CC BY
16
УДК 631.4
DOI 10.26897/0021-342X-2018-1-36-47
Известия ТСХА, выпуск 1, 2018
АГРОХИМИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ АГРОСЕРОИ ПОЧВЫ Р.Н. УШАКОВ, Н.А. ГОЛОВИНА
(Рязанский государственный агротехнологический университет имени П.А. Костычева)
В агросерой тяжелосуглинистой почве определены потенциальная буферная способность по отношению к калию - РВСк, фосфору - РВСр, емкость буферности к подкислению - ЕБк (буферные свойства). Буферные свойства почвы отражают межфазовые взаимодействия и являются количественной мерой устойчивости питания сельскохозяйственных растений фосфором. В многочисленных публикациях показано влияние различных удобрений на фосфатную буферность почв, проявляющееся через изменение почвенных свойств. Научная новизна работы состоит в том, что более широкая вариация почвенных свойств и их разные комбинации в пределах одного подтипа агросерой почвы позволяют более детально представить корреляции буферных свойств и их компонентов от основных агрохимических свойств. Цель исследований - установить зависимости буферных свойств агросерой почвы от основных агрохимических свойств - кислотности, гумуса, обеспеченности фосфором и калием для разработки агрохимической модели устойчивости агросерой почвы. Вариация почвенных свойств позволила установить корреляционно-регрессионные связи, рассчитать вероятностные уравнения. Потенциальную калийную и фосфатную буферность определяли по Беккетту, буферность к подкислению -потенциометрическим методом. Установлено, что низкий уровень устойчивости серой лесной почвы достигается при относительной активности калия (ARо) меньше 2 М/л • 10-3, РВСк меньше 24 ед., средний - при AR 4 М/л • 10-3, РВСк - не ниже 45 ед. и высокий - при ЛКо более 4 М/л^10'3 и РВСк более 45 ед. При равновесной концентрации фосфора (Сраен, в вытяжке 0,01 М СаС12), емкости десорбции(QJ и потенциальной буферной способности менее 0.1 мг/л, 0.7 мг Р/100 г и 34 мл/г соответственно степень устойчивости агросерой почвы расценивается как низкая. Средний уровень устойчивости обеспечивается при Р от 0,1 до 0,2 мг/л, Qg - от 0,7 до 1,4 мг Р/100 г и РВСр - от 34 до 45 мл/г; высокий уровень устойчивости при Р более 0,2 мг/л, Q„ более 1,4 мг Р/100 г и РВСр более 45 мл/г.
у Г равн
Ключевые слова: агросерая почва, фактор емкости, активность калия, калийная буферность, фосфатная буферность, емкость буферности к подкислению, физико-химические свойства, модель плодородия.
Введение
Масштабность современных экологических вызовов принуждает ориентировать современное сельское хозяйство на экологически безопасное производство. Одним из вариантов, позволяющих приблизить решение данной проблемы, является повышение устойчивости почвы к неблагоприятным условиям. В частности, некоторое опасение вызывает возможное истощение почв элементами питания [12, 13].
Одной из форм проявления устойчивости почвы можно считать способность ее к восстановлению концентрации подвижных форм элементов питания при их отчуждении с урожаем. Поэтому эта особенность почвы является дополнительным показателем, характеризующим состояние в ней калия и фосфора [9, 10].
Проблема устойчивости почв широко обсуждается в научной литературе [1, 2, 8, 14, 15]. Для определения меры устойчивости почв необходима разработка соответствующих моделей плодородия. Современные модели в большей степени указывают на уровни плодородия в соответствии с продуктивностью сельскохозяйственных растений [3]. В качестве дополнений к существующим моделям предлагается физико-химический блок, отражающий устойчивость почв, и включающий потенциальную калийную и фосфатную буферность, а также их компоненты, буферность к подкис-лению (буферные свойства). Цель исследований состояла в установлении зависимости буферных свойств агросерой почвы от основных агрохимических свойств - кислотности, гумуса, обеспеченности фосфором и калием. Полученные данные позволили нам впервые для серых лесных почв разработать агрохимическую модель устойчивости к неблагоприятным воздействиям.
Методика исследований
Объектом исследования послужила агросерая тяжелосуглинистая иловато-пы-леватая почва. Мощность гумусового горизонта составляла 22-24 см, гумусово-элювиального - 20-22 см.
Для изучения почвенных условий на формирование устойчивости калийного и фосфатного режимов было проанализировано 25 почвенных образцов, отличающихся агрохимическими показателями (табл. 1,2). Для каждого образца определены значения компонентов буферности. Вариация признаков позволила установить связи, которые можно признать закономерными в объеме предложенного массива данных.
Гумус определяли по Тюрину. Для получения QЛ - изотерм серию навесок каждого образца почвы перемешивали в течение 30 мин с 10 мл раствора 0,01 М СаС12, содержащего различное количество калия (раствор КС1 от 0,2 до 1,0 мг-экв/л). В равновесных растворах определяли величины ±ДК и AR. ±ДК представляет собой количество подвижного калия, которое почва отдает (-ДК) или поглощает (+ДК) к моменту установления равновесия между калием почвы и калием раствора, AR равна отношению активностей ионов калия и кальция. Изотерму сорбции, представляющую собой линию, прямую в верхней части и изогнутую в нижней, строили в координатах ДК и АИ0. Изотермы строили по методике [16]. Легкоподвижный калий определяли извлечением калия вытяжкой 0,002 М СаС12.
Таблица 1
Исходные данные для установления зависимостей компонентов буферности от содержания калия, гумуса, кислотности
№ AR0М0.5 М/л ¿К, мг-экв/100 г РВСк Гумус, % РНКС1 Калий, мг/100 г
обменный легкоподвижный
1 0,0050 0,240 43 2,25 4,9 13,7 1,0
2 0,0015 0,053 35 1,65 4,3 21,4 1,6
3 0,0020 0,065 42 1,88 4,3 21,9 1,8
4 0,0010 0,037 50 1,88 4,9 14,5 1,0
5 0,0010 0,035 35 1,88 4,4 19,3 1,6
6 0,0020 0,050 28 2,15 5,6 25,4 1,6
7 0,0020 0,060 32 2,85 5,2 26,7 1,8
8 0,0010 0,024 33 1,88 5,0 19,7 1,3
9 0,0012 0,048 39 1,88 4,9 21,4 1,6
10 0,0001 0 21 2,85 5,8 15,3 0,6
№ AR0M05 М/л мг-экв/100 г РВСк Гумус, % PHKCl Калий, мг/100 г
обменный легкоподвижный
11 0,0006 0 18 2,85 5,8 12,1 0,6
12 0,0002 0 29 2,60 4,8 7,5 0,3
13 0,0009 0 21 3,00 4,7 8,1 0,3
14 0,0002 0 19 2,85 4,6 10,1 0,8
15 0,0001 0,002 23 2,50 6,3 12,1 0,8
16 0,00001 0 26 2,25 4,8 8,4 0,8
17 0,0001 0 23 2,35 4,6 9,5 0,8
18 0,0002 0 28 2,50 5,2 10,1 0,6
19 0,0001 0 36 2,60 6,3 10,1 0,8
20 0,00045 0,012 27 2,60 5,2 13,3 1,0
21 0,00015 0 32 2,15 4,9 7,5 0,6
22 0,00110 0 15 2,35 4,8 12,1 1,0
23 0,0008 0,019 22 2,35 4,9 15,3 1,4
24 0,0200 0,2000 10 5,00 6,2 46,6 6,9
25 0,0025 0 14 2,15 5,6 16,9 1,4
Термодинамическая оценка фосфатного состояния почв проведена с использованием метода изотерм сорбции фосфатов: равновесная концентрация фосфора (Рравн) - по Beckwith, потенциальную буферную способность почв по отношению к фосфору (РВСр) - по Beckett (1964), максимальную буферную способность к фосфору (МВСр), буферную способность к фосфору при заданной равновесной концентрации фосфора 2 мг/л в растворе (ВСр) - по Keramidas и др. (1983) на изотермах Q/Y и Ленгмюра.
Таблица 2
Агрохимическая характеристика агросерой почвы и ее различные виды фосфатной буферности
№ образца Р в CaCl2, мг/л Р равн Р2О5, мг/100 г в вытяжке Гумус, % PHKCl МВС ВС (X1=2) Qc Y0, мг/100 г мг/л РВСр, мл/г
НС1 K2S04
1 0,044 25,5 0,5 2,25 4,9 1,8 1,1 0,16 0,12 13,5
2 0,044 30,7 0,3 1,65 4,3 2,4 1,3 0,21 0,11 18,7
3 0,044 30,3 0,5 1,88 4,3 3,0 1,3 0,24 0,11 21,9
4 0,044 26,5 0,3 1,88 4,9 2,1 1,1 0,17 0,12 14,7
5 0,132 28,7 0,6 1,88 5,0 1,3 1,1 0,47 0,36 12,9
6 0,044 20,3 0,4 1,75 5,2 5,0 1,1 0,325 0,10 32,0
7 0,132 35,3 0,3 2,00 5,2 0,9 1,1 0,34 0,43 7,90
8 0,088 34,0 0,3 1,65 4,4 1,9 1,35 0,45 0,22 20,7
9 0,088 34,3 0,5 2,00 4,4 2,2 1,4 0,42 0,22 18,7
10 0,176 19,8 0,7 2,85 5,8 2,7 1,6 1,30 0,41 32,0
11 0.176 14,9 0,6 2,85 5,8 4,1 1,7 2,315 0,38 60,8
12 0,132 13,1 0,6 2,60 4,8 3,1 1,6 1,04 0,30 34,5
13 0,176 14,4 0,3 3,00 4,7 3,6 1,6 1,74 0,39 44,3
14 0,044 27,0 0,6 2,85 4,6 2,6 1,3 0,21 0,11 18,7
15 0,132 24,0 0,5 2,60 5,2 3,6 1,3 1,12 0,30 37,3
16 0,176 17,9 0,5 2,50 6,3 3,7 1,5 1,89 0,39 48,8
17 0,088 15,2 0,5 2,35 4,6 2,5 1,4 0,47 0,21 21,9
18 0,088 14,9 0,6 2,50 5,2 3,8 1,7 0,80 0,20 40,5
19 0,132 17,9 0,5 2,60 5,2 2,8 1,6 0,87 0,31 27,9
№ образца Р в СаС12, мг/л Р равн Р2О5, мг/100 г в вытяжке Гумус, % рНКС1 МВС ВС (Х1=2) мг/100 г мг/л РВСр, мл/г
НС1 К2^04
20 0,132 17,7 0,5 2,75 5,1 2,8 1,45 0,71 0,32 21,9
21 0,132 17,0 0,5 2,15 4,9 3,5 1,4 0,92 0,31 29,8
22 0,088 19,4 0,5 2,35 4,8 4,2 1,3 0,61 0,20 29,8
23 0,088 18,4 0,5 2,35 5,4 3,3 1,0 0,61 0,20 29,8
24 0,132 19,1 0,4 2,15 5,6 1,3 1,2 0,39 0,40 9,80
25 0,044 14,1 0,4 1,75 5,2 2,2 0,9 0,137 0,13 10,57
Фосфор определяли подвижный по Кирсанову и по методу Карпинского и Замятиной в вытяжке 0,015 М К2804. При определении фосфатной буферности использовали 0,01 М СаС12 при соотношении почвы к раствору как 1:10 и 1:5.
Для изучения устойчивости почвы к подкислению определяли буферность к кислоте в 18 образцах, отличающихся в комбинациях по обменной (рНкс1) и актуальной (рН^0) кислотности (табл. 3).
Таблица 3
Буферность к кислоте по интервалам значений рН 0.5 единицы (в скобках процент буферности в данном интервале рН от общей буферности)
РНКС1 рНн2О Ca2++Mg2+, мг-экв/100 г 7,57,0 7,06,5 6,56,0 6,05,5 5,55,0 5,04,5 4,54,0 4,0-3,5 3,53,0
5,8 6,97 17,8 нет 2,5 2,5 5,0 15,0 12,5 20,0 17,4 24,9
5,8 6,91 23,5 нет 2,5 2,5 7.5 10,0 12,5 20,0 19.9 24,9
4,7 5,92 12,9 нет нет нет 2,5 5,0 7,5 10,0 14,9 19,8
4,7 5,77 13,6 нет нет нет 2,5 2,5 7,5 12,5 14,9 19,8
4,6 5,81 15,7 нет нет нет 2,5 5,0 7,5 15,0 17,5 27,3
5,15 6,30 18,2 нет нет нет 2,5 2,5 7,5 22,5 17,4 24,9
6,3 7,54 31,1 2,5 7,5 10,0 12,5 15,0 20,0 25,0 25,0 34,9
4,8 6,08 22,3 нет нет нет 2,5 5,0 5,0 7,5 12,4 20,0
4,6 5,92 21,0 нет нет нет 2,5 5,0 7,5 12,5 17,4 27,3
5,2 6,37 20,5 нет нет 2,5 5,0 7,5 10,0 15,0 19,9 29,9
6,25 7,41 33,3 2,5 2,5 5,0 10,0 10,0 12,5 25,0 22,5 29,9
6,0 7,19 25,6 нет 2,5 2,5 5,0 15,0 12,5 15,0 17,5 29,8
5,2 6,42 20,6 нет нет 2,5 2,5 7,5 7,5 12,5 17,4 22,4
5,1 6,23 21,5 нет нет 2,5 2,5 5,0 10,0 12,5 17,4 27,3
4,9 6,22 19,5 нет нет 2,5 2,5 5,0 10,0 15,0 17,5 27,3
4,8 6,02 19,3 нет нет нет 2,5 5,0 7,5 7,5 15,0 22,3
5,4 6,64 21,3 нет 2,5 2,5 5,0 7,5 12,5 12,5 17,4 24,9
4,9 5,87 16,1 нет нет нет 2,5 5,0 10,0 12,5 14,9 22,4
Для определения емкости буферности к подкислению (ЕБк) использовали метод непрерывного потенциометрического титрования (НПТ) [11]. Статистическая обработка результатов исследований произведена с использованием пакета прикладных программ STATISTICA 6.0.
Результаты и их обсуждение
Потенциальная буферная способность по отношению к калию и фосфору может служить показателем устойчивости калийного, фосфатного питания. В большинстве научных работ показано влияние агротехнологических мероприятий на формирование калийного и фосфатного режимов [4, 5, 6, 7, 9, 10].
Мы установили, что от гумуса зависит относительная активность калия (ARo). Уравнение регрессии имеет вид: Y = - 0,0098 + 0,0046Х. Предлагается для средней и высокой степени устойчивости функционирования агросерых суглинистых почв доведение значения ARo соответственно до 2-4 и 4-7 10-3 М/л0,5. В нашем случае такие величины активности возможны при ориентировочном содержании гумуса в 2,5-2,9% и 2,9-3,5%. Исходя из зависимости ARo от обменного калия, имеющий вид Y = - 0,0045 + 0,0004Х, содержание последнего должно быть для средней степени устойчивости не ниже 17-22 мг/100 г, для высокой - 22-30 мг/100 г. При содержании гумуса меньше 2,5% вероятное значение ARo составит 1,7 • 10-3 М/л0,5, что соответствует низкой степени устойчивости; если гумуса больше 2,5 %, то ARo превышает 10 • 10-3 М/л0,5; значения -ЛК (десорбционная ветвь) и +ЛК (адсорбционная ветвь) при гумусе < 2,5% ожидаются соответственно около 0,061 и 22,7 мг-экв/100 г, при гумусе > 2,5% - 0,090 и 15,6 мг-экв/100 г. (табл. 4).
Таблица 4
Вероятностные уравнения для прогноза калийного состояния
агросерой почвы
Условие АЯ, М/л0,5 о' -ЛК, мг-экв/100 г +ЛК , мг-экв/100 г
если гумуса <2 гумуса >2 Y = -1,15 + 1295Х Y= -2,70 + 60,8Х Y= -5,8 + 0,30Х
Y = -0,25 + 92,9Х Y = -0,23 + 13,6Х Y = 4,3 + 0,34Х
К2О <10 Y = -0,63 + 2185Х не установлено Y = -8,22 + 0,62Х
20> К2О >10 Y = -0,89 + 1319Х Y = -0,70 + 54,2Х Y = -3,07 + 0,23Х
К2О >20 Y = -0,40 + 85Х Y = -0,90 + 11,4Х Y = -3,47 + 0,21Х
К2О <10; гумуса < 2.5 Y = -1,04 + 11020Х не установлено Y = -9,39 + 0,75Х
20> К2О >10; гумуса <2.5 Y = -1,03 + 1189Х Y = -1,08 + 55Х Y = -2,60 + 0,19Х
К2О >20; гумуса <2.5 Y = -5,59 + 3679Х Y = -56,5 + 104,7Х Y = -3,40 + 0,20Х
К2О <10; гумуса >2.5 Y = -1,03 + 1769Х не установлено Y = -41,3 + 2,83Х
20> К2О>10; гумуса >2.5 Y = -1,10 + 3560Х Y = -0,24 + 115,6Х Y =-6,74 + 0,54Х
К2О >20; гумуса >2.5 Y = -0,69 + 62,9Х Y = -1,05 + 8,09Х не установлено
гумуса <2.5; рЙкс1 <4.5 Y = -3,40 + 2510Х Y = -2,82 + 55,4Х Y = -20,1 + 1,05Х
гумуса <2.5; рНкс1 >4.5 Y = -0,93 + 1192Х Y = -0,77 + 43,2Х Y = -2,9 + 0,22Х
Примечание: содержание гумуса в %, обменного калия в мг/100 г почвы.
При содержании обменного калия < 10 мг/100 г и от 10 до 20 мг/100 г почвы степень устойчивости низкая, так как по нашим расчетам ARo не будет превышать 2,0 • 10-3 М/л0,5. Если обменного калия > 20 мг/100 г, то можно достичь высокой степени устойчивости почвы по ARo, значение которой превышает 7 • 10-3 М/л0,5. При различных комбинациях обменного калия и гумуса получена следующая закономерность: максимальное повышение ARo до 16,5 • 10-3 М/л0,5 при увеличении гумуса (> 2,5%) отмечалось только на фоне обеспеченности агросерой почвы обменным калием не ниже средней.
Вероятностные значения ARo в математической обработке, включающей комбинации обменного калия с гумусом менее 2,5%, ниже по сравнению без гумуса. Сравнение этих значений позволяет оценить участие гумуса в формировании ARo. Для диапазона 10 > К2О > 0 вклад гумуса составляет 26%, К2О > 20 мг/100 г - 12%.
Уравнением Дубинина-Радушкевича была аппроксимирована та ветвь экспериментальной изотермы, которая проходит выше оси ординат (+АК) и указывает на адсорбцию калия. Знак коэффициента регрессии в уравнении Y = 28,5-2,8Х позволяет заключить, что чем кислее почва, тем больше поглощается калия, что связано, вероятно, с недонасыщенностью илистых фракций гумусом, содержание которого составляло в большинстве случаев 1,65 - 2,25%, а рНкс1 - 4,3-5,0. Установлено, что, если гумуса < 2,5% и рНкс1 < 4,5, то значение -АК возрастает в 1,8 раза (до 0,07 мг-экв/100 г) по сравнению с рНкс1 > 4,5. В кислой среде ожидается также увеличение поглощения калия на 2-3 мг-экв/100 г (+АК = 20 мг-экв/100 г).
Значение потенциальной буферной способности по отношению к калию (РВСк) возрастает при увеличении гумуса в почве. В 44% случаев при содержании гумуса меньше 2,5% РВСк превышала 20 ед., при этом содержание обменного калия в области рНкс1 < 5,0 колебалось от 8 до 15 мг/100 г, при рНкс1 > 5,0 - от 19 и выше. В 32% случаев содержание гумуса более чем 2,5%, привело к формированию РВСк > 20 ед., однако, это возможно только при ниже средней обеспеченности почвы обменным калием.
Наибольшее значение РВСк (рис. 1) было установлено в 16% случаев, когда отмечалось снижение гумуса до 1,7-1,9% и превышение обменным калием величины 20 мг/100 г, хотя последний определяет относительную активность калия, поэтому значение РВСк должно снижаться. Проанализировав причины, считаем, что такая РВСк не может считаться оптимальной, так как ее формирование происходит на фоне кислой реакции среды. По-видимому, по причине высокой кислотности почвы и низкой обеспеченности ее калием (К2О около 10 мг/100 г) следует ожидать формирования низкой буферности (РВСк = 32) при содержании гумуса > 2,5%. Аналогичный эффект обнаруживается и при среднекислой реакции среды, но при более высоких значениях обменного калия. В первом и втором случаях (в сумме на их долю приходилось 36%) низкая РВСк была обусловлена невысокой десорбционной способность при содержании гумуса > 2,5%. В 40% случаев РВСк возросла до 41 ед. на фоне обеспеченности калием, не превышающей 20 мг/100 г., что обусловлено не только незначительной активностью калия, но и низким содержанием гумуса (< 2,5%).
Исходя из полученных экспериментальных данных, и учитывая приемлемую для средней степени устойчивости агросерой почвы относительную активность калия 0,002-0,003 М/л, рассчитано необходимое содержание гумуса и обменного калия - 2,6-2,8% и 17,1-19,7 мг/100 г соответственно. При таких величинах вероятное значение АК составляет 0,044-0,060 мг-экв/100 г. В соответствии с приведенными расчетами, основанными на регрессионных уравнениях, РБСк = 22. Это не самый оптимальный показатель буферности, так как можно в агросерой тяжелосуглинистой почве за счет комплексного ее окультуривания повысить АК до 0,09 мг-экв/100 г. При такой адсорбционной способности содержание гумуса долж-
но быть 3,9%, обменного калия - 26 мг/100 г. Если принять за среднюю степень устойчивости ARo = 0,002-0,003 М/л, то РБСк составит 30-45.
Рис. 1. Потенциальная буферная способность по отношению к калию с вероятностными уравнениями при различных комбинациях содержания гумуса и обменного калия
Примечание: условия для уравнения 1 - гумуса < 2,5; К20 < 20; 2 - гумуса > 2,5; К20 < 20; 3 - гумуса < 2,5; К20 > 20; 4 - гумуса > 2,5; К20 > 20
Следовательно, устойчивость калийного режима складывается при содержании гумуса в агросерой почве выше 2,5%, обменного калия - не ниже 17-20 мг/100 г и рНкс1 > 5. Увеличение содержания гумуса приводит к повышению относительной активности калия и улучшению функционального состояния ППК. При содержании обменного и легкоподвижного калия в почве соответственно ниже 12 и 1 мг/100 г ARo элемента крайне низкая (0,5-0,7 • 10-3 М/л). При возрастании количества обменного калия в 2 раза значение ARo увеличивается в 7 раз, ДКо - в 10 раз, РВСк - в 2,2 раза (табл. 5).
Таблица 5
Влияние содержания обменного калия К2Ообм мг/100 г, легкоподвижного калия К2О , мг/100 г и гумуса, % на компоненты РВСк агросерой почвы
Условие AR,•10-3 М/л о' -ДК о, мг-экв/100 г РВСк
К2О б <12 2 обм <0,5 <0,01 20
20> К П >12 2 обм 3,5 0,1 29
20>КО >12 2 обм 3.5> гумус>2.5 4,5 0,20 44
К2О <1 2 легк <0,7 <0,01 14
2>К2О >1 2 легк 1,3 0,04 31
Максимальная буферная способность по отношению к фосфору - МВСР, буферная способность к фосфору - ВСР (при равновесной концентрации фосфора 2 мг/л), Потенциальная буферная способность к фосфору - РВСр зависят от содержания подвижного фосфора в растворе и гумуса. При этом установлено, что если при
увеличении подвижного фосфора, определенного по методу Кирсанова, значения всех видов буферности снижались, то по фосфору в вытяжках СаС12 и К2804 они увеличивались.
Наибольшие величины различных видов фосфатной буферности (МВС = 4,1; ВС = 17; РВСр = 50) достигаются при содержании гумуса и Рравн > 2,5% и 0,11 мг/л соответственно. Возрастание РВСр при отмеченных условиях обусловлено увеличением десорбционной способности ^ ) до 1,9 мг/100 г (вероятностное уравнение Y = - 2,0 + 1,6Х). При гумусе < 2,5, Р < 0,11 - Q = 0,6 мг/100 г ^ =
- 1,7 + 4,3Х); при гумусе < 2,5, Рравн > 0,11 - Qo= 1,5^/100 г (Г = - 0,9 + 1,3Х).
Аналогичная закономерность установлена для гумуса > 2,5% и рНкс1 > 4,5. Следовательно, повышение в почве органического вещества, фосфора, снижение кислотности способствуют улучшению буферных свойств.
Считается, что наиболее благоприятным фосфатным режимом обладает почва с относительно высокими буферными свойствами, обусловленными не поглощением фосфора твердой фазой, а его десорбцией. В наших исследованиях, проведенных на агросерыхтяжелосуглинистых почвах, в 36% случаев имело место одновременное повышение интенсивности фосфора в растворе и РВСр относительно 25 мл/г. Оптимальные условия достигаются при содержании гумуса около 3,0%; рНкс1 - 5,3 и Рравн
- 0,15 мг/л. В 32% случаев происходило снижение как РВСр, так и Yo при условии содержания гумуса < 2,5%, Рравн < 0.11 мг/л и возрастания кислотности почвенного раствора до 4,6 рНкс1. Установлено, что, если содержание Рравн < 0,11 мг/л, а гумуса < 2,5%, то Qo= 0,68 мг/100 г. Если величины отмеченных выше параметров увеличиваются соответственно до 0,15 мг/л и 3,5%, то Qo возрастает до 1,35 мг/100 г, а РВСр
- с 34 до 45 мл/г. Примем значения РВСР = 34 - 45 мл/г, Qo - 0.6 - 1,3 мг/100 г и Рравн = 0,1 - 0,2 за средний уровень устойчивости агросерой почвы.
Установлена зависимость емкости буферности к подкислению (ЕБк) от содержания поглощенных оснований кальция, магния и различных видов кислотности. Например, исходя из уравнений регрессий рассчитано, что увеличение в агросерой почве содержания суммы кальция и магния на 1 мг-экв/100 г почвы и снижение кислотности почвы (рНкС1) на единицу способствуют повышению значения ЕБк соответственно на 3,6 и 39,3 мМ-экв/кг почвы.
Полученные результаты позволили разработать ориентировочную модель ранжированной устойчивости агросерой почвы (табл. 6).
Таблица 6
Модель агрохимической устойчивости агросерой тяжелосуглинистой почвы
Показатели Единица измерения Уровень устойчивости почвы
низкий средний высокий
Общая за интервалы рН емкость буферности к подкислению (ЕБк) мМ-экв/100 г < 9 9 - 11 > 11
Поглощенные основания(Ca2++Mg2+) мг-экв/100 г < 20 20 - 25 > 25
Относительная активность калия (АР^) М/л-10-3 < 2 2 - 4 > 4
Потенциальная калийная буферность (РБСк) фактор емкости в мг-экв/100 г < 24 24 - 45 > 45
Равновесная концентрация фосфора (в вытяжке 0.01 М СаС12) мг/л < 0.1 0.1 - 0.2 > 0.2
Емкость десорбции (0с) мг Р/100 г < 0.7 0.7 - 1.4 > 1.4
Потенциальная фосфатная буферность (РВСр) мл/г < 34 34 - 45 > 45
Заключение
При содержании обменного калия менее 10 мг/100 г и от 10 до 20 мг/100 г почвы степень устойчивости низкая, так как ARo не будет превышать 2,0 • 10-3 М/л0,5. Если обменного калия больше 20 мг/100 г, то достигается высокая степень устойчивости почвы по ARo, значение которой превышает 7 • 10-3 М/л0,5.
При различных комбинациях обменного калия и гумуса получена следующая закономерность: максимальное повышение относительной активности калия до 16,5 • 10-3 М/л0,5 и при увеличении гумуса отмечается только на фоне обеспеченности агросерой почвы обменным калием не ниже средней. В 44% случаев при содержании гумуса < 2,5%, РВСк превышает 20 ед., при этом содержание обменного калия в области рН < 5,0 колебалось от 8 до 15 мг/100 г, при рНю > 5,0 - от 19 и выше. В 32% случаев при содержании гумуса более, чем 2,5%, РВСк было больше 20 ед., однако, это возможно только при ниже средней обеспеченности почвы калием. Для достижения оптимальной активности калия 0,002 - 0,0035 М/л, содержание гумуса должно быть не ниже 3,0%, обменного калия - 20 мг/100 г. При превышении гумуса 3% (до 3,5%) и обменного калия 20 мг/100 г РБСк увеличивается в два раза (с 20-24 до 40-45).
Наибольшая величина РБСр достигается при содержании гумуса и Р в почве > 2,5% и 0.11 мг/л соответственно. При гумусе < 2,5, Р < 0,11 - Qo= 0,6 мг/100 г; при гумусе < 2,5, Р > 0,11 - Q = 1,5 мг/100 г. Аналогичная закономерность установлена для гумуса > 2,5% и рНкс1 > 4,5. Поэтому повышение в почве органического вещества, фосфора, снижение кислотности способствуют улучшению буферных свойств агросерой почвы.
Если общая за интервалы рНкс1ЕБк лежит в диапазоне 9-11 мМ-экв/100 г, то достигается средний уровень устойчивости почвы. При этом поглощенных оснований должно быть не менее 20 мг-экв/100 г. Не рекомендуется доводить ЕБк до значений менее 9 мМ-экв/100 г.
Библиографический список
1. Ананьева Н.Д. Микробиологические аспекты самоочищения и устойчивости почв. М.: Наука, 2003. 223 с.
2. Державин Л.М., Фрид А.С. О комплексной оценке плодородия пахотных земель // Агрохимия. 2002. № 8. С. 5- 13.
3. Ильина Л.В. Комплексное воспроизводство плодородия серых лесных почв и его эффективность. Рязань: Узоречье, 1997. 231 с.
4. Кирпичников Н.А, Шильников И.А., Аканова Н.И., Чернышкова Л.Б. Фосфатный режим дерново-подзолистой почвы в зависимости от применения известковых и фосфорных удобрений // Плодородие. 2014. №4 (79). С. 21-23.
5. Лукин С.М. Калийное состояние дерново-подзолистой супесчаной почвы и баланс калия при длительном применении удобрений // Агрохимия. 2012. №12. С. 5-14.
6. Минеев В.Г., Гомонова Н.Ф., Морачевская Е.В. Изменение свойств и калийного состояния дерново-подзолистой среднесуглинистой почвы при 40-летнем применении агрохимических свойств // Агрохимия. 2013. №10. С. 3-12.
7. Никитина Л.В. Влияние длительного применения удобрений в зернопропашном севообороте на калийный режим дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почвы // Агрохимия. 2012. №12. С. 15-23.
8. Никитишен В.И. Плодородие почвы и устойчивость функционирования агроэкосистемы. М.: Наука, 2002. 258 с.
9. Савич В.И., Платонов И.Г., Духанин Ю.А., Поветкина Н.Л., Сафонов А.Ф. Комплексная оценка состояния калия в почве // Известия Тимирязевской сельскохозяйственной академии. 2006. №3. С. 15-28.
10. Савич В.И., БайбековР. Ф., АмергужинХ.А., Платонов И.Г., Садуакасов Н.М. Комплексная оценка обеспеченности почв фосфатами // Известия Тимирязевской сельскохозяйственной академии. 2004. №1. С. 3-15.
11. Соколова Т.А. Взаимодействие лесных суглинистых подзолистых с модельными кислыми осадками и кислотно-основная буферность подзолистых почв. М.: Изд-во МГУ, 2001. 208 с.
12. Сычев В.Г., ЛуневМ.И., Павлихина А.В. Современное состояние т динамика плодородия пахотных почв России // Плодородие. 2012. №4 (66). С. 5-7.
13. Чекмарев П.А., Лукин С.В. Мониторинг плодородия пахотных почв Центрально-Черноземных областей России // Агрохимия. 2013. №4. С. 11-22.
14. ЧерниковВ.А., МилащенкоН.З., Соколов О.А. Экологическая безопасность и устойчивое развитие // Устойчивость почв к антропогенному воздействию. Пущино: ОНТИ ПНЦ РАН, 2001. Кн. 3. 203 с.
15. Чижикова Н.П. Изменение минералогического состава тонких фракций почв под влиянием агротехногенеза // Почвоведение. 2002. № 7. С. 867-875.
16. BeckettP.H.T. Studies of soil potassium. The "immediate" Q/I relations of labile potassium in the soils // J. Soil Sci. 1964. V. 15. №1. P. 9-23.
AGROCHEMICAL MODEL OF AGROGRAY SOIL
R.N. USHAKOV, N.A. GOLOVINA
(Ryazan State Agrotechnological University named after P.A. Kostychev)
The authors have determined the potential buffering capacity in gray heavy loamy soil in relation to potassium - PBCK, phosphorus - PBCP, acidification buffering capacity - EBk (buffering properties). The soil buffering properties reflect inter-phase interactions and reperesent a quantitative measure of the phosphorus nutrition stability of farm crops. Numerous publications have shown the influence of different fertilizers on soil buffering capacity, which manifests itself in changes of soil properties. The scientific novelty of the work is in the revealed fact that a wider variation of soil properties and their different combinations in one type of agrogray soil allow deeper understanding of the correlation of buffering properties and their components and basic agrochemical properties. The aim of the study is to determine the dependence of agrogray soil buffering properties on agrochemical properties - acidity, humus, phosphorus and potassium supply - to develop the agrochemical model of agrogray soil stability. The soil properties variation enables us to determine correlation-regression links and make probability equations. The authors have determined the potential potassium buffering using the Beckett's method, and acidification buffering capacity with a potentiometer method. They have determined that the low level of agrogray soil stability is obtained with potassium relative activity (ARJ less than 2 M/110-3, PBCK is less than 24 units. The middle level is when AR is equal to M/H0~3, PBCK is not less than 45 units and the high level is when AR is more than M/110-3 and PBC is more than 45 units. When equilibrium concentration of phosphorus (C . in extract 0,01 M CaCl2), desorption volume (QJ and potential buffering capacity is less than 0.1 mg/l, 0,7 mg P/100 g and 34 ml/g correspondingly the degree of agro-gray soil stability is low. The middle level of stability is when PeuilL varies from 0,1 to 0,2 mg/l, Q0 ranges from 0,7 to 1,4 mg P/100 g and PBCP is in the range between 34 and 45 ml/g. The high stability level is when P a exceeds 0,2 mg/l, Q0 is higher than 1,4 mg P/100 g andPBCP is over 45 ml/g.
Key words: agrogray soil, potassium activity, capacity factor, potassium buffering capacity, phosphate buffering capacity, acidification buffering capacity, physicochemical characteristics, fertility model.
References
1. Anan'yevaN.D. Mikrobiologicheskiye aspekty samoochishcheniya i ustoychivosti pochv [Microbiological aspects of soil self-cleaning and stability]. M.: Nauka, 2003. 223 p.
2. Derzhavin L.M., FridA.S. O kompleksnoy otsenke plodorodiya pakhotnykh zemel' [On the integrated assessment of arable land fertility] // Agrokhimiya. 2002. No. 8. P. 5-13.
3. Il'ina L.V. Kompleksnoye vosproizvodstvo plodorodiya serykh lesnykh pochv i yego effektivnost'. [Complex reproduction of the fertility of gray forest soils and its efficiency]. Ryazan': Uzorech'ye, 1997. 231 p.
4. Kirpichnikov N.A., Shil'nikov I.A., Akanova N.I., Chernyshkova L.B. Fosfatnyy rezhim dernovo-podzolistoy pochvy v zavisimosti ot primeneniya izvestkovykh i fosfornykh udobreniy [Phosphate mode of sod-podzolic soil depending on the use of calcareous and phosphoric fertilizers] // Plodorodiye. 2014. No. 4 (79). P. 21-23.
5. Lukin S.M. Kaliynoye sostoyaniye dernovo-podzolistoy supeschanoy pochvy i balans kaliya pri dlitel'nom primenenii udobreniy [Potassium state of sod-podzolic sandy loamy soil and potassium balance in long-term fertilizer application] // Agrokhimiya.
2012. No. 12. P. 5-14.
6.Mineyev V.G., GomonovaN.F.,Morachevskaya Ye.V. Izmeneniye svoystv i kaliynogo sostoyaniya dernovo-podzolistoy srednesuglinistoy pochvy pri 40-letnem primenenii agrokhimicheskikh svoystv [Changes in the properties and potassium content of sod-podzolic medium loamy soil after a 40-year application of agrochemicals] // Agrokhimiya.
2013. No. 10. P. 3-12.
7. Nikitina L.V Vliyaniye dlitel'nogo primeneniya udobreniy v zernopropashnom sevooborote na kaliynyy rezhim dernovo-podzolistoy tyazhelosuglinistoy pochvy [Influence of prolonged application of fertilizers in grain-and-row crop rotation on the potassium content of sod-podzolic heavy loam soil] // Agrokhimiya. 2012. No. 12. P. 15-23.
8. Nikitishen V.I. Plodorodiye pochvy i ustoychivost' funktsionirovaniya agroekosistemy [Soil fertility and the stability of agroecosystem functioning]. M.: Nauka, 2002.258 p.
9. Savich V.I., Platonov I.G., Dukhanin Yu.A., Povetkina N.L., Safonov A.F. Kompleksnaya otsenka sostoyaniya kaliya v pochve [Complex assessment of the potassium content in soil] // Izvestiya Timiryazevskoy sel'skokhozyaystvennoy akademii. 2006. No. 3. P. 15-28.
10. Savich V.I., Baybekov R.F., Amerguzhin KH.A., Platonov I.G., Saduakasov N.M. Kompleksnaya otsenka obespechennosti pochv fosfatami [Comprehensive assessment of the content of phosphates in soil] // Izvestiya Timiryazevskoy sel'skokhozyaystvennoy akademii. 2004. No. 1. P. 3-15.
11. Sokolova T.A. Vzaimodeystviye lesnykh suglinistykh podzolistykh s model'nymi kislymi osadkami i kislotno-osnovnaya bufernost' podzolistykh pochv [Interaction of forest loamy podzolic soils with model acidic sediments and acid-base buffering of podzolic soils]. M.: Izd-vo MGU, 2001. 208 p.
12. Sychev V.G., Lunev M.I., Pavlikhina A.V. Sovremennoye sostoyaniye t dinamika plodorodiya pakhotnykh pochv Rossii [Current state and dynamics of the fertility of arable soils in Russia] // Plodorodiye. 2012. No. 4 (66). P. 5-7.
13. Chekmarev P.A., Lukin S.V Monitoring plodorodiya pakhotnykh pochv Tsentral'no-Chernozemnykh oblastey Rossii [Monitoring of the fertility of arable soils in the Central Black Earth regions of Russia] // Agrokhimiya. 2013. No. 4. P. 11-22.
14. Chernikov V.A., Milashchenko N.Z., Sokolov O.A. Ekologicheskaya bezopasnost' i ustoychivoye razvitiye [Ecological safety and sustainable development] // Ustoychivost' pochv k antropogennomu vozdeystviyu. Pushchino: ONTI PNTS RAN, 2001. Book 3. 203 p.
15. Chizhikova N.P. Izmeneniye mineralogicheskogo sostava tonkikh fraktsiy pochv pod vliyaniyem agrotekhnogeneza [Changes in the mineralogical composition of fine soil fractions under the influence of agrotechnogenesis] // Pochvovedeniye. 2002. No. 7. P. 867-875.
16. BeckettP.H.T. Studies of soil potassium. The "immediate" Q/I relations of labile potassium in the soils // J. Soil Sci. 1964. V. 15. №1. P. 9-23.
Ушаков Роман Николаевич - д. с.-х. н.. проф. кафедры лесного дела, агрохимии и экологии ФГБОУ ВО «Рязанский государственный агротехнологический университет имени П.А. Костычева» (390044, г. Рязань, ул. Костычева, 1; тел.: 8(491)2-98-20-15; e-mail: r.ushakov1971@mail.ru).
Головина Наталья Александровна - асп. кафедры лесного дела, агрохимии и экологии ФГБОУ ВО «Рязанский государственный агротехнологический университет имени П.А. Костычева» (390044, г. Рязань, ул. Костычева, 1; тел.: 8(491)2-98-20-15; e-mail: n.a.golovina1988@mail.ru).
Roman N. Ushakov - DSc (Ag), Professor of Faculty of Forestry, Agro-Chemistry and Ecology, Ryazan State Agrotechnological University named after P.A. Kostychev, (390044, Ryazan, Kostychev Str., 1; phone: +7(491)2-98-20-15; e-mail: r.ushakov1971@ mail.ru).
Nataliya A. Golovina - a postgraduate student of the Department of Forestry, Agro-Chemistry and Ecology, Ryazan State Agrotechnological University named after P.A. Kostychev, (390044, Ryazan, Kostychev Str., 1; phone: +7(491)2-98-20-15; e-mail: n.a.golovina1988@mail.ru).
