Перераспределение, высвобождение и мобилизация труднодоступных элементов питания в различных звеньях севооборота
Перераспределение, высвобождение и мобилизация труднодоступных элементов питания в различных звеньях севооборота
Рассказываем, как разные культуры, используемые в севообороте, позволяют аграриям снижать дозы минеральных удобрений без потери урожайности
Канд. биол. наук. Специалист по обучению и поддержке клиентов ExactFarming
31 июля 2026
На чтение: 8 минут
Автор
Редактор
Агроном, стаж более 13 лет
Севооборот традиционно объясняется выносом питательных веществ культурными растениями. Но геохимические и биологические процессы, которые происходят в почве, намного сложнее. Агрономическая наука уже вышла далеко за рамки простой математики «внесли-вынесли» — сейчас учитываются динамические процессы перераспределения, высвобождения и мобилизации элементов питания, которые происходят при смене культур в севообороте. Аграрии могут оптимизировать питание растений, не увеличивая существенно количество вносимых минеральных удобрений.
Различные культуры в севообороте не только истощают почву, но и могут активно участвовать в трансформации элементов питания, переводя их из недоступных форм в доступные для последующих культур. Особенно это касается фосфора, калия, кальция и некоторых микроэлементов, которые могут находиться в почве в больших количествах, но в формах, недоступных для большинства сельскохозяйственных культур.
Физико-химическая основа доступности элементов питания
Большинство элементов питания существуют в почве в различных формах.
Три основные категории:
- растворимые — непосредственно доступные;
- обменные — потенциально доступные;
- фиксированные — труднодоступные.
Ключевые факторы доступности элементов
- pH почвы. Определяет растворимость многих минералов и соединений. При pH 6,0-7,5 доступность большинства макро- и микроэлементов находится в оптимальном диапазоне. При снижении pH до 5,5 и ниже резко снижается доступность фосфора, кальция и магния, но увеличивается доступность железа, марганца, цинка и меди. При pH выше 7,5 снижается доступность фосфора, железа, марганца, бора и цинка.
- Окислительно-восстановительный потенциал. Влияет на степень окисления элементов, что критически важно для железа, марганца и некоторых других элементов.
- Содержание органического вещества. Органические кислоты и продукты микробиологической деятельности способствуют высвобождению многих элементов из труднодоступных форм.
- Структура почвы. Определяет физическую доступность элементов для корневой системы и микроорганизмов.
Исследования А.Х. Шеуджена 2018 года показали:
- на черноземных почвах южной России при pH 6,8-7,2 доступность фосфора для растений составляет лишь 10-15% от его валового содержания;
- на дерново-подзолистых почвах севера при pH 5,2-5,8 этот показатель может снижаться до 5-7%.
Корневые выделения как фактор мобилизации элементов питания
Корневые выделения (экссудаты) — это сложная смесь органических кислот, сахаров, аминокислот, ферментов и других соединений, которые выделяются корнями растений в окружающую почву. Именно они играют ключевую роль в мобилизации труднодоступных элементов питания.
Состав и интенсивность выделения экссудатов сильно варьируются в зависимости от вида растения, стадии развития и условий произрастания. Культуры семейства крестоцветных (рапс, горчица) и бобовых (люпин, клевер, люцерна) выделяют значительно больше органических кислот, особенно лимонной и яблочной. Это способствует растворению фосфатов кальция и алюминия в почве.
Пример
Гречиха способна усваивать фосфор из труднорастворимых фосфатов благодаря выделению оксалатов и цитратов корнями. Исследования Wang et al. 2015 года показали, что корни гречихи могут снижать pH в ризосфере на 0,7-1,2 единицы по сравнению с объемной почвой, что значительно увеличивает растворимость фосфатов.
Для растений выделение органических кислот корнями — энергозатратный процесс. На него может расходоваться до 5-8% продуктов фотосинтеза. Данный механизм запускается, в основном, в условиях дефицита элементов питания. Это адаптивная реакция растений.
Микробиологические процессы в различных звеньях севооборота
Микроорганизмы почвы — важные посредники в трансформации элементов питания. Их активность сильно зависит от культуры севооборота, а также от некоторых почвенных характеристик, и может значительно изменять доступность элементов питания.
Бобовые культуры, благодаря симбиозу с клубеньковыми бактериями, не только фиксируют азот атмосферы, но и создают благоприятные условия для развития других групп почвенных микроорганизмов. Исследования Т.В. Кузнецовой и соавторов в 2019 году показали, что после выращивания клевера лугового биомасса микроорганизмов в почве увеличивается на 10-15%.
Микоризные грибы, образующие симбиоз с корнями около 80% видов наземных растений, значительно расширяют зону поглощения элементов питания за счет внешних гиф, которые проникают в почвенные поры, недоступные для корневых волосков. Наиболее активно микоризы развиваются у кукурузы, подсолнечника, многолетних бобовых трав.
По данным Smith et al. 2008 года, микоризные растения могут поглощать большое количество фосфора через грибного симбионта, что особенно важно при низком содержании доступного фосфора в почве.
Важно: Разные культуры в севообороте по-разному влияют на развитие микоризы. Крестоцветные (рапс, горчица) не образуют микоризу и могут даже подавлять ее развитие для последующих культур за счет выделения изотиоцианатов, которые обладают фунгицидным действием. Это нужно учитывать при планировании севооборота, особенно на почвах с низким содержанием доступного фосфора.
Перераспределение элементов питания в почвенном профиле
У разных культур разная глубина проникновения корневой системы. Соответственно, разная зона поглощения элементов питания. Благодаря этим различиям появляются возможности для оптимизации севооборота с точки зрения использования элементов из разных слоев почвы.
Глубокоукореняющиеся культуры (люцерна, эспарцет, сахарная свекла или подсолнечник) могут поглощать элементы питания с глубины 1,5-2,5 м и даже глубже. При этом значительная часть поглощенных элементов концентрируется в надземной биомассе и после разложения растительных остатков становится доступной для последующих культур с менее развитой корневой системой.
Физиологически этот процесс обеспечивается гидравлическим лифтом — когда вода и растворенные в ней элементы питания перемещаются от глубоких, часто более влажных горизонтов почвы к поверхностным слоям через корневую систему растений. Этот процесс наиболее активен ночью, когда транспирация минимальна, а корневое давление продолжает поднимать почвенный раствор.
Процесс «биологического рыхления» почвы с помощью глубокоукореняющихся культур имеет физиологическое объяснение. Корни растений, проникая в плотные слои почвы, не только механически раздвигают почвенные частицы, но и выделяют слизи (муцигель), которые смазывают путь продвижения корня и изменяют физические свойства прилегающей почвы.
Симбиотическая азотфиксация и ее влияние на другие элементы питания
Бобовые культуры благодаря симбиозу с клубеньковыми бактериями могут фиксировать атмосферный азот. Однако их влияние на питательный режим почвы выходит далеко за рамки азотного обогащения.
Процесс азотфиксации косвенно влияет на доступность фосфора и других элементов:
- Для обеспечения высокой активности нитрогеназы — фермента, который осуществляет фиксацию N₂, бобовые растения выделяют значительно больше органических кислот в ризосферу. Это способствует растворению труднодоступных фосфатов.
- Сами клубеньковые бактерии продуцируют фосфатазы, которые гидролизуют органические фосфаты почвы.
Для образования и функционирования клубеньков необходимо достаточное количество молибдена, который входит в состав нитрогеназы. Бобовые растения выработали механизмы повышенного поглощения молибдена, в том числе закисление ризосферы и выделение специфических хелаторов. После отмирания бобовых культур накопленный молибден доступен для последующих культур севооборота.
По данным Beringer et al. 2013 года, симбиотический аппарат бобовых может потреблять до 20-25% продуктов фотосинтеза растения-хозяина. Это объясняет, почему бобовые культуры обычно оставляют после себя меньше растительных остатков по сравнению с зерновыми при том же уровне урожайности. Однако у этих остатков более низкое соотношение C:N — 20-30:1 против 40-50:1 у зерновых. Оно способствует их более быстрой минерализации и высвобождению элементов питания.
Сидераты и их роль в мобилизации элементов питания
Основная цель сеяния сидеральных культур — не получение товарной продукции, а улучшение питательного режима почвы. Помимо влияния на баланс органических веществ, сидераты играют важную роль в мобилизации труднодоступных элементов питания.
Наиболее эффективными сидератами-мобилизаторами считаются:
- Белая горчица и масличная редька: выделяют изотиоцианаты и тем самым способствуют высвобождению фосфора из органических соединений и минеральных фосфатов.
- Гречиха: выделяет органические кислоты — эффективно мобилизует фосфор и калий.
- Фацелия: накапливает кальций и магний, делая их более доступными для последующих культур.
- Люпин: один из лидеров по усвоению фосфора из труднорастворимых соединений.
Сидераты запахивают в почву в период максимальной физиологической активности — бутонизации — начала цветения, когда содержание фитогормонов и биологически активных веществ в растительных тканях наиболее высоко. Эти соединения стимулируют активность почвенной биоты, которая участвует в круговороте элементов питания.
Роль пожнивных остатков в перераспределении элементов питания
При разложении растительных остатков происходит высвобождение элементов питания, а также образование органических кислот и других соединений, которые способствуют мобилизации труднодоступных форм элементов.
Исследования С.И. Тютюнова 2014 года показали, что при разложении 1 т соломы в почве образуется около 80 кг органического вещества, около 15-20 кг/га азота, 5-7 кг/га фосфора и 25-30 кг/га калия. Кроме того, увеличивается доступность элементов из почвенных запасов за счет стимуляции микробиологической активности.
Разложение растительных остатков — это прежде всего микробиологический процесс, в ходе которого элементы питания, особенно азот, временно иммобилизуются в биомассе микроорганизмов, а затем постепенно высвобождаются. Этот процесс может приводить к так называемому азотному голоданию при запашке растительных остатков с широким соотношением C:N (>25:1), что необходимо учитывать в системе удобрения.
Лигнин и другие трудноразлагаемые компоненты растительных остатков при их трансформации образуют предшественники гуминовых веществ, которые могут образовывать комплексы с ионами металлов, влияя на их подвижность в почве. Этот процесс особенно важен для микроэлементов, таких как цинк, медь и марганец.
Корректировка минерального питания с учетом биологической активности
Подходим к необходимости оптимизации системы удобрений. Вот основные принципы корректировки:
После бобовых предшественников дозы азотных удобрений могут быть снижены на 20-40 кг/га действующего вещества в зависимости от вида бобовой культуры и условий ее выращивания.
После сидератов-фосфоромобилизаторов (горчица, редька, люпин) целесообразно снижение доз фосфорных удобрений на 15-25% без ущерба для урожайности последующих культур.
После глубококорневых культур (люцерна, эспарцет, подсолнечник) наблюдается «последействие» в виде повышенной доступности калия, кальция и магния из подпахотных горизонтов.
Исследования А.А. Завалина и соавторов в 2026 году показали, что на дерново-подзолистых почвах после клевера лугового агрономическая эффективность азотных удобрений под яровую пшеницу снижалась на 20-25% по сравнению с посевами только с применением азотных удобрений, что позволило соответственно корректировать дозы удобрений.
Практические рекомендации по оптимизации севооборотов
- В севообороты советуем включать культуры с различной глубиной проникновения корневой системы. Это нужно для эффективного использования элементов питания всего корнеобитаемого слоя. Оптимальное соотношение растений с мочковатой и стержневой (глубокой) корневой системой — примерно 3:1.
- В каждый 4-5-польный севооборот желательно включать как минимум одну бобовую культуру для обогащения почвы биологическим азотом и стимуляции микробиологической активности.
- Промежуточные сидеральные культуры нужно подбирать с учетом их способности мобилизовать элементы питания. Например, перед культурами, требовательными к фосфору (кукуруза, картофель), высаживайте горчицу или люпин.
- После культур, которые оставляют большое количество растительных остатков с широким соотношением C:N (кукуруза, зерновые), применяйте компенсирующие дозы азотных удобрений (10 кг N на 1 т соломы). Так вы предотвратите иммобилизацию азота.
- Дополнительное внесение микроэлементов особенно эффективно после культур, которые способны переводить их в более доступные формы: бобовые — молибден, крестоцветные — марганец и бор.
- Включайте в севооборот «улучшающих» предшественников перед наиболее требовательными культурами. Например, после клевера или люцерны эффективно сеять культуры с высокой потребностью в азоте и кальции — пшеница, кукурузу. А после гречихи или горчицы — культуры, требовательные к фосфору — картофель, сахарную свеклу.
Оставить заявку
Нажимая на кнопку, вы подтверждаете, что согласны с нашей Политикой обработки персональных данных
Понравилась эта статья?