Оптимальное питание растений

Вся история земледелия определяется поиском оптимизации минерального питания растений со стремлением обеспечить простое или расширенное воспроизводство плодородия почв. Возникновение в XIX в. искусственных минеральных удобрений определило вариации плодоизменительной системы земледелия, которая в 80-х годах ХХ ст. трансформировалась в интенсивную с признаками высокой производительности и чрезмерного химического давления на окружающую среду. За короткое время внедрения этой системы земледелия достигнуты не только высокие урожаи сельхозкультур, но и невиданное ранее загрязнение педосферы, поверхностных и грунтовых вод, неся реальную угрозу здоровью общества.

Уже в 20-30-е гг. ХХ ст. стало понятно, что при условии роста химического прессинга на землю придется искать альтернативные пути химизации. Их основы заложены в учениях А. Подолинского и Э. Пфайфера, трансформировавшихся в Европе в биодинамическое, биологическое и, наконец, в органическое земледелие. Однако в мировой практике органического производства система минерального питания растений остается на нормативах тех далеких 20-х годов ХХ ст.: полуперепревший и перепревший навоз КРС, моча (желательно из органических ферм), разного вида мука органических отходов (костная, кровяная, роговая), побочная органическая продукция различных промышленных производств, зерновых и других культур, зеленые удобрения, древесная зола, компосты. Этот список можно продолжить, но на уровне начальной продукции или полуфабрикатов.

В традиционных технологиях предпочтение отдавалось, собственно, корневому питанию растений как основе повышения потенциального и эффективного плодородия почвы. Значительно меньше уделялось внимание воздушному питанию, ассимиляции зеленым листом СО 2 и отдельных соединений минерального и органического происхождения в микродозах.

Активная и пассивная сорбция

Так же в современных системах земледелия уделяется недостаточно внимания факторам, подлежащим осознанному регулированию, таким как активная и пассивная сорбция растением элементов питания. Известно, что под активной сорбцией понимается преодоление растением энергетических барьеров в процессе его минерального питания. При активной сорбции тратится излишняя энергия на усвоение питательных веществ, снижается энергия роста, уменьшается производительность, ухудшается качество продукции. Проявления активной сорбции наиболее характерны для засоленных, солонцеватых почв и земель с кислой реакцией почвенного раствора при высоких концентраций минеральных удобрений, несбалансированного внесения NPK, нехватки влаги в почве, высокой засоренности поля. Поэтому при любых системах ведения земледелия следует стремиться к пассивной сорбции в водном и минеральном питании растений, которое происходит без значительных усилий и потерь биологической энергии.

Обычно в естественных условиях концентрация почвенного раствора незасоленных грунтов составляет 0,02-0,2%, а диапазон толерантности — 0,03-0,2%. Окислительно-восстановительный потенциал (Еh) для почв черноземного типа составляет 350-600 мВ, для подзолистых — 600-750 мВ. Незначительное повышение Еh улучшает аэрацию и минеральное питание растений, значительное переводит минеральные соединения в нерастворимые формы.

В процессах минерального питания растений важно регулирование уборной способности почвы, оптимальные показатели которого достигаются ее обогащением органическими веществами, сбалансированным применением азотных, фосфорных и калийных удобрений и химической мелиорацией земель с кислой или щелочной реакцией почвенного раствора. Теоретические основы пассивной сорбции переходят в практическую плоскость, ведь она достигается при оптимальном водном питании растений, применении сбалансированных и умеренных доз минеральных удобрений, обязательном наличии на поле свежего органического вещества — не только навоза, но и побочной продукции растениеводства и сидератов. Пассивной сорбции невозможно достичь на землях со щелочной или кислой реакцией почвенного раствора. Однако химической мелиорации в современном земледелии уделяется внимания меньше всего.

В настоящее время тот, кто хочет экономить ресурсы за счет экстенсивного ведения хозяйства или за счет внесения только минеральных удобрений, проигрывает в том, что оставляет на высоком уровне активную сорбцию и не достигает соответствующей окупаемости средств химизации и повышения урожайности и качества сельскохозяйственной продукции. Поэтому современная система удобрения в севооборотах любой специализации должна базироваться на комплексном подходе, предусматривающем наличие в ней бобового компонента, что сокращает расход азотных удобрений на 20–30%, максимальном вовлечении в систему удобрения побочной продукции растениеводства и сидератов на фоне оптимизации минерального питания растений путем привлечения «тонких» технологий – гуматных удобрений и стимуляторов роста, изготовленных на природной основе, а также биопрепаратов симбиотического, ассоциативного и защитного действия.

Возобновляемое и органическое земледелие

Интенсивное ведение земледелия основано на максимальном применении только минеральных удобрений или в монокультуре (как при выращивании кукурузы) неизбежно ведет к декальцинации и дегумификации почвенного покрова, что является признаком быстрой деградации.

Наиболее приемлемыми моделями для современного хозяйствования на земле является возобновляемая и органическая система земледелия. Первая из них включает все рациональные элементы предыдущих систем земледелия: действующие севообороты с бобовым компонентом, подстилочный навоз, умеренные, но на 30–50% меньшие дозы минеральных удобрений от интенсивной технологии, интегрированная защита растений современными гербицидами и пестицидами. Однако обязательным условием должно быть введение в систему удобрения энергетического материала побочной продукции растениеводства для осуществления пассивной сорбции на фоне химической мелиорации земель с кислой и щелочной реакциями почвенного раствора.

Для оптимизации минерального питания растений в возобновляемой системе земледелия важное значение придается и применению «тонких» технологий, построенных на повышении роли внекорневого питания растений. В частности, это касается обработки семян перед посевом биопрепаратами, листовой подкормки растений гуматами и стимуляторами роста, изготовленными на органической основе.

Органоминеральные комплексы

Смягчение химического пресса в возобновляемой системе земледелия определяется тем, что впоследствии наметится перспектива на полную или частичную замену минеральных удобрений, внесенных в чистом виде. В частности, речь идет о создании органоминеральных комплексов в составе нового поколения органоминеральных биоактивных удобрений (ОМБД), которые изготовляют на естественной основе (сапропель озерный, торф, бурый уголь, солома и зеленая масса) или на основе отходов животноводства (навоз, птичий помет). При оптимальных дозах подстилочного навоза в традиционном земледелии 30–60 т/га и минеральных удобрений N 60-80 Р 60-80 К 60-80при внесении ОМБД их дозы снижаются до 1–2 т/га в основное удобрение при стандартной влажности до 60% и до 0,1–0,3 т/га в строки по посевам с обеспечением урожайности как и традиционных технологий. Суть технологий состоит в том, что в процессе биоконверсии органического вещества проходят процессы его трансформации, обеспечивающие создание гуматной основы для непосредственного минерального питания растений, ранее достигавшейся значительно большей массой подстилочного навоза или птичьего помета в его нативном состоянии.

Гуматные удобрения

В оптимизации минерального питания растений незаметно, но неукоснительно, на первый план выходят собственно «тонкие» технологии, в частности разработка теоретических устоев и практическое воплощение гуматных удобрений, проявляющих себя на уровне микроконцентраций. Резины — специфические прозрачные органические вещества, образующиеся в почве в виде водорастворимых солей гуминовых кислот как биополимеров с высокой емкостью катионного и анионного обмена. Запасы общего гумуса не всегда являются константой, при повышении химических нагрузок на севооборотную площадь происходит не только минерализация органических остатков, но и части гумуса, переходящая в лабильное состояние, представляющее собой водорастворимые формы гуминовых кислот. Их природное поступление в уборочный комплекс почвы является непосредственным источником минерального питания растений.

Эталоном для уравновешенного новообразования органического вещества в наших исследованиях оказалась органическая (24 т/га подстилочного навоза) и восстанавливаемая (6 т/га навоза + 7 т/га побочной продукции + N 49 Р 30 К 51 ) системы удобрения — соответственно 0,215 и 0,195% органического вещества в пахотном (0-20 см) слое почвы. При внесении высоких доз удобрений (12 т/га навоза + N 132 Р 90 К 136 ) содержание ее повышалось почти в 1,7 раза по сравнению с указанными системами удобрения.

Стимуляторы роста нового поколения

В современных условиях важное значение приобретают нанотехнологии, построенные на применении стимуляторов роста нового поколения. Ими, как и гуматными жидкими удобрениями, целесообразно возделывать семена и проводить внекорневую подкормку сельхозкультур. Эти препараты активизируют основные процессы жизнедеятельности, в частности фотосинтез, дыхание, минеральное питание растений и уменьшают поступление в растение нитратов, тяжелых металлов, радионуклидов и остаточных пестицидов, что важно как для интенсивного, так и органического земледелия.