Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Обзор литературы 10
1.1 Происхождение, биологические особенности сахарной свёклы и условия выращивания 10
1.2 Агроклиматическая характеристика Центрально-Чернозёмной зоны России 33
1.3 Эффективность применения азотных удобрений под сахарную свёклу 41
1.4 Эффективность применения фосфорных удобрений под сахарную свёклу 44
1.5 Влияние калийных удобрений на урожайность сахарной свёклы 47
1.6 Модели прогноза эффективности минеральных удобрений 49
ГЛАВА 2. Методика проведения исследования 54
ГЛАВА 3. Результаты исследовани 62
3.1. Эффективность азотных удобрений 62
3.1.1 Чернозёмы выщелоченные 63
3.1.2. Чернозёмы типичные 69
3.1.3 Чернозёмы обыкновенные 71
3.1.4. Оценка методов почвенной диагностики азотного питания сахарной свёклы 74
3.2 Эффективность фосфорных удобрений на чернозёмных почвах 79
3.2.1 Чернозёмы выщелоченные 80
3.2.2 Чернозёмы типичные 84
3.2.3 Чернозёмы обыкновенные 89
3.3 Эффективность калийных удобрений 93
3.4 Эффективность совместного применения азотных, фосфорных и калийных удобрений на урожайность сахарной свёклы (длительный и краткосрочные опыты) 98
3.5. Экологическая оценка различных уровней обеспеченности почв питательными веществами 105
3.6. Эконномическая эффективность применения минеральных удобрений под сахарную свёклу 107
Выводы 119
Предложения производству 122
Список литературы
- Агроклиматическая характеристика Центрально-Чернозёмной зоны России
- Влияние калийных удобрений на урожайность сахарной свёклы
- Чернозёмы обыкновенные
- Эффективность совместного применения азотных, фосфорных и калийных удобрений на урожайность сахарной свёклы (длительный и краткосрочные опыты)
Введение к работе
Актуальность темы исследования. Известно, что агрохимические свойства почв характеризуют уровень почвенного плодородия. Данный уровень не является постоянным, изменения происходят под действием различных факторов, среди которых главным является применение удобрений. В годы интенсивной химизации баланс в земледелии России складывался с превышением поступления питательных веществ в почву над выносом урожаями, что позволило за короткий срок увеличить их содержание в почве. В настоящее время вынос элементов питания превалирует над поступлением, что влечет за собой снижение плодородия почв по агрохимическим показателям. Вначале данный процесс стал заметен в Нечернозёмной зоне (Шафран, 2004), а сейчас затронул и Черноземье (Лукин, 2011). В связи с этим необходимо обратить внимание на более рациональное использование удобрений, чтобы внести с ними ровно столько питательного элемента, сколько требуется для формирования планируемого урожая определенного качества, не допуская снижения плодородия почвы и загрязнения окружающей среды токсичными соединениями.
Ранее были разработаны нормативы определения потребности сельского хозяйства в минеральных удобрениях, дозы которых под культуры подразделялись по экономическим районам и природным зонам России, но они не были привязаны к типам почв и их агрохимическим свойствам, хотя данные факторы оказывают существенное влияние на эффективность минеральных удобрений (Державин, 1992). Это уже доказано и создана соответствующая нормативно-справочная база по зерновым культурам и картофелю (Сычев, Завалин, Шафран и др. 2011, Сычев, Шафран, Прошкин и др. 2014). Весьма актуально проведение аналогичной работы для основной технической культуры - сахарной свёклы.
Цель исследований - изучить влияние агрохимических свойств чернозёмных почв Центрального федерального округа на эффективность
применения минеральных удобрений и разработать на этой основе математические модели прогнозирования урожайности и прибавки урожая сахарной свёклы.
В задачи исследований входило:
установить связь между основными агрохимическими показателями черноземных почв (реакцией почвенной среды, содержанием гумуса, различных форм азота, подвижных форм фосфора и калия), урожайностью и прибавками урожая сахарной свёклы от минеральных удобрений;
изучить действие различных доз азотных, фосфорных и калийных удобрений на урожайность и прибавку урожая сахарной свёклы на почвах с разными агрохимическими свойствами;
выявить влияние содержания различных форм азота в почвах на эффективность применения азотных удобрений под сахарную свёклу;
оценить роль агрохимических свойств почв в окупаемости минеральных удобрений прибавкой урожая сахарной свёклы;
провести экологическую оценку различных уровней обеспеченности почв питательными веществами;
определить экономическую эффективность применения минеральных удобрений под сахарную свёклу в зависимости от агрохимических свойств чернозёмных почв.
Научная новизна работы.
Впервые разработаны математические модели прогнозирования
урожайности и прибавки урожая сахарной свёклы на основе
взаимосвязи между агрохимическими параметрами плодородия
чернозёмных почв и эффективностью применения минеральных удобрений.
Установлена зависимость между основными агрохимическими свойствами чернозёмов выщелоченных, типичных и обыкновенных и эффективностью применения азотных, фосфорных и калийных удобрений под сахарную свёклу.
Выявлена зависимость между содержанием нитратного, легкогидролизуемого, щелочногидролизуемого и общего азота в чернозёмных почвах и прибавкой урожая сахарной свёклы.
Установлено комплексное влияние содержания доступных форм азота и подвижного фосфора в почвах на урожайность, прибавку урожая и на окупаемость минеральных удобрений, применяемых под сахарную свёклу.
Определена роль агрохимических свойств чернозёмных почв в повышении экономической эффективности применяемых минеральных удобрений под сахарную свёклу.
Практическая значимость работы. Полученные данные можно использовать при определении доз удобрений в расчете на планируемый урожай и прогнозировать экономическую эффективность от применения минеральных удобрений.
Результаты исследований позволяют разработать нормативы окупаемости минеральных удобрений сахарной свёклы для Центрального федерального округа. На основании агрохимической характеристики поля появляется возможность спрогнозировать величину урожайности и экономическую эффективность применения минеральных удобрений в зависимости от цены на удобрения и на сахарную свёклу.
Основные положения, выносимые на защиту:
-
Закономерности влияния комплекса агрохимических показателей чернозёмных почв на эффективность минеральных удобрений при возделывании сахарной свёклы в Центральном федеральном округе Российской Федерации.
-
Связь прибавки урожая сахарной свёклы от азотных, фосфорных и калийных удобрений в краткосрочных и длительном полевом опытах с основными агрохимическими показателями чернозёмов Центрального федерального округа.
-
Окупаемость минеральных удобрений на чернозёмах в центральном регионе Черноземья.
-
Экономическая эффективность применения минеральных удобрений под сахарную свёклу на чернозёмах с различными агрохимическими показателями.
Личный вклад автора. Автору принадлежат разработка программы исследований, анализ литературных источников, отчетных материалов по данным опытов агрохимической службы на чернозёмах выщелоченных, типичных и обыкновенных Центрального федерального округа при выращивании сахарной свёклы, статистическая обработка данных, расчёт прибавок и окупаемости минеральных удобрений прибавкой урожая сахарной свёклы, разработка моделей эффективности удобрений, определение экономической эффективности применения минеральных удобрений, публикации результатов.
Апробация работы. Материалы исследований докладывались и обсуждались на 48-й международной научной конференции молодых ученых, специалистов-агрохимиков и экологов «Агроэкологические основы применения удобрений в современном земледелии» (2014), XXII
международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов» (2015), 49-й международной научной конференции молодых ученых, специалистов-агрохимиков и экологов «Агроэкологические функции удобрений в современном земледелии» (2015), II Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Роль молодых ученых в инновационном развитии сельского хозяйства» (2015).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 работ, из них 6 в журналах, включенных в Перечень изданий ВАК.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 138 страницах компьютерного текста и содержит введение, обзор литературы, экспериментальную часть из 4 разделов, выводы, предложения производству, список использованной литературы и приложения. Диссертация включает 44 таблицы, 13 рисунков. Список литературы состоит из 150 источников, в том числе 15 иностранных.
Агроклиматическая характеристика Центрально-Чернозёмной зоны России
Одноростковая сахарная свёкла обладает некоторыми преимуществами перед многоростковой. При высеве её семян ростки в рядках распределяются рассредоточено, корни не переплетаются между собой как у многоростковой свёклы. Это облегчает прореживание, и корневая система растения не повреждается. Основными преимуществами таких семян являются уменьшение трудовых затрат на обработку, облегчение использования механизмов и снижение расхода посевного материала, а также затрат на их получение. Но у одноростковой свёклы имеются и недостатки: меньшая урожайность по сравнению с многоростковой, большая чувствительность к заморозкам, болезням, недостатку влаги (Вострухин, 1996).
Корнеплод образуется за счет постепенного утолщения ткани из трех органов растения. Из верхней части главного корня формируется основная часть корнеплода. Внизу корнеплод переходит через хвостик свёклы (диаметр 1 см) в стержневой корень. В двух противоположных, более или менее выраженных бороздках растут боковые корни первого порядка. Они сильно разветвляются и образуют большое количество боковых и мочковатых корней.
Переходная часть от корня к побегу представляет собой шейку, или гипокотиль. Шейка находится между закладкой верхних боковых корней и нижних листьев. На ее поверхности нет ни корней, ни листьев.
Головка, или эпикотиль, является нижней частью побега. Она расположена непосредственно под закладкой нижних листьев. На ее вершине находятся конус нарастания и сердцевинные листья. Переход от головки к шейке можно легко определить: это место, где сосудистая система четко переходит из беспорядочного положения в концентрические кольца (у сахарной свёклы от 8 до 12), головка занимает 10-15 % длины корнеплода, шейка -10-20 и собственно корнеплод - 65-80% (Посыпанов, 2007).
Корневая система состоит из главного корня, боковых корней и корневых волосков. Мочковатая корневая система, которая имеет решающее значение для поглощения воды и питательных элементов, находится на глубине почвы до 25 см. К концу вегетации в этом слое сосредоточено до 60-80% таких корней, глубже 1,5 м - примерно 10%. До конца вегетации в зависимости от почвы корни могут проникнуть на глубину 1,2-3м (Петров,1991).
Ботва сахарной свёклы состоит из листьев (листовая пластинка и черешок) и головки. Две семядоли после выхода на поверхность зеленеют (фаза вилочки). Через 6-8 дней после всходов образуется первая пара настоящих листьев.
Лист состоит из пластинки и черешка. Характер поверхности листьев зависит от сортовых особенностей и условий выращивания сахарной свёклы.
Поверхность листовой пластинки бывает гладкой или гофрированной, разной толщины и окраски. Края листьев могут быть волнистые и гладкие. Окраска листьев варьирует от светло-зеленой до темно-зеленой. По характеру расположения различают листья торчащие под углом между осью листовой пластинки и горизонтальной поверхностью, полуторчащие и распластанные. Как правило, более продуктивны торчащие листья (Третьяков, Кошкин, 2000).
Различают три основных типа стебля: одностебельный (имеет сильно разветвленный центральный цветоносный побег), неравномерный (состоит из 2 -5 и более цветоносных побегов, из которых один заметно выделяется), равномерный (имеет 2-5 и более развитых, примерно одинаковых по величине, цветоносных побегов). На цветоносных побегах в пазухах листьев и прицветников цветки многосемянной свёклы располагаются группами по 2-4 , иногда больше, у односемянной - цветки одиночные. Цветоносные побеги имеют конусовидный тип прикрепления цветков, а затем плодов и соплодий. Цветки обоеполые, простые, с зеленым чашечковидным околоцветником, остающимся при плодах. Преобладает перекрестное опыление ветром.
Листья образуют розетку. Следует отметить, что растение сахарной свёклы в зависимости от почвенно-климатических условий и агротехники во время вегетационного периода образует 30-90 новых листьев и сбрасывает до уборки от 60 до 70% старых. Площадь листьев у посевов сахарной свёклы в 4-5 раз больше поверхности почвы, которую они занимают (Федотов, 1998).
При нормальных условиях в год посева у сахарной свёклы не образуется цветоносный побег, т.е. переход в генеративную фазу происходит только на втором году развития. Однако по разным причинам уже в первый год может появиться «цветуха». Её образование вызывают в основном генетическая склонность к её появлению и внешние факторы. Из внешних факторов образование «цветухи» индуцируют особенно низкие температуры на ранних стадиях развития растений сахарной свёклы, так как они в фазе 2-4 листьев особенно чувствительны к воздействию пониженных температур. Длительные средние дневные температуры от 50 до 80 С в этой стадии способствуют образованию «цветухи». Большое влияние на её образование оказывают физические свойства почвы, неправильное проведение агротехнических мероприятий, несбалансированное удобрение, неверное внесение гербицидов (Шпаар, 2000).
Влияние калийных удобрений на урожайность сахарной свёклы
Исследования по оценке взаимосвязи между количеством внесенных удобрений, уровнем плодородия почвы и другими факторами, влияющими прямо или косвенно на величину урожая , в мире проводятся уже давно. Информация из литературных источников указывает на использование методов математической статистики, которые позволяют количественно оценить результаты исследований по применению удобрений. Такой подход дает возможность выполнить структурную и логическую организацию полученных данных в виде моделей различных классов (Кулаковская, 1978, 1990), учитывающих роль основных факторов формирования продуктивности сельскохозяйственных культур (Фрид, 1990).
Использование моделей обеспечивает решение задач, связанных с оптимизацией питания растений (Иванова, 1990), выбором оптимальных доз питательных веществ (Блауберг,1982), повышением плодородия почв, улучшением качества сельскохозяйственной продукции (Прошкин, 2006), изучением круговорота биогенных элементов в земледелии, охраной окружающей среды (Кулаковская, 1990).
Математические модели делят на два класса в соответствии с оптимизационным или имитационным режимом использования (Литвак, 1990). В первом случае для заданной функции находят оптимальную стратегию, во втором – предсказывают последствия от выбора различной стратегии при заданных значениях выходных переменных (Моисеев, 1981).
Решением проблемы при оценке совокупности взаимосвязей изучаемой системы, является построение и использование для прогноза продуктивности сельскохозяйственных культур имитационных динамических моделей (Полев, 1995). Их основное преимущество состоит в том, что вид модельных уравнений, математические методы решения и определения вводимых параметров– коэффициентов неизменны для широкого круга возможных ситуаций (Ларина, 1999).
Динамические модели, в отличие от математических, дают возможность оценить влияние агротехнических приемов интенсификации земледелия на урожайность сельскохозяйственных культур при постоянно меняющихся условиях (Кулаковская, 1990; Ларина, 1999).
В своей работе, анализируя модели превращения органического вещества под влиянием факторов внешней среды, модели влаго- и теплообмена, работы по моделированию круговорота питательных веществ, Т.Н. Кулаковская приходит к выводу, что более перспективным в прогрессе развития представлений об имитирующих моделях является учет взаимообусловленности и динамичности всех свойств почвы в единой неразрывно связанной системе.
Существенный недостаток этих моделей - возможность оценки влияния факторов внешней среды на продукционный процесс только при оптимальных значениях.
Одним из возможных путей решения этой проблемы являются не только использование традиционных приемов как, например, описание влияния факторов внешней среды, в частности агрохимических свойств почвы, на продукционный процесс в системе «почва – растение – удобрение», но и выбор концепции построения модели, совершенствование идентификационного обеспечения экспериментальным материалом разрабатываемых моделей. То есть, встает вопрос о разработке (построении) динамической концептуальной модели.
В зависимости от количества вводимых параметров концептуальные модели могут быть многокомпонентные и малокомпонентные.
Важно отметить, что при выборе формы модели для прогнозирования продукционных процессов в зависимости от агрохимических свойств почвы, в опытах агрохимической службы данные представлены в основном о реакции почвенной среды, содержании гумуса, подвижных формах фосфора и калия и по дозам применяемых удобрений. Остальные данные приведены частично, что не позволяет использовать многокомпонентную модель. В связи с этим, в нашем случае, необходимо ориентироваться на использование малокомпонентной модели.
Модель прогноза эффективности минеральных удобрений, по нашим представлениям, должна иметь математическое обоснование (теснота, сопряженность, значимость связи с результативным признаком) для любого параметра системы. Схема такой модели прогноза сводится к следующему: 1) все составляющие формулы, характеризующие отдельные факторы системы, вводятся в алгоритм с обязательным учетом уровня, достоверности и характера связи с результативным признаком: линия, парабола, гипербола, показательная функция, степенная функция; 2) под воздействием совокупного влияния изучаемых факторов и в случае, когда все эти факторы количественно находятся в некотором благоприятном сочетании для проявления максимального эффекта от минеральных удобрений, прибавка урожайности может достигать наибольшей величины; 3) если какой-либо из ведущих факторов находится в минимуме, то его нельзя компенсировать даже максимальными значениями других факторов; 4) результирующее воздействие факторов системы пропорционально сумме влияния всех функций влияния, содержащих лимитирующие факторы; 5) модель обеспечивает возможность достоверно прогнозировать изменчивость прибавки урожайности от минеральных удобрений при вариации агрохимической ситуации. Сама модель может быть представлена в различной форме : графически – диаграмма, график; алгебраически – формулой. Выходную информацию целесообразнее представить в форме табличной интерпретации, показывающей изменчивость прибавки урожайности сельскохозяйственных культур в зависимости от вариации агрохимических свойств почвы и доз удобрений.
При разработке формулы вклад факторов в формирование прибавки урожайности оценивают в относительном выражении (в виде коэффициентов) (Кулаковская, 1990). С учетом корреляционных связей системы и вклада ее факторов выводят последовательность расчета в виде алгоритма.
Чернозёмы обыкновенные
Эффективность фосфорных удобрений при внесении под сахарную свёклу в зависимости от содержания подвижного фосфора в почве
Стоит обратить внимание на график реакции почвенной среды (рис. 7). В данном случае наблюдается нестандартная ситуация, которая по всем показателям связи указывает на включение данного фактора в модель, она достоверна и статистически значима. На рисунке 7 видно, что при изменении реакции почвенной среды прибавка урожая возрастает. Это дает основание предположить, что такой фактор как величина рН в данном варианте не является самостоятельным, а зависит от свойств почвенной среды или других факторов. Целесообразно будет не включать данный фактор в модель. -70 -CDg 50 -caCDID- 30 -10 -in 4 По мере увеличения содержания остальных показателей таких, как гумус (рис.8), содержание подвижного калия (рис.9) и доз фосфорных удобрений (рис. 10) прибавка урожая увеличивалась, гипотеза линейности отвергается при весьма высоком уровне значимости (0,1%) нелинейной связи.
При расчете эффективности применения фосфорных удобрений под сахарную свёклу на чернозёмах типичных следует отметить снижение прибавки её урожая по мере увеличения содержания подвижного фосфора в 1,3 раза, обратная картина наблюдалась при увеличении содержания подвижного калия в почве и доз фосфорных удобрений (табл.22).
Объем данных для чернозёмов обыкновенных охватывает практически весь диапазон показателей, которые встречаются в условиях производства. На основании расчетов статистического анализа установлена четко выраженная криволинейная взаимосвязь между содержанием подвижных форм фосфора в почве, доз фосфорных удобрений, реакции почвенной среды, гумуса и прибавкой урожая (табл.23). Таблица 23
Снижение прибавки урожая сахарной свёклы от фосфорных удобрений происходит по мере увеличения содержания подвижного фосфора в почве и увеличения почвенного плодородия. При изменении реакции почвенной среды и повышении доз фосфорных удобрений прибавка урожая возрастала.
По величине корреляционного отношения связь характеризовалась как средняя и сильная по тесноте = 0,45-0,8 на 0,001%-ном уровне значимости. Связь между содержанием подвижного калия и прибавкой урожая сахарной свёклы практически отсутствовала, поскольку линейная корреляция характеризовалась как слабая (r=0,06).
Отмечено снижение эффективности фосфорных удобрений по мере увеличения подвижного фосфора в почве. При высокой обеспеченности почв фосфором прирост урожая от фосфорных удобрений был минимальным.
Увеличение доз фосфора наиболее заметно влияет на прибавку урожая сахарной свёклы в интервале 60-120 кг/га. Дальнейшее повышение доз практически не влияло на урожайность сахарной свёклы (рис. 12). Рис. 12. Влияние доз фосфорных удобрений на прибавку урожайности сахарной свёклы в зависимости от содержания Р2О5
Тип почвы и их гранулометрический состав являются наиболее существенными факторами, влияющими на эффективность применения калийных удобрений. Доступный для растений калий входит в состав тех минералов, которые представлены в почве мелкодисперсными частицами. В чернозёмных почвах таких частиц больше по сравнению с другими типами почв, что ведет к снижению эффективности применения калийных удобрений в зоне распространения чернозёмных почв. Даже при отрицательном балансе калия на чернозёмных почвах возможна мобилизация калия из необменных форм, тем самым восполняется нехватка калия для роста и развития растений (Прокошев, Дерюгин, 2000). Выборка по объему данных характеризуется как большая (более 800 наблюдений) и охватывает практически весь диапазон показателей, которые встречаются при возделывании сахарной свёклы ( табл.25).
Большая часть изучаемых агрохимических свойств чернозёмных почв Центрального федерального округа не оказа влияния на прибаку урожая сахарной свёклы от калийных удобрений. При обработке данных по сахарной свёкле, выращенной на основных подтипах почв чернозёмной зоны, установлено, что теснота связи между прибавкой урожая от действия калийных удобрений и агрохимическими показателями в основном была слабой (r 0,3) и линейной по форме. Существовал ряд факторов, например, содержание гумуса, где и связь между факторами была существенной и подтверждалась гипотезе криволинейности, но при расчете величины вклада фактора в прибавку урожая сахарной свёклы она была невысокой, хотя и достоверно значимой. Это можно объяснить особенностями культуры сахарной свёклы, которая увеличивает свою урожайность с повышением уровня почвенного плодородия.
На чернозёме выщелоченном такие факторы как величина pH, гумус, содержание подвижных форм фосфора и калия имели среднюю тесноту связи (0,3r 0,7) криволинейную по форме, при достоверном уровне значимости (0,001%).
Однако, произведенный расчёт показал, что вклад факторов в прибавку урожая незначительный, хотя и достоверно значимый (табл.27). Разница при изменении величины рН с кислой на щелочную составляет 2-3 ц/га, а при изменении величины почвенного плодородия с 4 до 8% - 1ц /га, хотя урожай без удобрений возрастал при изменении уровня почвенного плодородия на 22 ц/га (табл.27).
Эффективность совместного применения азотных, фосфорных и калийных удобрений на урожайность сахарной свёклы (длительный и краткосрочные опыты)
Эффективность применения минеральных удобрений возрастала по мере увеличения содержания подвижного фосфора в почвах. Такая картина наблюдалась во всех рассмотренных выборках. Более высокая прибавка отмечена в опытах агрохимической службы, что можно объяснить наличием в этих выборках более широкой амплитуды варьирования содержания P2O5 в почвах по сравнению с длительным опытом. Размах колебаний в краткосрочных опытах находился в пределах пяти классификационных групп: от низкой до очень высокой, тогда как в опыте ВНИИСС только от средней до высокой. Окупаемость минеральных удобрений прибавкой урожая подчинялась той же закономерности, т.е. с повышением содержания подвижного фосфора в почвах отдача от применения удобрений возрастала. В опытах агрохимической службы степень обеспеченности почв подвижным фосфором в большей степени оказывала влияние на окупаемость удобрений по сравнению с опытом ВНИИ сахарной свёклы, хотя абсолютные величины различались незначительно при сравнении только трех классификационных групп: средней, повышенной и высокой.
Результаты исследований показали, что наибольшее влияние на величину урожайности сахарной свёклы на выщелоченном чернозёме оказывает содержание азота в почве, независимо от метода его определения, и подвижного фосфора. Данная закономерность установлена в длительном полевом опыте и краткосрочных экспериментах. Прибавка урожая от NPK–удобрений в наибольшей степени зависела от обеспеченности почв подвижным фосфором. Одновременно увеличение содержания в почве азота и фосфора способствовало еще большему повышению урожайности.
Для того чтобы оценить уровни обеспеченности почвы питательными веществами с экологической точки зрения нами определенен баланс питательных веществ, который считается прогнозно-экологическим показателем плодородия почвы (Жуков, Ягодин, 2003).
Сахарная свёкла занимает одно из первых мест по выносу питательных веществ из почвы, а, как известно, чем лучше агрохимические свойства, тем выше вынос. Тем самым угроза истощения чернозёмных почв Центрального округа достаточно высока. Для того чтобы определить направленность изменения агрохимических показателей при различных уровнях обеспеченности ими почв, определен баланс азота, фосфора и калия при внесении N90P90K90 под сахарную свёклу (табл.34).
Результаты показали, что баланс азота во всех вариантах опытов складывался с превышение выноса над внесением, в зависимости от содержания питательных веществ разница между поступлением и выносом варьировала от 0 до -111 кг/га. При увеличении содержания щелочногидролизуемого азота в краткосрочных опытах дефицит азота возрастал более чем в 2 раза, а в длительном опыте - в 1,7-2 раза от содержания нитратного азота. С увеличением содержания подвижного фосфора, в связи с повышением урожайности сахарной свёклы, превышение выноса азота над внесением составляло в краткосрочном опыте 2,5-3,8 раза, а в длительном 1,4-2,7 раза.
Баланс фосфора складывался положительно, т.е. доза P2O5 превышала его вынос из почвы. Это наблюдалось как в краткосрочных, так и в длительном опытах, в которых можно ожидать повышения содержания фосфора в выщелоченном чернозёме. Согласно проведенным ранее исследования (Сычев, Шафран, 2013 г), для того чтобы повысить содержание подвижного фосфора в выщелоченных чернозёмах на 10 мг/кг почвы требуется внести сверх выноса 90-110 кг/га фосфора.
Во всех вариантах опыта вынос калия сахарной свёклой превышал дозу его внесения. В зависимости от агрохимических свойств дефицит калия колебался от -63 до -180 кг/га.
В настоящее время, дефицит калия можно считать экономически и экологически оправданным для чернозёмных почв, особая структура которых позволяет растениям потреблять калий не только из внесенных удобрений, но и из труднодоступных форм в почве на протяжении всего вегетационного периода. Однако этот дефицит допустим до определенного предела (Прокошев, Дерюгин, 2000).
Одним из основополагающих показателей при определении потребности в удобрениях является величина урожайности, которую можно получить без внесения удобрений, так как без этого не возможном правильно установить запланированную урожайность. Поскольку до настоящего времени еще не разработаны научно обоснованные методы установления величины урожайности, которую можно получить на конкретном поле в зависимости от его агрохимических свойств, в практике сельскохозяйственного производства сложилось так, что планирование урожайности осуществляется, как правило, по ее средней величине, достигнутой за последние 3-5 лет. В результате на полях, различающихся по уровню плодородия, планируется одинаковая урожайность и, следовательно, дозы удобрений, что приводит к внесению необоснованно высоких доз удобрений в одних случаях, в других - недостаточных для получения намеченной урожайности. В результате сельхозтоваропроизводитель имеет экономические и экологические издержки (Шафран, 2013).
В отличие от существующих нормативов, эти данные получены отдельно по азотным, фосфорным и калийным удобрениям, привязаны к основным типам (подтипам) почв и дифференцированы по их агрохимическим свойствам. Причем такая дифференциация выполнена не отдельно по каждому из агрохимических показателей, а во взаимосвязи друг с другом в единой системе.
Располагая данными по окупаемости минеральных удобрений на основных типах чернозёмных почв и их агрохимическим свойствам, есть возможность составить прогноз экономической эффективности применения удобрений. Для принятия окончательного решения относительно доз минеральных удобрений необходимы экономические расчеты, опирающиеся на действующие или прогнозируемые цены на удобрения и продукцию (сахарную свёклу). Для того чтобы обосновать целесообразность внесения удобрений и выбрать наиболее эффективную дозу питательного вещества был использован такой показатель, как граница окупаемости удобрений, который обозначает величину прибавки урожая, стоимость которой равняется всем затратам на применение удобрений (Шафран, 2012).