Управление фосфором в севообороте

Севообороты в Манитобе меняются в сторону увеличения доли более высоко­урожайных культур, таких как соя и канола, являющихся чувствительными к удобрениям, вносимым вместе с семенами.

Высокоурожайные канола или соя поглощают больше фосфора, чем можно безопасно вносить в рядки в соответствии с текущими рекомендациями.

Междурядное ленточное внесение увеличивает количество фосфора, которое можно безопасно вносить во время сева. Обе культуры, и канола, и соя, могут эффективно поглощать фосфор из почвы, если его запасы там достаточны.

На многих полях Манитобы уровень фосфора в почве сравнительно высок благодаря многолетнему внесению навоза или достаточно масштабному внесению фосфорных удобрений.

Многие другие почвы, напротив, бедны фосфором, и если вынос его из почвы превышает возврат, его нехватка со временем будет только увеличиваться. Риск истощения почвы возрастает при увеличении доли сои и канолы в севообороте, если вносить только рекомендуемые при посеве нормы фосфора.

Поэтому важно было изучить внесение и вынос фосфора в севообороте. В этом случае можно организовать управление фосфором таким образом, чтобы оно вело к оптимизации урожайности и при этом позволяло бы избежать как избыточного накопления, так и истощения фосфора с течением времени.

Этого можно добиться, изменив методику удобрения чувствительных к фосфору культур таким образом, чтобы внесение сравнялось с выносом.

В регионах, где есть возможность использовать в качестве удобрения навоз, он может стать ценным источником фосфора. В остальных случаях можно использовать в севооборотах более высокую норму внесения этого элемента, чтобы компенсировать его дефицит у чувствительных к фосфору культур и таким образом сбалансировать внесение и вынос фосфора.

Дефицит фосфора недопустим!

Фосфорное удобрение – основное вещество, вносимое в почву при выращивании сельскохозяйственных культур в Манитобе.

Фосфор – критически важная составляющая в метаболизме растений, участвующая в клеточном переносе энергии, дыхании и фотосинтезе. Фосфор также является строительным элементом для нуклеиновых кислот генов и хромосом, а также для множества коэнзимов, фосфопротеинов и фосфолипидов. Начиная с самых ранних стадий, фосфор играет важную роль в развитии растения, поскольку он особенно необходим для всех процессов, связанных с прорастанием и развитием всходов.

Симптомы дефицита фосфора проявляются в уменьшении высоты растения, появлении темно-зеленой или пурпурной окраски, задержке появления листьев, уменьшении кущения, развитии вторичных корней и снижении сухой массы растений и урожайности.

Ленточное внесение фосфора вблизи семян улучшает фосфорную реакцию

Если для получения оптимального урожая растениям недостает фосфора, поступающего из почвы и содержащегося в семенах, пополнить его запас в растениях можно с помощью внесения удобрения. Уровень запасов доступного фосфора в первые 2-6 недель вегетации оказывает большое влияние на конечную урожайность большинства культур, поэтому важно применять фосфорные удобрения таким образом, чтобы растения получили к ним доступ на самых ранних стадиях развития.

В степных условиях рекомендуется вносить фосфорные удобрения ленточно в рядки или междурядья. В инструкции по обучению персонала компании Westco приводятся данные исследований, которые показывают, что ленточное внесение фосфата в норме 20 кг/га в междурядья по эффективности сопоставимо с разбросным его внесением в норме 80 кг/га с последующей заделкой в почву.

При ленточном внесении фосфора в междурядья корни растений добираются до него в самом начале вегетации, получая необходимое количество фосфора на ранних стадиях развития.

Многочисленные исследования на разных видах растений показывают, что доступный фосфор в самом начале вегетации критически важен для достижения оптимальной урожайности.

Вымывание фосфора на этом этапе ограничивает продуктивность культур и приводит к замедлению роста, от которого растение может и не оправиться. Ограничение по фосфору на более поздних стадиях развития оказывает гораздо меньшее воздействие на продуктивность культуры, нежели его нехватка на ранних стадиях.

Концентрация фосфора в почвенном растворе обычно низкая, потому что после внесения его в почву он сравнительно быстро реагирует с кальцием (Ca), магнием (Mg), железом (Fe) и алюминием (Al), образуя слаборастворимые фосфаты.

Большая часть фосфатов поступает в растение в процессе диффузии, а не потока массы, и поскольку поступление фосфора в корни через почву ограничено, диффузия в целом рассматривается как фактор, определяющий скорость поглощения элемента растениями. Согласно оценкам, в среднем фосфат способен перемещаться лишь приблизительно в пределах 0,2-0,5 мм, так что растение может легко получить доступ только к фосфату, находящемуся на максимальном расстоянии – 0,5 мм – от корня растения.

Внесение удобрения в междурядья позволяет первым корням растения контактировать с удобрением и начать поглощение на начальных стадиях вегетации. По мере того, как корневая система растения развивается, она получает возможность получать фосфор из большего объема почвы и меньше зависит от фосфора, содержащегося в удобрениях, которые находятся вблизи семян, и больше – от фосфора, содержащегося в корне­обитаемом слое (рис. 1).

Рис. 1. Поглощение фосфора из фосфорного удобрения, внесенного ленточным способом с семенами, и из толщи почвы тремя культурами на протяжении всего сезона вегетации

Комбинация фосфора, внесенного ленточно в междурядья, и фосфора достаточной концентрации в массе почвы обеспечивает растению удобрение, необходимое ему на протяжении всего периода вегетации.

Поглощение фосфора растением прямо пропорционально плотности корневой системы, поэтому увеличение площади поверхности корней повышает возможность растения получать доступ к фосфору и поглощать его из почвы.

Вследствие этого многие растения реагируют на низкую концентрацию фосфора в почве увеличением корневой системы и развитием сильно разветвленных корней с многочисленными корневыми волосками, повышающими их способность находить новые запасы фосфора в почве и увеличивающими эффективность его извлечения из почвы при обнаружении областей с высоким содержанием этого элемента.

Внесение удобрения ленточно в междурядья позволяет растению контактировать с гранулами удобрения и начать пролиферацию корней в зоне реакции с высокой концентрацией фосфора. Благодаря этому растение лучше поглощает удобрение именно в тот момент, когда оно необходимо для укоренения.

Низкая температура почвы замедляет диффузию фосфора в почве, снижает его растворимость и замедляет рост корней. Таким образом, при типичных условиях выращивания в степной зоне, характеризующихся низкими температурами почвы, ленточное внесение фосфора в междурядья при посеве обеспечивает очевидные преимущества.

Дефицит фосфора у чувствительных к нему культур

Избыток вносимого с семенами фосфора может привести к повреждению проростков у чувствительных культур (рис. 2).

Рис. 2. Влияние на густоту стояния канолы вносимых с семенами фосфата аммония (аммофоса) и сульфата аммония

Канола, соя и лен – культуры, у которых проростки легко повреждаются фосфатом аммония (аммофосом), а густота стояния снижается главным образом из-за солевого воздействия со стороны азотной составляющей этого удобрения. Смесь сульфата аммония и фосфата аммония (аммофоса) еще более увеличивает риск повреждения.

Из-за риска повреждения проростков канолы, сои и льна приходится вносить с семенами лишь безопасное небольшое количество фосфорного удобрения.

Если следовать региональным рекомендациям по безопасному внесению фосфорных удобрений с семенами для канолы и сои, то при хорошем развитии культура вынесет из почвы фосфора больше, чем было внесено (табл. 1).

Самый простой способ избежать этой проблемы – изменить локализацию фосфата, отдалив его от рядка. Внесение удобрения ленточно в междурядье, т. е. вблизи рядка, обеспечивает достаточную защищенность проростков, при этом сохраняя эффективность внесения фосфора.

Однако если удобрение окажется на расстоянии более 3-7 см от рядка, корни растения не смогут получить к нему доступ на ранних стадиях вегетации, что приведет к утрате преимуществ раннего посева.

В Манитобе, так сложилось исторически, внесение фосфорных удобрений и вынос фосфора растениями очень хорошо сбалансированы, потому что недостаточное внесение фосфора в год выращивания канолы компенсировалось более высокими нормами его внесения в годы выращивания зерновых. Однако системы земледелия в Манитобе меняются в сторону увеличения производства канолы и сои и снижения производства злаковых культур (табл. 2).

Если со временем вынос фосфора превысит внесение, в почве может образоваться его дефицит. И наоборот, если внесение фосфора со временем превышает вынос, что случается при использовании в качестве удобрения навоза, уровень содержания этого элемента в почве может повыситься. Длительные исследования, проведенные Фернандо Селлесом (Fernando Selles) в исследовательском центре AAFC в Свифт-Керренте, показали хорошую взаимосвязь между уровнями содержания фосфора в почве по Олсену (Olsen-P) и балансом между внесенным и вынесенным культурой микро­элементом (рис. 3).

Рис. 3. Значения фосфора в пробах грунта отражают баланс между внесением и выносом фосфора зерновыми культурами, согласно данным многолетних исследований, проведенных в Свифт-Керренте, Саскачеван

В исследованиях, проведенных в условиях Степи, были получены аналогичные результаты. В этих работах оценивался эффект ежегодного, с 2002-го по 2010 г. (так в оригинале: 8 лет, но четыре показателя при указании на ежегодное внесение. – Пер.), внесения фосфатов в количествах 0, 40, 80 и 160 фунтов на акр при чередовании культур в севообороте твердая пшеница – лен (рис. 4).

Рис. 4. Изменения в содержании фосфора по Олсену при ежегодном его внесении после 8 лет в севообороте твердая пшеница – лен на пяти типах почвы в Западной Канаде

Эти исследования показали, что при отказе от внесения фосфорного удобрения возникало сильное истощение содержания доступного фосфора в почве, а внесение 80 фунтов и больше на акр приводило к значительному увеличению его в почве.

Внесение 40 фунтов на акр не оказало существенного влияния на содержание доступного фосфора (разные в зависимости от типа грунта). В описываемом исследовании на обеих культурах в севообороте применялись сходные нормы внесения микроэлемента, несмотря на то, что лен обычно поглощает меньше фосфора.

В севооборотах с участием канолы, которая поглощает фосфора больше, чем его обычно вносят, истощение микроэлемента будет еще больше, чем зафиксировано в данном исследовании.

Как избыточный вынос, так и избыточное накопление фосфора в почве нежелательно. Накопление избыточного фосфора повышает риск его попадания в водоемы, что приводит к эвтофикации, которую в настоящее время можно наблюдать на озере Виннипег.

И напротив, истощение почвенного фосфора снижает его поступление из почвы в сельскохозяйственные растения, что потенциально является ограничивающим урожай фактором, особенно в ситуациях, когда применение фосфора ограничено требованиями по безопасности посева. Там, где почвы истощены, растение не может получить достаточно фосфора из почвы, чтобы дать оптимальный урожай.

В исследованиях, проведенных в Саскачеване, был оценен эффект от применения вносимого с семенами моноаммония фосфата на почвах, на которые прежде были внесены высокие нормы разбросным методом моноаммонийного фосфата, и на почвах, где это удобрение не применялось (рис. 5).

Рис. 5. Влияние на урожайность пшеницы способов внесения фосфорных удобрений: однократного разбросного и ежегодно вносимого с семенами

Фосфора, вносимого с семенами, оказалось недостаточно для оптимизации урожайности культур на почвах, где фоновый уровень микроэлемента был слишком низким.

Для поддержания долгосрочного плодородия земель важно контролировать фосфор с помощью чередования культур в севообороте, помогающем поддерживать разумный уровень доступного почвенного фосфора – примерно 15 г/т.

Довольно часто приходится слышать, что эффективность фосфорных удобрений в год внесения низкая, в пределах 30% и даже ниже, следовательно, фосфор, который не поглощается культурой в год внесения, в нормальных условиях остается доступным для последующих культур, если только он не вымывается с поля поверхностным стоком или вследствие эрозии.

Фосфорное удобрение после внесения в почву растворяется и поступает в почвенный раствор, однако из-за этого баланс смещается в сторону поглощаемого фосфора, который преобразуется в фосфаты кальция, магния, железа или алюминия, растворимость которых ниже, чем у внесенного удобрения. Значительная доля этих фосфатов сохраняется преимущественно в «не­устойчивых» формах, которые со временем становятся доступными растению.

По мере поглощения растениями фосфора из почвенного раствора происходит смещение равновесия в направлении разложения этих форм фосфатов, продукты которого пополняют почвенный раствор (рис. 6).

Рис. 6. Фосфор, который осаждается с образованием труднорастворимых фосфатов, можно ремобилизировать для пополнения его содержания в почвенном растворе, если тот истощен из-за поглощения растением. Осаждение – растворение – двунаправленная

Таким образом, в каждом сезоне растения получают фосфор, который был внесен в этом же сезоне в виде удобрения; поглощенный и заново растворенный фосфор из удобрения, также внесенного в этом сезоне; и осажденный фосфор из удобрений, внесенных в предыдущие годы.

Показатель <30%, который часто применяется для обозначения эффективности использования удобрения, относится к количеству фосфора, полученного одной культурой из удобрения, внесенного в этот сезон вегетации.

Если рассмотреть восстановление фосфора из удобрения за несколько лет, эффективность использования удобрения оказывается значительно выше. Исследования, проведенные в исследовательском центре Ротамстед (Англия), показали, что фосфор со временем восстанавливается (становится доступным растениям) более чем на 90%, тогда как исследования в Свифт-Керренте (Саскачеван, Канада) выявили, что почти все вносимые фосфорные удобрения восстанавливаются со временем при условии, что азота имеется в достаточном количестве (рис. 7).

Рис. 7. Исследования, проведенные Selles et al. (2011), показали, что многолетнее восстановление внесенного фосфатного удобрения достигает 100% при условии достаточного количества азота

Длительная доступность фосфора обеспечивает при чередовании культур в севооборотах широкие возможности пополнить запасы доступного фосфора для культур, чувствительных к этому питательному элементу. Одна из таких возможностей – вносить однократно очень большую норму фосфорного удобрения, в особенности, если в данный сезон цена на это удобрение по каким-то причинам низкая.

В исследованиях, проведенных Bailey et al. (1977) в двух районах Манитобы, однократное разбросное внесение 200, 400 и 800 фунтов P2O5 на акр повышало урожайность культуры и поддерживало уровень фосфора в почве выше порога дефицита даже спустя восемь лет после внесения удобрения. Аналогичные результаты, показанные на рис. 5, приводятся и в работе Wager (1986).

Высокие цены на удобрения делают внесение значительных объемов фосфорного удобрения непривлекательным.

Более экономичный подход может быть таким: воспользоваться преимущественно навозом животных, которого в этом регионе предостаточно. Навоз животных богат фосфатами, а соотношение в нем доступного азота и P2O5 обычно ниже 1:1. Однако растения, потребляя фосфор, смещают соотношение N:P2O5 в диапазоне от 2:1 до 3:1. Поэтому использование навоза в пропорции, удовлетворяющей потребность культуры в азоте, означает внесение гораздо большего количества фосфора, чем требуется культуре, и может обеспечить достаточное его количество на несколько лет вперед (табл. 3).

Фосфор также можно накопить в почве постепенно, если использовать максимальные рекомендованные нормы его внесения в рядки под такие культуры, как пшеница и ячмень, которые отличаются толерантностью к вносимому с семенами моноаммония фосфата. В исследованиях, проведенных в двух районах Манитобы, концентрация фосфора в ткани льна после шестой недели увеличилась благодаря тому, что под предшествующие пшеницу или канолу было внесено фосфорное удобрение.

Это означает, что фосфор остался доступным с прошлого года и может быть использован льном (рис. 8).

Рис. 8. Влияние фосфора, внесенного в виде моноаммония фосфата под канолу или пшеницу в двух районах Манитобы (один из них – Исследовательский центр (в рис. обозначен как RC), второй – ферма, работающая по системе No-till (на рис. – NTF), на его концентрацию в тканях льна на шестой неделе вегетации

В этом исследовании урожайность семян льна не выросла ни при внесении фосфора под предшественник, ни при его внесении непосредственно под лен ленточным внесением. Однако увеличение количества фосфора в тканях льна указывает, что это удобрение, внесенное под предшествующие культуры, остается доступным и поэтому его может использовать последующая культура, особенно если она чувствительна к этому элементу.

Резюме: важно изучать внесение и вынос фосфора не культурой, а в сево­обороте

В Манитобе в структуре посевных площадей значительная доля приходится на такие культуры, как соя или канола, которые чувствительны к вносимому с семенами фосфору. Высокоурожайные канола и соя выносят фосфора больше, чем можно безопасно вносить в рядки при посеве, согласно сегодняшним рекомендациям.

Если фосфор, вынесенный собранной культурой, не возместить его внесением под следующие культуры сево­оборота, почва может истощиться и оставаться бедной на фосфор длительное время. Риск истощения почвы возрастает с повышением частоты посева сои и канолы в севообороте, если внесение фосфора ограничено рекомендованными нормами его внесения при посеве с семенами.

Таким образом, важно изучать внесение и вынос фосфора не культурой, а в сево­обороте. В таком случае мож­но управлять его содержанием в почве так, чтобы оптимизировать урожайность, избегая как избыточного его накопления, так и истощения почвы со временем.

Это можно сделать, изменив способ удобрения почвы фосфором, например, применяя ленточное внесение микроэлемента в междурядье или в центре рядка под чувствительные к фосфору культуры, что позволяет вносить нормы, наиболее соответствующие объему его выноса культурой.

Там, где это возможно, навоз является хорошим источником фосфора сразу для нескольких культур в порядке их чередования.

Есть и иной способ: на других культурах севооборота применять более высокие нормы внесения фосфора, чтобы сбалансировать поступление и вынос его с течением времени.

Поддержание хорошего плодородия почв методом начального внесения фосфора вблизи рядка позволяет обеспечить растениям необходимое количество этого элемента на ранних стадиях вегетации, в особенности на холодной почве, и сохранить достаточное его количество для последующих требовальных к этому элементу культур, что обеспечит получение оптимальной