АГРОХИМИЯ, 2015, № 5, с. 83-95
ОБЗОРЫ
УДК 63.54:631.811.1
СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ АЗОТА В МИРОВОМ ЗЕМЛЕДЕЛИИ
© 2015 г. А.А. Завалин, Г.Г. Благовещенская, Н.Я. Шмырева, Л.С. Чернова, О.А. Соколов, А.А. Алферов, Л.Н. Самойлов
Всероссийский научно-исследовательский институт агрохимии им. Д.Н. Прянишникова 127550, Москва, ул. Прянишникова, 31а, Россия E-mail: bioazot@mail.ru
Поступила в редакцию 19.01.2015 г.
Представлены данные о производстве и применении азотных удобрений в мире и об их влиянии на получение растениеводческой продукции. Освещены вопросы применения жидких азотных удобрений в мировой практике. Отражено использование высокоточной масс-спектрометрии изотопов азота в исследованиях их поведения в биогеохимических циклах. Дана оценка вклада отдельных источников в эмиссию химически активного азота в России и странах Азии, Европы и Америки. Обобщены результаты экспериментов с удобрениями, меченными стабильным изотопом азота 15N, по оценке размеров газообразных потерь азота в виде аммиака из минеральных и органических удобрений при выращивании различных сельскохозяйственных культур. Освещено изучение параметров биологической фиксации атмосферного азота бобовыми культурами и их зависимости от различных факторов в странах мира. Показано, что реальным дополнительным источником биологического азота для растений является использование микробных препаратов на основе азотфиксирующих бактерий. Ключевые слова: азот, мировое земледелие.
ВВЕДЕНИЕ
Использование азота, как источника питания растений, в земледелии всех стран мира является главенствующим фактором в связи с его ведущей ролью в повышении урожайности и улучшении качества продукции сельскохозяйственных культур. Проблемы оптимизации минерального питания сельскохозяйственных растений путем регулирования азотного режима почв как за счет агротехнических приемов, так и активного использования органических и минеральных удобрений, биологического азота и других его источников являются сегодня актуальными и злободневными.
При рассмотрении вопросов применения азота следует отдать дань уважения российским ученым, которые внесли значительный вклад в развитие этого направления агрохимии: Д.Н. Прянишников, А.В. Петербургский, Е.Н. Мишустин, П.А. Баранов, Д.А. Кореньков, П.М. Смирнов, Ф.В. Турчин, Н.А. Сапожников, Е.П. Трепачев, Г.П. Гамзиков, В.Н. Кудеяров и многие другие.
Производство минеральных удобрений в 2013 г. в мире достигло 183.4 млн. т д.в., в том числе азотных - 109.3 млн. т [1]. Ежегодный рост
объемов выпуска азотных удобрений составляет ~10%. В России в 2013 г. выпуск минеральных удобрений достиг 18.3 млн. т, в т.ч. азотных -8.2 млн. т д.в. [2] , что составляет ~7.5% от мирового их производства, однако применяют только ~1,4 млн. т или 17%.
В последние годы при производстве растениеводческой продукции в России в составе минеральных удобрений вносили ~1.31 млн. т азота, в составе органических - 0.27 млн. т, в почву поступало 0.70 млн. т биологического азота. Вынос азота продукцией сельского хозяйства составляет 3.02 млн. т, т.е. имеется явно отрицательный баланс азота [3].
В работе В.Н. Кудеярова и В.М. Семенова [4] рассмотрены особенности баланса азота в земледелии России. Отмечено, что за период 19922011 гг. вынос азота культурами в среднем компенсируется внесением минеральных и органических удобрений на 34%, в том числе минеральными -на 24%. При этом дефицит азота на 1 га посевной площади возрос с 34 кг (1992-1996 гг.) до 50 кг (2007-2011 гг.).
О состоянии применения минеральных удобрений в странах мира дают данные, представленные
83
6*
Таблица 1. Применение минеральных удобрений в странах мира [5]
Страна Внесено, кг д.в./га пашни Объемы применения, млн. т д.в.
Китай 313 48.9
Франция 191 3.8
Беларусь 160 1.2
Бразилия 121 8.1
Индия 121 20.6
США 109 19.3
Канада 54 2.8
Украина 45 2.4
Россия 33 2.4
в табл. 1. При этом следует учитывать, что применение азотных удобрений составляет ~50-60% от всего внесенного количества КРК.
Рациональное распределение азотных удобрений под культуры севооборота, выбор оптимальных доз, сроков и способов их внесения, оптимальное соотношение с другими элементами питания позволяют иметь гарантированную прибавку высококачественной продукции. На каждый внесенный 1 кг азота можно получить 10 кг зерна и более. Регулирование азотного питания растений с помощью удобрений повышает выход белка в среднем на 20-50%. Чем лучше азотное питание сельскохозяйственных культур, тем больше использование и вынос ими азота [6]. При этом необходимо учитывать генетический потенциал отзывчивости сортов и гибридов сельскохозяйственных культур на уровни азотного питания [7].
На дерново-подзолистой супесчаной почве (Беларусь) изучение влияния доз и соотношений минеральных удобрений показано, что продуктивность севооборотов при среднегодовом внесении разных доз азотных удобрений увеличивалась в следующих пределах: при применении N39 - на 7.9-8.9, N64 - на 10.0-10.8, N90 - на 12.6-14.8 ц к.е./га при окупаемости кг д.в. азотных удобрений 20.2-22.8, 15.6-16.9, и 14.0-16.4 к.е. соответственно [8].
Исследования, направленные на изучение использования азота удобрений, установление параметров иммобилизации, фиксации и минерализации его в почве и определение видов потерь, имеют важное агрохимическое и экологическое значение. В опытах с орошением лугово-серозем-ных почв (Азербайджан) установлено, что вследствие ирригационных мероприятий теряется от 4.6 до 30.8 кг Мга [9]. При этом потери элемен-
тов питания находились в прямой зависимости от расхода воды и уклона поверхности почвы.
В Швейцарии изучали динамику содержания азота в суглинистой почве пропашного севооборота при нулевой обработке и отвальной вспашке почвы [10]. В опыте вносили одинаковые дозы минеральных удобрений (2/3 от рекомендованных). Установлено, что при близких величинах суммарной минерализации азота при нулевой обработке почвы минерализация азота проходила более равномерно и дольше, чем при вспашке. При этом количество минерализованного азота варьировало по годам в зависимости от погодных условий и вида культуры. Рекомендовано при переходе к нулевой обработке уменьшать дозы азотных удобрений под озимые зерновые.
В результате водной эрозии светло-каштановой почвы (Азербайджан) в паровом поле и в контрольном варианте при выращивании ячменя и пшеницы с поверхностным стоком терялось 0.67-0.99 мг NО-/м2 [11]. При внесении полного минерального удобрения потери азота нитратов возрастали до 8.8-11.3 мг/м2.
В условиях дерново-подзолистых почв (Беларусь) максимальное количество азота (13.2 кг ^га) в результате водной эрозии терялось под пропашными культурами [12]. Под яровыми и озимыми зерновыми культурами потери снижались до 7.8 и 3.0 кг ^га соответственно. Минимальное количество азота терялось под многолетними травами за счет существенного снижения твердого стока.
Китайскими учеными в полевых условиях оценено распределение размеров потерь азота с учетом почвенных, метеорологических и социально-экономических условий территории [13]. Уравнения множественной ступенчатой регрессии показали, что при выращивании кукурузы вымывание азота существенно и положительно коррелировало с дозами азотных удобрений, количеством атмосферных осадков и поливными нормами. Эффективность использования азотных удобрений существенно коррелировала с поступлением воды с дождями и поливом и негативно -с дозами азотных удобрений и содержанием органического вещества почвы.
В Великобритании выбросы аммиака при использовании азотных удобрений сравнительно невелики и в среднем составляют 3% от внесенного азота. Это происходит потому, что большую часть азотных удобрений вносят в виде нитрата аммония. Выбросы NH- из этого удобрения составляли 1.8% от внесенного азота, и их часто тяжело выделить из фоновых выбросов. Новые заводы по производству удобрений производят мочевину, а
от ее использования возможны большие выбросы, в среднем они составляют 9.8% от азота, внесенного в виде мочевины. Большую часть азотных удобрений, используемых в Великобритании, вносят под культуры во время вегетации, поэтому заделка этих удобрений невозможна. По этой причине необходимо выявить эффективные ингибиторы, которые уменьшают выбросы N^5, но не тормозят и не снижают процесс усвоения азота растениями из пожнивно-корневых остатков, из которых могут быть потери азота в виде ^О и/или N-N0^; [14].
На суглинистой темно-каштановой почве Канады в длительном 37-летнем опыте оценено влияние доли паров в севообороте, состава культур севооборотов и удобрений (^ Р, ОТ) на вымывание нитратов [15]. Показано, что вымывание нитратов за пределы корнеобитаемого слоя почвы было невелико и суммарно за 37 лет не превысило 180 кг N-N03,/^. В отсутствие пара в севообороте вымывания нитратов практически не происходило.
В исследованиях с почвой, которую на протяжении 5 лет использовали в теплице, установлено, что по влиянию на максимальную интенсивность нитрификации факторы образовали следующий ряд: влажность почвы > температура почвы > взаимодействие влажности и температуры почвы > взаимодействие влажности почвы и доз азотных удобрений > дозы азотных удобрений [16].
В ряде стран повысился интерес к жидким минеральным удобрениям, в том числе азотным: КАС, безводному аммиаку, аммиакатам и аммиачной воде. Это обусловлено целым рядом преимуществ, которыми они обладают по сравнению с твердыми удобрениями как при производстве и хранении, так и при их внесении. Главная задача производства минеральных удобрений сводится к необходимости расширения выпуска концентрированных и сложных удобрений, а также форм удобрений, наиболее удобных в применении для сельскохозяйственной практики и в то же время менее энергоемких и более дешевых. При этом, как свидетельствуют многочисленные данные опытов и производства, эффективность жидких минеральных удобрений равна, а в некоторых случаях больше эффективности эквивалентного количества твердых минеральных удобрений [17].
Процесс производства жидких форм азота менее сложен в результате упрощения некоторых технол
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.