Мы уже говорили, что для нормального развития растений необходимо несколько десятков химических элементов. Только углерод (в виде углекислого газа) растения берут из атмосферы, все остальные элементы (в виде соединений) они добывают из почвы.
|
Культура |
Внос на 1 т основной продукции, кг |
Съем основной продукции, кг на 1 кг |
|||
|
N |
р205 |
к2о |
сумма питательных веществ |
N |
|
|
Озимая пшеница (зерно) |
37 |
13 |
23 |
13,7 |
27,0 |
|
Кукуруза (зерно) |
34 |
12 |
37 |
12,0 |
29,4 |
|
Сахарная свекла (корни) |
5,9 |
1,8 |
7,5 |
63,0 |
169,4 |
|
Картофель (клубни) |
6,2 |
2,0 |
14,5 |
44,0 |
161,0 |
* Расчетные коэффициенты использования растениями питательных веществ.
Но в почве не всегда и не все соединения элементов имеются в нужном для растения количестве, и тогда необходимо вносить удобрения. Почти для всех возделываемых почв требуются азотные, фосфорные и калийные удобрения, но какие именно из них нужны и в каких количествах, выясняется путем анализа почвы.
Об эффективности минеральных удобрений имеется очень много практических данных, однако зачастую они значительно разнятся между собой. Это и понятно, ведь в большинстве случаев фактический урожай определяется не только вносимыми питательными веществами, но и естественным плодородием почвы, которое может изменяться в очень широких пределах.
В табл. 10 приведены средние данные об урожае основной продукции различных культур в зависимости от того, сколько питательных веществ внесено под посев и какое количество их усвоили (фиксировали) растения. В первой половине таблицы приведены данные о количестве питальных веществ, выносимых из почвы 1 т основной продукции. Иначе говоря, эти цифры показывают, сколько питательных веществ необходимо для создания 1 т основной продукции урожая. Но вносимые в почву питательные вещества используются не полностью (см. прим, к табл.), и действительный расход питательных веществ на тонну продукции значительно больше; эти цифры приведены во второй половине таблицы.
и фиксации питательных веществ *
|
Внос на 1 |
т основной продукции, кг |
Съем основной продукции, кг на 1 кг |
||
|
N |
к*0 |
сумма |
||
|
Р206 |
питательных веществ |
N |
||
|
52,8 |
32,5 |
38,3 |
8,1 |
18,9 |
|
48,5 |
30,0 |
61,6 |
7,1 |
20,6 |
|
8,4 |
4,5 |
12,5 |
40,0 |
119,0 |
|
8,8 |
5,0 |
24,1 |
26,3 |
113,0 |
N-70%, Р205—40%, К2О-60%.
Понятно, что они относятся к тому случаю, когда урожай создается только за счет вносимых удобрений, т. е. как будто бы в почве совсем нет усвояемых питательных веществ. Но так, конечно, почти не бывает. Практически в почве нередко отсутствует или имеется в недостатке только одно какое-либо питательное вещество, например в пойменной почве нет К2О. Тогда урожай в данном сезоне полностью зависит от внесения в почву именно этого вида удобрения. Здесь важно и то, что при внесении в почву недостающего питательного вещества степень использования других питательных веществ, имеющихся в почве, тоже повышается.
В табл. И приведены данные ФАО о том, какая часть урожая зерновых культур по отдельным материкам получена за счет применения минеральных удобрений. Из этой таблицы можно сделать вывод, что больше всего минеральных удобрений (в расчете на единицу площади) применяется в Европе, меньше в Северной Америке и совсем немного в странах Латинской Америки, Африке и большинстве стран Азии (за исключением Японии), Имеются сведения, что в США за последние годы за счет увеличения количества вносимых в почву минеральных удобрений урожайность зерна кукурузы повысилась в среднем по стране с 24 до 42 ц/га.
Таблица 11
Часть урожая (в %), полученная за счет удобрений
|
Страна |
До 1941 г |
В 1950—1951 гг. |
|
Европа (без СССР) |
19 |
24 |
|
Азия |
3 |
4 |
|
Северная Америка |
6 |
13 |
|
Латинская Америка |
2 |
5 |
|
Африка |
5 |
6 |
По мнению крупного советского агрохимика Ф. В. Турчина, 1,25 млрд га посевных площадей мира нуждаются в азотных и фосфорных удобрениях, а 0,9 млрд га, кроме того, и в калийных. По его расчетам, при годовом расходе на этих площадях 64 млн т N, 27 млн т Р205 и 29 млн т К2О можно ежегодно дополнительно получать 1,28 млрд т зерна, т. е. 10 т на 1 т питательных веществ удобрений. При внесении на 1 млрд га лугов и пастбищ 60 млн т N, 30 млн т Р205 и 30 млн т К2О в год можно получить такое добавочное количество кормов, которое обеспечит производство 140 млн т мяса (1,1 т мяса на 1 т питательных веществ).
Растения выносят из почвы довольно большие количества серы, магния, кальция. Но в большинстве почв содержание этих элементов в виде усвояемых растениями соединений достаточно, и, следовательно, не требуется искусственно обогащать ими почву. К тому же много серы поступает в почву в составе простого суперфосфата и сульфата аммония, а кальций содержится во всех фосфорнокальциевых удобрениях. Магния, однако, в песчаных и супесчаных почвах часто бывает недостаточно, и тогда внесение его дает большой эффект.
Удобрения, содержащие бор, медь, цинк, молибден, носят название микроудобрений. Их вносят в почву в очень малых количествах (килограммы и даже доли килограмма на 1 га), но иногда при недостатке какого-либо микроэлемента в почве невозможно получать даже средние урожаи некоторых культур. В Южной Австралии, например, почва долгое время считалась непригодной для сельского хозяйства, практически была бесплодной; внесение цинка, меди и молибдена сделало ее плодородной.
Дело в том, что микроэлементы входят в состав ферментов растений — биологических катализаторов — и их роль заключается в регулировании направления и скорости реакций, протекающих в живых организмах. Отсюда понятно, что недостаток того или иного фермента нарушает обмен веществ в растении и его нормальное развитие. Медь, например, повышает активность окислительно-восстановительных процессов. Особенно заметное действие она оказывает на урожайность зерновых культур на болотистых почвах. Бор улучшает углеводный и белковый обмен. Борные удобрения хорошо влияют на урожайность льна, сахарной свеклы, хлопчатника, гороха, клевера, люцерны и ряда овощных и плодово-ягодных культур. Внесение борных удобрений под сахарную свеклу, например, увеличивает ее урожайность на 20—25% и повышает содержание сахара в корнях. Недостаток некоторых микроэлементов в растительной пище и кормах вызывает нарушения обмена веществ в организме человека, домашних животных и птиц, и часто это является причиной ряда заболеваний.
Дальнейшее более глубокое изучение влияния микроудобрений на жизнедеятельность растений несомненно выявит новые возможности повышения урожайности. Вероятно, в ряде случаев будет установлена необходимость применения таких микроудобрений, которые сейчас еще неизвестны. Последнее вытекает хотя бы из того, что в растениях содержится более 70 элементов, но роль большинства из них еще не установлена. С выяснением химизма и механизма всех процессов, происходящих в организме растений, равно как и их взаимосвязи, можно будет полностью реализовать все возможности повышения урожайности, кроющиеся в применении микроудобрений.
Как мы уже говорили, растения потребляют особенно много углекислого газа. За период вегетации посеву пшеницы, считая на 1 т зерна, требуется 4715 кг СОг; при урожае 40 ц/га это составит 18 860 кг С02/га. Посев сахарной свеклы потребляет на 1 т корней 493 кг С02; при урожае 400 ц/га это равно 19 720 кг С02/га.
В период развития и роста растений для 1 га посева требуется 150 м3 С02 в день. Содержание С02 в воздухе равно в среднем 0,03%. Если бы растения поглощали из воздуха весь углекислый газ, то за день над 1 га посева должно было бы пройти 510 000 м3 воздуха. Но растения извлекают, по-видимому, не более 10% С02. Значит, их потребность в углекислом газе может быть удовлетварена полностью только в том случае, если над посевом будет проходить за день примерно 5 млн м3 воздуха.
Отсюда становится ясным, насколько сильно увеличение подвода углекислого газа может содействовать повышению урожайности. В теплицах, например, сделать это довольно просто. Для каждого вида растений существует оптимальная величина концентрации углекислого газа в окружающем воздухе. Для огурцов, например, она составляет 0,5—0,6%, для томатов — 0,3%. Опыты показали, что увеличение концентрации С02 в окружающей атмосфере заметно действует на эффективность фотосинтеза. Например, при 0,18%-ном содержании углекислоты скорость фотосинтеза овса увеличивается в 3, а картофеля — в 2 раза.
Подкормка растений углекислым газом может быть осуществлена и на открытом грунте. Растения поливают газированной водой или подают углекислый газ через проложенные в грунте специальные трубы. Опытный полив посева свеклы газированной водой повысил урожай на 46% против урожая с участка, поливаемого обычной водой. Понятно, подкормку углекислым газом производят только тогда, когда растения освещены; ночью в теплицах и оранжереях солнечный свет заменяют электрическим. В будущем станет возможным освещать электричеством и обычные посевы.
Огромные массы углекислого газа выбрасываются сейчас в атмосферу промышленными предприятиями (топки котельных, цементные и многие другие заводы). Но придет время, и из этих выбросов дыма будут извлекать углекислый газ и использовать его для подкормки посевов.
Производство минеральных удобрений быстро растет во всем мире (табл. 12). Однако по сравнению с потребностью их все еще недостаточно. Западногерманский
Таблица 12
Мировое производство минеральных удобрений, млн т
|
Год |
N |
Р2О5 |
к2о |
Всего |
Год |
N |
РА |
к2о |
Всего |
|
1913 |
0,7 |
2,6 |
1,3 |
4,6 |
1962 |
12,5 |
11,2 |
9,7 |
33,4 |
|
1920 |
0,4 |
1,9 |
1,3 |
3,6 |
1964 |
15,9 |
14,1 |
11,1 |
41,1 |
|
1939 |
2,7 |
3,9 |
3,3 |
9,9 |
1965 |
18,2 |
16,4 |
12,4 |
47,0 |
экономист Бааде считает, что для полного обеспечения всех пашен, лугов и пастбищ мира требуется ежегодно расходовать (считая на питательные вещества) по 60 млн т азотных, фосфорных и калийных удобрений (Ф. Бааде. Мировое энергетическое хозяйство. М., ИЛ, 1960,). Минеральные удобрения применяются пока только на 1/6 части площади земли, возделываемой во всем мире, да и то в большинстве случаев ниже нормы. В Турции и других странах Среднего Востока минеральные удобрения до последних лет почти не применялись и, кроме того, растительные отходы и навоз сжигались в качестве топлива. По данным индийского ученого Баба, в 1951 г. в Индии было сожжено 224 млн т навоза.
В царской России в 1913 г. выработка всех минеральных удобрений была равна 13 тыс. т. В 1965 г. в СССР, считая на питательные вещества, выработано (в тыс. т): азотных удобрений — 2712, фосфорных — 2300, калийных — 2368. Кроме того, начали выпускаться борные удобрения и ряд микроудобрений. К 1970 г. производство минеральных удобрений возрастет примерно в 2 раза.