Пролонгированные формы азотных удобрений в технологии зерновых культур: эффективность и перспективы

Pozdeev Ilya Alexandrovich

Student, 1st year master's program

Faculty of Agrochemistry and Plant Protection

Kuban State Agrarian

I.T. Trubilin University,Krasnodar

Abbasova Amina Aidynovna

Student, 1st year of the master's program Faculty of Agrochemistry and Plant Protection

Kuban State Agrarian

I.T. Trubilin University,Krasnodar

Ilyina Evgeniya Igorevna

Student, 1st year of the master's program Faculty of Agrochemistry and Plant Protection

Kuban State Agrarian

I.T. Trubilin University,Krasnodar

PROLONGED FORMS OF NITROGEN FERTILIZERS IN THE TECHNOLOGY OF GRAIN CROPS: EFFICIENCY AND PROSPECTS

Annotation

Современное зерновое производство в России сталкивается с двумя противоречивыми задачами — необходимостью повышения урожайности для обеспечения продовольственной безопасности и минимизацией негативного воздействия на окружающую среду. Традиционные формы азотных удобрений, прежде всего карбамид и аммиачная селитра, обладают существенными недостатками: низкий коэффициент использования азота растениями (не превышающий 30–50% в зависимости от почвенноклиматических условий), значительные потери азота за счет денитрификации, вымывания нитратов и летучих потерь аммиака. По данным Географической сети опытов с удобрениями РФ, долевое участие азотных удобрений в формировании урожайности зерновых культур варьирует от 10 до 32% при сравнении с влиянием почвенного плодородия и сортовых особенностей.

Альтернативой традиционным формам служат пролонгированные азотные удобрения и удобрения с контролируемым высвобождением (CRNF — controlled-release nitrogen fertilizers), обеспечивающие синхронизацию поступления азота с физиологическими потребностями растений на протяжении вегетационного периода. Цель настоящей работы — систематизировать современные научные данные об эффективности пролонгированных форм азотных удобрений при возделывании зерновых культур и определить перспективные направления развития данной технологии.

Пролонгированные азотные удобрения подразделяются на несколько основных типов. Покрытые удобрения (coated fertilizers) — гранулы карбамида или других удобрений, покрытые полимерными, серными или полимерно-серными оболочками, контролирующими скорость диффузии азота. Удобрения, модифицированные ингибиторами нитрификации

(например, DMPP — диметилпиразолфосфат) и уреазы (NBPT — N-бутилтиофосфортриамид), не ограничивают выход азота из гранулы, но замедляют микробиологические превращения аммонийного азота в нитратный и гидролиз мочевины. Сульфат-нитрат аммония как твердое удобрение с низкой растворимостью также может быть отнесен к пролонгированным формам. Коэффициент использования азота растением при применении модифицированных форм может возрастать до 27%, а эффективность применения ингибиторов подтверждается снижением активности генов нитрификации и денитрификации в почве. Применение ингибиторов нитрификации и уреазы обеспечивает более высокое содержание минеральных форм азота в почве в течение вегетации, что создает благоприятные условия для питания растений на всех этапах развития.

Озимая пшеница — одна из наиболее отзывчивых на пролонгированные формы азотных удобрений зерновых культур. Применение удобрений с ингибиторами нитрификации и уреазы позволяет получить прибавку урожайности зерна от 5 до 21%, коэффициент использования азота растениями увеличивается на 5–18%. Важное преимущество пролонгированных форм — возможность снижения доз азота на 20–30% без потери урожайности и улучшения качества продукции за счет уменьшения содержания нитратов.

Проведенные в 2020–2022 гг. исследования в почвенно-климатических условиях центральной зоны Краснодарского края показали высокую эффективность пролонгированного удобрения Ruscote. Опыты проводились на черноземе выщелоченном малогумусном сверхмощном (содержание гумуса в слое 0–30 см — 3,4%, нитратного азота — 8,3 мг/кг, аммонийного — 6,5 мг/кг, подвижных фосфора и калия — 59 и 372 мг/кг соответственно) при возделывании озимой пшеницы сорта Ахмат.

Внесение Ruscote в дозе N145P90K60 повышало урожайность по сравнению с контролем на 36,4%, традиционных удобрений — на 9,5%.

Удобрение не влияло на содержание нитратов в почве, но способствовало равномерному распределению аммонийного азота по фазам вегетации: от 26,6 мг/кг в фазе выхода в трубку до 12,0 мг/кг в фазе полной спелости. В фазе колошения Ruscote обеспечивало увеличение высоты растений на 6,2– 7,5 см, накопление воздушно-сухой массы — на 0,16–0,92 г/раст..

В условиях Нечерноземной зоны России новые формы пролонгированных удобрений, покрытые монокальцийфосфатом толщиной 50 и 100 мкм, повышают урожайность яровой пшеницы на 8–18%, сбор сырого протеина — на 8–16%, а коэффициенты использования азота удобрений — на 5–17% по сравнению с традиционными формами.

В вегетационных и полевых опытах на яровой пшенице применение карбамида, модифицированного ингибиторами уреазы и нитрификации, обеспечивало прибавку урожая на 9–12%, коэффициент использования азота удобрений возрастал на 16–27%. Применение DMPP (ингибитора нитрификации) совместно с сульфоаммофосом повышало коэффициент использования азота на 18%. Применение ингибитора уреазы NBPT совместно с карбамидом увеличивало коэффициент использования азота на 12%. Окупаемость удобрений урожаем зерна под действием ингибиторов возрастала на 1,9–7,1 кг/кг.

Кукуруза демонстрирует высокую отзывчивость на пролонгированные формы азотных удобрений. Прибавка урожайности кукурузы при использовании карбамида с ингибиторами нитрификации или уреазы может составлять 6–17%, коэффициент использования азота увеличивается на 17– 20%. В исследованиях, проведенных в 2019–2021 гг. на черноземе выщелоченном малогумусном сверхмощном (содержание биогенных элементов в слое 0–30 см: N–NO₃ — 8,0 мг/кг, NH₄NO₃ — 7,4 мг/кг, P₂O₅ — 57 мг/кг, K₂O — 412 мг/кг), установлено, что включение удобрения Ruscote в технологию возделывания кукурузы при всех изучаемых дозах обеспечивало урожайность от 5,76 до 6,05 т/га. Максимальная урожайность кукурузы — 6,05 т/га — получена при внесении Ruscote в дозе N60, что выше контроля на 17,5% и выше урожайности при применении традиционных удобрений в среднем на 6,1%. На фоне применения пролонгированного удобрения потребление нитратного и аммонийного азота в фазу полной спелости было больше по сравнению с традиционными формами. Вегетационный период растений увеличивался на 4 дня при использовании традиционных удобрений и на 8 дней — при использовании Ruscote. В международных исследованиях установлено, что замена части традиционной мочевины на удобрения с контролируемым высвобождением в системе зернового севооборота повышает урожайность озимой пшеницы на 3,0–15,3%. Контролируемые формы удобрений позволяют сохранять урожайность кукурузы даже при снижении дозы азотных удобрений на 20%.

Оптимального соотношения эффективности и экономической целесообразности можно достичь при смешанном применении традиционных и пролонгированных форм. Исследования в системе зимняя пшеница — летняя кукуруза показали, что однократное внесение контролируемой смеси удобрений (соотношение покрытой мочевины и традиционной мочевины 5:5 для озимой пшеницы и 3:7 для летней кукурузы) увеличивает урожайность летней кукурузы на 0,4–5,6%, а годовую урожайность — на 1,6–3,1% по сравнению с традиционным дробным внесением. Коэффициент восстановления азота увеличивался на 2,05–6,24 кг/кг, а годовой чистый доход возрастал на 0,2–6,3%. В Китае при смешивании покрытого карбамида с обычным в соотношении 5:5, 3:7, 7:3 и 5:5 также подтверждена возможность обеспечения стабильной годовой урожайности при снижении норм азотных удобрений.

Применение пролонгированных форм азотных удобрений позволяет сократить дозы азота на 20–30% и снизить расходы на их внесение благодаря однократному применению вместо многократных подкормок. Сокращение расхода удобрений снижает нагрузку на окружающую среду и экономит материальные ресурсы. Несмотря на более высокую стоимость единицы удобрения, экономическая эффективность увеличивается за счет:

• •    повышения урожайности и качества продукции;

• •    снижения трудозатрат на внесение;

• •    уменьшения производственных потерь азота и связанных с ними экологических компенсаций.

С экономической точки зрения требуется оптимизация соотношения «качество — цена» при выборе конкретного типа удобрения для каждой почвенно-климатической зоны, поскольку замораживание средств (инвестиции в пролонгированные удобрения на весь сезон) должно окупаться долгосрочной прибавкой урожайности и сокращением операционных затрат.

Параллельно с развитием химических и физических методов пролонгирования активно развиваются биотехнологические подходы Препарат Envita Dry компании Syngenta на основе бактерий Gluconacetobacter diazotrophicus способен фиксировать атмосферный азот внутри клеток растений, включая небобовые культуры, что позволяет снизить количество вносимого минерального азота. Препарат зарегистрирован для зерновых культур, включая кукурузу, и легко интегрируется в существующие программы внесения удобрений. Перспективным направлением видится интеграция пролонгированных CRNF с биологическими препаратами: бактерии-азотфиксаторы обеспечивают базальный уровень азота, а CRNF корректируют питание в критических фазах развития растений, что позволяет минимизировать экологическую нагрузку традиционного земледелия.

Пролонгированные формы азотных удобрений представляют собой одно из наиболее перспективных направлений повышения эффективности зернового производства. Проведенные исследования показывают:

• 1.    Применение CRNF на озимой пшенице обеспечивает прирост урожайности до 36% (Ruscote, Краснодарский край) и повышение коэффициента использования азота на 5–18%.

• 2. На яровой пшенице модифицированные карбамидные удобрения обеспечивают прибавку урожая 9–12% и повышение коэффициента использования азота на 16–27%.

• 3. На кукурузе CRNF позволяют повысить урожайность на 6–17% и увеличить коэффициент использования азота на 17–20%.

• 4.    Экологическая эффективность выражается в снижении N₂O-выбросов на 23–30%, суммарного глобального потенциала потепления — на 9–12%, замедлении газообразных потерь азота в 2 раза.

• 5.    Экономическая эффективность достигается за счет сокращения доз азота на 20–30%, уменьшения количества подкормок и роста качества продукции.

• 6.    Перспективы развития лежат в области комбинированных смесей покрытой и традиционной мочевины для однократного внесения, использования покрытий из возобновляемого сырья и интеграции CRNF с микробиологическими азотфиксирующими препаратами.

Дальнейшие исследования должны быть направлены на совершенствование технологий внесения пролонгированных форм с учетом почвенно-климатических зон России, экономическую оптимизацию соотношения различных типов удобрений и разработку научно обоснованных рекомендаций для производственных условий.