Якименко В.Н.

Проблема калия в земледелии Сибири

Калий является одним из важнейших элементов-биофилов, вынос которого с урожаем сельскохозяйственных культур всегда больше, чем  фосфора, а часто и азота. В растительном организме этот элемент играет существенную роль в процессах превращения энергии, биосинтеза и транспорта углеводов, функционировании различных ферментативных систем. Особая роль принадлежит калию в регуляции водного обмена – этот катион является преобладающим для генерации осмотического давления в клетках, обеспечивая тургор. Именно эта функция и требует тех значительных количеств калия, поглощаемых растениями. Кроме того, достаточная обеспеченность растений калием способствует существенному повышению их устойчивости к целому комплексу неблагоприятных внешних факторов.

Тем не менее, калию уделяется наименьшее внимание по сравнению с другими макроэлементами питания растений как в научных исследованиях, так и в практическом земледелии. Использование калийных удобрений в земледелии Западной Сибири перманентно находится на минимальном уровне. В период наибольших масштабов химизации (1981-90 гг.), когда среднегодовое применение минеральных удобрений составляло в среднем по региону 50-70 кг/га пашни в год, доза внесения калийных туков не превышала 5-10 кг/га. Даже при получаемых в этот период довольно низких урожаях культур (в среднем) – зерновые – 12-13 ц/га, картофель – 85 ц/га, баланс калия в земледелии Западной Сибири выполнялся не более, чем на 30%. В настоящее время калийные удобрения практически не применяются – при средней по региону дозе вносимых туков около 5 кг/га, доля калия в общей структуре составляет 2-3%. Подобная ситуация, при которой земледельцы вносят в почву только азотные удобрения, экономя на фосфорных и калийных, является классической для развивающихся стран.

Оправданием для невнимания к режиму калия в агроценозах служат следующие обстоятельства:

1) высокое валовое содержание этого элемента в основных пахотных почвах, примерно на порядок большее, чем азота и фосфора;

2) слабый эффект от вносимых калийных удобрений в ряде проведенных опытов;

3) несовершенство существующей стандартной системы почвенной калийной диагностики;

4) финансово-экономические проблемы сельских товаропроизводителей и отсутствие платежеспособного спроса.

Рассмотрим указанные пункты более подробно.

Содержание валового калия в почвах зависит, прежде всего, от их минералогического и гранулометрического состава и колеблется в среднем от 1% в супесчаных дерново-подзолистых до 2.5% в тяжелосуглинистых черноземах. Главные источники калия в почвах – полевые шпаты (микроклин, ортоклаз), содержащие примерно 13% этого элемента, и слюды (мусковит, биотит) – 9-10%. Содержащийся в них калий прочно входит в кристаллическую структуру этих минералов и только в малой своей части может включаться в биологический круговорот. В этой связи, валовой калий является индифферентным показателем обеспеченности выращиваемых культур этим элементом. Лишь 1% от общего запаса калия в почве входит в состав почвенного поглощающего комплекса и почвенного раствора, непосредственно участвуя в питании растений; ещё примерно 10% калия связано с глинистыми минералами и служат резервом пополнения подвижного фонда. Исследования, проведенные в длительных стационарных опытах  [Пчелкин, 1966; Прокошев, 1984; Якименко, 2003; и др.] показали, что в агроценозах с сильно дефицитным калийным балансом содержание подвижных форм калия в почве в течение нескольких лет становится фактором, существенно ограничивающим продуктивность выращиваемых культур.

Основанием для неиспользования калийных удобрений зачастую служат относительно высокие запасы калия в подпахотном и нижележащих почвенных слоях. Считается, что при снижении содержания подвижных форм калия в пахотном слое почвы, растения могут эффективно использовать калийные запасы подпахотных горизонтов. Однако, проведенные исследования [Якименко, 2007] изменений содержания форм калия по профилю почвы, косвенно свидетельствующих об участии различных почвенных горизонтов в обеспечении выращиваемых культур этим элементом, показали, что длительный сильнодефицитный баланс калия в агроценозе приводил к существенному снижению содержания его обменной и необменной форм, главным образом, в пахотном слое почвы.  Имеющиеся внешне неизменные запасы форм калия в нижележащих горизонтах почвы были не в состоянии полноценно компенсировать истощенный калийный фонд пахотного слоя, что отчетливо проявлялось в значительном падении урожайности культур. Следовательно, надежды на «неисчерпаемые» запасы калия в почве, как в пахотном слое, так и включая нижележащие горизонты, оказываются не совсем состоятельными, что подтверждает отсутствие альтернативы сбалансированному применению калийных удобрений.

   Проведенный нами анализ [Якименко, 2003] литературных источников, в которых оценивалась эффективность вносимого калия на региональных почвах, показал, что большинство проведенных опытов были краткосрочными (до 3-4 лет), чаще всего выращивалась яровая пшеница, фоновые дозы удобрений и урожайность культур во многих опытах были невысокими. Зачастую при вносимых дозах NP в 90-120 кг/га норма калия составляла 15-30 кг. Сделанные в таких условиях выводы о нецелесообразности использования калийных удобрений являются, вполне очевидно, недостаточно обоснованными. Вместе с тем, имеющиеся многолетние данные указывают на рост эффективности К по мере удовлетворения потребности культур в N и Р, повышения общего уровня урожайности и, как следствие, увеличения масштабов отчуждения почвенного калия [Прокошев, Дерюгин, 2000; Якименко, 2003; и др.]. Результаты  проведенных длительных исследований свидетельствуют, что эффект от калия, почти повсеместно элемента «третьего минимума», может прежде всего и наиболее отчетливо проявляться в следующих случаях:

- при исходно низком его содержании в почве (почвы легкого гранулометрического состава – песчаные, супесчаные, легкосуглинистые, а также органогенные почвы);

- после достаточного обеспечения культур азотом и фосфором (содержание этих элементов в минеральных почвах, как правило, значительно ниже, чем калия);

-при длительном интенсивном использовании почвы (в высокоурожайных агроценозах при сильно дефицитном балансе калия его почвенные запасы истощаются достаточно быстро);

- при выращивании калиелюбивых культур (культуры, формирующие большой урожай углеводов – картофель, сахарная свекла, кукуруза и др. – потребляют значительное количество калия);

-  в неблагоприятных погодных условиях (оптимальная обеспеченность растений калием усиливает их устойчивость к колебаниям температуры, влажности и освещенности).

Кроме того, важными аспектами воздействия калия на агроценоз являются значительное улучшение качества растительной продукции, снижение ее потерь при хранении, повышение устойчивости выращиваемых культур к различным болезням и вредителям [Минеев, 1999; Прокошев, Дерюгин, 2000; Якименко, 2003; и др.].

Таблица 1. Стандартные градации обеспеченности почв обменным калием,  мг/кг почвы

Недостаточное внимание к калийным удобрениям в немалой степени связано и с несовершенством существующей рутинной системы почвенной калийной диагностики, которая не всегда позволяет реально оценить эффективное плодородие почв. Используемые в системе Агрохимслужбы России при обследовании сельскохозяйственных угодий методы определения и градации обеспеченности показаны в табл. 1. Метод Кирсанова рекомендован для почв лесной зоны (с кислотной реакцией почвенного раствора), метод Чирикова – для лесостепной (нейтральные), Мачигина – сухостепной (щелочные почвы), метод Масловой можно использовать для почв различных зон. 

Следует сказать, что применяемые в отечественной агрохимслужбе при определении содержания обменного калия в почвах кислотные (соляно- и уксуснокислые) вытяжки больше нигде в мире не используются [Прокошев, Дерюгин, 2000], так как часто дают завышенные результаты, создавая иллюзию относительно благополучной калийной обеспеченности пахотных угодий. Однако главным, существенным недостатком используемых при этом градаций является их полная усредненность, безотносительность к важным в отношении калия почвенным свойствам – емкости катионного обмена и гранулометрическому составу, что также не всегда делает трактовку полученных результатов адекватной.

В ряде исследований установлено,  что содержание обменного калия в почвах агроценозов при длительном сильнодефицитном балансе постепенно достигает определенного, стабильно низкого («минимального») уровня, существенно лимитирующего продуктивность культур. Важно подчеркнуть, что зачастую при мониторинге калийного состояния пахотных почв подобная стабильность содержания обменного калия ошибочно оценивается с положительной точки зрения, то есть считается благополучной ситуацией. Однако в действительности стабилизация произошла на минимальном уровне, при котором калий для многих культур – овощных, картофеля и др. – находится в первом минимуме. Это следует четко осознавать.

Минимальный уровень обменного калия в разных почвах имеет различные абсолютные значения и прямо зависит от емкости поглощения конкретной почвы (гранулометрического состава), составляя примерно 1% от почвенной емкости катионного обмена (ЕКО). Так, в супесчаной дерново-подзолистой почве он находится на уровне 2 мг К/100 г, в суглинистой серой лесной – около 7, в тяжелосуглинистом черноземе выщелоченном – 14-15. Этот истощенный по калию чернозем с «минимальным» содержанием обменной формы элемента по стандартным градациям должен быть отнесен к почвам с повышенной обеспеченностью калием. Такая трактовка результатов анализов и создает иллюзию благополучного калийного состояния многих пахотных почв на больших площадях. Очень часто выделение (для статистики) в каком-то регионе площадей почв с высокой, средней или низкой обеспеченностью обменным калием, фактически является констатацией распределения или варьирования гранулометрического состава.

В длительных полевых опытах нами проведена [Якименко, 2003; 2009]  сравнительная оценка калийного состояния ряда автоморфных почв лесостепи Западной Сибири (серые лесные и черноземы) методами Чирикова и Масловой и на основании сопоставления данных по содержанию калия в почвах и урожайности выращиваемых культур предложены градации обеспеченности калием почв региона (таблица 2).

Таблица 2.  Градации обеспеченности обменным калием зональных почв  лесостепи Западной Сибири, мг К/ 100 г почвы

Известно, что подвижность обменного калия в почвах, а, следовательно, и его доступность растениям, тесно зависит (обратная пропорция) от ЕКО и гранулометрического состава почв; поэтому учет данных характеристик при почвенной калийной диагностике является обязательным. Оценка калийного состояния почв с использованием величин их ЕКО в ряде случаев может быть затруднена из-за отсутствия соответствующих данных. Однако каждый землепользователь определит, как минимум, гранулометрический состав почвы конкретного участка полевым «мокрым» методом по Н.А. Качинскому (смочить на ладони почву до консистенции теста, попытаться раскатать ее в шнур и свернуть в кольцо; наиболее эффективно это получится с глинистой почвой, наихудший результат будет с песчаными и супесчаными разновидностями, суглинки занимают промежуточное положение). Зная гранулометрический состав почвы и содержание в ней обменного калия, можно достаточно корректно оценить ее калийное состояние, используя таблицу 2; выделяемые в ней градации, с точки зрения обеспеченности культур почвенным калием, имеют следующий смысл.

Низкая обеспеченность – при таком содержании обменного калия в почве он находится в «первом минимуме» для культур со слабой способностью к его мобилизации (картофель, морковь и др.); «одностороннее» внесение NP-удобрений под них не дает положительного результата и может вызывать угнетение растений; даже небольшие дозы калийных удобрений резко увеличивают урожай. 

Неустойчивая обеспеченность – для растений с высокой способностью к усвоению почвенного калия (злаковые культуры и др.) этот элемент не находится в «первом минимуме» даже при «минимальном» уровне обменного калия в почве, однако их продуктивность заметно лимитирована. При данной обеспеченности культур почвенным калием дополнительное его внесение на фоне NP существенно увеличивает урожайность всех культур.

Оптимальная обеспеченность – при таком содержании обменного калия в почве использование рациональных доз NP-удобрений обеспечивает максимальную прибавку урожая, а дополнительное внесение калийных удобрений малоэффективно.

Повышенная обеспеченность – существенное положительное влияние повышенного содержания обменного калия в почве наблюдается только в стрессовых ситуациях (засуха, избыточное увлажнение и т.п.).

Основным калийным удобрением, выпускаемым как в нашей стране, так и за рубежом (более 90%), является калий хлористый; его «конкурент» – сернокислый калий – значительно (в разы) дороже. Неоднократно было показано, что они примерно одинаковы по эффективности воздействия на урожай и качество продукции большинства сельскохозяйственных культур, а возможное ингибирующее действие сопутствующего аниона – хлора не имеет практического значения. Различные рекламные кампании с призывами применять только «бесхлорные» калийные удобрения служат для оправдания их высокой цены. Агрономическая, экологическая и экономическая целесообразность и необходимость использования хлористого калия в земледелии доказана всей практикой мирового сельского хозяйства [Пчелкин, 1966; Минеев, 1999;  Прокошев, Дерюгин, 2000]

Низкие объемы применения минеральных удобрений вообще и калийных в частности в земледелии Сибири во многом связаны с финансово-экономическим положением в агропроизводстве. Прежде всего, следует указать на диспаритет цен на промышленную и сельскохозяйственную продукцию. Если в начале 1990-х годов цена 1 тонны зерна пшеницы примерно равнялась стоимости 2 т минеральных удобрений или 2,5 т дизельного топлива, то в последние годы за тонну зерна можно купить только около 0,3 т удобрений или 0,2 т «солярки». При этом стоимость горюче-смазочных материалов и минеральных удобрений перманентно растет, независимо, скажем, от динамики цен на нефть, тогда как рынок зерна подвержен значительным колебаниям – то резкому падению, то слабому росту. В развитых странах аграрии получают поддержку от государства – от нескольких сотен до тысяч долларов на 1 га сельхозугодий, у нас эта поддержка носит номинальный характер – несколько десятков рублей. Следует упомянуть и практически отсутствие льготного кредитования. Неудивительно, что в таких условиях хозяйствования только четверть отечественных сельскохозяйственных предприятий являются финансово благополучными, а остальные – временно неплатежеспособные или вообще несостоятельные [Мерзликин, 2010].

Таким образом, использование минеральных удобрений в земледелии Сибири находится на минимальном уровне и потребность растений в элементах питания, в том числе калии, практически полностью удовлетворяется за счет почвенного плодородия. При получаемых низких урожаях сельскохозяйственных культур, такой режим их питания может продолжаться достаточно долго. Однако уменьшение содержания элементов питания растений в пахотных почвах, хотя и медленное во времени, неминуемо приведет к снижению или, даже, утрате почвенных экологических и хозяйственных функций, т.е. к деградации. 

В настоящее время, когда в растениеводстве в первом минимуме находятся экономика и агротехника, вопросы обеспеченности пашни элементами питания растений отходят на второй план. С улучшением экономической и организационной ситуации в агропроизводстве, при осознании необходимости продовольственной безопасности страны, оптимизация минерального питания культур будет иметь решающее значение, особенно учитывая предшествующую истощенность почвы.

ЛИТЕРАТУРА

Качинский Н.А. Механический и микроагрегатный состав почвы, методы его изучения. – М.: Изд-во АН СССР, 1958. – 191 с.

Мерзликин А.С. Ценовая политика, эффективность химизации и сельскохозяйственного производства России // Проблемы агрохимии и экологии. – 2010. – № 1. – С. 45-54.

Минеев В.Г. Агрохимия и экологические функции калия. – М.: Изд-во МГУ, 1999. – 332 с.

Прокошев В.В. Агрохимия калийных удобрений: Автореф. дис. …  д-ра  биол. наук. – М., 1984. – 40 с.

Прокошев В.В., Дерюгин И.П. Калий и калийные удобрения. – М.: Ледум, 2000. – 185 с.

Пчелкин В.У. Почвенный калий и калийные удобрения. – М.: Колос, 1966. – 336 с.

Якименко В.Н. Калий в агроценозах Западной Сибири. – Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2003. – 231 с.

Якименко В.Н. Изменение содержания форм калия по профилю почвы в агроценозах // Агрохимия. – 2007. – № 3. – с. 5–11.

Якименко В.Н. Оценка калийного состояния почв агроценозов // Плодородие. – 2009. – № 4. – с. 8–10