«ПРИМЕНЕНИЕ АЗОТНЫХ УДОБРЕНИЙ
НА ЗАГРЯЗНЕННЫХ РАДИОНУКЛИДАМИ ЗЕМЛЯХ»
В условиях радиоактивного загрязнения разработана система агрохимических мероприятий (контрмер), направленных на повышение плодородия загрязненных радионуклидами почв и получение растениеводческой продукции, отвечающей республиканским допустимым уровням (РДУ-99). В комплексе агрохимических контрмер важная роль отводится регулированию азотного питания растений, так как влияние азотных удобрений на поступление радионуклидов в сельскохозяйственную продукцию проявляется неоднозначно. Недостаток доступного азота в почве приводит к сильному снижению продуктивности, что способствует увеличению концентрации радионуклидов в продукции. Применение повышенных доз азотных удобрений усиливает накопление радионуклидов в растениях. Поэтому при возделывании сельскохозяйственных культур на загрязненных землях введены ограничения на использование азотных удобрений, определены максимально допустимые их дозы в зависимости от видовых особенностей растений. Однако в интенсивном земледелии применение азотных удобрений всегда рассматривалось как обязательный элемент технологии. По разным подсчетам от 30 до 60% прибавки урожая получают от внесения азотных удобрений. Без внесения азотных удобрений снижается эффективность калийных и фосфорных удобрений, а также не в полной мере реализуется потенциал главного средства производства земледельцев – земли. Частично возможно регулировать доступность 137Cs растениям при заданных дозах азота внесением его в той или иной форме. Определенное влияние на поступление радионуклидов оказывают и сроки внесения азотных удобрений. Вносить азотные удобрения, в том числе и в повышенных дозах, возможно без ухудшения качества растениеводческой продукции при оптимальном соотношении их с калийными удобрениями.
Основные особенности применения азотных удобрений, результаты их радиоэкологической оценки и эффективности применения на загрязненных радионуклидами землях представлены в данной лекции.
Радиоэкологическая оценка применения азотных удобрений
1. Поступление 137Cs в растения в зависимости от доз и сроков внесения азотных удобрений при разных уровнях калийного питания
Известно, что азот является важнейшим элементом питания всех растений. Недостаток азота неизбежно приводит к снижению урожая. В дерново-подзолистых почвах Беларуси 93-95% общего азота содержится в виде органических соединений и 3-5% – в виде необменно-поглощенного фиксированного глинистыми минералами аммония. Эти соединения азота почвы слабо доступны растениям. Только незначительная часть почвенного азота (1-3%), которая находится в минеральных соединениях (нитраты, нитриты, водорастворимый и обменно-поглощенный аммоний), непосредственно доступны растениям. Главным источником обеспечения азота в земледелии являются минеральные удобрения, применение которых позволяет получить дополнительно сбор продукции – 10-15 кг зерна и более в расчёте на 1 кг внесенного азота. На долю азотных удобрений приходится около 50-70% суммарной прибавки урожая, получаемой от применения минеральных удобрений.
При внесении азотных удобрений увеличивается потребление растениями азота почвы за счёт минерализационных процессов. В зависимости от доз внесения азотных удобрений усвоение азота растения увеличивается на 30-89%. При дробном внесении азота и с увеличением его доз количество доступного растениям азота почвы возрастает.
С повышением доз внесения азотных удобрений происходит также и увеличение поступления 137Cs в растения.
При совместном внесении азотных и калийных удобрений отрицательное действие азота снижается по мере увеличения доз калийных удобрений.
Для получения зерна ячменя с минимальным содержанием радионуклидов при возделывании на дерново-подзолистой супесчаной почве минеральные удобрения необходимо вносить в дозах N60Р60К150 и N90Р60К150. Коэффициенты перехода 137Cs в зерно ячменя составляют при этом 0,012 и 0,013 Бк/кг:кБк/м2, соответственно.
Наименьшие Кп 137Cs в зерно озимой ржи (0,014 Бк/кг:кБк/м2) отмечаются при однократном и дробным применении 90 кг/га азота на фоне Р60К150.
Переход 137Cs в зерно снижается также и на овсе при внесении К150. Минимальные Кп 137Cs в овес (0,021-0,024 Бк/кг:кБк/м2) отмечаются при внесении средних и высоких доз фосфора и калия (Р60К120, Р60К150), а также при применении 60-90 кг/га азота на фоне Р60К150.
Таким образом, внесение повышенных доз калийных удобрений совместно с азотными в значительной степени снижает отрицательное воздействие азотных удобрений на качество растениеводческой продукции.
С учетом снижения биологической доступности 137Cs в течение длительного постчернобыльского периода на дерново-подзолистых супесчаных почвах с плотностью загрязнения 137Cs до 15 Ки/км2, нет необходимости ограничивать дозы азота под зерновые культуры и возможно увеличение доз до максимально рекомендуемых. При этом повышенные дозы азотных удобрений (90-120 кг/га и более) рекомендуется применять дробно, что обеспечивает повышение коэффициента использования азота на 6-8%, снижение миграции его в подпахотные горизонты и потерь на 5-6%.
2. Поступление 137Cs в растения при применении различных форм азотных удобрений
При ведении сельскохозяйственного производства на землях, загрязнённых 137Cs, необходимо уделять внимание подбору форм азотных удобрений.
Существуют различные мнения о влиянии форм азотных удобрений на переход радионуклидов в растения. При внесении аммонийных форм азота увеличивается концентрация NH4+ и происходит вытеснение в почвенный раствор 137Cs, что приводит к усилению его поглощения растениями. С другой стороны, избыток ионов аммония в почве приводит к разбавлению 137Cs+, что снижает его поглощение.
Внесение нитратной формы азота также может усиливать поглощение 137Cs растениями, хотя и в меньшей степени (в среднем в 2 раза), чем азот в аммиачной форме.
Поступление 137Cs в растения при использовании аммиачной селитры происходит несколько интенсивнее, чем под действием мочевины.
Неоднозначность мнений о влиянии форм азотных удобрений на переход радионуклидов в растения обусловлены различными условиями их применения.
Важную роль в трансформации азотных удобрений в почве играет увлажнение почв.
В условиях недостаточного увлажнения применение азотных удобрений на автоморфной дерново-подзолистой почве приводит к увеличению Кп 137Cs.
При внесении азота в форме мочевины (карбамида) и КАС накопление 137Cs в зерне в большинстве случаев происходит менее интенсивно, чем при применении сульфата аммония и аммиачной селитры.
При лучшей обеспеченности влагой на глееватой почве применение азотных удобрений способствует снижению перехода 137Cs в растения. Переход 137Cs в зерно пелюшко-овсяной смеси при внесении мочевины на 26% меньше, чем без внесения азотных удобрений.
При производстве зеленой массы пелюшко-овсяной смеси рекомендуется применять КАС, что обеспечивает снижение перехода 137Cs.
На землях, загрязнённых радионуклидами, целесообразно применять медленнодействующие азотные удобрения. Применение медленнодействующей мочевины обеспечивает снижение накопления 137Cs в зерне овса на 18%, в зерне озимой ржи – на 17%. Сульфат аммония с защитным покрытием обеспечивает уменьшение содержания 137Cs в продукции на 28%, КАС – на 7-8%. Лучшей формой стандартных и медленнодействующих азотных удобрений под яровые и озимые зерновые культуры для основного внесения в почву с точки зрения снижения поступления радионуклидов в основную и побочную продукцию является мочевина, затем – сульфат аммония и КАС ().
При плотности загрязнения дерново-подзолистых супесчаных почв (различной степени увлажнения) 137Cs до 15 Ки/км2 (555 кБк/м2) содержание 137Cs в продукции значительно ниже РДУ-99 независимо от форм применения азотных удобрений и составляет не более 10% от допустимого уровня.
На загрязнённых 137Cs землях для наибольшего снижения содержания 137Cs в продукции целесообразно применять медленнодействующую мочевину и КАС.
В качестве критерия для выбора азотных удобрения следует руководствоваться принципами экономической целесообразности и использовать систему азотного питания растений, направленную на получение максимального урожая при минимальных затратах.
Эффективность применения азотных удобрений на загрязненных радионуклидами землях
1. Влияние доз внесения азотных удобрений на урожайность сельскохозяйственных культур
Система агрохимических защитных мер в Беларуси в течение длительного постчернобыльского периода обеспечила не только уменьшение загрязнения сельскохозяйственной продукции 137Cs и 90Sr, но и заметно сказалась на повышении плодородия почв. В 21-м наиболее загрязнённом районе средневзвешенное содержание подвижных форм фосфора и калия в почве пахотных земель составляет 233 мг Р2О5 и 237 мг К2О на кг почвы, что, соответственно, на 30 и 23% выше, чем в целом по Беларуси. При оптимальной обеспеченности почв подвижными соединениями фосфора и калия величина урожая зерновых культур определяется, в первую очередь, уровнем азотного питания растений.
Действие азотных удобрений в значительной степени зависит от доз и сроков их внесения. Применение азота в дозе 60 кг/га увеличивает среднюю урожайность зерна культур севооборота в среднем от 12,4 (на фоне Р60К90) до 14,1 ц/га (на фоне Р60К150). Внесение дозы азота N90 обеспечивает рост урожая в среднем на 2-4 ц/га по сравнению с N60. Дробное внесение N90 имеет преимущество перед однократным внесением при совместном применении К120 и К150. Прибавки зерна составляют в среднем 2,0 и 3,1 ц/га, соответственно. Дробное применение высокой дозы азота (120 кг/га) обеспечивает увеличение урожайности на 2,4 ц/га на фоне Р60К120.
Наиболее высокая окупаемость азотных удобрений прибавкой зерна наблюдается при внесении их в дозе N60 на повышенных фонах калия (К120-150). Максимальная окупаемость 1 кг азота удобрений при внесении N60Р60К120 обеспечивается при возделывании ячменя – 27,7 кг зерна, при внесении N60Р60К150 на озимой ржи – 22,7 кг, на овсе – 20,5 кг зерна. Максимальная окупаемость полного минерального удобрения (NРК) при возделывании зерновых культур отмечается при дробном применении N90 фоне Р60К90.
Таким образом, подчеркивая отсутствие ограничений по внесению азотных удобрений под зерновые культуры на загрязненных 137Cs дерново-подзолистых супесчаных почвах, следует отметить более высокую окупаемость азотных удобрений при дробном их внесении. Повышенные дозы азотных удобрений (90-120 кг/га и более) рекомендуется применять дробно, что обеспечивает повышение коэффициента использования азота на 6-8%, снижение миграции его в подпахотные горизонты и потерь на 5-6%.
2. Влияние форм азотных удобрений на урожайность сельскохозяйственных культур
Азотные удобрения в зависимости от содержащихся в них форм азота подразделяются на шесть групп: нитратные (натриевая и кальциевая селитра); аммонийные (сульфат аммония, хлористый аммоний), аммонийно-нитратные (аммиачная селитра); амидные (карбамид), аммиачные (безводный аммиак и аммиачная вода), карбамид-аммонийно-нитратные (КАС).
На дерново-подзолистых супесчаных почвах наибольшую урожайность зелёной массы пелюшко-овсяной смеси обеспечивает применение КАС и мочевины – в среднем 200,8 ц/га и 208,0 ц/га.
При возделывании яровой пшеницы на автоморфной почве для получения максимальной урожайности зерна целесообразно использовать КАС и сульфат аммония. На глееватой почве – мочевину и аммиачную селитру.
По влиянию форм азотных удобрений на урожайность зерна яровой пшеницы составлен следующий убывающий ряд: сульфат аммония → мочевина → мочевина медленнодействующая → аммиачная селитра → КАС → КАС медленнодействующая.
При возделывании пайзы на автоморфной почве максимальная урожайность зеленой массы обеспечивается при внесении N60(сульфат аммония)+ Р60+К150 и N60 (КАС)+ Р60+К150. Наименьшая урожайность отмечается при использовании мочевины.
На полугидроморфной глееватой почве для получения наибольшей урожайности рекомендуется вносить N60(сульфат аммония)+ Р60+К150 и N60(аммиачная селитра)+ Р60+К150. Самая низкая урожайность при использовании азота обеспечивается при применении КАС.
На автоморфной почве максимальная продуктивность звена севооборота (пелюшко-овсяная смесь – яровая пшеница – пайза) в пересчёте на кормовые единицы обеспечивается при применении сульфата аммония и КАС, на глееватой – при применении сульфата аммония и мочевины.
3. Расчет доз азотных удобрений на загрязненных 137Cs землях
На дерново-подзолистых супесчаных почвах с плотностью загрязнения 137Cs до 15 Ки/км2 (555 кБк/м2) дозы азотных удобрений под яровые и озимые зерновые культуры рассчитываются с учетом содержания в почве потенциально усвояемого азота и планируемой урожайности.
При возделывании зерновых культур необходимо соблюдать агроэкологические оптимумы содержания потенциально усвояемого азота в пахотном слое дерново-подзолистой супесчаной почвы, при которых наблюдается минимальное накопление 137Cs в продукции. Значения агроэкологических оптимумов дифференцируются в зависимости от содержания в почве подвижного калия.
С увеличением обеспеченности почвы подвижным калием от низкой (80-140 мг/кг почвы) до высокой (300-400 мг/кг почвы), агроэкологический оптимум содержания потенциально усвояемого азота в почве возрастает от 20-35 до 75-100 мг/кг почвы.
Для разных по содержанию подвижного калия групп супесчаных почв определены интервалы оптимального содержания и запасов потенциально усвояемого и минерального азота в 0-25 см слое почвы, обеспечивающие минимальное накопление радиоцезия в продукции.
На дерново-подзолистых супесчаных почвах содержание усвояемого азота составляет около 145-155 кг/га (). В этом случае при средней обеспеченности К2О наблюдается недостаток в калии и избыток в азоте (узкое соотношение N : К), при повышенной обеспеченности – складывается близкое к оптимальному и оптимальное соотношение данных элементов в почве, а при высокой обеспеченности К2О – наблюдается дефицит азота.
Дозы азотных удобрений рекомендуется рассчитывать на основе проведения почвенной диагностики азотного питания сельскохозяйственных культур, разработанных ранее для незагрязненных радионуклидами почв Беларуси.
Рассчитанные дозы азота, выраженные в кг/га действующего вещества необходимо перевести физический вес, т. е. рассчитать количество удобрения. Для этого дозу азота в кг/га в действующем веществе следует умножить на коэффициент пересчета элементов питания в физический вес.
4. Экономическая эффективность применения азотных удобрений
Основным принципом оценки экономической эффективности применения удобрений является сопоставление стоимости полученной продукции с затратами на её получение.
При возделывании ячменя на дерново-подзолистой супесчаной почве с повышенным содержанием подвижных форм фосфора и средним содержанием калия применение азотных удобрений экономически выгодно. В зависимости от доз и сроков внесения азотных удобрений рентабельность производства продовольственного зерна ячменя изменяется от 51,5% до 103,4%. Наиболее высокая эффективность азотных удобрений при возделывании ячменя получается при применении системы удобрений N60Р60К120 (азот применяется в основное внесение). Следует отметить, что внесение азотных удобрений под ячмень является рентабельным.
При возделывании озимой ржи эффективность азотных удобрений возрастает при увеличении общей дозы азота от 60 до 120 кг/га. В целом, производство продовольственного зерна озимой ржи менее рентабельно, чем ячменя.
Дробное применение азотных удобрений способствует повышению их экономической эффективности по сравнению с однократным. Рентабельность внесения азотных удобрений и дополнительный чистый доход возрастают по мере повышения уровня калийного питания растений.
При возделывании озимой ржи наиболее высокий уровень рентабельности азотных удобрений обеспечивается при получении продовольственного зерна с дробным внесением N120 (N90 в ранневесеннюю подкормку и N30 в начале фазы выхода в трубку) на фонах Р60К120 и Р60К150.
Рентабельность производства овса ниже, чем ячменя, но гораздо выше, чем озимой ржи. Дробное применение азотных удобрений в посевах овса экономически более выгодно.
Наиболее рентабельно дробное внесение N120 (N90 до посева и N30 в начале фазы выхода в трубку) на фоне Р60К120.
В целом по культурам звена севооборота (ячмень – озимая рожь – овёс) наиболее экономически эффективным при производстве продовольственного зерна является применение 60 кг/га в один прием и 90 кг/га азота удобрений дробно (при основном внесении 60 кг/га и 30 кг/га в подкормку). При применении калия в дозе выше 90 кг/га экономические показатели эффективности возделывания зерновых культур возрастают.
На автоморфной почве максимальная стоимость дополнительной продукции и рентабельность обеспечивается при применении сульфата аммония и мочевины, на глееватой – с применением сульфата аммония и мочевины.
При выращивании пелюшко-овсяной смеси для наибольшего выхода добавочной продукции рекомендуется использовать мочевину и КАС, яровой пшеницы – мочевину и сульфат аммония, пайзы – сульфат аммония.
На автоморфной почве при возделывании культур в зерновом севообороте, максимальный экономический эффект обеспечивается при использовании сульфата аммония и КАС, на полугидроморфной глееватой – сульфата аммония и мочевины.
При выращивании пелюшко-овсяной смеси для наибольшего выхода добавочной продукции рекомендуется использовать мочевину и КАС, яровой пшеницы – мочевину и сульфат аммония, пайзы – сульфат аммония.
Принимая во внимание радиоэкологическую, экономическую и энергетическую эффективность применения различных форм азотных удобрений на дерново-подзолистых супесчаных почвах с плотностью загрязнения 137Cs до 15 Ки/км2 (555 кБк/м2), при выращивании пелюшко-овсяной смеси рекомендуется использовать мочевину и КАС, при возделывании яровой пшеницы – мочевину и сульфат аммония, при возделывании пайзы на зелёную массу – сульфат аммония и КАС.
