Балансовый метод расчёта доз удобрений в лесном хозяйстве можно использовать, учитывая вынос элементов питания из почвы при рубках ухода, при выращивании плантационных культур, но особенно рекомендуется этот метод в лесных питомниках. В сельском хозяйстве - при выращивании всех сельскохозяйственных культур.
Баланс питательных веществ в почве состоит из приходной и расходной частей. В приходную часть входит поступление питательных веществ в почву с удобрениями, семенами и из атмосферы (в том числе азот клубеньковых бактерий бобовых культур и свободноживущих бактерий-азотфиксаторов).
Расходная часть включает: вынос питательных веществ с увозимым с поля урожаем, потери элементов питания из почвы и удобрений вследствие поверхностного стока, вымывания (инфильтрации) и газообразные потери (например, азота в результате денитрификации).
Различают полный, или экологический, баланс (его еще иногда называют биологическим), учитывающий все статьи прихода и расхода элементов питания, и упрощенный, или хозяйственный, баланс, предусматривающий только поступление питательных веществ в почву с удобрениями и дополнительного количества азота от бобовых культур (оставленного ими в почве сверх выноса с урожаем) в сопоставлении с выносом урожаем и возможными потерями из удобрений. В хозяйственном балансе другие статьи прихода питательных веществ (с осадками, семенами, азота от свободноживущих бактерий-азотфиксаторов) и расхода (потери элементов питания из почвы) не учитываются, так как в итоге они принимаются равными.
Баланс может быть; интенсивный (положительный), если поступление питательных веществ в почву превышает вынос с урожаем и потери из почвы и удобрений; экстенсивный (отрицательный, или дефицитный), если вынос и потери превышают поступление в почву; бездефицитный (нулевой), если статьи прихода и расхода элементов питания равновелики.
В сельскохозяйственной практике при составлении системы применения удобрений в севообороте обычно используют хозяйственный баланс. Его можно выражать по каждому из элементов питания в относительных цифрах (в процентах к выносу с урожаем) и в абсолютных (в килограммах на гектар).
Изменение показателей баланса в динамике определяют термином «изменение интенсивности баланса».
Процентное (или долевое) участие отдельных статей прихода и расхода питательных веществ в балансе составляет его структуру.
В основу данного метода положен баланс питательных веществ за ротацию севооборота.
Относительный баланс, выражаемый в процентах к выносу, иногда называют коэффициентами возмещения, или коэффициентами возврата, и выражают десятичной дробью. Например, если относительный баланс по азоту 120 %, а по фосфору 200 %, то в переводе на коэффициент возмещения (или возврата) это будет соответственно 1,2 и 2,0.
При разработке данных нормативов баланса исходят из того, что для поддержания прежнего уровня азота, фосфора, калия впочве достаточно внести с органическими и минеральными удобрениями 120 - 130 % азота, 100 % фосфора и 100 % калия. Указанные в таблице 13 нормативы баланса направлены на поддержание в почве азота на среднем или повышенном уровне, фосфора — на высоком в полевых и очень высоком — в овощных севооборотах и калия — на повышенном. Величины баланса питательных веществ за ротацию севооборота показывают перспективу регулированияплодородия почвы (повышения или поддержания его на определенном уровне), позволяют агроному творчески подходить к использованию земельных ресурсов. В данном случае приходится также пользоваться коэффициентами распределения питательных веществ удобрений по годам (обычно берется не более трех лет). Эти коэффициенты являются производными от коэффициентов использования питательных веществ из удобрений. В сумме за 3 года величина каждого элемента питания выражается как 100 %.
13 Примерные нормативы баланса питательных веществ за севооборот в зависимости от содержания элементов питания в дерново-подзолистых и серых лесных почвах (для пахотных угодий)
| Класс почв | Содержание в почве подвижных форм фосфора и калия | Внесение питательных веществ с удобрениями за севооборот, % от выноса с урожаем | ||
| N* | Р2О5 | К2О | ||
| 1-2 | Очень низкое и низкое | 120-130 | 200-250 | 130-150 |
| Среднее | 120-130 | 170-250 | 110-130 | |
| Повышенное | 110-120 | 140-170 | 80-100 | |
| Высокое | 100-110 | 100-140 | 60-80 | |
| Очень высокое | 80-100 | 70-100 | 40-60 |
* в зависимости от содержания подвижного фосфора в почве.
Балансовые методы (табл. 15) основаны на знании выноса питательных веществ урожаем культур и учете коэффициентов использования питательных веществ из почвы (14) и из удобрений (12).
14 Средние коэффициенты использования сельскохозяйственными культурами подвижного фосфора (Р2О5) и обменного калия (К2О) из разных почв, % (Б.А. Ягодин и др., 1989)
| Культуры | Почвы | ||||||
| Дерново-подзолистые | Серые лесные | Черноземы некарбонатные | Чернозёмы карбонатные | Каштановые | |||
| Метод Кирсанова | Метод Чирикова | Метод Мачигина | |||||
| Р2О5 | |||||||
| Зерновые, однолетние и многолетние травы | |||||||
| Кукуруза на силос | |||||||
| Лён-долгунец | - | - | - | - | |||
| Картофель | - | - | |||||
| Кукуруза на зерно | - | ||||||
| Сахарная свекла | - | - | - | ||||
| Подсолнечник | - | - | |||||
| Хлопчатник | - | - | - | - | |||
| К2О | |||||||
| Зерновые, однолетние и многолетние травы | |||||||
| Кукуруза на силос | |||||||
| Лён-долгунец | - | - | - | - | |||
| Картофель | - | - | |||||
| Кукуруза на зерно | - | ||||||
| Сахарная свекла | - | - | - | ||||
| Подсолнечник f | - | - | |||||
| Хлопчатник | - | - | - | - | |||
Коэффициент использования легкогидролизуемого азота из почв на дерново-подзолистых, серых лесных, каштановых почвах принимается обычно равным 0,2 (или 20%), а на чернозёмах 0,2-0.3 (или 20-30%).
В настоящее время существует очень много модификаций этого метода. Их можно широко использовать для определения норм минеральных удобрений при большой дифференциации коэффициентов использования питательных веществ из разных почв, видов и форм удобрений, различных культур.
Установлено, что годовой прирост сухого вещества в лесу в лучших условиях лесопроизрастания примерно равен урожаю сухого вещества сельскохозяйственных культур на лучших пахотных землях.
Количество основных элементов питания, ежегодно потребляемых лесом на формирование среднего по величине текущего (годового) прироста в средних по богатству условиях, колеблется для таёжных лесов от 60 до 300 кг/га, в том числе в сосновых древостоях от 60 до 100 кг/га, в еловых – от 100 до 200 кг/га, в хвойно-лиственных – от 180 до 300 кг/га (Родин и Базилевич1965). Потребление азота колеблется в сосняках от 16 до 30, в ельниках – от 30 до 75, и в смешанных хвойно-лиственных насаждениях – более 100кг/га в год.
15 Элементы структуры баланса использования азота в хвойных насаждениях при весеннем сроке внесения удобрений (В.С. Победов, 1981)
| №№ пп | Приходные статьи баланса | Азот, кг/га д.в. | №№ пп | Расходные статьи баланса | Азот, кг/га д.в. |
| Сосняк зеленомошный | |||||
| 1. | Поступление с удобрениями | 1. | Потребление живым напочвенным покровом (до 10% от дозы) | ||
| 2. | Поступление с атмосферными осадками | 2. | Газообразные потери (до 6% от дозы) | ||
| 3. | Мобилизация почвенного азо-та и азота лесной подстилки (до 15 % дозы) | 3. | Потери с инфильтрацион-ными водами (до 10% от дозы) | ||
| 4. | Иммобилизация азота удобрений (до 25 % от дозы) | ||||
| Итого поступило азота за год | Итого потери азота за год | ||||
| Ельник кисличный | |||||
| 1. | Поступление с удобрениями | 1. | Потребление живым напочвенным покровом (до 3,5% от дозы) | ||
| 2. | Поступление с атмосферными осадками | 2. | Газообразные потери (до 10% от дозы) | ||
| 3. | Мобилизация почвенного азо-та и азота лесной подстилки (до 15 % дозы) | 3. | Потери с инфильтрацион-ными водами (до 3,6% от дозы) | ||
| 4. | Иммобилизация азота удобрений (до 20 % от дозы) | ||||
| Итого поступило азота за год | Итого потери азота за год |
Средневозрастные насаждения, имеющие наибольший текущий прирост биомассы, потребляют наибольшее количество элементов питания в год: азота – 40…120, фосфора 5…24, калия – 19…24, кальция – 23…183, и магния – 9…20 кг/га. Потребности средневозрастных насаждений древесных пород в азоте, фосфоре и калии находится почти на одном уровне потребности зерновых культур.
Коэффициенты использования питательных веществ из удобрений более стабильны, чем коэффициенты использования из почвы. Однако они могут изменяться в зависимости от свойств почв, погодных условий, биологических особенностей культур, форм применяемых удобрений, способа их внесения и др. Например, они уменьшаются при возрастании количества вносимого удобрения.
Упрощённым вариантом балансового метода расчёта норм удобрений на прибавку урожая является метод Д.Ф. Федоровского.
Определение норм минеральных удобрений на планируемый урожай
(элементарный баланс по Б.А. Ягодину и др. 1989)
В этом методе используют:
- данные по выносу питательных веществ на единицу основной продукции урожая (на 1 т или на 10 ц) с учётом побочной;
- коэффициенты использования питательных веществ растениямиизпочвы;
- коэффициенты использования питательных веществ из удобрений и пожнивно-корневых остатков (обычно бобовых культур).
Недостающая часть питательных веществ почвы для создания планируемого урожая восполняется внесением органических и минеральных удобрений.
Коэффициенты для расчёта норм питательных веществ приведены в вышепредставленных таблицах. Рассмотрим метод элементарного баланса на конкретном примере.
Задача 3. Рассчитать норму внесения минеральных удобрений под запрограммированный урожай.
Почва - дерново-подзолистая супесчаная на покровных суглинках. Содержание по Кирсанову P2O5 - 120 мг на 1 кг почвы, К2О - 96 мг на 1 кг почвы, рН - 5,2. Культура - кукуруза. Урожайность 500 ц/га. Внесено 40 т/га среднеразложившегося навоза. Определить норму внесения удобрений.
Планируется получить урожай кукурузы 50 т/га. Почва дерново-подзолистая супесчаная. По картограмме в почве содержится 120 мг Р205 и 96 мг К2О на 1 кг почвы (метод Кирсанова). Будет внесено 40 т/га органических удобрений (0,5 % N, 0,25% Р205, 0,6% К20). Содержание питательных веществ в органических удобрениях определяется агрохимическими анализами.
Кукурузу выращивают в звене севооборота: ячмень + клевер, клевер, кукуруза. Под ячмень было внесено N50Р80К80. Урожай сена клевера составил 4 т/га.
Необходимо определить норму минеральных удобрений.
1. Определяем вынос питательных веществ всем урожаем кукурузы, используя таблицу 12.
2. Рассчитываем последействие ранее внесенных удобрений под ячмень (N - 50, Р205 - 80, К2О - 80 кг). Последействие фосфорных удобрений на 2-й год - 10-15%, калийных - 15-20%. Следовательно, последействие фосфорных удобрений (10% от 80 кг Р205,) - 8 кг, калийных - (20% от 80 кг К2О ) 16 кг.
3. Определяем последействие пожнивно-корневых остатков клевера по азоту (кг). По условиям урожай сена клевера 4 т/га. Принято считать, что 1 т клеверного сена оставляет после себя в виде пожнивно-корневых остатков 20-27 кг/га азота. Следовательно, 4 т/га сена оставили азота 80-108 кг/га. Кукуруза может использовать из пожнивно-корневых остатков около 25% азота, (т.е. 20 -27 кг), столько же, как из органических удобрений.
4. Определяем запас элементов питания в почве в кг/га по формуле:
З =Р∙dv∙h,
где Р – содержание питательного вещества в почве, мг/100г почвы;
dv – объёмная масса почвы, г/см3;
h – мощность горизонта (пахотного слоя), см.
5. Рассчитываем количество элементов питания, которое растение может взять из почвы с учётом коэффициентов их использования.
Запас азота в почве можно рассчитать двумя способами. 1-й способ - определение выноса азота по элементу, находящемуся в минимуме в почве после азота. На дерново-подзолистой почве после азота в первом минимуме находится фосфор. По расчётам его из почвы используется 25,2 кг, что может обеспечить урожай кукурузы 16,8 т/га (на 1 т кукурузы расходуется 1,5 кг фосфора, 25,2:1,5 = 16,8 т/га). С урожаем кукурузы 16,8 т/га израсходовано из почвы азота 16,8 х 2,5 (выносится 1 т) = 42 кг N. Если почва песчаная, то в минимуме калий, и тогда возможный урожай определяется по калию.
2-й способ определения использования азота из почвы - по примерному содержанию в ней легкогидролизуемого азота (табл. 13). Дерново-подзолистые почвы среднего плодородия содержат 40-60 мг/кг легкогидролизуемого азота, повышенного – 60-80 мг/кг почвы и высокого – 80-100.
Если дерново-подзолистые почвы содержат легкогидролизуемого азота около 50 мг/кгпочвы. Это составляет 150 кг азота в пахотном слое (50мг х 3). Из дерново-подзолистых почв кукуруза использует около 20 % легкогидролизуемого азота или 30 кг азота.
6. Определяем количество элементов питания, которое вносится с органическими удобрениями, используя аналитические данные содержания элементов питания в 1 т органики (количество питательных веществ в навозе: N – 0,5%; Р205 – 0,25%; К20 – 0,6 %).
7. Рассчитываем количество элементов питания, потребляемых растением из органических удобрений с учётом коэффициента их использования.
8. Определяем количество элементов питания, необходимых внести с минеральными удобрениями (баланс элементов питания).
9. определяем количество элементов питания с учётом коэффициентов использования их растениями.
10. Вычисленные нормы питательных веществ пересчитывают на конкретные формы минеральных удобрений, разделив норму в кг на гектар на массовую долю питательного вещества в удобрении и умножив на 100.
6 Расчёт норм минеральных удобрений под запрограммированный урожай (по И.С. Шатилову и М.К. Каюмову)
Для расчета норм минеральных удобрений под запрограммированный урожай И.С. Шатиловым и М.К. Каюмовым предложена методика, в соответствии с которой при наличии сведений об уровне урожая и запасах питательных веществ в почве требуемые нормы удобрений рассчитывают по формуле: Д = 
(1)
где Д - норма удобрения, в физической массе, ц/га; (или в кг д.в. на 1габез учета Су);
В - вынос питательных веществ запланированным урожаем основной и соответствующим количеством побочной продукции, кг/га;
К - постоянный коэффициент (при этом коэффициент К=30 при содержании в почве N, Р, К в мг на 100 г почвы; и К=3, если N, Р, К в почве выражены в мг на 1 кг почвы);
П - содержание в почве подвижных форм питательных веществ, мг/100г почвы или мг на 1 кг почвы;
Кп - коэффициенты использования питательных веществиз почвы, %;
Ку - коэффициенты использования питательных веществ из минеральных удобрений, %;
Су - содержание питательных веществ в минеральных удобрениях, %.
Если совместно используются минеральные и органические удобрения, то вместо формулы (1) следует пользоваться соотношением:
Д = 
, (2)
где, До - количество вносимых органических удобрений, (т/га);
Со - содержание питательных веществ в органическом удобрении кг/т;
Ко - коэффициенты использования питательных веществ из органических удобрений, (%);
Остальные обозначения те же, что и в предыдущей формуле.
Количество используемых питательных веществ из органических удобрений определяют по формуле:
П = 
,
где П – используется питательных веществ из органических удобрений, кг/га д.в.;
Е – доза органических удобрений, т/га;
д – содержание питательных веществ в органических удобрениях;
Ко – коэффициент использования питательных веществ из органических удобрений (приложение).
Последовательность расчета по формулам проводится в соответствии с расчётом элементарного баланса по Б.А. Ягодину.
Рассчитанные дозы азота согласуются с максимально предельными дозами (табл. 1).
