Основы земледелия

Если агротехнические приемы не обеспечивают должной защиты почв от ветровой эрозии, их дополняют лесомелиоративными противоэрозионными мероприятиями (посадка лесополос).

Главное назначение лесных полос в открытых степных и лесостепных районах с активной ветровой деятельностью заключается в снижении скорости и турбулентности эрозионного ветрового потока. Ослабляя ветер, они защищают почву от выдувания летом и зимой, задерживают снег на полях, повышают влажность почвы и воздуха, улучшают микроклимат.

По данным ВНИАЛМИ, в системе лесных полос снега на полях бывает в 1,5…2 раза больше, влажность воздуха в приземном слое на 5…10% выше, а испаряемость на 20…30% меньше, чем в открытой степи. Все это создает лучшие условия для развития растений и формирования урожая.

Противоэрозионная и мелиоративная эффективность лесных полос зависит, прежде всего, от их конструкции. Для степных районов рекомендуют ажурные и продуваемые узкорядные (3…5 рядов) полосы, которые способствуют ослаблению дефляции, более равномерному распределению снега на полях и увлажнению почвы.

В районах совместного проявления водной и ветровой эрозии необходимо применение противоэрозионного комплекса, основу которого составляет противоэрозионная организация территории.

С совместным проявлением водной и ветровой эрозии позволяет успешно бороться и плоскорезная обработка почвы. Это обусловлено тем, что механизм действия ветровой и водной эрозии в принципе одинаков. В первом случае, стерня снижает скорость ветра в приземном слое воздуха и препятствует переносу почвы, во втором - стерня уменьшает кинетическую силу стекающей воды и препятствует перемещению почвенных частиц. Корневая система растений скрепляет комки почвы, увеличивая их сопротивляемость отрыву.

Главные достоинства плоскорезной обработки склоновых земель состоят в следующем:

в послеуборочной период почва защищена от эрозии стерневыми остатками и мульчей (она всегда остается на поверхности после плоскорезной обработки);

образуется поверхностный органоминеральный слой с хорошей водопоглотительной способностью и оптимальной плотностью (он препятствует разрушению почвы ударами дождевых капель и склоновому стоку осадков);

стерня уменьшает сдувание снега со склонов (в результате почва меньше промерзает, повышается ее водопроницаемость во время стока талых вод и выпадения осадков зимой и весной);

улучшается баланс гумуса в поверхностном слое по сравнению с отвальной обработкой;

предотвращается образование глыб при вспашке пересушенной почвы, особенно на склонах повышенной крутизны и при неполном обороте пласта.

В зоне совместного проявления ветровой и водной эрозии на почвах, легких по гранулометрическому составу и с подстилающей породой, обладающей хорошей фильтрационной способностью, оптимальная глубина вспашки должна составлять 14…16 см. Почвы, тяжелые по гранулометрическому составу, с глинистой и тяжелосуглинистой подстилающей породой, эффективнее обрабатывать на глубину 25…27 см. Это создает лучшую инфильтрационную способность и большую водовместимость.

Мелиорация (от латинского melioration - улучшение) - отрасль народного хозяйства, охватывающая вопросы улучшения природных условий используемых земель.

В зависимости от целей и объекта мелиорации подразделяют на:

- сельскохозяйственные (улучшение земельных угодий для земледелия);

- лесохозяйственные (создание благоприятных условий для произрастания и использования лесов);

- рыбохозяйственные (устройство рыбоводных прудов);

- санитарно-гигиенические (оздоровление местности);

- рекреационные (улучшение земельных и водных объектов для отдыха трудящихся и спорта);

- ландшафтно-защитные (защита берегов рек и водохранилищ от разрушений и др.);

- мелиорация охотничьих угодий и др.

История развития человечества тесно связана с использование земли, как основного средства сельскохозяйственного производства. Учитывая, что численность населения земного шара еженедельно увеличивается на 1,25 млн. человек, задача в области сельскохозяйственного производства заключается в получении максимально возможного количества сельскохозяйственной продукции с единицы площади. На величину урожая сельскохозяйственных культур большое влияние оказывают климатические факторы, среди которых наибольшее значение оказывают обеспеченность теплом, водой и светом. В Российской Федерации количество тепла и света увеличивается с севера на юг, а влагообеспеченность, наоборот снижается. Для сельскохозяйственного производства почва должна быть умеренно влажной, так как при избыточном увлажнении интенсивно развиваются анаэробные процессы, а при недостатке влаги, разлагается органическое вещество и почва теряет свое плодородие.

Задача сельскохозяйственной мелиорации заключается в улучшении свойств и плодородия почв и обеспечении высоких и устойчивых урожаев сельскохозяйственных культур независимо от капризов природы. Под сельскохозяйственными мелиорациями, по определению основоположника российской мелиоративной науки академика А.Н. Костякова (1887-1957), понимают «систему организационно-хозяйственных и технических мероприятий, направленных на коренное улучшение неблагоприятных природных (гидрологических, почвенных, агроклиматических) условий с целью наиболее эффективного использования земельных ресурсов в соответствии с потребностями сельского хозяйства».

В современных условиях мелиорация стала составной частью не только земледелия, но и охраны окружающей среды. Она является обязательным элементом землепользования и земледелия в частности. Мелиорация, изменяя водный режим, положительно воздействует на воздушный, тепловой, питательный и микробиологический режимы почвы, улучшает ее плодородие и создает оптимальные условия для выращивания высоких и устойчивых урожаев сельскохозяйственных культур. Но эффект проявляется только на фоне высокой культуры земледелия.

По воздействию на почву, растения и климат сельскохозяйственные мелиорации делятся на следующие основные типы.

Гидротехнические - направлены на регулирование водного режима территории. Изменение водного режима необходимо проводить как при недостаточном (с помощью орошения), так и при избыточном увлажнении почвы (путем осушения).

Климатические мелиорации направлены на улучшение теплового режима почвы и воздуха, повышение влажности воздуха (аэрозольное орошение), а также почвы на основе управления водным режимом почвы в зимнее и ранневесеннее время путем снежных мелиораций (снегозадержание, зачернение и уплотнение снега).

Культуртехнические - улучшают состояние поверхности почвы и пахотного слоя, что достигается уборкой камней, удалением кустарника, пней, кочек, погребенной древесины, выравниванием поверхности.

Почвенные мелиорации направлены на улучшение структуры, физических и водно-физических свойств почвы. Они проводятся с целью улучшения структуры почвы на основе землевания (пескование, глинование), торфования, применения оструктуривания, кольматажа.

Химические - обеспечивают улучшение химических свойств почвы за счет изменения неблагоприятных свойств при внесении извести, гипса, удобрений и других химических веществ.

Фитомелиорации основаны на улучшении свойств почвы и ее режимов путем применения адаптированных к конкретным условиям травянистой и древесной растительности. При фитомелиорациях создают лесополосы, проводят залесение песков и закрепление склонов посевами многолетних трав, используют фитомелиоранты для рассоления поверхностных слоев почвы и др. Наиболее распространены и эффективны следующие виды мелиорации: орошение и осушение.

Оросительные мелиорации получили наибольшее распространение, так как более 70% всех сельскохозяйственных угодий и около 80% пашни РФ, расположены в зонах недостаточного или неустойчивого увлажнения с часто повторяющимися засухами и суховеями, резко снижающими урожайность и валовые сборы сельскохозяйственных культур. Значимость орошения, как стабилизирующего фактора, будет нарастать в ближайшее время с уже проявляющимся глобальным потеплением климата и расширением зон земледелия с экстремальными природно-климатическими явлениями.

Орошение - это искусственная подача воды на поля, испытывающие недостаток влаги, обеспечивающая оптимальный для роста и развития сельскохозяйственных растений водный, воздушный, питательный, тепловой и микробиологический режимы почвы.

Орошение в условиях многоукладности сельского хозяйства рассматривается как одно из основных средств интенсификации земледелия, обеспечивающее гарантированное и стабильное производство сельскохозяйственной продукции независимо от погодных условий.

Орошение в первую очередь проводится с целью резкого улучшения семеноводческой базы, создания прочной кормовой базы для животноводства, развития овощеводства, садоводства и виноградарства (особенно вблизи крупных промышленных центров), концентрации производства и создания агропромышленных комплексов (рисоводство, хлопководство, свекловодство и др.), а также создания крупных отраслевых специализированных орошаемых участков.

Орошение при правильном его применении оказывает всестороннее положительное воздействие на внешнюю среду, способствуя повышению плодородия почвы, улучшению микроклимата, формированию высокого и устойчивого урожая лучшего качества.

Потребность растений в воде неодинакова и в разные фазы их развития.

Влажность почвы регулируют поливами.

Поливная норма - количество воды, которое выдают сельскохозяйственной культуре за один полив. Оросительная норма - количество воды, которое выдают сельскохозяйственной культуре за весь оросительный период. Оросительная норма равна сумме поливных норм. Поливную и оросительную нормы выражают в кубических метрах воды на 1 га площади, занятой культурой (табл. 28).

Под режимом орошения сельскохозяйственных культур понимают совокупность норм, сроков и числа поливов. Режим орошения должен обеспечивать наиболее благоприятный водно-воздушный режим почвы для данной культуры и получение высоких урожаев при соблюдении экологических требований.

Благоприятное действие орошения проявляется в полной мере тогда, когда поливы, в комплексе с соответствующей агротехникой, проводятся в количествах и сроки, отвечающие потребностям растений.

Табл. 30. Средние оросительные нормы для основных сельскохозяйственных культур по зонам Российской Федерации, м3/га

Культуры	Зона
	лесостепь	степь	полупустыня
Яровая пшеница	1300-2100	2000-2500	3000-4000
Озимая пшеница	1100-1900	2500-3500	3500-4500
Зернобобовые	1100-1600	1500-2500	3000-4000
Кукуруза на зерно	2000-3600	3600-4600	5500-8000
Кукуруза на силос	2000-3000	3000-4400	5000-7500
Сахарная свекла	2000-3300	4200-5600	5500-8000
Многолетние травы	3000-4400	4500-6200	6000-10000
Ранний картофель	1500-2400	2600-3100	3000-4500
Овощи	2300-3500	4000-6500	6000-8000
Хлопчатник	-	-	-
Виноградники	2000-2800	3100-4400	4500-6500
Сады	1800-2600	2700-4400	4200-6500

Способ орошения - комплекс мер и приемов распределения воды на поливном участке и превращение водного потока в почвенную и атмосферную влагу.

Различают следующие способы орошения:

поверхностное - распределение воды по поверхности земли с помощью борозд, полос и затопления чеков;

дождевание - создание искусственного дождя;

аэрозольное увлажнение (мелкодисперсное дождевание) - распыление мельчайших капель воды для регулирования температуры и влажности приземного слоя воздуха над полем;

внутрипочвенное - подача воды непосредственно в корнеобитаемую зону почвы по увлажнителям или подъем уровня почвенно-грунтовых вод;

капельное - локальное орошение с помощью микроводовыпусков, поливных капельниц.

Полив - однократное искусственное увлажнение почвы и (или) приземного слоя воздуха. Техника полива - параметры технологии проведения полива (длина борозд, полос, расходы, дальность полета дождевальной струи, расстояния между увлажнителями и др., т.е. техническое осуществление полива при том или ином способе орошения.

Поливная техника - технические средства (машины, механизмы и орудия) для проведения полива.

Поверхностное орошение в зависимости от характера распределения поливной воды по полю и способа перевода в почвенную влагу поверхностное орошение осуществляется: затоплением, по полосам и по бороздам.

Полив затоплением - один из наиболее древних способов поверхностного орошения. В настоящее время полив затоплением ограничен возделыванием риса, лиманным орошением, а в некоторых случаях влагозарядковыми и вегетационными поливами под полевые культуры. Затопление применяют и при выращивании культур, хорошо переносящих кратковременное затопление слоем воды (люцерна, кукуруза, овес, сорго, пшеница, ячмень и др.). Применению полива затоплением благоприятствуют ровный безуклонный или малоуклонный рельеф местности и достаточная водообеспеченность источника орошения.

Поливная норма в зависимости от размера чека колеблется в пределах 1500…4000 м3/га.

Полив по полосам применяют при орошении культур сплошного сева. Вода при таком поливе движется по поверхности почвы, ограниченной с двух сторон валиками высотой 15…25 см, слоем 2…3 см. Ширина полос согласуется с шириной захвата сельскохозяйственной техники и принимается ровной 3,6…4,2 м или кратной ей. Полив по полосам чаще применяют для проведения вегетационных поливов культур узкорядного посева (зерновые колосовые, многолетние и однолетние травы и др.), плодовых насаждений и виноградников, а также предпосевных, влагозарядковых и промывочных поливов под любые культуры.

Поливная норма при поливе по полосам колеблется в пределах 800…1500 м3/га.

Полив по бороздам наиболее совершенный способ поверхностного самотечного орошения и самый распространенный способ полива пропашных культур (кукуруза, подсолнечник, свекла, хлопчатник, картофель и т.д.), виноградников, садов и овощных культур.

Оросительная вода при поливе бороздам распределяется не сплошным затоплением поверхности поля, а по нарезаемым в междурядьях пропашных культур углублениям - бороздам.

Поливная норма при поливе по бороздам колеблется в пределах 400…1500 м3/га.

Дождевание - самый распространенный способ орошения в РФ. Сущность полива дождеванием состоит в том, что оросительная вода, под действием искусственно создаваемого давления с помощью специальных аппаратов или насадок, распыляется на мелкие капли. Под действием силы тяжести капли дождя падают на орошаемую площадь, увлажняя при этом приземный слой воздуха, растения и почву.

Достоинства орошения дождеванием: высокий уровень механизации, частичная или полная автоматизация процесса полива; возможность применения на площадях, имеющих как прямые, так и обратные уклоны или безуклонную поверхность; меньшие, по сравнению с поверхностным способом орошения, объемы планировочных работ; возможность маневрирования поливными нормами в широком диапазоне от 50 до 900 м3/га.

Недостатки дождевания: высокая энергоемкость; большие затраты металла; отрицательное влияние ветра и др.

В зависимости от типа насадок или аппаратов дождевальные машины и установки разделяют на короткоструйные, среднеструйные и дальнеструйные

Короткоструйные дождевальные машины. Полив зерновых, овощных, кормовых, технических культур, ягодных кустарников, плодовых питомников, лугов и пастбищ, расположенных на относительно ровных участках и допускающих устройство открытых оросителей, осуществляют двухконсольным дождевальным агрегатом ДДА-100МА.

Во время полива трактор движется по приканальной дороге и забирает воду из временного оросителя или лотка. Производительность машины за 1 час чистой работы при поливной норме 600 м3/га составляет 0,78 га.

Среднеструйные дождевальные машины и установки. Дождевальные машины и установки, оборудованные среднеструйными дождевальными аппаратами - «Фрегат», «Волжанка», «Днепр», и др. Радиус покрытия площади дождем у таких аппаратов изменяется от 15 до 35 м.

Дождевальный колесный трубопровод ДКШ-64 «Волжанка» предназначен для полива зерновых и кормовых (кроме высокостебельных - кукурузы, сорго, подсолнечника и др.), овощных, бахчевых культур, картофеля, свеклы, лугов и пастбищ. Дождеватель представляет собой многоопорный колесный самоходный трубопровод фронтального перемещения. Он состоит из двух дождевальных крыльев длиной по 400 м. Посередине каждой трубы, как на оси, крепят ходовые колеса. Трубопровод расположен на расстоянии 0,89 м от поверхности поля.

Производительность при поливе с одной позиции - 1,44 га, по 0,72 га под каждым крылом, за 1 час чистой работы при поливной норме 600 м3/га составляет 0,39 га.

Дальнеструйные дождевальные машины. Дальнеструйные дождевальные машины ДДН-70 и ДДН-100 широко используют в практике орошения высокорентабельных сельскохозяйственных культур, а при соответствующем оборудовании - садов и лесопитомников. Навешиваются они на тракторы ДТ-75 и ДТ-75М (ДДН-70) или Т-150, Т- 4А и ДТ-75 (ДДН-100). Расход воды машиной ДДН-70 - 65 л/с, ДДН-100 - 100…115 л/с. Полив проводят позиционно с забором воды из временных оросителей или от низконапорных трубопроводов.

Дальнеструйные дождевальные машины чувствительны к отрицательному влиянию ветра на качество полива. При скорости ветра до 1,5…2 м/с полив лучше проводить по кругу, а при большей скорости (до 6 м/с) - по сектору. При поливной норме 600 м3га за 1 час чистой работы машина обеспечивает полив площади ДДН-70 - 0,39 га, ДДН-100 - 0,7 га.

Внутрипочвенное (подпочвенное) орошение - способ, при котором воду подают в корнеобитаемый слой по трубам - увлажнителям, прокладываемых в почве на глубине 40…60 см от поверхности земли. Через отверстия в трубах капиллярным путем вода поступает к корням растений, не увлажняя поверхность почвы.

При ВПО возможна полная механизация поливов, строгое нормирование подачи воды и растворенных в ней удобрений в соответствии с потребностями возделываемых культур, снижаются затраты труда на обработку посевов, внесение удобрений, борьбу с сорняками.

Системы ВПО применяют при выращивании высокодоходных культур - овощные и плодовые культуры, виноград, хлопчатник и др. Строительство системы ВПО сравнительно дорого и окупается только через 3…6 лет, поэтому этот способ еще недостаточно распространен, хотя преимущества его очевидны.

Поливные нормы при ВПО изменяются от 250 до 750 м3/га, а оросительная от 2400 до 5500 м3/га.

Капельное орошение - это способ локального увлажнения почвы, т.е. зоны непосредственного расположения корневой системы. При капельном орошении (КО) подача воды производится непосредственно растениям через специальные микроводовыпуски - капельницы с очень малыми расходами (4…20 л/час). При этом увлажняется только зона распространения корней, междурядья остаются сухими. Вместе с поливной водой при необходимости подаются удобрения. Раствор удобрений впрыскивается в магистральный трубопровод с помощью инжектора.

Важнейшее преимущество КО - большая экономия оросительной воды в результате существенного снижения потерь воды на фильтрацию за пределы корнеобитаемой зоны, испарение, поверхностный сток, а также из-за устранения неравномерности полива. Многочисленные опыты показали, что при капельном орошении хлопчатника, картофеля, томатов, огурцов, апельсинов, винограда и других культур оросительная норма снижается на 41…47% по сравнению с дождеванием и на 52…60% - с поверхностным способом орошения.

Система КО экологически безопасна и применяется на землях с повышенными уклонами (до 0,35), при ограниченных запасах водных ресурсов, на малоплодородных (каменисто-песчаных) почвах, изрезанном рельефе, где традиционные способы орошения практически не применимы. Капельное орошение обеспечивает самый высокий коэффициент использования оросительной воды - 80…95% (при дождевании - 70…80%, при поверхностном орошении - 30…60%).

Поливная норма при капельном орошении колеблется в пределах от 40 м3/га до 300 м3/га.

Аэрозольное (мелкодисперсное) дождевание предназначено для увеличения влажности приземного слоя воздуха и уменьшения температуры листьев растений при неблагоприятных условиях внешней среды (воздушные засухи и суховеи). При этом способе вода распыляется на мельчайшие капли размером 0,4…0,6 мм, которые хорошо удерживаются на листовой поверхности, оставаясь на них до полного испарения, охлаждая листовую поверхность и повышая влажность воздуха в среде растений.

Его проводят, когда температура воздуха превышает физиологический оптимум, условно его принимают за 250С.

Мелкодисперсное дождевание используется для повышения эффективности фотосинтеза, защиты растений от заморозков, борьбы с суховеями, вредителями, регенерации корневой системы вымерзших растений и др.

Разовая норма увлажнения при МДД находится в пределах 100…600 л/га в час в зависимости от температуры и влажности воздуха. При этом поливная норма колеблется в пределах 3…5 м3/га, а оросительная норма не превышает 180 м3/га, что в 2…16 раз меньше, чем при других способах орошения.

Известно, что избыток воды в почве приводит к недостатку в ней кислорода почвенного воздуха и к развитию анаэробных бактерий, что замедляет процессы разложения органических остатков. Поэтому в переувлажненной почве мало минеральных солей, необходимых для питания растений, корни растений задыхаются от недостатка воздуха и отмирают, что ведет к гибели растений или сильному ослаблению роста.

При отсутствии кислорода в переувлажненной почве происходят процессы брожения, дающие, кроме углекислоты, ядовитые вещества, которые отравляют корни растений. Избыток воды разрушает структуру почвы, что создает менее благоприятный для растений водно-воздушный и питательный режимы в почве.

В целях регулирования водно-воздушного режима почв необходимо проведение осушительных мелиораций. Осушение - понимают искусственное удаление поверхностных и избыточных почвенных вод с определенных земельных территорий (избыточно увлажненные, заболоченные земли и болота) в целях повышения плодородия почв, соответствующего роста продуктивности сельскохозяйственных культур и вовлечения в сельскохозяйственный оборот малопродуктивных земель.

Общая площадь земель, нуждающихся в регулировании водного режима с помощью осушительных мелиораций составляет в Российской Федерации 165…182 млн.га, из них 71,4 млн. га земли сельскохозяйственного пользования.

Основная причина избыточного увлажнения почвы - атмосферные осадки, превышающие расход влаги на суммарное испарение. Осушение существенно изменяет свойства почвы. Уменьшая количество воды на поверхности и в порах почвы, осушение повышает содержание воздуха в ней, вместе с тем влияет на температуру, кислотность, содержание и деятельность почвенных микроорганизмов.

Осушение дает возможность произвести обработку и посев культур на 10…14 суток раньше, чем без осушения, поэтому длительность вегетационного периода увеличивается и появляется большая возможность своевременного вызревания культур, чем без осушения.

В зависимости от типа водного питания переувлажненных земель и хозяйственного их использования применяются различные методы и способы осушения. Под методом понимают основные принципы регулирования водного режима земель, устраняющие причины избыточного содержания почвенной влаги.

К основным методам осушения относят:

1. Ускорение поверхностного стока или регулирование стока поверхностной воды. Этот метод применяется при атмосферном типе водного питания, когда почва переувлажняется атмосферными осадками или водами от разлива рек и ручьев (русловое водное питание). Он используется при осушении тяжелых почв, естественных луговых угодий и пастбищ.

2. Метод ускорения внутреннего стока (понижение уровня грунтовых и грунтово-напорных вод) используется в тех случаях, когда почвы участка избыточно увлажняются грунтовыми или грунтово-напорными водами, выклинивающимися на поверхность или залегающими близко к дневной поверхности (грунтовое водное питание). Он применяется на почвах легкого гранулометрического состава и низинных торфяниках.

3. Ограждение осушаемой территории от притока поверхностных или грунтовых вод. При поступлении воды, стекающей по поверхности с вышележащего водосбора (намывной тип водного питания), когда грунтовые воды на переувлажнение не влияют (залегают глубже 3 м), всю или часть притекающей воды на участок извне стараются перехватить и не допустить на осушаемую площадь, а сток избытка воды с самой территории ускорить.

4. Комбинированный метод (сочетание нескольких методов осушения) используется при смешанном водном питании.

5. Особые методы регулирования водного режима почв: обвалование русла рек, понижение уровня воды и увеличение пропускной способности рек, заиливание (повышение дна низин, кольматаж песчаных и галечниковых земель и т.д.).

С учетом метода осушения устанавливается тот или иной способ осушения. Под способом осушения понимают устройства, отводящие избыточную воду (каналы, дренаж, закрытые собиратели, ложбины, агромелиоративные мероприятия и др.). Это конкретная система гидромелиоративных мероприятий, направленная на реализацию методов осушения. Способ осушения назначают в соответствии с типом водного питания, выбранным методом, использованием земель и с учетом технических возможностей осуществления данного способа.

Для ускорения или регулирования стока поверхностных вод применяют способ устройства сети открытых или закрытых собирателей. необходимого понижения уровня грунтовых вод можно достичь системой открытых и закрытых дрен. Перехват вод, поступающих со смежных площадей, выполняют способом устройства оградительной сети (нагорных, ловчих каналов, береговых дрен), а для защиты территории от затопления применяют дамбы обвалования. Комбинированный способ выбирают тогда, когда предусматривается несколько методов осушения.

3. Основы агрохимии

Агрохимия - наука о взаимодействии удобрений, почвы и растений, круговороте веществ в земледелии, рациональном и экологически безопасном применении удобрений.

Внесение удобрений позволяет вводить в круговорот веществ новые количества элементов питания растений, а применение навоза и других отходов животноводства и растениеводства - повторно использовать часть питательных веществ, уже входивших в состав предыдущих урожаев.

Главная цель применения удобрений - улучшение питания растений. Изучение питания сельскохозяйственных растений всегда было одной из важнейших задач агрохимии. В задачу агрохимии входят, кроме того, изучение и разработка наиболее эффективных методов регулирования питания и обмена веществ в растениях внесением удобрений для повышения урожая и улучшения его качества.

Первый объект исследования в агрохимии - растение. При изучении питания растений и разработке способов его регулирования с помощью удобрений, необходимо учитывать также особенности биологии и агротехники отдельных культур. Здесь отмечается связь агрохимии с растениеводством.

Второй объект исследования в агрохимии - почва. Изучение содержания и динамики питательных веществ в почве, их доступность растениям, разнообразных процессов превращения удобрений в почве, их действия на ее свойства - важный раздел агрохимии.

И наконец, третий объект агрохимии - сами удобрения; изучая их состав, свойства и эффективность, агрохимия связана не только с сельскохозяйственным производством, но и с химической промышленностью.

«Изучение взаимоотношений между растением, почвой и удобрением - писал Д.Н. Прянишников - всегда являлось главной задачей агрохимии».

Питание растений - сложный процесс обмена веществ между растениями и окружающей средой. Этот переход веществ в растение из воздуха (при ассимиляции СО2 в процессе фотосинтеза) и поглощение из почвы основной массы доступных минеральных соединений через корневую систему, и, в то же время, выведение ряда веществ.

Растение строит свой организм из определенных химических элементов, находящихся в окружающей среде. В состав растения входят вода и сухое вещество. В большинстве вегетативных органов сельскохозяйственных культур содержание воды составляет 70…95%.

Сухое вещество растений имеет в среднем следующий элементарный состав (% по массе), углерод - 45, кислород - 42, водород - 6,5, азот - 1,5 и другие элементы - 5,0. Всего в составе растений обнаружено более 80 химических элементов, из которых 20 элементов считаются, безусловно необходимыми элементами питания и 12 - считаются условно необходимыми. Без углерода, кислорода, водорода, азота, фосфора, калия, кальция, магния, серы, железа, бора, меди, марганца, цинка, молибдена, ванадия, кобальта, йода, натрия и хлора невозможен нормальный ход жизненных процессов и завершение полного цикла развития растений.

Несмотря на резкие отличия в количественной потребности, функции каждого элемента строго специфичны, ни один элемент не может быть заменен другим. Недостаток любого элемента приводит к нарушению обмена веществ и физиологических процессов у растений, ухудшению их роста и развития, снижению урожая и его качества.

Азот входит в состав белков, ферментов, нуклеиновых кислот, хлорофилла, витаминов, алкалоидов.

Уровень азотного питания определяет размеры и интенсивность синтеза белка и других азотистых органических соединений в растениях и, следовательно, ростовых процессов. Недостаток азота особенно резко сказывается на росте вегетативных органов.

Фосфор входит в состав нуклеиновых кислот, которые участвуют в самых важных процессах жизнедеятельности организмов - синтезе белка, росте и размножении, передаче наследственных свойств.

Фосфор входит также в состав витаминов и многих ферментов, участвует в углеводном и азотном обмене, в процессах фотосинтеза, дыхания и брожения.

Важную роль играет обеспечение растений фосфором и в период формирования репродуктивных органов. Его недостаток в этот период тормозит развитие и задерживает созревание растений, вызывает снижение урожая и ухудшение качества продукции.

Калий способствует нормальному течению фотосинтеза, передвижению углеводов (сахаров, крахмала) синтезу белков, повышает зимостойкость культур. Растения, обеспеченные калием, лучше переносят недостаток воды при кратковременных засухах. Калий увеличивает прочность стеблей зерновых культур и уменьшает их полегаемость (при одинаковых условиях освещенности), повышает стойкость растений против некоторых заболеваний.

В зависимости от способов поступления элементов питания в растения выделяют следующие типа питания: автотрофный и симбиотропный.

Автотрофный тип. В большинстве случаев у растений преобладает этот тип питания (от греч. trophe - пища), т.е. самостоятельное обеспечение неорганическими элементами, азотом почвы и углекислым газом, из которых синтезируются органические вещества.

Симбиотропный тип. При этом типе питания высшее растение тесно сожительствует с другими организмами. Здесь наблюдается взаимное использование продуктов обмена веществ в процессе питания.

Питательные вещества поступают в растения через корни и листья. Поэтому различают воздушный и корневой виды питания.

Воздушное питание (фотосинтез) - основной процесс, приводящий к образованию органических веществ в растениях. При фотосинтезе солнечная энергия в зеленых частях растений, содержащих хлорофилл, превращается в химическую энергию, которая используется на синтез углеводов из углекислого газа и воды.

Корневое питание. Азот и зольные элементы поглощаются из почвы деятельной поверхностью корневой системы растений в виде ионов (анионов и катионов).

Минеральное питание - один из наиболее доступных факторов регулирования жизнедеятельности растений. Поэтому в настоящее время главная задача агрохимиков - своевременное и направленное воздействие через процессы корневого питания с помощью удобрений на ход формирования урожая.

На почвах с большими валовыми запасами элементов питания растений (черноземы, пойменные земли) пищевой режим может быть значительно улучшен рациональной механической обработкой.

Под удобрениями - понимают вещества, предназначенные для улучшения питания растений и повышения плодородия почв в целях увеличения урожая сельскохозяйственных растений и улучшения качества получаемой продукции.

По характеру действия на почву и растения удобрения делятся на прямодействующие и косвеннодействующие (Рис. 35).

Прямодействующие содержат необходимые растениям питательные элементы и применяются для улучшения питания сельскохозяйственных культур. К этой группе относятся азотные, фосфорные и другие удобрения. Косвенно действующие применяют для улучшения свойств почвы, изменения реакции почвенного раствора и усиления процессов мобилизации, имеющихся в почве питательных веществ, т.е. они оказывают косвенное воздействие на условия питания растений.

К косвенно действующим удобрениям относят используемые для химической мелиорации почв известковые и гипсовые удобрения, а также бактериальные удобрения, способствующие усилению биологических процессов в почвах.

Рис. 36. Классификация удобрений

В зависимости от количества содержащихся в удобрениях элементов питания они делятся на простые (односторонние), содержащие только один элемент питания (или азот, или фосфор, или калий, или микроэлемент) и комплексные (многосторонние), содержащие два и более элементов питания.

Комплексные удобрения по химическому составу подразделяются на минеральные и органические. Минеральные по составу и способу производства делят на сложные, комбинированные и смешанные. Органические удобрения содержат большую группу элементов питания и являются либо продуктами животного происхождения (навоз, навозная жижа, птичий помет), либо растительного происхождения (торф, сидераты, солома). В отдельную группу органических удобрений выделяют сапропель (отложения пресноводных озер и прудов), компосты, осадки сточных вод, бытовые отходы и др.

Содержание действующего вещества выражают в процентах массы: в азотных удобрениях в расчете на N, в фосфорных - на Р2О5 и в калийных - на К2О. Для пересчета дозы удобрения в килограммах действующего вещества на физические удобрения указываемую дозу N, Р5О5 или К2О делят на процент содержания действующего вещества в удобрении. Например, нужно внести дозу 70 кг азота на 1 га в виде аммиачной селитры: так как содержание азота в ней 34,5%, то количество физического удобрения будет 70 : 34,5 = 2 ц/га.

Азотные удобрения обеспечивают до 50% общей прибавки урожая, получаемой от полного минерального удобрения. Внесение 1 кг азота минеральных удобрений обеспечивает прибавку урожая: 8…15 кг зерна, 50…70 картофеля, 20…30 сена луговых трав, 30…40 - корнеплодов сахарной свеклы, около 3 кг льноволокна.

На долю азотных удобрений приходится 6…7 млн.т.питательных веществ, что составляет 42…44% общего объема производства минеральных удобрений.

Исследования показали, что в полевых условиях в год внесения растения используют лишь 30…50% азота удобрений, 25…45% азота закрепляется в почве в органической форме, а 10…30% безвозвратно теряется из почвы.

В зависимости от формы соединения азота, содержащегося в удобрении они подразделяются на следующие виды: нитратные, аммонийные и аммиачные, аммонийно-нитратные, амидные. Кроме того, азотные удобрения могут быть представлены смешанными формами (аммиакаты и КАСы).

Нитратные удобрения - содержат азот в нитратной форме: NaNO3 натриевая селитра и Ca(NO3)2 - кальциевая селитра. Они являются побочным продуктом основных химических производств и составляют небольшую долю (менее 1%) выпускаемых азотных удобрений. Физиологически щелочные удобрения, содержат 16 и 13% азота соответственно.

Аммонийные и аммиачные удобрения - содержат азот в аммонийной (NН4) или аммиачной (NН3) форме. К ним относят сульфат аммония - (NH4)2SO4 с содержанием 21% N, хлорид аммония - NH4Cl с содержанием 25% N, сульфат аммония - натрия - (NH4)2SO4 с содержанием 16% N, аммиачная вода - NH4OH с содержанием 18…20,5% N и безводный аммиак - NH3 с содержанием 82,3% N.

Аммонийно-нитратные удобрения - содержат азот в аммонийной и нитратной формах. Это аммиачная селитра - NH4NO3 с содержанием 34,5% N и известково-аммонийная селитра - NH4NO3 · CaCO3 с содержанием 26…28% азота.

Одно из самых распространенных азотных удобрений (на его долю приходится 36% всех выпускаемых азотных удобрений). Универсальное удобрение, ее можно применять под любые культуры на всех почвах и в любые сроки.

Амидные удобрения содержат азот в амидной (NH2) форме. К этому виду относят мочевину или карбамид - СО(NH2)2 с содержанием 46% N. Это универсальное удобрение, на долю которого приходится 35% всех азотных удобрений.

Смешанные формы азотных удобрений представлены смесями водных растворов аммиачной селитры, мочевины и других форм азотных удобрений. К этому виду относят аммиакаты - растворы аммиачной селитры и мочевины в водном аммиаке.

КАС - водные растворы аммиачной селитры и мочевины с содержанием 28…32% N получили широкое распространение за рубежом, начали производиться и в нашей стране, а к 2010 году они должны выйти на второе место среди производимых азотных удобрений.

Использование КАС в сельском хозяйстве имеет несомненные преимущества перед твердыми удобрениями: обеспечивается полная механизация всех погрузочно-разгрузочных работ, резко уменьшаются потери, снижаются затраты на производство и применение, улучшаются условия труда, исключаются расход тары и слеживаемость, обеспечивается высокая равномерность внесения азота, упрощается приготовление необходимых тукосмесей, в том числе с добавкой микроэлементов и пестицидов.

Значительная доля почв сельскохозяйственного назначения, в т.ч. и пахотных земель, в России имеет низкую обеспеченность фосфором. Особенно бедны фосфором почвы легкого гранулометрического состава. Низкое содержание подвижного и, следовательно, доступного для растений фосфора характерно для кислых почв с высокой способностью к химическому поглощению его в трудодоступных формах. На черноземах и других почвах с повышенным содержанием гумуса фосфор является элементом питания, в первую очередь лимитирующим урожайность сельскохозяйственных культур.

Фосфорные удобрения в зависимости от растворимости и доступности фосфора для растений подразделяют на три группы:

- содержащие фосфор в водорастворимой форме - суперфосфат простой и двойной. Фосфор из этих удобрений легко доступен растениям;

- фосфор, который не растворим в воде, но растворим в слабых кислотах (2% -ной лимонной кислоте) или в щелочном растворе цитрата аммония, - преципитат, томасшлак, термофосфаты, обесфторенный фосфат. Фосфор в них находится в доступной растениям форме;

- не растворимые в воде и плохо - в слабых кислотах, полностью растворимые только в сильных кислотах, - фосфоритная и костяная мука. Это более труднодоступные источники фосфора для растений.

Источник получения фосфорных удобрений - природные фосфоросодержащие агроруды (фосфориты и апатиты), а также богатые фосфором отходы металлургической промышленности (томасшлак, мартеновские шлаки). Основное значение имеют апатиты и фосфориты. В настоящее время среднегодовой выпуск фосфорных удобрений в России составляет 2,4 млн.т или 20% от общего объема удобрений.

Суперфосфат простой получают обработкой размолотого апатита серной кислотой. Простой суперфосфат из апатита содержит около 20% усваиваемого фосфора Р2О5 и гипс. Усвоемый фосфор в суперфосфате составляет 88…98% общего содержания.

Суперфосфат двойной Cа (H2PO4)2 · H2O отличается от простого более высоким содержанием усваеваемого фосфора - 45…49% и не содержит гипса.

Обесфторенный фосфат содержит не менее 36% Р2О5, можно применять на всех типах почв и по эффективности не уступает суперфосфату. Используют в основном для минеральной подкормки животных.

Фосфатшлак - побочный продукт переработки мартеновским способом чугуна на сталь и железо. Содержит не менее 10% Р2О5. Сильнощелочное удобрение, поэтому используют на кислых почвах и в местах получения.

Томасшлак - побочный продукт при переработке в железо и сталь чугуна по методу Томаса. Томасшлак - темный порошок, содержит не менее 14% Р2О5, щелочное удобрение, поэтому используют также, как и фосфатшлак.

Фосфоритная мука - тонкоразмолотый фосфат содержащий 30% Р2О5, который не растворим в воде, слабых кислотах, и слабо доступен для большинства растений. Самое дешевое фосфорное удобрение, но даже оно не доступно АПК из-за низкой платежеспособности сельскохозяйственных товаропроизводителей. Это основное фосфорное удобрение из группы простых (односторонних) удобрений. На его долю приходится 12,0% доли выпускаемых фосфорных удобрений.

Применение фосфорных удобрений - единственный путь пополнения запасов фосфора в почве и обеспечения бездефицитного баланса этого элемента в хозяйстве. Основная часть потребленного растениями фосфора отчуждается из хозяйства с товарной продукцией и лишь частично возвращается в почву с пожнивными остатками и в составе местных органических удобрений.

Фосфор водорастворимых форм удобрений сильно закрепляется почвами и имеет низкий коэффициент использования растениями. При внесении удобрения локально - в рядки при посеве и посадке культур - коэффициент усвоения фосфора растениями возрастает в 1,3…1,5 раза. За ротацию севооборота (7…9 лет) использование фосфора удобрения составляет 40…50%, остальное количество внесенного фосфора связывается в усвояемых и в труднодоступных для растений формах. Следовательно, для получения планируемой прибавки урожая необходимо вносить не менее, чем в 2 раза больше фосфора с удобрениями, чем выносится его с желаемой прибавкой урожая.

Для получения высоких и стабильных урожаев, сохранения и повышения плодородия почв интенсивность баланса фосфора (т.е. степень превышения приходной части над расходной, выраженная в процентах) должна составлять для лесостепной зоны 150…200%, а степной - 200…250%. Фактическая интенсивность баланса фосфора в земледелии на территории европейской части страны и в целом по России составляет 20%.

Их применение наиболее эффективно на почвах легкого гранулометрического состава и на почвах с низким содержанием калия. На других почвах с высокими валовыми запасами калия надобность в калийных удобрениях возникает при возделывании культур потребляющих большое количество калия - силосных и овощных, корне- и клубнеплодов, подсолнечника и других, особенно при низком уровне применения навоза и иных органических удобрений.

Для производства калийных удобрений используют природные местонахождения калийных солей. На территории России находится крупнейшее месторождение хлористых калийных солей - Верхнекамское (Соликамское - Березняки).

В настоящее время среднегодовой выпуск калийных удобрений в России составляет 3,5…4,0 млн. т., что составляет 31,4% от общего объема выпускаемых минеральных удобрений.

Калийные удобрения подразделяют на концентрированные и сырые.

Сырые калийные удобрения, получают путем дробления и размола природных калийных солей. Применять сырые калийные соли целесообразно лишь вблизи месторождений калийных руд, так как они имеют низкое содержание К2О и большое количество примесей. Они содержат много хлора, что также ограничивает их применение.

Сильвинит - nKCI + mNaCI. Содержит 12…15% К2О и 35…40% Na2O. Применяют под натриелюбивые культуры (корнеплоды, капуста, клевер и др.).

Каинит - KCI· MgSO4 · 3H2O с примесью NaCI. Содержит 10% К2О, 6…7% MgО, 32…35% CI, 22…25% Na2О, 15…17% SO4.

К концентрированным калийным удобрениям относят хлористый калий, сернокислый калий, калимагнезия и др.

Хлористый калий - KCI основное калийное удобрение, на долю которого приходится более 90% выпускаемых калийных удобрений. Содержит 57…60% K2O, мелкокристаллический порошок розового цвета, выпускается и в гранулированном виде, универсальное удобрение.

Учитывая, что калий хорошо поглощается почвой (не вымывается), возможно внесение калийного удобрения про запас, на 2…3 года (вместе с фосфорными удобрениями). Вносить хлористый калий при посеве не рекомендуют, так как он может снизить всхожесть семян.

Сульфат калия - К2SO4 содержит 46% К2О, мелкокристаллическая соль серого цвета, универсальное удобрение, т.е. можно применять на всех почвах и под все культуры, но особенно чувствительные к хлору (виноград, цитрусовые, лен, картофель, табак и др.). Из-за дороговизны промышленного производства занимает незначительный (1,7%) объем среди калийных удобрений.

Калимагнезия - K2SO4·MgSO4·6Н2О, содержит 28…30% К2О и 8…10% MgО. Хорошее удобрение для культур, потребляющих наряду с калием много магния (клевер, лен, картофель), особенно на бедных песчаных и супесчаных почвах.

По данным агрохимической службы России, долевое участие калия в прибавке урожая основных культур неполного минерального удобрения составляет 17…26%.

Важное условие эффективного применения калийных удобрений - хорошее обеспечение растений азотом и фосфором. На почвах, бедных азотом и фосфором, одни калийные удобрения не дают желаемого результата.

Калийные удобрения на связных почвах лучше вносить осенью (при этом ограничивается отрицательное действие хлора), а на легких почвах - весной под предпосевную обработку или частично в подкормку.

К комплексным удобрениям относятся удобрения, содержащие 2 и более элементов питания. По способу производства эти удобрения подразделяют на сложные, комбинированные и смешанные.

Сложные удобрения содержат два или три элемента питания в составе одного химического соединения. Например, калийная селитра -, аммофос - и диаммофос, магний-аммоний фосфат и др.

Аммофос (NH4H2PO4) - основное фосфорное удобрение, на долю которого приходится около 35% от общего производства фосфорных удобрений. Содержит 11…12% и 40…60% Р2О5 в хорошо усвояемой растениями, преимущественно водорастворимой форме. Универсальное удобрение.

Диаммофос ((NH4)2HPO4) - фосфорное удобрение, на долю которого приходится 20,3% от общего производства фосфорных удобрений. Содержит 18% N и около 50% Р2О5. Это самое концентрированное из всех сложных удобрений, содержащее азот и фосфор в доступной для растений водорастворимой форме.

Калийная селитра (KNO3) - содержит 13% N и 46% К2О, обладает хорошими физическими свойствами. В качестве источника калия дает хороший эффект при внесении под культуры, чувствительные к хлору. Недостаток - широкое соотношение между азотом и калием (1 : 3,5), поэтому при ее использовании требуется дополнительное внесение азотных удобрений.

Магний-аммонийфосфат (MgNH4PO4) - тройное удобрение, содержащее 10…11% N и 39…40% Р2О5 и 15…16% MgО.

Комбинированные удобрения получают в едином технологическом процессе, содержат в одной грануле два или три элемента питания, но в составе различных химических соединений.

Нитрофос [NH4NO3 + Ca (H2PO4)2] и нитрофоска [NH4NO3 + Ca (H2PO4)2 + KCI]. Нитрофос содержит 23…24% N и 14…17% Р2О5, а нитрофоска - по 16% NPK. Универсальные удобрения.

Нитроаммофос (NH4H2PO4 + NH4NO3) и нитроаммофоску (NH4H2PO4 +NH4NO3 + KCI). Нитроаммофос содержит по 23% N и Р2О5, а у нитроаммофоски по 17% NPK.

Диаммофоска (NH4)2 HPO4 + KCI содержит 10% N, 26% Р2О5 и 26% KCI.

Общий недостаток сложных и комбинированных удобрений заключается в необходимости дополнительного внесения того или иного элемента в виде простых удобрений, так как разные почвы различаются по содержанию элементов питания и по потребности в них растений.

Смешанные удобрения - это смеси (гранулированных) простых и сложных удобрений, получаемые в заводских условиях, либо на тукосмесительных установках непосредственно в хозяйствах путем сухого смешивания. Смешанные удобрения имеют преимущество перед сложными и комбинированными удобрениями, которые выпускаются с фиксированным содержанием питательных элементов, не всегда подходящим для определенной культуры и почвы. Сухое смешивание позволяет создать больший ассортимент удобрений с любым необходимым соотношением NPK и микроэлементов. Однако не все удобрения можно смешивать друг с другом, так как в результате химических реакций между ними может уменьшаться растворимость, содержание питательных веществ, ухудшаться физические свойства удобрений. Для приготовления смешанных удобрений в первую очередь используют мочевину или аммиачную селитру, аммофос и хлористый калий.

Органические удобрения - это разной степени разложения органические вещества в основном растительного и животного происхождения. Количественный и качественный состав органических удобрений зависят от их происхождения, условий накопления и хранения. Эти удобрения содержат обычно много влаги и в небольших количествах основные элементы питания и микроэлементы, поэтому их относят к комплексным удобрениям. Однако содержание NPK в органических удобрениях по сравнению с минеральными низкое, поэтому их не перевозят на далекие расстояния, а используют на месте получения и называют местными.

Применение навоза и других органических удобрений позволяет повторно вовлекать в круговорот питательных веществ часть элементов питания, ранее отчужденных из почвы с урожаем сельскохозяйственных культур.

Органические удобрения - не только источник элементов питания и дополнительный источник СО2 для улучшения воздушного питания растений, но и энергетический материал, источник пищи для почвенных микроорганизмов и источник обогащения почвы микрофлорой.

Систематическое внесение органических удобрений способствует регулированию содержания в почве органического вещества, подвижных форм NPK и микроэлементов, биологической активности, водно-физических и других свойств почвы.

К органическим удобрениям относят навоз, торф, навозную жижу, птичий помет, зеленые удобрения, солому, компосты, сапропель и др.

Навоз - это основное органическое удобрение в зависимости от технологии содержания животных получают подстилочный и бесподстилочный навоз, который различается по составу, способам хранения и использования.

Подстилочный навоз. Его состав и удобрительная ценность зависят от вида животного, продолжительности стойлового периода, состава кормов, качества и количества подстилки, способа хранения. В среднем, в составе навоза КРС содержится 0,5% азота, 0,25% фосфора, 0,6 % калия и 75 % воды.

Для увеличения выхода навоза и повышения его качества большое значение имеют вид и количество подстилочного материала. Подстилка улучшает физические свойства навоза, впитывает мочу и поглощает образующийся при ее разложении аммиак, что уменьшает потери азота.

Для подстилки применяют солому злаковых культур, торф или торфяную крошку, реже - древесные стружки и опилки. Чаще всего для подстилки используют солому в виде резки длиной 9…15 см при среднесуточной норме подстилки от 1 до 6 кг соломы в зависимости от вида скота.

Количество получаемого в хозяйстве навоза зависит от вида животного, общего поголовья скота, продолжительности стойлового периода, наличия кормов и вида подстилки, возрастного состава животных (табл. 29).

Количество и качество навоза в значительной степени зависят от способа его хранения. В зависимости от способа хранения разложение навоза происходит с разной интенсивностью и навоз получается неодинакового качества. Существуют плотный, рыхлоплотный и рыхлый способы хранения навоза.

...