Система No-till и ее влияние на доступность азота почв и удобрений: обобщение опыта
Система No-till и ее влияние на доступность азота почв и удобрений: обобщение опыта
Согласно расчетам Юнеско, численность населения земного шара к 2050 г. может возрасти в два раза. Ообеспечить растущее население пищевыми ресурсами на фоне постоянного выведения из оборота сельскохозяйственных земель можно за счет выведения новых сортов, использования удобрений, снижения потерь из-за поражения растений вредителями и болезнями, улучшения технологий возделывания.
Один из способов, позволяющих не только получить необходимую урожайность, но и сохранить почвенное плодородие, - система No-till, при которой сев проводится по стерне и мульчирующему слою предшествующей культуры, в борозды или ленты на достаточную для заделки семян глубину. Технология получила широкое распространение за рубежом, особенно в Аргентине, США и Бразилии.
Случаи использования No-till в нашей стране еще крайне редки, так же как и научные публикации, посвященные этой теме. В настоящем исследовании ставилась задача обобщить имеющиеся данные и выявить основные факторы, которые могут лимитировать урожайность культур при этой технологии. К одному из таких факторов относится применение удобрений, которое в системе No-till отличается от общепринятого, так как здесь не происходит их равномерного распределения в пахотном слое и удобрения остаются в зоне внесения (рядки, или ленты) или на поверхности. Этот аспект следует учитывать с точки зрения планирования организации рационального питания культур, а также и с экономической точки зрения.
В представленной статье рассмотрена проблема азотного питания растений с учетом тех изменений, которые привносит система No-till. Азот относится к элементам, наиболее часто лимитирующим урожайность культур. Удовлетворение потребности культуры в азотном питании происходит за счет азота почвенного резерва и удобрений. Как известно, азот в почве может теряться в результате процессов улетучивания, иммобилизации, денитрификации и вымывания. Эффективность азотных удобрений составляет менее 70 % в умеренной зоне. В целом наше представление об оптимальной системе внесения азотных удобрений все еще далеко от идеального и нуждается в исследованиях.
Почвенный резерв азота и система No-till. Два основных отличия системы No-till (NT) от традиционной обработки (ТО) - уменьшение интенсивности обработки и оставление пожнивных остатков предшествующей культуры на поверхности почвы. Мульчирующий слой из растительных остатков способствует снижению перепадов внутрипочвенных температур. Почва, покрытая толстым слоем растительных остатков, будет прохладнее весной и летом, но теплее в течение осенне-зимнего сезона. Мульча и оставленная стерня уменьшают испарение и задерживают больше снега, что обеспечивает не только лучшую инсоляцию в холодное время года, но и сохранение влаги в почве, содержание которой обычно выше при NT, чем по ТО.
Микроклимат на почвенной поверхности менее благоприятен для разложения растительных остатков, чем внутри почвы. В результате остатки будут разлагаться более медленно, и питательные вещества, входящие в их состав, в том числе и азотсодержащие, будут высвобождаться также медленно, что уменьшает количество доступных культуре веществ в текущем сезоне. Распад органического вещества уже находящегося в почве, может быть замедлен из-за пониженных температур под мульчирующим слоем.
Отсутствие стимуляции активности почвенных микроорганизмов почвенной обработкой приводит к большей минерализации соединений углерода и азота. Известно, что повышение температуры почвы на 1°С интенсифицирует процесс минерализации примерно на 10%. Считается, что органическое вещество почвы часто заключено в макроагрегатах, благодаря которым оно защищено от декомпозиции. Механическая обработка ведет к разрушению почвенных агрегатов и обнажению органического вещества, делая его доступным микроорганизмам и стимулируя его разложение. Этот вывод подтверждается исследованиями, в которых изучалось влияние поверхностных пожнивных остатков на динамику азота. Образцы почв, отбираемые в течение двух лет на делянках без применения удобрений, при традиционной обработке содержали большее количество N-N03 по сравнению с No-till, что отражает большую минерализацию и, соответственно, меньшую иммобилизацию, индуцированную вспашкой (при этом солома оставлялась в обоих вариантах). Хотя низкая минерализация может привести к накоплению почвенного азота, описанное уменьшение, наряду с увеличением урожайности сельскохозяйственных культур при применении No-till, отмечаемое в ряде случаев, может привести к азотному дефициту при использовании этой системы, так как снижение общей минерализации окажет влияние на количество N, доступного для растений.
Для повышения урожая культур и его качества сроки внесения и дозы азотных удобрений должны быть пересмотрены в связи с изменениями системы почвенной обработки.
Азот удобрений в системе No- till. В системе без вспашки азотные удобрения, внесенные поверхностно, имеют тенденцию использоваться растениями менее эффективно. Это связанно с тем, что удобрения остаются на поверхности до тех пор, пока не перейдут в растворимую форму. При традиционной же системе обработки почвы поверхностно внесенные удобрения будут заделаны в почву последующей вспашкой, что уменьшает потери азота в результате улетучивания. Чтобы снизить такие потери, необходимо тщательно подходить к выбору формы удобрения. Например, такое удобрение, как мочевина разлагается в почве до NH3 под действием фермента уреазы, содержание которой значительно увеличивается в верхнем слое при минимальной обработке, что приводит к потерям аммиака в атмосферу, особенно когда удобрение расположено близко к почвенной поверхности.
Вследствие улетучивания в мочевине остается меньше азота, доступного для растений, что вызывает необходимость применять более высокие дозы этого удобрения по сравнению с другими видами. Повышение рН почвы, содержание карбонатов или повышение дозы вносимой мочевины ведут к увеличению концентрации NH3 в почве и к еще большему его улетучиванию. Потери аммиака зависят и от механического состава почвы, например, на песчаных и каменистых почвах они выше. Если мочевина вносится поверхностно на почву, покрытую мульчирующим слоем, растительных остатков, гидролиз этого соединения на мульче также может увеличить потери аммиака в результате улетучивания. Следовательно, нулевая обработка может увеличивать потери азота из таких удобрений, как безводный аммиак, карбамид и аммиакаты. Это связано с повышенной уреазной активностью и с наличием мульчирующего слоя из растительных остатков на поверхности почвы.
Нитратный азот удобрений значительно меньше подвержен улетучиванию, но более подвижен в почве по сравнению с NH4+. Поэтому даже при поверхностном внесении удобрения, содержащие N03_, могут передвигаться вниз по профилю к корневой зоне достаточно быстро, что особенно важно для обеспечения растений элементами питания в начале вегетации. Следовательно, при использовании No-till поверхностное внесение удобрений, содержащих нитратный азот, может быть более эффективным, чем мочевины или аммиачных удобрений. В исследованиях, проведенных в Канаде, зарегистрирован более низкий коэффициент перехода 15N в почву и растения из мочевины и сульфата аммония, чем из калийной селитры (KN03), при традиционной и нулевой системах обработки, но разница была более заметной в последнем случае. Так, по сравнению с KN03 использование 15N растениями из мочевины было почти в два раза меньше. При традиционной обработке на серых почвах коэффициент усвоения 15N для мочевины был больше на 16 %, для сульфата аммония - на 11 %, а на черноземах - соответственно на 27 и 28 %, чем при No-till. Разница в потерях 15N между поверхностным внесением удобрений (нулевая обработка) и заделкой их в почву (обработка со вспашкой) отражает газообразные потери аммиака в системе No-till, так как при заделке удобрений в почву улетучивается совсем небольшой процент аммиака.
Пожнивные остатки и иммобилизация азота удобрений. Известно, что заделка пожнивных остатков в почву приводит к увеличению потерь азота в результате иммобилизации, особенно если они имеют высокое соотношение C:N. Обработка почв может повысить потери вследствие иммобилизации при совместной заделке удобрений и пожнивных остатков, в первую очередь, если имеется тесный контакт между ними. В системе No-till пожнивные остаткив почву не заделываются, а остаются на поверхности. Тем не менее, при достаточной влажности может происходить активное их разложение, что также приведет к потерям азота в результате иммобилизации при разбросном способе внесения удобрений, потому что разлагающиеся остатки находятся в тесном контакте с высокой концентрацией доступного азота удобрений, внесенных таким способом.
В исследованиях, проведенных Nyborg и Malhi, в системе NT нитрат аммония был внесен поверхностно, а в системе ТО тоже поверхностно, но с последующей заделкой в почву. При оставлении пожнивных остатков в обоих вариантах урожайность зерна ячменя была выше при ТО. Однако в вариантах с удаленными растительными остатками эти отличия были незначительны, что указывает на интенсификацию потерь в результате иммобилизации при No-till с присутствием соломы.
Этими же авторами в четырехлетнем опыте было изучено влияние мочевины, внесенной ленточным способом, на урожайность ячменя при различных способах обработки. Как показали исследования, при внесении низких доз удобрения урожай и коэффициент использования азота растениями ячменя было меньше при NT, чем при ТО, но при высоких дозах урожайность ячменя в системе No-till была выше или такой же, как и при традиционной обработке. При использовании низких доз азота (до 33 кг/га) в системе No-till с оставлением соломы усвоение элемента ячменем и урожайность культуры были ниже, чем в варианте без соломы. Однако при внесении высоких доз азота (100 кг/га) в вариантах с соломой и без нее величины изучаемых параметров не отличались между собой. С одной стороны, снижение урожайности и использования азота может быть объяснено медленным высвобождением минерального азота в почве в системе No-till, с другой стороны, в вариантах с оставлением соломы и низкой дозой азотного удобрения это может быть объяснено иммобилизацией внесенного азота. Иммобилизационный эффект, вызванный оставшимися растительными остатками, был перекрыт внесением азота в высоких дозах при обеих обработках (с оставлением соломы и без нее), что обусловило одинаковый урожай и одинаковый коэффициент использования азота. Положительное влияние так называемой антидепрессирующей добавки (добавления компенсирующей дозы азота минеральных удобрений) были отмечены и другими учеными.
Следовательно, при поверхностно- разбросном внесении азотного удобрения требуются более высокие его дозы для компенсации иммобилизационных потерь при системе No-tilll, особенно в присутствии растительных остатков с высоким отношением C:N. Когда дозы азота достаточно велики, даже при оставлении пожнивных остатков можно получать такие же урожаи, как и при традиционной обработке, или даже выше. Опыты, проведенные в Канаде, показали, что почвенная экосистема может адаптироваться к оставлению пожнивных остатков при системе No-till в течение нескольких лет.
Таким образом, при широком внедрении минимальной обработки, в частности, системы No-till как ее крайнего проявления, нужно уделять особое внимание динамике содержания азота в почве, поскольку этот элемент в значительной степени лимитирует урожайность культур в большинстве районов земного шара. Эффективность использования азотных удобрений, так же как и трансформация азота в почвах и его доступность растениям, могут меняться при нулевой обработке в зависимости от микроклимата, микробиологической активности почвы и местоположения удобрений относительно оставляемых пожнивных остатков. Повышенные дозы азотных удобрений могут быть необходимы в течение первых лет применения No-till. Доступность азота растениям различных культур достигается путем выбора вида удобрения, оптимизации дозы, срока и способа его внесения в соответствии с почвенно-климатическими условиями, а также задачами конкретного хозяйства.
Источник: Беляева О. Н. Система No-till и ее влияние на доступность азота почв и удобрений: обобщение опыта./ Земледелие, 2013, № 7, с. 16-18.
Материал на сайт подготовил Севастьянов В. Н.
