Биологические ресурсы минерального питания сельскохозяйственных культур в Красноярском крае

Введение. В сохранении и повышении плодородия почв сельскохозяйственных угодий большое значение принадлежит органическим удобрениям. Они оказывают комплексное положительное влияние на агрофизические, агрохимические и биологические свойства почв, повышают эффективность применения минеральных удобрений в растениеводстве и выполняют санитарно-гигиеническую роль в охране агроэкосистем. Недостаточное применение удобрений в агропромышленном комплексе края привело к снижению плодородия почв и продуктивности земледелия. По данным агрохимической службы [1–3], в пахотных почвах региона наблюдается уменьшение содержания гумуса и доступных для растений питательных веществ. Вносимые дозы минеральных (25–28 кг/га д.в.) и органических (0,9–1,0 т/га) удобрений не компенсируют выноса элементов питания с урожаями сельскохозяйственных культур. Земледелие края ведется с отрицательным балансом гумуса, макро- и микроэлементов. В сложившихся условиях для повышения эффективности сельскохозяйственного производства необходимо увеличить применение в земледелии всех биологических источников минерального питания растений. Рациональное использование местных ресурсов органических удобрений и микробиологических препаратов стабилизирует плодородие пахотных почв, улучшит экологическую ситуацию в агро- ценозах и повысит продуктивность регионального земледелия.

Цель исследований . Оценка биологических ресурсов минерального питания сельскохозяйственных культур в земледелии Красноярского края.

Объекты и методы . Сельскохозяйственное производство в Красноярском крае сосредоточено в лесостепных и подтаежной зонах. В структуре почвенного покрова пахотных угодий края преобладают черноземы, на долю которых приходится 60 % обследованной площади, серые лесные занимают 27 %, дерново-подзолистые – 5 %, лугово-черноземные и другие почвы – 6 % [4]. Особенностями почв региона являются значительная его комплексность, повышенная гумусированность, укороченность аккумулятивного горизонта и пониженная степень опод-золенности. Разнообразие природных условий в регионе оказывает большое влияние на потенциальное и эффективное плодородие почв, содержание, формы и подвижность в них питательных веществ.

При расчете ресурсов органических удобрений использовали данные по структуре посевных площадей и поголовью сельскохозяйственных животных за 2015– 2016 гг. Учет баланса подстилочного навоза и помета определялся в соответствии с «Нормами технологического проектирования системы удаления и подготовки к использованию навоза и помета НТП-17-99» [5]. Ресурсы соломы на удобрение рассчитывались согласно принятым рекомендациям [6]. Средние коэффициенты перерасчета различных видов органических удобрений в подстилочный навоз КРС определялись по справочным данным [7].

Результаты и их обсуждение . Основным органическим удобрением в земледелии является навоз. Рациональное использование навоза в агроценозах способствует повышению плодородия почв и продуктивности сельскохозяйственных культур. Положительное действие навоза в земледелии отмечается в подтаежной, лесостепной и степной зонах Красноярского края [8]. В условиях региона каждая тонна подстилочного навоза с учетом последействия обеспечивает дополнительно 0,4– 0,5 ц зерновых единиц. В связи с сокращением поголовья сельскохозяйственных животных применение подстилочного навоза в агропромышленном комплексе края сократилось в несколько раз (табл. 1).

В настоящее время в крае используется 3,013 млн т навоза. С этим количеством в почву вносится 40686,4 т азота, фосфора и калия. Для повышения эффективности действия навоза в региональных условиях необходимо его компостирование и внесение в почву в полуперепре-вшей стадии разложения.

Применение птичьего помета на удобрения характеризуется высокой эффективностью при выращивании различных сельскохозяйственных культур. В полевых опытах без внесения минеральных удобрений подстилочный помет был эффективнее подстилочного навоза в 1,3–2,5 раза [9]. На птицефабриках Красноярского края ежегодно накапливается 1,05 млн т помета в пересчете на подстилочный навоз КРС (табл. 2). Для повышения эффективности этого удобрения и улучшения экологической обстановки в региональном земледелии необходимо его компостирование и внесение в почву в сухом гранулированном виде.

Применение подстилочного навоза в земледелии Красноярского края

Таблица 1

Природная зона	Количество подстилочного навоза, т	Доза внесения, т/га		Поступление питательных веществ, кг/га
		1990 г.	2016 г.	азота	фосфора	калия	всего
Подтаежная	38600	1,1	0,1	193,0	96,5	231,6	521,1
Красноярская лесостепь	317200	3,3	1,0	1586,0	793,0	1903,2	4282,2
Ачинско-Боготольская лесостепь	42400	2,2	0,3	212,0	106,0	254,4	572.4
Назаровская лесостепь	700200	3,0	3,1	3501,1	1750,5	4201,2	9452,8
Чулымо-Енисейская лесостепь	620000	2,3	1,1	3100,0	1550,0	3720,0	8370,0
Канская лесостепь	610000	1,8	0,6	3050,0	1525,0	3660,0	8235,0
Минусинская лесостепь	685400	2,3	1,1	3427,0	1713,5	4112,4	9252,9
Всего по краю	3013800	2,3	1,0	15069,1	7534,5	18082,8	40686,4

Ресурсы птичьего помета на удобрение в Красноярском крае, т

Таблица 2

Птицефабрика	Количество птичьего помета	Эквивалент навозу	Доза внесения, т/га	Примерное поступление питательных веществ
				азота	фосфора	калия	всего
Бархатовская, Березовская, Енисейская, Инская, Заря, Сибирская губерния, Шушенская	350000	1050000	0,35	5250	2625	6300	14175

В условиях резкого сокращения сельскохозяйственных животных необходимо значительную часть соломы зерновых и зернобобовых культур использовать на удобрение. Применение соломы на удобрение является одним из наиболее доступных и экономически эффективных способов сохранения и повышения плодородия почв, улучшающих экологическую и противопожарную ситуацию в регионе. С одной тонной соломы в почву поступает 819 кг органического вещества, 5–14 кг азота, 1–2,5 кг фосфора, 10–17 кг калия, 3–12 кг кальция, 1–3 кг магния, а также сера и микроэлементы [6]. При разложении соломы микроорганизмами, ее гумификации и минерализации почва обогащается подвижными формами макро- и микроэлементов, которые участвуют в формировании урожая культур в севообороте.

В Красноярском крае зерновые и зернобобовые культуры возделываются на площади более 1 млн га. Расчет баланса соломы показывает, что примерно 2,4 млн т можно использовать в растениеводстве в качестве органических удобрений. Запахивание такого количества соломы равноценно внесению в почву 4,80 млн т подстилочного навоза (табл. 3). С соломой в почву дополнительно поступает 64916,1 т азота, фосфора и калия. По данным Красноярского научно-исследовательского института сельского хозяйства, внесение соломы в почву с компенсирующими дозами азотных удобрений на 3– 12 ц/га повышает в севооборотах урожайность зерна яровой пшеницы, ячменя и овса [10]. Применение соломы на удобрение дешевле, чем приготовление и внесение в почву навоза, а также устраняет затраты на ее вывоз и хранение.

Под влиянием сидератов улучшаются агрофизические, агрохимические, биологические свойства почв и фитосанитарное состояние посевов сельскохозяйственных культур. Применение сидератов является одним из приемов биологической системы земледелия, обогащает почву биологическим азотом, создает оптимальные условия для роста и развития всех культур в севооборотах и увеличивает коэффициент использования пашни. При запахивании 10–20 т/га зеленой массы сидератов в почву вносится 100–200 кг азота, 35–70 кг фосфора и 85–180 кг калия [11]. Прибавки урожая зерна озимых и яровых культур при применении сидератов составляют 0,5–1,0 т/га, картофеля – 5–9, зеленой массы кукурузы – 5–7 и других силосных культур – 4–10 т/га [12, 13]. В первую очередь зеленые удобрения необходимо использовать на полях, удаленных от населенных пунктов и животноводческих ферм. Сидераты по своему влиянию на урожайность культур не уступают подстилочному навозу, а затраты на их производство и применение в 3–4 раза ниже.

Таблица 3

Использование соломы зерновых и зернобобовых культур на удобрение в Красноярском крае, т

Природная зона	Количество соломы и зернобобовых культур	Эквивалент навозу	Доза внесения, т/га	Возможное поступление питательных веществ
				азота	фосфора	калия	всего
Подтаежная	36000	72000	1,1	360,0	180,0	432,0	972,0
Красноярская лесостепь	152400	304800	1,3	1524,0	762,0	1828,8	4114,8
Ачинско-Боготольская лесостепь	63000	126000	1,6	630,0	315,0	756,0	1701,0
Назаровская лесостепь	327000	654000	3,1	3270,0	1635,0	3924,0	8829,0
Чулымо-Енисейская лесостепь	988000	1976000	3,3	9880,0	4940,0	11856,0	26676,0
Канская лесостепь	523900	1047800	1,9	5239,0	2619,5	6286,8	14145,3
Минусинская лесостепь	314000	628000	1,8	3140,0	1570,0	3768,0	8478,0
По краю	2404300	4808600	2,0	24043,0	12021,5	28851,6	64916,1

В Красноярском крае площадь сидеральных паров можно увеличить до 200,0 тыс. га. При средней урожайности сидеральных культур 15 т/га в почву паровых полей вносится 3,0 млн т зеленой массы растений, что эквивалентно 2,25 млн т подстилочного навоза (табл. 4). Сиде- ральные пары, в сравнении с чистыми, снижают потери питательных веществ из пахотного слоя от вымывания, защищают почву от дефляции и водной эрозии, являются элементами почвозащитной системы земледелия.

Таблица 4

Размещение сидератов	Площадь, тыс. га	Выход биомассы		Примерное поступление питательных веществ
		сидерата	эквивалент навозу	азота	фосфора	калия	всего
Сидерат семейства капустных	100,0	1500000	1200000	7500	1345	7500	16345
Сидерат семейства бобовых	100, 0	1500000	1050000	6000	1500	7520	15020
Всего по краю	200,0	3000000	2250000	13500	2845	15020	31365

Объемы применения зеленых удобрений в Красноярском крае, т

Почвы земледельческой части Красноярского края характеризуются пониженным содержанием подвижных форм микроэлементов [14]. Высокая гумусированность региональных почв, нейтральная и близкая к нейтральной реакция среды способствуют уменьшению поступления микроэлементов растениям, что приводит к снижению их урожайности и ухудшению качества продукции. Внесение органических удобрений в почву способствует обогащению их микроэлементами (табл. 5). Наибольшее количество микроэлементов поступает в почву при применении зеленых удобрений.

Таблица 5

Удобрение	Доза внесения, т/га	Микроэлементы, г/га
		Марганец	Медь	Цинк	Кобальт	Всего
Навоз	1	50,2	3,9	24,0	0,3	78,4
Солома	2	66,8	2,8	15,8	0,2	85,6
Сидераты	15	255,0	24,0	117,0	3,0	399,0

Возможное поступление микроэлементов в почву при внесении органических удобрений

Растительные остатки (поверхностные и корневые) содержат большое количество элементов питания, которые используют последующие культуры севооборота. В агроценозах количество растительных остатков в посевах культур зависит от биологических свойств растений, почвенно-климатических условий, уровня агротехники и ве- личины урожаев сельскохозяйственных культур. Примерное количество растительных остатков, поступающее в почву после выращивания культур в регионе, в пересчете на подстилочный навоз КРС составляет 3,32 млн т, или 1,6 т/га. При запахивании растительных остатков в почву поступает 44875,8 т азота, фосфора и калия. Учет балан- са растительных остатков является необходимым условием при разработке рациональной системы удобрения сельскохозяйственных культур.

В связи с недостаточными ресурсами традиционных органических удобрений (навоз, птичий помет) в региональном земледелии возникает необходимость в эффективном использовании местных природных агрономических руд (торф, сапропель). Эти удобрения позволяют вовлекать в биологический круговорот агроценозов доступные для растений питательные вещества, обладают длительным последействием, повышают не только урожайность сельскохозяйственных культур, но и улучшают качество растительной продукции. Большое количество торфов в Красноярском крае требует дифференцированного подхода к их использованию. Торфяной фонд края представлен верховым торфом (55,2 %) и переходным (32,6 %). В земледельческой части края преобладают низинные торфяники средней степени разложения (25– 40) с нейтральной или слабощелочной реакцией среды. Площадь торфяников составляет 1295,8 тыс. га, а общие запасы торфа равны 3613,1 млн т [15]. Месторождения торфа имеются практически во всех районах подтаежной, лесостепной и степной зон края.

Количество общего азота в местных торфах колеблется в зависимости от типа и вида в пределах 0,8–3,5 %, фосфора – 0,1–0,5, калия – 0,05–0,4 %. Несмотря на высокое содержание в торфе азота, он является плохим источником азотного питания растений, так как азот в нем находится в форме сложных органических соединений, которые слабо минерализуются в почве. Поэтому местный торф как удобрение необходимо применять в виде компостов. Из торфяных компостов наиболее ценными являются торфонавозные, торфопометные и торфожиже-вые. По данным Красноярского научноисследовательского института сельского хозяйства [15], одна тонна торфяного компоста на черноземе обыкновенном обеспечивает прибавку урожая в 0,2–0,4 ц/га кормовых единиц, а на серых лесных почвах в кормовом звене – 0,5–0,7 ц/га. Совместное внесение торфяных и минеральных удобрений повышает их эффективность.

В южной части Красноярского края запасы сапропеля имеются в 23 озерах. Прогнозные ресурсы сапропелевых отложений превышают 41467,0 тыс. т [16]. Концентрация тяжелых металлов (бора, кобальта, марганца, меди, молибдена, цинка, никеля, хрома) в сапропелях варьирует в пределах 10–480 мг/кг, стронция-90 – 1,7–2,0 Бк/кг, цезия-137 – 3,9–7,2 Бк/кг и не превышает фоновых значений. Содержание азота в сапропелях колеблется от 4 до 6 %, фосфора – 0,1–0,6 и калия – 0,1–0,2 % на сухое вещество. В свежедобытом сапропеле содержание подвижных соединений азота, фосфора и калия в 2–3 раза ниже, чем в подстилочном навозе. Учитывая, что в сапропеле преобладают малоподвижные формы питательных веществ, для повышения эффективности удобрения к нему необходимо при компостировании добавлять подстилочный и бесподстилочный навоз. Сапропели в крае представлены в основном карбонатными видами, которые необходимо в первую очередь применять на кислых почвах легкого гранулометрического состава, подверженных дефляции и водной эрозии. Эти удобрения характеризуются высокой эффективностью при выращивании картофеля, зерновых и кормовых культур на небольшом расстоянии их транс- портировки. По уровню эффективности в растениеводстве сапропелевые удобрения близки к торфонавозному компосту [9]. Под влиянием сапропелевых удобрений повышается плодородие почв и продуктивность сельскохозяйственных культур.

Одним из источников улучшения азотного баланса в агроценозах является биологическая фиксация атмосферного азота. В условиях Сибири, за счет симбиотической азотфиксирующей способности, в почвах за вегетационный период может накапливаться от 30 до 250 кг/га азота [17–19]. Другим источником пополнения запасов минерального азота в почве является ассоциативная азотфиксация. Количество фиксированного азота из атмосферы при несимбиотической азотфиксации может составлять от 10 до 107 кг/га [20–22]. Для усиления природной азотфиксирующей способности в региональных условиях необходимо применение бактериальных удобрений. Использование микробиологических удобрений для обработки семян различных сельскохозяйственных культур повышает их урожайность на 15–30 %. Увеличение посевных площадей под зернобобовыми культурами и многолетними бобовыми травами, рациональное применение бактериальных препаратов, усиливающих симбиотическую и ассоциативную азотфиксацию, позволит вдвое повысить поступление биологического азота в почвы региона.

Выводы. Рациональное использование всех биологических источников минерального питания растений поможет стабилизировать плодородие почв сельскохозяйственных угодий, компенсировать остродефицитный баланс питательных веществ в региональном земледелии, повысить продуктивность полевых культур и улучшить экологическую ситуацию в агроценозах.