Логістика фосфору: як дешево доставити його рослинам

У ґрунті фосфор міститься в органічній формі та в мінеральній формі. Залежно від материнської породи, в ґрунтах може бути різна кількість валового фосфору — від 2 т/га до декількох десятків тонн на гектар. Тобто нібито кількість цього елементу чимала, але чому ж його не вистачає для рослин? Чому нам потрібно вносити добрива, аби забезпечити рослину фосфором?

На це питання дуже проста відповідь: тому що фосфор у ґрунті переважно міститься в недоступних формах. Приблизно 200 мінералів ґрунтотвірної, материнської породи містять собі фосфор, який поступово тисячами років переходить у вторинні фосфати, з яких потім переходить вже у ґрунтовий розчин частково, а потім переходить у третинні фосфати. Доступні для рослин — це фосфати, які можуть розчинятися у ґрунтовому розчині, а саме гідрофосфат і дегідрофосфати.

Доступність фосфору для рослин із ґрунту

• Доступними для рослин формами є гідро- (НРО4^2–) і дигідрофосфати (Н2РО4^–), при цьому дигідрофосфат — фізіологічно найбільш засвоювана рослиною форма фосфору, але за рН ґрунту >7,2 в ґрунтовому розчині превалюють одновалентні гідрофосфати і доступність фосфору знижується, при кислому рН фосфор зв'язується іонами заліза і алюмінію.
• Аніони РО4^3- практично не засвоюються, оскільки входять до складу дуже слаборозчинних фосфатів кальцію та магнію.
• Дуже велику роль у фосфорному живленні відіграє мікробіота, оскільки бактерії здатні виділяти фермент фосфатазу, яка переводить із нерозчинних солей фосфати і розчинні форми.
• Вміст вологи в ґрунті впливає на загальну кількість розчинених у ґрунтовому розчині фосфатів. За відсутності вологи гідро- і дигідрофосфати переходять в нерозчинну тризаміщену форму, і навпаки за наявності вологи відбувається зворотній процес.
• Температура — визначає здатність та швидкість розчинних солей дисоціюватися в ґрунтовий розчин.
• Склад обмінно-поглинутих катіонів впливає на доступність фосфору, адже від катіонів залежить здатність фосфатів переходити у рідку фазу ґрунту.
• Доступність Р залежить також від загального стану та здоров’я ґрунту, сівозміни, обробітку ґрунту, культури, попередника, рівня азотного та калійного живлення, періодичності застосування органічних добрив.

Якщо у ґрунті мало вологи, то відповідно фосфор переходить в недоступні форми. З форми гідро- чи дигідрофосфатів він переходить просто у форму форсфатів. І коли знову з’являється волога, тоді він знову поповнює ґрунтовий розчин.

Щодо температури. Цей чинник впливає на здатність фосфатів розчинятися у воді й на швидкість їх розчинення. При температурі нижче 20 °С фосфор погано доступний для засвоєння з ґрунту. А при нижче 15 °С він практично недоступний. Тобто на поверхні ґрунтових колоїдів він уже перебуває у зв’язаній формі.

Щодо складу обмінно-поглинутих катіонів. Це взагалі дуже цікава тема, тому що кальцій — такий елемент, який дуже любить усе зв’язувати. І не тільки кальцій. Будь-які полівалентні катіони — магній, залізо, алюміній — вони все «хапають» і нічого не «віддають». Тому склад обмінно-поглинутих катіонів має бути збалансованим. Кальцій і магній потрібні рослинам, але їх кількість має бути оптимальною, бо надмірність вплине на доступність фосфору, на здатність ґрунту переводити фосфор із внесених добрив у доступні форми.

Дослідниками і практиками доведено, що загальний стан ґрунту і культура землеробства також впливають на те, наскільки ґрунти здатні забезпечувати рослини доступним фосфором. Загалом рівень  технології, який сприяє оздоровленню ґрунтів — правильна сівозміна, обробіток ґрунту, збереження вуглецю у ґрунті (карбонове землеробство), попередники, наявність покривних/сидеральних культур, рівень азотного, калійного живлення, періодичність застосування органічних добрив — усе це сприяє оздоровленню ґрунтів і  в цілому покращенню фосфорного живлення.

Є таке поняття, як динамічна рівновага фосфатних систем. Узагальнено фосфатну систему можна поділити на 2 частини. Одна — це той фосфор, який здатен засвоюватись рослинами і розчинятися в ґрунтовому розчині (рослини здатні засвоювати фосфор тільки із ґрунтового розчину, тобто із рідкої фази ґрунту). Друга частина — та, що міститься у твердій фазі ґрунту, тобто яка осіла на поверхні ґрунтових колоїдів.

Ця система перебуває у стані динамічної  рівноваги. Тому що постійно змінюються умови навколишнього середовища. Температура, волога, споживання, винос рослинами елементів живлення із ґрунту. І будь-яка система, яка призводить до стану рівноваги, у неї є 2 зворотні  процеси, які компенсують один одного. Швидкість цієї компенсації досить повільна. Але тим не менше, кожна дія  викликає протидію. Тобто перехід фосфатів із твердої фази ґрунту в ґрунтовий розчин врівноважується осіданням фосфатів ґрунтового розчину на поверхні ґрунтових колоїдів. І якщо на цю систему ми якось уплинемо, тобто внесемо добрива підвищеної концентрації фосфатів у ґрунтовому розчині, то відповідно  інтенсифікується зворотній процес, а саме ретроградація фосфору, перехід його  в нерозчинну форму. Тобто вся система  намагається підтримувати рівновагу. Й рівень динамічної рівноваги це здатність ґрунту підтримувати певну концентрацію фосфатів  у ґрунтовому розчині. Чим він вищий, тим вища здатність ґрунту забезпечувати рослини доступним фосфором.

Як оцінити здатність ґрунту забезпечувати рослини фосфором

Найбільш доступний метод — відібрати зразки ґрунту на полі і передати їх у лабораторію для визначення вмісту фосфору. В результаті ми отримаємо дані про кількість фосфору, який ми звикли називати рухомим-нерухомим (або доступним). І за цими даними ми робимо висновки: тут фосфору достатньо/недостатньо тож для живлення рослин можемо дати менше/більше фосфорних добрив. Однак не все так просто.

За даними Анатолія Христенка, вченого-дослідника з ННЦ «Інститут ґрунтознавства й агрохімії імені О.Н. Соколовського», похибка у визначенні доступних форм фосфору й калію може сягати від 100 до 300%. За рахунок неправильно підібраних вимог, методів. А щоб вибрати правильний метод, лабораторія повинна мати висококваліфікований персонал, бо це вимагає певних професійних навичок.

Наприклад, використання жорстких методів, таких як Чирікова дає завищений вміст фосфору в ґрунтах, материнська порода яких має високий вміст апатитів та інших фосфоровмісних мінералів. Там є чітка кореляція між вмістом фосфору за Чиріковим та вмістом апатитів. (Прим. у методі Чирікова використовують в екстрагувальному розчині розчин оцтової кислоти з рН 2,6, таким чином витягуючи те, що сама рослина ніколи не витягне. Результат показує високий вміст фосфору, але до рослини він не «надійде»).

Підбір методики визначення доступного фосфору в ґрунті

• Перше, що потрібно усвідомити, те про що ми вже говорили: ґрунт — це складна термодинамічна система, яка, як і будь яка інша система, прямує до стану рівноваги.
• А значить, насправді, немає і не може бути такої хімічної сполуки як «рухомий чи доступний фосфор», який можна виміряти кількісно.
• Є лише певна кількість фосфору, витягнутого різними екстрагувальними розчинами, залежно від методики, і яка в тій чи іншій мірі корелює зі здатністю забезпечувати рослину фосфором з ґрунту.
• Кожний із методів, національних чи міжнародних, розроблявся для певних ґрунтово-кліматичних умов і є або суто специфічним або більш-менш універсальним, але всі вони не ідеальні.
• Насправді, кількість «рухомого фосфору» в мг/100 г чи мг/кг не має ніякого значення, має значення лише рівень забезпеченості, тобто, шкала оцінки.
• Навіть, якщо, методика визначення фосфору для Вас підходить, то шкала оцінки, розроблена, наприклад для якогось регіону США чи Європи, не підходить для наших умов.

Стосовно останнього пункту, то за однакового вмісту фосфору за Mechlic III, наприклад, у ґрунтах у Сполучених Штатів і в нас буде різна градація. Звісно, окремо шкалу ніхто не розробляв, але потрібно також це враховувати і звертати увагу. Насправді вибір методики і розуміння результатів аналізу ґрунту — проблема, яку потрібно вирішувати. Слід постійно займатися дослідженнями, бути на своїх полях «науковцями», закладати досліди, здавати зразки на аналіз, аналізувати масиви даних і зрозуміти для себе, як рослини реагують на той чи інший вміст фосфору у ґрунті за тією чи іншою конкретно підібраною для вашого типу ґрунтів методикою. Не буває ідеальних методик визначення фосфору. І вони мають свої переваги та недоліки. Але тут чи не найголовніше — це правильно підібрана градація оцінки, тобто шкала.

Розрахунок потреби фосфору для забезпечення планової урожайності

Коли ми говоримо про правильно розроблену систему фосфорного живлення, то маємо на увазі максимальну окупність приросту врожаю, отриманого завдяки відповідній кількості застосованого фосфору. Ми зараз уже не говоримо про закон повернення, тобто скільки винесено з ґрунту фосфору, стільки маємо повернути на поле. Бо це вже, мабуть, дорого і потрібно думати просто про те, як вижити в цих умовах. І скільки потрібно дати фосфору длятого щоб він макси мально окупився прибавкою врожаю тобто якщо не буде прибавки урожаю то нема смислу давати.

Правильно розроблена система фосфорного живлення повинна давати максимальну окупність приросту урожаю від кількості застосованого з добривами фосфору.

Для цього потрібно:

1. Правильно розрахувати загальну потребу, враховуючи потенціал продуктивності культури не лише в конкретних ґрунтово-кліматичних умовах, а й враховуючи специфіку та неоднорідність кожного поля.
2. Правильно підібрати форми фосфору та/або їх комбінації, залежно від агрохімічних характеристик конкретного поля, на фоні системи застосування інших макроелементів та навіть мікроелементів, фізіологічних особливостей культури, попередника, сівозміни, особливостей технології вирощування в даному господарстві, оцінити і знівелювати можливі ризики, тощо.
3. Те ж саме потрібно врахувати і для підбору оптимальних строків і способів застосування та/або їх комбінацій.
4. По можливості закладати якомога більше дослідів, для визначення ефективності тих чи інших елементів системи фосфорного живлення та для калібрування математичних моделей прогнозування окупності застосування фосфорних добрив прибавкою урожаю основних культур в конкретних умовах.
5. Аналізувати ефективність тих чи інших елементів системи фосфорного живлення в попередні роки.

Логічна схема проектування системи живлення рослин

У плануванні систем живлення ми оцінюємо фосфор по поступальній шкалі. Як по бонітету. Від 0 до 100 — такий собі рейтинг. Він зручний для того, щоб коли навіть ми в ґрунті визначаємо фосфор різними методами, то по кожному методу можемо оцінити забезпеченість фосфором відповідно до цієї шкали, присвоюючи кожному значенню балу конкретно свій коефіцієнт ефективності фосфору.

Узагальнено ідея така: чим більша здатність ґрунту забезпечувати рослину фосфором, тим менша ефективність фосфорних добрив. І навпаки. Якщо у нас в ґрунті низький вміст фосфору, бідні ґрунти, то ефективність фосфорних добрив значно підвищується, тож економічно доцільно підвищити норми їх внесення. Таким чином при плануванні системи живлення, наприклад, на все господарство, в якійсь частині ми зменшуємо норму фосфору, а в тій частині, де у нас провал, ми збільшуємо. Й отримуємо певний баланс.

Приклад розрахунку коефіцієнта ефективності фосфорних добрив, залежно від рівня забезпеченості фосфором ґрунту

Логіка підбору оптимальних форм, строків і способів застосування залежно від оцінки потенціалу зв’язування фосфору в ґрунті

Запаси вологи в ґрунті протягом вегетації, культура, pH, грансклад, вміст гумусу і ЄКО — це показники за якими можна оцінити швидкість та потенціал зв’язування фосфору з добрив у недоступні для рослин форми. Логіка тут працює проста:

1.  Чим вище потенціал зв’язування, тим ближче до вегетації має бути основне внесення фосфоровмісних добрив, наприклад при сівбі. (Прим. На потенціал зв’язування фосфору у ґрунті впливають передусім запаси продуктивної вологи протягом вегетації. Чим менше вологи, тим більш концентрований розчин, тим більше фосфати переходять в недоступну форму. Чим вищий потенціал зв’язування, тим ближче до вегетації має бути внесений фосфор).
2.  Чим вище потенціал зв’язування, тим ближче до основної маси коренів, з урахуванням зміни запасів вологи в ґрунті протягом вегетації, має бути гранула — локалізація внесення.
3. Чим вище потенціал зв’язування, тим ефективніше буде комбінація стартового і основного фосфорного добрива для рівномірного забезпечення фосфором на різних етапах вегетації.
4. Чим вище потенціал зв’язування, наприклад при рН сол. ґрунту вище 7,0, тим вища буде ефективність фосфору саме у формі дигідрофосфату.
5. Чим більша частка кальцію і магнію в складі ЄКО, тим швидше буде йти ретроградація фосфору в ґрунті.
6. Чим більша частка дисперсних частинок у ґрунті тим більша адсорбційна поверхня, тим швидше буде йти зв’язування фосфору, особливо на тлі низького вмісту вологи в ґрунті, зате більший потенціал відновлення концетраційної рівноваги у ґрунтовому розчині.

Логіка підбору оптимальних форм, строків і способів застосування, залежно від умов

• Чим вищий рівень фосфору в ґрунті, тим нижча буде ефективність, окупність основного внесення фосфорних добрив, тому в деяких випадках можна суттєво зменшити норму фосфору та перенести внесення під ярі культури на внесення при посіві, або взагалі внести лише стартові добрив, РКД наприклад.
• Чим нижчий рівень фосфору в ґрунті, особливо на фоні більш менш нормальних інших показників та умов забезпечення вологою, тим ефективніше буде застосування підвищених норм добрив і комбінування строків внесення восени і при посіві. Дуже гарний ефект буде від стартових добрив, особливо РКД.
• Чим нижча забезпеченість вологою регіону, тим нижча буде ефективність фосфорних добрив, тому потрібно локалізувати фосфорне добриво ближче до кореневої системи і вносити основні фосфорні добрива у вигляді дигідрофосфату при посіві, використовувати стартові добрива.
• Чим гірші показники здоров’я ґрунту (низький вміст гумусу, не оптимальний рівень рН, ЄКО, порушений склад ґрунтової мікробіоти і низька мікробіологічна активність), тим менш ефективним буде забезпечення рослин фосфором.
• Чим гірша культура землеробства (грубі порушення сівозміни, неоптимальні строки посіву, низька якість посіву, низька якість насіння, тощо), тим менша ефективність фосфорних добрив.
• За низької температури грунту, нижче 15 градусів, фосфор практично не переходить в грунтовий розчин, тому дуже важливо застосовувати стартові добрива, такі як РКД, де фосфор вже в доступній формі.

Головні агроновини України та світу

Головні агроновини України та світу

Ще хочу висловити свою думку стосовно РКД. Вважаю, що РКД — це лише стартове добриво. тобто воно не призначене для того, щоб забезпечувати фосфором протягом усього вегетаційного періоду. Але воно незамінне для забезпечення рослин на ранніх етапах росту і розвитку.

•  Фосфор, який міститься в РКД, одразу ж переходить в ґрунтовий розчин і спричиняє різке підвищення концентрації аніонів фосфорної кислоти, внаслідок чого фосфатна система ґрунту, дестабілізується на певний час, рівновага різко порушується і механізм зв’язування фосфору починає проходити інтенсивно, допоки фосфатна система не врівноважиться.
• Це означає, що фосфор, який одразу розчинений і доступний не має пролонгованої дії і доволі швидко переходить в слаборозчинні і нерозчинні форми й осідає на поверхні ґрунтових колоїдів, поповнюючи пул третинних фосфатів.

Також неможливо оминути тему органічних добрив, коли ми говоримо про фосфорне живлення. Зрозуміло, що не у всіх є можливість застосовувати органіку. Але якщо вже вам пощастило, то потрібно розуміти, що:

• Органічні добрива бувають різних видів і характеризуються не лише різним вмістом біогенних елементів та органічної речовини, а й різним ступенем співвідношенням С:N, P:C (які визначають швидкість мінералізації органіки), різною гуміфікованістю та стабільності органічної речовини і пулом різної мікрофлори корисної і недуже, залежно від технології одержання.
•  Високоякісні компости різного походження володіють оптимальними характеристиками і системно впливають на підвищення рівня динамічної фосфатної системи в грунті.
•  Іншими словами, періодичне систематичне внесення високоякісних компостів, раз в 2-5 років з оптимальними нормами, не лише здатне забезпечити рослини фосфором на 2-3 роки, а й зміщують здатність ґрунтів підтримувати більш високий вміст фосфатів в ґрунтовому розчині перебуваючи у рівновазі.

А загалом фосфор — це дуже біогенний елемент, який надважливий для рослин. Тому до фосфорного живлення потрібно підходити з розумінням і врахуванням усіх перелічених вище факторів.

Сергій Галушка, технолог із живлення Західного хабу МХП

(Записала Алла Гусарова, SuperAgronom.com)

Читати також: Мистецтво живлення рослин. Фосфорні добрива: види та їх особливості

Ми у Telegram

Тримай руку на пульсі важливих агрономічних новин та подій