Проблему повышения эффективности фосфорных удобрений поднимают ученые и агрономы всего мира, как из экономических соображений, так и заботясь об охране окружающей среды. Для Беларуси и Украины важным аспектом является практически полная зависимость от импорта фосфорсодержащих удобрений и их высокая стоимость.
Управление питанием растений — процесс сложный и многогранный, учитывающий множество различных факторов. Весь накопленный опыт и знания сегодня объединены в Стратегию управления питанием растений (4R Nutrient Stewardship), разработанную с целью оказать помощь аграрию в принятии решений по системе применения удобрений. В этой Стратегии собраны правила рационального управления питанием растений с агрономической, экономической и экологической точек зрения. Основная концепция может быть описана «Четырьмя золотыми правилами»: подобрать правильный источник фосфора, внести его в правильной дозе, в правильное время и в правильное место. С этих позиций попробуем рассмотреть современные подходы к менеджменту фосфора.
Сегодня рынок предлагает целый ряд видов удобрений для почвенного внесения, преобладающая форма соединений фосфора в которых может быть сведена к нескольким формулам (табл. 1).
Таблица 1. Вид и формы фосфорных удобрений
| Соединение фосфора | Упрощенная формула | Вид удобрения |
| ФОСФАТЫ КАЛЬЦИЯ | ||
| Монокальций фосфат | Ca(H₂PO₄)₂ | Простой суперфосфат (OSP), двойной суперфосфат (TSP), некоторые комплексные удобрения |
| Дикальцийфосфат | CaHPO₄ | В небольших количествах во многих фосфорсодержащих удобрениях |
| Трикальцийфосфат | Ca₃(PO₄)₂ | Фосфоритная мука, некоторые комплексные удобрения |
| ФОСФАТЫ АММОНИЯ | ||
| Фосфаты аммония | NH₄H₂PO₄ (NH₄)₂HPO₄ | Аммонизированный суперфосфат, большинство NP и NPK удобрений, жидкие комплексные удобрения |
| Полифосфаты аммония | [NH₄HPO₃] n | Жидкие комплексные удобрения (ЖКУ) |
Удобрения на основе монокальцийфосфата были первыми, производимыми в промышленных масштабах (в середине XIX ст.). Простой суперфосфат — эффективное и недорогое в производстве удобрение, однако низкое содержание фосфора стало толчком для разработок новых видов фосфорных удобрений. Сегодня суперфосфат считается удобрением локального рынка. Ввиду присутствия в его составе гипса представляет интерес, поскольку содержит три макроэлемента: Р, Ca и S.
Фосфаты аммония сегодня сильно потеснили на рынке фосфаты кальция. Значительные достижения, сделанные за последние годы в технологии их производства, способствовали быстрому росту их потребления во всем мире.
Удобрения на основе фосфатов аммония отличаются более высокой концентрацией элементов питания, имеют хорошие физико-механические свойства, что способствует их растущей популярности во всем мире.
Удобрением № 2 (после карбамида) в мире является диаммонийфосфат (DAP), который пока не приобрел заслуженной популярности в Украине.
Полифосфаты отличаются от ортофосфатов тем, что для их распада и превращения в легкодоступную для растений форму необходимо некоторое время и благоприятные для микрофлоры и растений внешние условия. После прохождения гидролиза они приобретают все характеристики удобрений на основе фосфатов аммония. Такая особенность придает им характер удобрений пролонгированного действия. Форма фосфора в удобрении играет ключевую роль в выборе наилучшего срока и способа внесения, а также влияет на эффективность удобрения в первый и последующие годы.
Фосфаты аммония и удобрения на основе монокальцийфосфатов являются водорастворимыми, легкодоступными для растений, а содержащие их удобрения — универсальными в плане почвенно-климатических условий, культуры, сроков и способов внесения. Однако быстрая фиксация водорастворимого фосфора в некоторых почвах требует их внимательного администрирования.
Трикальцийфосфаты трудно доступны для большинства сельскохозяйственных культур, усвоение которых возможно после их растворения. Поэтому такие удобрения показывают наилучшие результаты на кислых почвах, а сроки их применения ограничиваются только основным внесением (лучше — в осенний период). К преимуществам этих удобрений следует отнести высокое последействие и содержание кальция, имеющего мелиоративное значение.
В сведениях о фосфоре в фосфорсодержащих удобрениях учитываются 3 основных показателя:
В формуле, описывающей состав NPK удобрений, принято приводить данные доступного фосфора, хотя постсоветские заводы часто указывают в этом случае его общее содержание.
Нужно заметить, что понятие доступности фосфора условно, поскольку существует ряд методов для определения доступных соединений фосфора, в которых используются более или менее агрессивные экстрагенты. К тому же не нужно забывать, что и сами культуры разнятся по способности поглощать фосфор из удобрений. Например, люпин и горчица способны усваивать фосфор и из труднодоступных соединений. Потому во многих странах основным показателем становится содержание водорастворимого фосфора.
По агрегатному состоянию фосфорные удобрения представлены двумя группами:
Гранулирование для фосфорсодержащих удобрений не только имеет значение для облегчения обращения с ними (подобно азотным), но также играет важную роль в уменьшении площади контакта и связывания почвой доступных соединений фосфора. Способ грануляции может также повлиять на скорость взаимодействия удобрения с почвой и поглощение элементов растениями. Наоборот, для фосфоритной муки ключевым является тонина помола: чем мельче фракция, тем быстрее идет взаимодействие с почвой и переход фосфора в доступное для растений состояние.
Жидкие удобрения, наряду с преимуществами, присущими всем жидким удобрениям, часто оказываются более эффективными при определенных почвенно-климатических условиях (например, на карбонатных почвах, в засушливых условиях).
Отдельной группой стоят удобрения контролируемого действия, где фосфор находится в водорастворимой форме, а его высвобождение контролируется прочностью или проницаемостью оболочки гранулы. Одноразовое внесение таких удобрений до посева способно обеспечить растения элементом на протяжении всего периода вегетации, а также приурочить высвобождение элемента в почвенный раствор к периоду максимального потребления его культурой. Это позволяет не только получить агрономическую пользу, но и предохранить окружающую среду от загрязнения. Однако такие удобрения имеют более высокую стоимость по сравнению с традиционными, что на сегодняшний день значительно ограничивает их широкое применение. В Украине такие удобрения чаще находят свое применение в тепличном хозяйстве и декоративном растениеводстве.
Также существуют т.н. стабилизаторы фосфорных удобрений, например Avail, предлагаемый американской компанией Simplot, или Prevent (AgXplore International, LLC). Применяемые для покрытия гранул водорастворимых фосфорных удобрений и внесения с жидкими удобрениями, эти препараты способны повысить коэффициент использования фосфора из удобрения.
Микробные препараты на основе фосфатмобилизирующих бактерий и микоризы также до некоторой степени позволяют улучшить условия фосфорного питания растений и повысить коэффициент использования фосфора из удобрений. Актуальность применения микробных препаратов возрастает в условиях, когда нормы вносимого фосфора ниже оптимальных.
В целом при выборе фосфорсодержащего удобрения, необходимо обращать внимание на состав и содержание сопутствующих элементов, на соотношение цены и качества (в первую очередь физико-механических свойств) удобрения, а для комплексных — на соотношение элементов питания и цену действующих веществ, технологические возможности хозяйства и другие условия.
В условиях роста цены на удобрения и/или снижения стоимости продукции вопрос правильной дозы удобрения становится еще более актуальным. В большинстве случаев доза фосфора имеет большее влияние на урожайность, нежели форма, в которой он вносится.
Потребность в удобрениях устанавливают, исходя из величины планируемой урожайности культуры, которая должна быть реалистичной и экономически целесообразной (!) в данных условиях. При этом обязательно учитываются обеспеченность почвы и другие источники элемента (например, органические удобрения, растительные остатки, атмосферные осадки, поливная вода, микробные препараты и др.).
Первым шагом на пути установления оптимальной дозы фосфора является анализ почвы на содержание его доступных форм, что дает возможность спрогнозировать возможный отклик растений на внесение фосфорных удобрений. Наибольшей эффективности от внесения фосфорных удобрений можно достичь на почвах, имеющих очень низкое, низкое и среднее содержание доступного фосфора. При этом, чем ниже содержание доступного фосфора в почве, тем выше эффект от рядкового внесения фосфорных удобрений.
В США, Канаде и Европе принято использовать показатель критической концентрации. Это такое содержание фосфора в почве, при котором вероятность экономического эффекта от внесения удобрения низкая. Для отечественных методов такая концентрация может быть применена как нижняя граница градации «среднего» содержания доступных форм фосфора в почве (Кавецкий С.В., 2013). При повышении обеспеченности почвы до критического уровня содержания фосфора рекомендуемые дозы удобрений могут соответствовать выносу или быть меньше его (при очень высоком содержании — снижены до нуля). В этом случае удобрения вносят в виде «стартера».
Правда, нужно сказать, что вероятность повышения урожайности от внесения фосфорных удобрений есть всегда, даже при высоком и очень высоком содержании доступного фосфора в почве, особенно если условия произрастания растений отличаются от оптимальных. Культуры также отличаются по своей реакции на внесение фосфорных удобрений. Например, кукуруза хорошо откликается на припосевное внесение фосфора даже при его высоком содержании в почве.
Агрохимическое обследование почв на содержание фосфора следует проводить не реже, чем раз в 3-5 лет, что позволяет оценить систему применения удобрений и откорректировать дозы удобрений.
Для фосфора, как малоподвижного в почве элемента, ключевым моментом является правильный отбор проб, особенно при его локальном внесении. Определить доступный фосфор в почве можно разными аналитическими методами (Кирсанова, Чирикова, Мачигина, Олсена, Брея, Меклик и др.), при этом выбор метода крайне важен для получения адекватных и надежных результатов.
И, в конце концов, результат должен быть правильно интерпретирован. Для каждого метода существуют шкалы уровней содержания фосфора, основанные на результатах полевых опытов (зависимость между уровнем доступного фосфора в почве и вероятностью получения отклика растений на внесение фосфорных удобрений). В идеале шкала должна калиброваться по результатам серии полевых опытов, проведенных в данной местности.
Калибровка методов анализа почвы на содержание подвижного фосфора традиционно проводилась в опытах со сплошным внесением фосфора вразброс, тогда как для локального метода внесения фосфора нужны дополнительные исследования и отдельная калибровочная шкала.
Таким образом, следует помнить про некоторую условность результатов анализа почвы, которые должны рассматриваться, скорее, как некий вектор в менеджменте фосфора. Анализ почвы не всегда дает возможность оценить реальные условия питания растений. Поглощение фосфора растениями зависит от ряда факторов, влияние которых сложно предсказать (температура, влажность, соотношение между элементами питания, севооборот, особенности культуры и развития ее корневой системы, содержание органического вещества в почве, структура почвы и др.). Завершающим этапом является расчет дозы удобрений.
Существуют и другие подходы к расчету доз удобрений, которые учитывают большее или меньшее количество факторов, а также коэффициенты, отличающиеся от использованных. Выбранный алгоритм расчета дозы удобрения существенно влияет на результат (табл. 2). Выбирая оптимальный для конкретного хозяйства метод, необходимо:
Таблица 2. Методы расчета доз фосфорных удобрений
| Метод расчета доз фосфорных удобрений | Описание метода | Доза фосфора, кг/га P₂O₅ |
| Фиксированные дозы фосфорных удобрений | Рекомендации НИУ на основании результатов многолетних полевых опытов с различными нормами удобрений в различных почвенно-климатических зонах в типичных для данной зоны условиях. Корректировочные коэффициенты вводятся в зависимости от обеспеченности почвы подвижным фосфором. | 90 (Б.С. Носко) |
| Нормативный метод | Один из вариантов фиксированных доз Р удобрений с учетом содержания фосфора в почве. Основой являются разработанные нормативы обеспечения культур элементами питания для формирования единицы урожая. Корректирующие коэффициенты позволяют учесть содержание фосфора в почве. | 152 |
| Насыщение или поддержание оптимального уровня | Норма рассчитывается на достижение и поддержание в почве оптимального содержания доступного фосфора. При расчете определяется разница между критической концентрацией фосфора в почве и его фактическим содержанием. | 80 |
| Балансово-расчетный (на планируемую урожайность) | Норму рассчитывают по разнице между выносом Р с планируемой урожайностью и его запасами в пахотном слое. Учитывают коэффициенты использования из почвы и удобрений. | 275 |
| Балансово-расчетный (на прирост урожайности) | Эффективное плодородие определяется без учета запасов доступного фосфора, а по фактической средней урожайности культур за последние 3-5 лет. | 210 |
Чтобы повысить вероятность получения прибавки урожая, интерпретацию данных почвенного анализа должен проводить хорошо подготовленный, опытный агроном. Также нужно помнить, что, кроме преодоления дефицита лимитирующего элемента, необходимо добиться сбалансированного соотношения между элементами питания для эффективного использования каждого из них. А наиболее точные рекомендации по дозам удобрений для конкретных почвенно-климатических условий могут быть сделаны только исходя из результатов опытов, проведенных в этих условиях (в идеале — в конкретном хозяйстве).
При всей обоснованности указанных выше критериев определения доз фосфорных удобрений экономические факторы часто вносят свои коррективы. Наряду с агрономически оптимальной дозой удобрения, рассчитанной различными методами, существует понятие экономически оптимальной дозы удобрения, которая способна дать наибольший доход при выращивании данной культуры.
Так, выделяют две стратегии управления питанием растений, и предпочтение той или иной стратегии непосредственно влияет как на расчет доз удобрений, так и на выбор их форм, способов и сроков внесения (IPNI, 2017):
1. Стратегия, направленная на обеспечение достаточного уровня содержания элементов питания (Sufficiency Approach). Цель — обеспечить уровень содержания элемента питания в почве, достаточный для получения максимальной прибыли в год применения удобрений при минимизации затрат на удобрения. Последние вносят только в том случае, если есть веские основания получить экономически выгодный отклик урожаем (не только покрыть затраты на внесение удобрений, но и превысить урожай, который может быть получен без внесения удобрений). Однако этот метод несет и более высокие финансовые риски.
При таком подходе уровень фосфора в почве поддерживается на более низком уровне, что дает возможность ежегодно получать отклик на внесение удобрений. В долгосрочной перспективе наиболее выгодным является внесение удобрений в дозах, близких к оптимальным. Обычно подобное используется в ситуациях, когда имеющихся средств недостаточно для капитальных вложений или земледелец платит высокую арендную плату за землю, а также когда договор об аренде заключается на короткий срок и его продление не гарантировано.
Нужно заметить, что большинство лабораторий и научных учреждений базирует свои рекомендации на этом подходе.
2. Стратегия, направленная на повышение и поддержание уровня содержания элементов питания в почве в оптимальном диапазоне (Build Up and Maintenance Approach). Цель — регулирование содержания доступных форм фосфора в почве. Удобрения вносят из расчета: компенсация выноса плюс количество, позволяющее в долгосрочной перспективе повысить уровень обеспеченности почвы до критического уровня.
Для достижения оптимального уровня фосфора в почве требуется, по крайней мере, 4-8 лет (в которые необходимо мириться со сниженным или даже негативным возвратом инвестиций во внесение фосфора), после чего этот уровень поддерживается ежегодным внесением фосфора из расчета на вынос или ниже. При этом в хозяйстве появляется возможность более гибких решений по срокам и способам внесения удобрений: возможно как их ежегодное внесение, так и раз в 2-3 года в зависимости от ситуации с ценой на рынке удобрений и сельхозпродукции.
Удобрения в данном случае рассматриваются как долгосрочная инвестиция, которая снижает риск того, что фосфор окажется фактором, лимитирующим урожай. Этот подход хорош для хозяйств, которые имеют землю в длительном пользовании, а также в условиях высоких экономических возможностей для поддержания исходных инвестиций.
Подготовлено по материалам, опубликованным в журнале «Наше сельское хозяйство» (2018 г., № 15).