Применение удобрений на научной основе являются важнейшим фактором не только повышения урожайности сельскохозяйственных культур, но и улучшения экологического состояния окружающей среды.
Рациональное их применение во всех почвенно-климатических зонах снижает опасность деградации почв, быстро и высоко окупаются приростом урожая.
Наиболее важным показателем плодородия почвы является уровень содержание в ней необходимых растениям элементов питания, которые могут быть использованы сельскохозяйственными культурами на формирование урожая.
По данным ВНИИА в Нечерноземной зоне продуктивность сельскохозяйственных культур на 55-65% зависит от уровня минерального и питания и на 10-30% — от погодных условий. Более точно количественную зависимость между погодными условиями, уровнем плодородия и урожайностью можно установить в длительных стационарных опытах.
Установлена тесная зависимость использования растениями солнечной радиации от уровня плодородия почвы. С повышением плодородия почв коэффициенты использования ФАР сельскохозяйственными культурами вырастают в 2-3 раза. Выделяет три уровня плодородия почвы, каждый из которых соответствуют определенной урожайности и использованию растениями ФАР. На слабоокультуренных почвах потребление растениями ФАР составляет 0, 5-1,0%, что обеспечивает урожай зерновых культур 10-20 ц/га, на среднеокультуренных почвах — соответственно 1-2% и 20-45 ц/га, на хорошоокультуренных почвах при урожайности 46-70 ц/га использование растениями ФАР составляет 2-3%, а использовании растениями 4-5% ФАР позволит повысить продуктивность сельскохозяйственных культур в условиях Московской области составляет 90-120 ц/га з. е.
При разработке системы применения удобрений в севообороте и агротехнических приемов возделывания сельскохозяйственных культур для хозяйств необходимо учитывать также микроклиматические условия отдельных полей, которые в зависимости от рельефа и экспозиции склона могут существенно различаться температурным режимом, приходом солнечной радиации, гранулометрическим составам и содержанием гумуса. На южных склонах раньше начинается снеготаяние и полевые работы, позже наступают заморозки, отсюда вегетационных период более продолжительный по сравнению с полями северного склона. Запасы продуктивной влаги южных склонов в пахотном и метровом слое почвы соответственно на 25-35 мм и на 70-80 мм меньше, чем северных. Различный температурный, водный и воздушный режимы почв водоразделов, пологих склонов и понижений оказывает существенное влияние на микробиологические и химические процессы трансформации органических и минеральных удобрений, что обусловливает не равноценные условия минерального питания, развитие и созревание растений. Масса испаряемой воды на южных склонах, несмотря на повышенную испаряемость, как правило, меньше, чем на северных, поскольку запасы влаги в почве южных склонов обычно ниже, чем северных.
Погодные условия оказывают большое влияние на урожайность сельскохозяйственных культур, эффективность применения удобрений и других агротехнических мероприятий. Однако степень негативного влияния неблагоприятных погодных условий на урожайность сельскохозяйственных культур сказывается по разному на хорошо — и слабоокультуренных почвах. Высокая гумусированность и оптимальное содержание элементов питания в почве значительно повышают устойчивость растений к неблагоприятным экологическим условиям.
По данным длительных опытов МСХА в засушливые годы урожайность сельскохозяйственных культур на слабоокультуренной дерново-подзолистой почве снижалась в 2-2,4 раза, а на хорошоокультуренной лишь на 30-45%.
Важная роль в повышении устойчивости растений к неблагоприятным погодным и экологическим условиям принадлежит минеральным, органическим и известковым удобрениям. Применение удобрений повышает эффективность использования почвенной влаги и солнечной радиации (климатических ресурсов).
Установлено, что фосфор значительно ускоряет рост корневой системы и тем самым повышает способность растений поглощать почвенную влагу, а калий повышает содержание в клетках углеводов и, следовательно, осмотическое давление, в результате чего заметно возрастает морозостойкость растений (Дерюгин, 2008). Применение фосфорных и калийных удобрений повышает устойчивость растений к засухе, заморозкам и другим неблагоприятным экологическим условиям.
Разный уровень продуктивности сельскохозяйственных культур требует не только разного обеспечения элементов минерального питания растений, но и соответствующего количества влаги. Например, для получения 30 ц/га зерна озимой пшеницы необходимо наряду с внесением необходимого количества удобрений обеспечить сумму активных температур (>10°С) за период вегетации 1300°С, количество осадков при этом должно быть не менее 280 мм, а для обеспечения урожайности зерна 60 ц/га, соответственно, 1600-1700°С и 350 мм осадков.
В Нечерноземной зоне также нередки случаи снижения урожайности особенно яровых культур из-за недостатка осадков в весенне-летний период. Снижение урожайности озимой пшеницы в условиях Московской области из-за низкой влагообеспеченности может достигать 30-40%, ячменя и овса — 60-90%.
Большая зависимость урожайности сельскохозяйственных культур от количества осадков в весенне-летний период на дерново-подзолистых почвах обусловливается низкой влагоёмкостью мелкого слабогумусированного пахотного слоя, а также наличием элювиального подзолистого подпахотного и водоупорного иллювиального горизонтов почвы, что препятствует проникновению корней растений в более глубокие слои почвы.
Установлено, что от схода снега до кущения яровых зерновых и/или до появления всходов картофеля на дерново-подзолистых почвах Московской области расход почвенной влаги на физическое испарение достигает 25-30% и более от общего расхода ее за период вегетации растений. В начальный период вегетации, когда большая часть поверхности почвы не покрыта растениями, потери почвенной влаги из почвы происходят в основном за счет испарения, а по мере роста площади надземных органов растений увеличивается расход воды на транспирацию. Наиболее интенсивная транспирация у зерновых культур наблюдается перед колошением, у картофеля после цветения и клевера в фазы бутонизации — цветения. Поэтому первоочередной задачей в весенний период является закрытие влаги путем боронования, подготовка почвы и посев в сжатые сроки для уменьшения физического испарения воды.
По данным МСХА суммарный расход воды на транспирацию на удобренных вариантах с хорошо развитыми вегетативными органами растений в 1,4-1,7 раза выше, чем низкопродуктивных не удобренных посевах, однако транспирационный расход воды на единицу фитомассы (кг/кг) практически не зависел от уровня минерального питания, а суммарный расход влаги на единицу урожая основной продукции и фитомассы был соответственно в 1,3-2,1 раза меньше.
Водопотребление и урожайность полевых культур в условиях Московской области (в среднем за 5 лет; И.С. Шатилов, Л.Г. Замараев, 1988)
* В числителе — при внесении удобрений; в знаменателе — без удобрений.