Вынос элементов питания с урожаем сои

Рис.1. Потребление основных элементов питания в разные периоды роста и развития растений сои [1].

Ученые считают, что соя начала произрастать на Земле 50-60 млн. лет назад в районе нынешнего Китая, и все это время популяция сои сохранялась за счет симбиоза с почвенной биотой, жизнь которой естественно поддерживалась питанием от растительных остатков прошедшего сезона. Окультуривание сои произошло около 3 тысяч лет назад, и весь этот период возделывание сои велось без химического воздействия на почву. Корневая система сои кормила почвенные организмы выделениями, а они, в свою очередь, питали растение легкоусвояемым азотом и способствовали усвоению фосфора и калия. Именно под это утверждение попадает научно доказанный факт избирательного восприятия соей привносимого сегодня минерального удобрения.

Агрономам хорошо известно, что эффективность применения удобрений для любых культур зависит от многих условий – от естественного фона, типа почвы, активности в ней почвенной биоты, от отзывчивости конкретного сорта на удобрения, видов удобрений, погодных условий, в различной степени обеспечивающих растения влагой, а для сои еще и эффективностью «работы» азотфиксирующих клубеньковых бактерий и способностью усваивать фосфор из труднодоступных веществ почвы.

Начнем с того, что соя очень неравномерно в различные периоды своего развития и формирования семян потребляет необходимое для этого питание (рис.1).

I период → всходы – начало цветения: потребляет азота 6-7%, фосфора 5-6%, калия 7-10%.

II период → цветение – начало налива семян — N 58-60%; P 60-65%; К 65-70%.

III период → налив семян – полная спелость — N 30-35%; P 30-35%; К 20-25%.

Рис.2. Вынос из почвы элементов питания соей

при урожайности 2,5 т/га [2].

В тоже время, у сои есть критические периоды применительно к азоту и фосфору – азот крайне необходим в течение 2-3 недель после цветений, а фосфор — в первый месяц жизни [3].

Около 90% сухого вещества сои, как растения, составляют углерод, водород и кислород, полученный из воздуха. Но эта стабильность по составу должна обеспечиваться при наличии в почве достаточного количества питательных веществ. В порядке уменьшения значимости важными элементами питания являются: азот, калий, кальций, магний, фосфор и сера [2].

Если принять за урожай сои величину 2,5 т/га, то из почвы она вынесет 125 кг азота, 23 кг фосфора, 101 кг калия, 22 кг серы, 35 кг кальция, 19 кг магния, 192 г цинка, 866 г железа, 208 г марганца, 74 г меди (рис.2).

И это понятно, ибо продуцировать такое количество белка и масла в семенах можно только при потреблении большого количества питательных веществ, но не надо забывать, что соя получает до 75% азота за счет собственной азотфиксации при активной «работе» ризобий в случае правильной инокуляции семян.

Рис.3. Среднее значение элементов в почве для нормального развития растений сои (и недостаточное количество) [2].

Из всех выносимых питательных веществ растениями сои семенами выносится 80% фосфора, 78% азота, 53% кальция. Оставшийся фосфор, азот и кальций возвращаются в почву с пожнивными остатками [2].

На рисунке 3 показаны средние значения элементов в почве для нормального развития растений и величины недостаточных количеств питательных веществ.

Рассмотрим значимость основных элементов для развития и продуктивности сои.

Азот.

Высокая потребность растения сои в азоте обусловлена тем, что он присутствует в аминокислотах, из блоков которых строятся белки, нуклеиновые кислоты и хлорофилл. Рекомендуется внесение

35 кг/га стартовой дозы азота, поскольку для развития первого клубенька азотфиксирующими бактериями может понадобиться около 20-25 дней. По мнению некоторых специалистов можно азот под сою вообще не вносить, но это относится к тем полям, в которых соя высевается как монокультура, или в коротком севообороте при внесении азота под предшественники. Дефицит азота замедляет темп роста растения. Листья становятся бледно-зелеными с желтоватым оттенком. Первые признаки обнаруживаются на нижних листьях, т.к. азот отличается высокой мобильностью в растении и легко транслоцируется из нижних листьев к молодым [2].

Фосфор.

Фосфор, хотя и требуется в меньших количествах для сбалансированного питания растений, но имеет решающее значение для быстрого роста и правильного развития растения, особенно для корневой системы и формирования семян. Содержание фосфора в собранных семенах сои составляет около 0,50-0,58% от их массы.

Количество фосфора в почве зависит от кислотности почвы и содержания в ней органического вещества и глины. Отзывчивость сои на внесение фосфора заметна при внесении 26-43 кг/га. Большие дозы внесения результат не улучшают [2]. В качестве удобрений часто применяют растворимые удобрения (простой и тройной суперфосфат), а также моноаммонийный фосфат и диаммонийный фосфат. Что касается способа внесения удобрения, то лучшим способом признано ленточное внесение при севе на несколько сантиметров в сторону и ниже семян.

В последнее время на рынке появился частично подкисленный и кальцинированный фосфорит. В Бразилии его называют термофосфат, поскольку в его подготовке происходит нагрев тонко измельченного фосфорита до 1000°С. Термофосфат дешевле и хорошо корректирует удобрения кислых почв.

Наблюдения показали, что внесение под сою фосфора в дозе 40 кг/га оказало значительное влияние на урожайность последующих культур (пшеницы и сои), в то время как такое же количество, внесенное под пшеницу, оказало значительный эффект только на одну последующую культуру (сою) [2].

Признаки дефицита фосфора четко не определены. Основные симптомы – запаздывание роста и слабые растения с мелкими темно-зелеными или голубовато-зелеными листочками. Так же, как и при азотном голодании, из-за высокой мобильности фосфора в растении при его недостатке молодые листья забирают фосфор из старых листьев [2].

Реакция сои на применение фосфора зависит от его содержания в почве. Необходимо применять поддерживающую дозу фосфора, эквивалентную количеству, вынесенному с предыдущим урожаем. При этом надо учитывать очередность культур в севообороте (соя-пшеница и т.д.).

Калий.

Соя потребляет около 125 кг/га калия. Калий очень мобилен и участвует в переносе ассимилянтов, активации многих ферментов, регулировании водного режима растения и фотосинтезе. Калий способствует образованию клубеньков и усиливает устойчивость к болезням и стрессовым факторам. Калий оказывает большое влияние на урожайность, увеличивая массу семян и содержание белка, хотя немного снижает содержание масла [2].

Интересно отметить, что после нескольких лет использования в качестве удобрений исключительно фосфора, соя начинает страдать от дефицита калия, а это снижает эффективность фосфорных удобрений. Поэтому очень важно восстановить равновесие, начав вносить калий. Естественно, что рекомендуемая доза калия для сои варьируется в зависимости от его содержания в почве. Диапазон этот достаточно широк и составляет от 20 до 120 кг/га. Тем не менее, рекомендуемая норма регулярного внесения калия, независимо от его содержания в почве, не менее 60 кг/га [2].

Вносить калий лучше до предпосевной обработки, чтобы он распределился по всему пахотному горизонту, поскольку контакт калия с семенами приводит к негативным последствиям. И все-таки, удобрение калием должно осуществляться на основании точных данных почвенного анализа. При дефиците калия вначале желтеют края листьев, потом процесс идет вглубь, но основание листа остается зеленым. При сильном дефиците калия растение дает сморщенные маленькие деформированные семена. При дефиците калия страдает также корневая система и поэтому дефицит проявляется на молодых листьях [2].

Кальций.

Соя требует большое количество кальция — 50-90 кг/га, но только 20% от этого объема выносится с зерном. Кальций оказывает благотворное влияние на клубеньки либо непосредственно, либо путем улучшения рН почвы [2].

Основными признаками дефицита кальция является замедление роста тканей стебля, листьев и кончиков корней. Кальций имеет низкую мобильность, и признаки его дефицита обычно вначале проявляются на молодых листьях и растущих верхушках.

Сера.

Сера необходима для формирования белков и участвует в образовании хлорофилла. Соя потребляет столько серы, сколько фосфора и магния. Вынос серы с семенами может составлять от 27 до 66% от общего объема, поглощенного стеблями и листьями.

Снижение уровня серы в почве обусловлено следующим. Усвояемая растениями сера образуется в основном в результате разложения растительных остатков и органических веществ в почве. Исходя из этого, дефицит серы присущ почвам, по своей природе содержащим мало серы – песчаным и с низким содержанием органических веществ. При внесении простого суперфосфата, в составе которого 12% серы, дефицит серы не наступает. Критический предел серы в почве достаточно невысок и составляет около 11 мг/кг почвы. На основании исследований было установлено, что оптимальная доза внесения серы под масличные культуры, в том числе и сою, варьируется от 15 до 60 кг/га в зависимости от содержания ее в почве [2] (рис.4).

Рис.4. Требуемое количество внесения серы (кг/га) при различном количестве доступной серы в почве (мг/кг) [2].

При внесении любых удобрений необходимо учитывать севооборот. Сера — не исключение. Известно о прямом эффекте и последствии применения различных доз серы под сою в севообороте соя-пшеница. Внесение 20 кг/га серы, как под сою, так и под пшеницу, или 40 кг/га либо под сою, либо под пшеницу, оказалось достаточным для высокого урожая как сои, так и пшеницы [2].

При дефиците серы молодые тройчатые листики сои сначала тускнеют, после чего приобретают ярко выраженные хлоротические признаки – края и кончики молодых листьев отмирают и скручиваются. Листья преждевременно опадают, ухудшается цветение и плодоношение [2].

Микроэлементы.

Чаще всего соя страдает от дефицита цинка и иногда марганца, молибдена и меди. Внесение в севообороте соя-пшеница под сою цинка в дозе 5 кг/га в виде цинкового купороса оказалось достаточным в удовлетворении микроэлементом как сои, так и пшеницы.

Дефицит бора может быть устранен внесением микроэлемента в дозе 4 кг/га. Лучшим боросодержащим удобрением в севообороте соя-пшеница является боризованный суперфосфат, т.к. он одновременно устраняет дефицит бора и обеспечивает фосфорное и серное питание культуры. При дефиците бора самые молодые листья становятся сморщенными, часто утолщенными, темного сине-зеленого цвета. Листья и стебли становятся ломкими, что указывает на нарушение транспирации, образование цветков ограничивается или подавляется.

В то же время, соя чувствительно к высокой концентрации бора в почве. Бор является токсичным для сои. Токсичность бора может привести к пожелтению кончиков листьев, за которым последует прогрессирующий некроз. Листья приобретают выгоревший вид и преждевременно опадают.

Алюминий.

Алюминий имеет токсичный эффект. Интоксикация по листовым признакам напоминает симптомы дефицита фосфора: полная остановка роста, листья мелкие, темно-зеленого цвета, кончики листьев желтеют и отмирают, замедляется созревание [2].

Интоксикация сои алюминием похожа на симптомы дефицита кальция или ухудшения транспортировки кальция внутри растения и вызывает скручивание и завивание молодых листьев и отмирание конуса нарастания или черенков. Корни сои, пострадавшие от воздействия алюминия, мелкие и короткие. Корневая система выглядит кораллообразно [2].

Наиболее правильный путь в агрономии – путь, указанный Природой.

В настоящее время, когда точная агротехнология уверенно утверждается в агробизнесе, без строгого анализа почвы вносить комплексный состав удобрений неоправданно, поскольку необходимо устранить не только дефицит какого-то элемента, но и не вносить в избытке другой элемент. Кроме этого, необходимо учитывать севооборот, по крайней мере, последующую культуру после уборки сои.

Агрономам сегодня известно влияние различных элементов на растение и их синергетическое воздействие. Вызывает восхищение методология, корректность и строгость исследований, проводимых в этом направлении. В качестве примера можно привести следующие результаты исследований, изложенные в книге «Соя: биология, производство, использование», автор — Сингх Гурикбал. Анализ почвы показал необходимость внесения азота, фосфора, калия, серы и цинка в следующих количествах – N 25 кг; Р₂О₅ – 20 кг; К₂О – 20 кг и Zn – 5 кг на га. Любое отклонение от указанных рекомендаций привело к недополучению урожая сои (рис.5).

Рис.5. Снижение урожайности в зависимости от отсутствия какого-либо элемента в составе удобрений, рекомендованных по результатам почвенного анализа [2].

Необходимо отметить, что на контрольное поле было внесено традиционно 12,5 кг Nи 30 кг Р₂О₅. Комплексный подход внесения питательных веществ способствует синергетическому их воздействию на растение и позволяет избежать избыточного внесения.

Интересные исследования провели при сравнении No-till технологии и традиционной пахотной с удалением соломы с поля. Применение 28 кг/га азота в необработанную почву с пожнивными остатками пшеницы повысили урожай сои, а та же норма при традиционной пахотной технологии прибавки к урожаю не дала [2]. Вообще, наибольшее повышение окупаемости удобрений наблюдалось при системе No-till. О технологии No-till речь пойдет в отдельном разделе.

Таким образом, при определении варианта состава комплексного удобрения необходимо:

— учитывать потребность в питательных веществах на единицу зерна;

— знать содержание в почве питательных веществ в доступной форме;

— определить процентную долю питательных веществ, вносимых с удобрением;

— взаимовлияние различных элементов питания в процессе их усвоения растением.

Для расчета требуемой доли удобрений существуют методики с учетом вышеперечисленных показателей. На рисунке 6 показана эффективность балансового метода по сравнению с традиционной схемой.

Рис.6. Разница в урожайности сои на различных участках при внесении удобрений, рассчитанных на основе балансового метода и при традиционном методе [2].

Эффективность удобрений, а особенно рентабельность их внесения, правильно рассчитывать не на одну культуру, а с учетом всей системы земледелия по той причине, что большинство удобрений, особенно фосфорных и серных, имеют сильное остаточное действие. Микроэлементы, такие как цинк, так же «работают» и на последующих после сои культурах. Особенно эффективно правильное сочетание органических удобрений с минеральными.

Как бы ни старался человек, подобрать состав комплексного удобрения, необходимый для полного удовлетворения растения в его развитии и продуктивности, он ограничен уровнем знания о сложнейших биохимических процессах взаимодействия растения с окружающей средой, почвой и симбиозом корневой системы и почвенной биоты. Здесь на помощь человеку приходит органическое удобрение, частично снимающее риск на незнание.

Преимущество органических удобрений в том, что они имеют разнообразный состав как основных элементов питания, так и микроэлементов. Кроме того, органические удобрения улучшают физические, химические и биологические свойства почвы. Органические удобрения, помимо того, что снабжают питанием культуру текущего сезона, оказывают существенное влияние на последующие культуры севооборота. Тем не менее, большое количество органического удобрения не всегда устраняет дефицит отдельных элементов. Это необходимо выявлять и довносить требуемые элементы.

Комплексное внесение навоза (5 т/га) и минерального удобрения 50% дозы NPKS при инокуляции сои и на следующий год 75% дозы NPKS + фосфоромобилизирующие бактерии под пшеницу позволило получить на 46% больше семян сои и на 24% больше зерна пшеницы, чем при использовании традиционных систем удобрений [2].

Рис.7. Урожайность сои в зависимости от вариантов внесения удобрений (осредненные данные по четырем сортам в течение трех лет 2005-2008 гг.) [1].

Рис.8. Урожайность семенного потомства в зависимости от способа подкормки (Данные за три года по двум сортам сои «Романтика» и «Скеля») [1].

Рис.9. Урожайность сои в зависимости от вариантов внесения удобрений (осредненные данные по четырем сортам в течение пяти лет (2006-2010гг.)).

Рис.10. Урожайность сои в зависимости от вариантов внесения удобрений по 22 сортам в период 2006-2010 гг. [3].

Т.е. всего 5 тонн органического удобрения на гектар (0,5 кг на м 2 ) позволили сэкономить 50% затрат на минеральные удобрения в первый год и 25% во второй, а повышение урожайности при этом составило 46% в первый год (соя) и 24% во второй (пшеница).

В целом, Гуригбал Сингх рекомендует внесение на один гектар под сою 5-10 г навоза, 20 кг азота, 80 кг P₂O₅, 20 кг К₂О и 20 кг серы. При наличии биоудобрений рекомендация следующая – Na₃₀P₃₀K₃₀, 5 т. навоза и биоудобрения [2].

Еще более убедительные данные в пользу предпочтения органическим удобрениям в агротехнологии возделывания сои получены в институте растениеводства им. В.Я. Юрьева. В течение трех лет на четырех сортах сои проводились исследования по влиянию различных способов подкормки. На рисунке 7 приведены результаты исследований по урожайности сои.

Полученные результаты интересны тем, что соя «дружит» с органическим удобрением против чисто минерального. Поэтому так и называется эта глава — «Соя дружит с органикой». На мой взгляд, объяснение снижения урожайности при внесении минеральных удобрений совместно с достаточным количеством органического лежит в следующем. При органическом удобрении ризобии, взаимодействующие с корнями сои, активно «работают», находясь в комфортной органической среде. Внесение дополнительного азота в эту среду нарушило эту «комфортность», и «работа» ризобий оказалась подавленной. Это подавление усугубилось при внесении большей дозы азота. Интересным фактором является также то, что семена сои, полученные с полей при разных вариантах подкормки, отблагодарили за комфортные условия жизни, предоставленные родителям, повышенным урожаем в следующем году. Это хорошо видно из рисунка 8.

За время написания этого материала ученые Института растениеводства им. В.Я. Юрьева НААНУ опубликовали результаты расширенного исследования по влиянию системы удобрений при возделывании сои. Исследования были проведены на 22 различных сортах сои в течение пяти лет (2006-2010 гг.) [3].

Интересно сопоставить данные этих исследований с приведенными выше по той причине, что выявление закономерностей в агротехнологии существенно отличается от исследований в точных науках. Основное отличие – большое количество неповторяющихся параметров, влияющих на процессы. Для подтверждения каких-то закономерностей необходимы неоднократные повторения экспериментов, приходящихся на разные погодные условия для разных сортов конкретной культуры и т.п.

Для начала сопоставим данные по одним и тем же сортам сои, полученные в интервале 2005-2008 гг. (рис.7 и рис.8) с данными в период 2006-2010 гг. (рис.9).

Практически, результаты совпадают, а вот если взять результаты за тот же период (2006-2010 гг.) по двадцати двум сортам сои, в число которых входят и те четыре сорта, результаты исследований по которым приведены на рисунках 7-9, то картина уже меняется (рис.10).

Какие выводы можно сделать? Получение более достоверных результатов исследований в агротехнологии по какой-либо культуре требует многократной повторяемости (разные погодные условия в разные годы) и, по возможности, большего количества сортов исследуемой культуры. Различие результатов исследований, приведенных на рисунках 7-9 и рисунке 10, подтверждают вышесказанное.

Тем не менее, результаты более расширенного исследования (рис.10) не побудили меня изменить название главы по той причине, что разница в урожайности сои при внесении органического удобрения в количестве 30 т/га (фон) и дополнительное внесение минеральных удобрений в дозах N₃₀P₃₀K₃₀ и N₆₀P₆₀K₆₀ практически не наблюдается, а затраты на само минеральное удобрение и внесение его сильно снижают рентабельность производства сои.

Кроме того, как показали исследования, применение органических удобрений снижает уровень заражения фузариозными корневыми гнилями независимо от сроков сева. Так, в период исследований 2010-2011 гг. было зафиксировано при внесении органических удобрений (сев в третьей декаде апреля) снижение развития корневых гнилей в среднем на 15% [3].

Итак, соя дружит с органикой. Агроному нужно только услышать ее голос.

В то же время, в результате пятилетних исследований ученые института растениеводства им. В.Я. Юрьева НААН пришли к выводу, что в случае невнесения органических удобрений под сою, оптимальной для лесостепной зоны Украины является доза N₃₀P₃₀K₃₀. Испытания показали, что без удобрений урожайность сои составила 1,72 т/га, а при внесении указанной дозы удобрения – 1,86 т/га. Но при этом надо понимать, что использование только химических удобрений снижает долю гумуса в почве. Интересны в этой связи результаты исследований, проведенных в Институте Сельского Хозяйства Полесья НААН по изменению баланса гумуса в почве при внесении чисто минеральных удобрений и внесении минеральных удобрений совместно с органическими (таблица №1).

Таблица №1. Баланс гумуса в слое почвы 0-20 см при разных системах удобрения в коротких ротационных севооборотах [4].

Внесено удобрений на 1 га севооборотной площади

Источник