Scientific Substantiation of Determination of Mineral Fertilizer Needs of the Russian Federation

Full Text

ВВЕДЕНИЕ

Согласно прогнозу социально-экономического развития РФ на период до 2030 г., намечено значительно увеличить объем производства зерна и довести его к 2030 г. до 145–150 млн т. Для этого необходимо получить среднюю урожайность зерновых культур в целом по стране 36–38 ц/га (табл. 1) [1]. При сложившихся благоприятно погодных условиях 2017 и 2022 гг. получены рекордные для России урожаи зерновых культур. Однако за последние 5 лет средняя урожайность зерновых культур составила только 120–125 млн т.

Таблица 1. Внесение минеральных удобрений на 1 га посевной площади в сельскохозяйственных организациях Российской Федерации, кг/га

Россия является крупным производителем минеральных удобрений. Объем их производства к настоящему времени превышает 20 млн т, включая азотные, фосфорные и калийные удобрения, из которых ≈70% составляют экспортные поставки и только 30% идут на внутренний рынок, включая сырье для производства комплексных удобрений.

В последние годы ВНИИ агрохимии им. Д. Н. Прянишникова разработаны новые подходы к установлению доз минеральных удобрений под ведущие сельскохозяйственные культуры в основных природно-климатических зонах страны, создана для этого нормативно-справочная база, которая принципиально отличается от ранее разработанной. Использование этой базы позволяет при составлении систем удобрения снизить затраты питательных элементов на формирование единицы урожая, повысить их окупаемость прибавкой урожая и снизить себестоимость получаемой продукции.

Наряду с составлением системы удобрения для сельскохозяйственных предприятий немаловажное значение подобные расчеты имеют и для органов управления сельскохозяйственным производством, начиная от административных районов, республиканских, краевых и областных и заканчивая страной в целом. Для разработки таких систем необходимы данные о состоянии почвенного покрова пахотных почв и их агрономических свойств. В нашем случае будет идти разговор о потребности в минеральных удобрениях под зерновые культуры в целом для Российской Федерации, полагая, что предлагаемый ВНИИА подход к определению потребления в минеральных удобрениях может оказать содействие органам управления сельским хозяйством и предприятиям, производящим минеральные удобрения, в рациональном их размещении по территории страны.

В связи с этим расчеты выполняли не в целом по стране, как было раньше, а по федеральным округам, поскольку их природно-климатические условия весьма многообразны.

Это позволило учесть в расчетах вариабельность исходных данных, влияющих на урожайность зерновых культур и на эффективность применения под них минеральных удобрений. В первую очередь это относится к почвенному покрову. Например, в Северо-Западном федеральном округе почти 100% занимают дерново-подзолистые почвы, которых в Центральном федеральном округе насчитывается только 39%, в то же время в этом регионе немалую долю занимают черноземы выщелоченные, типичные и обыкновенные (34%). В Южном федеральном округе распространены черноземы южные и карбонатные, а также каштановые почвы. Эти почвенные разновидности равномерно распределены по территории округа, занимая каждая примерно по 1/3 территории.

Наибольшим разнообразием отличается Приволжский федеральный округ, в котором распространены практически все типы почв, исключая черноземы карбонатные. Среди этих разновидностей преобладают дерново-подзолистые и серые лесные почвы (31%) и черноземы типичные и обыкновенные (22%). Черноземы южные и каштановые почвы составляют соответственно 9 и 11%.

Уральский федеральный округ также выделяется большим разнообразием почвенных разновидностей, в котором преобладают серые лесные (19%), черноземы выщелоченные, типичные и обыкновенные (78%). В Сибирском федеральном округе также доминируют серые лесные почвы (14%), черноземы выщелоченные (27%), черноземы обыкновенные (11%), черноземы южные (12%), а также каштановые почвы (5%). В Дальневосточном округе наиболее распространены бурые лесные почвы (табл. 2).

Таблица 2. Распределение площади пашни по основным типам почв в федеральных округах РФ

Примечание. д. п. – дерново-подзолистые почвы, с.л. – серые лесные почвы, ч.в. – чернозем выщелочный, ч. т. – чернозем типичный, ч.об. – чернозем обыкновенный, ч.юж. – чернозем южный, ч.карб. – чернозем карбонатный, кашт. – каштановые почвы.

* Преобладают бурые лесные, буро-подзолистые и луговые почвы с различной степенью оглеения.

Агрохимические свойства пахотных почв также заметно различаются. Например, количество сильно- и среднекислых почв в Центральном федеральном округе составляло 25, в Северо-Западном – 21, в Приволжском – 15, в Уральском – 13, в Дальневосточном – 34% (табл. 3).

Таблица 3. Распределение площади пашни по степени кислотности почв по состоянию на 1 января 2021 г.

Содержание подвижного фосфора существенно варьировало между федеральными округами. В Центральном округе удельный вес почв с низким и средним содержанием Р₂О₅ составлял 13, в Северо-Западном – 9, в Южном – 22, в Северо-Кавказском – 25%. Наибольший удельный вес таких почв отмечен в Уральском и Дальневосточном федеральном округах – 50% (табл. 4).

Таблица 4. Распределение площади пашни по группам обеспеченности подвижным фосфором на 1 января 2021 г.

По содержанию подвижного калия выделяются округа, представляющие Нечерноземную зону. В Центральном округе доля почв с низкой обеспеченностью подвижным калием составила 18, в Северо-Западном – 29% (табл. 5).

Таблица 5. Распределение площади пашни по группам обеспеченности подвижным калием на 1 января 2021 г.

О влиянии агрохимических свойств почв на урожайность сельскохозяйственных культур и эффективность применения под них минеральных удобрений красноречиво свидетельствуют данные, представленные в соответствующих нормативах [2], фрагмент которых для озимой пшеницы представлен в табл. 6.

Таблица 6. Урожайность озимой пшеницы и ее прибавка при внесении азотных удобрений на дерново-подзолистых почвах, ц/га

Согласно этим данным, снижение степени кислотности дерново-подзолистых почв, повышение в них содержания минерального азота, подвижных форм фосфора и калия способствовало увеличению урожайности озимой пшеницы без внесения удобрений от 7.3 до 36.7 ц/га, с применением азотных удобрений в дозе 90 кг/га – с 13.5 до 46.6 ц/га. При этом обращает внимание тот факт, что с повышением фосфатно-калийного уровня почв увеличивалась прибавка урожая от азотных удобрений на 4–5 ц/га.

Высокое влияние удобрений на урожайность зерновых культур подтверждается не только научными, но и данными сельскохозяйственного производства. Анализ применения минеральных удобрений в основных природно-климатических зонах в среднем за 2016–2020 гг. показал, что в Нечерноземной зоне дозы удобрений варьировались от 15 до 78 кг NPK/га, на черноземах европейской части – от 15 до 87 кг/га и на черноземах азиатской части – 1–34 кг/га, а урожайность – соответственно от 14.6 до 45.2, от 21.3 до 54.3 и от 12.1 до 23.2 ц/га. Из приведенных данных следует, что на величину урожайности зерновых культур большое влияние оказывало внесение минеральных удобрений.

Вместе с тем немалый интерес представляют данные урожайности зерновых культур без внесения удобрений, которые получены путем вычитания прибавки от общей урожайности, которая получена при применении удобрений. По этой величине представилась возможность оценить уровень плодородия, позволяющий получить урожай без использования удобрений. Согласно полученным данным, в Пермском крае, Тверской, Костромской, Ивановской, Ярославской, Вологодской и Кировской обл. без внесения удобрений можно получить урожай зерновых культур <15 ц/га. Следует отметить, что в регионах, в которых также большой удельный вес занимают дерново-подзолистые почвы, в течение многих лет проводили работу по повышению плодородия почв. Это позволило перевести пахотные земли в более окультуренные, что способствовало получению более высоких урожаев по сравнению с вышеприведенными данными. Это относится к Московской, Ленинградской, Калининградской и Орловской обл., в которых без внесения удобрений можно получить почти в 3 раза больше урожая зерна, чем в приведенных областях.

В группе регионов европейской части страны, в которых доминируют черноземные почвы, также отмечена весьма существенная разница в урожайности без внесения удобрений. Наиболее высокий урожай зерновых культур можно получить в Краснодарском крае, который почти в 3 раза мог бы превысить сбор зерна в Самарской обл. Наблюдают немалые различия в урожайности зерновых культур даже в близлежащих друг к другу областях Центрального федерального округа. Например, в Белгородской и Курской обл. она составляет почти 40 ц/га, а в соседних Воронежской и Тамбовской – соответственно 29.3 и 28.2 ц/га. В остальных регионах, входящих в эту группу, урожайность значительно меньше.

Используя данные агрохимической характеристики почв в федеральных округах и пользуясь нормативной информацией по влиянию агрохимических свойств различных почв на урожайность зерновых культур и эффективность применения под них минеральных удобрений, представляется возможность прогнозировать их продуктивность.

Порядок расчета приведен на примере с озимой пшеницей, возделываемой в Центральном федеральном округе. Согласно данным агрохимического обследования, пахотные почвы этого региона имеют следующую характеристику: средневзвешенный показатель рН 5.5 ед., содержание подвижных форм фосфора и калия представляет 4-ю группу обеспеченности, т. е. является повышенным. При таких агрохимических показателях нормативную урожайность озимой пшеницы без внесения удобрений оценивают в 25.7 ц/га (табл. 7).

Таблица 7. Урожайность сортов озимой пшеницы на черноземе выщелоченном Ставропольского края (среднее за 2016–2018 гг.), т/га [5]

Примечание. рН 6.1–6.5 ед., содержание Р₂О₅ – 20–25, K₂О – 220–270 мг/кг.

Доля дерново-подзолистых почв в ЦФО занимает 39%. Перемножив эти величины получаем размер вклада дерново-подзолистых почв в получение общего урожая в данном регионе.

Аналогично рассчитывают также вклад других типов почв в формирование урожайности. Затем сложив полученные данные и разделив их на общую площадь, которую занимает озимая пшеница, определяется ее средняя урожайность в округе.

Аналогично проводят расчет эффективности применения азотных удобрений под озимую пшеницу. Для оценки суммарной урожайности устанавливают средневзвешенную величину прибавки урожайности при внесении N60 на всех представленных почвенных разновидностях данного округа. Размер этой прибавки, согласно нормативам, варьирует от 5.2 ц/га на черноземах типичных и обыкновенных до 11.4 ц/га на дерново-подзолистых почвах (табл. 8).

Таблица 8. Применение минеральных удобрений в среднем за 2018–2022 гг., кг/га

Расчеты показали, что средневзвешенная урожайность озимой пшеницы без внесения удобрений составляет 25.2 ц/га, а прибавка урожайности при внесении азотных удобрений в дозе 60 кг/га равна 8.4 ц/га, т. е. суммарная урожайность составит 33.6 ц/га.

Подобные расчеты были выполнены и для других зерновых культур и федеральных округов, которые показали, что при этом следует ожидать получения ≈132 млн т зерна, что соответствует действительности. Согласно статистическим данным, в последние 5 лет сбор зерновых культур составил 120–125 млн т зерна.

При расчете потребности в применении минеральных удобрений следует учитывать не только расход питательных веществ на формирование планируемой урожайности, но и предусматривать пополнение запасов элементов питания в почвах. В данном случае система применения удобрений должна обеспечивать полное возмещение выноса питательных веществ урожаями из почв, которые относятся к хорошоокультуренным по агрохимическим показателям, и превышать вынос из низкоокультуренных почв.

При этом следует также предусмотреть увеличение доз азотных удобрений для того, чтобы повысить урожайность зерновых культур и довести валовой сбор зерна до 145–150 млн т. Вместе с тем необходимо учесть, что в последнее время произошла значительная сортосмена. Выведены новые высокоурожайные сорта зерновых культур. Например, сорта озимой пшеницы МосНИИСХ дают возможность получить на высокоокультуренных дерново-подзолистых почвах при внесении под них N90–120 урожай 70–80 ц/га, а в отдельные годы сбор зерна достигал 100 ц/га [3, 4]. Аналогичные результаты были достигнуты на серых лесных [5] и черноземных почвах.

Например, в опытах, проведенных на типичных черноземах Курской обл. при близких погодных и агрохимических условиях, урожайность озимой пшеницы сорта Мироновская 808, которая доминировала во второй половине прошлого столетия и современного сорта Льговская 4 составила соответственно при внесении N60P60K60 26.9 и 49.0 ц/га, прибавка при применении азотного удобрения составила 5.7 и 12.2 ц/га соответственно [6]. Аналогичные результаты были получены на выщелоченных черноземах Тамбовской обл., где внесли N90 под районированный сорт ячменя Саншайн на фоне Р60K60 и получили урожайность 51.8 ц/га, где прибавка при применении азота составила 14.9 ц/га, тогда как от сортов более ранней селекции Дворан и Вальтицки только 3.6 и 3.1 ц/га соответственно [9]. Наглядным примером могут служить также опыты, проведенные на черноземе выщелоченном в зоне неустойчивого увлажнения Ставропольского края, которые показали, что в среднем за 3 года исследования урожайность озимой пшеницы >5 т/га можно получить только при внесении необходимого количества питательных элементов, поскольку все новые сорта предъявляют высокие требования к условиям минерального питания и хорошо отзываются на внесение удобрений. Применение высоких доз NPK (441 кг/га) повысило урожайность по сравнению с N63P52 в зависимости от сорта на 5.2–5.6 т/га (табл. 9) [8].

Таблица 9. Нормативная урожайность зерновых культур на основных типах почв, ц/га

Как было выше сказано, потребность в минеральных удобрениях формируется из 2-х составляющих, первая из которых – это определение потребности на планируемый урожай, исходя из нормативных данных, в которых отражено влияние комплекса агрохимических свойств различных почв на урожайность зерновых культур и на эффективность применения под них азотных, фосфорных и калийных удобрений. Одним из основополагающих показателей при определении потребности в удобрениях является величина урожайности сельскохозяйственных культур, которую можно получить без внесения удобрений. В практике сельскохозяйственного производства сложилось так, что планируемая урожайность устанавливается, как правило, по ее средней величине, достигнутой за последние 3–5 лет в среднем в сельскохозяйственном предприятии. В результате на полях, различающихся по уровню плодородия, устанавливается одинаковая урожайность и, следовательно, дозы удобрений, что приводит к внесению необоснованно высоких доз удобрений в одних случаях, в других – недостаточных для получения намеченной урожайности. Это в итоге ведет к экономическим и экологическим издержкам.

Использование для этих целей нормативов ВНИИА позволяет избежать упомянутых недостатков и способствовать более рациональному использованию минеральных удобрений. Используя таким образом эти нормативы, была установлена нормативная урожайность основных зерновых культур в зависимости от типа почв и их агрохимических свойств в федеральных округах, которую можно получить без внесения удобрений (табл. 7). Урожайность озимой пшеницы варьировала между типами почв от 23.2 до 47.1, ячменя – от 29.1 до 38.7, кукурузы – от 36.8 до 45.4 ц/га. Располагая сведениями об удельном весе каждой культуры в структуре посевных площадей региона, рассчитывали средневзвешенный показатель. Например, в Центральном федеральном округе средняя урожайность зерновых культур составила 25.2 ц/га.

Аналогично определяли и средневзвешенную прибавку урожайности при внесении N60 под все возделываемые в регионе зерновые культуры. Для этого использовали данные, представленные в табл. 10.

Таблица 10. Нормативная прибавка урожайности при внесении N60 на различных почвах

Сложение нормативных величин урожайности зерновых культур, которые можно получить без внесения удобрений, и прибавки урожайности при внесении азотных удобрений составляет суммарную урожайность 31 ц/га, а валовой сбор зерна – 145–150 млн т. Наряду с азотными удобрениями следует учесть также и применение фосфорных и частично калийных удобрений, предполагая их внести в форме комплексных удобрений (аммофоса, диаммофоса и азофоски) в рядки при посеве. Причем их следует применить не только в тех округах, где их уже использовали (Центральный, Северо-Западный, Южный и Северо-Кавказский), но и в Приволжском, Уральском, Сибирском и Дальневосточном округах.

В связи с этим потребность в удобрениях должна быть рассчитана не только на получение урожая, но и на повышение плодородия почв. Это вызвано тем, что в настоящее время значительная часть пахотных почв нуждается в агрохимическом окультуривании, что вызывает необходимость определять потребность в минеральных удобрениях как на планируемый урожай, так и на повышение содержания питательных веществ в почве. В первую очередь это касается обеспеченности почв подвижными формами фосфора и – в Нечерноземной зоне – также калия.

Для быстрого окультуривания почв по содержанию подвижного фосфора лучше всего использовать фосфоритную муку, которая представляет собой тонкоизмельченный фосфорит. Ее можно применять на всех почвах, характеризующихся низким содержанием Р₂О₅ и повышенной кислотностью.

В связи с этим данный агроприем следует использовать в федеральных округах, где распространены дерново-подзолистые и серые лесные почвы. Сюда относятся Центральный, Северо-Западный, Приволжский, Уральский и Сибирский округа, в которых доля пашни с очень низким и низким содержанием фосфора занимает 13% в Центральном округе, 9 – в Северо-Западном, 24 – в Приволжском, 51 – в Уральском и 12% – в Сибирском. Для перевода таких почв в группу повышеннообеспеченных требуется внести соответственно 350 и 760 тыс. т Р₂О₅ в форме фосфоритной муки.

В случае, когда поставлена задача все почвы с неудовлетворительной обеспеченностью подвижным фосфором перевести до уровня повышеннообеспеченных, необходимо внести также фосфоритную муку в почвы со средним содержанием Р₂О₅. Для этого потребуется еще 950 тыс. т Р₂О₅ в виде фосфоритной муки. Следовательно, в целом требуется 2071 тыс. т Р₂О₅ в форме фосфоритной муки (табл. 11).

Таблица 11. Потребность в фосфоритной муке для агрохимического окультуривания почв

Известно, что одним из способов эффективного использования минеральных удобрений является их припосевное внесение. Для этой цели можно использовать только гранулированные фосфорсодержащие удобрения. В настоящее время химическая промышленность выпускает аммофос, диаммофос и азофоску, тогда как несколько лет назад для сельского хозяйства выпускали еще гранулированный простой и двойной суперфосфат. В связи с этим при изучении эффективного припосевного внесения удобрений наряду с вышеназванными формами использовали обе формы суперфосфата. Результаты такого обобщения приведены в табл. 12 [7].

Таблица 12. Прибавка урожайности сельскохозяйственных культур при припосевном внесении удобрений, ц/га [11]

Из приведенных данных следует, что внесение минеральных удобрений в рядки при посеве зерновых культур обеспечивает достаточно ощутимую прибавку урожайности на всех изученных типах почв. При этом наибольший эффект был получен при использовании комплексных удобрений. Прирост урожая зерновых культур при применении суперфосфата составил в среднем 2.3 ц/га, комплексных удобрений – 3.7 ц/га. Это дает основание планировать на всей посевной площади в качестве обязательного агроприема припосевное внесение комплексных удобрений.

В случае, где предусмотрено на всей посевной площади выращивания зерновых культур внесение комплексных удобрений в расчете N10P10K10, потребность в минеральных удобрениях составит в сумме 1427.2 тыс. т. Если увеличить дозу в 2 раза, для этого потребуется ≈3 млн т трехкомпонентных удобрений, из которых значительная часть приходится на Центральный, Южный и Приволжский федеральные округа.

Таким образом, общая потребность зерновых культур в минеральных удобрениях составляет для валового сбора зерна 120–125 млн т – 3.4 млн т, для 145– 150 млн т – 5.4, для 170–175 млн т – 8.4 млн т (табл. 13, 14).

Таблица 13. Общая потребность зерновых культур в минеральных удобрениях на 2030 г., тыс. т

Таблица 14. Потребность зерновых культур в минеральных удобрениях в целом в Российской Федерации, млн т

При этом обращает внимание тот факт, что при обосновании потребности в видах удобрений особое внимание было уделено увеличению доли фосфорных удобрений. Если в настоящее время применение фосфорных удобрений в 3 раза меньше по сравнению с азотными, то в ближайшей перспективе потребность в фосфорсодержащих удобрениях должна возрасти в 3–4 раза.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, приведенные данные еще раз убеждают в том, что добиться повышения урожайности зерновых культур можно только за счет увеличения применения минеральных удобрений. Об этом свидетельствуют результаты многочисленных полевых опытов, проведенных в различных природно-климатических зонах страны, и планомерной научно обоснованной работы по повышению плодородия почв, которую проводили в годы интенсивной химизации. За этот период значительно снизилась кислотность почв, повысился их фосфатный и калийный потенциал, что позволило перевести низкоплодородные почвы в повышенноокультуренные, обеспечив тем самым их продукционную способность. Поэтому переход низкоокультуренных почв в высокоокультуренные содействовал приросту урожайности озимой пшеницы на дерново-подзолистых почвах в 5.0 раз, на серых лесных – в 4.6, на черноземах выщелоченных – в 3.8, на карбонатных – в 3.7 раза.

Кроме того, снижение кислотности и повышение содержания в почвах подвижных форм фосфора и калия оказывает положительное влияние на эффективность применения азотных удобрений. Все это отражено в нормативах, которые были положены в основу разработки методики определения потребности в минеральных удобрениях на ближайшую перспективу.

Сохранение достигнутого в последние годы уровня применения минеральных удобрений в 3.4 млн т позволит получать 125–130 млн т зерна в среднем за год. Доведение применения минеральных удобрений до 5.4 млн т даст возможность получить ежегодный валовой сбор зерна 145–150 млн т. При этом особое внимание будет уделено повышению фосфатного уровня почв и переводу площадей из низкообеспеченных подвижным фосфором в повышеннообеспеченные. Потребность в фосфорсодержащих удобрениях должна увеличиться в 3 раза, что составит 2.1 млн т.

При этом необходимо учитывать, что приросту урожайности будет способствовать также внедрение в производство новых сортов зерновых культур, которые лучше отзываются на уровень плодородия почв и минеральные удобрения по сравнению с ранее районированными сортами. Для получения валового сбора зерна 170–175 млн т требуется дальнейшее увеличение применения региональных удобрений под зерновые культуры. Для получения намеченного сбора зерна необходимо увеличение средней урожайности в стране до 36–37 ц/га, тогда как в настоящее время она составляет 26–27 ц/га.

About the authors

S. A. Shafran

Author for correspondence.
Email: shafran38@mail.ru
Russian Federation, ul. Pryanishnikova 31a, Moscow 127550

References

Supplementary files