Многие фермеры, работающие с кукурузой по безотвальной технологии обработки почвы (No-till), отмечают общее равномерное пожелтение листьев кукурузы, хотя они достаточно внесли азотных удобрений. После изучения вопроса стало понятно, что проблема возникает в связи с недостатком серы.

Регулирование уровня содержания серы при No-till (безотвальной технологии обработки почвы)

Внешне дефицит серы аналогичен азотному и выражается в задержке развития растения, пожелтении листьев, вытягивании и утончении стеблей. Пожелтение (хлороз) начинается с жилок молодых листьев и постепенно развивается по всей поверхности листа. На многих культурах пожелтение начинается на молодых листьях и постепенно переходит на старые. В семействе Горчичные (Brassicaceae) растения со временем приобретают красновато-фиолетовую окраску. Этот признак проявляется на многих зерновых культурах. Перемещение серы внутри растения не такое быстрое, как азота, поэтому ее дефицит не вызывает «ожога» нижних листьев, как при дефиците азота. На многих полевых культурах сложно зрительно различить дефицит серы и азота, но анализ тканей растения позволяет это сделать с большой достоверностью.

Сера в почве

Большинство питательных веществ для растения содержится в органическом веществе (ОВ) почвы. Сера составляет в органическом веществе приблизительно ¹/₈ от содержания азота. Общее соотношение C:N:S в почве 100:8:1. В органическом веществе почвы приблизительно 58% С, поэтому соотношение ОВ:N:S – 170:8:1(на каждые 77 кг органического вещества почвы приходится 0,454 кг серы). Сера становится доступной для растений в процессе минерализации микроорганизмами. Образовавшийся сероводород Н₂S при аэробных условиях (наличии кислорода) легко переходит в SO₄² сульфат-ион и растения усваивают серу в сульфатной форме.

Сульфат-анион (растворимый отрицательно заряженный ион), точно так же как нитрат, может выщелачиваться из почвы с водой за пределы корневой зоны. В засушливых областях сульфат может накапливаться в пределах корневой зоны, так как процесс выщелачивания здесь проходит медленнее. В некоторых случаях, когда в корневой зоне есть дефицит влаги, сульфат – один из анионов, который соединяется с катионами (положительно заряженными ионами) натрия (Na⁺), кальция (Ca²⁺) или магния (Мg²⁺), образуя соли (Na₂SO₄, CaSO₄, MgSO₄), способные накапливаться в достаточно большом количестве, что приводит к засоленности почв.

Поскольку большая часть серы содержится в органическом веществе почвы, зерновые культуры, выращенные на почвах с очень низким содержанием органического вещества, могут испытывать дефицит серы. В песчаных почвах дефицит серы наблюдается на протяжении многих лет. На эродированных почвах, которые потеряли много плодородного верхнего слоя с высоким содержанием органического вещества, сера также часто в дефиците. Сейчас мы начинаем наблюдать дефицит серы на полях с системой No-till, где уровень содержания органического вещества относительно высок. В чем проблема?

Первый фактор – воздух. Атмосфера – один из источников серы для растений. Атмосферная двуокись серы (SO₂) соединяется во время дождя с кислородом воздуха и водой, образуя серную кислоту (H₂SO₄). Однако много SO₂ находится в чистом виде в осадках, так как в основном атмосферная сера имеет естественное происхождение (выбросы из вулканов, геологических источников серы и летучей серы, возникшей в результате распада органического вещества почвы при биологических процессах).

SO₂+O₂>SO₃+H₂O>H₂SO₄

Другой источник серы для зерновых культур – это применение фосфорных удобрений (серная кислота используется при их производстве). Раньше единственное фосфорное удобрение, которое применялось, был суперфосфат, содержавший примерно 12% серы. Однако сейчас стали производить фосфорные удобрения с низким содержанием примесей, уменьшая в них количество серы.

Во многих регионах для зерновых культур изначально были хорошие запасы серы в почве, но в процессе обработки произошло истощение почвенного органического вещества. При системе No-till каждый сезон минерализуется меньше органического вещества, особенно в начальный период применения данной системы. В это время поверхностные остатки накапливаются, и содержание органического вещества начинает медленно увеличиваться из-за снижения механического воздействия на почву. Но минерализация серы (S>SO₄) замедляется. Комбинация снижения минерализации и увеличения посевов, снижения поступления серы из воздуха и производства более чистых удобрений приводит к увеличению вероятности дефицита серы, что наблюдается на посевах в системе No-till.

При попытке накопить органическое вещество нужно помнить, что, в дополнение к изолированию углерода и азота, сера должна быть также изолирована. Каждые 77 кг органического вещества, образовавшегося в почве, будут содержать 3,6 кг азота и 0,45 кг серы. Один процент органического вещества в 20 см почвы соответствует 27 т/га. Это количество ОВ содержит более чем 1232 кг/га азота и 146 кг/га серы. Если в почве органическое вещество накапливается, вместо того, чтобы быть использованным, это источник ее потери, а не накопления, таким образом, потенциал для большого дефицита серы в будущем будет возрастать без внесения удобрений серы.

Другой источник серы для растений – сульфаты в ирригационной воде. Если вы применяете орошение на своих полях, то должны проверять воду на содержание сульфатов: концентрация больше чем 8-10 мг/кг S-SO₄ оптимальна для питания растений. Во многих областях содержание сульфатов в поливной воде является достаточно большим, так что никакой потребности для растений в дополнительной сере нет.

Сера в растениях

Основная часть серы в растениях находится в таких основных группах веществ, как: 1) белки и пептиды; 2) летучие органические соединения (которые придают луку и некоторым другим культурам характерный запах); 3) гликозиды горчичного масла; 4) неорганические сульфат-ионы (SO₄²). Протеины и белки содержат 90% серы, которая находится в растении. Масла некоторых растений, особенно семейства Горчичные (Mustard) и Луковые (Onion), богаты серой. Внесение удобрений серы способствует увеличению содержания масла в семенах.

Сера является составной частью аминокислот (цистин, цистеин и метионин). Эти аминокислоты играют важную роль в формировании белков растения. Сера также активирует определенные протеолитические энзимы и является компонентом коэнзимаА, глютатиона и некоторых витаминов. Сера содержится во многих других соединениях, но пока ее функции в них неизвестны. Так как сера и азот необходимы для построения белков в растениях, между ними существует тесная взаимосвязь.

Как видно из таблицы, потребность растений в сере различна среди видов, разновидностей внутри вида, а также по этапам развития сельскохозяйственных культур. Концентрация серы в растении также может значительно варьировать в зависимости от количества доступной серы. Злаковые зерновые культуры имеют самую низкую концентрацию серы в своих тканях, бобовые – примерно в два раза выше, чем злаковые, концентрация серы в культурах семейства Горчичные (Brassicaceae) (горчица, рапс) в три раза выше. Потребность в сере травяных культур составляет ¹/₇ ¹/₁₂ от потребности в N.

Методы определения серы

Дефицит серы на зерновых культурах наблюдается в почвах с низким содержанием органического вещества или на почвах с его медленной минерализацией. Однако почвы, расположенные около промышленных центров, могут получить достаточно серы из атмосферы, что покроет потребности культуры на формирование урожая. Как мы можем определить, сколько серы содержится в почве?

Наиболее подходящим методом определения доступной серы является экстракция фосфатом кальция. В слое почвы 0-20 см содержание сульфата 6 мг/кг S-SO₄ или меньше является низким, появляется вероятность возникновения дефицита серы для зерновых культур, если не будет внесена дополнительная сера. Значение 6-10 мг/кг S-SO₄ соответствует среднему содержанию, и дефицит серы может возникать время от времени. Содержание сульфата в почве выше 10 мг/кг, как правило, считается достаточным для средней урожайности, хотя иногда при No-till возникает потребность в переоценке ситуации. В некоторых случаях это преимущество, потому что необходимо провести отбор проб в слое 20-60 см и определить содержание сульфатов в корневой зоне. Если анализ подпахотного слоя показывает содержание сульфатов меньше 6 мг/кг, это говорит о возникновении дефицита серы. При значении более 10 мг/кг S-SO₄ значительно уменьшается шанс возникновения дефицита серы, хотя случайные признаки дефицита могут все еще наблюдаться на небольших участках поля.

Сера в удобрениях

Промышленность производит разные виды удобрений, содержащих серу (см. табл.). Простые удобрения серы с высокой растворимостью – сульфат аммония (21-0-0-24) и тиосульфат аммония (12-0-0-26). Сера в сульфате аммония (NH₄)₂SO₄ уже находится в доступной для растений форме, SO₄². Это сухое удобрение может быть смешано с другими сухими удобрениями или превращено в раствор (8-0-0-9). Тиосульфат аммония (NH₄)₂S₂O₃ – жидкость, которая реагирует в почве, создавая легкодоступный сульфат как источник серы в форме, которая должна быть окислена до SO₄² прежде, чем она будет доступна для растений; это окисление происходит с помощью микроорганизмов почвы. Тиосульфат аммония может быть смешан с другими жидкостями, но не может быть внесен при посеве, так как даже небольшое количество токсично для прорастающих семян.

Калимагнезия (K₂SO₄•MgSO₄) – сухое удобрение, которое содержит серу в сульфатной форме. Этот дополнительный источник калия (K⁺) и магния (Мg²⁺) может успешно применяться при посеве семян, с учетом дозы калия (K2O) и интервала между рядами. Гипс (CaSO₄) также является источником серы. Это сухое удобрение, часто используется как мелиорант почвы.

Элементарная сера должна быть окислена до S-SO₄ для восприятия растением. Окисление происходит при помощи микроорганизмов. Количество микроорганизмов в почве небольшое, таким образом, этот процесс занимает длительное время для перехода элементарной серы в доступную форму, особенно при низкой температуре почвы или слишком низкой влажности для активности микроорганизмов. Может потребоваться несколько месяцев для перехода всего количества элементарной серы в сульфат. Если необходимо срочное внесение серы – применение элементарной серы нецелесообразно. Если поступление серы в растение предусмотрено в течение длительного периода, например, в посевах люцерны или многолетних трав, то этот источник может успешно использоваться. Отзывчивость культуры будет постепенная и продолжится более длительное время, чем в варианте с применением удобрений с сульфатной формой серы. Элементарная сера может использоваться для однолетних культур, если применять ее каждый год, чтобы поступление сульфатной формы в растение было непрерывным.

Элементная сера иногда используется, чтобы понизить pH щелочных почв. Она переходит в сульфат-ион (SO₄²) под действием микроорганизмов с освобождением ионов водорода (окислительно-восстановительная реакция). Впоследствии повсеместно наблюдается небольшое снижение рН почвы, а вокруг гранул серы pH снижается значительно, это приводит к тому, что другие питательные вещества становятся более доступными для растений. Опыт показал, что внесение 300-500 фунтов элементарной серы на акр принесет пользу зерновым культурам, растущим на щелочных почвах, с высоким количеством карбоната кальция1. На кислотных почвах элементарная сера вызовет повышение кислотности почвы. Данная доза элементарной серы подходит только для почв с щелочной и сильнощелочной реакцией и наличием карбонатов кальция.

S⁰+H+¹₂O>S⁺⁴O₂+H⁰₂

Сера так же, как и азот, очень важна для построения белков в растениях. Оптимальный вариант должен включать в себя внесение с удобрением серы и азота. Можно смешать тиосульфат аммония с 28% или 32% азота или смешать сухие удобрения серы с мочевиной. Если эти удобрения применять во время вегетации культуры, важно гарантировать оптимальное поступление серы в растения, так как может потребоваться ограничение в поступлении серы во время роста.

Рекомендации по использованию серы

Количество необходимого удобрения серы зависит от содержания S-SO₄ в почве, уровня органического вещества, особенностей культуры и количества запланированного урожая. Потребление серы основными культурами представлено в таблице (потребность в сере для нормального развития корней, стеблей, листьев и семян). Количество серы находится в прямой зависимости от планируемой урожайности. Общее количество серы, необходимое для получения запланированной урожайности, может поступать в растения из почвы, воды или с удобрениями.

Для того чтобы дать рекомендации по внесению серы, используют разные методы. Некоторые пользуются усредненной величиной потребности растений в сере минус показатель теста почвы в слое 15 или 60 см, в то время как другие принимают во внимание значение органического вещества почвы и по существу предсказывают, что произойдет минерализация определенного количества серы.

Сульфат – растворимый ион и перемещается с почвенной водой так же, как нитрат-ион. Поэтому применение серных удобрений должно входить в часть ежегодной программы, если ваши почвы находятся в области дефицита серы. Невозможно предположить тестовый уровень S-SO₄ в почве, потому что подвижная сера S-SO₄ при выщелачивании, в конечном счете, переместится за пределы корневой зоны.

Определение дефицита серы

Можно использовать результаты анализов почвы на содержание серы и уровень органического вещества, чтобы выяснить, ожидается ли дефицит серы. Как мы можем проверить уровень серы в растении в период вегетации?

Образцы могут быть отобраны из наземных частей растения и проанализированы при подозрении дефицита серы (большинство сельскохозяйственных лабораторий проводят исследования тканей). Анализ на наличие различных питательных веществ позволит полностью оценить состояние растений. Если на полях есть участки с задержкой роста или проявлением необычной окраски, лучше взять образцы тканей с типичных и нетипичных участков для сравнения. Поскольку признаки дефицита серы и азота иногда кажутся довольно похожими, важно проанализировать оба вещества.

В таблице показано оптимальное (достаточное) содержание серы в растениях в данную фазу роста. Другой вариант для понимания проблемы – соотношения N:S в растении. Для злаковых зерновых культур соотношение N:S более 16:1 показывает нарушение в серном питании. Для рапса, репы и других культур семейства Горчичные (Brassicaceae) соотношение N:S как 9:1 или более указывает на вероятный дефицит серы.
Если дефицит серы выявлен на ранних стадиях развития растения, можно внести удобрения серы. Сульфат-ион растворим и может поступать в растение, как только внесенное удобрение с почвенной влагой попадет в корневую зону (как азот).

Выводы

Дефицит серы на зерновых культурах увеличивается, особенно при работе по системе No-till. Количество вносимой серы для устранения ее дефицита является небольшим по сравнению с количеством азота и фосфора, хотя сера так же важна, как азот или фосфор, для нормального роста растений и получения высоких урожаев. Обычно внесение 11-22 кг/га серы предотвратит или устранит ее дефицит в урожайный год и не потребует больших затрат. Так как сера подвержена выщелачиванию при переходе в сульфат, вносить ее с удобрениями необходимо ежегодно. Фермеры должны контролировать ситуацию при появлении бледно-зеленой, желтой окраски листьев на зерновых культурах, что может свидетельствовать о дефиците серы. При появлении этих признаков необходимо провести анализ тканей пораженных участков. Игнорирование проблемы дефицита серы и неправильное внесение удобрений ослабит накопление органического вещества почвы, провоцируя существенное снижение урожайности культур.

Автор: Раймонд С. Уорд, ученый-почвовед и основатель WardScience Laboratories at Kearney, NE.
(Перевод Татьяна Червонная)