Как должны соотноситься вынос биогенных элементов из агроэкосистемы и внесение удобрений
Вынос элементов питания с урожаем — важный показатель, который необходимо учитывать при определении потребности с/х культур в удобрениях.
Ниже расположена инфографика, в которой указаны справочные данные по выносу для основных озимых культур (в кг на 1 т основной продукции с учетом побочной). Ранее публиковали инфографику о выносе яровыми культурами.
Вынос питательных веществ можно определить по формуле:
Вынос = Содержание питательных веществ в убранном урожае × Урожайность
Несмотря на относительно одинаковый вынос питательных веществ, у озимых имеются значительные различия в потреблении макроэлементов.
Озимая пшеница. Поглощает азот и калий до цветения, а фосфор — до молочной спелости зерна. Большую часть NPK пшеница усваивает до начала колошения.
Озимый ячмень. По сравнению с другими озимыми культурами ячмень лучше всех отзывчив на удобрения, особенно азотные. Ячмень интенсивно потребляет фосфор в первый период развития. Максимальное поглощение питательных веществ осуществляется в фазы: кущение – колошение.
Озимая рожь. Наибольшее количество фосфора и калия потребляет в период выхода в трубку - колошение. Максимальное поступление азота наблюдается несколько позднее, но к началу цветения оно резко снижается. Рожь отличается лучшей поглощающей способностью корневой системы, чем пшеница и ячмень.
Озимая тритикале. До начала трубкования тритикале потребляет около 25-30% азота и 20-25% фосфора и калия от общего их использования за период вегетации. Азот и калий растения поглощают до цветения, а фосфор — до молочно-восковой спелости зерна.
Озимый рапс. Основное усвоение питательных веществ – от начала развития стебля до окончания цветения, и довольно тесно коррелирует с динамикой нарастания сухой фитомассы. Потребление рапсом элементов питания в начальный период развития значительно ниже, однако их недостаток в это время сильно снижает урожай.
Тэги: внесение удобрений озимый рапс озимые культуры озимая рожь озимый ячмень озимая пшеница инфографика вынос урожай агрономия
При определении норм внесения удобрений учитывают величину планируемого урожая, вынос элементов питания растениями, содержание в почве доступных для растений питательных элементов, тип и гранулометрический состав почвы.
Необходимо учитывать достигнутую урожайность в регионе, ресурсы климата и естественного плодородия почв.
На практике чаще всего потребность растений в питательных веществах характеризуют их выносом. Вынос — количество питательных веществ, отчуждаемых из почвы с фактически убираемым урожаем (например, зерно), с учетом побочной продукции (например, солома), но без учета растительных остатков, остающихся на поле (например, корни и стерня) (см. Вынос).
Вынос основных элементов питания с урожаем сельскохозяйственных культур:
| Культура | Основная продукция | Вынос урожаем с 1 т основной продукции и соответствующим количеством побочной продукции, кг | ||||
| N | P2O5 | K2O | CaO | MgO | ||
| Кукуруза на силос | Зеленая масса | 3,3 | 1,2 | 4,2 | 1,3 | 1 |
Ориентировочные коэффициенты использования растениями кукурузы питательных элементов из почв и удобрений, которые можно использовать для расчета норм минеральных удобрений на и серых лесных почвах, приведены ниже.
Коэффициенты использования растениями питательных элементов из почв и удобрений (для и серых лесных почв), %
| Культура | Из почвы (при среднем содержании питательных элементов и выше)* | Из минеральных удобрений в год | Из органических удобрений в год | |||||
| P2O5 | K2O | N | P2O5 | K2O | N | P2O5 | K2O | |
| Зерновые, однолетние и многолетние травы | 5 | 10 | 50–60 | 15–25 | 40–50 | 20 | 30 | 40–50 |
*При низкой обеспеченности почвы элементами питания коэффициенты увеличиваются в 1,5–2 раза
Пример расчета нормы внесения минеральных удобрений под планируемый урожай для озимой пшеницы и кукурузы на силос и сахарной свеклы.
| Показатели | Озимая пшеница | Кукуруза на силос | Сахарная свекла | ||||||
| N | P2O5 | K2O | N | P2O5 | K2O | N | P2O5 | K2O | |
| Планируемый урожай, ц/га | 40ц/га | 400 ц/га | 400 ц/га | ||||||
| Вынос питательных элементов с планируемым урожаем, кг | 115 | 45 | 80 | 132 | 50 | 168 | 160 | 65 | 260 |
| Используется питательных элементов из почвы | 30 | 15 | 30 | 30 | 15 | 30 | 30 | 15 | 60 |
| Используется из 60т/га органических удобрений, кг | - | - | - | 50 | 25 | 80 | 60 | 30 | 120 |
| Требуется минеральных удобрений, кг/га | 85 | 30 | 50 | 55 | 10 | 60 | 100 | 20 | 80 |
| Использования питательных элементов растениями из минеральных удобрений, % | 65 | 20 | 50 | 65 | 20 | 50 | 65 | 20 | 70 |
| С учетом коэффициентов использования следует внести с минеральными удобрениями, кг/га действующего вещества. | 130 | 50 | 100 | 85 | 50 | 120 | 107 | 100 | 115 |
| Норма внесения для аммиачной селитры кг/га | 370 | * | * | 245 | * | * | 305 | * | * |
* Доза внесения (Двн) для различных типов фосфорных и калийных удобрений рассчитывается в соответствии с содержанием в них элементов (Э) питания по формуле: Двн = (х*100)/Э. Где х — доза по д.в.
Формирование высоких урожаев зерна с благоприятными показателями качества в значительной степени определяется системой применения азотных удобрений.
Экосистемы можно классифицировать по разным признакам.
Биомная классификация экосистем
Наземные биомы:
Тундра: арктическая и альпийская
Листопадный лес умеренной зоны
Степь умеренной зоны
Тропические гарсленд и саванна
Пустыня: травянистая и кустарниковая
Вечнозеленый тропический дождевой лес
Пресноводные экосистемы:
Лентические (стоячие воды): озера, пруды и т.д.
Лотические (текучие воды): реки, ручьи и т.д.
Заболоченные угодья: болота и болотистые леса
Морские экосистемы:
Открытый океан (пелагическая)
Воды континентального шельфа (прибрежные воды)
Регионы апвеллинга (плодородные районы с продуктивным рыболовством)
Эстуарии (прибрежные бухты, проливы, устья рек и т.д.)
Использование в экосистемах различных источников энергии — Солнца, химического топлива — позволило выделить четыре фундаментальных вида экосистем по энергетическомупризнаку.
• Движимые солнцем несубсидируемые экосистемы — природные системы, полностью зависящие от прямого солнечного излучения. К их числу относятся открытые участки океанов, крупные участки горных лесов и большие глубокие озера. Экосистемы этого типа получают мало энергии и имеют малую продуктивность. Однако они крайне важны, так как занимают огромные площади. Это основной модуль жизнеобеспечения биосферы. Здесь очищаются большие объемы воздуха, возвращается в оборот вода, формируются климатические условия и т. д.
• Экосистемы, движимые Солнцем, но субсидируемые другими естественными источниками. Примерами такой экосистемы являются эстуарии рек, морские проливы и лагуны. Приливы и течения способствуют более быстрому круговороту минеральных элементов питания, поэтому эстуарии более плодородны, чем прилегающие участки океана или суши.
• Экосистемы, движимые Солнцем и субсидируемые человеком. Примером их являются агроэкосистемы (поля, коровники, свинарники, птицефабрики и т.д.).
• Экосистема, движимая топливом — индустриально-городская экосистема, в которой энергия топлива не дополняет, а заменяет солнечную энергию. Потребность в энергии плотно заселенных городов на 2—3 порядка больше того потока энергии, который поддерживает жизнь в естественных экосистемах, движимых Солнцем. Поэтому на небольшой площади города может жить большое количество людей.
Агроэкосистемы.
В биосфере помимо естественных биогеоценозов и экосистем существуют сообщества, искусственно созданные хозяйственной деятельностью человека, — агроэкосистемы (агробиоценоз, сельскохозяйственная экосистема).
Агроэкосистема(от греч. agros — поле) — биотическое сообщество, созданное и регулярно поддерживаемое человеком с целью получения сельскохозяйственной продукции. Обычно включает совокупность организмов, обитающих на землях сельхозпользования.
К агроэкосистемам относят поля, сады, огороды, виноградники, крупные животноводческие комплексы с прилегающими искусственными пастбищами. Характерная особенность aгроэкосистем — малая экологическая надежность, но высокая урожайность одного (нескольких) видов или сортов культивируемых растений или животных. Главное их отличие от естесвенных экосистем — упрощенная структура и обедненный видовой состав.
Агроэкосистемы отличаются от естественных экосистем рядом особенностей.
1.Разнообразие живых организмов в них резко снижено получения максимально высокой продукции. На ржаном или пшеничном поле кроме злаковой монокультуры можно встретить разве что несколько видов сорняков. На естественном лугу биологическое разнообразие значительно выше, но биологическая продуктивность во много раз уступает засеянному полю.
2. Виды сельскохозяйственных растений и животных в агро экосистемах получены в результате действия искусственного, а не естественного отбора. В результате происходит резкое снижение генетической базы сельскохозяйственных культур, которые крайне чувствительны к массовому размножению вредителей и болезням.
3. В естественных биоценозах первичная продукция растений потребляется в многочисленных цепях питания и вновь возращается в систему биологического круговорота в виде углекислого газа, воды и элементов минерального питания. Агроэкосистемы более открыты, из них вещество и энергия изымаются с урожаем, животноводческой продукцией, а также в результате разрушения почв.
В связи с постоянным изъятием урожая и нарушением процессов почвообразования, при длительном выращивании монокультуры на культурных землях постепенно происходит снижение плодородия почв. Данное положение в экологии называется законом убывающего плодородия. Таким образом, для расчетливого и рационального ведения сельского хозяйства необходимо учитывать обеднение почвенных ресурсов и сохранять плодородие почв с помощью улучшенной агротехники, рационального севооборота и других приемов.
4. Смена растительного покрова в агроэкосистемах происходит не естественным путем, а по воле человека, что не всегда хорошо отражается на качестве входящих в нее абиотических факторов. Особенно это касается почвенного плодородия.
6. Все искусственно создаваемые в сельскохозяйственной практике агроэкосистемы полей, садов, пастбищных лугов, огородов, теплиц представляют собой системы, специально поддерживаемые человеком.
В настоящее время пахотными землями и пастбищами занято свыше 30% суши, и деятельность людей по поддержанию этих систем превращается в глобальный экологический фактор.
Несмотря на значительную упрощенность агроэкосистем в них все же сохраняется множество биоценотических связей, в конечном счете влияющих на судьбу урожая. Сопоставление сведений о фауне и флоре пшеничных полей показывает гигантскую сложность даже предельно простого агроценоза, здесь сохраняется более тысячи видов.
Сельскохозяйственное освоение территорий часто приводит к нарушению созданных природой механизмов регуляции численности отдельных видов и к резким изменениям их численности. Искусственная регуляция численности вредителей — по большей части необходимое условие поддержания агроэкосистем. Это связано прежде всего с важностью подавления видов, вышедших из-под контроля естественных регуляторных механизмов.
Подавление численности вредителей химическими средствами, кроме загрязнения среды и включения ядов в цепи питания часто вызывает так называемый бумеранг-эффект: вслед за подавлением численности вредителя вскоре возникает новая, еще более мощная его вспышка. Обычно применение ядохимикатов тотального действия сильнее влияет на естественных врагов вредителя, чем на его собственные популяции. В результате следующие поколения полностью освобождаются из-под пресса паразитов и хищников и происходит их массовое размножение. Таким образом, недоучет биоценотических механизмов регуляции численности на полях сельскохозяйственных культур также не в экономических интересах человека. В трехзвенной цепи культурное растение—вредитель—паразит повышение чистой продукции растений может быть достигнуто как подавлением второго звена, так и усилением третьего. Именно этот подход используется в разработке биологических методов борьбы с вредителями.
Экологические сукцессии.
Развитие биоценозов, при котором имеет место замещение во времени одного сообщества другим, называют экологической сукцессией 1 . В большинстве случаев процессы сукцессии занимают временные промежутки, измеряемые годами и десятилетиями, хотя в отдельных случаях смены сообществ следуют с большей скоростью (например, во временных водоемах). Наряду с этим известны вековые изменения экосистем, отражающие общие пути эволюции биосферы.
Таким образом, концепция климакса подразумевает, что в пределах региона, характеризующегося более или менее однородным климатом, фитоценозы, завершившие сукцессионный процесс, образуют климак совое сообщество независимо от того, с какого типа начиналась сукцессия. Смены растительности, начинающиеся от разных сообществ и заканчивающиеся климаксом, называют сукцессионными сериями. Сукцессионные серии в зависимости от условия влажности делят на гидросерий (исходными являются сообщества влажных местообитаний) и ксеросёрии (начинаются от сухих сообществ). Процесс сукцессии меняет их на ассоциации промежуточных по влажности местообитаний (мезосерии), которые существуют в динамическом равновесии с региональным климатом. Ф. Клементс полагал, что все серии сукцессионных смен сообществ могут быть только прогрессивными.
В соответствии с этим в современной экологии различают сукцессии экзоэкогенетические (или аллогенные) и эндоэкогенетические (автогенные). В первом случае речь идет о сукцессионных сменах, вызванных внешними, абиотическими причинами. Примеры экзоэкогенетических сукцессии можно найти в различных воздействиях на биоценозы со стороны человека: мелиоративное осушение болот, загрязнение водоемов, неумеренный выпас скота и т. п. Эндоэкогенетические сукцессии вызываются в первую очередь изменением структуры и системы связей в существующих сообществах. Впрочем, эти две категории сукцессии взаимосвязаны и могут переходить одна в другую.
В наиболее общем виде сукцессии, по Ф. Клементсу, проходят через фазы обнажения (появление незаселенного пространства), миграции (заселение его первыми, пионерными формами жизни), эцезиса (колонизация и приспособление к конкретным условиям среды), соревнования (конкуренция с вытеснением ряда первичных вселен-цев), реакции (обратное воздействие сообщества на биотоп и условия существования) и, наконец, стабилизации (формирование климаксового биоценоза). Таким образом, сукцессионные серии начинаются, как правило, с экзоэкогенеза, переходящего в эндоэкогенез по мере формирования внутренних связей в возникающем фитоценозе.
Важным механизмом стабилизации В.Н. Сукачев считал конкурентные отношения, в процессе которых достигается равновесное состояние, характеризующее завершающее сообщество. Более подробная классификация механизмов сукцессии предусматривает три категории отношений между организмами в сукцессионных сериях. Модель облегчения или стимуляции соответствует фазе эндоэкогенетической сукцессии и заключается в том, что ранние поселенцы своей деятельностью изменяют среду, делая ее доступной для следующей волны колонистов. Модель толерантности проявляется в виде конкурентных отношений, в результате которых происходит отбор более толерантных и конкурентоспособных видов. Смена видов основывается на их различии в стратегии потребления ресурсов; виды более поздних стадий более устойчивы. По модели ингибирования все виды сообщества способны одновременно колонизировать открывшееся местообитание, устойчивы к вторжению конкурентов, но более поздние вселенцы способны закрепиться и увеличить численность только после выпадения кого-либо из предшественников. Так, в тропических дождевых лесах ползучий кустарнике Lantana занимает большие площади, практически исключая поселение на них деревьев. По этой модели изменение среды предшественниками делает ее менее пригодной для последующих вселенцев. Виды растений, входящие в состав первичных и последующих сообществ сукцессионной серии, могут отличаться по эколого-физиологическим свойствам.
Первичные и вторичные сукцессии. По общему характеру сукцессии подразделяются на первичные и вторичные. Первичные сукцессии начинаются на субстрате, не измененном (или почти не измененном) деятельностью живых организмов. Так, через серию промежуточных сообществ формируются устойчивые биоценозы на скалах, песках, обрывах и т. п. Такие сукцессии относятся к категории ксеросерий и называются ксерическими сукцессиями. Одна из основных функций сукцессии такого рода — создание (или изменение) почвы первичными колонистами.
Сукцессии, формирующие экосистемы на местах, исходно не заселенных, называют экогенетическими. Формирование скальных биоценозов — классический пример таких сукцессии. Процесс начинается с поселения на скалах накипных лишайников. Уже на этой стадии формируется комплекс видов микроскопических водорослей, простейших, нематод, некоторых насекомых и клещей, который способствует созданию первичной почвы. Позднее здесь поселяются другие формы лишайников, специализированные виды мхов; еще позднее — на базе возникшей почвы — вселяются сосудистые растения. Параллельно идет обогащение животного населения.
Гидрические сукцессии начинаются в открытых водах мелких озер, верховых болот, маршей. Постепенное зарастание водными растениями, идущее по краям открытого водоема, ведет к накоплению на дне детрита, образованию накоплений торфа и в конце концов к обмелению водоема. В других местах побережья развивается сплавина из сфагновых мхов и болотных сосудистых растений. Накопление растительной массы способствует образованию почвы. Обмеление вкупе с увеличением толщины сплавины приводит к превращению водоема в болото. Позднее здесь селятся кустарники и древесные породы, идет процесс усыхания болота и развивается лесная растительность. Изменение растительной части сообщества сопровождается сдвигами в фауне: обитатели водоема постепенно замещаются околоводными, а позднее — болотными и лесными видами.
Вторичные сукцессии развиваются на субстрате, первоначально измененном деятельностью комплекса живых организмов. Такие сукцессии чаще всего имеют восстановительный (демутационный) характер.
Примером вторичных сукцессии демутационного типа может служить восстановление климаксового лесного биоценоза после пожаров (а в наше время и вырубок).
Интенсивность биологического круговорота — количество химических элементов, содержащихся в приросте фитоценоза на единицу площади за интервал времени.
Одной из задач агрохимии является оценка направленности круговорота биогенных элементов и степень интенсивности антропогенного воздействия на систему почва-растение в балансе питательных веществ в агроценозе, а также создание условии для рационального круговорота питательных веществ в земледелии и обеспечение их положительного баланса, для оптимизации питания сельскохозяйственных культур путем применения научно-обоснованной системы удобрений в севообороте.
Хозяйственная деятельность человека, включающая интенсификацию сельскохозяйственного производства и химизацию, приводит к изменениям в процессах превращения веществ и энергии в природе. Так, происходят изменения в цикле азота в биосфере при переходе от естественного состояния почвы к состоянию при интенсивной обработке. В почвах естественных биоценозов потери азота от улетучивания и денитрификации уравновешиваются его поступлением с атмосферными осадками и биологической фиксации.
Элементы, необходимые для жизнедеятельности организмов, объединены в группу биогенных, важнейшие из которых – азот, фосфор, калий, кальций, натрий, сера, магний и др. Недостаток биогенов снижает плодородие почв и становится причиной нарушения нормального функционирования агроэкосистемы. В то же время, такие биогены, как азот, фосфор и калий становятся лимитирующими в процессах эвтрификации водоемов.
Влияние растениеводства на водные экосистемы возрастает в связи с увеличением распаханности территорий, трансформации угодий мощной техникой и гидромелиорацией, развитием процессов химизации на основе как минеральных, так и органических удобрений. Такие процессы, как пахота, боронование, окультуривание сенокосов и пастбищ, планировка земель для обработки способствуют неоднозначному механическому перераспределению вещества в агроландшафте. Трансформация почвы способствует миграции биогенных веществ. Она становится усилителем нежелательных, экологически опасных естественных процессов. При применении удобрений на с-х угодьях в неоправданно высоких дозах, нарушении технологий и сроков внесения, неправильном их хранения и транспортировке вынос биогенных веществ увеличивается.
Биогенную нагрузку агроценозов определяют путем расчета приходной части соединений азота, фосфора и расходной части. К приходным статьям баланса относят: внесение биогенов с минеральными и органическими удобрениями под сельскохозяйственные культуры, их поступление с атмосферными осадками и за счет естественного содержания в почвах (фона). В расходной части учитывают вынос биогенов с урожаем. Избыток биогенов, формирующийся на каждом поле, определяют как разницу между приходной и расходной частями.
Расчет выноса биогенов с с-х угодий проводят с учетом выноса биогенных элементов с урожаем культур и поправочных коэффициентов. (Табл. 2).
Приход азота и фосфора с атмосферными осадками.
Расчет производится по каждому субводосбору. Для этого используется следующая формула:
Wа.о.- количество биогенного вещества, поступающего с атмосферными осадками, кг;
Σhc- сумма твердых осадков (снег), см3;
kc- концентрация вещества в снеговой воде, г/м3 (приложение 2);
Σhg- сумма жидких осадков, см3;
kg- концентрация вещества в жидких осадках, г/м3 (приложение 2); (Табл. 3)
Табл.3 Поступление биогенных веществ с атмосферными осадками по субводосборам (
Читайте также: