Изобретения относятся к сельскому хозяйству и могут быть использованы в растениеводстве, агрохимическом обслуживании, экологической экспертизе и научно-исследовательской практике.
Известен способ оперативной диагностики и регулирования фосфорного питания растений (Михайлов Н.Н., Книпер В.П. Определение потребности растений в удобрениях. М. : Колос, 1971, с. 70-80), включающий проведение периодического агрохимического обследования почвы с отбором проб из пахотного слоя почвы, сушку и размол проб с пропусканием через сито Д 0,8-1,0 мм, взвешивание навесок из каждой пробы для анализа, проведение химанализа почвы в стандартных вытяжках, рекомендуемых для того или иного типа почвы, на содержание подвижного фосфора в мг/кг.
Обеспеченность растений фосфором устанавливают путем сравнения полученного содержания в пахотном слое почвы подвижного фосфора в мг/кг с экспериментально установленными градациями по степени обеспеченности почвы подвижным фосфором в мг/кг.
Годовые дозы фосфорных удобрений устанавливают с использованием поправок на степень обеспеченности почвы подвижным фосфором. На почвах с низким содержанием подвижного фосфора применяют полную для каждой культуры дозу фосфорных удобрений, рекомендуемую научными учреждениями для соответствующих почвенно-климатических условий. При среднем содержании в почве подвижного фосфора вносят 0,5-0,9 дозы, при высоком его содержании фосфорные удобрения не применяют.
Однако использование в аналоге для диагностики фосфорного питания растений только пахотного слоя почвы при определении содержания подвижного фосфора в стандартной однократной вытяжке, не полностью учитывают содержание подвижного фосфора даже в пахотном слое почвы. Поэтому занижают фактическое содержание подвижного фосфора в корнеобитаемом профиле почвы, завышают потребность в фосфорных удобрениях, не контролируют степень загрязнения грунтовых вод минеральными фосфатами вследствие их нисходящей миграции. Кроме того, использование в аналоге поправок на степень обеспеченности почвы подвижным фосфором не исключает существенных субъективных ошибок в расчете доз применяемых фосфорных удобрений.
Известен также способ диагностики и регулирования фосфорного питания растений (Каюмов М.К. Справочник по программированию урожаев. М.: Россельхозиздат, 1977, с. 98-99), включающий ежегодный отбор проб из пахотного слоя почвы, сушку и размол проб с пропусканием через сито Д 0,8-1,0 мм, взвешивание навески из каждой пробы почвы для анализа, проведение химанализов почвы в стандартных вытяжках, рекомендуемых для того или иного типа почвы, на содержание подвижного фосфора в мг/кг, пересчет его содержания с учетом объемного веса почвы (г/см3) в кг/га. Возможное потребление фосфора из почвы урожаями основной и побочной продукции культур находят на основе усредненных по каждой культуре коэффициентов использования питательных веществ из почвы (КИП). Если содержание в почве подвижного фосфора с учетом его КИП ниже выноса фосфора урожаями той или иной культуры за один год (одну вегетацию), то определяют необходимую дозу фосфорных удобрений с учетом усредненного по каждой культуре коэффициента использования питательных веществ удобрений (КИУ).
Главный недостаток этого аналога состоит в следующем. Прогнозирование условий фосфорного питания растений и расчет доз фосфорных удобрений на основе КИП и КИУ сильно искажает реальные условия фосфорного питания растений и потребность их в фосфорных удобрениях вследствие отсутствия пропорциональных взаимосвязей: во-первых, между содержанием в пахотном слое почвы подвижного фосфора, определенного в однократной вытяжке, и КИП; во-вторых, вследствие отсутствия таких взаимосвязей между дозами применяемых фосфорных удобрений и КИУ при различных урожаях культур.
Известен также способ диагностики и регулирования фосфорного питания растений на основе комплексного агрохимического окультуривания полей (Постников А. В. , Шафран С.А. Временные нормативы затрат удобрений на проведение работ по КАХОП, М., 1982), включающий отбор проб из пахотного слоя почвы, сушку и размол проб с пропусканием через сито Д 0,8-1,0 мм, взвешивание навесок из каждой пробы почвы для анализа, проведение химанализа на содержание подвижного фосфора в мг/кг в стандартных однократных вытяжках, рекомендуемых для того или иного типа почвы. Дозу фосфорного удобрения, вносимую на многие годы, например на всю ротацию севооборота, обеспечивающую формирование плановых урожаев, устанавливают на основе КИУ и нормативов затрат фосфора удобрений в кг/га на увеличение содержания в пахотном слое почвы подвижного фосфора на каждые 10 мг/кг.
Этот аналог агрохимически и эколого-экономически несостоятелен: использование для расчетов КИУ искажает реальные условия фосфорного питания растений и потребность их в фосфорных удобрениях вследствие отсутствия пропорциональных взаимосвязей между дозами применяемых удобрений и КИУ при различных урожаях растений; неполное извлечение подвижного фосфора однократными стандартными вытяжками и определение его содержания только в пахотном слое почвы сильно занижает действительные запасы подвижного фосфора в корнеобитаемом профиле почвы, что в сочетании с применением массированных доз фосфорных удобрений в запас вызывает экологически опасное загрязнение растений, почвы и грунтовых вод минеральными фосфатами; удобрения относятся к оборотным средствам и применение их в запас на много лет резко сокращает площадь удобренных почв, на многие годы растягивает возврат дополнительными урожаями затраченных средств, что ведет к большому экономическому ущербу.
Известен также способ прогнозирования изменения во времени содержания в почве подвижного фосфора (Бокарев В.Г., Райков В.Н., Каменский В.В., Кучер Г. С. , Шахов Г. И. Диагностика фосфорного и калийного питания орошаемых культур. Селекция, семеноводство и технология возделывания полевых культур. Сборник научных трудов НИИСХ Юго-Востока, 1991-1995 гг. Саратов, 1996, с. 204-209), включающий периодический, например в начале и в конце ротации севооборота, отбор проб почвы из слоя 0-30 см или 0-40 см, сушку проб, размол проб почвы с просеиванием через сито Д 0,8-1,0 мм, взвешивание из каждой пробы навески, например, на весах типа ВЛТК, с точностью до 0,1 г, химический анализ почвы на содержание подвижного фосфора в мг/кг в стандартной однократной вытяжке, например в 1% углеаммонийной вытяжке, ежегодный учет выноса из почвы фосфора урожаями основной и побочной продукции возделываемых культур, разработку на основе многолетних экспериментальных данных нормативов уменьшения содержания в слоях почвы 0-30 см или 0-40 см подвижного фосфора в мг/кг на каждые 100 кг/га выноса фосфора из почвы урожаями культур.
Содержание в почве подвижного фосфора с использованием предлагаемых в аналоге нормативов определяют ежегодно в период между очередными агрохимическими обследованиями почвы.
Однако определение содержания подвижного фосфора только в слоях почвы 0-30 см или 0-40 см в стандартных однократных вытяжках, без учета естественных многолетних процессов мобилизации фосфора почвы и возможной нисходящей миграции фосфора почвы и фосфора удобрений занижает действительное содержание подвижного фосфора в корнеобитаемом профиле почвы и завышает потребность растений в дополнительном фосфорном питании.
Этот аналог может быть использован для прогнозирования изменения во времени содержания подвижного фосфора на почвах с низким его содержанием при отсутствии значительной нисходящей миграции фосфора с эпизодическим применением небольших доз фосфорных удобрений.
Известен также способ оценки действия систем удобрения фосфором на плодородие почвы (Аринушкина Е.В. Руководство по химическому анализу почв. Издательство Московского университета. М., 1961, с. 227-232, с. 265), основанный на определении баланса в почве общего фосфора (сумма всех форм соединений фосфора) за длительный промежуток времени. Этот способ включает отбор проб почвы, например, в начале и в конце ротации севооборота, по отдельным слоям на всю глубину генетического профиля почвы, подготовку проб к анализу, взвешивание из каждой пробы. Навески для анализа и химанализ почвы на содержание общего фосфора, например в %, с последующим перерасчетом его содержания, например, в т/га, с учетом мощности (см) и объемного веса (г/см3) каждого слоя почвы.
Однако большая трудоемкость и высокая стоимость определения химическим методом содержания в почве общего фосфора при недостаточной надежности этого метода химанализа, а также отсутствие практической значимости определения суммы всех форм соединений фосфора почвы, многие из которых в обозримом будущем останутся недоступными растениям, предопределило непригодность этого аналога для точной оценки действия различных систем удобрения фосфором путем определения эколого-агрохимического баланса фосфора за тот или иной промежуток времени.
Наиболее близким к предлагаемому способу определения содержания в почве подвижного фосфора является способ комплексного определения оптимальных доз минеральных удобрений (Сапожников Н.А., Корнилов М.Ф. Научные основы системы удобрения в Нечерноземной полосе. Л.: Колос, Ленинградское отделение, 1977, с. 197-215), основанный на прямом использовании результатов агрохимических анализов почвы и полевых опытов с удобрениями. Этот прототип включает периодическое обследование пахотного слоя почвы, сушку и размол проб с пропусканием через сито Д 0,8-1,0 мм, взвешивание из каждой пробы почвы навески для анализа, например, на весах типа ВЛТК с точностью до 0,1 г, химанализ почвы в стандартной, рекомендуемой для того или иного типа почвы, однократной вытяжке, на содержание подвижного фосфора в мг/кг. Устанавливают по данным полевых опытов с удобрениями существенно различающиеся между собой градации (уровни) содержания в почве подвижного фосфора в мг/кг с соответствующей каждой градации возможной продуктивности в ц/га той или иной культуры без применения фосфорных удобрений. Разрабатывают с широким использованием интерполирования и экстраполирования результатов полевых опытов и агрохимических анализов почвы шкалы оптимальных доз фосфорных удобрений для каждой культуры по каждой градации (уровню) содержания в почве подвижного фосфора для получения тех или иных, но более высоких урожаев, чем без применения фосфорных удобрений. На почвах с низким содержанием подвижного фосфора, а также на кислых почвах рекомендуемые средние дозы фосфорных удобрений увеличивают на 20-30%, что гарантирует формирование планируемых урожаев и повышает бонитет этих почв. При внесении в предыдущие годы высоких доз фосфорных удобрений или повышенных доз навозного удобрения рекомендуемые средние дозы фосфорных удобрений уменьшают на 20-40%. На почвах, систематически удобряемых фосфором, очередное агрохимическое обследование проводят ежегодно или через 2-3 года, в остальных случаях - через 5 лет.
Этот прототип имеет ряд существенных недостатков, резко снижающих точность определения содержания в почве подвижного фосфора, обеспеченности растений фосфором за счет почвы и потребности их в дополнительном фосфорном питании. Во-первых, при определении содержания подвижного фосфора только в пахотном слое почвы в однократных стандартных вытяжках резко занижают его содержание как в пахотном, так и в корнеобитаемом профиле почвы, особенно на систематически удобряемых фосфором почвах. Во-вторых, не принимают во внимание естественные многолетние процессы мобилизации фосфора почвы как в пахотном слое, так и в корнеобитаемом профиле почвы. В-третьих, не учитывают возможную нисходящую миграцию фосфора почвы и фосфора удобрений. В-четвертых, при агрохимическом обследовании не учитывают возможное наличие в пахотном слое почвы не распавшихся и не прореагировавших с почвой гранул фосфорных удобрений, что сильно искажает результаты химанализов почвы. В-пятых, при разработке шкалы рекомендуемых доз фосфорных удобрений с широким использованием интерполирования и экстраполирования результатов полевых опытов и агрохимических анализов только пахотного слоя почвы невозможно с достаточно высокой точностью установить как обеспеченность растений фосфором за счет почвы, так и потребность их в дополнительном фосфорном питании и оптимальные дозы фосфорных удобрений.
Поскольку прототип базируется на определении содержания подвижного фосфора только в пахотном слое почвы при неполном извлечении его стандартными однократными вытяжками, он будет приводить к завышению потребности растений в дополнительном фосфорном питании и применению эколого-экономически необоснованно высоких доз фосфорных удобрений. В связи с этим прототип может быть использован лишь на почвах с низким содержанием подвижного фосфора, с эпизодическим применением небольших доз фосфорных удобрений, при отсутствии значительной нисходящей миграции фосфора, для ориентировочного определения потребности в фосфорных удобрениях на один год.
Наиболее близким к предлагаемому способу диагностики и регулирования фосфорного питания растений является нормативно-расчетный способ оперативной диагностики и регулирования фосфорного питания растений (Зверева Е.А., Бортникова Л.А., Закураев Р.Х. Диагностика питания культур при орошении. - Химизация сельского хозяйства, 1990, N 3, с. 18-20), включающий определение в пахотном слое почвы подвижного фосфора в мг/кг в стандартной однократной вытяжке, например на нейтральных и щелочных почвах, в 1% углеаммонийной вытяжке; разработку по данным полевых опытов с удобрениями шкалы оптимальной обеспеченности почвы подвижным фосфором в мг/кг для формирования тех или иных планируемых урожаев в ц/га той или иной культуры, а также разработку нормативов увеличения на единицу в мг/кг содержания в пахотном слое почвы подвижного фосфора за период осень-весна на каждые 100 кг/га свежевнесенного осенью или остаточного (внесенного сверх выноса) фосфора удобрений. Обеспеченность растений фосфором в прототипе устанавливают путем сравнения содержания в пахотном слое почвы подвижного фосфора в мг/кг с экспериментально установленным оптимальным его содержанием в мг/кг в том же слое почвы для той или иной культуры, при том или ином планируемом уровне ее продуктивности в ц/га. При содержании в почве подвижного фосфора ниже оптимального уровня применяют фосфорные удобрения, дозы которых рассчитывают по формуле Д = (Pопт. - Pисх.)/K1•100, где Д - доза фосфорного удобрения, кг/га д.в., Pопт. - оптимальное содержание в почве подвижного фосфора, мг/кг; Pисх. - исходное содержание в почве подвижного фосфора, мг/кг; K1 - норматив увеличения содержания подвижного фосфора весной от 100 кг/га фосфора удобрений, внесенного осенью, мг/кг. В последующие годы исходное содержание в почве подвижного фосфора, необходимое для расчета доз фосфорных удобрений по вышеприведенной формуле, устанавливают путем ежегодного отбора проб почвы и их химанализа на содержание подвижного фосфора, или путем расчетов с использованием соответствующих нормативов по формуле: Pп = Pисх. + [(Д-В)/100]•K2, где Pп - искомое содержание подвижного фосфора осенью, мг/кг; Pисх. - исходное содержание в почве подвижного фосфора до внесения фосфорных удобрений под первую культуру, мг/кг; Д - доза фосфорного удобрения, внесенная под первую культуру, кг/га д.в.; В - вынос фосфора урожаем первой культуры, кг/га; K2 - норматив увеличения содержания в пахотном слое почвы подвижного фосфора на каждые 100 кг/га остаточного фосфора удобрений, мг/кг.
Этот прототип имеет ряд существенных недостатков, резко снижающих его точность и ограничивающих его применение. Во-первых, использование для диагностики и регулирования фосфорного питания растений только пахотного слоя почвы при определении содержания подвижного фосфора в стандартных однократных вытяжках занижает его содержание даже в пахотном слое почвы и не учитывает его содержание в корнеобитаемом профиле почвы. Вследствие этого предлагаемые в этом прототипе нормативы не могут точно отражать изменение содержания в почве подвижного фосфора под действием применяемых фосфорных удобрений. Во-вторых, не учитывают естественные многолетние процессы мобилизации фосфора почвы и не принимают во внимание возможную нисходящую миграцию фосфора под действием систематически применяемых фосфорных удобрений и агротехнических приемов. В-третьих, при рекомендуемом в прототипе ежегодном агрохимическом обследовании не учитывают возможное наличие в пахотном слое почвы не распавшихся и не прореагировавших с почвой за период осень-весна гранул фосфорных удобрений, что сильно искажает в ту или иную сторону результаты химанализа почвы на содержание подвижного фосфора и показатели разработанных на их основе предлагаемых в этом прототипе нормативов.
Кроме того, для практического использования этого прототипа необходимо экспериментальным путем установить условные градации обеспеченности пахотного слоя почвы подвижным фосфором в мг/кг для получения той или иной экономически оправданной прибавки урожая в ц/га от той или иной дозы фосфорных удобрений в кг/га при том или ином уровне продуктивности в ц/га различных культур. При этом относительный показатель оптимального содержания в почве подвижного фосфора в мг/кг вследствие неполного извлечения из почвы подвижного фосфора однократными вытяжками в прототипе не имеет определяющего значения для целей диагностики и регулирования фосфорного питания растений, поскольку он широко и непропорционально изменяется в зависимости от той или иной величины планируемого урожая и его прибавки от различных доз фосфорных удобрений.
Но использование множества трудноучитываемых переменных показателей, а также сопоставление условных относительных показателей в мг/кг с абсолютными показателями в кг/га и ц/га, сильно удлиняет и удорожает разработку не отличающихся высокой точностью нормативов, не исключает субъективной оценки исходных параметров и быстрого накопления систематических ошибок, для корректировки которых требуется часто проводить агрохимическое обследование почвы.
Поскольку этот прототип базируется на использовании для диагностики и регулирования фосфорного питания растений только пахотного слоя почвы при неполном извлечении подвижного фосфора однократными стандартными вытяжками он будет приводить к завышению потребности растений в дополнительном фосфорном питании и применению завышенных доз фосфорных удобрений.
Этот прототип может быть использован лишь на почвах с низким содержанием подвижного фосфора без применения фосфорных удобрений или эпизодическом их применении в небольших дозах, при отсутствии нисходящей миграции фосфора почвы и фосфора удобрений для ориентировочного определения потребности в фосфорных удобрениях.
Наиболее близким к предлагаемому способу оценки действия системы удобрения фосфором на плодородие почвы и окружающую среду является балансовый способ анализа и оценки системы удобрения, в частности системы удобрения фосфором (Юркин С.Н. Методические вопросы балансовых разработок в земледелии. - Балансовый метод анализа и оценки эффективности системы удобрения. Бюллетень ВИУА, N 20, М., 1974, с. 12-37), основанный на определении в почве количественного баланса фосфора (± кг/га) расчетным путем по косвенным показателям, а именно по данным поступления в почву фосфора из различных источников и по данным выноса из почвы фосфора с урожаями возделываемых культур. Этот способ - прототип включает учет ежегодного поступления в почву фосфора в кг/га с удобрениями, семенами, осадками и т.п. и учет ежегодного выноса из почвы фосфора в кг/га с урожаями основной и побочной продукции культур. При этом абсолютный суммарный вынос фосфора из почвы урожаями определяют ежегодно путем химанализа основной и побочной продукции культур на содержание фосфора или расчетным путем с использованием соответствующих нормативов, установленных в сходных почвенно-климатических и агротехнических условиях.
Однако определение баланса фосфора предлагаемым в этом прототипе путем ограничено тем, что при этом лишь постфактум констатируют количество потребленного растениями фосфора, но не учитывают содержание, мобилизацию, иммобилизацию и миграцию в почве фосфора, в частности подвижного фосфора, в различных слоях профиля почвы, а также количество потребляемого растениями фосфора и темпы его потребления из различных слоев профиля почвы, вследствие чего определяют только ориентировочный агрохимический баланс фосфора в почве по косвенным показателям. Поэтому этот прототип непригоден для точной и исчерпывающей эколого-агрохимической оценки системы удобрения фосфором. Этот прототип может быть использован для определения ориентировочного баланса фосфора в почве на больших территориях при оценке зональных систем земледелия.
Цель предлагаемых изобретений - повышение точности определения содержания в почве подвижного фосфора при повышении точности диагностирования и регулирования фосфорного питания растений в процессе формирования различных уровней планируемых урожаев и при повышении точности эколого-агрохимической оценки системы удобрения фосфором.
Поставленная цель достигается тем, что в предлагаемом способе определения содержания в почве подвижного фосфора периодические агрохимические обследования проводят при отсутствии в пахотном слое почвы нераспавшихся и непрореагировавших с почвой гранул фосфорных удобрений, а пробы почвы отбирают в корнеобитаемом профиле почвы по отдельным слоям с учетом мощности генетических горизонтов конкретных типов почв. Причем пробы отбирают в той части корнеобитаемого профиля почвы, где отмечают предварительно экспериментально установленные эколого-экономически значимые изменения во времени содержания подвижного фосфора под действием естественных многолетних процессов мобилизации фосфора почвы, применяемых фосфорных удобрений, нисходящей миграции фосфора, агротехнических приемов и потребления фосфора растениями. Эту часть корнеобитаемого профиля почвы, на глубину которой отбирают пробы почвы, считают оптимальной для диагностирования профилем почвы.
Отобранные пробы почвы подготавливают к анализам и, например, химическими анализами определяют потенциальную способность почвы к мобилизации подвижного фосфора (потенциал мобилизации фосфора - ПМФ) на текущую и последующие вегетации путем моделирования естественных многолетних процессов мобилизации подвижного фосфора в каждом слое почвы многократными последовательными вытяжками. При этом показателем полноты извлечения из почвы подвижного фосфора считают снижение его содержания в очередной вытяжке до уровня "следы", то есть до уровня разрешающей способности химического анализа.
Абсолютное содержание подвижного фосфора определяют по отдельным слоям с учетом их мощности и объемного веса и в сумме по всем слоям диагностируемого профиля почвы.
Сущность моделирования (имитации) естественных многолетних процессов мобилизации подвижного фосфора состоит в том, что последовательно извлекают из почвы химическими вытяжками сначала наиболее подвижный фосфор почвенного раствора, затем рыхлосвязанные фосфаты, осажденные или адсорбированные на поверхности твердых фаз почвы. При этом извлекают подвижные природные фосфаты почвы и остаточные, прореагировавшие с почвой подвижные фосфаты удобрений. Таким образом извлекают фосфаты, доступные растениям на текущую вегетацию и ближайший их резерв на последующие вегетации.
Пригодность той или иной вытяжки для определения предлагаемым способом абсолютного содержания в почве подвижного фосфора оценивают по следующим параметрам (признакам): pH используемой для химанализа вытяжки соответствует pH почвенного раствора - на нейтральных и щелочных почвах используют щелочные вытяжки, на кислых почвах используют кислотные вытяжки; извлекают из почвы только фосфаты почвенного раствора и фосфаты, рыхлосвязанные с твердыми фазами почвы, которые способны путем самодиффузии переходить в почвенный раствор; суммарное количество подвижного фосфора, извлекаемого из оптимального для диагностирования профиля почвы, соответствует или близко суммарному количеству потребляемого растениями из почвы фосфора за текущую и ближайшие последующие вегетации. В частности, на нейтральных и щелочных почвах, например на почвах каштанового типа, наиболее подходящая для этих целей 1%-ная углеаммонийная вытяжка при pH около 9.
Поставленная цель в предлагаемом способе диагностики и регулирования фосфорного питания растений достигается тем, что периодически определяют ПМФ в оптимальном для диагностирования профиле почвы, ежегодно определяют поступление в почву фосфора с удобрениями и вынос фосфора с урожаями культур, разрабатывают количественные нормативы, отражающие изменение во времени по данным определения ПМФ абсолютного содержания подвижного фосфора в диагностируемом профиле почвы адекватно техногенным воздействиям и жизнедеятельности растений. При этом норматив уменьшения содержания в почве подвижного фосфора устанавливают из соотношения между абсолютным выносом фосфора из почвы урожаями культур и соответствующим уменьшением абсолютного содержания подвижного фосфора в диагностируемом профиле почвы. Норматив увеличения содержания в почве подвижного фосфора устанавливают из соотношения между количеством применяемого сверх выноса урожаями фосфора удобрений и соответствующим увеличением абсолютного содержания подвижного фосфора в диагностируемом профиле почвы.
Разработанные количественные нормативы используют как для оперативной, так и для долгосрочной диагностики и регулирования фосфорного питания растений.
Обеспеченность возделываемых культур фосфором устанавливают из соотношения между абсолютным содержанием подвижного фосфора в диагностируемом профиле почвы, определяемого периодически химанализами на ПМФ или ежегодно расчетным путем с использованием нормативов, и абсолютным выносом фосфора планируемыми урожаями.
Прогнозирование уменьшения содержания в почве подвижного фосфора вследствие потребления фосфора растениями осуществляют с использованием норматива уменьшения на единицу абсолютного содержания подвижного фосфора в диагностируемом профиле почвы на соответствующую единицу абсолютного выноса фосфора урожаями.
Регулирование фосфорного питания растений путем применения расчетных доз фосфорных удобрений осуществляют с использованием норматива увеличения на единицу абсолютного содержания подвижного фосфора в диагностируемом профиле почвы на соответствующую единицу применяемого фосфора удобрений.
Очередное агрохимическое обследование систематически удобряемых фосфором почв проводят при уменьшении абсолютного содержания подвижного фосфора в диагностируемом профиле почвы до такого минимально допустимого уровня (МДУ), который может обеспечить потребность растений в фосфоре для формирования планируемых урожаев не более чем на один-два года. При этом прогнозирование уменьшения абсолютного содержания в почве подвижного фосфора до МДУ осуществляют из соотношения между абсолютным содержанием подвижного фосфора в диагностируемом профиле почвы по данным определения химанализами ПМФ или расчетным путем с использованием количественных нормативов и выносом фосфора планируемыми или фактически полученными урожаями за один год или ряд лет. На почвах, эпизодически удобряемых небольшими дозами фосфора, очередное агрохимическое обследование проводят не чаще одного раза за ротацию севооборота.
Поставленная цель в предлагаемом способе оценки системы удобрения фосфором достигается тем, что периодически определяют химанализами ПМФ по отдельным слоям и в целом во всем диагностируемом профиле почвы, ежегодно определяют поступление фосфора в почву с удобрениями и вынос фосфора с урожаями культур, разрабатывают количественные нормативы, отражающие изменения во времени абсолютного содержания подвижного фосфора в диагностируемом профиле почвы адекватно техногенным воздействиям и жизнедеятельности растений. На этой основе определяют эколого-агрохимический баланс подвижного фосфора в системе почва-растения-фосфорные удобрения-окружающая среда, выявляя тем самым действие принятой системы удобрения фосфором на плодородие почвы, загрязнение почвогрунтов и окружающей среды подвижным фосфором вследствие его внутрипочвенной вертикальной и горизонтальной миграции.
Баланс фосфора в почве (± кг/га) по данным химанализа на ПМФ определяют периодически, путем сравнения абсолютного содержания подвижного фосфора по отдельным слоям и в целом во всем диагностируемом профиле почвы между двумя любыми очередными агрохимическими обследованиями.
Баланс фосфора в почве (± кг/га) расчетным путем с использованием количественных нормативов определяют ежегодно или за ряд лет в период очередными агрохимическими обследованиями в целом для всего диагностируемого профиля почвы.
Доказательства наличия "новизны" и "изобретательского уровня"
В науке и технике не известны решения, содержащие совокупности признаков, аналогичные предлагаемым.
Не является очевидным принцип определения абсолютного содержания в почве подвижного фосфора, осуществляемый при отсутствии в пахотном слое непрореагировавших с почвой фосфорных удобрений и основанный на определении потенциальной способности почвы к мобилизации подвижного фосфора (потенциал мобилизации фосфора - ПМФ) на текущую и последующие вегетации в оптимальной для диагностирования части корнеобитаемого профиля почвы по отдельным слоям и в сумме по всем слоям, путем моделирования естественных многолетних процессов мобилизации фосфора почвы многократными последовательными вытяжками при полном, до уровня "следа", извлечении подвижного фосфора.
Не является очевидным также принцип определения оптимальной мощности диагностируемого профиля почвы, за который принимают ту часть корнеобитаемого профиля почвы, где отмечают эколого-экономически значимые изменения во времени абсолютного содержания подвижного фосфора под действием естественных многолетних процессов мобилизации, иммобилизации и миграции фосфора, техногенных воздействий и жизнедеятельности растений.
Не являются очевидными также принципы моделирования естественных процессов мобилизации фосфора почвы и подбора вытяжек для химанализа почвы, основанные на последовательном извлечении доступных растениям фосфатов почвенного раствора и фосфатов, рыхлосвязанных с твердыми фазами почвы, способных путем самодиффузии переходить в почвенный раствор, причем вытяжками извлекают только подвижные природные фосфаты и остаточные подвижные фосфаты удобрений, при этом суммарное количество подвижного фосфора, извлекаемого вытяжками из диагностируемого профиля почвы, соответствует или близко суммарному количеству потребляемого растениями из почвы фосфора за текущую и последующие вегетации.
Не являются очевидными также принципы разработки количественных нормативов и использования их для диагностики и регулирования фосфорного питания растений, основанные на определении абсолютного содержания подвижного фосфора в оптимальном для диагностирования профиле почвы химанализами на ПМФ, причем определяют содержание подвижного природного и остаточного, прореагировавшего с почвой, фосфора удобрений, а разработанные нормативы отражают количественную динамику подвижного фосфора адекватно техногенным воздействиям и жизнедеятельности растений, при этом для прогнозирования изменения во времени содержания фосфора используют норматив уменьшения на единицу абсолютного содержания подвижного фосфора в почве на соответствующую единицу выноса фосфора урожаями, а для определения доз фосфорных удобрений - норматив увеличения на единицу абсолютного содержания подвижного фосфора в почве на соответствующую единицу применяемого фосфора удобрений.
Не является очевидным также принцип определения обеспеченности растений фосфором из соотношения между абсолютным содержанием подвижного фосфора в диагностируемом профиле почвы, определяемого периодически химанализами на ПМФ или ежегодно расчетным путем с использованием нормативов, и абсолютным выносом фосфора планируемыми урожаями.
Не является очевидным также принцип определения сроков проведения очередного агрохимического обследования систематически удобренных фосфором почв, основанный на использовании количественного показателя минимально допустимого уровня (МДУ) абсолютного содержания подвижного фосфора в диагностируемом профиле почвы, определяемого по данным химанализа на ПМФ или рассчитываемого с использованием нормативов, который может обеспечить потребность растений в фосфоре для формирования не более одного-двух планируемых урожаев.
Не является очевидным также принцип оценки системы удобрения фосфором, основанный на определении эколого-агрохимического баланса подвижного фосфора в системе почва-растение-фосфорные удобрения-окружающая среда, при определении исходного и конечного абсолютного содержания подвижного фосфора по отдельным слоям и в сумме по всем слоям диагностируемого профиля почвы по данным химанализа на ПМФ или путем расчетов с использованием нормативов в целом для всего диагностируемого профиля почвы.
Таким образом, предлагаемые изобретения отвечают критериям "новизна" и "изобретательский уровень".
Предлагаемая группа изобретений связана единым творческим замыслом, так как первый способ служит основной для разработки и использования второго способа, а каждый из них в отдельности и совместно - для разработки и использования третьего способа, и в целом группа изобретений представляет собой динамичную модель управления воспроизводством плодородия почвы, условиями фосфорного питания растений и эколого-агрохимической ситуацией в системе почва-растения-фосфорные удобрения-окружающая среда.
Предлагаемый способ определения содержания в почве подвижного фосфора осуществляют следующим образом. При проведении агрохимического обследования осенью до внесения удобрений при отсутствии в пахотном слое непрореагировавших с почвой гранул фосфорных удобрений почвенным буром, например, конструкции Качинского или Малькова в корнеобитаемом профиле почвы, по отдельным слоям, с учетом мощности генетических горизонтов конкретных почв отбирают пробы почвы. Причем пробы почвы отбирают в той части корнеобитаемого профиля почвы, где отмечают предварительно экспериментально установленные, эколого-экономически значимые изменения содержания подвижного фосфора под действием естественных многолетних процессов мобилизации, иммобилизации и миграции фосфора, техногенных воздействий и жизнедеятельности растений. Эту часть корнеобитаемого профиля почвы, на глубину которой отбирают пробы почвы, считают оптимальной для диагностирования профилем почвы. Например, на почвах с тяжелым мехсоставом оптимальная мощность диагностируемого профиля почвы составляет 0-100 см.
После сушки и размола проб с одновременным их просеиванием через сито диаметром 0,8-1,0 мм для химического анализа из каждой пробы отвешивают навески, например, на весах типа ВЛТК с точностью до 0,1 г. В навесках почвы, отвешенных из каждого слоя почвы, определяют потенциальную способность почвы к мобилизации подвижного фосфора (потенциал мобилизации фосфора - ПМФ) на текущую и последующие вегетации путем моделирования естественных многолетних процессов мобилизации фосфора в каждом слое почвы многократными последовательными вытяжками. При этом показателем полноты извлечения из почвы подвижного фосфора считают уменьшение его содержания в мг/кг в очередной вытяжке до уровня "следы", то есть до уровня разрешающей способности анализа.
Определяют с учетом мощности (см) и объемного веса (г/см3) каждого слоя почвы абсолютное содержание подвижного фосфора в кг/га по каждому слою почвы и сумму по всем слоям диагностируемого профиля почвы.
Сущность моделирования (имитации) естественных многолетних процессов мобилизации подвижного фосфора почвы состоит в том, что последовательно извлекают сначала наиболее подвижные фосфаты почвенного раствора, затем с увеличением кратности извлечения также как и при потреблении из почвы фосфора растениями нарушают фосфатное равновесие между твердыми и жидкими фазами почвы и тем самым способствуют переходу в почвенный раствор путем самодиффузии рыхлосвязанных с почвой природных фосфатов и остаточных фосфатов удобрений, осажденных или адсорбированных на поверхности твердых фаз почвы, которые извлекают последующими вытяжками. Таким образом извлекают из почвы фосфаты, доступные растениям на текущую вегетацию и ближайший их резерв на последующие вегетации.
Пригодность той или иной вытяжки для определения предлагаемым способом абсолютного содержания в почве подвижного фосфора оценивают по следующим признакам: на почвах с кислой реакцией почвенного раствора используют кислотные вытяжки, на почвах с щелочной или нейтральной реакцией почвенного раствора - щелочные вытяжки; извлекают из почвы фосфаты почвенного раствора и фосфаты, рыхлосвязанные с твердыми фазами почвы, осажденные и адсорбированные на поверхности твердых фаз почвы, способные путем самодиффузии переходить в почвенный раствор; суммарное количество подвижного фосфора, извлекаемого из оптимального для диагностирования профиля почвы, соответствует или близко суммарному количеству потребляемого растениями из почвы фосфора за текущую и ближайшие последующие вегетации. В частности, на щелочных и нейтральных почвах, например на почвах каштанового типа, наиболее подходящая для этих целей - вытяжка 1%-ного раствора углекислого аммония при pH около 9, при использовании которой суммарное количество извлекаемого из почвы подвижного фосфора и суммарное количество потребляемого растениями из почвы фосфора близки между собой только в случае полного, до уровня "следы", извлечения подвижного фосфора многократными последовательными вытяжками из оптимального для диагностирования профиля почвы.
Предлагаемый способ диагностики и регулирования фосфорного питания растений осуществляют следующим образом. При агрохимическом обследовании отбирают пробы почвы по отдельным слоям оптимального для диагностирования профиля почвы, в которых химанализами определяют потенциальную способность почвы к мобилизации подвижного фосфора (потенциал мобилизации фосфора - ПМФ) на текущую и последующие вегетации в мг/кг почвы с последующим пересчетом содержания подвижного фосфора по отдельным слоям с учетом мощности (см) и объемного веса (г/см3) и в сумме по всем слоям в кг/га, определяют ежегодное поступление в почву фосфора с удобрениями в кг/га д.в. и ежегодный вынос фосфора в кг/га с урожаями культур.
В длительных стационарных многофакторных агрохимических опытах по специальной программе и методике экспериментальным путем разрабатывают количественные нормативы, отражающие изменения во времени по данным определения ПМФ абсолютного содержания подвижного фосфора в оптимальном для диагностирования профиле почвы адекватно техногенным воздействием и жизнедеятельности растений. При этом норматив уменьшения содержания в почве подвижного фосфора устанавливают из соотношения между абсолютным выносом фосфора из почвы урожаями культур за тот или иной промежуток времени и соответствующим уменьшением абсолютного содержания подвижного фосфора в диагностируемом профиле почвы за тот же промежуток времени. Норматив увеличения содержания в почве подвижного фосфора устанавливают из соотношения между количеством остаточного, внесенного сверх выноса урожаями, фосфора удобрений за тот или иной промежуток времени и соответствующим увеличением абсолютного содержания подвижного фосфора в диагностируемом профиле почвы за тот же промежуток времени.
Предлагаемые количественные нормативы используют как для оперативной, так и для долгосрочной диагностики и регулирования фосфорного питания растений.
Обеспеченность возделываемых культур фосфором устанавливают из соотношения между абсолютным содержанием подвижного фосфора в диагностируемом профиле почвы, определяемого периодически химанализами на ПМФ или ежегодно расчетным путем с использованием нормативов, и абсолютным выносом фосфора планируемыми урожаями.
Прогнозирование уменьшения содержания в почве подвижного фосфора вследствие потребления фосфора растениями осуществляют с использованием уменьшения на единицу абсолютного содержания подвижного фосфора в диагностируемом профиле почвы на соответствующую единицу абсолютного выноса фосфора урожаями.
Регулирование фосфорного питания растений путем применения расчетных доз фосфорных удобрений осуществляют с использованием норматива увеличения на единицу абсолютного содержания подвижного фосфора в диагностируемом профиле почвы на соответствующую единицу применяемого фосфора удобрений.
При содержании в диагностируемом профиле почвы подвижного фосфора менее его выноса планируемыми урожаями культур хотя бы за один год (вегетационный период), используя норматив увеличения на единицу абсолютного содержания в почве подвижного фосфора на соответствующую единицу применяемого фосфора удобрений, устанавливают необходимые дозы фосфорных удобрений в кг/га д.в. для создания в почве такого содержания подвижного фосфора в кг/га, которое может обеспечить потребность культур для формирования одного или нескольких планируемых урожаев.
При соответствии абсолютного содержания подвижного фосфора в диагностируемом профиле почвы абсолютному выносу фосфора планируемыми урожаями хотя бы на один год фосфорные удобрения не применяют хотя бы один год или рассчитывают их дозы и вносят в запас на 2-3 года, например, при закладке посевов многолетних трав.
При более высоком абсолютном содержании в почве подвижного фосфора определяют период (число лет), в течение которого планируемые урожаи могут формироваться без применения фосфорных удобрений. При этом последующие ежегодные изменения содержания в почве подвижного фосфора за этот период определяют на основе норматива уменьшения на единицу в кг/га содержания в диагностируемом профиле почвы подвижного фосфора на соответствующую единицу в кг/га выноса фосфора планируемыми урожаями культур.
Длительное использование нормативов для определения абсолютного содержания в почве подвижного фосфора и определения доз фосфорных удобрений неизбежно ведет к накоплению систематических ошибок. Кроме того, возможно также изменение ПМФ, например, вследствие изменения агротехнических приемов и введения различных мелиораций. Поэтому периодически проводят агрохимические обследования почвы.
Очередное агрохимическое обследование систематически удобряемых фосфором почв проводят при уменьшении абсолютного содержания подвижного фосфора в диагностируемом профиле почвы до такого минимально допустимого уровня (МДУ), который может обеспечить потребность растений в фосфоре для формирования планируемых урожаев не более чем на один-два года. При этом прогнозирование уменьшения абсолютного содержания в почве подвижного фосфора до МДУ осуществляют из соотношения между абсолютным содержанием подвижного фосфора в диагностируемом профиле почвы, определяемого химанализами на ПМФ или рассчитываемого с использованием нормативов, и выносом фосфора планируемыми или фактически полученными урожаями за один год или ряд лет. На почвах, эпизодически удобряемых небольшими дозами фосфора, очередное агрохимическое обследование проводят не чаще одного раза за ротацию севооборота.
Предлагаемый способ оценки системы удобрения фосфором осуществляют следующим образом. Периодически проводят агрохимическое обследование почвы с отбором проб по отдельным слоям в оптимальном для диагностирования профиле почвы, в каждой пробе определяют потенциальную способность почвы к мобилизации подвижного фосфора (ПМФ) на текущую и последующие вегетации. Содержание подвижного фосфора выражают в абсолютных единицах измерения в кг/га отдельно по каждому слою почвы с учетом его мощности (см) и объемного веса (г/см3), а также в сумме по всем слоям диагностируемого профиля почвы. Определяют ежегодное поступление в почву фосфора с удобрениями и ежегодный вынос фосфора из почвы с урожаями культур. Разрабатывают количественные нормативы, отражающие изменение во времени абсолютного содержания в диагностируемом профиле почвы подвижного фосфора адекватно техногенным воздействиям и жизнедеятельности растений. На этой основе определяют эколого-агрохимический баланс подвижного фосфора в системе почва-растения-фосфорные удобрения-окружающая среда, выявляя тем самым действие принятой системы удобрения фосфором на плодородие почвы, загрязнение почвогрунтов и окружающей среды подвижным фосфором выше предельно допустимой концентрации (ПДК) вследствие его внутрипочвенной вертикальной и горизонтальной миграции.
Баланс фосфора в почве (± кг/га) по данным химанализа на ПМФ определяют периодически путем сравнения абсолютного содержания подвижного фосфора по отдельным слоям и в целом во всем диагностируемом профиле почвы между любыми двумя агрохимическими обследованиями почвы.
Баланс фосфора в почве (± кг/га) расчетным путем определяют ежегодно или за ряд лет в период между очередными агрохимическими обследованиями почвы для всего диагностируемого профиля почвы в целом путем сравнения исходного абсолютного содержания в почве подвижного фосфора, устанавливаемого химанализами на ПМФ, с последующими изменениями его абсолютного содержания, устанавливаемыми с использованием нормативов на уменьшение или увеличение во времени абсолютного содержания в почве подвижного фосфора.
Примеры конкретного осуществления предлагаемых способов
Проводили сравнение предлагаемых способов с соответствующими прототипами и другими аналогами. Сравнительные данные приведены в табл. 1-3 (см. в конце описания).
Предлагаемый способ определения содержания в почве подвижного фосфора осуществляли следующим образом. Осенью, до внесения фосфорных удобрений, но не ранее чем через год после предыдущего их внесения, проводили агрохимическое обследование почвы на содержание подвижного фосфора. В отличие от соответствующего прототипа при наличии в отбираемых из пахотного слоя пробах почвы не прореагировавших с почвой гранул фосфорных удобрений агрохимическое обследование почвы по предлагаемому способу откладывали еще на год.
По предлагаемому способу в отличие от соответствующего прототипа предварительно экспериментальным путем устанавливали мощность корнеобитаемого профиля почвы, из которого может идти интенсивное потребление фосфора растениями, а также возможную глубину нисходящей миграции подвижного фосфора почвы и фосфора удобрений в зависимости от мехсостава и дренированности профиля конкретных почв, причем всегда на глубину более пахотного слоя. В частности, по данным длительных стационарных агрохимических опытов на слабодренированных почвах тяжелого мехсостава интенсивное потребление растениями фосфора шло из метрового профиля почвы, а при экономически и экологически оптимальных дозах фосфорных удобрений возможная глубина нисходящей миграции фосфора почвы и фосфора удобрений в эколого-экономически значимых размерах обычно не превышала 60-100 см. В связи с этим пробы почвы отбирали в отличие от соответствующего прототипа на глубину 100 см почвенными бурами конструкции Качинского или Малькова по отдельным слоям, через определенные интервалы, которые определяли в зависимости от генетических горизонтов конкретных почв, а ту часть корнеобитаемого профиля почвы, на глубину которой отбирали пробы почвы, считали диагностируемым профилем почвы.
Пробы почвы сушили до воздушно-сухого состояния, в частности, под навесом или в термостате при температуре до 40oC. Сухие пробы измельчали на почвенной мельнице или вручную с одновременным пропусканием через сито Д 0,8-1,0 мм. Затем из каждой пробы, по каждому слою почвы, на технических весах типа ВЛТК с точностью до 0,1 г взвешивали навески почвы для химанализа.
В навесках почвы определяли в отличие от соответствующего прототипа потенциальную способность почвы к мобилизации подвижного фосфора (потенциал мобилизации фосфора - ПМФ) на текущую и последующие вегетации путем моделирования естественных многолетних процессов мобилизации фосфора почвы многократными последовательными вытяжками. При этом кратность определения содержания подвижного фосфора, например, на почвах тяжелого мехсостава изменяли от 4-5 до 7-8 в зависимости от общего содержания и особенностей распределения подвижного фосфора в профиле почвы вследствие его нисходящей миграции и потребления растениями (табл. 1).
Во всех случаях по предлагаемому способу показателем полноты извлечения из почвы подвижного фосфора являлось уменьшение его содержания (мг/кг) в очередной вытяжке до уровня "следы", то есть до уровня разрешающей способности анализа.
Далее в отличие от соответствующего прототипа определяли абсолютное содержание (в кг/га) подвижного фосфора не только в пахотном слое, а отдельно в каждом слое и в сумме по всем слоям диагностируемого профиля почвы с учетом мощности (см) и объемного веса (г/см3) каждого слоя почвы.
Сущность моделирования (имитации) естественных многолетних процессов мобилизации подвижного фосфора почвы состояла в том, что последовательно извлекали вытяжками сначала наиболее подвижные фосфаты почвенного раствора, затем с увеличением кратности извлечения фосфора также как и при потреблении из почвы фосфора растениями нарушали фосфатное равновесие между твердыми и жидкими фазами почвы и тем самым способствовали переходу в почвенный раствор путем самодиффузии рыхлосвязанных фосфатов, осажденных или адсорбированных на поверхности твердых фаз почвы, которые извлекали последующими вытяжками. При этом благодаря специальной методике организации и проведения стационарных опытов извлекали только подвижные природные фосфаты и остаточные, прореагировавшие с почвой, подвижные фосфаты удобрений. Таким образом извлекали фосфаты, доступные растениям на текущую вегетацию и ближайший их резерв на последующие вегетации.
Пригодность той или иной вытяжки для определения предлагаемым способом абсолютного содержания в почве подвижного фосфора оценивали по следующим параметрам (признакам): на почвах с нейтральной и щелочной реакцией почвенного раствора использовали щелочные вытяжки, на почвах с кислой реакцией почвенного раствора - кислотные вытяжки; вытяжки извлекали фосфаты почвенного раствора и фосфаты, рыхлосвязанные с твердыми фазами почвы, способные путем самодиффузии переходить в почвенный раствор; суммарное количество подвижного фосфора, извлекаемого из оптимального для диагностирования профиля почвы, соответствует или близко суммарному количеству потребляемого растениями из почвы фосфора за текущую и последующие вегетации. В частности, на нейтральных и щелочных почвах, например на почвах каштанового типа, наиболее подходящая для этих целей вытяжка 1%-ного углекислого аммония при pH около 9, при использовании которой суммарное количество извлекаемого из почвы подвижного фосфора и суммарное количество потребляемого растениями из почвы фосфора за текущую и последующие вегетации близки между собой в случае полного, до уровня "следы", извлечения подвижного фосфора многократными последовательными вытяжками из оптимального для диагностирования профиля почвы.
По данным табл. 1 при сравнении однократной вытяжки (прототип) с предлагаемой многократной вытяжкой абсолютное содержание подвижного фосфора в пахотном слое почвы 0-30 см в прототипе по сравнению с предлагаемым способом занижалось в 2,1-2,7 раза, а для слоя 0-100 см - в 2,2-2,8 раза. Вследствие этого в прототипе при неполном извлечении из корнеобитаемого профиля почвы подвижного фосфора резко завышалась потребность возделываемых культур в фосфорных удобрениях.
Например, при ежегодном формировании посевами озимой пшеницы урожая зерна порядка 50 ц/га среднегодовой вынос из почвы фосфора с урожаями основной и побочной продукцией (зерно+солома) составлял порядка 60 кг/га. При использовании данных только однократной вытяжки (прототип) представленное в табл. 1 содержание подвижного фосфора в пахотном слое почвы 0-30 см обеспечивало бы без применения фосфорных удобрений формирование урожаев зерна по 50 ц/га в течение 3-4 лет, а для профиля почвы 0-100 см соответствующие показатели тоже однократной вытяжки - в течение 5-6 лет.
По данным же предлагаемого способа при определении в профиле почвы 0-100 см ПМФ путем моделирования естественных многолетних процессов мобилизации фосфора почвы многократными последовательными вытяжками урожай зерна озимой пшеницы 50 ц/га на этих почвах мог формироваться, как минимум, в течение 12-15 лет. Прямая экспериментальная и производственная проверка подтвердила эти положения: на фонах N 120-150-180 ежегодное применение P60-90 не вело к существенным достоверным (при HCP05) изменениям в ту или иную сторону продуктивности всех возделываемых культур севооборота под действием фосфорных удобрений в течение 1982-1995 гг.; при общем урожае зерна яровой пшеницы 30-45 ц/га, озимой пшеницы 35-70 ц/га, кукурузы 30-70 ц/га недостоверные (в пределах ошибки эксперимента) колебания урожаев зерна составляли ±1,5-2,5 ц/га; при общем урожае зеленой массы люцерны, кукурузы и суданской травы 300-700 ц/га также недостоверные колебания урожаев составляли ±10-30 ц/га.
Для практического осуществления предлагаемого способа диагностики и регулирования фосфорного питания растений разрабатывали количественные нормативы, отражающие в отличие от соответствующих прототипа и аналога изменение во времени абсолютного содержания в почве подвижного фосфора адекватно техногенным воздействиям и жизнедеятельности растений, устанавливаемые по результатам исследований в длительных стационарных многофакторных агрохимических опытах.
Норматив уменьшения на единицу содержания в почве подвижного фосфора на соответствующую единицу выноса фосфора урожаями культур (табл. 2) устанавливали в отличие от соответствующих прототипа и аналога не в относительных единицах (мг/кг), а в абсолютных единицах измерения (кг/га) и не только в пахотном слое, а по отдельным слоям на различную глубину и в сумме по всем слоям в оптимальном для диагностирования профиле почвы с учетом мощности (см) и объемного веса (г/см3) каждого слоя почвы. Устанавливали нормативы по результатам исследований в длительных стационарных многофакторных агрохимических опытах без применения фосфорных удобрений, предпочтительно на почвах с повышенным и высоким содержанием подвижного фосфора, которое создано предыдущим систематическим применением фосфорных удобрений, при достаточном уровне обеспеченности растений другими зольными элементами минерального питания, но при различных уровнях их азотного питания.
Такой методический подход обеспечивал формирование различных уровней продуктивности растений с различным выносом ими фосфора из почвы, что позволяло в отличие от соответствующих прототипа и аналога выявить количественную взаимосвязь между абсолютными показателями выноса фосфора из почвы теми или иными урожаями культур и соответствующими показателями уменьшения абсолютного содержания подвижного фосфора не только в пахотном слое, а по отдельным слоям и в сумме по всем слоям в оптимальном для диагностирования профиле почвы за тот или иной промежуток времени, например за ротацию севооборота. При этом в отличие от соответствующих прототипа и аналога для разработки норматива использовали количественную динамику природного подвижного фосфора почвы и подвижного остаточного фосфора удобрений, внесенного сверх выноса урожаями, прореагировавшего с почвой и ставшего составной частью почвы.
Устанавливали нормативы в отличие от соответствующих прототипа и аналога из соотношения между абсолютным выносом фосфора из почвы в кг/га теми или иными урожаями основной и побочной продукцией культур за ряд лет, например за ротацию севооборота, и показателем соответствующего уменьшения абсолютного содержания в том или ином слое диагностируемого профиля почвы подвижного фосфора в кг/га, определяемого по данным ПМФ за тот же промежуток времени.
По результатам исследований в длительных стационарных многофакторных агрохимических опытах показателем точности отражения нормативами процессов в системах почва-растения или почва-растения-удобрения в том или ином слое почвы являлся уровень тесноты взаимосвязей между основными факторами, определяющими количественные показатели нормативов, например между выносом урожаями из почвы фосфора и соответствующим уменьшением содержания в почве фосфора. Теоретически уровень тесноты взаимосвязей, выражаемый через соотношение определяющих факторов, должен быть узким, близким к единице. Широкое соотношение между определяющими факторами свидетельствует о неадекватном количественном отражении нормативами процессов в этих системах.
По результатам исследований в тех же стационарных опытах оптимальная мощность диагностируемого профиля почвы для прогнозирования уменьшения содержания в почве фосфора, например на почвах тяжелого мехсостава (табл. 2), в среднем из n = 90 (3 варианта х 6 повторений варианта во времени и пространстве х 5 слоев почвы по каждому варианту) составляла 0-100 см, где соотношение между основными факторами, определяющими норму уменьшения абсолютного содержания в почве подвижного фосфора вследствие выноса фосфора урожаями, колебалось от 1:0,86 до 1:1,07 и в среднем составляло 1:0,96, то есть близкое к единице.
При этом показатель норматива уменьшения абсолютного содержания в почве подвижного фосфора в кг/га на каждые 100 кг на 1 га выноса из почвы фосфора урожаями культур варьировал в зависимости от уровня продуктивности культур севооборота от 88 кг/га до 107 кг/га (табл. 2). При уровне продуктивности культур севооборота до 80-85 ц/га к.е. в год показатель норматива составлял 88 кг/га, что свидетельствовало об опережении темпов восстановления в почве концентрации подвижного фосфора, при достаточно высоком исходном его содержании, над темпами потребления фосфора растениями. С повышением среднегодового уровня продуктивности культур севооборота до 90-105 ц с 1 га темпы восстановления концентрации подвижного фосфора в почве сначала шли на уровне (101 кг/га), а затем отставали (107 кг/га) от темпов потребления фосфора растениями.
В соответствующем прототипе в отличие от предлагаемого способа соотношение между выносом урожаями из почвы фосфора и уменьшением вследствие этого абсолютного содержания в почве подвижного фосфора было очень широким и составляло 1: 0,21-0,31 в среднем из n = 90 (15 х 6)-1:0,24 (табл. 2), что свидетельствовало о непригодности этого прототипа для достаточно точной количественной оценки действия и взаимодействия процессов в системе почва-растения-окружающая среда.
По предлагаемому способу нормативы увеличения на единицу содержания в почве подвижного фосфора на соответствующую единицу фосфора, вносимого с удобрениями, устанавливали в отличие от соответствующего прототипа также не в относительных, а в абсолютных единицах измерения и также не только в пахотном слое, а по отдельным слоям на различную глубину и в сумме по всем слоям диагностируемого профиля почвы, с учетом мощности и объемного веса каждого слоя почвы. Устанавливали нормативы по результатам исследований в длительных стационарных многофакторных агрохимических опытах на систематически удобренных фосфором почвах также при достаточной обеспеченности растений другими зольными элементами минерального питания и также при различных уровнях их азотного питания. При этом в отличие от соответствующего прототипа для разработки нормативов использовали показатель содержания в почве не свежевнесенного, а остаточного фосфора удобрений, систематически вносимого сверх выноса урожаями культур, прореагировавшего с почвой и ставшего ее составной частью, но вместе с этим полностью, до уровня "следы", извлекаемого из почвы при определении ПМФ.
Такой методический подход обеспечивал в отличие от соответствующего прототипа выявление закономерных изменений показателей нормативов под действием применяемых фосфорных удобрений, жизнедеятельности растений, физико-химической миграции или закрепления фосфора почвы и фосфора удобрений по отдельным слоям профиля почвы. Исключал или сглаживал характерные для прототипа варьирования нормативов под действием случайных факторов, в частности засорения отбираемых из пахотного слоя проб непрореагировавшими с почвой гранулами фосфорных удобрений.
Устанавливали нормативы в отличие от соответствующего прототипа из соотношения между остаточным количеством фосфора удобрений, внесенного в почву за тот или иной промежуток времени сверх выноса фосфора урожаями культур, и показателем соответствующего увеличения от остаточного фосфора удобрений абсолютного содержания в почве подвижного фосфора за тот же промежуток времени, устанавливаемого по данным определения химанализами ПМФ по отдельным слоям диагностируемого профиля почвы.
По результатам исследований в длительных стационарных многофакторных агрохимических опытах оптимальная мощность диагностируемого профиля почвы для этого норматива, например на почвах тяжелого мехсостава (табл. 2), в среднем из n = 72 (3 х 6 х 4) составляла 0-80 см, где по данным определения ПМФ сосредоточено до 96-98% запасов подвижного фосфора от содержания его в профиле 0-100 см, а соотношение между двумя основными факторами, определяющими норму увеличения абсолютного содержания в почве подвижного фосфора на единицу остаточного фосфора удобрений, близко к единице - 1:0,96-1,11 и в среднем 1:1,05. Полученные соотношения несколько более единицы указывают на то, что накопление в почве подвижного фосфора шло не только за счет остаточного фосфора удобрений, но и за счет естественных процессов мобилизации фосфора почвы.
При этом норматив увеличения абсолютного содержания в диагностируемом профиле почвы подвижного фосфора в кг/га на каждые 100 кг/га остаточного фосфора удобрений в среднем из n = 72 (4 х 6 х 3) составлял 105 кг/га (табл. 2). Сильное варьирование абсолютных показателей норматива в слоях почвы менее 0-80 см было обусловлено неполным количественным учетом абсолютного содержания подвижного фосфора в корнеобитаемом профиле почвы, а в более глубоких слоях - вследствие слабой или отсутствия нисходящей миграции фосфора на глубину более 80 см.
В соответствующем прототипе в отличие от предлагаемого способа соотношение между применяемым фосфором удобрений и увеличением вследствие этого абсолютного содержания в почве подвижного фосфора было очень широким и в среднем из n = 90 (15 х 6) составляло 1:0,38, что свидетельствовало о непригодности этого прототипа для достаточно точной количественной оценки действия и взаимодействия процессов в системе почва-растения-удобрения-окружающая среда.
Обеспеченность возделываемых культур фосфором устанавливали в отличие от соответствующего прототипа и аналога из соотношения между абсолютным содержанием подвижного фосфора в оптимальном для диагностирования профиле почвы, периодически определяемого химанализами на ПМФ или ежегодно рассчитываемого с использованием нормативов, и абсолютным выносом фосфора планируемым урожаем по формуле 1
О = Pф (или Pн):Pв,
где О - обеспеченность растений фосфором на одну или несколько вегетаций; Pф или Pн - содержание подвижного фосфора в диагностируемом профиле почвы, определенного по данным ПМФ (Pф) или рассчитанного (Pн) с использованием нормативов, кг/га: Pв - вынос фосфора урожаями культур за одну или несколько вегетаций в кг/га, который в научно-исследовательской практике определяли путем ежегодного химанализа основной и побочной продукции культур, а в производственной практике для этого использовали соответствующие нормативы, установленные в сходных почвенно-климатических и агротехнических условиях.
При содержании подвижного фосфора в диагностируемом профиле почвы менее выноса планируемыми урожаями (О<1) хотя бы на один год (вегетационный период) рассчитывали дозы применяемых фосфорных удобрений для создания в почве такого содержания подвижного фосфора, которое обеспечивало бы потребность культур для формирования одного или нескольких планируемых урожаев.
При соответствии содержания подвижного фосфора в диагностируемом профиле почвы выносу фосфора планируемыми урожаями культур хотя бы на один год (О = 1) фосфорные удобрения не применяли хотя бы один год или рассчитывали их дозы и вносили в запас на 2-3 года, например при закладке посевов многолетних трав.
В обоих случаях дозы фосфорных удобрений рассчитывали по формуле 2
Д = (Pопт.-Pф или Pн)•100/H2,
где Д - доза фосфорного удобрения, кг/га д.в.; Pопт. - оптимальное содержание подвижного фосфора в диагностируемом профиле почвы для формирования одного или нескольких планируемых урожаев культур, кг/га; Pф или Pн - соответственно фактическое по данным ПМФ или рассчитанное с использованием нормативов содержание подвижного фосфора в диагностируемом профиле почвы, кг/га;
Н2 - норматив увеличения содержания в диагностируемом профиле почвы подвижного фосфора на каждые 100 кг/га вносимого фосфора удобрений, кг/га.
Норматив Н2 разрабатывали с учетом непрерывно идущих в почве естественных процессов мобилизации фосфора, поэтому в отличие от соответствующего прототипа рассчитанные по предлагаемому способу оптимальные дозы фосфорных удобрений могут быть ниже выноса фосфора урожаями культур.
В период между очередными агрохимическими обследованиями почвы содержание подвижного фосфора в диагностируемом профиле неудобряемых фосфором почв, необходимое для оценки обеспеченности растений фосфором и расчета доз фосфорных удобрений, определяли по формуле 3
где Pн - содержание в диагностируемом профиле почвы подвижного фосфора, рассчитываемого с использованием нормативов, кг/га;
Pф - фактическое содержание в диагностируемом профиле почвы подвижного фосфора по данным определения ПМФ, кг/га;
Pв - вынос фосфора из почвы урожаями возделываемых культур, кг/га;
Н1 - норматив уменьшения содержания в диагностируемом профиле почвы подвижного фосфора на каждые 100 кг/га выноса из почвы фосфора урожаями, кг/га.
На почвах, удобряемых фосфором в период между очередными агрохимическими обследованиями, содержание в диагностируемом профиле почвы подвижного фосфора определяли также с использованием нормативов по формуле 4
где Pн - содержание в диагностируемом профиле почвы подвижного фосфора, рассчитываемого с использованием нормативов, кг/га;
Pф - фактическое содержание в диагностируемом профиле почвы подвижного фосфора по данным определения ПМФ, кг/га;
Pу - поступление фосфора в почву с удобрениями, кг/га д.в.;
Н2 - норматив увеличения содержания в диагностируемом профиле почвы подвижного фосфора на каждые 100 кг/га вносимого фосфора удобрений, кг/га;
Pв - вынос фосфора из почвы урожаями возделываемых культур, кг/га;
Н1 - норматив уменьшения содержания в диагностируемом профиле почвы подвижного фосфора на каждые 100 кг/га выноса из почвы фосфора урожаями, кг/га.
При высоком содержании в диагностируемом профиле почвы подвижного фосфора, установленного по данным ПМФ, по формуле 1 определяли период (число лет), в течение которого планируемые урожаи могут формироваться без применения фосфорных удобрений, а последующие ежегодные изменения содержания в почве подвижного фосфора определяли по формулам 3 и 4.
Вследствие неизбежного накопления систематических ошибок при длительном использовании только расчетных методов определения изменения содержания в почве подвижного фосфора, а также для выявления возможного изменения интенсивности естественных процессов мобилизации и иммобилизации фосфора почвы и фосфора удобрений и их нисходящей миграции при изменении агротехнических условий (изменение глубины и способа обработки почвы, проведение химических и водных мелиораций и т.п.) проводили очередное (повторное) агрохимическое обследование по отдельным слоям на всю глубину диагностируемого профиля почвы.
При этом в отличие от соответствующего прототипа сроки проведения очередного агрохимического обследования почвы определяли не эмпирически (в соответствующих прототипе и аналогах только в пахотном слое почвы: интенсивно удобряемые почвы обследовали через 1-3 года, остальные - через 5 лет), а устанавливали на основе экспериментальных данных длительных многофакторных стационарных агрохимических опытов.
В частности, на почвах с высоким содержанием подвижного фосфора, обеспечивавшего в течение ряда лет, например за ротацию севооборота и более, формирование планируемых урожаев без применения фосфорных удобрений, показателем необходимости проведения очередного агрохимического обследования было уменьшение абсолютного содержания подвижного фосфора в диагностируемом профиле почвы до такого минимально допустимого уровня (МДУ), который обеспечивал потребность растений в фосфоре для формирования планируемых урожаев не более чем на один-два года. При этом показатель МДУ рассчитывали с использованием данных определения ПМФ и количественных нормативов по формулам 1, 3, 4.
На почвах, эпизодически удобряемых небольшими дозами фосфора, очередное агрохимическое обследование проводили не чаще одного раза за ротацию севооборота.
По результатам очередного агрохимического обследования определяли ПМФ на текущую и последующие вегетации по отдельным слоям и в сумме по всем слоям диагностируемого профиля почвы, корректировали расчетные показатели абсолютного содержания подвижного фосфора и обеспеченность растений фосфором для формирования планируемых урожаев на тот или иной период времени.
Предлагаемый способ оценки системы удобрения фосфором осуществляли следующим образом. Периодически проводили агрохимические обследования почвы, определяли химанализами в отличие от соответствующего прототипа потенциальную способность почвы к мобилизации подвижного фосфора (потенциал мобилизации фосфора - ПМФ) на текущую и последующие вегетации по отдельным слоям и в сумме по всем слоям в оптимальном для диагностирования профиле почвы. Ежегодно определяли поступление фосфора в почву с удобрениями и вынос фосфора с урожаями культур. Разрабатывали по данным длительных стационарных многофакторных агрохимических опытов количественные нормативы в отличие от соответствующих прототипа и аналога, отражающие изменение во времени абсолютного содержания подвижного фосфора в оптимальном для диагностирования профиле почвы адекватно техногенным воздействиям и жизнедеятельности растений. При этом в отличие от соответствующих прототипа и аналога для разработки нормативов использовали количественную динамику в почве природного подвижного фосфора почвы и подвижного остаточного фосфора удобрений, систематически вносимого сверх выноса фосфора урожаями, прореагировавшего с почвой и ставшего ее составной частью.
По результатам исследований в длительных стационарных многофакторных агрохимических опытах совпадающие или близкие абсолютные количественные показатели баланса фосфора, установленные по данным изменения содержания в почве общего фосфора (аналог - Аринушкина Е.В. Руководство по химическому анализу почвы. Издательство Московского университета. М., 1981, с. 227-232, с. 265) и подвижного фосфора (предлагаемый способ), указывали на то, что динамика в почве фосфора в оптимальном для диагностирования профиле почвы 0-100 см или 0-80 см на 95-100% шла за счет наиболее подвижных соединений фосфора, извлекаемых многократными 1%-ными углеаммонийными вытяжками (табл. 3).
Близкие или совпадающие количественные показатели баланса фосфора в почве, определенные по результатам химанализов почвы, но разными способами (известный аналог и предлагаемый способ), обусловлены высокой активностью в обрабатываемых почвах процессов разрушения сложных фосфорсодержащих минералов, что резко усиливало подвижность природных фосфатов при отсутствии прочного закрепления в почве фосфора удобрений. Однако в отличие от известного аналога предлагаемый способ выявляет количественную динамику в почве только тех форм соединений фосфора, которые фактически участвуют в минеральном питании растений. Кроме того, предлагаемый способ менее трудоемкий, более прост в исполнении и отличается высокой степенью воспроизводимости результатов химанализов почвы.
Определение баланса фосфора в почве расчетным путем по косвенным показателям (соответствующий прототип), а именно по данным выноса из почвы фосфора с урожаями возделываемых культур, также давал близкие к предлагаемому способу показатели баланса фосфора в том или ином оптимальном для диагностирования профиле почвы (табл. 3). Но в отличие от предлагаемого способа при использовании соответствующего прототипа нельзя учесть абсолютное содержание, накопление и передвижение подвижных соединений фосфора в различных слоях профиля почвы, а следовательно, темпы потребления растениями фосфора из различных слоев профиля почвы.
На этой основе, принимая вышеперечисленные показатели за исходные параметры, определяли эколого-агрохимический баланс не общего фосфора (прототип и аналог), а подвижного фосфора, и не в пахотном слое или в полном генетическом профиле почвы, а в оптимальном для диагностирования профиле почвы в системе почва-растения-фосфорные удобрения-окружающая среда, выявляя тем самым действие принятой системы удобрения фосфором на плодородие почвы, а также на загрязнение почвогрунтов и окружающей среды подвижным фосфором выше предельно допустимой концентрации (ПДК) вследствие его внутрипочвенной вертикальной и горизонтальной миграции.
Баланс фосфора в почве (± кг/га) определяли периодически по данным химанализа почвы на ПМФ путем сравнения абсолютного содержания подвижного фосфора по отдельным слоям и в целом во всем диагностируемом профиле почвы, между двумя или несколькими очередными агрохимическими обследованиями почвы.
Баланс фосфора в почве (± кг/га) определяли также ежегодно или за ряд лет в период между очередными агрохимическими обследованиями почвы для всего диагностируемого профиля почвы в целом путем сравнения исходного абсолютного содержания в почве подвижного фосфора, найденного путем определения ПМФ, с последующими изменениями его абсолютного содержания за тот или иной промежуток времени, устанавливаемыми с использованием количественных нормативов.
При этом на почвах, неудобрявшихся фосфором после очередного агрохимического обследования, изменение во времени абсолютного содержания подвижного фосфора в диагностируемом профиле почвы определяли по формуле 3, а на удобрявшихся почвах - по формуле 4.
Кроме того, в научно-исследовательской практике вынос из почвы фосфора урожаями определяли ежегодно путем химанализа на содержание фосфора в основной и побочной продукции культур. В производственной практике для этого использовали соответствующие нормативы, установленные в сходных почвенно-климатических и агротехнических условиях.
Технико-экономическая и иная эффективность предлагаемых способов по сравнению с соответствующими прототипами и аналогами следующая.
Использование предлагаемого способа определения содержания в почве подвижного фосфора, основанного на принципе выявления потенциальной способности почвы к мобилизации фосфора почвы (потенциала мобилизации фосфора - ПМФ), по отдельным слоям и в целом во всем оптимальном для диагностирования профиле почвы по сравнению с соответствующим прототипом и другими известными аналогами в 2-3 раза повышает точность определения абсолютных запасов в почве подвижного фосфора на текущую и последующие вегетации, что существенно сокращает потребность в фосфорных удобрениях для формирования планируемых урожаев и при тех же ресурсах фосфорных удобрений позволяет значительно увеличить площадь удобряемых культур и добиться более высокого экономического и экологического эффекта от применяемых удобрений.
Кроме того, при использовании этого способа не требуется изменения существующей материально-технической базы агрохимического обслуживания сельского хозяйства, в частности применения конструктивно отличных приборов или других реактивов для проведения химанализов почвы и растений.
Использование предлагаемого способа диагностики и регулирования фосфорного питания растений, основанного на применении количественных нормативов, отражающих изменение во времени абсолютного содержания подвижного фосфора в диагностируемом профиле почвы адекватно техногенным воздействиям и жизнедеятельности растений, по сравнению с соответствующим прототипом и другими известными аналогами резко повышает точность расчетных методов и позволяет в течение длительного времени, до 10-15 лет, осуществлять с использованием ЭВМ долгосрочный прогноз и оперативный контроль за условиями фосфорного питания растений и регулировать эти условия путем расчета и применения эколого-экономически оптимальных доз фосфорных удобрений, что существенно повышает оплату удобрений соответствующими прибавками урожая и снижает затраты на агрохимическое обследование почвы.
Использование предлагаемого способа оценки системы удобрения фосфором, основанного в отличие от соответствующих прототипа и аналога на определении эколого-агрохимического баланса подвижного фосфора в системе почва-растения-фосфорные удобрения-окружающая среда, определяемого периодически по данным изменения ПМФ или ежегодно рассчитываемого с использованием нормативов, существенно снижает затраты на химические анализы почвы при существенном повышении их точности, обеспечивает получение существенно более точной и исчерпывающей информации по действию принятой системы удобрения фосфором на плодородие почвы, условия фосфорного питания растений, а также возможное загрязнение почвогрунтов, подземных вод и водоемов подвижными фосфатами.
Предлагаемые способы могут быть использованы в сельскохозяйственном производстве, научно-исследовательской практике и при экологической экспертизе загрязнения фосфором почвогрунтов, подземных вод и водоемов вследствие внутрипочвенной вертикальной и горизонтальной миграции подвижного фосфора из систематически удобряемых фосфором почв.
Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано в агрохимическом обслуживании, экологической экспертизе и научно-исследовательской практике. Определение абсолютного содержания в почве подвижного фосфора основано на периодическом выявлении потенциальной способности почвы к мобилизации подвижного фосфора по отдельным слоям и в сумме по всем слоям в оптимальном для диагностирования профиле почвы. Диагностика и регулирование фосфорного питания растений основаны на использовании количественных нормативов, отражающих изменение во времени абсолютного содержания подвижного фосфора в диагностируемом профиле почвы адекватно техногенным воздействиям и жизнедеятельности растений. Оценка системы удобрения фосфором основана на определении баланса подвижного фосфора в диагностируемом профиле почвы, который осуществляют периодически путем проведения химанализов почвы или ежегодно расчетным путем с использованием количественных нормативов. Использование предлагаемых способов в 2 - 3 раза повышает точность определения запасов в почве подвижного фосфора, что позволяет с использованием ЭВМ осуществлять долгосрочный прогноз изменения во времени плодородия почвы и экологической ситуации окружающей среды, оперативно управлять условиями фосфорнрго питания растений. 3 с. и 4 з.п. ф-лы, 3 табл.
| Сапожников Н.А | |||
| и др | |||
| Научные основы системы удобрения в Нечерноземной полосе | |||
| - Л.: Колос, Ленинградское отд., 1977, с | |||
| Способ утилизации отработанного щелока из бучильных котлов отбельных фабрик | 1923 |
|
SU197A1 |
| Зверева Е.А | |||
| и др | |||
| Диагностика питания культур при орошении | |||
| - Химизация сельского хозяйства, 1990, N 3, с | |||
| Способ использования делительного аппарата ровничных (чесальных) машин, предназначенных для мериносовой шерсти, с целью переработки на них грубых шерстей | 1921 |
|
SU18A1 |
| Юркин С.Н | |||
| Методические вопросы балансовых разработок в земледелии | |||
| - Бюллетень ВИУА, N 20, 1974, с | |||
| Способ гальванического снятия позолоты с серебряных изделий без заметного изменения их формы | 1923 |
|
SU12A1 |
| Способ определения доступного количества фосфора и калия для растений в подпахотных горизонтах почвы | 1981 |
|
SU934945A1 |
| Касицкий Ю.И | |||
| Общие вопросы установления оптимального содержания подвижного фосфора в почвах | |||
| - Агрохимия, N 10, 1988, с | |||
| Способ применения резонанс конденсатора, подключенного известным уже образом параллельно к обмотке трансформатора, дающего напряжение на анод генераторных ламп | 1922 |
|
SU129A1 |
