Александр Гончаров, научный сотрудник по агрономии, ООО «Агросфера»

Кукуруза, как и положено царице полей, требует особого подхода и ухода. Прежде всего, обильного минерального питания. Для формирования высокого урожая кукурузы необходимо внести порядка 100 кг/га д. в. азота и несколько меньше (70-80 кг/га д. в.) фосфора и калия.

Да еще и не забыть о том, что для успешного «продолжения банкета» культура требует не только «первое, второе и третье» (NPK), но и некоторые деликатесы. Например, серу, магний, цинк и бор. Царица полей, однако…

Казалось бы, что может быть проще? Хочешь увеличить урожай – не скупись на минеральное питание, еще повысь норму внесения минеральных удобрений. Некоторые так и поступают.

Причем некоторые из этих некоторых довольны результатом. А другие – наоборот. При этом иногда наблюдается парадоксальная ситуация: тип почвы – одинаков, количество внесенных элементов питания в д. в.– сопоставимо, сроки и методы внесения – аналогичны, а результат – противоположный.

Для объяснения этого парадокса необходимо найти причину. О том, что лучшее – враг хорошего, а максимум – это далеко не оптимум, известно любому агроному.

То, что увлечение избыточными нормами определенных минеральных удобрений (чаще всего азотных) нарушает баланс минерального питания, также не является тайной. И то, что несбалансированный рацион питания вредит растениям не меньше, чем хроническое поедание фастфуда людям, тоже не секрет.

Однако эти закономерности проявляются при различных нормах минерального питания. А проблема в том, что одинаковые нормы д. в. минеральных удобрений дают различный эффект. Ответ напоминает строчку из репертуара Ваенги: «Да не важно, что ты сказал, ведь не важно что, а как».

В этом контексте речь идет не о перипетиях неустроенной личной жизни, а о том, что важно не только внести определенное количество д. в. питательного вещества, то есть «что», но и выбрать оптимальную форму удобрения, сроки и способ внесения, то есть обратить внимание на «как».

При этом существует одна причина негативного влияния минеральных удобрений на культурные растения, о которой в Украине практически не говорят и не пишут. Именно она часто является простым объяснением разного эффекта внесения одинаковых норм д. в. элементов питания, но в виде различных удобрений.

Причина – повреждение всходов и молодых растений минеральными удобрениями. В англоязычных публикациях это явление называют salt effect, то есть «солевым эффектом удобрений». А визуальные признаки повреждений подобного типа именуют burn («ожогами») или fertilizer injury, то есть «повреждением от воздействия удобрения».

При высокой концентрации минеральные удобрения, расположенные слишком близко к семенам или проросткам, обжигают и иссушают растения. Степень десикации (иссушения) зависит от вида удобрения, нормы внесения, количества влаги и минеральных солей в почве, а также от расстояния между семенами (всходами) и гранулами внесенного удобрения.

Связано это с такой характеристикой минерального удобрения как его солевой индекс. То, что неорганические удобрения являются солями (нитратами, фосфатами, сульфатами), очевидно из их названия. Но соль соли рознь.

Содержание соли является одной из наиболее важных характеристик удобрений, используемых для размещения в непосредственной близости от высеянных семян сельскохозяйственных культур. Солевой индекс (SI) показывает влияние определенной концентрации соли на осмотические свойства почвенного раствора при внесении минеральных удобрений в почву.

В качестве точки отсчета, то есть за 100 единиц, принимается нитрат натрия (натриевая селитра). Это удобрение на 100% растворяется в воде, и некогда было одним из самых популярных азотных удобрений. Поэтому именно его использовали в 1943 году как своеобразный «эталон солевого индекса» в первых исследованиях, посвященных этой проблеме.

Солевой индекс удобрения определяется как относительное увеличение осмотического давления раствора соли при растворении конкретного минерального удобрения к осмотическому давлению раствора, содержащему NaNO3 (нитрат натрия). При этом весовое количество внесенного минерального удобрения и нитрата натрия одинаковы, то есть концентрация раствора удобрений, выраженная в г/л, одинакова.

Чем выше солевой индекс удобрения, тем сильнее проявляется солевой эффект по отношению к культуре.

Для того чтобы выяснить, как именно влияет солевой индекс удобрений на растения, стоит рассмотреть понятия «осмос», «осмотическое давление». А также «тургор» и «тургорное давление».

Осмос – это процесс перехода молекул растворителя из раствора более разбавленного (гипотонического) в раствор с большей концентрацией (гипертонический) через полупроницаемую мембрану. Поскольку универсальным биологическим растворителем для растений является вода, то термином «осмос» называется диффузия (прохождение) воды через полупроницаемые мембраны живых клеток. При этом плазматическая мембрана, цитоплазма и тонопласт клетки (мембрана, окружающая вакуоль) действуют как единое целое, как одна полупроницаемая мембрана.

Величина осмотического давления, создаваемая раствором, зависит от количества растворенных в нем веществ (или ионов, если молекулы вещества диссоциируют). Чем выше концентрация вещества в растворе, тем больше создаваемое им осмотическое давление. Это правило, носящее название закона осмотического давления, выражается простой формулой, очень похожей на некий закон идеального газа:

p = i CRT,

где, i – изотонический коэффициент раствора; C – молярная концентрация раствора, выраженная комбинацией основных единиц СИ, то есть в моль/м3,а не в привычных моль/л; R – универсальная газовая постоянная; T – термодинамическая температура раствора.

В этой формуле следует обратить внимание на то, что на осмотическое давление влияет не количество растворенного вещества, выраженного в единицах массы (г/л), а концентрация его молекул или ионов. Один моль любого вещества содержит приблизительно 6,022×1023 молекул (либо атомов, либо ионов) этого вещества. Величина молярной массы вещества зависит от его количественного и качественного состава. Поэтому разные вещества при одинаковом количестве молей имеют различные молярные массы.

И наоборот, при одинаковой массе разные вещества имеют различное количество молей. То есть растворы с концентрацией, например, 10 г/л сульфата калия и 10 г/л монофосфата калия – это растворы с разной молярной концентрацией, т. е. концентрация в виде моль/л у них различна! Соответственно, различным будет и их осмотическое давление.

На осмотическое давление влияет и температура почвенного раствора, поэтому осмотическое давление почвенного раствора, содержащего, например, 0,2 г/л хлорида калия, будет существенно отличаться рано весной при температуре +5°С и в середине лета при температуре около +25°С.

 Следо­ватель­но, внесение, например, 200 кг/га аммиачной селитры в северных областях Украины при температуре +15°С и внесение того же количества на юге при температуре примерно +30°С, как говорили некогда в Одессе, «две большие разницы». В частности, по показателям осмотического давления почвенного раствора, что влияет на возможности растения использовать влагу и питательные вещества.


Купе поезда Одесса – Киев. В купе двое. На верхней полке пожилой еврей. Он все вздыхает и ноет:
– Ох, как я хочу пить! Как я хочу пить! Как я хочу пить!
И так два часа. Попутчику надоело это слушать. Он сходил в ресторан, принес ему бутылку воды. Тот жадно выпил, поблагодарил и начал:
– Ох, как я хотел пить! Как я хотел пить! Как я хотел пить!


Растительная клетка окружена клеточной оболочкой, которая может растягиваться. Вода через нее проходит легко, а вещества клетки – нет. Начинка клетки содержит большое количество осмотически активных веществ: сахаров, органических кислот и минеральных солей. Присутствие этих веществ в клеточном соке обеспечивает тургор, то есть напряженное состояние клеточной стенки, создаваемое давлением внутриклеточной жидкости.

Тургор придает растительным тканям упругость и форму. Концентрация растворенных веществ клетки в норме выше, чем концентрация растворенных веществ в окружающей среде.

В растениях осмотическое давление достигает 0,5-2 МПа. Осмотическое давление в растениях пустынь и солончаков, которым приходится особенно упорно бороться за влагу, составляет 5 МПа и даже 17 МПа. Корни всегда имеют более высокое осмотическое давление, чем почвенный раствор, из которого они поглощают воду и питательные вещества.

Количественно состояние тургора характеризуется величиной тургорного давления. Именно наличие тургорного давления делает возможным то, что в состоянии равновесия осмотическое давление внутри растительной клетки выше, чем осмотическое давление окружающего раствора.

Возможность поступления воды в клетку из почвы определяется разницей между осмотическим давлением почвенного раствора и тургорным давлением растительной клетки. Эта величина называется «сосущей силой» (S). Когда осмотическое давление равно тургорному (Р=Т), то S=0, вода перестает поступать в клетки корневых волосков.

Если же концентрация веществ почвенного раствора выше, чем внутри клетки, то клетки теряют воду. Вода проходит через клеточную мембрану в обоих направлениях, но в этом случае она покидает клетку, а не поступает внутрь. В медицине применяются гипертонические растворы, у которых осмотическое давление больше, чем осмотическое давление плазмы, для очистки ран от гноя (10% NaCl), для удаления аллергических отеков (10% CaCl2, 20% глюкоза).

Благодаря воздействию гипертонических растворов на поврежденные ткани, они теряют избыточную воду (уходят отеки) и избавляются от других нежелательных жидкостей (от гноя, например). Но взаимодействие корневой системы растений с почвенным раствором, содержащим избыток минеральных солей, крайне нежелательно. Если почвенный раствор характеризуется более низкой концентрацией воды, чем содержимое растительных клеток, то за счет высокого осмотического давления почва будет высасывать воду из растения. Это ведет к плазмолизу – потере воды клетками растений, и как итог, к увяданию и гибели растений.

Это наблюдается в условиях засухи, когда воды в почве слишком мало, а также при избыточном для конкретных почвенно-климатических условий внесении минеральных удобрений, когда минеральных солей слишком много. И в первом, и во втором случаях «виновато» избыточное осмотическое давление почвенного раствора, превосходящее тургорное давление в клетках растений.

Если использовать бытовое описание для этого процесса, то самым наглядным примером является трудовая миграция. Граница государства вполне может считаться полупроницаемой мембраной (проницаема с двух сторон, но не для всех). А роль осмотически активных веществ (солей, сахаров и т. д.) выполняют деньги, а точнее – уровень реальной зарплаты. Если «осмотическое давление» зарплат в соседних государствах на одном уровне, то интенсивного движения специалистов (воды) не происходит.

Но с ростом градиента концентрации идет вполне закономерный отток. «Осмоти­чес­кое давление» денег – огромная сила, способствующая утечке мозгов, да и правильно приделанных рук тоже. С вполне закономерным итогом: воодушевляющий тургор в «стране-доноре» сменяет унылый плазмолиз…

Поэтому, кстати, высокая концентрация сахаров в клеточном соке служит надежным средством от обезвоживания растений. При этом можно выстроить логическую цепочку: интенсивный рост и развитие – высокая интенсивность фотосинтеза – значительная концентрация углеводов – высокое тургорное давление – надежная защита от обезвоживания. Хорошо развитые посевы могут выдержать засуху и действие избыточного количества удобрений благодаря запасу углеводов и фосфолипидов, а всходы и ослабленные растения имеют совсем немного шансов на выживание.

Уменьшить риски можно за счет правильного подбора минеральных удобрений. Чем ниже солевой индекс удобрения, тем в меньшей степени его применение повышает осмотическое давление почвенного раствора. Поэтому, используя данные таблицы 1, можно сделать выбор по принципу «наименьшего риска».

Особенно это важно при подборе удобрений для припосевного внесения, так как в этом случае происходит непосредственный контакт корневой системы всходов и гранул минерального удобрения.

Рекомендованные нормы внесения удобрений при их непосредственном контакте с высеянными семенами определяются особенностями культуры.

Стойкость культур к увеличению осмотического давления почвенного раствора (содержанию соли) в непосредственной близости от семян значительно отличается. Например, пшеница лучше переносит высокие концентрации минеральных солей, чем сорго. Кукуруза занимает промежуточное положение между этими культурами. Соя, рапс, лен очень чувствительны к избыточному осмотическому давлению, поэтому припосевное применение минеральных удобрений для этих культур требует осторожности.


Второе свидание:
– А я и не знала, что ты носишь очки.
– Я вот тоже смотрю на тебя и понимаю, что о многом не знал.


Посев рапса, например, c внесением в рядки от 15 до 30 кг/га P2O5 вместе с сульфатом аммония приводит к снижению всхожести семян и замедлению темпов роста всходов. Рапс, как правило, угнетается при припосевном использовании моноаммонийфосфата с нормой (в пересчете на д. в.) от 30 кг P2O5 на га и выше. Угнетение также проявляется при использовании сульфата аммония в нормах выше 20-30 S д. в. кг/га.

Поскольку сейчас актуальной темой является посев кукурузы и сорго, то вернемся к этим культурам.

В течение многих лет максимальная рекомендованная норма азотных и калийных удобрений при посеве кукурузы и сорго составляла примерно 10-20 фунтов/на акр. Но эти рекомендации были разработаны для сложных удобрений, содержащих KCl в качестве источника К. При использовании других соединений, например фосфата калия, норму можно существенно увеличить, так как солевой индекс фосфата калия существенно меньше, чем у KCl. Это позволяет частично обеспечить фосфорное и калийное питание культуры самым экономичным методом – локальным внесением.

Для внесения в рядки при посеве следует исходить из таких характеристик удобрения:

1) минимальный солевой индекс;

2) высокая растворимость в воде;

3) достаточное содержание N, P, K и S при относительно высоком содержании P (фосфора);

4) содержание азота в виде мочевины и/или в аммонийной форме;

5) минимальное использование удобрений, выделяющих аммиак (NH3);

6) приоритетное использование фосфата калия в качестве источника К.

То есть при необходимости внести определенное количество калия приоритет следует отдать сульфату или фосфату калия, солевой индекс которых значительно меньше, чем у тиофосфата и хлорида калия.


Лаборанта доставляют в больницу и после оказания помощи помещают в палату.
– Автомобильная авария? – спрашивает сосед.
– Нет, опечатка в учебнике по химии.


Из фосфорных удобрений наиболее безопасным является монофосфат калия. Впрочем, как можно заметить, фосфорные удобрения гораздо менее проблематичны в этом отношении, чем калийные и азотные.

Что касается сложных удобрений, то для определения их солевого индекса существует несложная методика.

Солевой индекс смешанного удобрения (NPKS) является суммой солевых индексов каждого компонента с учетом содержания питательных единиц (т. е. в пересчете на 20 фунтов д. в.).

Для расчета SI сложного удобрения необходимо:

 указать вид д. в. и его содержание для каждого компонента в колонках 1-3;

 определить количество единиц питательных веществ в столбцах 4-6 путем умножения веса каждого компонента удобрения на содержание в нем действующих веществ и деления полученного результата на 20;

 составить список солевых индексов по единицам питательных веществ (в пересчете на 20 фунтов) для каждого из компонентов удобрения в колонке 7;

 определить SI каждого компонента путем умножения суммы питательных блоков в столбцах 4-6 на соответствующее значение SI в колонке 7;

 суммировать отдельные значения SI всех компонентов в колонке 8 (табл. 2).

Применение жидких комплексных удобрений повышает осмотическое давление почвенного раствора в значительно меньшей степени, чем гранулированные удобрения того же класса. Им требуется меньше воды из почвы для растворения и усвоения, что предохраняет расположенные поблизости семена.


Валерьянка бывает разная: на воде – успокаивает, на спирту – утешает.


Важным также является рН удобрений, так как интенсивное использование физиологически кислых минеральных удобрений на кислых почвах, а физиологически щелочных – на шелочных может ухудшить свойства почвы и создать дополнительные проблемы для растений, имеющих определенные требования к рН почвы.

В США реакцию минеральных удобрений обычно выражают посредством показателя эквивалентной кислотности (equivalent acidity), которая определяется эквивалентным количеством карбоната кальция для нейтрализации раствора с минеральным удобрением. Фактическое количество карбоната кальция, необходимого для нейтрализации кислотности удобрений, вероятно, больше, чем указано в таблице 4. Существует остаточный эффект применения минеральных удобрений. Многие из них значительно, но временно повышают рН почвы. Ярким примером такого временного изменения рН является действие суперфосфата. При внесении суперфосфата вначале наблюдается резкое понижение рН почвы в непосредственной близости от гранул удобрения, но остаточный эффект суперфосфата влияет на кислотность почвенного раствора несущественно. Калийные соли, как правило, нейтральны и не влияют на рН почвы.

Особое внимание необходимо обратить на использование азотных удобрений. Несмотря на низкий солевой индекс безводного аммиака, КАСа и карбамида (мочевины), непосредственный контакт семян и проростков с этими удобрениями крайне нежелателен.

КАС, аммиачная селитра или карбамид в определенных почвенных условиях (высокий показатель рН, дефицит влаги, низкое содержание органического вещества) могут выделять значительное количество аммиака. Водный раствор аммиака называют нашатырным спиртом, и тот, кто хоть раз имел дело с этим веществом, не забудет его характерный запах. А также его раздражающее действие на глаза и органы дыхания. Это газообразное вещество в достаточно высокой концентрации просто сжигает клетки растений.


Тридцать три года Илья Муромец лежал на печи… А потом еще десять в ожоговом отделении.


Нитрат аммония, фосфат моноаммония и сульфат аммония обладают примерно одинаковой степенью токсичности. Они гораздо безопаснее, чем безводный аммиак, водный аммиак или мочевина. Диаммонийфосфат более токсичен, чем фосфат моноаммония, но менее токсичен, нежели мочевина. Поэтому особую осторожность следует соблюдать при использовании нитрата аммония и фосфата моноаммония для удобрения бобовых культур, а также при применении в условиях песчаных и суглинистых почв.

Из-за высокой токсичности безводный аммиак и аммиачная вода (водный раствор аммиака) нельзя вносить рядом с семенами.

Оптимальным решением безопасного применения азотных удобрений является внесение перед посевом. Причем стоит вносить их перпендикулярно по отношению к направлению, в котором вы планируете выполнять посев (то есть накрест). Но даже в этом случае возможны потери урожая. Вероятность повреждения растений азотными удобрениями возрастает, если посев был произведен непосредственно после внесения удобрений или в условиях повышенной сухости почвы.

Использование КАС (28-0-0) и гранулированной мочевины требует одинаковых мер безопасности, особенно при посеве на сухих, растрескавшихся и песчаных почвах.

Мочевина может быть достаточно токсичной, если вносится вместе с семенами или рядом с ними. Если же это удобрение применять в обычных нормах разбрасывателем под предпосевную культивацию, то негативного воздействия на всходы и молодые растения не наблюдается.

В некоторых случаях (из-за особенностей технологии, экономии ресурсов и т. д.) мочевину вносят в непосредственной близости от семян одновременно с посевом. Но для того чтобы избежать повреждения сельскохозяйственных культур, нормы внесения ограничиваются с учетом типа почвы и некоторых других факторов. Детальные рекомендации по этому вопросу разработаны учеными Канады (табл. 5).

При посеве кукурузы можно ориентироваться на нормы внесения в рядок, рекомендованные для зерновых колосовых, т. е. даже при самых благоприятных почвенно-климатических условиях не вносить более 60 фунтов/акр азота при посеве. В метрических единицах это норма составляет около 67 кг/га. И это максимальная норма! Относительно безопасная норма в два раза меньше!

Если же припосевное удобре­ние для кукурузы выбрано неправильно, то последствия этой ошибки отчетливо проявляются и видны невооруженным глазом, как на фото.

корни

Сравнение поврежденной избыточной дозой минеральных удобрений корневой системы растения и нормально развитой

корни

Тем не менее на юге Украины повреждения всходов кукурузы минеральными удобрениями отмечаются каждый год. Опыт фермеров из США свидетельствует о том, что сов­местное применение вы­со­ких доз мочевины и калийных удобрений, превышающих 200 фунтов/акр (примерно 225 кг/га), на супесчаных и легких суглинистых почвах очень часто приводит к ожогу корневой сис­темы всходов. При совокупной норме внесения карбамида и калийных удобрений (KСl) более 220 фунтов/акр (250 кг/га) на легких почвах вероятность ожогов возрастает, особенно при дефиците влаги в почве. А при норме более 240 фунтов/акр (240 кг/га) повреждение всходов на легких почвах гарантировано. Как правило, доста­точно сделать агрохимический анализ почвы на глубине 5-6 см на «подозрительных» полях, где кукуруза желтеет и отстает в росте, для того, чтобы выяснить, не от «обжорства» ли ей стало плохо.

Повреждение всходов минеральными
удобрениями (ожоги)


Одесса, Привоз:
– Что-то у вас рыба какая-то некрасивая, бледная.
– А шо вы хотите, мадам? Встала в море сегодня рано, не успела накраситься…


Признаком того, что растения повреждены («обожжены») именно удобрениями, является отсутствие у выкопанных растений нормальной корневой системы. Если корней нет или их кончики сильно почернели, это является типичным признаком воздействия аммиака из внесенных азотных удобрений или повреждением за счет ранее детально описанного солевого эффекта.

Поэтому самый надежный и простой способ избежать ожога растений удобрениями – это разделить внесение стартового фосфорно-калийного удобрения и азотного. При непосредственном контакте семян и удобрений в зоне рядка практики из США рекомендуют не превышать норму в 10 фунтов/акр азотных и калийных удобрений (совокупно) или 70 фунтов/акр при посеве сеялками с параллельным размещением минеральных удобрений и семян.

Но даже внесение на некотором расстоянии от семян аммонийных удобрений и карбамида не обеспечивает 100% уверенность в отсутствии угнетения. В течение суток с момента посева аммиак может распространиться на 7,5 см от места размещения азотных удобрений в нормальных условиях и гораздо больше в условиях сухой почвы. То есть даже в этом случае возможны ожоги корешков и мезокотиля всходов кукурузы.

Таким образом, чтобы не иметь неприятных последствий при интенсивном использовании минеральных удобрений, стоит обратить внимание на некоторые особенности их применения.

Во-первых, использовать для припосевного внесения комбинированные стартовые удобрения с минимально низким солевым индексом. При этом имеет смысл отдавать предпочтение фосфорно-калийным удобрениям с азотом в аммонийной форме и калием в виде сульфата или фосфата.

Во-вторых, следует ограничивать применение стартового удобрения при внесении не­по­средственно в рядок нормой до 15 кг/га на легких поч­вах и до 30 кг/га – на тяжелых.

В-третьих, необходимо разделять внесение фосфорно-калийных (под основную обработку) и азотных (перед посевом и после появления всходов) удобрений, особенно в засушливых условиях. Альтернативой может быть предпосевное использование ЖКУ, у которых солевой индекс незначительный.

Вносить азотные удобрения следует заблаговременно до посева. Наиболее предпочтительным с точки зрения безопасности использования и эффективности применения является КАС. Нитратные удобрения нужно использовать для подкормок при достаточно высокой влажности почвы!

В засушливых условиях следует избегать внесения высоких доз карбамида и селитры, особенно на легких супесчаных почвах, поскольку потери азота в виде аммиака очень велики (то есть буквально «деньги спускаются на ветер»). Если же в таких условиях появились всходы, то к ущербу от потерь азота добавится еще и ущерб от гибели молодых растений. При выпадении осадков можно наверстать упущенное подкормками вегетирующей культуры.

Необходимо учитывать и другие особенности минеральных удобрений. Такие, например, как их воздействие на рН почвы, синергетические и антагонистические взаимоотношения.

И конечно же, не забывать, что лучшее – это враг хорошего. В отличие от каши, которую маслом не испортишь, избыток удобрений может нанести существенный вред. 

Читайте также:

Влияние удобрений на окружающую среду и безопасность пищевых продуктов

Удобрение сельскохозяйственных культур: как это сделать правильно