Теоретические основыэколого-биосферного земледелия - Юрий Алексеевич Овсянников
Немногим ранее, в конце 50‑х — начале 60‑х гг., в исследованиях по уточнению баланса питательных веществ в почве, проведенных с использованием радиоактивных изотопов, выяснилось, что коэффициент использования азота из минеральных удобрений оказался на 20% ниже уровня, который был определен расчетным разностным методом [464]. Одновременно обнаружены способность минерального азота передвигаться по профилю почвы и существование газообразных потерь [327]. Но эта информация в большинстве случаев воспринималась только как некоторое уточнение наших представлений об эффективности минеральных удобрений, что вполне объяснимо, так как последствия миграции биофильных элементов в биосфере проявились не сразу.
В погоне за высокими урожаями, под влиянием, как казалось, от почти беспредельных возможностей повышения урожайности полевых культур за счет интенсивного применения минеральных удобрений, фермерами Европы к 1977 г. на каждый гектар пашни вносилось 210,3, ГДР — 332,7, ФРГ — 422,0, а Нидерландов — 737,3 кг действующего вещества азота, фосфора и калия [549]. Произошло и увеличение урожайности сельскохозяйственных культур. Она у зерновых культур поднялась до 40—50 ц/га. Определение доли участия различных факторов в повышении урожайности растений показало, что на минеральные удобрения приходится от 35 до 50% [423, 562]. Поэтому их применение, по мнению многих специалистов, остается на данный момент и на отдаленную перспективу основным способом увеличения продуктивности пахотных земель. В исследованиях, проведенных автором, минеральные удобрения также повышали урожайность сельскохозяйственных культур (прил. 1—4).
По оценке ЮНИДО, сделанной в 1970‑х гг., мировое производство минеральных удобрений в 2000 г. должно было составить 307 млн. т действующего вещества [548, 549]. Однако сейчас становится ясно, что этот прогноз не оправдывается. В Западной Европе объемы использования удобрений в последние годы стабилизировались, а в Северной Америке рост незначителен. К концу века потребление удобрений, очевидно, не превысит 140 млн. т (табл. 1). Большая часть применяемых удобрений — это азотные удобрения. Их доля в общем объеме составляет более 56% [262].
Таблица 1 Мировое потребление минеральных удобрений, млн. т [239]
Годы Западная Европа Северная Америка Мировое потребление 1994—1995 17,7 21,7 121,8 1995—1996 17,7 22,4 128,7 1996—1997 17,8 23,0 130,1 1997—1998 17,3 23,4 134,4До 1990 г. увеличивалось производство и применение минеральных удобрений и в бывшем СССР. К 1987 г. выпуск туков был доведен до 27,4 млн. т азота, фосфора и калия в действующем веществе [493]. После распада Союза и наступления экономического кризиса производство и применение минеральных удобрений в России неуклонно сокращалось (табл. 2).
Таблица 2 Поставка минеральных удобрений сельскохозяйственным предприятиям в России, в пересчете на д. в. [475]
Показатель 1990 1991 1992 1993 1994 1995 Поставка удобрений, тыс. т 11051 10 102 5510 3721 1398 1601 Внесение, кг на 1 га пашни 83,4 79,4 44,2 31,8 12,1 14,1Отмечается сокращение использования минеральных удобрений и в ряде развитых стран. Так, применение минеральных удобрений в США в 1988 г., по сравнению с 1980 г., снизилось с 20,96 до 17,68 млн. т [189]. За этот же период их внесение на 1 га пашни снизилось в США с 113 до 106, Италии — с 189 до 169, Дании — с 263 до 245, Японии — с 429 до 378 кг [416]. Но это вызвано совсем другими обстоятельствами, чем в России. Одной из причин сокращения применения минеральных удобрений в некоторых странах с развитым сельским хозяйством является рост озабоченности по поводу отрицательных последствий, возникающих в результате их использования.
1.2. Биогеохимические аспекты миграции азота и фосфора из почв сельскохозяйственного использования
Изучение эффективности применения удобрений показало, что из общего количества внесенного в почву азота сельскохозяйственными растениями усваивается около 40% [507]. Остальная часть подвергается иммобилизации, улетучивается в виде газообразных соединений и вымывается из пахотного горизонта (рис. 1). Вымывание азота удобрений объясняется хорошей растворимостью его минеральных форм в воде. Это позволяет им легко передвигаться по профилю почвы. На скорость миграции оказывают влияние растительный покров, механический состав почвы, ее водопроницаемость, количество фильтрующейся воды, запас подвижных соединений азота [69].
Рис. 1. Судьба азотных удобрений в почве [38]
В опытах, проведенных в полевых условиях на среднесуглинистой серой лесной почве, установлено, что после внесения в течение четырех лет аммиачной селитры в дозе 60 и 120 кг/га действующего вещества азот удобрений обнаруживался ниже пахотного слоя на глубине 20— 200 см в количестве от 7 до 21% [383]. В других исследованиях при внесении за девятилетний период 1020 кг/га нитраты вымывались на глубину 2—3 м, а потери от внесенного азота составили 8,14% [73]. В условиях Эстонской ССР из почв вымывается в среднем 0,2—10% азота минеральных удобрений [237].
Принимая во внимание, что от 20 до 70% атмосферных осадков, выпадающих в лесной зоне, принимают участие в питании грунтовых вод [249], к решающим факторам, определяющим миграцию азота в подпахотные горизонты почвы, очевидно, следует отнести водный режим почв и наличие подвижных соединений. Так, в годы с недостаточным количеством осадков передвижение нитратного азота глубже одного метра, независимо от выращиваемых сельскохозяйственных культур, происходит очень слабо, но в увлажненные годы потери при внесении N120 составили 29 кг/га, что было выше, по сравнению с вариантом без внесения удобрений, на 20% [311].
В то же время имеются сведения, что и в зонах с недостаточным количеством осадков соединения азота способны проникать в подпочвенные горизонты. В опыте, проведенном в Курганском НИИЗХ, систематическое применение в течение 10 лет азотных удобрений даже в умеренных дозах (40 кг/га) увеличивало
