Сера и её роль в минеральном питании растений

Сера – важнейший элемент, необходимый живым организмам. Потребность сельскохозяйственных культур в сере особенно актуальна в последние годы, поскольку произошло снижение применения минеральных и органических удобрений, а также возросло использование различных химических средств, которые непосредственно влияют на содержание серы в почве. Неорганические соединения серы в почве представлены сульфатами почвенного раствора, абсорбированными в составе минералов. Сульфаты полностью доступны для поглощения растениями. При изменении реакции почвенной среды от кислой до нейтральной часть переходит в растворимую форму. Сульфат аммония активно поглощается корнями, особенно в зоне корневых волосков.

Как отметил Алексей Завалин, академик РАН, научный руководитель Института и заведующий лабораторией минерального и биологического азота «Всероссийского исследовательского института им. Д.Н. Прянишникова (ФГБНУ «ВНИИ агрохимии») в своем выступлении в рамках онлайн-конференции «Мезоэлементы и их влияние на урожай», организованной компанией «ЕвроХим», внешние признаки недостатка серы в первую очередь проявляются на молодых тканях растений. Листья и жилки приобретают бледно-зеленую и желтую окраску, хлороз, который зачастую путают с недостатком азота, наблюдается именно при недостатке серы.

Сера и азот осуществляют важнейшую роль в синтезе белков, поэтому между питанием растения этими элементами существует тесная взаимосвязь. Установлено, что для большинства культур соотношение азота и серы составляет 15:1. Но в месте с тем, в некоторых растениях такие соотношения могут быть другими, например, в зерне пшеницы соотношение может быть 16:1, а в таких культурах, как рапс около 6:1. Существует большое количество вторичных содержащих соединений, которые участвуют в деятельности при использовании серосодержащих удобрений.

Сера поступает в растение в результате потребления корневыми волосками. В почву она поступает с минеральными удобрениями и с различными атмосферными осадками. Есть сведения о том, что в почву может поступать от 2 до 200 кг серы в год. В настоящее время применение удобрений серы очень важно, поскольку идет рост урожайности сельскохозяйственных культур, изменяется структура севооборота. Если раньше севооборот был насыщен очень многими культурами, то сейчас в большинстве случаев  высеваются монокультуры.

В России и за рубежом разработаны группировки почв по обеспеченности подвижной серой. Они несколько различаются, но в целом схожи.

Систематическое проведение сплошного мониторинга пахотных почв Российской Федерации показывает, что обеспеченность почв подвижной серой составляет почти 60%, более 30% средняя обеспеченность. Выявлена оптимальная динамика в сторону ухудшения плодородия почв по содержанию серы, которая характерна практически для всех регионов страны. Особенно остро стоит проблема в Центральном Федеральном Округе, где содержание серы в почве составляет около 5 мг/кг, а также в ЮФО и УФО.

Почти во всех регионах почвы испытывают недостаток этого элемента.

В настоящее время разработаны методы определения доз серосодержащих удобрений. Но они базируются на нескольких позициях, это прежде всего результаты полевых опытов, результаты диагностики по содержанию элементов питания в растениях по соотношению азота, серы, фосфора и серы.  Имеется достаточно рекомендаций, которые используются в нашей стране и в ряде других стран.

Особенно эффективно применять серу в подкормку сельскохозяйственных растений по листовой поверхности. Но везде должен использоваться принцип «четырех правил»: форма удобрения-доза удобрения-срок внесения-способ внесения.

В частности, на основе данной концепции вносится сульфат аммония в рядки вместе с посевом семян. Однако количество удобрений и дозы должны быть небольшими с целью снижения риска аммиачного отравления растений, особенно при широкорядном посеве, а также при возделывании растений в засушливых условиях либо на песчаных почвах.

Как отметила в своем выступлении в рамках онлайн-конференции Татьяна Гребенникова, руководитель департамента маркетинга и агрохимического анализа АО МХК «ЕвроХим», на сегодняшний день более 20 различных видов коммерчески доступных продуктов присутствует на российском рынке. Базово их можно разделить на три группы: удобрения с сульфатами, удобрения с элементарной серой и жидкие серосодержащие удобрения.

Удобрения с сульфатами

Наиболее широко применяемые серосодержащие многокомпонентные удобрения, которые, помимо серы, содержат другие питательные элементы. Немаловажно, что в удобрениях содержится сера в немедленно доступной для растений форме — сульфат аниона. Самое распространенное в данной группе удобрение – сульфат аммония, обладающий хорошей растворимостью. Продукт доступен на рынке, но тем не менее есть определенные нюансы, которые следует учитывать: в частности, это неоптимальное соотношение азота к сере, низкий рН, что ограничивает его применение на кислых почвах.

Сульфат калия и сульфат магния – хорошо знакомые продукты, их часто рассматривают не как источник серы, а как безхлорный источник магния и калия. Хорошим спросом пользуется сульфат калия в водорастворимой форме, в продаже можно найти в виде сульфата и гидросульфата, однако цена на данные продукты достаточно высокая.

Сульфат магния обладает неплохой растворимостью, но используется в основном как источник магния для листовых подкормок.

Сульфоаммофос – аналог аммофоса, хорошее предпосевное удобрение с достаточно высоким содержанием серы.

Простой суперфосфат – «пионер» среди серосодержащих продуктов, характеризующийся низкой коммерческой доступностью. По признанию Татьяны Гребенниковой, в России данный продукт практически не найти по той причине, что из своих линеек производители его вывели еще в начале 70-х годов, заменив более доступными фосфатами, такими как диаммоний, моноаммоний фосфат. При этом в мире суперфосфат до сих пор используется.

Азотосульфаты – хороши для ранневесенней подкормки азотом и серой одновременно. Можно подобрать под культуру. Из минусов – это их химия, склонность к слеживаемости. Именно по этой причине не рекомендуется делать туковую смесь из аммиачной селитры и сульфата аммония, которые образуют соединения, которые текут.

Удобрения с элементарной серой

• наиболее концентрированный источник серы из удобрений;
• содержат элементарную серу тонкого помола;
• требуется время для конверсии в сульфатную доступную форму;
• эффективны в узком диапазоне климатических условий.

Коммерчески доступные для сельхозтоваропроизводителей, однако широкого распространения на российском рынке до сих пор не получили. Называют удобрениями «медленного действия».

Жидкие серосодержащие удобрения

Наиболее популярным из данной категории является КАС с сульфатом аммония. Отличается неплохой растворимостью, но растворить в КАСе можно достаточно низкую концентрацию сульфата аммония, что подразумевает сильное разбавление водой.  

Тиосульфаты – недоступная для растений форма серы. Требуется время для перехода серы из недоступной в доступную форму. Широкого применения данные продукты не получили.

Людмила Чернова, кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории минерального и биологического азота, ученый секретарь ФГБНУ «ВНИИ агрохимии», в своем выступлении рассказала, когда применение сульфата аммония эффективно и оправдано.

Азотные удобрения – незаменимый источник питания для сельскохозяйственных культур. В настоящее время в мире выпускаются азотные удобрения, содержащие азот, в следующих формах: в аммонийной, нитратной, амидной.

Аммонийные удобрения – группа азотных удобрений, содержащих азот в форме катиона аммония. Сульфат аммония – азотное удобрение физиологически и биологически кислое, малогигроскопичное, при нормальных условиях хранения практически не слеживается. Содержание азота в удобрении – 21%, серы до 24%. Для удобрения характерно обменное поглощение почвой, в следствие этого хорошее закрепление в ней. Поэтому применяется в качестве основного удобрения под различные культуры.

Хорошая растворимость также позволяет использовать его в качестве подкормок под некоторые виды сельскохозяйственных культур.

Внесенный в почву серно-кислый аммоний быстро растворяется и немедленно вступает в обменные реакции с катионами жидкой и твердой фазы почвы. Значительная часть катионов NH4+ из растворенного в почве удобрения входит в почвенно-поглощающий комплекс.

Взамен его из ППК в почвенный раствор переходит эквивалентное количество вытесненных катионов. Находясь в обменно-поглощенном состоянии, ион аммония приобретает меньшую подвижность. Вследствие этого устраняется опасность вымывания азота сульфата аммония при внесении его в сильно увлажненную почву.

Через некоторое время аммонийная форма азота подвергается нитрификации, переходит в нитратную форму. Нитратный азот не поглощается коллоидами почвы, не образует нерастворимых соединений и находится в почвенном растворе. В результате миграции он создает лучший контакт с корневой системой растений. Скорость перехода аммонийного азота в нитратный зависит от необходимых для нитрификации условий: температуры, влажности, биологической активности, реакции почвенной среды и т.д.

Одним из основных факторов, влияющих на скорость нитрификации, является степень окультуренности почвы. В частности, переувлажнение, повышение кислотности тормозит нитрификацию.

В почве эти кислоты нейтрализуются, вступая во взаимодействие с бикарбонатами почвенного раствора и катионами почвенного поглощающего комплекса.

Нейтрализация минеральных кислот сопровождается разрушением бикарбонатов почвенного раствора и вытеснением оснований из ППК водородом. Это ослабляет буферную способность почв и повышает их кислотность.

Изменение реакции почвы от внесения сульфата аммония вызывается и его физиологической кислотностью. Из сернокислого аммония растения быстрее поглощают катион, чем анион, так как потребность их в азоте больше по сравнению с серой. В почве накапливаются кислотные остатки и подкисляют ее.

На кислых почвах окисляющее действие этого удобрения проявляется уже через несколько лет. Для регулирования реакции почвы и усиления действия удобрения рекомендуется проводить известкование либо нейтрализовать сульфат аммония до внесения в почву. Для этого на 1 ц удобрения добавляют 1,3 ц углекислой извести (CaCO₃).

На черноземах эффективность аммиачных и нитратных удобрений выравнивается. Кислотность почвы повышается спустя 10-15 лет. Однако на урожайности подкисление черноземов практически не сказывается, поскольку эти типы почв обладают высоким содержанием гумуса, большой буферностью и емкостью поглощения.

На каштановых почвах и сероземах Средней Азии оснований опасаться подкисления карбонатных почв при внесении физиологически кислых удобрений нет, так как кислотные остатки удобрения полностью нейтрализуются образованием бикарбонатов.

На легких почвах в районах достаточного увлажнения сульфат аммония наиболее эффективен вследствие слабой миграции аммония.

Способы внесения

Сульфат аммония более всего подходит для основного внесения. Но допустимо применение для поверхностных подкормок озимых зерновых культур, сенокосов и пастбищ, а также фертигации (т.е. одновременно с орошением).

Основными преимуществами сульфата аммония являются:

1. Долго сохраняется в прикорневой зоне, не вымываясь дождевой или поливной водой.
2. Хорошо усваивается растениями.
3. Легко растворяется в воде.
4. Легко хранится, не слеживаясь.
5. Обеспечивает растения не только азотом, но и серой, необходимой для синтеза важных аминокислот.

Основными недостатками можно назвать следующие:

1. Эффективность сильно зависит от внешних факторов.
2. Пригоден не для всех типов почвы, возможно закисление почв.
3. Требуется строгий контроль за состоянием почв, периодическое известкование.

Сера в сульфате аммония фактически является вторым элементом питания. В этом удобрении серы содержится 24%. Азот наиболее эффективно работает только при наличии достаточного количества серы, которая в свою очередь влияет на повышение устойчивости зерновых культур к полеганию и поражению вредителями. Наибольший дефицит в сере испытывают рапс, подсолнечник, бобовые и овощи.

Применение сульфата аммония целесообразно для следующих культур:

• испытывающих особую потребность в сере – рапса и гречихи, кукурузы, разных видов капусты, пшеницы и подсолнечника;
• предпочитающих азот в аммонийной форме вместо нитратной – сахарной свеклы и картофеля, разнообразных кормовых культур;
• показывающих высокую урожайность на слабокислых почвах – для льна, чая, томатов, моркови, кабачков, редки и тыквы, петрушки, щавеля, редиса, репы, малины и крыжовника.

По уровню потребности в сере все культуры можно разделить на три группы:

• высокотребовательные – все крестоцветные (рапс, сурепица, горчица, капуста), которые при среднем уровне урожайности выносят S более 40-80 кг/га;
• среднетребовательные – все бобовые, гречиха, кукуруза и свекла (20-40 кг S/га);
• малотребовательные – многолетние травы, подсолнечник, зерновые и овощные культуры, картофель (12-25 кг S/га).

Высокие требования к сере крестоцветных культур ученые объясняют низкой эффективностью ее использования растениями и относительно высоким усвоением сульфатов. По мнению зарубежных ученых, рапс нуждается в 50-70 кг S/га, поскольку для производства 1 тонны семян влажностью 8% требуется в среднем 16 кг серы.

Особое значение в обмене веществ растений имеет взаимное влияние серы и азота. Установлено, что в составе белка на 15 частей азота приходится 1 часть серы. Иными словами, недостаток 1 кг серы ограничивает усвоение 10-15 кг азота.

Как правило, соотношение N:S в растении должно быть от 5:1 до 12:1. Однако это характерно не для всех культур. Например, в зерне пшеницы соотношение N:S составляет 16:1, в семенах рапса – 6:1.

Помимо прямой зависимости между азотом и серой, также выявлено воздействие серы и на фосфатный режим почв. По данным института серы (США), внесение в почву фосфора и серы в соотношении 3:1 наиболее эффективно повышает коэффициент использования фосфора растениями.