7.1. БИОЛОГИЧЕСКИЕ ПОТРЕБНОСТИ КУЛЬТУР В ПИТАТЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТАХ

Неодинаковая потребность различных видов и сортов сельскохозяйственных культур в элементах питания в одних и тех же почвенно-климатических условиях обусловлена (и объясняется) неодинаковым вещественным (сахар, крахмал, белки, клетчатка, жиры, витамины и т. д.) и, следовательно, элементным (азот, фосфор, калий, кальций, магний, сера и т. д.) составом основной (товарной) и побочной (нетоварной) продукции, а также разными соотношениями этих двух видов продукции в хозяйственных урожаях.

Существенное влияние на изменение вещественного и элементного состава и, следовательно, потребностей в питательных элементах любой культуры (и сорта) оказывают все жизненно важные факторы внешней среды, влияющие на рост, развитие, а в конечном итоге на величину, качество и соотношения основной и побочной продукции каждой культуры (и сорта).

Сведения о вещественном и элементном составе основной и побочной продукций большинства сельскохозяйственных культур приведены в главе 2, а более широко и подробно — в различных (лучше зональных) справочниках и рекомендациях научно-исследовательских сельскохозяйственных учреждений.

Неодинаковая потребность различных культур в питательных элементах еще более наглядно выражается в абсолютных величинах в виде биологического, а чаще хозяйственного выноса их с соответствующими урожаями (кг/га) или в виде затрат их (относительного выноса) на единицу основной с соответствующим количеством побочной продукции (кг/т).

Для практического определения оптимальных доз, соотношений удобрений под отдельные культуры в севооборотах обычно используют хозяйственный вынос и затраты питательных элементов (кстати, затраты определяют именно по хозяйственному выносу) на единицу основной с соответствующим количеством побочной продукции.

Корневые и пожнивные (послеуборочные) остатки культур, являясь частью биологического выноса, для живых растений—дополнительный к надземной массе потребитель, а для следующих за ними после уборки — дополнительный источник (после минерализации) тех же самых количеств питательных элементов. Учитывая этот факт, а также трудоемкость работ и возможные ошибки в количественном и качественном (элементном) определении послеуборочных остатков, на практике определяют обычно хозяйственный вынос, а по нему — затраты питательных элементов на единицу продукции (табл. 111).

С ростом продуктивности возделываемых культур, вызванным улучшением почвенно-климатических, агротехнических условий и уровнем удобренности их, почти пропорционально возрастают и хозяйственные выносы питательных элементов с урожаями. Затраты элементов на единицу продукции при этом для одного и того же сорта в конкретных почвенно-климатических условиях остаются постоянными до тех пор, пока рост продуктивности этого сорта лимитируется недостатком удобрений.

Поэтому среднемноголетние данные о затратах питательных элементов на единицу продукции при той или иной продуктивности каждого сорта в конкретных почвенно-климатических условиях как генотипический признак — величины относительно постоянные и служат основой для расчетов хозяйственных выносов, балансов питательных элементов и оптимальных доз удобрений при любой, вплоть до максимальной, продуктивности этого сорта.

Вот почему оптимальное содержание питательных элементов в основной (желательно и в побочной) продукции следует указывать в агротехнике рекомендуемых для производства новых сортов сельскохозяйственных культур. Это одновременно и дополнительное подтверждение основных показателей качества товарной продукции (содержание белка, крахмала, сахара и т. д.) рекомендуемого сорта.

Каждая культура в индивидуальном развитии от семени до семени проходит характерный только для нее цикл (динамику) потребления питательных элементов, поэтому с помощью удобрений можно и нужно регулировать этот процесс на разных этапах роста и развития растений.

Первый этап — прорастание семян — всходы — характеризуется для всех культур относительно слабой потребностью в элементах питания. Но именно в этот период культуры наиболее чувствительны к недостатку, избытку и повышенной концентрации солей в почвенном растворе. Культуры еще не имеют развитую корневую систему и значительные корневые выделения, поэтому нуждаются в небольших количествах макроэлементов (5— 20 кг/га д. в.), но обязательно находящихся в легкоусвояемой водорастворимой форме.

Известно, что водорастворимые соли азота и калия, как правило, даже в бедных почвах содержатся, хотя и в небольших количествах, на глубине заделки семян, а водорастворимых солей фосфора даже в плодородных почвах практически нет. Поэтому небольшие дозы суперфосфата (10 кг/га Р₂0₅) обычно наиболее эффективны в качестве припосевного (припосадочного) удобрения под все культуры на всех почвах.

Под некоторые культуры (бобовые, овощные, пропашные и др.), особенно на очень бедных минеральным азотом почвах, совместно с фосфором эффективно применение азота, лучше в виде комплексного удобрения. И только отдельные культуры (все виды свеклы) положительно реагируют на добавление к фосфору и азоту калия также в виде соответствующего комплексного удобрения. Микроэлементы в состав припосевного удобрения добавляют (также лучше в виде комплексного удобрения) только тогда, когда посевной (посадочный) материал не обрабатывали соответствующим микроэлементом. Дозы припосевного (стартового) удобрения обычно не превышают 3—10 % общей потребности в них возделываемых культур, хотя иногда (при недостатке удобрений) этим и ограничиваются. Следует подчеркнуть, что недостаток в этот период того или иного элемента не может быть полностью компенсирован впоследствии даже избыточным питанием.

Второй этап — период интенсивного роста и развития вегетативной массы—для большинства культур характерен интенсивным поглощением прежде всего азота, затем фосфора и калия, а для калиелюбивых культур (подсолнечник, свекла, картофель, кукуруза и др.) калий занимает второе место. В этот, как и в последующий, период удобрения могут быть уже в виде солей, растворимых в слабых кислотах, но располагаться должны в зоне активно поглощающих их и воду корней растений. Здесь важна глубина заделки удобрений (особенно в зонах неустойчивого и недостаточного увлажнения). В зависимости от биологических особенностей культур, агротехнических и почвенно-климатических условий удобрения могут быть внесены как до посева (мелиоранты, органические, фосфорные, калийные и частично или полностью в условиях недостаточного увлажнения азотные), так и после всходов в виде подкормок (обычно микроудобрения, часто азотные и реже калийные). Микроудобрения применяют как некорневые, азотные — как корневые и некорневые и калийные — только как корневые подкормки.

Третий этап — период плодоношения или образования репродуктивных органов — для большинства культур характерен общим снижением интенсивности потребления элементов с одновременной сменой минимумов: возрастает потребность в фосфоре и калии, а для калиелюбивых культур в первую очередь в калии и снижается в азоте. В этот период происходит и интенсивное перераспределение ранее поглощенных элементов: отток их из листьев к семенам, плодам и корнеклубнеплодам. Потребляемые элементы удобрений должны быть в зоне активно поглощающих корней, т. е. внесены раньше в виде допосевного (фосфор и калий) удобрения, но могут быть и в виде подкормок (азотные, а для калиелюбивых культур — часть калийных).

Имея одинаковые этапы роста и развития, сельскохозяйственные культуры существенно различаются по длительности этих этапов и всего вегетационного периода и, следовательно, по динамике потребления питательных элементов.

Наиболее короткий период потребления, заканчивающийся к концу второго этапа роста, у конопли, льна, риса и яровых зерновых культур. Конопля, например, около 2/3 всех питательных элементов потребляет в период от бутонизации до цветения, рис и яровые зерновые (пшеница, ячмень, овес) до 70—80 % элементов—от кущения до цветения, причем на третьем этапе роста и развития эти культуры могут даже терять часть ранее потребленных элементов с отпадом отмерших нижних листьев.

Следовательно, для культур с таким коротким периодом потребления питательных элементов все фосфорные, калийные и часть азотных (в зависимости от почвенно-климатических условий и ожидаемой продуктивности культур) удобрений должны быть внесены до посева и при посеве. Подкормки возможны только для части азотных удобрений с целью уменьшения потерь азота в зонах достаточного и избыточного увлажнения или повышения белковости зерна.

Подавляющее большинство остальных культур (картофель, свекла, кукуруза, озимые зерновые, капуста, огурец, лук, морковь и др.) имеют растянутый на три этапа период потребления питательных элементов, максимум потребления приходится на второй этап. Для этих культур наряду с допосевным и припосевным удобрениями целесообразны и подкормки наиболее подвижными формами (азотные, калийные, микроэлементные) удобрений.

Есть культуры (например, хлопчатник, томат), потребление элементов у которых растянуто до конца вегетации, но максимум наблюдается на третьем этапе роста и развития. Для таких культур наряду с допосевным (фосфорно-калийные и часть азотных) и припосевным [фосфорные и (или) фосфорно-азотные] удобрениями обязательны подкормки (азотные, микроэлементные и азотно-калиевые).

Сельскохозяйственные культуры при неодинаковой динамике потребления питательных элементов поглощают их в разных соотношениях. Например, соотношение N : Р₂0₅: К₂0 в хозяйственных урожаях в среднем у зерновых колосовых культур составляет 3:1:2,5, у корне-клубнеплодов — 3:1:4, у зернобобовых — 4: 1 : 2, т. е. на единицу фосфора различные культуры потребляют неодинаковые количества азота и калия.

Даже для одной и той же культуры (и сорта) соотношение элементов изменяется во времени, так как по мере роста и развития меняются массы и элементный состав образующих органов. Это обусловливает изменения порядка минимумов в разные этапы вегетации культур.

Динамика потребления питательных элементов зависит и от скороспелости сортов. Ранние (скороспелые) сорта культур, имея наиболее короткий период вегетации, обладают более интенсивным потреблением элементов. Поэтому они более требовательны к условиям питания, которое в виде удобрений обычно получают до посева (посадки) и при посеве (посадке).

Средне- и позднеспелые сорта потребляют элементы за более длинный период вегетации, обычно в больших количествах, поэтому под них удобрения вносят в несколько приемов: до посева, при посеве и в одну-две и более подкормок.

Итак, для определения общих доз и соотношений удобрений, а также для расчета баланса питательных элементов необходимо иметь данные о затратах питательных элементов на единицу основной и побочной продукции с целью получения того или иного уровня продуктивности каждой культуры (а лучше сорта). Для правильного распределения доз на допосевное, припосевное удобрения и подкормки нужны сведения о динамике потребления отдельных элементов за вегетацию.

Такие данные обычно приводятся в справочниках и рекомендациях зональных научно-исследовательских учреждений или в агротехнической характеристике районированных сортов культур. При отсутствии таких данных их можно (а специалистам нужно) определить самостоятельно. Для этого в хозяйстве выбирают поле (или участок) с выращенным высоким урожаем хорошего качества интересующей культуры (а лучше сорта), отбирают и анализируют (или сдают на анализы) образцы основной и побочной продукции.

По результатам анализов и урожайным данным рассчитывают хозяйственный вынос и затраты питательных элементов на единицу основной с соответствующим количеством побочной продукции, т. е. получают данные, как в таблице 111, но уже максимально уточненные для данного хозяйства. Отбирая и анализируя образцы с лучших участков несколько раз за вегетацию, можно получить максимально уточненные данные о динамике потребления питательных элементов интересующего сорта любой культуры.

Различия биологических потребностей культур (и сортов) в питательных элементах проявляются и в неодинаковой способности растений усваивать питательные элементы из труднодоступных соединений. Например, бобовые культуры в симбиозе с клубеньковыми бактериями усваивают молекулярный азот атмосферы, обеспечивая себя этим элементом минимум на 50 (зернобобовые), максимум на 95 % и более (люцерна и др.) и в значительной степени (особенно многолетние бобовые травы) улучшают азотное питание следующих за ними в севооборотах других культур.

Известна и способность люпинов, гречихи, горчицы и других культур усваивать фосфор из труднодоступных соединений и улучшать усвоение фосфатов следующих за ними в севооборотах культур.

К биологическим особенностям потребления питательных элементов относится и неодинаковая отзывчивость разных культур на органические и минеральные удобрения при эквивалентных дозах по питательным элементам.

В предыдущих главах (2, 3, 4) уже подробно сообщалось о неодинаковом влиянии на величину и качество продукции различных культур сопутствующих элементов (магний, натрий, сера, хлор, микроэлементы и др.) в составе известковых, минеральных и органических удобрений.

Таким образом, глубокие знания и всесторонний учет биологических особенностей потребления питательных элементов каждого вида и сорта возделываемых культур в конкретных условиях позволяют наиболее квалифицированно (профессионально) устанавливать и применять дозы, соотношения и комбинации видов, а также сроки, способы (приемы) и формы различных удобрений.

Эффективность удобрений, внесенных с учетом биологической потребности под культуру конкретного сорта, зависит и от комплекса факторов внешней среды. Под влиянием каждого из них она изменяется неодинаково, но наиболее значительно под влиянием первого лимитирующего (находящегося в минимуме), затем второго, третьего и т. д. вплоть до нерегулируемых факторов (возможности сорта, приход солнечной энергии, количество и распределение осадков в богарном земледелии и т. д.).

Всю совокупность факторов внешней среды можно объединить в три основные группы: почвенно-климатические, агротехнические и факторы, обусловленные количеством (насыщенность, дозы) и качеством (виды, соотношения, комбинации и формы) удобрений.