Модуль 3. Геохимическая роль и основные биогеохимические
функции живого вещества

Тема 3.3. РАСЧЕТ АГРОХИМИЧЕСКОГО БАЛАНСА
БИОЛОГИЧЕСКОГО КРУГОВОРОТА ЭЛЕМЕНТОВ

Изучение круговорота и агрохимического баланса питательных веществ имеет большое значение в условиях интенсивного земледелия, следствием которого является как несомненный рост урожайности, так и агрохимическое загрязнение окружающей среды.

Поскольку гоместаз (внутренне динамическое равновесие системы) поддерживается только в определенных критических 9пороговых) пределах концентраций и соотношений элементов в организме (растений) и среды (воздухе, воде, почвах), важно установление таких пороговых концентраций элементов для выявления их избытка, достаточности или недостатка в системе почва-растение.

Выявить избыток. Достаточность или недостаток (дефицит) элемента в данной системе можно, рассчитав баланс его привноса-выноса (прихода-расхода).

Баланс питательных веществ – это количественное выражение содержания питательных веществ в почве на конкретной площади или объекте исследования (поле, севооборот, хозяйство и т.д.) с учетом всех статей их поступления (природные источники, внесениек удобрений и т.д.) и расхода (вынос с урожаем, естественные потери – вымывание, смыв, улетучивание и т.д.) в течение определенного промежутка времени.

В приходную часть баланса чаще всего включают следующие источники поступления питательных веществ:

1. Исходное содержание подвижных (доступных для питания растения) форм элемента в почве на глубину корнеобитания.
2. Поступление данного элемента из атмосферы с пылью и атмосферными осадками.
3. Поступление данного элемента с минеральными и другими удобрениями.
4. Внесение с посевным материалом.
5. Поступление с пестицидами.

Главные источники элементов для растений – это их питательная среда, т.е. почвенные растворы и атмосфера, поскольку растение поглощает химические элементы корнями и листьями. Поэтому нередко требуется раздельное опробование и анализ различных частей растений, поскольку часть выноса элемента с урожаем впоследствии возвращается в почву с корневыми и пожнивными остатками. Поэтому в расходной части баланса учитывают следующее:

1. Вынос с урожаем
2. вынос с возвращаемыми растительными остатками (со знаком 2минус»
3. вымывание в грунтовые воды и смыв с поверхности
4. Потери в результате эрозионных процессов
5. Газообразные потери

Таким образом, баланс привноса-выноса подвижной, биологически доступной формы элемента для конкретной системы почва-растение будет слагаться из запаса элемента в почве, количества выносимой с урожаем основной и побочной продукции и возвращаемой в почву (неиспользуемой) части урожая.

В общем виде формула баланса выглядит следующим образом:

Сб=(Си+Са+Су+Спм+Спе)-(Ск+Сс+Сл+Спр+Свым=Сэр+Сгаз)+Свозвр,

где Сб – балансовое количество элемента;

Си – исходное содержание подвижной формы элемента в почве на глубине корнеобитания зрелого растения;

Са – содержание элемента в атмосферной пыли и осадках;

Су – количество элемента в веществе удобрений;

Спм – количество элемента в посевном материале;

Спе – количество элемента в применяемых пестицидах;

Ск – количество элемента вв корнях растения;

Сс – количество элемента в стебле растения

Сл – количество элемента в тлистьях растения;

Спр – количество элемента в используемой в качестве продукта или корма части растения;

Свым – количество элемента , вымываемое в грунтовые воды и смываемое с поверхности;

Сэр – потери в результате эрозионных процессов;

Сгаз – газообразные потери;

Свозвр - – количество элемента, возвращаемое в почву с неиспользуемой частью урожая.

В зависимости от знака баланса (Сб) можно говорить об избытке (при положительном балансе), недостатке (при отрицательном балансе) или достаточности (при нулевом значении) подвижной формы конкретного элемента в конкретной системе почва-растение.

Существуют методики определения каждого источника поступления и расхода питательных веществ. В исследовательских целях количественные величины статей баланса принимаются на основании данных, полученных в полевых опытах. А для практических целей чаще всего пользуются справочными данными. Доказано, что нередко небольшие статьи расхода (например, газообразные потери азота почвы) и поступление того же элемента (с атмосферными осадками, за счет фиксации почвенными микроорганизмами) взаимно уравновешиваются (погашаются).

Расчет баланса питательных веществ – вопрос непростой. Известно. Например. Что поступившие с удобрениями питательные вещества не полностью усваиваются растениями. ВВ этом случае необходимо учесть коэффициент усвоения элемента растениями из почв и удобрений. Эти коэффициенты динамичны и изменяются в зависимости от природных условий, зоны, погоды, свойств почвы, особенностей агротехники, типа и специализации севооборота и т.д. Однако, подобные расчеты необходимы, т.к. позволяют планировать уровень и направление химизации земледелия в той или иной зоне или в конкретном хозяйстве.

Интерпретация результатов расчета баланса также нелегкая задача. Чтобы получить объективные и корректные данные дефицитности, достаточности (норма) и избытка (или токсичности для растений) каждого конкретного элемента, необходимо опираться на определение насколько возможно более широкого круга статей прихода и расхода растворимых форм элемента в системе почва-растение. Кроме того, необходимо опираться на данные многолетних полевых опытов, а также использовать методы диагностики дефицита и избытка элементов по состоянию растений (биоиндикация).

Ранее в агрохимии ориентировались на внесение таких доз удобрений, которые создавали избыточный баланс питательных веществ, чтобы получить максимальный урожай. В связи с установлением закона предельной урожайности (Рамад, 1981) и агрохимическим загрязнением среды в последние годы стали ориентироваться на экологически оптимальный урожай и стремиться к уменьшению агрохимической нагрузки на ландшафты. Например, в зависимости от дозы вносимых азотных удобрений урожай капусты может варьировать от 400 до 1300 ц/га. Но установлено, что с ростом урожая выше 800-900 ц/га наблюдается заметное увеличение содержаний нитратов в капусте и вымывание NO3 в грунтовые воды. Значит, именно 800-900 ц/га можнот считать экологически оптимальной урожайностью. Причем для достижения этой урожайности требуется 60-75 кг/га минеральных азотных удобрений, т.е. в 3-4 раза меньше, чем для достижения максимальной урожайности. При этом удастся существенно сэкономить и на природоохранных мероприятиях.