Азотные удобрения. 
Азотная подкормка зерновых

Значение азота для растений, содержание и превращение его в почве. Азоту принадлежит ведущая роль в повышении урожая сельскохозяйственных культур. Д. Н. Прянишников подчеркивал, что главным условием, определяющим среднюю высоту урожая, была степень обеспеченности сельскохозяйственных растений азотом.

Огромное значение азотных удобрений в увеличении урожайности сельскохозяйственных культур обусловливается исключительно важной ролью азота в жизни растений.

Азот входит в состав белков, являющихся главной составной частью цитоплазмы и ядра клеток, в состав нуклеиновых кислот, хлорофилла, ферментов, фосфатидов, большинства витаминов и других органических азотистых соединений, которые играют важную роль в процессах обмена веществ в растении.

Основным источником азота для растений являются соли азотной кислоты (нитраты) и соли аммония. В естественных условиях питание растений азотом происходит путем потребления ими аниона N03- и катиона NH4+, находящихся в почвенном растворе и в обменно-поглощенном почвенными коллоидами состоянии. Поступившие в растения минеральные формы азота проходят сложный цикл превращения, в конечном итоге включаясь в состав органических азотистых соединений — аминокислот, амидов и, наконец, белка.

Синтез органических азотистых соединений происходит через аммиак, образованием его завершается и их распад. Аммиак, по выражению Д. Н. Прянишникова, «…есть альфа и омега в обмене азотистых веществ у растений» .

Нитратный азот не может непосредственно использоваться растениями для синтеза аминокислот. Нитраты в растениях подвергаются сначала ступенчатому — через нитрит, гипонитрит и гидроксиламин — ферментативному восстановлению до аммиака:

Восстановление нитратов происходит с участием ферментов, содержащих микроэлементы — молибден, медь, железо и марганец, — и требует затрат энергии, аккумулируемой в растениях при фотосинтезе и окислении углеводов. Восстановление нитратов в растениях осуществляется по мере использования образующегося аммиака на синтез органических азотистых соединений. Нитраты безвредны для растений и могут накапливаться в их тканях в значительных количествах.

Однако содержание нитратов в сельскохозяйственной продукции (кормах и овощах) выше определенного предела может оказывать токсическое действие на организм животных и человека. Основной путь образования аминокислот, находящихся в растениях частично в свободном состоянии и главным образом в составе белка, — аминирование органических кетокислот — продуктов неполного окисления углеводов.

Аммиачный азот, поступивший в растение и образовавшийся при восстановлении нитратов, в первую очередь присоединяется к кетокислоте (щавелево-уксусной, кетоглутаровой или фумаровой), образуя аспарагиновую и глутаминовую аминокислоты.

Широкий набор аминокислот, входящих в состав белка, синтезируется переаминированием аспарагиновой и глутаминовой кислот и их амидов — аспарагина и глутамина, а также в результате ряда других специфических реакций.

В процессе переаминирования под воздействием соответствующих ферментов аминогруппы указанных соединений переносятся на другие органические кетокислоты. СООН-R-CHNH2COOH + R-СОСООН® аспарагиновая или глутаминовая кислоты кетокислота ®СООН-R-СОСООН-R-CHNH2COOH щавелево-уксусная или кетоглутаровая кислота аминокислота.

Важную роль в метаболизме азота и углеводном обмене растений играют реакции дезаминирования аминокислот, т. е. отщепление аминогруппы от аминокислот с образованием аммиака и соответствующей кетокислоты. Аммиак вновь используется для аминирования кетокислот, а высвободившаяся кетокислота включается в цикл превращения углеводов.

Особое значение в азотном обмене растений принадлежит амидам — аспарагину и глутамину, образующимся при присоединении еще одной молекулы аммиака к аспарагиновой и глутаминовой кислотам. Классическими исследованиями Д. Н. Прянишникова установлено, что в результате образования амидов происходит обезвреживание аммиака, который может накапливаться в растениях при дезаминировании аминокислот или обильном аммиачном питании при недостатке углеводов.

При недостатке углеводов и, следовательно, органических кетокислот (особенно при прорастании семян, имеющих малый запас углеводов, например сахарной свеклы) избыточное поступление аммиачного азота в растения может оказать отрицательное действие.

В этом случае аммиачный азот не успевает использоваться на синтез аминокислот и накапливается в тканях, вызывая «аммиачное отравление» растений Те растения, в посевном материале которых содержится много углеводов (например, крахмала у картофеля), быстро усваивают поступающий аммиачный азот и хорошо отзываются на внесение аммиачных удобрений. Биосинтез белка, состоящего из аминокислот, соединенных между собой пептидными связями, происходит с участием нуклеиновых кислот, являющихся матрицей, на которой фиксируются и соединяются аминокислоты с образованием разнообразных белковых молекул.

В процессе роста и развития в растениях постоянно синтезируется огромное количество разнообразных белков. Они различаются по молекулярной массе, составу аминокислот и их последовательности в полипептидных цепях, по функциональным свойствам. Белки, синтезируемые на различных фазах развития растений, как и белки отдельных органов и клеток, имеют качественные отличия. Для биосинтеза белков, как и других сложных органических соединений, требуется затрата большого количества энергии. Основные источники ее в растениях — фотосинтез и дыхание (окислительное фосфорилирование), поэтому существует тесная связь между синтезом белка и интенсивностью дыхания и фотосинтеза.

Наряду с синтезом в растениях происходит распад белков на аминокислоты с отщеплением аммиака под действием протеолитических ферментов. В молодых растущих органах и растениях синтез белков превышает распад, по мере старения процессы расщепления активизируются и начинают преобладать над синтезом.

В разные фазы роста и развития растений ход процессов обмена азотистых веществ неодинаков. При прорастании семян происходит расщепление запасных белков эндосперма или семядолей, и продукты гидролиза используются для построения белков.

После формирования фотосинтезирующего листового аппарата и корневой системы питание растений и синтез белка осуществляются за счет минерального азота, поглощаемого из почвы.

Наиболее интенсивно поглощение и усвоение растениями азота из окружающей среды происходят в период максимального роста и образования вегетативных органов — стеблей и листьев. Из стареющих частей растений, в которых преобладают процессы распада белка, продукты его гидролиза передвигаются в молодые, интенсивно растущие органы. При формировании семян белковые вещества вегетативных частей растения подвергаются гидролизу, и образующиеся продукты оттекают в репродуктивные органы, где снова используются на синтез белка. В это время потребление растениями азота из почвы ограничивается или практически заканчивается.

Работами Д. Н. Прянишникова и его учеников доказано, что аммонийный и нитратный азот при определенных условиях — равноценные источники питания для растений. Преимущественное использование растениями аммонийного или нитратного азота зависит от ряда факторов, важнейшими из которых являются: биологические особенности культуры, обеспеченность ее углеводами, реакция среды, наличие кальция, калия и других элементов питания, в том числе микроэлементов.

При нейтральной реакции аммонийный азот усваивается растениями лучше, а при кислой — хуже, чем нитратный. Повышенное содержание кальция, магния и калия создает более благоприятные условия для усвоения аммонийного азота, а при нитратном питании важное значение имеет достаточная обеспеченность фосфором и молибденом.

Недостаток молибдена тормозит восстановление нитратов и ограничивает ассимиляцию нитратного азота растениями. В естественных условиях сравнительная ценность для растений нитратных и аммиачных (аммонийных) форм азотных удобрений в значительной степени определяется их поведением, превращениями в почве и свойствами последней. Условия азотного питания оказывают большое влияние на рост и развитие растений. При достаточном снабжении растений азотом в них усиливается синтез органических азотистых веществ. Растения образуют мощные листья и стебли с интенсивно-зеленой окраской, хорошо растут и кустятся; улучшается формирование и развитие органов плодоношения. В результате резко повышаются урожай и содержание белка в нем. Однако при одностороннем избытке азота задерживается созревание растений, они образуют большую вегетативную массу, но мало зерна или клубней и корнеплодов; у зерновых и льна избыток азота может вызывать полегание. При недостатке азота рост растений резко замедляется, листья бывают мелкие, бледно-зеленой окраски, что связано с нарушением синтеза хлорофилла, преждевременно желтеют, стебли становятся тонкими и слабо ветвятся. Ухудшаются также формирование и развитие репродуктивных органов и налив зерна, сильно снижаются урожай и содержание белка в нем.

В последние годы для засушливых почвенно-климатических условий крайнего востока степной зоны Украины создано и рекомендовано для производства много новых высокоурожайных сортов озимой пшеницы. В основном, это высокопродуктивные интенсивные сорта нового поколения селекции Селекционно-генетического института: Одесская 267, Селянка, Виктория одесская, Куяльник, Сирена одесская, Пошана, Повага и некоторые другие, которые для полной реализации своей зерновой продуктивности требуют оптимизации всех агротехнических факторов возделывания. В первую очередь, это касается вопросов минерального и, особенно, азотного питания.

Многочисленными исследованиями ученых-аграриев установлено, что не менее половины (50% и более) прибавки в урожайности зерновых культур достигается за счет правильного и сбалансированного применения удобрений и 50% прироста приходится на совершенствование других технологических приемов агротехники, сорта и мелиорацию (Б.С.Носко, 1986; Б. А. Ягодин, 1989 и др.).

Доказана целесообразность дробного внесения азота для дальнейшего повышения урожайности и качества зерна в виде весенних подкормок в суммарной дозе, не превышающей 45−70 кг/га д.в. (В.В.Шабашов, Г. Г. Дуда, А. А. Егоршин, А. В. Барановский, 1990; Ю. И. Усатенко, П. Г. Лапко, Д. И. Микитюк, 1995 и другие).

Однако вопросы азотного питания ранее изучались на озимой пшенице старых экстенсивных и полуинтенсивных сортов — Северодонская, Тарасовская 29, Одесская 51, Альбатрос одесский, Донецкая 46 и др.

Одесские сверхсильные сорта нового поколения Одесская 267, Селянка, Куяльник, Лузановка и другие, обладающие очень высоким потенциалом урожайности, для полной реализации запаса своей зерновой продуктивности требуют повышенного агрофона минерального и, в первую очередь, азотного питания.

Согласно данным В. Соколова, А. Литвиненко, Ф. Поперели, С. Лыфенко (2000) для получения урожая порядка 45−50 центнеров зерна озимой пшеницы, соответствующего по содержанию белка и клейковины требованиям первого-второго, в крайнем случае, третьего класса, на южных черноземах в условиях Одесской области необходимо вносить на каждый гектар посевов, возделываемых по интенсивной технологии и по лучшим предшественникам, не менее 150 кг азота, что эквивалентно 4,5 ц аммиачной селитры.

Поэтому возникла актуальная потребность в проведении соответствующих исследований по уточнению доз, сроков, способов и кратности внесения азотных туков под новейшие сорта озимой пшеницы в условиях крайнего востока страны (Луганская область).

Исследования были проведены в полевом севообороте лаборатории растениеводства Луганского института АПП в течение 2000;2002 гг. на черноземе обыкновенном слабосмытом на лессовидном суглинке с содержанием в пахотном слое (0−25 см): гумуса (по Тюрину) — 4,2−4,3%; валового азота (по Кьельдалю) — 0,24−0,26%; подвижного фосфора — 8 мг, обменного калия — 15 мг на 100 г почвы (по Чирикову); суммы поглощенных оснований — 41,9 мг-экв. на 100 г почвы; рН (водное) — 7,5. Агротехника — общепринятая для условий области. Фон Р₂₀ вносится в виде гранулированного суперфосфата под допосевную культивацию.

Предшественник — черный пар. Сорт озимой пшеницы — Одесская 267. Повторность в опыте — трехкратная. Посев проводили в оптимальные сроки нормой 4,5млн/га всхожих семян. Площадь учетной делянки — 50 м². В начале выхода в трубку озимых проводилась фоновая обработка посевов 3-компонентной баковой смесью пестицидов: тилт, 25% к.э. (0,5 кг/га), фастак, 10% к.э. (150 г/га) и луварам 50% в.р.к. (1 л/га). Уборка урожая проводилась с помощью селекционного комбайна Сампо 500. Математическая обработка урожайных данных проводилась методом дисперсионного анализа (Доспехов Б.А., 1985). азотный пшеница нитрат посев Для характеристики условий увлажнения почвы в период вегетации озимой пшеницы необходимо отметить, что запасы продуктивной влаги в метровом слое почвы опытного участка при посеве составляли осенью 2000 года — 115,2 мм, 2001 года — 112,3, в период ВВВВ в 2001 году — 135,3, в 2002 — 167,0; в начале фазы выхода в трубку, соответственно — 155,7 и 112,5; в начале колошения — 127,3 и 60,2 и перед уборкой урожая — 89,3 и 34,8 мм.

В результате проведенных исследований установлено, что при возделывании озимой пшеницы Одесская 267 по черному пару внесение азотных удобрений существенно повышало урожайность культуры (табл. 1). При этом прибавка зерна от удобрений колебалась от 9,0 до 16,1 ц/га (16,6−26,3%).

В среднем за 2001;2002 гг. наиболее эффективной по окупаемости вносимых туков азотных удобрений выявлена доза 60 кг/га д.в. азота, а наиболее эффективным сроком — весенняя прикорневая подкормка в конце фазы кущения.

В этом случае 1 кг д.в. азота, вносимого с удобрениями, обеспечивал получение дополнительно 23,0 кг зерна озимой пшеницы при полном отсутствии полегания растений. Дальнейшее повышение доз азота при одноразовом внесении свыше N₉₀ не способствовало существенному повышению урожайности культуры, и только приводило к частичному (20−37%) в 2001 г. и полному (100%) в 2002 году полеганию хлебостоя на делянках. Максимальная урожайность посевов (60,6−61,9 ц/га) получена при дробном внесении азотных удобрений: N₆₀ — рано весной поверхностно вразброс по таломерзлой почве + N₆₀ в прикорневую весеннюю подкормку в фазе кущения локально дисковой сеялкой СЗ-3,6 + N₆₀ в некорневую подкормку в начале колошения водным раствором карбамида. Однако в этом случае также отмечено полегание растений: 17% в 2001 и 95% в 2002 году.

Таким образом, несмотря на более поздние сроки весенних подкормок, суммарные дозы азота в 120−150 кг/га д.в. являются чрезмерными для сорта озимой пшеницы Одесская 267 при возделывании по черному пару по общепринятой технологии.

Однократное внесение эквивалентного количества азотных туков в осенний или ранневесенний периоды также приводило к частичному (20−37%) в 2001 и полному (100%) в 2002 году полеганию хлебов и даже некоторому снижению урожайности зерна в сравнении с более низкими (N₆₀₋₉₀) дозами азотных удобрений.

Дробление дозы азота N₁₂₀ для внесения весной в два срока: N₆₀ рано весной по таломерзлой почве + N₆₀ в прикорневую подкормку в конце весеннего кущения также не повышало урожайности культуры в сравнении с однократной прикорневой подкормкой в конце кущения в дозе N₆₀, но резко увеличивало степень полегания хлебов (на 16% в 2001 г. и на 90% в 2002 г.). То есть избыток азота в ранневесенний период даже на фоне оптимальных влагозапасов метрового слоя почвы в этот период играл негативную роль в формировании высокой зерновой продуктивности озимых посевов.

Главным критерием роста зерновой продуктивности озимых от применения удобрений является значительное (на 100−120 шт/м² и более) повышение густоты продуктивного стеблестоя (до 556−624 шт/м² в 2001 и до 738−770 шт/м² в 2002 г.). А такие показатели, как масса 1000 зерен и масса зерна с 1 колоса (соответственно, 45,6−47,5 г в 2001 и 36,3−38,9 г в 2002 и 0,96−1,20 в 2001, 0,64−0,82 г в 2002 г.) слабо коррелировали с ростом урожайности культуры.

Повышение дозы азота свыше 90 кг/га д.в. значительно (на 0,2−0,4 стебля) повышало коэффициент общей кустистости, при неизменном показателе продуктивной кустистости (1,8−2,0 в 2001 и 2,2−2,8 в 2002 г.).

Анализ качественных показателей зерна свидетельствует о том, что максимальное количество белка (14,02−14,99%) и сырой клейковины (22,2−32,4%) накапливается именно при повышенных (N_120−150) дозах весеннего внесения азотных удобрений (табл. 2), что соответствовало требованиям 3-го, а в 2002 г. — даже 2-го класса на заготавливаемую пшеницу. Полученные данные свидетельствуют о том, что азот нужно вносить дробно весной в более поздние фазы развития растений (выход в трубку и колошение). Прикорневая весенняя подкормка в конце кущения в дозе N₆₀ не обеспечивает получение высококачественного зерна пшеницы, если она не сочетается с некорневой подкормкой карбамидом в дозе N₃₀ и более в фазе колошения — молочной спелости зерна.

Без применения азотных удобрений выращенное зерно озимой пшеницы соответствовало требованиям технических условий на заготавливаемую пшеницу 4 класса в 2001 г. и 6 класса — в 2002 г.

Таким образом, при выращивании озимой пшеницы Одесская 267 по черному пару на обыкновенных черноземах Луганской области доза прикорневой весенней подкормки не должна превышать 60 кг/га д.в. азота (в зависимости от ранневесенних влагозапасов метрового слоя почвы). Эта подкормка является «продуктивной» для повышения урожайности зерна. А для повышения качества зерна в фазы колошения — молочной спелости необходимо проводить одну-две некорневые азотные подкормки в дозах N₃₀₋₄₀ (на основании результатов растительной диагностики). При необходимости поздние некорневые азотные подкормки целесообразно совмещать с химической обработкой посевов против клопа-черепашки, наносящего значительный ущерб качеству пшеничного зерна.