Этапы обоснования системы удобрений и их характеристика

 

1 этап.Анализ состояния плодородия почв и уровня их продуктивности в севооборотах и во внесевооборотных участках

Повышение урожайности сельскохозяйственных культур осуществляется в основном в результате улучшения плодородия почвы, а также подбора культур и сортов, наиболее приспособленных к данным почвенно-экологическим условиям. В некоторых случаях затраты средств на создание сортов, устойчивых, например, к засолению или повышенной кислотности, временно избыточному увлажнению, могут оказаться ниже, чем затраты на коренное улучшение почвы. Однако главное направление – повышение плодородия почвы, так как почти все агротехнические мероприятия, направленные на увеличение урожайности, связаны с теми или иными способами (механическими, химическими и др.) воздействия на почву с целью улучшения ее водно-воздушных свойств, химических и физических показателей, биологической активности.

Таким образом, величина и стабильность урожая в основном, особенно в Нечерноземной зоне, связаны с уровнем плодородия почвы, который при интенсивном земледелии все в большей степени определяется деятельностью человека. С этой точки зрения при системном подходе к управлению урожайностью сельскохозяйственных культур основной задачей становится исследование вопросов управления плодородием почвы.

Для решения сложных задач прогноза возможных изменений плодородия почвы при программировании урожайности и обеспечения рационального распределения ресурсов органических и минеральных удобрений между культурами и полями севооборотов необходимо широкое использование методов моделирования. Сложность почвы как открытой многопараметрической системы делает такой подход необходимым, но вместе с тем и чрезвычайно трудным.

Понятие плодородия почвы весьма сложное. В буквальном смысле оно означает способность почвы «родить плоды», т. е. обеспечивать получение урожая растений. В общей форме можно принять, что плодородие почвы есть способность почвенного покрова удовлетворять потребность растений в элементах питания, воде, воздухе, тепле, свете и физико-химических условиях.

В агрономическом (технологическом) смысле под плодородием понимают способность почвы служить растениям средой обитания, источником и, главное, посредником в обеспечении земными факторами жизни (водой, питательными веществами и др.), обеспечивать возможность индустриального ведения производства, быть устойчивой против всех факторов разрушения.

В настоящее время в литературе можно встретить различные варианты толкования понятия плодородия почвы: естественное, природное, потенциальное, базисное, эффективное, текущее, полное.

Природное плодородие почвы определяется как совокупность ее свойств и режимов. Весь комплекс экологических условий на фоне которых она развивается.

Потенциальное плодородие почвы определяется как способность конкретной почвы, расположенной в определенных климатических условиях и условиях рельефа, обеспечивать растения всеми необходимыми факторами роста, развития и получения биомассы или основной и побочной продукции за счет природных и приобретенных под влиянием человеческой деятельности свойств почвы в многолетнем цикле. Потенциальное плодородие проявляется на фоне средних многолетних климатических условий без непосредственного дополнительного привлечения человеком факторов роста и развития растений (в первую очередь элементов питания и влаги). Это свойство почвы относительно стабильно, изменяется медленно в результате интенсивных мелиоративных воздействий или других факторов, например загрязнения токсическими веществами, вторичного засоления и т. п.

Иначе потенциальное плодородие почвы это возможное плодородие почвы, проявляющееся при определенных экологических и технологических условиях.

Потенциальное плодородие проявляется в форме эффективного плодородия которое представляет собой способность конкретной почвы, расположенной в определенных климатических условиях и условиях рельефа, обеспечивать растения всеми необходимыми факторами роста, развития и получения биомассы или основной и побочной сельскохозяйственной продукции в конкретный период времени (фазу развития растений). Эффективное плодородие определяется воздействием на растения почвенных и других экологических факторов на фоне конкретных погодных условий при непосредственном дополнительном целенаправленном привнесении человеком факторов роста и развития растений (элементов питания, влаги и т. д.) или без привнесения этих факторов. В условиях хозяйственной деятельности эффективное плодородие проявляется как суммарный результат мобилизации элементов потенциального плодородия с помощью агротехнических приемов и дополнительного применения факторов урожая. Эффективное плодородие – лабильный показатель. Оно может изменяться как в многолетнем цикле, так и в течение вегетационного периода в зависимости от погодных условий.

Плодородие почв можно оценить двумя основными способами:

первый –  оценка плодородия при использовании шкалы бонитировки почв;

второй –  разработка регрессионных моделей, связывающих уровень урожайности с различными элементами почвенного плодородия.

Оценка плодородия при использовании шкалы бонитировки почв производится в зависимости от балла бонитета почвы. Она показывает отношение ее плодородия (в процентах) для данной культуры к плодородию принятой за эталон почвы, оцениваемому в 100 %. Это один из наиболее объективных методов сравнительной оценки уровня плодородия почвы – метод прямого учета урожая, но при его использовании возникают затруднения в моделировании урожайности и почвенного плодородия. Бонитировочные шкалы для этих целей малопригодны вследствие их условности, относительности, локальности и трудоемкости определения.

Второй путь установления связи урожая со свойствами почв основан на использовании регрессионных моделей. Уровень плодородия задают определенными формулами. Такая оценка плодородия тоже условна. Влияние плодородия почвы на урожайность выражается не прямо, а опосредованно через технологии. Одинаковый урожай можно получить на почвах, совершенно различных по своим показателям, и разный – на одинаковых почвах в зависимости от экологической обстановки и применяемых технологий. Поэтому для моделирования необходимо каким-то образом выразить плодородие почвы с помощью независимых от урожайности элементов.

2 Этап. Определение оптимальных параметров плодородия почв.

В основу современных разработок моделей плодородия почв положена концепция базовой модели (квалифицированной как статистической или экспертно-описательной). Под моделью плодородия почв понимается совокупность агрономических важных свойств и почвенных режимов, отвечающих определенному уровню продуктивности растений. Совокупность агрономических важных свойств должна включать, кроме агрохимических показателей, использующихся для характеристики параметров плодородия и прогнозирования урожайности, морфологогенетические особенности почв, показатели их физического состояния, минералогический состав и биологические свойства.

Таким образом, модель должна учитывать некоторый набор так или иначе связанных с плодородием почвенных факторов (элементов плодородия), количество которых может быть достаточно большим. При этом значение имеют правильное выделение основных элементов и установление взаимосвязей между ними. Так, при оценке оптимальности уровней того или иного элемента минерального питания в почве необходимо учитывать не только их абсолютные значения, но и соотношения с другими элементами. Установлено, что доступность отдельных элементов для растений изменяется в зависимости от условий увлажнения, температуры, концентрации других элементов. Так, при повышенном содержании фосфора в некоторых почвах отмечено цинковое голодание. Известны случаи, когда на одном и том же поле в засушливые годы обнаруживался недостаток калия, а во влажные годы – магния.

Выбор элементов плодородия почвы, которые отражают ее состояние и должны учитываться моделью, – один из важнейших этапов системного анализа. Общее число элементов не должно превышать 15-20. В противном случае сложность модели возрастает в такой степени, что она становится непригодной к практическому использованию. Таковы наиболее общие положения, учитывающиеся при разработке базовых моделей, которые служат фундаментом для развития работ по математическому моделированию плодородия почв.

По классификации, модели плодородия почв можно разделить на два больших класса: информационные (включающие модели состояния плодородия и модели биологических и почвенно-экологических процессов) и модели управления плодородием почвы (включающие модели управления биологическими и почвенно-экологическими процессами).

Модели состояния плодородия почв служат для получения справочных данных, с которыми можно сопоставлять фактическое состояние плодородия конкретного поля или региона. Они позволяют выяснить, какие реально достижимые цели могут быть поставлены перед системой управления плодородием в перспективе на ряд лет или оперативно на данный момент, а какие цели не будут достигнуты или сопровождаются нежелательными побочными последствиями. Модели процессов могут прогнозировать последствия, например, мелиорации или сезонную динамику почвенно-экологических и биологических процессов. Эти модели используют для оперативного управления формированием урожая.

Для прогноза многолетних изменений и программирования динамики элементов почвенного плодородия разрабатывают динамические имитационные модели, общая структура которых приведена в работе Н. Ф. Бондаренко и др. (1986).

В настоящее время для практических целей применяют простые по структуре математические модели прогнозирования состояния или динамики отдельных элементов плодородия – содержания гумуса и его качественных показателей, подвижных форм элементов минерального питания, кислотности почвы. Эти агрономически важные элементы в основном определяют плодородие почвы и используются для прогнозирования урожайности.

3 этап. Обоснование необходимости простого или расширенного воспроизводства плодородия почв

При низком уровне плодородия почвы необходимо планировать расширенное, а при высоком – простое воспроизводство плодородия почвы.

Расширенное воспроизводство плодородия почвы предполагает внесение удобрений для достижения планируемого уровня содержания подвижного фосфора и обменного калия в почве. Иначе такое внесение удобрений называется «удобрением в запас». При удобрении в запас предполагается внесение нескольких (2-3) доз удобрений за один прием на 2-3 года. При таком внесении экономятся трудовые, технические и экономические ресурсы. С агротехнической точки зрения ежегодное и запасное внесение удобрений равнозначно.

В запас вносят фосфорные и калийные удобрения. На почвах, которые имеют низкое плодородие, внесение удобрений в запас позволяет быстро повысить в почве содержание подвижных форм данных элементов питания.

В Нечерноземной зоне в качестве удобрения в запас вносят фосфоритную муку и хлористый калий. При этом внесение в рассчитанных дозах данных удобрений обеспечивает повышение урожаев в течение 7-10 лет. Однако, в целом по стране, в производстве внесение удобрений в запас не получило широкого распространения из – за дефицита удобрений и высокой их стоимости.

4 этап. Расчет накопления и производства органических удобрений, обоснование норм и места их внесения в севооборотах

Удобрительная ценность навоза зависит от вида животного. Подстилки, качества кормов, способов и сроков хранения. Состав навоза изменяется от соотношения в нем жидких и твердых выделений животных. В зависимости от вида скота и форм его содержания получают навоз разного качества. Считается, если отношение углерода к общему азоту (С:N) не более 20:1 и содержание общего азота (на сухое вещество) не менее 2 %, то его можно вносить под любую культуру.

Накопление навоза в хозяйстве зависит от вида и количества скота, продолжительности стойлового периода, вида и количества подстилки и используемых кормов.