Наука о взаимодействии растений, почвы и удобрений в процессе выращивания растений, об использовании удобрений в целях повышения урожая, улучшения его качества и повышения плодородия почвы называется агрономической химией.
Внедрение научных разработок и передового производственного опыта по химизации лесного и садово-паркового хозяйства позволит повысить продуктивность лесов, производительность труда, сократить сроки выращивания посадочного материала в питомниках и товарной продукции в насаждениях, получить значительную экономию денежных средств и труда.
Удобрение это вещество, предназначенное для улучшения питания растений и повышения плодородия почвы. Под удобрением понимают вещества, с которыми вносятся в почву нужные растениям элементы зольного питания и азот, и вещества, способствующие переводу труднодоступных для растений форм питания в легкодоступные. Первые принято называть прямыми, вторые — косвенными.
Специфика применения удобрений в лесном хозяйстве заключается в том, что приходится иметь дело с растениями в возрасте от 1 года (в питомнике) до 100-120 лет (в насаждениях). Внесение удобрений в питомниках имеет много общего с сельским хозяйством, а удобрение взрослых насаждений имеет свои особенности.
В лесных питомниках удобрения увеличивают выход стандартного посадочного материала и ускоряют сроки его выращивания. На лесокультурных площадях, в полезащитных насаждениях повышается приживаемость и сохранность посадок, ускоряется рост растений. В естественных насаждениях, в стадии жердняка, удобрения улучшают условия питания в напряженный период жизни, в приспевающих и спелых насаждениях увеличивается текущий прирост. На лесосеменных участках и плантациях повышается урожайность семян и выход стандартного прута для черенкования.
В рекреационных лесах, нарушенных антропогенным влиянием, огораживание с одновременным применением удобрений повышает устойчивость и способствует восстановлению деградированных рекреационных лесов. В зеленых насаждениях городов, промышленных центров, зеленых зон, насаждениях, поврежденных газообразными
выбросами, удобрения повышают продолжительность жизни
растений, увеличивают их прирост, предотвращают опад листвы, повышают декоративные свойства. Применение удобрений в лесных биогеоценозах способствует повышению урожайности грибов и ягод, о чем свидетельствуют результаты научно-исследовательских работ, проведенных в Литве, Карелии, Эстонии, Белоруссии, Среднем
Приангарье, а также в США, Англии и Польше (В. С. Победов, 1986)..
Методы определения потребности древесных растений в удобрениях. Для установления потребности древесных растений в удобрениях используют ряд методов: вегетационный, определение запасов биогенных элементов в лесных почвах и подстилках, определение биохимической активности почв и подстилок, балансовый метод, визуальная морфолого-колориметрическая диагностика условий питания, диагностирование условий питания по растениям-индикаторам. Установление оптимальных доз удобрений в настоящее время приобретает важное производственное значение, так как при недостатке элементов питания растения отстают в росте, плохо плодоносят, страдают от морозов, засухи, снижается производительность насаждений. Избыток элементов питания ведет к излишним затратам удобрений, денежных средств на их приобретение, хранение и внесение и, в конечном итоге, к снижению качества выращиваемых растений.
Вегетационный метод. Для лесных пород этот метод применяется в первые годы их жизни. Основные способы вегетационного опыта это использование водных, песчаных и почвенных культур. С помощью водных культур можно определить степень необходимости для питания отдельных элементов, установить оптимальные потребности молодых древесных растений в питательных элементах. Песчаные культуры приемлемы для работы с древесными растениями в возрасте до 5-7 лет. В качестве субстрата используют песок, гравий, стеклянную вату. Этот метод позволяет вести полный контроль минерального питания. Почвенные культуры позволяют определять недостаток элементов питания в разных по плодородию почвах, а также вынос и использование древесными растениями элементов питания.
Определение потребности в питательных веществах по данным анализов почв и подстилок до последнего времени является самым распространенным методом диагностирования условий питания растений. Для лесных питомников и плантаций методы прямого почвенного анализа с достаточной достоверностью позволили разработать специальные оценочные шкалы богатства почв и на их основе создать обоснованную систему удобрений, контроля за пищевым режимом почвы. Анализы почв позволяют установить засоленность, кислотность почв, их физические свойства.
В последние годы при оценке плодородия почв все чаще используют биохимические методы анализа, которые позволяют получить представление о «тонусе» почвы. Чем «тонус» выше, тем продолжительно выше лесорастительный эффект данных условий местообитания. В. Е. Тумаков выделил три класса активности и характера «дыхания» лесных подстилок и гумусовых горизонтов лесных почв: с высокой и устойчивой величиной «дыхания», с повышающейся в процессе компостирования образца активностью «дыхания» и с быстро спадающейся активностью. Первый класс активности «дыхания» характерен для высоких и средних, а третий - для низких бонитетов условий произрастания растений.
Методы растительной диагностики питания растений широко применяют в практике сельского и лесного хозяйства. Для анализов обычно используют хвою или листья, как органы, наиболее тонко реагирующие на условия питания. Для проведения химического анализа берут пробы у 100 растений таким образом, чтобы они соответствовали среднему состоянию растений на данном участке. Сроки взятия проб у древесных растений приурочивают к следующим фазам:
I — в начале сильного роста, до цветения;
II — в период сильного роста, цветения, физиологического осыпания завязей;
III — в период развития плодов, окончания роста побегов;
IV — в период созревания плодов и ягод, уборки урожая;
V — после уборки урожая, перед осенним листопадом. Пробы рекомендуется отбирать утром в 8-9 часов.
Широко используется диагностирование питания культур по растворимым соединениям элементов в тканях растений. Анализируются либо вытяжки из них, либо срезы, выжатый сок. Группа этих методов называется «тканевой диагностикой». При «тканевой диагностике» особого внимания заслуживают экспресс методы, с помощью которых проводят быстрые анализы на срезах растений или выжатом соке из них. Определение нитратов, фосфатов, калия и аммиака производят на срезах растений (по В. В. Церлинг). На основе шкалы потребности молодых растений в азоте, фосфоре, калии по характеру окрашивания поперечных срезов различных органов растений определяют потребность в этих элементах.
С помощью полевой лаборатории Магницкого проводят упрощенные количественные определения азота, нитратов, фосфора, калия и хлора в соке растений. Этот метод основан на свойстве сока давать с определенными реактивами цветные растворы или окраски. По интенсивной окраске, пользуясь шкалой стандартных растворов или бумажной шкалой цветных пятен, определяют содержание элемента в растении и планируют сроки и способы подкормки растений.
Диагностические методы могут быть использованы лишь в сочетании с другими методами определения доз удобрений, в первую очередь для уточнения нуждаемости растений в азотной подкормке и установления доз азотных удобрений при проведении подкормок.
Расчетно-балансовый метод. В основу этого метода во всех случаях берется хозяйственный или биологический вынос элементов минерального питания выращиваемой культуры, приходящийся на единицу площади, содержание элементов питания в почве и коэффициенты использования элементов питания из удобрений и почвы.
Балансовый метод расчета доз удобрений может быть использован в лесных питомниках. Применение этого метода для установления потребности лесных насаждений в минеральных удобрениях сдерживается из-за недостаточности сведений о круговороте веществ в лесу и, в первую очередь, из-за отсутствия достоверных данных о соотношениях между стволовой массой, массами кроны и корней на разных возрастных этапах.
Визуальная диагностика условий минерального питания растений дает достаточно надежные результаты, если недостаток или избыток питания привел уже к серьезным изменениям и расстройству физиологических функций растений, которые отразились на его внешнем виде: задержка роста, при недостатке азота, изменение окраски листьев, слабое плодоношение и т.д. Для визуальной диагностики используют таблицы характерных внешних признаков недостатка элементов питания у растений и цветные рисунки. Диагностирование условий питания по растениям-индикаторам позволяет установить в почве наличие тех или иных элементов. Например, в случае азотного голодания под пологом леса отсутствуют малина, ежевика, наперстянка, земляника, аконит, крестовник, на бедных песчаных почвах растут белоуст и щучка. Крапива, пырей ползучий, пролеска являются показателями богатых почв. На кислых почвах произрастают: чина болотная, седмичник, черника, ожига волосистая, щавель кислый. Слабокислые почвы предпочитают щучка, ветренница, калужница болотная, хвощ болотный, кошачья лапка.
Автоматизированные системы управления в установлении оптимальных доз внесения удобрений. Внедрение в производство (АСУ) автоматизированных систем управления связано с использованием новых методов при обобщении результатов полевых опытов с удобрениями и для установления оптимальных доз их внесения. С этой целью широко применяются специальные математические модели управления регрессии или функции продуктивности, которые в сжатой форме содержат информацию о количественной зависимости между урожайностью и дозами вносимых удобрений в конкретных почвенно - климатических условиях. Производственные функции содержат информацию, которую можно использовать для выяснения закономерностей влияния свойств почвы, доз удобрений и погодных условий на урожай культуры и его качества; для определения агрономической и экономической эффективности удобрений; для прогнозирования урожайности; для разработки нормативов при составлении планов распределения удобрений. На современном этапе развития сельского и лесного хозяйства автоматизированная система управления призвана совершенствовать управление химизацией этих производств.
В последние годы при разработке рекомендаций по применению удобрений используют новые технологии, которые ускоряют и облегчают расчеты, позволяют систематизировать сложные взаимосвязи между различными факторами, определяющими эффективность удобрений. В Германии разработана программа, с помощью которой составляются рекомендации по внесению азотных, фосфорных, калийных, кальциевых, магниевых удобрений, с учетом основных факторов, прямо или косвенно влияющих на эффективность туков. Составлена математическая модель, которая предусматривает разработку рекомендаций для многих культур, причем при введении дополнительной информации можно учесть влияние удобрений на качество продукции. В Болгарии для программирования рекомендаций по применению удобрений предусматривается использование более 20 факторов, влияющих на эффективность удобрений.
Способы внесения удобрений. Прием распределения удобрений в почве с пространственным расположением его относительно растений называют способом внесения удобрений.
В лесном хозяйстве по характеру внесения относительно корневых систем различают: заделку сухих удобрений в почву рыхлящими орудия
ми; внутрипочвенное введение жидких, а также водных растворов сухих удобрений с помощью специальных машин; поверхностное рассеивание, разбрасывание или разбрызгивание.
Питательные вещества могут поступать в растения и через наземную часть, поэтому применяют в питомниках некорневую подкормку растений, то есть подкормку растений удобрениями опрыскиванием или опылением наземной части растений.
По степени покрытия площади удобрениями различают: разбросное внесение удобрений, то есть внесение удобрений, обеспечивающее его сплошное равномерное распределение по поверхности почвы; локальное внесение удобрений, то есть внесение удобрений, обеспечивающее размещение в почве по очагам различной формы.
По способу рассеивания, разбрасывания, разбрызгивания, удобрений различают: ручное, механизированное, авиационное.
По времени внесения различают: основное внесение удобрений, то есть внесение основной массы удобрений до посева, посадки растений или одновременно; рядковое внесение удобрений при посеве в рядки вместе с семенами или вблизи от них; подкормка растений это внесение удобрения в период вегетации растения.
Удобрения условно делят на следующие группы: органические, минеральные, органо-минеральные, зеленые, бактериальные.