Значение фосфора для растений

В России проблема фосфора в земледелии усложняется постоянным недовнесением фосфорных удобрений, а также нарушением оптимального соотношения между фосфором, азотом и калием.

Значение фосфора для растений трудно переоценить, так как он участвует в ключевых функциях растительного организма. Прежде всего это энергетический обмен: фосфор является составляющей «энергетической валюты» растения – АТФ (аденозинтрифосфат). Нормальная обеспеченность растений фосфором необходима для формирования семян, стимулируя ускоренное созревание культур, в частности зерновых. На начальных этапах роста растения фосфор оказывает влияние на развитие корневой системы, ее сопротивляемости болезням и вредителям, а также неблагоприятным абиотическим условиям (например, снижает риск вымерзания озимых).

В растении фосфор достаточно мобилен, при недостатке в почве передвигается из более старых в молодые органы и в репродуктивные органы, в результате чего симптомы дефицита проявляются на старых листьях (в виде темно-зеленого с пурпурным оттенком окраса).

ФОСФОР-ЭФФЕКТИВНОСТЬ КУЛЬТУР

Не все растения одинаково усваивают фосфор из почвы и удобрений. И это нужно учесть при администрировании фосфорных удобрений. Фосфор-эффективные культуры и сорта имеют повышенную способность к поглощению фосфора. Это связано с рядом причин, таких как размер и морфология корневой системы (распределение корней в почвенной толще); соотношение между подземной и надземной частями растения; образование микоризы (кроме семейства капустных и некоторых других); изменения рН ризосферы (могут достигать 2 единиц, обусловленные балансом между поглощением катионов и анионов, усиленным выделением протонов в ответ на дефицит фосфора); повышение фосфатазной активности ризосферы (гидролиз органических фосфорсодержащих соединений земли); выделение корнями органических кислот (образуют анионы цитраты, молоты, фумараты, оксалаты и др., повышающие растворимость неорганических соединений фосфора в почве; особенно явно проявляется это свойство у таких культур, как люпин, гречка и рапс).

Фосфор-эффективность отличается не только для разных культур, но также и для разных сортов/гибридов одной культуры. Характеристика корневой системы сорта играет немаловажную роль в поглощении фосфора из почвы. Например, некоторые сорта имеют хорошо развитую корневую систему, которая исследует большой объем почвы и «добирается» до большего количества фосфора. Другие сорта характеризуются более агрессивной реакцией корневых выделений, что позволяет им мобилизовать почвенные запасы фосфора и более эффективно использовать их. Некоторые сорта формируют более длинные корневые волоски, что позволяет увеличить площадь контакта корня с почвой.

Такие культуры, как лук, томаты и бобы характеризуются низким уровнем поглощения фосфора из почвы и низким соотношением корней и надземной массы. Они могут быть охарактеризованы как культура с низкой фосфор-эффективностью. В то же время рапс и шпинат, например, имеют повышенную способность поглощать фосфор из почвы, а рожь и пшеница – высокое соотношение корней к надземной массе, что переводит их в разряд фосфор-эффективных культур.

В почве фосфор менее мобилен среди NPK, что часто выводит его в разряд лимитирующих факторов: дефицит фосфора является вторым после азота по частоте встречаемости. Более 80% фосфора земли недоступны для растений. Его высокая ретроградация (превращение в малодоступные соединения) является «камнем преткновения» успешной технологии внесения фосфорных удобрений.

СКОЛЬКО И КОГДА ВНОСИТЬ?

С чего же начинается успешный менеджмент фосфора? Самый первый вопрос, на который ищет ответ агроном: есть ли потребность во внесении фосфора и если есть, то сколько его вносить? Что касается первой части вопроса, то теоретически потребность во внесении фосфора существует постоянно. Во-первых, необходимо восполнить вынос элемента урожаем; во-вторых, как свидетельствуют многочисленные исследования, даже на хорошо обеспеченных почвах ряд культур, как правило, хорошо отзывается на внесение даже небольших норм фосфора при посеве; в-третьих, оптимизация питания растений подразумевает определенное соотношение между элементами в почвенном растворе, которое изменяется при внесении других элементов.

Для установления норм фосфорных удобрений существует ряд методик расчета, результаты которых иногда несколько отличаются. Это и способ рекомендованных норм, и расчет норм фосфорных удобрений на насыщение и/либо поддержание рационального содержания подвижного фосфора в почве, и нормативные способы расчета, и балансово-расчетные способы. Выбирая какой-либо способ, следует не реже чем раз в 3–4 года проводить анализ земли для контроля содержания фосфора: понижение содержания доступного фосфора в почве свидетельствует об истощении почвенных запасов, сильное увеличение может свидетельствовать о зафосфачивании земли. Также эффективной оказывается растительная диагностика, помогающая понять, насколько хорошо снабжены растения фосфором в течение периода вегетации, а значит, насколько правильно была рассчитана норма внесения удобрений.

При установлении норм внесения фосфорных удобрений непременно обязаны быть учтены следующие причины: биологические особенности культуры, глубина проникания и характер развития её корневой системы, рН земли, содержание органического вещества в почве, структура земли, предшественник и др.

Другим вопросом, следующим за расчетом нормы фосфора, является распределение ее по срокам внесения. Факт низкой подвижности фосфора в почве должен быть ключевым при менеджменте фосфорных удобрений. Не существует одного универсального метода внесения удобрений во все культуры. Решение должно приниматься, исходя из свойства культуры и фосфорного статуса земли.

При низком содержании фосфора в почве наиболее рациональным будет сочетание строчного внесения фосфора и внесения вразброс в посев. При среднем уровне содержания доступного фосфора в почве фосфорные удобрения могут быть внесены либо вразброс перед посевом, либо при посеве в строки (в пониженной норме). При высоком содержании фосфора в почве отзыв на фосфорные удобрения низкий, лучший вариант внесения – в строчки при посеве. При очень высоком содержании фосфора при традиционной системе земледелия нет необходимости во внесении фосфора. При использовании минимальных и нулевых технологий решение должно приниматься в каждом конкретном случае.

Особенно актуальным является выбор сроков и способов внесения фосфорных удобрений на почвах, характеризующихся высокой способностью к связыванию фосфора (в первую очередь, это кислые почвы, а также щелочные, карбонатные). Для уменьшения ретроградации фосфора в почве рекомендуется вносить водорастворимые фосфорные удобрения в гранулированной форме (меньшая площадь контакта с почвой) локально ближе к периоду потребления.

Стартер более эффективен при посеве семян в прохладную, мокроватую почву независимо от уровня плодородия земли. В холодной и влажной почве замедляется рост и развитие корневой системы растений. Наряду с этим при таких условиях уменьшается подвижность элементов питания в почве, замедляется минерализация органического вещества (как результат сниженной активности почвенной микрофлоры). Такие условия чаще всего складываются рано весной или поздней осенью, хотя почвы, обрабатываемые по ресурсосберегающим технологиям, также, как правило, холоднее и более влажны по сравнению с традиционными технологиями обработки из-за наличия на них поверхности растительных остатков. Таким образом, при использовании указанных выше технологий внесение стартера приобретает еще большую важность.

Фосфор является единственным элементом NPK, который может быть внесен при посеве всей необходимой нормой. При этом норма может быть понижена по сравнению с основным внесением. Правда, здесь нужно понимать, что «смещение» в пользу припосевного фосфора не всегда может оказаться успешным: для культур, имеющих хорошо развитую корневую систему, которая начинает осваивать нижние горизонты почвы, внесенный при посеве фосфор может оказаться выше зоны основного развития корней; к тому же при неблагоприятных погодных условиях фосфор остается в сухом верхнем слое почвы, откуда растения не могут его эффективно поглощать. Последнее касается в первую очередь традиционной системы обработки почвы. При ресурсосберегающих разработках ситуация может смотреться по-другому.

Сегодня припосевное внесение удобрений часто становится единственным источником фосфора в системе удобрения многих культур. Это мероприятие часто оказывается достаточно эффективным, учитывая высокую ретроградирующую способность наших почв по отношению к фосфору. Однако длительное внесение удобрений в строки в результате приводит к истощению почвы, снижению уровня ее плодородия. Даже на высокоплодородных почвах не отменяется «закон Либиха», или «закон возвращения».

С точки зрения сохранения плодородия почвы длительное строчное внесение фосфора может привести к снижению содержания доступного фосфора. Это же можно ожидать и при длительном внесении фосфора в низких нормах. В таком случае рекомендуется периодическое внесение повышенных норм в разброс фосфора для сохранения содержания фосфора в почве на среднем и повышенном уровне.

Выбор в пользу строчного или сплошного внесения фосфора следует делать исходя из характеристик выращиваемой культуры. Пропашные культуры, в частности кукуруза, предпочитают условия, когда фосфор равномерно распределен во всей зоне развития корней. Наилучший эффект может быть достигнут при совмещении обоих способов внесения фосфора.

Зерновые злаки имеют слабо развитую корневую систему, а значит, и возможность «исследовать почву». Кроме того, у них короткий вегетационный период, который вдобавок приходится на холодное время года. Поэтому размещение фосфора для этих культур более критично, чем для пропашных и многолетних. Они частенько лучше отзываются на локальное внесение, в особенности на почвах с низким содержанием фосфора и при условии его высокой ретроградации. На обеспеченных фосфором почвах эффективность локального и равномерного внесения удобрений практически одинакова.

Для сои преимущество имеет предпосевное внесение фосфорных удобрений вразброс. Такое отличие от зерновых объясняется различием в развитии корневой системы.

Люцерны и другие фуражные культуры, как злаковые, так и бобовые травы, формируют большое количество мелких корней у поверхности почвы, поэтому они способны эффективно поглощать фосфорные удобрения, вносимые ежегодно вразброс. Для них лучшей практикой будет предпосевное внесение фосфора и ежегодное поверхностное внесение вразброс.

Перспективным методом внесения фосфора является внекорневая подкормка. При этом коэффициент использования фосфора из удобрений значительно возрастает. Внесенный в лист фосфор быстро вовлекается в метаболизм растения.

Внесение фосфора в лист имеет ряд ограничительных факторов. Во-первых, это растворимость самих удобрений (до недавнего времени большинство источников фосфора имели невысокую растворимость в воде и большое количество балластных примесей). Во-вторых, объем раствора, попадающего на растительный покров, и концентрация в нем фосфора, которая может быть внесена без отрицательного воздействия на лист (например, мочевина может быть внесена в лист в значительно больших концентрациях, чем многие источники фосфора, без вреда растению).  В-третьих, в начале сезона, когда проблема фосфора стоит особенно остро, листья растения еще имеют небольшое проектное покрытие, что делает внекорневое внесение малоэффективным.

Заметной эффективности от внекорневого внесения фосфора можно достигнуть чаще всего в условиях дефицита элемента в почве, а также при неблагоприятных погодных условиях, когда поглощение фосфора корневой системой затруднено (низкая температура и низкая влажность, плохая освещенность).

В некоторых случаях большинство потребностей растения в фосфоре может быть удовлетворено внекорневым внесением. Однако в условиях недостаточной обеспеченности почв доступным фосфором его листовое внесение не в состоянии обеспечить потребности культуры.

ЛУЧШАЯ ФОРМА ДЛЯ ВНЕСЕНИЯ

Третий вопрос, которым озабочен каждый агроном: в какой форме вносить фосфор? И ответ на этот вопрос зависит от характеристик почвы, срока внесения, погодно-климатических условий, выращиваемой культуры и, в последнюю очередь, от материальных и технических возможностей агрария.

Сегодня отечественный рынок предлагает две группы фосфорсодержащих удобрений: водорастворимые и кислоторастворимые. Водорастворимые, к которым относятся суперфосфаты, аммофос, диаммофос, нитроаммофоски и другие комплексные удобрения, быстро высвобождают фосфор в почвенный раствор. Они рекомендуются для внесения во все сроки и на всех типах почв, однако следует помнить, что фосфор из данных удобрений легко взаимодействует с компонентами почвенного раствора, что особенно актуально на почвах с высокой способностью к связыванию фосфатов.

Кислоторастворимые фосфорные удобрения, например, фосфоритная мука, рекомендуются для внесения на кислых почвах под основную обработку почвы, поскольку фосфор в них находится в недоступном для растений виде трехзамещенных фосфатов и может быть поглощен только после их взаимодействия с кислым почвенным раствором. Следует отметить, что эта группа удобрений значительно уступает по популярности водорастворимым формам.

Основные фосфорные удобрения в настоящее время представлены в виде солей ортофосфорной и полифосфорной кислоты. Фосфорные удобрения на базе ортофосфорной кислоты – это в большей степени жесткие удобрения, а полифосфорные – водянистые. Большинство опытов в сравнении эффективности орто- и полифосфатов свидетельствует, что, внесенные в одинаковой норме, они дают одинаковую прибавку урожайности культур.

Поглощение фосфора не зависит от того, в какой препаративной форме (твердой или жидкой) вносится удобрение. Поглощение элемента из жидкого и жесткого фосфорного удобрения зависит от таких факторов, как способ внесения, особенности культуры и развития ее корневой системы, анализа почвы, климатических условий. Количество воды, присутствующее в жидком удобрении, незначительно по сравнению с почвенной влагой. Жидкая форма удобрения позволяет более равномерно распределить фосфор в почвенном слое и быстро насытить почвенный раствор доступными фосфатами.

СИНЕРГИЗМ С ВТОРЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ

Для повышения эффективности фосфорных удобрений необходимо учитывать его синергетические отношения с другими элементами. Внесение азотных удобрений усиливает поглощение растением фосфатов. При этом следует помнить, что фосфор сам по себе имеет низкий солевой индекс и может быть внесен вместе с семенами, тогда как азот и калий, вносимые вместе с фосфором, имеют высокий солевой индекс и могут вызывать поражение молодых проростков. В таком случае рекомендуется внесение по схеме 5×5 (когда удобрения вносят на 5 см ниже и на 5 см в сторону от семян).

При припосевном внесении предпочтительный эффект получают от сочетания фосфора с аммонийной формой азота: аммофос (МАР), полифосфат аммония (АРР). Полифосфат аммония часто используют при внесении вместе с семенами (pop-up).

ИННОВАЦИИ В ВИДЕ МИКРОГРАНУЛ

Для решения проблемы плохой растворимости твердых удобрений при их внесении при посеве многие компании идут по пути создания микрогранул.  Создание микрогранул (размером 0,5–1,5 мм) улучшает растворимость удобрения, его доступность для растения в начальный период, обеспечивает лучшую равномерность внесения. Большее количество гранул на единицу площади внесения способствует лучшему контакту корней с элементами питания. Как утверждают производители микрогранул, такая формуляция удобрений за счет повышения коэффициента использования элементов питания позволяет снизить нормы внесения, повышая также экономическую составляющую.

Для внекорневого внесения фосфора могут быть использованы монокалийфосфат и целый ряд фосфорсодержащих листовых удобрений. Что касается последних, то количества содержащегося в них фосфора при рекомендованной норме внесения будет недостаточно для устранения дефицита фосфора в почве.

Также следует отметить, что присутствующие на рынке листовые удобрения, содержащие фосфор в виде фосфата (РО ₄ ^3- ), а фосфит-иона (HPO ₃ ^2- ), являются скорее не источником макроэлемента, а стимулятором роста с протекторными свойствами против различных заболеваний .

Таким образом, успешный менеджмент фосфора должен базироваться на понимании процессов взаимодействия фосфора с почвой и требованиями выращиваемой культуры. Руководствуясь только экономическими возможностями закупки и внесения фосфорных удобрений и рассчитывая на фосфор почвы, можно значительно снизить эффективность других вносимых удобрений, нарушая оптимальное соотношение между элементами.