Перспективы использования ЖКУ для оптимизации фосфорного питания пшеницы

Пшеница из всех злаковых культур наиболее чувствительна к плодо­родию почв. На большинстве почв основным лимитирующим фактором выступает недостаток азота, но урожай часто ограничивает также недостаток фосфора и калия. В Украине проблема усугубляется раз­балансировкой питания растений: фосфор и калий часто вносятся в недостаточном количестве по отношению к азоту.

Из-за дороговизны фосфора по сравнению с азотом, пшеница часто страдает от его дефицита, особенно при ее выращивании на щелочных карбонатных почвах, на которых коэффициент использования Р из удобрений особенно низок.
Процесс формирования урожая пшеницы находится под влиянием сложных физиолого-биохимических процессов, протекающих в растениях, направленность которых определяется, в первую очередь, генетическими особенностями сорта, однако значительное влияние на их проявление оказывают условия питания растений.
Все периоды роста и развития растений пшеницы тесно связаны друг с другом и изменения в одном непосредственно влияют на прохождение последующих. Например, негативные последствия разбалансированности питания в начальные периоды роста и развития растений, уже не могут быть исправлены в последующие периоды, что снижает возможности растения в реализации своего генетического потенциала. В период интенсивного роста продукты фотосинтеза и минеральные элементы, поступающие в растение, расходуются на построение вегетативной массы и образование резервов пластических веществ для формирования урожая зерна и его качества. Хотя решающую роль в получении высокого урожая зерна пшеницы с высокими показателями качества играет азот, очень важно его соотношение с другими элементами питания, в частности, с фосфором, особенно на ранних фазах роста и развития, когда происходит закладка репродуктивных органов.
Оптимальное обеспечение растений пшеницы фосфором необходимо для получения экономически целесообразного урожая зерна или фуража. Фосфор необходим для нормального развития растений пшеницы, особенно в начальные периоды роста (GS 31 по Zadoks). Он входит в состав энергетических соединений (АТФ и др.), необходимых для метаболизма растений с начала вегетации и до конца жизненного цикла пшеницы. В виде полифосфатов фосфор запасается в вакуолях растительной клетки (H. Maschner, 1995).
Достаточное питание растений пшеницы фосфором положительно влияет и на озерненность колоса. Недостаток фосфора в период формирования генеративных органов приводит к череззернице колоса.

Возрастные «аппетиты»
Поглощение фосфора растениями пшеницы происходит неравномерно на протяжении периода вегетации. Общий вынос фосфора пшеницей составляет около 11 кг/т зерна. Вынос с товарной частью урожая составляет около 8-9 кг/т (Snyder C.S., Reetz Harold F., Bruulsema Tom W., 2013).
До фазы кущения растения поглощают 25-35% от максимального содержания фосфора. Наиболее интенсивно фосфор поглощается растениями пшеницы в межфазный период выхода в трубку (Feekes 6) и колошения (Feekes 10.1). В фазе колошения растения аккумулируют от 80 до 100% фосфора.
В листьях наибольшее количество фосфора накапливается до фазы кущения. В фазу выхода в трубку фосфор интенсивно накапливается в стеблях. До фазы цветения растения аккумулируют до 45% общего поглощенного фосфора. Остальные 55% растения накапливают на протяжении фаз налива зерна. Большинство фосфора из листьев, стеблей и колоса ретранслоцируется в зерно, составляя около 50% общего фосфора в зерне. Доказано, что фосфор поглощается и накапливается в растении вплоть до фазы физиологической спелости (Miller, R.O., J.S. Jacobsen, and E.O. Skogley, 1994).
Около 80% поглощенного растениями пшеницы фосфора (в сравнении с азотом – 70% и калием – 10%) выносится с поля с урожаем зерна. Учитывая высокий ежегодный вынос фосфора с урожаями пшеницы, особенно современных интенсивных сортов, внесение фосфорных удобрений выходит в разряд основных элементов технологии ее выращивания (Johnston, A.M., S.S. Malhi, J.J. Schoenau, and S.W. Exner, 1999).

Ранние предпочтения
В начале сезона молодые растения имеют ограниченную всасывающую поверхность корней для поглощения фосфора, поэтому присутствие достаточного количества доступного фосфора в зоне развития корней влияет на его поступление и раннее развитие растений. Оптимальное обеспечение растений фосфором улучшает развитие корней и увеличивает кустистость, что в результате отражается на урожайности зерна и фуража. Также достаточное количество фосфора увеличивает зимостойкость растений, максимизирует эффективность использования растениями воды, ускоряет созревание растений и снижает количество влаги в зерне на момент уборки.
Замечено, что на начальной стадии развития растения пшеницы поглощают фосфор более интенсивно, чем в последующие периоды роста. Растение как бы создает резерв, перераспределяя его потом между органами в зависимости от их потребности в фосфатах для синтеза органических веществ. В самом раннем возрасте растения крайне чувствительны к фосфатному голоданию, когда усваивающая способность их слаборазвитой корневой системы еще весьма незначительна. Недостаток фосфора в ранний период трудно поправить в дальнейшем. В этот период фосфор удобрений играет ключевую роль, поскольку он находится в растворимой и доступной для растений форме, может быть сконцентрирован в непосредственной близости от корней растений, позволяет обеспечить растения Р в условиях пониженных температур почвы, когда диффузия почвенного фосфора ограничена.
По мере развития растения, корневая система также развивается, увеличивается ее поверхность и объем почвы, из которого растение поглощает фосфор. Внесенный локально при посеве фосфор стимулирует разрастание корней в зоне внесения. Однако, даже если большая часть корней расположена в зоне локального внесения фосфора, все равно это не может обеспечить всю потребность растения на протяжении периода вегетации. Поэтому важным показателем является содержание фосфора в слое почвы вне зоны припосевного внесения удобрения. Для обеспечения растений фосфором в более поздние периоды, его должно быть достаточно во всем корнеобитаемом слое почвы.
Развивающееся растение снабжает фосфором молодые листья, причем если приток фосфора извне прекращается, то идет передвижение фосфатов из старых листьев к молодым (что обусловливает появление симптомов дефицита именно на старых листьях). В фазе образования и особенно созревания репродуктивных органов отмечается энергичное передвижение к ним фосфора из вегетативных частей растения: из стебля и листьев – в колос – зерно. Хотя абсолютное количество фосфора в растениях – г(кг) Р2О5 на 1 растение (на га) – продолжает увеличиваться до полного их созревания, относительное содержание (% сухого вещества) уменьшается с возрастом растения из-за концентрации его в зерне. Как уже было отмечено, большая часть фосфора сосредотачивается в товарной части урожая (Мосолов И.В., 1979).
Основной элемент урожая, на который влияет дефицит фосфора в начальной стадии роста и развития – это число побегов, что в результате приводит к недобору урожая. В период прорастания семян поглощение фосфора незначительно, но нормальная обеспеченность имеет ключевое влияние на урожайность зерна. Исключение фосфора из питания растений яровой пшеницы в первые две недели периода вегетации уменьшало урожайность на 42% от максимально возможного, что было связано с уменьшением количества побегов и слабым развитием вторичной корневой системы (Boatwright and Viets, 1966).
В исследованиях Goos R.J. и Johnson B.E. (2001) изучали отклик пшеницы на припосевное внесение фосфора в виде полифосфата аммония APP 10-34 на почвах с разным уровнем доступных фосфатов. В результате, в большинстве опытов получили значительное увеличение инициации побегов Т1 и Т2 в ответ на внесение фосфора. В некоторых случаях отклик был получен даже на почвах, хорошо обеспеченных подвижным фосфором. В результате, в данных вариантах получили достоверную прибавку урожайности зерна.
Фаза кущения пшеницы озимой при оптимальных сроках посева, наличии достаточного количества влаги и доступных элементов питания в почве начинается уже через две недели после всходов осенью. Однако, при поздних сроках посева, недостатке влаги в почве и низкой обеспеченности растений элементами питания, процесс кущения происходит преимущественно или в значительной мере весной, что часто наблюдается в Украине.
Растения пшеницы образуют два вида стеблей – главный стебель и различное количество побегов. В начале жизненного цикла растение «решает» какие побеги развивать. И в этом случае очень важны условия питания растений фосфором и азотом. При дефиците фосфора или азота, при излишне уплотненной почве, большой глубине посева, растения могут испытывать стресс, который способен спровоцировать уменьшение инициации побегов (уменьшить степень кущения). Недостаток фосфора в начале вегетации может оказать негативное влияние на весь процесс развития растений, который в последующие периоды растению уже невозможно будет наверстать, даже если в дальнейшем фосфор будет присутствовать в достаточном количестве.
Среди всех сформированных растением побегов, около половины финальной урожайности приходится на побеги кущения Т1 и Т2 (сформированные на базе первого и второго листа соответственно). Вторая половина зерна формируется на главном стебле. Побеги, образованные из третьего и четвертого листа (Т3 и Т4), в основном оказывают незначительное влияние на финальную урожайность зерна. И в начале периода вегетации, когда растение пшеницы «принимает решение» о количестве инициированных побегов, более половины фосфора в растении приходится на фосфор, поступивший с удобрением. В условиях дефицита фосфора, инициация побегов Т1 и Т2 может быть серьезно угнетена, что, в результате, может привести к потере до половины финального урожая зерна (Snyder C.S., Reetz Harold F., Bruulsema Tom W., 2013).
Поэтому даже на обеспеченных фосфором почвах рекомендуется внесение некоторого количества фосфора при посеве, поскольку в начале вегетации слабо развитая корневая система молодого растения пшеницы должна иметь доступ к элементу. В особенности в условиях холодной почвы стартер способен до некоторой степени удовлетворить растения пшеницы фосфором. Отклик пшеницы на внесение небольших доз фосфора при посеве часто называют «припосевным эффектом», который оказывает значительное влияние на рост корней и увеличение листовой поверхности, на кущение и, в результате, на урожайность культуры.
В исследованиях (Sutton, 1980), количество продуктивных побегов у озимой пшеницы было максимальным при оптимальной обеспеченности фосфором в период Feekes 7-9. В исследованиях (Rahim A., et al., 2010) повышение номы внесенного фосфора значительно улучшало условия для прохождения кущения растений пшеницы. Большее влияние на данный показатель оказало локальное внесение фосфора по сравнению с внесением вразброс.
Таким образом, расположение некоторого количества Р2О5 около семян при посеве обеспечивает растения пшеницы доступным фосфором в начале вегетации. Практика припосевного внесения фосфора часто применяется в районах интенсивного выращивания культуры.
Недостаток фосфора, хоть и в меньшей мере, чем азот, также негативно сказывается на формировании структурных элементов колоса пшеницы: снижается число колосков в колосе и цветков в нем. Rahman and Wilson (1977) заметили, что внесение фосфора повышает количество колосков в колосе яровой пшеницы. После фазы колошения, нормальное обеспечение фосфором важно для синтеза и ретранслокации в зерно углеводов, поскольку оба процесса нуждаются в энергии, запасенной в виде АТФ.

Температурные ограничения
Мобильность фосфора в почве очень ограничена, и потому растения могут поглощать фосфор только в непосредственной близости от корней. В почве фосфор диффундирует из области с повышенной концентрацией в области с пониженной концентрацией. Степень диффузии снижается в условиях сухой почвы, понижения температуры, снижения количества доступного фосфора в почве, при излишней уплотнённости почвы.
С другой стороны, поскольку концентрация фосфора в почвенном растворе мала, растения поглощают фосфор преимущественно путем активного транспорта против градиента концентрации (концентрация фосфора внутри корней выше, чем в почвенном растворе). Активный транспорт является энергоемким процессом, поэтому любые условия, ограничивающие активность корней (например, низкая температура, избыток воды и др.) снижают также и поглощение фосфора.
Таким образом, низкая температура почвы оказывает негативное влияние на растворимость и степень диффузии фосфора в почвенном растворе, что ограничивает его доступность для растений. Также в условиях низкой температуры минерализация органического вещества почвы идет очень медленно, в результате, высвобождается недостаточное количество фосфора для питания растений.
Фосфор удобрений способен до некоторой степени компенсировать недобор урожая. Внесение фосфора при посеве повышает поглощение фосфора растениями пшеницы в условиях низких температур. В таких условиях отклик на припосевное внесение фосфора наиболее вероятен. Результаты многочисленных исследований свидетельствуют о том, что, если уровень доступного фосфора в почве высокий или очень высокий, следует ждать низкого отклика растений пшеницы на внесение фосфорных удобрений. Однако другие факторы, такие как температура почвы и рН, могут «скрыть» влияние высокой обеспеченности почвы, и тогда отклик на внесение фосфорных удобрений может быть получен даже на очень хорошо обеспеченных фосфором почвах. Срок посева также может оказать влияние на эффективность фосфорных удобрений: при ранних посевах озимой пшеницы отклика может не быть, тогда как при задержке с посевом, при понижении температуры почвы эффективность внесенного фосфора может быть значительно выше. При этом, чем более поздний посев, тем большее преимущество имеет локальное внесение фосфора в рядок при посеве по сравнению с допосевным внесением вразброс (Stewart W.M.,2003).
В последние годы отмечается недостаточное количество осадков в осенний период, что становится причиной позднего посева (поздних всходов) и отсутствия осеннего кущения. В результате, нет нормального развития вторичной корневой системы, что приводит к недостаточному развитию корневой системы в дальнейшем, ее неглубокому залеганию и невозможности использовать влагу более глубоких горизонтов почвы. Только хорошо раскущенное растение пшеницы способно развивать корневую систему, которая проникает на глубину до 1,5-2 м и способна обеспечить более полную реализацию генетического потенциала сорта.
При недостаточном развитии растений пшеницы с осени, после возобновления весенней вегетации они должны будут в короткие сроки сформировать боковые побеги и вторичную корневую систему. При этом на первый план выходит обеспечение растений азотом и фосфором в оптимальном соотношении.
Ранневесенняя подкормка позволяет обеспечить растение фосфором в период, когда низкая температура почвы (ниже 10оС) лимитирует его поглощение корнями растений. В результате достигается стимулирование развития корневой системы растений пшеницы, увеличивается коэффициент кущения. Особенно актуальны фосфорные подкормки в условиях холодной и длительной весны (что можно с определенной долей вероятности предугадать по прогнозам метеорологов) и в южных регионах страны.
Особенно актуальна ранневесенняя подкормка фосфором в условиях, когда фосфор не был внесен ни до, ни во время посева озимой пшеницы. В это время низкая температура почвы (ниже 14оC) не позволяет растению нормально поглощать фосфор корневой системой, при этом азот усваивается, что приводит к разбалансировке питания, а азотные подкормки еще больше усугубляют эту ситуацию. Листья, в отличие от корней, способны поглощать фосфор в таких условиях.

«Элементарные взаимоотношения»
Необходимо помнить о сбалансированном питании растений пшеницы фосфором и другими элементами, которые выступают синергистами (способствуют поглощению друг друга) либо антагонистами (мешают поглощению друг друга).
Сбалансированное питание растений азотом и фосфором следует рассматривать не только с позиции физиологии растений, но и с точки зрения экономической эффективности всего мероприятия. Внесение фосфора в большинстве случаев приводит к увеличению урожайности зерна, но при внесении азота (в аммонийной форме), особенно в высоких дозах, добавление фосфора позволяет получить значительно большую прибавку урожайности. Также отсутствие фосфора в достаточном количестве при внесении высоких доз азота снижает коэффициент использования последнего и, следственно, урожайность и компенсацию затраченных на азотные удобрения средств. Доказано, что максимальное взаимодействие наблюдается при соотношении N:P2O5 близком к 1:1.
Кальций с фосфором образует малорастворимые соединения, недоступные для растения. В условиях высокого содержания Са в почве, локальное внесение фосфора, особенно, если возможно снижение рН, улучшает условия питания им растений.
Хотя фосфор и магний легко вступают в химические реакции при внесении удобрений, в почве такая ситуация не прослеживается. Большинство исследований свидетельствуют, что внесение магния улучшает поглощение фосфора растениями. Mg является активатором ферментов, необходимых для транспорта фосфора в растениях, и потому достаточное питание магнием необходимо для поглощения и утилизации фосфора в растении.
Антагонизм фосфора и цинка достаточно широко описан в научных публикациях. Избыточное количество одного из элементов в почвенном растворе уменьшает поглощение другого.
Также высокое содержание фосфора в почве может угнетать поглощение растениями меди, особенно когда существуют другие факторы, лимитирующие ее доступность (высокие значения рН, высокое содержание органического вещества).

Подземное «царство»
Пшеница развивает мощную корневую сис­тему, которая к концу вегетации может достигать 1,8-2,3 м. Но основная масса корней пшеницы располагается в слое почвы до 15-30 см. Общее развитие корневой системы, длина корней, глубина их проникновения в почву зависят от сортовых особенностей.
Растения пшеницы формируют два вида корней: первичную и вторичную корневую систему. Первичные корни появляются первыми после прорастания семян и проникают глубоко в почву. Вторичные корни развиваются в латеральном направлении и не проникают на большую глубину, редко превышающую 30 см. Вторичная корневая система развивается после начала фазы кущения (Физиология сельскохозяйственных растений / Ред. Ю.А. Пашковский, 1969).
На развитие корневой системы растений, наряду с генетическими особенностями сорта, влияет ряд факторов, среди которых наибольшее значение имеет наличие в почве влаги и элементов питания.
Фосфор часто называют элементом роста корневой системы, имея ввиду, что оптимальное обеспечение растений фосфором оказывает положительное влияние на ее развитие. Первые сведения о положительном влиянии фосфора на корневую систему были получены еще в конце XIX ст., после чего целый ряд ученых всего мира подтвердили, что интенсивный рост корневой системы возможен только при хорошей обеспеченности фосфором с первых дней жизни растения. Это положение служит основой для разработки системы питания пшеницы.
В ранние периоды развития растений пшеницы наиболее важным условием является наличие достаточного количества доступного фосфора в верхнем 0-15 см слое почвы, поскольку именно этот слой является основным источником фосфора в ранние фазы и содержание в нем фосфора в наибольшей мере коррелирует с урожайностью зерна (Charles Randal Phillips, 1972).
Однако, не всегда корректно делать выводы о влиянии того или иного агрономического приема только на основании оценки развития корневой системы. Вес корня не является показателем его функциональной деятельности, особенно его поглотительной способности. В поглощении элементов питания и воды принимает участие только растущая часть корня – меристема, зона растяжения и корневых волосков, вес которых в определенные этапы жизни составляет ничтожную долю веса части корня, выполняющего лишь транспортную функцию. Вес корня мочковатой корневой системы пшеницы характеризует как настоящую, так и прошедшую поглотительную деятельность (все части корня пшеницы, прежде чем переключиться на транспортную функцию, активно поглощают воду и питательные вещества) (Физиология сельскохозяйственных растений / Ред. Ю.А. Пашковский, 1969).
Wang et al. (2008) показали, что низкая обеспеченность растений фосфором увеличивает число боковых корней, но ограничивает их удлинение, что приводит к образованию «пучко­видной» корневой системы. При этом дефицит фосфора увеличивал соотношение корень/надземная часть пшеницы.
Глубина проникания, протяженность и поверхность корней также не всегда дают корректное представление об условиях питания растений: ряд исследователей склоняется к мысли, что чем беднее почва, чем неблагоприятнее условия (главным образом водоснабжения), тем интенсивнее растут корни (они непрерывно передвигаются в почве в поиске элементов питания и воды). В окультуренных почвах при хорошей обеспеченности элементами питания и водой рост корневой системы тормозится. На дефицит фосфора растения реагируют изменением архитектуры корневой системы (Lynch and Brown, 2008).
Поэтому для правильной оценки развития корневой системы необходимо учитывать целый ряд факторов, в том числе и соотношение веса надземных органов и корневой системы. При хорошей обеспеченности растения водой и минеральными веществами на каждую структурную единицу корня приходится значительно больше органического вещества надземных органов.

Доказанная эффективность ранневесенней подкормки ЖКУ
Питание растений пшеницы фосфором следует рассматривать как часть стратегии на пути получения высокого урожая. Как уже было указано, низкая температура почвы снижает поглощение растениями пшеницы фосфора. С повышением температуры ситуация улучшается, но даже временный недостаток фосфора в начальный период негативно сказывается на урожайности.
Компанией «ФосАгро-Украина» совместно с кафедрой агрохимии и качества продукции растениеводства НУБиП Украины в 2016 году были проведены исследования по изучению эффективности использования ЖКУ, предлагаемого компанией «ФосАгро-Украина», в посевах озимой пшеницы. Производственный опыт был заложен на полях хозяйства «Биотех ЛТД» (Бориспольский р-н, Киевская обл.) на темно-серой оподзоленной легкосуглинистой почве (характеристика пахотного слоя почвы: рН 5,4, содержание гумуса и легкогидролизованного азота – низкое, подвижного фосфора – среднее и обменного калия – повышенное).
Пшеницу озимую сорта Торрилд выращивали по технологии минимальной обработки почвы, предшественник – сорго. В основное внесение до посева вносили NPK 16-16-16 (250 кг/га). Рано весной в фазу весеннего кущения проводили подкормку КАС 32 и ЖКУ 11-37 сплошным методом с помощью опрыскивателя согласно схемы: 1) КАС 100 кг/га; 2) КАС 100 кг/га + ЖКУ 100 кг/га; 3) КАС 100 кг/га + ЖКУ 50 кг/га.
ЖКУ 11-37 (Жидкое Комплексное Удобрение) представляет собой жидкое фосфорсодержащее удобрение, в котором фосфор представлен в виде орто- и полифосфатов аммония (доля последних составляет не менее 57%). Ортофосфаты являются формой фосфора, непосредственно доступной для растений. Полифосфаты становятся доступными для корней растений после прохождения трансформации под действием фермента пирофосфатазы, продуцируемой микрофлорой почвы. Высокая эффективность ЖКУ поясняется как жидкой препаративной формой удобрения, так и пролонгированным действием в связи с присутствием в составе полифосфатов аммония.
В результате установили повышение эффективности мероприятия при добавлении к КАС жидкого комплексного удобрения. Прибавка урожайности при внесении КАС и ЖКУ в соотношении 1:1 составила 0,67 т/га; снижение нормы ЖКУ в два раза (соотношение КАС:ЖКУ 1:0,5) не привело к соответствующей потере в прибавке урожайности, что говорит о высокой эффективности ЖКУ и в сниженных нормах.
Прибавки урожайности от добавления ЖКУ получены преимущественно за счет лучшей выполненности зерна и большей массы 1000 зерен. Это свидетельствует о возможности более длительной деятельности флагового листа и улучшенного оттока пластических веществ в зерно в условиях оптимизации фосфорного питания растений пшеницы в начале вегетации.
Применение ЖКУ является экономически оправданным мероприятием. Дополнительно полученный от добавления ЖКУ доход позволил компенсировать до 50% затрат на аренду земли, а себестоимость зерна уменьшалась в пределах 100 грн/т.
Применение ЖКУ для ранневесенней подкормки озимой пшеницы является достаточно распространенной практикой. Жидкая форма фосфорного удобрения позволяет оптимизировать условия фосфорного питания вегетирующих растений и снизить влияние низких температур на условия поглощения растениями фосфора. Лучший старт в последующем положительно сказывается на условиях формирования урожайности пшеницы озимой, позволяя достичь экономически целесообразной урожайности.

Ирина Логинова
к.с.-х.н., доцент кафедры агрохимии НУБиП Украины,

научный консультант ТОВ «ФосАгро-Украина»