біомасі 78,8+90,6=169,4 кг. Надійшло його в ґрунт за рахунок фіксації з атмосфери (70% від азоту біомаси): 169,4 — 100 Х — 70.

При розрахунках балансу азоту враховують також його надходження із атмосфери внаслідок фіксації вільноживучими мікроорганізмами (бактерії, актиноміцети, дріжджові плісняві гриби). Розміри несимбіотичної фіксації азоту атмосфери залежать від наявності в ґрунті органічної речовини, реакції ґрунтового розчину, кількості внесених органічних і мінеральних добрив, зволоження тощо. При складанні господарського балансу можна використовувати такі розміри несимбіотичної фіксації азоту атмосфери: у ґрунтах Полісся — 5 кг, Лісостепу — 10, Степу — 8 кг на 1 га.

Визначають суму статей витрат та надходження елементів живлення для окремих культур на 1 га, потім — для всієї площі в ц і підраховують витрати і надходження елементів живлення на всю площу по господарству.

Показники балансу. Баланс елементів живлення в землеробстві господарства, сівозміні або у вирощуванні окремих культур характеризується такими показниками:

1. 1.баланс, ц;

2. 2.баланс, кг на 1 га;

3. 3.баланс, % до виносу;

4. 4.інтенсивність балансу, %.

1. 1.Різниця між витратами елемента живлення (ц) з площі під культурою сівозміни або ріллі господарства і надходження цього ж елемента (ц) на відповідну площу дає баланс у ц.

2. 2.Баланс кг на 1 га по культурі, сівозміні або по господарству в середньому одержують діленням балансу (?) ц на відповідну площу.

3. 3.Баланс елементів живлення у відсотках до виносу можна визначити для окремої культури або групи культур, сівозміни і господарства. Для вирахування балансу у відсотках щодо виносу використовують дані по виносу елементів живлення врожаєм та їх надходження в ґрунт у центнерах на всю площу або в кілограмах на 1 га. Баланс у відсотках до виносу (Б) вираховують за формулою.

.

де В — винос елемента живлення врожаєм по господарству, сівозміні або культурі, ц або кг;

Н — надходження елемента живлення в ґрунт з добривами та іншими джерелами, ц або кг.

При визначенні балансу азоту можна використовувати показник «витрати» його із ґрунту (винос + витрати азоту).

Баланс у відсотках до виносу показує, на скільки відсотків надходження елемента живлення в ґрунт більше або менше виносу його врожаєм із ґрунту.

Приклади.

1. 1.Винос азоту врожаєм 92 кг/га. Надійшло азоту в ґрунт 77 кг/га. Б (% до виносу)=.

2. 2.Винос азоту врожаєм такий же — 92 кг/га. Надійшло азоту в ґрунт 113 кг/га. Б (%до виносу)=.

3. 3.В умовах інтенсифікації землеробства для характеристики балансу використовують також показник його інтенсивності (Іб). Виражається він у відсотковому відношенні надходження елементів живлення в ґрунт (Н) до виносу їх урожаєм (В) і може бути до 100 (дефіцитний баланс), дорівнювати 100 (зрівноважений) і понад 100 (позитивний баланс).

4. 4.Інтенсивність балансу показує, на скільки відсотків винос елемента живлення врожаєм забезпечується за рахунок надходження його з добривами. Інтенсивність балансу (Іб) вираховується за формулою:

Показник інтенсивності балансу може бути використаний на всіх рівнях хімізації. Аналіз показників дозволяє зробити висновок про стан використання добрив у господарствінаскільки застосування добрив забезпечує винос поживних речовин урожаями сільськогосподарських культур у цілому по господарству або окремими культурами (цукровими буряками, озимою пшеницею, картоплею тощо) — під які культури з добривами вноситься більше поживних речовин у ґрунт, ніж виноситься врожаямиякі культури вирощуються при дефіцитному балансі головних елементів живлення.

На основі показників балансу і враховуючи метеорологічні та ґрунтові умови, при складанні системи удобрення в сівозмінах студент робить висновок про потребу в окремих видах добрив. За даними Д. М. Прянишникова, для одержання стійких урожаїв у 20−25 ц/га допускається дефіцит азоту 13−14 кг/га, калію — 20−22 кг/га. Баланс фосфору не повинен мати дефіцит, він повинен перевищувати внесення фосфору в ґрунт над виносом його врожаєм. Для підвищення родючості і врожаїв необхідно досягти повернення азоту і калію на 80%, а фосфору — на 100−110% від виносу їх урожаєм. За даними І.М. Захарченка (1977), на чорноземних ґрунтах в інтенсивних сівозмінах рівень повернення поживних речовин з добривами має приблизно становити: для азоту — 80, фосфору — 130−150, калію — 80−100%, на дерново-підзолистих ґрунтах: для азоту не менше 110−120, фосфору — 170−200, калію — 100−115%.

При розробці системи застосування добрив студент має враховувати показники балансу, аналізувати їх, пов’язуючи з факторами зовнішнього середовища, і правильно робити висновки про проведення певних агротехнічних заходів, підвищення чи зменшення норм добрив тощо.

Баланс гумусу.

Вихідними даними при розрахунках балансу гумусу є науково обґрунтовані статті утворення та витрат органічного вуглецю. Прибуткові статті балансу гумусу включають: надходження органічної речовини з кореневими та пожнивними решткамиз гноєм та іншими органічними добривамиз насінням та посадковим матеріаломза рахунок зв’язування вуглекислого газу атмосфери синьо-зеленими водоростями.

Статті витрат гумусу: мінералізація органічної речовини ґрунтувинос гумусу поверхневими та вертикальними стокамивитрати при ерозії.

Надходження органічної речовини за рахунок діяльності синьо-зелених водоростей, з насінням та посадковим матеріалом, за даними А. М. Ликова, коливається в межах 100−200 кг/га вуглецю, що повністю витрачається при вертикальному та поверхневому стоці. Тому для спрощення розрахунків ці статті балансу не враховують. У процесі мінералізації гумусу утворюються мінеральні форми азоту, які використовуються рослинами та мікрофлорою. При внесенні високих норм добрив частка азоту гумусу зменшується, а при дуже малих нормах — урожай формується майже повністю за рахунок азоту гумусу.

Величина виносу азоту визначається за довідковими даними і використовується з даних таблиці балансу азоту в землеробстві господарства. Тому в основу розрахунку балансу гумусу на кафедрі агрохімії та якості продукції рослинництва ім. О.І. Душечкіна НАУ покладено баланс азоту в системі рослина-ґрунт-добриво. Метод розрахунку ґрунтується на припущенні, що 50% азоту, який поглинається рослинами, виноситься при розкладі гумусу. А оскільки в гумусі його міститься близько 5% то на кожний кілограм азоту необхідно мінералізувати 20 кг гумусу.

Використання азоту гумусу буде залежати від гранулометричного складу ґрунту та особливостей вирощування культури. Поправочні коефіцієнти на використання азоту такі: важкосуглинкові ґрунти — 1- легкосуглинкові ґрунти — 1,2- супіщані ґрунти — 1,4- піщані ґрунти — 1,8- багаторічні трави — 1- просапні культури — 1,8- зернові та інші однорічні культури суцільного посіву — 1,2. Для бобових культур при розрахунках ураховують азот, який рослини засвоюють із ґрунту в залежності від його гранулометричного складу. Витрати гумусу під впливом ерозії при розрахунках балансу гумусу для виробничих цілей не слід брати до уваги, оскільки під впливом процесів ерозії разом із ґрунтом втрачається гумус, який не може бути відновлений за короткий проміжок часу за рахунок внесення органічних добрив та інших агротехнічних заходів.

Слід відмітити, що найбільш інтенсивно гумус мінералізується під просапними культурами. Це пов’язано з тим, що догляд за ними супроводжується інтенсивним розпушенням ґрунту, який є визначальним фактором мінералізації гумусу. У чорному парі на чорноземних ґрунтах щорічно мінералізація гумусу досягає 2,0−2,5 т/га (Г.Я. Чесняк, 1989).

Прибуткові статті балансу гумусу.

Найсуттєвішою статтею прибутку гумусу є органічна речовина кореневих та пожнивних решток. При оцінці впливу рослинних решток на утворення гумусу важливо знати їх наявність та коефіцієнти гуміфікації. Кількість їх непрямолінійно залежить від рівня врожайності сільськогосподарських культур. Тому вченими (А.М. Ликов, 1976; Г. Я. Чесняк, Ф.І. Левін, 1977) запропоновані рівняння регресії, які дають можливість за врожайністю культури визначити наявність рослинних решток. Для ґрунтів зони Лісостепу такі дані за рівнянням регресії отримані Г. Я. Чесняком.

Для визначення кількості новоутвореного гумусу за рахунок рослинних решток необхідно їх кількість перемножити на коефіцієнти гуміфікації. Вміст новоутвореного гумусу визначають на кожному полі сівозміни чи під культурою в господарстві. Величину новоутвореного гумусу за рахунок гною визначають множенням кількості внесеного гною на кількість гумусу, яка може утворюватися з 1 т гною.

Щоб визначити кількість гумусу, яка утвориться з 1 т гною, необхідно знати його вологість та коефіцієнт гуміфікації. Так, при вологості гною 75% в 1 т його буде 250 кг сухої речовини. Перемноживши на коефіцієнт гуміфікації 0,23, отримаємо 58, тобто, з 1 т гною з вологістю 75% може утворитися 58 кг гумусу. За даними О. О. Бацула, Г. Я. Чесняка (1987), при внесенні 1 т гною в ґрунтах Лісостепу може утворитися 50−60 кг гумусу.

Кафедра агрохімії та якості продукції рослинництва НАУ пропонує проводити розрахунок балансу гумусу за результатами господарської діяльності в середньому за попередні 3−5 років за структурою посівних площ та врожайністю сільськогосподарських культур.

Приклад. Озима пшениця в господарстві займає площу 500 га, середня врожайність за 3 роки в зоні Лісостепу 50 ц/га, ґрунт — чорнозем вилугуваний легкосуглинковий.

1. 1.Визначаємо винос азоту: 50 ц х 3,0 = 150 кг.

2. 2.Уводимо поправку на гранулометричний склад (легкосуглинковий — коефіцієнт-1,2) та культуру (зернова культура — 1,2): 1,2•1,2=1,44.

3. 3.Витрати азоту з ґрунту з урахуванням поправок на гранулометричний склад та культуру становлять: 150 кг•1,44=216 кг.

4. 4.Вираховуємо кількість азоту, яка засвоїлася з мінеральних та органічних добрив: (при внесенні під озиму пшеницю 90 кг/га азоту і беручи коефіцієнт використання азоту з мінеральних добрив 50%, рослини використають 90?0,5=45 кг азоту. Значить, із ґрунту вони візьмуть 216−45=171 кг/га. Якщо під озиму пшеницю вносять ще і 20 т/га гною, з яким надійде 20?5=100 кг азоту, а коефіцієнт використання становить 20%, то рослини пшениці використають 100•0,2=20 кг/га азоту. Таким чином, із ґрунту рослинами буде використано 171−20=151 кг.

5. 5.Розраховуємо кількість гумусу, яка необхідна для утворення 151 кг азоту: 151•20=3020 кг.

6. 6.Вираховуємо кількість гумусу, яка мінералізується на всій площі: 500 га•3020 кг=1 510 000 кг=1 510 т.

7. 7.Наявність новоутвореного гумусу визначаємо за кількістю рослинних решток. Кількість поверхневих та кореневих решток вираховуємо за рівнянням регресії.

8. 8.Поверхневі рештки: х=0,32у+13,5=0,32•50+13,5=29,5 цкореневі - х1=0,71у+10,0=0,71 50+10=45,5 ц. Усього рослинних решток — 75 ц/га.

9. 9.Використовуючи коефіцієнти гуміфікації, визначаємо кількість новоутвореного гумусу: 75,0 ц х 0,2=15 ц/га = 1500 кг/га.

10. 10.Для розрахунку надходження гумусу при внесенні органічних добрив необхідно знати норму сухої органічної речовини та коефіцієнт гуміфікації. При внесенні під озиму пшеницю 20 т/га гною при вологості 75% кількість новоутвореного гумусу дорівнює: 20 т•0,25•0,23=1,15 т=1150 кг/га.

11. 11.Вираховуємо кількість гумусу, яка утворилася в результаті мінералізації рослинних решток та органічних добрив: 1500кг+1150кг=2650 кг/га.

12. 12.Встановлюємо кількість гумусу, яка утворилася на всій площі: 500 га•2650 кг = 1 325 000 кг = 1325 т.

13. 13.Визначаємо баланс гумусу на всій площі, порівнюючи кількість гумусу, що утворилася (1325 т) та мінералізувалася (1510 т): 1325−1510= -185 т. Якщо гумусу утворилося більше ніж мінералізувалося — баланс позитивний, навпаки — від'ємний.

Розраховуємо баланс гумусу в кг/га. Отриманий результат розрахунку балансу необхідно розділити на всю площу: -185:500 га=-0,37т=-370 кг.

Для розрахунків утворення гумусу з органічних добрив А. М. Ликов пропонує застосовувати такі коефіцієнти для переводу в підстилковий гній: гній — 1,0- безпідстилковий гній — 0,1- торфогнойові компости — 1,5- солома — 1,0- пташиний послід — 1,4- сапропель — 0,25. Подібні розрахунки проводять для всіх культур, крім бобових.

Для розрахунку балансу гумусу під бобові культури потрібно враховувати те, що вони фіксують азот з атмосфери, тому частина його, яка засвоюється рослинами з ґрунту, визначається так:

• находять загальну кількість азоту в біомасі бобової культури;

• изначають кількість азоту, яка фіксується бульбочковими бактеріями;

• а різницею між загальною кількістю азоту в біомасі рослин та фіксованого з повітря визначають кількість азоту, яку рослина використала з ґрунту;

• алі проводять розрахунки балансу гумусу так, як і під іншими культурами.

Провівши розрахунки балансу гумусу під усіма культурами господарства, підсумовують кількість гумусу, яка мінералізувалася, і ту, що утворилася. Різниця між цими величинами вказувати на баланс гумусу в господарстві. У разі, коли утворилося гумусу більше, ніж мінералізувалося, баланс буде позитивний, в іншому — від'ємний.Баланс гумусу на всю площу господарства ще не дає повного уявлення про його величину. Необхідно визначити баланс гумусу на 1 га. Для цього необхідно цифру балансу розділити на площу ріллі й виражати в кг/га. Знак балансу залишається. При від'ємному балансі гумусу слід розробити заходи щодо його стабілізації.

Приклад: при від'ємному балансі гумусу 95 кг/га необхідно збільшити насиченість органічними добривами на 95:58=1,6 т/га. Якщо насиченість становила 9,5 т/га, то її потрібно довести до 11,1 т/га.

У комплексі щодо стабілізації гумусу слід передбачити: внесення органічних добривпосів багаторічних травзалишання рослинних решток на полівитримування оптимального співвідношення між культурами у сівозмініпроведення хімічної меліорації тощо.

При розробці заходів стосовно збереження та підвищення родючості ґрунтів у господарствах необхідно використовувати розрахунковий метод визначення балансу гумусу. Це дає можливість установити мінімальні необхідні норми органічних добрив.