Сера – тоже макроэлемент

22.09.2015

Поділитися:

Роль каждого элемента в минеральном питании растений является важной и значимой, однако на первый план, как правило, выходят основные макроэлементы – азот, фосфор и калий, а также уже традиционно внимание уделяется микроэлементам. Значение же второстепенных макроэлементов (таких как кальций, магний и сера) часто недооценивается, считая, что их и так достаточно для нормального развития растений. Действительно, в советское время вопросу серы уделяли мало внимания, считая, что ее достаточно поступает как с основными макроудобрениями, так и с атмосферными осадками. Но времена изменились, привнеся с собой новый ассортимент более концентрированных удобрений, да и промышленность уже не выбрасывает в атмосферу такого количества серы, как в былые времена.
В последнее десятилетие многие аграрии обратили свое внимание не серу. Во многих западных странах сера рассматривается как важный макроэлемент наряду с азотом, фосфором и калием. Потребность в серных удобрениях тем более возрастает, что новые высокопродуктивные сорта имеют повышенную потребность в сере, структура севооборота претерпела значительных изменений, выведя на первое место культуры высокого выноса и высокой потребности в сере (в частности – рапс). Значительно уменьшились объемы внесения органических удобрений, практически ушли в прошлое из «растительного рациона» удобрения, содержащие серу как стороннюю примесь. Поэтому этой статьей мы попытаемся привлечь внимание аграриев к проблеме серы.
Сера в почве
Около 95% серы в почве приходится на органические соединения и является недоступным для растений. Из неорганических соединений в почве сера представлена сульфатами и сульфидами. Трансформация серы в почве подобна азоту. В теплых, хорошо аэрируемых почвах органическая сера и сера сульфидов S2- окисляется с образованием сульфат-ионов SO4 2-. Этот процесс очень подобен превращению органического азота в аммонийную, а затем и в нитратную форму.
Процесс минерализации органического вещества и высвобождения доступной серы протекает слишком медленно для удовлетворения потребностей высокоурожайных культур. Поэтому для обеспечения растений серой необходимо внесение серосодержащих удобрений.
В свою очередь, доступные для растений сульфат-ионы могут быть либо поглощены бактериями (иммобилизированы) в процессе их жизнедеятельности, либо восстановлены обратно до сульфидов при создании в почве анаэробных условий (затопление). К счастью, эта иммобилизированная сера только временно становится недоступной для растений: при создании в почве благоприятных условий она снова превращается в доступные сульфаты.
Сульфат-ионы слабо удерживаются почвенными частичками (кроме глинистых почв), и могут вымываться в нижние горизонты почвы (хотя и не так сильно, как нитраты).
Кроме того, растения способны через листья поглощать оксид серы SO2 из атмосферы, однако количества зависят от региона и редко превышают 1 кг/га S в год.

Сера в растении
Растения поглощают достаточно большие количества серы: многие культуры содержат приблизительно одинаковые количества серы и фосфора (содержание серы в пересчете на элемент колеблется от 0,1 до 1% сухого вещества растений). Вынос серы урожаями колеблется от 30 до 60 кг S/га, а для отдельных культур может достигать 100 кг S/га.
Сера является неотъемлемым компонентом аминокислот цистеина, цистина и метионина, являющихся белокобразующими аминокислотами. Недостаток серы вызывает нарушения в синтезе белка. Наряду с этим, сера входит в состав витаминов (тиамина В1 и биотина Н), принимает участие в формировании эфирных масел.
Растения рода Brassica (рапс, горчица) синтезируют глюкозинолаты и имеют достаточно высокую потребность в сере. Растения рода Allium (чеснок, лук) синтезируют аллиины, в состав которых входит сера; именно эти соединения обусловливают характерные для лука и чеснока запах и вкус.
Также сера является составляющей фермента нитратредуктазы, отвечающего за превращение нитратов в растении и усвоение их растениями. Недостаток серы негативно влияет на азотный обмен, что является причиной сходства симптомов проявления дефицита серы и дефицита азоту у многих растений. Отличительной чертой является то, что симптомы дефицита серы не имеют строгой локализации на более старых листьях (как для азота), а проявляются как хлороз листьев всего растения.
Наибольшую потребность в сере имеют растения семейства крестоцветных (рапс, редька масличная, горчица, капуста белоголовая) и луковые (чеснок, лук), поэтому при дефиците серы в почве эти культуры в первую очередь страдают от недостатка. Большое количество серы выносят бобовые растения, особенно люцерна. Реже симптомы дефицита проявляются на кукурузе, зерновых и других травах. У кукурузы симптомы недостатка серы иногда похожи на симптомы недостатка магния или марганцы: межжилковый хлороз верхних листьев.
Достаточная обеспеченность растений серой положительно влияет не только на урожайность культур, но и на качество продукции. Для растений, основным запасным веществом которых является белок, сера является одним из ключевых элементов. И не только количество белка находится в прямой взаимосвязи с обеспеченностью серы, также она влияет на качество белка: хлеб, выпеченный из пшеницы с низким содержанием серы (аминокислоты цистеина) плохо поднимается.
При недостатке серы у бобовых культур уменьшается количество клубеньков на корнях, снижается интенсивность фиксации азота атмосферы.
При проведении растительной диагностики необходимо обращать внимание не только на содержание серы, но и на ее соотношение с азотом. Для пшеницы оптимальным соотношением N:S считается 16:1, для рапса – 6:1. Однако не стоит полностью полагаться на соотношение азота и серы в растении, поскольку это может привести к неправильной интерпретации результатов. Например, оптимальное соотношение может быть получено и в том случае, когда оба элемента содержатся в недостаточном количестве в растении. Кроме того, при значительном преобладании азота может быть сделан вывод о недостатке серы (хотя, на самом деле, может иметь место избыток азота).
Диагностика питания
Для диагностирования возможности проявления дефицита серы, информативным является анализ почвы на содержание доступной серы. Однако, этот метод далеко не так точен, как анализ почвы на содержание доступного фосфора или калия. Часто растения обеспечиваются серой из источника, напрямую не определяемого методами почвенного анализа. Важно учитывать содержание органического вещества в почве: почвы тяжелого гранулометрического состава могут показывать низкое содержание сульфат-ионов, однако внесение серных удобрений на них не оказывает положительного влияния на урожайность.
В Украине почти повсеместно наблюдается низкий или дефицитный уровень содержания подвижной серы в почве, что свидетельствует о необходимости внесения серосодержащих удобрений.
Если анализ почвы свидетельствует о низком содержании серы, эффективной практикой является проведение растительной диагностики. При этом важно, чтоб были соблюдены все правила отбора образцов, а также для анализа взята определенная часть растения в определенную фазу, что даст возможность сравнить содержание серы со шкалой обеспеченности.
При составлении программ питания растений важно не забывать и о явлении антагонизма/синергизма между ионами. Известно, что применение высоких доз серных удобрений может вызывать недостаток молибдена в результате антагонизма между сульфат-ионами SO42-и молибдат-ионами MoO42- при их поглощении корневой системой (указанные ионы являются конкурентами за специфические участки белков-переносчиков в клеточных мембранах корня). По этой же причине наблюдается антагонизм между сульфат-ионами и селенат-ионами SeO42-.
Отзывчивость растений на серные удобрений очевиднее всего ожидать при их применении на почвах легкого гранулометрического состава с низким содержанием гумуса. Однако на других типах почв также часто отмечается высокая эффективность внесения серы.
Источники серы
В среднем почвы содержат от 200 до 600 кг/га общих запасов серы, почти все количество которой находится в органической форме. По мере минерализации органического вещества, небольшое количество серы превращается в доступную сульфатную форму.
Еще одним источником серы для растений являются атмосферные осадки, в которые сера в виде газообразного оксида SO2 или в виде частичек пыли попадает в результате сжигания угля, и в меньшей мере – газа и нефти. Растворяясь в атмосферной влаге, оксид серы превращается в сульфатную форму и попадает в почве во время т.н. «кислотного» дождя. С осадками на поля выпадет в среднем 5-30 кг/га серы ежегодно, однако это количество зависит от степени развития промышленности в регионе. Еще полвека назад отечественные ученые в своих расчетах приходили к выводу, что осадки являются значимым источником серы для сельскохозяйственных культур. Но нужно учитывать уровень активности промышленного производства в то время. Сегодня же, как в связи со снижением промышленного производства и усовершенствованием технологического процесса, так и с увеличением выноса серы более продуктивными культурами и их сортами, количество поступающей с атмосферы серы колеблется в пределах 5 кг/га, чего явно недостаточно для развития растений. Согласно исследованиям Гамалей В.И. и др. (2009), в пригороде Киева в опытном хозяйстве «Чабаны» за год с атмосферными осадками в почву попадало 8,4 кг/га SO2, при этом потери в результате вымывания составляли около 40 кг/га.
Традиционным источником всех элементов на протяжении длительного времени были органические удобрения, в частности навоз. До 55% внесенной с навозом серы становится доступной для растений уже в первый год после внесения. Содержание серы в навозе зависит от многих факторов (вида животных, их рациона, возраста и др.) и колеблется от 0,45 до 0,70% сухого вещества. Птичий помет характеризуется более высоким содержанием серы, по сравнению с навозом рогатого скота. Если провести приблизительные расчеты, то при внесении 30 т/га перепревшего навоза в почву попадает от 30 до 50 кг/га серы, что способно удовлетворить потребности большинства культур. Однако, согласно данным Института охраны почв Украины, в последние годы уровень внесения органических удобрений в Украине составляет лишь 0,5 т/га, при этом основным источником органического вещества на полях становятся растительные остатки, которые не могут играть существенную роль в пополнении запасов серы в почве.
Значительные количества серы может содержать поливная вода, используемая для орошения. В воде сера присутствует в виде сульфат-ионов, легкодоступных для растений. Как правило, подземные воды содержат более высокое содержание сульфатов, нежели поверхностные, и в ряде случаев способны удовлетворить потребности растений в сере; однако для точных расчетов необходимо провести лабораторный анализ.
Часто основным источником серы в земледелии являются минеральные удобрения. Сера в них содержится в двух формах: в виде сульфат-ионов и в виде элементарной серы. Все сульфатные формы удобрений одинаково эффективны при внесении.
В элементарной форме сера малорастворима и может быть усвоена растениями только после ее трансформации в сульфат-ион в результате жизнедеятельности почвенных бактерий, что может длиться от 3 месяцев до года, поэтому более эффективным это удобрение будет при внесении с осени. А вот степень этой трансформации зависит как от размера гранулы, так и от характера взаимодействия с почвой. Наиболее эффективным является внесение элементарной серы в порошкообразном виде (наибольший контакт с почвой), однако в этой форме удобрение имеет очень неудовлетворительные свойства для внесения. Поэтому чаще всего измельченная сера смешивается с глиной или органическими компонентами и гранулируется.
Окисление элементарной серы до сульфатной формы осуществляется различными почвенными микроорганизмами, среди которых главенствующую роль играют тионовые бактерии рода Thiobacillus (Acidithiobacillus). Процесс окисления идет быстрее при создании в почве оптимальных для развития микроорганизмов условий (температура, влажность, рН, аэрация).
Для увеличения эффективности элементарную серу смешивают с бентонитом (примерно 10%) для получения пеллет и приплюснутых гранул. При контакте с почвенной влагой бентонит набухает и сера высвобождается в виде мелких фрагментов с большой площадью контакта с почвой.
Нужно также не забывать, что внесение элементарной серы приводит к подкислению почвенного раствора, чего нужно избегать на кислых почвах. На затопляемых участках лучше оставлять элементарную серу на поверхности почвы, поскольку тогда она будет окисляться до сульфата в неглубоком аэробном слое почвы.
Препарат элементарной серы на украинском рынке предлагает польская компания Zaklady Chemiczne «Siarkopol» – минеральное удобрение WIGOR S, содержащее 90% элементарной серы и 10% бентонита.
Для достижения эффективности, элементарная сера должна быть заранее внесена в почву до посева культуры и тщательно заделана. Если выявлен дефицит серы в почве, то рекомендуется внести некоторое количество серы в сульфатной форме для обеспечения растений серой на начальном уровне.
Наилучшим вариантом при дефиците серы в почве будет комбинирование водорастворимых сульфатных форм и элементарной серы, что обеспечивает как быстрое, так и пролонгированное действие удобрений.
Для сульфатных форм наиболее эффективным способом внесения является рядковое при посеве. Однако следует избегать высокой концентрации сульфат-ионов непосредственно вблизи проростков, так как это может вызвать осмотический стресс у корневой системы растений.
Ранее простой суперфосфат являлся значимым источником серы для растений, которая присутствовала в нем в виде гипса, образующегося в процессе производства. Сегодня же на смену этому удобрению пришли другие источники фосфора (двойной суперфосфат, аммофос, диаммофос), которые содержат не более 1% серы и не могут рассматриваться как ее источник для растений.
В отечественной агрохимической практике принято выражать содержание серы через ее оксид SO3. Поэтому нужно быть внимательным при планировании серных удобрений. Для пересчета можно использовать переводной коэффициент: SO3 = S x 2,5.
Для быстрого устранения симптомов дефицита серы, а также для оптимального обеспечения элементом растений, рекомендуется проведение внекорневых подкормок серосодержащими удобрениями. Для этих целей возможно использование сульфата магния (также источник магния для растений), комплексных удобрений для внекорневой подкормки (т.н. «коктейли») или специализированных серных удобрений для внекорневой подкормки.
Сульфат магния во внекорневую подкормку вносят в среднем в норме 10-15 кг/га (при этом норма серы составляет 140-210 г/га). Очевидно, этого количества недостаточно для полного удовлетворения растений в сере, даже при двух-трехкратном внесении. Поэтому при наличии дефицита серы в почве основное внимание должно быть обращено на почвенные удобрения.
Комплексные удобрения для внекорневого внесения содержат небольшие количества серы и могут рассматриваться только как поддерживающий фактор, основное питание серой должно быть обеспечено через корень.
Среди специализированных источников серы для внекорневого питания нужно назвать YaraVita Thiotrac от компании Yara и препарат Nutrimax французской компании SDP.
Но даже при максимальной норме внесения внекорневые удобрения не в состоянии полностью обеспечить растения в сере, поэтому при составлении системы удобрений под культуры, чувствительные к сере, на почвах с ее дефицитом наилучшим вариантом будет внесение с осени препаратов элементарной серы, некоторое количество серы должно поступать в почву в сульфатной форме, а также должны быть спланированы внекорневые подкормки растений серными удобрениями.