CC BY
141БИОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПЛОДОРОДИЯ ПОЧВ
УДК 631.8:631.445
БИОЛОГИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ ПОЧВЫ И УРОЖАЙНОСТЬ ЯРОВОЙ ПШЕНИЦЫ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ОРГАНИЧЕСКИХ И МИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИЙ
В.Г. Сычев, акад. РАН, Г.Е. Мерзлая, д.с.-х.н., С.П. Волошин, ВНИИА, И.В. Понкратенкова, Смоленский НИИСХ
Рассмотрены на основании исследований в длительном полевом опыте на окультуренной дерново-подзолистой легкосуглинистой почве закономерности действия органических и минеральных удобрений на биологические свойства почвы и урожайность яровой пшеницы, возделываемой в севообороте.
Ключевые слова: органические и минеральные удобрения, почва, биологическая активность, урожайность.
В обеспечении продовольственной безопасности страны важное значение имеют устойчивое развитие земледелия, сохранение плодородия почв и повышение урожайности сельскохозяйственных культур. Одно из необходимых условий при этом - научно обоснованное применение органических и минеральных удобрений. Согласно работам отечественных ученых [1-5], наиболее эффективно их совместное внесение под сельскохозяйственные культуры. Однако многие вопросы, в том числе связанные с биологическими свойствами почв при различном уровне применения удобрений, мало изучены.
Цель исследований - установить при выращивании яровой пшеницы в полевом севообороте эффективные дозы и сочетания подстилочного навоза и минеральных удобрений. Это обеспечит повышение биологической активности почвы, сохранение биоразнообразия микробоценоза и получение высокой урожайности зерна.
Методика. Исследования проводили на дерново-подзолистой легкосуглинистой почве в длительном полевом опыте, который был заложен в 1978 г. в Смоленской области по сокращенной факториальной схеме, представляющей выборку 1/27 (6 х 6 х 6 х 6). Изучали четыре фактора: навоз крупного рогатого скота, азотные, фосфорные, калийные минеральные удобрения в шести дозах. Всего в опыте 48 вариантов. Закладку и проведение опыта осуществляли в соответствии с Программой и методикой исследований в Географической сети опытов по комплексному применению средств химизации в земледелии (1990).
Единичные дозы навоза в 1-й ротации севооборота под картофель и озимую пшеницу составляли 20 и 15 т/га соответственно, во 2- и 3-й ротациях - 20 т/га под картофель и в 4-й ротации -15 т/га под озимую рожь. Перед первой и второй ротациями севооборота осуществляли известкование почвы по полной гидролитической кислотности.
Исследования проводили в четвертой ротации севооборота (2002 - 2008 гг.) с чередованием культур: 1 - однолетние травы (овес на зеленый корм); 2 - озимая рожь; 3 - ячмень; 4 и 5 -многолетние травы 1- и 2-го годов пользования; 6 - яровая пшеница; 7 - овес.
Почва опытного участка дерново-подзолистая легкосуглинистая, подстилаемая карбонатной мореной, окультуренная. Перед закладкой опыта в 1978 г. в слое 0-20 см (в среднем по двум полям) почва имела следующие агрохимические показатели: рНкс1 5,5, содержание органического углерода - 1,3%, подвижного фосфора (P2O5) (по Кирсанову) - 156, калия (K2O) - 138 мг/кг почвы.
Повторность в опыте трехкратная. Площадь делянки - 112 м2 (7 х 16 м), учетная площадь делянки - 48 м2 (4 х 12 м).
Навоз в 4-й ротации вносили под озимую рожь. Он поступал с фермы крупного рогатого скота с небольшим количеством подстилки. Имел влажность 70% и содержал в среднем 0,46% общего азота, 0,08 аммонийного азота, 0,21 P2O5 и 0,66
% К2О. Содержание органического вещества (на сухую массу) составляло 59%, отношение C : N равно 19. Валовое содержание тяжелых металлов (мг/кг сухой массы) было невысоким: Cd - 0,1, Сг - 1, № - 1, Си - 0,6, Zn - 7.
С единичной ежегодной дозой навоза, равной в среднем за 30 лет 3,2 т/га, в почву вносилось в расчете на 1 га 580 кг органического вещества, 14,5 №, 6,6 Р205 , 20,7 кг К2О. За 4 ротации севооборота с единичной дозой органического удобрения 96 т/га в почву поступило 17,4 т/га органического вещества, 435 кг/га №, 198 Р205 , 621 кг/га К2О. Единичные дозы азота, фосфора и калия составляли по 25,5 кг д.в/га. За 30 лет опыта в почву поступило с минеральными удобрениями по 765 кг/га азота, фосфора (Р205) и калия (К2О).
Обработку опытных данных проводили по Перегудову (1987), дисперсионный анализ - по Доспехову (1965) с использованием компьютерной программы БТ^^.
Результаты и их обсуждение. В исследованиях, выполненных совместно с кафедрой агрохимии и биохимии растений МГУ имени М.В. Ломоносова [6], изучали биологическую активность почвы, которая является индикаторным показателем её экологического состояния. Установлено (рис. 1), что, по данным за 2010 г., общая численность микроорганизмов в почве на контроле составляла 46,8 кл/г-106. Влияние навоза в тройной дозе повышало этот показатель до 66,4 кл/г-106, в то время как при применении одних минеральных удобрений он был даже ниже контроля и составлял 38,1 кл/г-106. В вариантах органоминеральных систем удобрения общая численность микроорганизмов колебалась от 43,6 до 82,5 кл/г-106, причём с ростом доз удобрений, но только до 4-кратных, она возрастала.
Рис. 1. Общая численность микроорганизмов в почве
Микробное разнообразие почвы во всех вариантах опыта характеризовалось высокими показателями (рис. 2). Индекс биоразнообразия при этом равен 4,6-5,0. Исключение составлял только вариант с внесением одного фосфорного удобрения, где индекс биоразнообразия снижался до 4,0, в основном за счёт анаэробных видов бактерий.
При изучении целлюлозоразлагающей активности почвы установлено, что на контроле без удобрений в 2010 г. за период экспозиции в течение 55 сут разложилось 3,74 г ткани, или 49,9%. Высоким этот показатель был в вариантах последействия калийных удобрений и пятикратных доз сочетания минеральных и органических удобрений, составивший, соответственно, 52,5 и 61,7%. При одностороннем применении
тройной дозы навоза разложение ткани находилось на уровне 4,37 г, или 58,3%. Меньшее влияние на целлюлозоразлагаю-щую способность микроорганизмов оказывали в последействии азотные удобрения при одностороннем применении, а большее - калийные. Это, связано, очевидно, с увеличением запасов подвижного калия в почве и возможным поглощением его глинистыми минералами, улучшением калийного и в целом питательного режима почв, оптимизирующего в итоге условия деятельности микроорганизмов и способствующего повышению урожайности.
4.6 4.7 4.6 48
* / / /
* / / /
Рис. 2. Индекс биоразнообразия микробоценоза почвы
Рис. 3. Целлюлозоразрушающая способность микробных сообществ в
почве
Важно отметить, что с ростом доз удобрений в органоми-неральных вариантах наблюдалась тенденция к увеличению разложения ткани с 49,9 (на контроле) до 61,7 % при максимальных дозах навоза и минеральных удобрений.
При этом удобрения в соответствии со схемой опыта вносили в течение четырех ротаций севооборота, а в год исследований испытывали их последействие. Весной в качестве поддерживающего удобрения был внесен фоном во всех вариантах минеральный азот в дозе 45 кг/га.
Целлюлозоразлагающая способность микробных сообществ в почве в условиях засушливого лета 2011 г. была значительно слабее, чем в 2010 г. Тем не менее и в данном случае установлено большее воздействие на этот показатель органической системы удобрения. Несмотря на последействие органических удобрений, разложение льняной ткани составило 16,9%, что на 5% выше контроля. В то же время в вариантах одностороннего внесения азотных, фосфорных и калийных минеральных удобрений, а также полного минерального удобрения разложение ткани было меньшим, чем на контроле. Более высокая целлюлозоразлагающая способность микроорганизмов, хотя и на уровне тенденции, отмечалась в ор-ганоминеральных вариантах с двойными, четырёх- и пятикратными дозами.
Сравнительное изучение урожайности зерна яровой пшеницы сорта МИС в различных вариантах удобрений выявило преимущество органоминеральной системы в дозах М60Р60К60 на фоне последействия 6,6 т/га подстилочного навоза (табл.). Урожайность зерна при этом в среднем по двум полям за 2007-2008 гг. составила 33,4 ц/га, или была на 74% выше контроля при окупаемости 1 кг №К 7,9 кг. Продуктивность звена севооборота многолетние травы - яровая пшеница находи-
лась на уровне 34,8 ц з.е/га, что на 45% выше контроля без внесения удобрений.
Органическая система удобрения с использованием подстилочного навоза в дозе 9,9 т/га севооборотной площади в последействии обеспечивала урожайность зерна яровой пшеницы 30,2 ц/га, что на 57% превышало контроль. Она уступала по данному показателю органоминеральной системе с двойными дозами удобрений.
Влияние органических и минеральных удобрений на урожайность яровой пшеницы (в среднем за 2007-2008 гг.)
Вариант опыта Урожайность, Прибавка
ц/га ц/га %
Контроль (без удобрений) 19,2 - -
N90 30,5 11,3 59
Р90 30,6 11,4 59
К90 27,6 8,4 44
Р90К90 31,5 12,3 64
N90^0 31,9 12,7 66
М90Р90 31,8 12,6 66
М90Р90К90 34,5 15,3 79
Навоз, 9,9 т/га 30,2 11,0 57
К90+навоз, 9,9 т/га 34,4 15,2 79
Р90+навоз, 9,9 т/га 31,3 12,1 63
Р90К90+навоз, 9,9 т/га 34,5 15,3 80
М90+навоз, 9,9 т/га 41,2 22,0 114
М90К90+навоз, 9,9 т/га 36,8 17,6 91
М90Р90+ навоз, 9,9 т/га 38,6 19,4 101
М90Р90К90+ навоз, 9,9 т/га 35,3 16,1 84
М30Р30К30+ навоз, 3,3 т/га 28,5 9,3 48
М30Р30К120+ навоз, 3,3 т/га 28,4 9,2 48
М30Р120К30+ навоз, 3,3 т/га 34,0 14,8 77
М30Р120К120+ навоз, 3,3 т/га 35,2 16,0 83
М120Р30К30+ навоз, 3,3 т/га 38,1 18,9 98
М120Р30К120+ навоз, 3,3 т/га 29,4 10,2 53
М120Р120К30+ навоз, 3,3 т/га 31,1 11,9 62
М120Р120К120+ навоз, 3,3 т/га 38,2 19,0 99
М30Р30К30+ навоз, 13,2 т/га 32,6 13,4 70
М30Р30К120+ навоз, 13,2 т/га 29,3 10,1 52
М30Р120К30+ навоз, 13,2 т/га 30,6 11,4 59
М30Р120К120+ навоз, 13,2 т/га 33,2 14,0 73
М120Р30К30+ навоз, 13,2 т/га 34,0 14,8 77
М120Р30К120+ навоз, 13,2 т/га 31,5 12,3 64
М120Р120К30+ навоз, 13,2 т/га 30,1 10,9 57
М120Р120К120+ навоз, 13,2 т/га 32,3 13,1 68
М60Р60Кй0 + навоз, 6,6 т/га 33,4 14,2 74
М60Р60К150 + навоз, 6,6 т/га 33,1 13,9 72
М60Р150К60 + навоз, 6,6 т/га 34,0 14,8 77
М60Р150К150 + навоз, 6,6 т/га 34,5 15,3 80
М150Р60К60 + навоз, 6,6 т/га 34,4 15,2 79
М150Р60К150 + навоз, 6,6 т/га 36,6 17,4 91
М150Р150К60 + навоз, 6,6 т/га 32,1 12,9 67
М150Р150К150 + навоз, 6,6 т/га 38,1 18,9 98
МюРаКзс + навоз, 16,5 т/га 29,9 10,7 55
М60Р60К150 + навоз,16,5 т/га 35,1 15,9 83
М60Р150К60 + навоз,16,5 т/га 37,8 18,6 97
М60Р150К150 + навоз,16,5 т/га 34,1 14,9 77
М150Р60К60 + навоз,16,5 т/га 34,4 15,2 79
М150Р60К150 + навоз,16,5 т/га 29,6 10,4 54
М150Р150К60 + навоз,16,5 т/га 37,7 18,5 96
М150Р150К150 + навоз,16,5 т/га 39,6 20,4 106
НСР05 5,7
Минеральная система в дозах М^Р^К^ позволяла получать урожайность яровой пшеницы в среднем 34,5 ц/га, или на 80% выше контроля, однако с более низкой, чем при использовании органоминеральной системы в двукратных дозах, окупаемостью 1 кг питательных веществ вносимых удобрений зерном - 5,6 кг по сравнению с 7,9 кг.
Наибольшая урожайность яровой пшеницы - 41,2 ц/га была достигнута в варианте последействия 9,9 т/га навоза с
5
5
4
азотными минеральными удобрениями в дозе 90 кг/га N. Однако при этом по содержанию белка в зерне, равному 9,9 %, данный вариант значительно (на 2,1 %) уступал органомине-ральному варианту с двойными дозами удобрений, т.е. №60Р60К60 на фоне 6,6 т/га навоза.
Таким образом, анализ данных стационарного полевого опыта показал, что на окультуренной дерново-подзолистой легкосуглинистой почве в условиях западной части Нечернозёмной зоны России применение органических и минеральных удобрений под яровую пшеницу при оптимизации доз и сочетаний является агрономически эффективным и экологически безопасным приемом, обеспечивающим рост урожайности зерна яровой пшеницы, повышение биологической активности почвы и сохранение микробного биоразнообразия. Литература
1. Прянишников Д.Н. Избранные сочинения. Т.!. Агрохимия. - М.: Колос, 1965. - 767 с.
2. Бодрова Е.М., Озолина З.А. Совместное применение органических и минеральных удобрений. - М.: Россельхозиздат, 1965. - 140 с.
3. Влияние длительного применения удобрений на органическое вещество почв /Под ред. В.Г. Сычева, Л.К. Шевцовой. - М.: ВНИИА, 2010. - 352 с.
4. Минеев В.Г., Дебрецени Б., Мазур Т. Биологическое земледелие и минеральные удобрения. - М.: Колос, 1993. - 415 с.
5. Панников В.Д., Кореньков Д.А., Ладонин В.Ф., Мамченков И.П. и др. Органические удобрения. - М.: ВАСХНИЛ, ВИУА, 1972. - 352 с.
6. Мерзлая Г.Е., Верховцева Н.В., Селиверстова О.М., Макшакова О.В., Волошин С.П. Взаимосвязь микробиологических и агрохимических показателей дерново-подзолистой почвы при длительном применении удобрений // Проблемы агрохимии и экологии. - 2012. - № 2. - С. 18-25.
BIOLOGICAL ACTIVITY OF SOIL AND THE YIELD OF SPRING WHEAT AT THE USE OF ORGANIC AND
MINERAL FERTILIZERS V.G. Sychev1, G.E. Merzlaya1, S.P. Voloshin1, I.V. Ponkratenkova2 1 Pryanishnikov All-Russian Scientific Research Institute ofAgrochemistry, Russian Academy of Sciences, ul Pryanishnikova 31a, Moscow, 127550 Russia, 2Smolensk Research Institute of Agriculture, ul. Nakhimova 21, Smolensk, 214025 Russia
The effect of the long-term application of fertilizers on the parameters ofsoil biological activity and the yield ofspring wheat was studied. Keywords: organic and mineral fertilizers, soil, biological activity, crop yield
