Лекции по материалам каждого модуля демонстрируются учебные кинофильмы и только потом студенты сдают промежуточный экзамен отдельно по каждому модулю

Весь опыт доказывает, что уровень урожайности с.-х. культур тесно связан с количеством применяемых удобрений (таблица 1).

Зависимость урожайности зерновых культур от

обеспеченности минеральными удобрениями

Страны	1983 г		1984 г
	кг/га д.в.	урожайность, ц/а	кг/га д.в.	урожайность, ц/а
СССР США Франция ФРГ Венгрия	103 88 289 436 300	15,9 35,4 49,5 45,6 46,3	103 107 301 422 234	14,4 43,9 59,8 53,0 53,0

Рекордные урожаи зерновых намного выше. Например, в ГДР в 1984 году на площади 72 га было получено 101,3 ц/га, а в Англии в 1982 г получено 156,5 ц/га зерна. Мировой рекорд по кукурузе достигает 222 ц/га, а риса 142 ц/га. Поэтому мировое применение минеральных удобрений с 1937 по 1987 год выросло в 12 раз.

По прогнозу ФАО в 2010 году мировая потребность в минеральных удобрениях составит 307,2 млн. т, из которых 170 млн.тонн азота, 70 млн.тонн Р₂О₅ и 60 млн. тонн К₂О. Применение удобрений в расчете на одного человека возрастает с 55 до 145 кг питательных веществ в промышленно развитых странах и с 7 до 23 кг в развивающихся странах.

По расчетам специалистов рост урожайности сельскохозяйственных культур на 50% определяется применением удобрений и около 50% приходится на другие приемы: агротехнику, сорта, мелиорацию, гербициды и другие (рис.1).

С ростом урожайности сельскохозяйственных культур возрастает потребление питательных элементов растениями, поэтому чем выше планируемая урожайность любой культуры, тем больше требуется удобрений. Однако необходимо учитывать, что урожай возрастает в прямой зависимости от увеличения норм удобрений лишь до определенного уровня, при котором достигается наибольшая оплата единицы удобрения получаемой сельскохозяйственной продукцией. Поэтому увеличение доз удобрений экономически оправдано до тех пор, пока издержки, связанные с применением дополнительных количеств удобрений, полностью окупаются стоимостью прибавки в урожае (рисунок 3).

Прибавки в урожаях сельскохозяйственных культур

от минеральных удобрений

Культуры	Прибавка в урожае от 1 т удобрений, т
	азота (N)	фосфора (Р2О5)	калия (К2О)
Озимая пшеница Картофель Лен Сахарная свекла Хлопчатник	12-15 100-120 1,5-2,5 120-140 10-12	7-8 50-60 1,2-2,0 55-60 5-6	3-4 40-50 0,9-1,5 40-50 2

Таблица 3

Действие комплекса агроприемов на урожай картофеля

Варианты опыта	Урожай, т/га	Прибавка, т/га
Без удобрений, низкая агротехника Внесение удобрений Повышенная агротехника без удобрений Повышенная агротехника с удобрениями	9,1 16,0 15,4 27,4	- 6,9 6,3 18,3

Таблица 4

Прибавки в урожаях сахарной свеклы в зависимости от времени и

способа внесения удобрений, т/га

Таблица 5

Рост производства минеральных удобрений в СССР

(в тыс. тонн питательных веществ)

Уже в 1973 году наша страна вышла на первое место в мире по производству минеральных удобрений, а в 1990 году достигла уровня 32 млн. тонн питательных элементов. Соответственно росли и дозы их под все сельскохозяйственные культуры (таблица 6).

Таблица 6

Рост применения минеральных удобрений под сельскохозяйственные

культуры в СССР (в кг/га питательного вещества)

Культуры	Годы
	1966-1970	1971-1975	1976-1980	1984	1987
Зерновые Хлопчатник Лен-долгунец Сахарная свекла Картофель Овощи и бахчевые	22 325 138 230 142 113	38 364 172 306 221 189	51 409 201 460 272 269	70 372 207 482 305 268	93 410 199 419 284 420

После развала Советского Союза произошел катастрофический срыв в производстве минеральных удобрений. Сегодня Российская Федерация выпускает ежегодно около 10 млн. тонн минеральных удобрений, из которых 8 млн. тонн продаются за границу. Хозяйства страны оставшихся 2 млн. тонн в 2000 году смогли выкупить только 1 млн. из-за дороговизны, второй миллион остался в складах (материалы совещания правительства РФ), и в последующем тоже был продан за границу.

Разумеется, что такое снижение производства и применения минеральных удобрений отрицательно сказалось на урожайности сельскохозяйственных культур. Положение усугубляется еще и тем, что в России резко сократилось поголовье скота, а следовательно, и накопление и внесение навоза и других органических удобрений.

Кроме того, причин низкой эффективности даже вносимых количеств удобрений в современной сельскохозяйственной практике РФ много. Это и недооценка человеческого фактора, и недостаточное внимание к подготовке и переподготовке кадров, недостаточная заинтересованность работников всех звеньев в конечном результате. Это и отсутствие сбалансированной поставки всех элементов питания в нужном ассортименте, наличие около 40 млн. га кислых почв, требующих известкования, применение малых количеств навоза и то некомпостированного, содержащего до 10 млн. штук семян сорняков в каждой тонне, неравномерность внесения удобрений, требующая дальнейшего совершенствования машин и механизмов.

В 90-е годы, в связи с резким снижением количества вносимых в почву органических и минеральных удобрений, снизилось содержание гумуса в почвах и повысилась их кислотность, стал отрицательным баланс питательных элементов. Без применения удобрений быстро падает почвенное плодородие и как следствие резко снижаются урожаи сельскохозяйственных культур. Например, в опытах, проведенных на базе Смоленского филиала ВИУА, за 7 лет отмечено снижение в почвах содержания Р2О5 на 50%. Такая картина наблюдается и по другим питательным элементам.

В то же время из страны вывозят удобрения и продают за рубеж, которые при внесении их в почвы России дали бы гораздо больший экономический эффект, так как 1 кг действующего вещества удобрений дает 4-8 кг зерна.

В 1986-1990 гг. в России потреблялось 13 млн. тонн минеральных удобрений, а для расширенного воспроизводства необходимо минимум 16,5 млн. тонн. Казалось достичь нужного уровня осталось немного, но произошел обвал в связи с развалом страны (СССР).

В 1994-1998 гг. поставка удобрений сельскому хозяйству России составила 1,4-1,6 млн. тонн, а продажа за рубеж 8 и более млн. тонн, причем на внутреннем рынке цены на удобрения значительно превосходили мировой уровель, а на внешнем составляли около 70% мировых цен. Фактически сегодня по Российской Федерации мы на 1 га пашни вносим не более 10 кг/га действующего вещества.

Стратегия российского земледелия на начало 21 века должна состоять в его интенсификации, уровень производства зерна необходимо довести к 2025 году до 170-190 млн. тонн, что позволит России обеспечить свою продовольственную безопасность.

Для достижения указанных целей необходимо прекратить экспортировать за рубеж минеральные удобрения и направить для применения в Российской Федерации.

Для большей ясности приведу следующие материалы.

В работе Г.А.Романенко и А.И.Тлотюнникова (1997) приводятся цифры, которые не оставляют сомнений в том, что в Российской Федерации сорван план химизации земледелия (таблица 7).

Таблица 7

Внесение минеральных удобрений под сельскохозяйственные культуры

в Российской Федерации

В последующие годы эти цифры продолжали снижаться, тогда как в странах Европы и Азии оставались на высоком уровне (таблица 8).

Таблица 8

Среднее потребление минеральных удобрений на 1 га пашни

(100% содержание питательных элементов), кг/га

Приведенные цифры свидетельствуют о том, что соответствующие органы в правительстве Российской Федерации не беспокоятся о развитии собственного сельского хозяйства, а делают ставку на импорт сельскохозяйственной продукции, что на наш взгляд совершенно недопустимо.

Расчеты показали, что один рубль затраченный на минеральные удобрения, обеспечивает получение продукции растениеводства в среднем на 2,2 рубля. А удельный вес затрат на приобретение и внесение минеральных удобрений в целом по стране составлял 15-17% всех затрат в растениеводстве.

Экономическая эффективность применения минеральных

удобрений в среднем по СССР за 1966-1987 гг.

Показатели	Годы
	1966-1970	1971-1975	1976-1980	1981-1983	1987
Внесено мин.удобрений, кг Прибавка в урожае от удобрений, зер.ед Стоимость прибавки по ценам 1973 г, руб. Затраты на получение прибавки от удобрений Условно чистый доход, руб./га Прибыль на 1 руб. затрат, руб. Рентабельность, %	38 220 32,2 18,3 1,34 134 13,7	60 270 40,6 22,8 1,30 130 17,8	81 330 49,0 26,1 1,14 114 22,9	86 310 49,1 23,4 0,91 91 25,7	111 499 81,3 42,7 1,10 110 38,7

Оплата удобрений урожаем зависит от целого ряда факторов, в том числе от плодородия почв, уровня агротехники и др. Например, в Нечерноземной зоне России с высокой влагообеспеченностью и низким плодородием почв при урожае зерновых свыше 30 ц/га за счет удобрений получается 70-80% прироста урожая.

В сухой же степи на долю удобрений приходится не более половины прироста урожая, что снижает и экономическую эффективность применения удобрений. Там важную роль играют система обработки почвы и накопление влаги, засухоустойчивость сортов и другие показатели.

Установлено также, что в среднем по СССР оплата прибавкой урожая 1 кг азота составляет в зависимости от дозы 4,5-8,0 кг/га зерна озимой пшеницы, 1 кг фосфора 4,0-7,3 кг/га, 1 кг калия 2,2-3,7 кг/га зерна.

Как было отмечено выше, в последнее десятилетие произошло резкое снижение количества вносимых под сельскохозяйственные культуры удобрений, что вызывало такое же резкое снижение урожайности последних.

Однако причин низкой эффективности удобрений в современном сельском хозяйстве России много. Это не только нехватка, но и высокая стоимость удобрений; низкая агротехника из-за нехватки техники, запчастей и горюче-смазочных материалов; нехватка и высокая стоимость гербицидов и других ядохимикатов; это недооценка человеческого фактора – недостаточное внимание к подготовке и переподготовка кадров; это и отсутствие техники для равномерного внесения удобрений; это и наличие трудноуправляемых факторов (засуха, переувлажнение, солнечная радиация).

В практике сельскохозяйственного производства утвердилось мнение, что с повышением урожая сельскохозяйственных культур снижается качество их продукции, то есть происходит так называемое «ростовое разбавление» различных веществ, в том числе и белковых. Однако если соблюдать все агротехнические правила, заботиться о сбалансированном обеспечении растений макро- и микроэлементами, повышение урожая почти всегда сопровождается улучшением качества урожая, а следовательно, можно получить максимальный экономический эффект: плата за величину урожая + плата за его качество.

Следует помнить, что наравне с повышением урожаев и качества сельскохозяйственных культур получения большого экономического эффекта удобрения могут загрязнять почвы, водоемы и другие объекты природы. Они содержат нитраты, отрицательно влияющие на здоровье животных и человека. Правильное, научно обоснованное применение удобрений позволит получить все выгоды без риска для здоровья людей.

Лекция 3

1. 
   Проверка посещаемости
   
2. 
   Вопросы по предыдущей лекции
   

1. 
   Каковы факторы, влияющие на эффективность удобрений
   
2. 
   Что такое баланс питательных элементов в земледелии?
   
3. 
   Какова экономическая эффективность применения удобрений и от каких факторов зависит?
   
4. 
   Каковы прогрессивные способы применения удобрений?
   

2. Роль отдельных элементов в жизни растений – 22.

В состав сухого вещества растений входит 90-95% органических соединений и только 5-10% минеральных солей. Органические вещества в растениях представлены белками, жирами, крахмалом, сахарами, клетчаткой, пектиновыми и другими веществами (таблица 1).

Таблица 1

Средний химический состав урожая

сельскохозяйственных культур, % (по Плешкову)

Культуры__Вода__Белки__Жиры__Углеводы'>Культуры	Вода	Белки	Жиры	Углеводы	Зола
Пшеница Ячмень Рис Кукуруза Горох Фасоль Соя Подсолнечник Лен Картофель Сахарная свекла Морковь Лук репчатый	14 13 11 15 13 13 11 8 8 78 75 86 85	14 9 7 9 20 18 29 22 23 1,3 1,0 0,7 2,5	2,0 2,2 0,8 4,7 1,5 1,2 16,0 50 35 0,1 0,2 0,2 0,1	67,5 70,5 78,6 68,0 58,4 62,0 34,0 12,0 24,0 17,8 20,4 10,1 8,8	1,7 3,0 0,5 1,5 2,5 3,0 3,5 3,5 4,0 1,0 0,8 0,9 0,7

Различные сельскохозяйственные культуры выращиваются для получения продукции с определенным содержанием белков, жиров и углеводов. Например, качество зерновых и зернобобовых культур оценивается по содержанию белка и других белковых соединений, качество подсолнечника – по содержанию жира, качество корней сахарной свеклы по содержанию сахара и так далее. А вот высокое содержание клетчатки в сене снижает качество, тогда как высокое содержание ее в стеблях конопли, льна и коробках хлопчатника дает высокий выход волокна, которое состоит в основном из клетчатки.

Вода является не просто наполнителем растительных клеток, но и неотъемлемой частью их структуры. Оводненность клеток тканей растений обуславливает их тургор (давление жидкости внутри клетки на ее оболочку), является важным фактором интенсивности и направленности разнообразных физиологических и биохимических процессов.

Вода обладает способностью пропускать лучи видимой и близкой к ней ультрафиолетовой части света, необходимой для фотосинтеза, но задерживает определенную часть инфракрасной теплорадиации. Содержание воды в растениях зависит от вида и возраста растений, условий водоснабжения и минерального питания.

Белки и другие азотистые соединения. Белки – основа жизни организмов. Они играют решающую роль во всех процессах обмена веществ, выполняют каталитические функции, являются основным запасами веществами растений.

Углеводы в растениях представлены сахарами (моносахара и олигосахариды) и полисахаридами (крахмал, клетчатка, пектиновые вещества). Преобладающими моносахаридами в растениях являются глюкоза и фруктоза, а олигосахаридами – сахароза, которая является основным запасным веществом в корнях сахарной свеклы (14-22%) и сахарного тростника (11-25%).

Крахмал в небольших количествах содержится во всех частях растений, но в качестве основного запасного вещества накапливается в клубнях, семенах и луковицах (до 70% и более).

Клетчатка (целлюлоза) является основным компонентом клеточных стенок. Волокно хлопчатника (на 95-98%), лубяные волокна льна, конопли и кунжута на 80-90% представлены клетчаткой.

Жиры и жироподобные вещества (липиды) являются структурными компонентами цитоплазмы растительных клеток, а у маслинных культур выполняют роль запасных соединений (до 60%).

Сухое вещество растений на 95% состоит из Органогенных элементов (углерод – 45%, кислород – 42%, водород – 6,5% и азот – 1,5%) (таблица 2)

Содержание основных элементов питания в различных сельскохозяйственных культурах (% на сухое вещество); для корнеплодов, овощных культур и зеленой массы на сырое вещество

При сжигании растений остаются зольные элементы (зола), на долю которых приходится около 5% массы сухого вещества.

Состав золы различных растений различен и отражает неодинаковую потребность культур в элементах минерального питания.

В растениях обнаружено более 70 элементов, но можно предполагать, что более точные и совершенные методы анализов позволят расширить эти данные.

Из всех элементов, обнаруженных в растениях, 20 считаются необходимыми, а еще 12 – условно необходимы. К необходимым относятся элементы, без которых растения не могут полностью завершить цикл своего развития и которые не могут быть заменены другими элементами (это углерод, кислород, водород, азот, фосфор, калий, кальций, магний, жедезо, сера, бор, медь, марганец, цинк, молибден, ванадий, кобальт и йод).

По 12 условно необходимым элементам в ряде опытов имеются сведения об их положительном действии на растения (это кремний, алюминий, фтор, литий, серебро, стронций, кадмий, титан, хром, никель и другие.

Кроме того, необходимые питательные элементы в зависимости от процентного содержания в растениях делятся на макроэлементы, микроэлементы и ультрамикроэлементы.

К макроэлементам относятся те, содержание которых в растениях составляет от сотых долей до целых процентов – азот, фосфор, калий, кальций, магний, сера, углерод, кислород, водород и др.

К микроэлементам относятся те, содержание которых в растениях составляет от тысячных до стотысячных долей процента (бор, медь, цинк, кобальт, молибден, марганец).

Ультромикроэлементы – это те элементы, содержание которых в растениях опускается ниже стотысячных долей процента.

Такое деление весьма условно, потому что если взять железо, то по количественному содержанию его нужно относить к макроэлементам, а по выполняемым в растительном организме функциям – к микроэлеметнам.

Например, молибден концентрируется в бобовые растения и мы знаем о важной роли этого элемента в процессе симбиотической фиксации азота атмосферы. Бор концентрируется в свекле, где он необходим для предупреждения такого заболевания свеклы как гниль сердечка. Положительное влияние натрия на урожай свеклы совпадает с тем, что этот элемент накапливают растения свеклы. Таким образом, наблюдается связь между метаболизмом растений накопителей и их способностью концентрировать минеральные элементы.

Например, обычно в зерне содержится примерно в 4 раза больше азота и фосфора, чем в соломе, а калия и кальция, наоборот, в соломе в 2-3 раза больше, чем в зерне. Для картофеля, подсолнечника, капусты, сахарной свеклы характерно гораздо большее потребление калия, чем зерновым культурам. Клеверу и конопле присуще высокое потребление кальция.

Например, с урожаем 20 т/га сахарная свекла выносит 100 кг/га К₂О. интенсивное применение минеральных удобрений приводит к возрастанию урожайности, а следовательно, и к увеличению выноса питательных элементов.

Характерным признаком азотного голодания является торможение роста вегетативных органов растений и появление бледно зеленой и даже желтой окраски на старых листьях растений.

При нормальном азотном питании листья темно зеленые, растения формируют мощный ассимиляционной стебле- листовой аппарат и полноценные репродуктивные органы.

Избыточное, особенно одностороннее снабжение растений азотом вызывает образование большой вегетативной массы в ущерб товарной части урожая: у корне- и клубнеплодов израстание в ботву, а у зерновых и льна полегание посевов.

Фосфор играет исключительно важную роль в процессах обмена энергии в растениях. Энергия солнечного света в процессе фотосинтеза и энергия, выделяющаяся при дыхании, аккумулируется в растениях в виде энергии фосфатных связей макроэргических соединений – АТФ и др.

Накопленная в АТФ энергия используется для всех жизненных процессов роста и развития растений. При недостатке фосфора нарушаются обмен энергии и веществ в растениях, тормозится развитие образования репродуктивных органов, задерживается созревание, снижается урожай и ухудшается его качество.

Растения при недостатке фосфора резко замедляют рост, листья их приобретают пеструю окраску: серо-зеленую, пурпурную, красно-зеленую.

Усиленное снабжение растений фосфора ускоряет их развитие и позволяет получить более ранний урожай, одновременно улучшается качество продукции.

Калий в отличие от азота и фосфора не входит в состав органических соединений, а находится в ионной форме в клеточном соке и вакуолях. Он участвует в процессах синтеза и оттока углеводов в растениях, обуславливает водоудерживающую способность клеток и тканей, влияет на устойчивость растений к неблагоприятным условиям внешней среды и поражаемость культур болезнями.

При недостатке калия нарушается обмен веществ в растениях, клетки которых начинают расти неравномерно, что вызывает гофрированность, куполообразное закручивание листьев, края которых приобретают обожженный вид – «краевой запал».

При нормальной обеспеченности растений калием они лучше растут и развиваются, более устойчивы против засух и морозов, вредителей и болезней, поэтому выше урожай и лучше его качество.

Кальций содержится во всех растительных органах в виде щавелевокислого кальция, а иногда в виде солей пептиновой, фосфорной и серной кислот. Он играет важную роль в фотосинтезе и передвижении углеводов, в процессах усвоения азота растениями, учувствует в процессах формирования клеточных оболочек, обусловливает обводненность и поддержание структуры клеточных органелл.

Кальций в отличие от азота, фосфора и калия повторно не может использоваться (реутилизироваться), поэтому его недостаток проявляется на молодых органах растений.

Недостаток кальция сказывается прежде всего на состоянии корневой системы растений: рост корней замедляется, не образуются корневые волоски, корни ослизняются и загнивают. При этом тормозится рост растений, на листьях появляется хлоротичность, затем они желтеют и преждевременно отмирают.

Магний входит в состав хлорофилла и фитина. Он учувствует в передвижении фосфора в растениях и углеводном обмене, влияет на активность окислительно-восстановительных процессов.

При недостатке магния снижается содержание хлорофилла в листьях и развиается хлороз между жилками, а сами жилки остаются зелеными. Острый дефицит магния вызывает «мраморовидность» листьев, их скручивание и пожелтение.

При недостатке серы образуются мелкие, со светлой желтоватой окраской листья, ухудшаются рост и развитие растений.

При недостатке железа вследствие нарушения образования хлорофилла у растений на листьях развивается хлороз – теряют зеленую окраску, затем белеют и преждевременно отмирают.

Бор в растениях не может реутилизироваться, поэтому при его недостатке, прежде всего, страдают молодые растущие органы, происходит отмирание точек роста.

При борном голодании бобовых нарушается развитие клубеньков на корнях и снижается симбиотическая фиксация молекулярного азота из атмосферы, замедляется рост и формирование репродуктивных органов. Картофель при недостатке бора поражается паршой, у плодовых деревьев появляется суховершинность. Положение можно поправить внесением бора путем опрыскивания растений раствором микроудобрения, содержащего бор.

Молибден играет исключительно важную роль в азотном питании растений. Он участвует в процессах фиксации молекулярного азота и восстановлении нитратов в растениях.

Внешние признаки недостатка молибдена сходны с признаками азотного голодания – резко тормозится рост растений, вследствие нарушения синтеза хлорофилла они приобретают светло-зеленую окраску.

Дефицит молибдена ограничивает развитие клубеньков на корнях бобовых, наблюдается деформация листовых пластинок и преждевременное их отмирание, резко снижается урожай и содержание белка в растениях.

Недостаток молибдена при больших дозах азота может приводить к накоплению в растениях повышенных количеств нитратов, токсичных для животных и человека.

Самый характерный симптом марганцевого голодания – точечный хлороз листьев. На листовых пластинках между жилками появляются мелкие хлоротичные пятна, затем пораженные участки отмирают.

Недостаток доступной растениями меди осушенных торфянисто-болотных почвах вызывает «болезнь обработки» или «белую чуму» у зерновых культур. Заболевание начинается с побеления кончиков листьев и их засыхания.

При недостатке меди резко снижается урожай зерна, а при остром медном голодании наблюдается полное отсутствие плодоношения.

Цинк входит в состав окислительно-восстановительных ферментов ауксинов (ростовых веществ) и оказывает многостороннее действие на обмен энергии и веществ в растениях. При недостатке цинка нарушается фотосинтез, процессы фосфорирования, синтез углеводов и белков, обмен фенольных соединений.

Специфические признаки цинкового голодания – задержка роста междоузлий, появление хлороза и мелколиственности, развитие разеточности.

Он недостатка цинка чаще всего страдают плодовые и цитрусовые культуры. При сильном поражении ветви отмирают, что приводит к «суховершинности».

Кобальт входит в состав витамина В₁₂. Необходимый растениям для биологической фиксации молекулярного азота. При его недостатке в кормах у животных нарушается обмен веществ – ослабляется образование гемоглобина, белков, нуклеиновых кислот и животные заболевают акобальтозом, сухостой, авитаминозом.

Внешние признаки недостатка кобальта сходны с признаками азотного голодания – листья растений приобретают бледно-зеленую окраску, потом желтеют и опадают.

Недостаток или избыток микроэлементов приводит к заболеваниям людей и животных. Например, низкое содержание в пище марганца вызывает бесплодие, меди – малокровия и заболевания рахитом, избыток молибдена – желудочных расстройств, нехватка йода – к заболеваниям щитовидной железы и так далее.

Микроэлементы нужны растениям в ограниченных количествах. Вынос их с урожаем сельскохозяйственных культур составляет лишь десятки или сотни граммов с 1 га, поэтому потребность в них чаще всего удовлетворится за счет запасов самих почв и вносимых удобрений. Однако недостаток отдельных микроэлементов у более требовательных к их наличию культур может проявляться на почвах с низким содержанием доступных растениям форм того или иного соответствующего микроудобрения существенно повышает урожай с.-х. культур и улучшает его качество.

1. 
   Проверка посещаемости
   
2. 
   Вопросы по предыдущей лекции
   

2) Значение фосфора в жизни растений

3) Значение калия в жизни растений

4) Значение микроэлементов в жизни растений