Новости
01.12.2016


29.11.2016


29.11.2016


29.11.2016


28.11.2016


17.12.2015

При дифференцированном, с учетом особенностей культивируемых видов и сортов, внесении минеральных удобрений уровень «минеральной эффективности» вида или сорта зависит не только от количества поглощенных растением элементов питания, но и выхода сухих веществ на единицу поглощенного элемента, т.е. эффективности его использования. Так, оплата 1 кг д.в. азотных удобрений прибавкой урожая в целом по нашей стране для разных культур составляет: озимая пшеница - 3,3-9,0 кг, озимая рожь - 2,4-6,9, кукуруза на зерно - 3,3-9,5 кг. При одинаковых дозах минеральных удобрений в зависимости от сорта урожайность яровой пшеницы варьирует от 33 до 51 ц/га, озимой пшеницы - от 39 до 54, кукурузы - от 26 до 68, сои - от 26 до 37 ц/га. Азотный статус видов и сортов оказывает влияние на поглощение и других элементов питания. При этом эффективность действия удобрений снижается в пределах одной почвенноклиматической зоны с запада на восток, а по подтипам почв - с севера на юг. Так, если прибавка урожайности зерна от применения удобрений в северо-западных районах равна 6-9 ц/га, западных - 4,7-11,4 ц/га, то в южных - 2-4, а в восточных - 1,8-6,5 ц/га. За счет внесения удобрений под озимую пшеницу прибавка урожая возросла в южно-таежной лесной зоне 5,8-6,9 ц/га, лесостепной - 2,9-3,5, степной - 1,8-3,3, сухостепной - 1,5 ц/га.
Данные, полученные на Ротамстедской опытной станции (рис. 5.28) свидетельствуют о том, что урожайность зерновых культур на уровне 15-20 ц/га можно получать десятилетиями без применения удобрений, а высокая эффективность минеральных удобрений проявляется только при возделывании самых современных, высоко отзывчивых на минеральные удобрения сортов. Заметим, что фермеры Голландии, которые еще два десятилетия назад вносили по 500-600 кг удобрений на 1 га, в начале 1990-х гг. снизили норму до 260 кг/га и стремятся достичь среднеевропейской нормы (170 кг/га). Известно также, что в США и Канаде для получения урожая в 24-26 ц/га оправданной считается средняя доза лишь в 50-76 кг/га минеральных удобрений.
Поскольку для успешного использования минеральных удобрений растениями корневая система должна войти в контакт с элементами питания, сплошное внесение удобрений по сравнению с локальным (ленточным) неизбежно приводит к значительным их потерям и загрязнению окружающей среды. Заметим, что преимущество локального применения удобрений было показано в опытах А.Г. Дояренко еще в начале XX в. Следовательно, основной путь рационального, т.е. экономически и экологически оправданного использования удобрений, - это их дифференцированное (с учетом адаптивных особенностей видов и сортов растений, фазы их вегетации, урожайности, наличия питательных веществ в почве, влагообеспеченности и т.д.) внесение. К примеру, из-за недостаточной тепло- и влагообеспеченности на большей части территории России внесенный с минеральными удобрениями азот используется в среднем на 30-40%, тогда как в странах Европы с более влажным климатом - на 40-60% (в Германии и Польше - на 50-60, Чехии - на 45-50%). Если в странах Западной Европы, где выпадает 700-800 мм осадков, на 1 кг NРК удается получить по 6-7 кг зерна, то в России в связи с континентальностью и засушливостью климата прибавка урожая на 1 кг NРК составляет около 4-5 кг.

Принципы адаптивного использования техногенных факторов интенсификации растениеводства

Ранее отмечалось, что в США и странах Западной Европы использование техногенных факторов оптимизации условий среды уже приблизилось к эффекту экономического и экологического «насыщения». Это и предопределило большее внимание к дифференцированному (высокоточному) применению средств химизации, поскольку, по данным ФАО, потери растениеводческой продукции составляют в среднем 30-40% (в т.ч. 40% за счет вредителей, 33,5% - болезней и 26,5% - сорняков), а оптимизация соотношения удобрения - мелиоранты - пестициды считается обязательным условием современных технологий. Заметим, что при необеспеченности, например, пестицидами около 50% минеральных удобрений уходит на питание сорняков и вредителей сельскохозяйственных культур.
При используемых в настоящее время технологиях возделывания сельскохозяйственных растений потери удобрений, пестицидов, поливной воды достигают 50-90%. Так, по данным Нарциссова, коэффициент утилизации азотных минеральных удобрений в первый год составляет в среднем 65%, порошковидного суперфосфата - 20%, гранулированного при внесении в рядки - 40%, калийных - 70%. Barber считает, что, хотя усвоение растениями вносимых удобрений и зависит от многих факторов, в среднем количество поглощаемого элемента составляет для N - 50%, Р - 10% и К - 20-40%. Причем с повышением, например, дозы азотных удобрений их потери (особенно нитратов) увеличиваются в результате воздействия инфильтрационных вод. Поскольку при внесении высоких доз азотных удобрений содержание азота в почве снижается не только в связи с поглощением его растениями, но и вследствие вымывания и денитрификации, последействие минеральных азотных удобрений в смысле влияния на последующую культуру чаще всего бывает ничтожным.
Аналогичная ситуация складывается и с использованием поливной воды, потери которой при современных способах полива составляют в среднем 65%. Кроме того, в условиях орошения постоянно происходит вторичное засоление земель. По мнению Ковды, около 50-60% засоленных почв - это результат именно орошения. Как уже отмечалось, возможности расширения площади орошаемых земель в мире лимитируются ресурсами пресной воды, которые весьма ограничены. Между тем при поливе растения даже в лучшем случае используют менее 50% воды, тогда как остальная часть теряется на испарение и фильтрацию. Считается, например, что в бывшем СССР потери воды только при орошении достигали 40 км3. Эти и другие данные указывают на необходимость дальнейшего совершенствования способов полива (например, при капельном орошении потери воды не превышают 20%) и технологии возделывания растений (мульчирование почвы, минимизация обработки, задержание стока и др.) с целью экономии поливной воды и других факторов техногенной интенсификации растениеводства. Так, при оценке энергоемкости различных способов орошения в условиях штата Калифорния (США) установлено, что переход к капельному способу орошения позволяет уменьшить затраты энергии в 2,6 раза по сравнению с дождеванием и в 1,6 раза по сравнению с поверхностным (бороздковым) поливом. При локальном внесении удобрений одновременно с капельным орошением удается использовать их значительно экономнее и за счет этого уменьшить соответствующие энергозатраты в 3-5 раз и более.
Таким образом, весьма перспективным для повышения ресурсоэнергоэкономичности и природоохранности промышленных технологий возделывания сельскохозяйственных культур является переход от сплошного к локальному внесению пестицидов и удобрений, а также к прогрессивным способам полива (капельное, аэрозольное, дождевание). Первое особенно важно, поскольку корни растений контактируют лишь с 1 или 2% объема почвы, а расстояния возможной диффузии N, Р и К составляют соответственно 1, 0,2 и 0,02 см (среднее расстояние между корнями, например кукурузы в верхнем 15-сантиметровом слое почвы не превышает 0,7 см). Поэтому разная мощность и архитектоника корневой системы, весьма специфичные для каждого вида и сорта растений, в наибольшей мере и обусловливают неодинаковую возможность поглощения ими элементов минерального питания. Зная эти особенности, можно регулировать размещение удобрений в почве, обеспечивая за счет их локального внесения наибольший контакт с корневой системой растений. Кроме того, при локальном и дробном применении удобрений (по сравнению со сплошным и разовым) снижается поражение растений фузариозом, корневыми гнилями и другими болезнями. Аналогично, локальное использование пестицидов позволяет уменьшить их расход в 5-10 раз.
С учетом вышесказанного, следует в целом пересмотреть концепцию сплошного и разового внесения минеральных удобрений, при котором не только усиливаются процессы загрязнения природной среды, но и создаются благоприятные условия для поражения всходов растений фузариозом, развития возбудителей корневой гнили и т.д. Например, локальное применение азотных удобрений позволяет в 2-3 раза уменьшить их дозы без снижения урожайности. И все же наиболее эффективным в этом направлении является широкое использование соответствующих культур и сортов на основе повышения их потенциальной продуктивности, экологической устойчивости, а также ресурсоэкономичности (соответствующих Кээ и Крэ). Важно учитывать и особенности отзывчивости на минеральные удобрения разных видов культивируемых растений. Так, если при увеличении дозы азотных удобрений с 30 до 90 кг/га урожайность тимофеевки и овсяницы увеличивалась более чем в 2 раза, то урожайность полевицы обыкновенной при этом в 3 раза снижалась.
Показано, что севообороты, способы обработки почвы, агротехнические приемы должны широко использоваться для нарушения репродуктивной способности вредных организмов, т.е. каждый агротехнический прием необходимо разрабатывать с учетом его влияния как на абиотические, так и биотические компоненты агроэкосистем. Например, тщательное регулирование поливов - один из наиболее эффективных путей поддержания оптимального фитосанитарного состояния посевов, и в частности, подавления почвенных патогенов. За счет правильного определения норм полива, совершенствования его способов, наладки оборудования экономия энергии может составить 40-50% (без снижения урожайности). При сбалансированном (в соответствии с особенностями культивируемого вида и сорта, периода вегетации, наличия доступных питательных веществ в почве, водообеспеченности и т.д.) внесении минеральных удобрений их потери, а следовательно, и опасность загрязнения окружающей среды обычно сводятся к минимуму. Однако необходим дальнейший поиск новых энергосберегающих и природоохранных технологий, а также разработка соответствующей энергосберегающей техники и оборудования.
Мировой опыт свидетельствует о том, что самые «чистые» в экологическом отношении технологии, в конечном счете, оказываются и наиболее экономически эффективными. В связи с этим нужен пересмотр традиционных представлений о способах эксплуатации природной среды, в т.ч. и критериев оценки интенсификационных процессов в растениеводстве. Особенно важно при этом выявить границы энергетически, экологически, биологически и экономически оправданного «насыщения» агроэкосистем ископаемой энергией. В физике, например, известны закономерности ограничений плотности потока энергии. Можно предположить, что максимально допустимые пороги плотности потока энергии имеют место и в агроэкосистемах. Так, согласно Simmons, величина 15 ГДж/га оказывается тем критически возможным уровнем антропогенной «нагрузки» на экосистемы, за пределами которого использование дополнительного количества невосполнимой энергии приводит к необратимому нарушению экологического равновесия. Между тем при интенсивном возделывании риса, сорго и кукурузы затраты невосполнимой энергии достигают соответственно 55,60 и 145 ГДж/га. Энергетическое и экологическое «насыщение» проявляется в этой ситуации в экспоненциальном росте затрат техногенной энергии на каждую дополнительную единицу продукции (углеводов, жиров, белков, витаминов), а также загрязнении и разрушении природной среды. Избыточные нормы минерального азота (свыше 200 кг/га) обычно уже угнетают культивируемые растения, снижают устойчивость посевов к действию абиотических и биотических стрессоров, т.е. проявляется биологический эффект «насыщения». Аналогичная ситуация может складываться и при длительном орошении, когда из-за отсутствия дренажных систем происходит засоление почвы. Поскольку даже при поливе водой с низким содержанием солей ежегодно на каждом гектаре их количество увеличивается на 2,5-3,7 т, предполагается, что уже в начале XXI столетия около 50-65% всех орошаемых земель станут непригодными для сельскохозяйственного использования вследствие засоления почв.
В основе адаптивного использования техногенных факторов лежит их дифференцированное, или высокоточное, (с учетом адаптивных и адаптирующих особенностей культивируемых видов и сортов растений, а также почвенно-климатических, погодных, топографических и других условий) и одновременное комплексное применение. Связано это с тем, что каждый вид и сорт культивируемых растений обладает специфической способностью утилизировать благоприятные и противостоять стрессовым факторам внешней среды, поглощать и использовать минеральные вещества, в разной степени отзываться прибавкой величины и качества урожая на орошение и т.д. Так, люцерна и соя, хотя и выносят наибольшее количество азота с единицы площади, однако по сравнению с сорго и кукурузой на каждый поглощенный его килограмм синтезируют в 2-2,5 раза меньше сухих веществ. Неслучайно в США под кукурузу, которая занимает лишь 17% посевной площади, вносят 49% от общего количества используемых в растениеводстве этой страны азотных удобрений.
Эффективность применения минеральных удобрений в значительной степени зависит от всего комплекса почвенно-климатических и погодных условий, главные среди которых - тепло- и влагообеспеченность, в т.ч. продолжительность вегетационного периода. Поэтому в условиях России целесообразность применения минеральных удобрений снижается в двух совпадающих с уменьшением водообеспеченности направлениях: в пределах одной почвенной зоны с запада на восток, а по подтипам почв - с севера на юг. В засушливые годы эффективность удобрений уменьшается в среднем на 36%, тогда как во влажные - увеличивается на 52%. Если при достаточной водообеспеченности культивируемыми растениями используется 50-60% внесенного азота, то в засушливых зонах лишь 30-40%. В регионах, где выпадает менее 300-400 мм осадков в год, внесение высоких доз азотных удобрений считается экономически неэффективным. Однако и избыточное увлажнение, подавляя процессы нитрификации в почве, может существенно уменьшать коэффициент использования растениями азота.
Общеизвестна необходимость использования дифференцированных систем обработки почвы, позволяющих регулировать в желательном направлении ее водный, воздушный, тепловой, питательный, фитосанитарный и другие режимы. При выборе системы обработки почвы должны учитываться специфика топографических, почвенных, литологических и метеорологических условий, а также адаптивные и средообразующие особенности возделываемой культуры и даже сорта. По мнению Н.М. Тулайкова, при обработке почв в хозяйствах, находящихся в бесконечно разнообразных условиях, именно дифференцированный подход дает наилучшие результаты, поскольку различия в состоянии почвы и погоды сказываются не только на деталях обработки, но даже и на основных ее приемах. Очевидно, что практическая реализация дифференцированного подхода к обработке почвы, уходу за посевами и уборке теснейшим образом связана с созданием высокоадаптивной системы сельскохозяйственной техники, характерными особенностями которой, наряду с ресурсоэнергоэкономичностью, надежностью и экологической безопасностью, являются приспособленность к местным топографическим, почвенно-климатическим и погодным условиям, а также к соответствующему набору культур и технологий, т.е. агроэкологическая специализация и многовариантность.
В неблагоприятных почвенно-климатических и погодных условиях резко уменьшается возможность (хотя и возрастает необходимость) использования большего набора сельскохозяйственных культур, в т.ч. культур и сортов-взаимострахователей, что существенно снижает вероятность эффективной отдачи вложений материальных ресурсов. При этом надежность и эффективность применения техногенных факторов тем ниже, чем выше спектр и напряженность нерегулируемых факторов внешней среды. Естественно, что влияние последних на вариабельность величины и качества урожая по мере исчерпания оптимизационных и регуляторных возможностей техногенных факторов становится большим.
Интегрированность адаптивных реакций растений, которая усиливается в экстремальных условиях внешней среды, может иметь как положительные, так и отрицательные последствия. В этой связи технологии возделывания сельскохозяйственных культур и даже каждый агротехнический прием следует разрабатывать с учетом их прямого и косвенного влияния на продукционный и средообразующий процессы, уделяя особое внимание сохранению механизмов и структур саморегуляции с целью поддержания экологического равновесия в агробиогеоценозах и агроландшафтах. Последний аспект мы хотим подчеркнуть особо, поскольку, наряду с совершенствованием самих технологий (переход к локальному внесению удобрений и пестицидов, капельному орошению, созданию агрофильных систем машин и др.), необходимо более полно учитывать их регуляторные и средоулучшающие эффекты, связанные с изменением биоценотической ситуации в агроэкосистемах и агроландшафтах, в т.ч. их экологической устойчивости, биологической активности, темпов и направления естественного отбора в популяциях биологических компонентов и др.
Таким образом, для повышения эффективности применения техногенных факторов интенсификации растениеводства нужен переход к адаптивным технологиям, базирующимся прежде всего на дифференцированном (высокоточном) использовании природных ресурсов, техногенных факторов и адаптивного потенциала культивируемых видов и сортов растений. Реальная ситуация в этой области состоит в том, что недостаточно дифференцированное, а следовательно, и неадаптивное применение указанных средств интенсификации растениеводства невозможно компенсировать всевозрастающими затратами невосполнимой энергии. Или, другими словами, как писал Д.Н. Прянишников, недостаток знаний нельзя заменить избытком удобрений.