Научная статья на тему 'Действие 100-летних бессменных культур на агрохимические свойства дерново-подзолистой почвы'

Действие 100-летних бессменных культур на агрохимические свойства дерново-подзолистой почвы Текст научной статьи по специальности «Сельское хозяйство, лесное хозяйство, рыбное хозяйство»

CC BY
109
29
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ДЛИТЕЛЬНЫЙ ОПЫТ / ГУМУС / ПОДВИЖНЫЙ ФОСФОР / ОБМЕННЫЙ КАЛИЙ / КИСЛОТНОСТЬ / АГРОХИМИЧЕСКИЙ БАЛЛ ПЛОДОРОДИЯ / LONG-TERM EXPERIENCE / HUMUS / MOBILE PHOSPHORUS / EXCHANGEABLE POTASSIUM / ACIDITY / FERTILITY / AGROCHEMICAL SCORE

Аннотация научной статьи по сельскому хозяйству, лесному хозяйству, рыбному хозяйству, автор научной работы — Матюк Н. С., Мазиров М. А., Полин В. Д., Кащеева Д. М.

В Геосети опытов России функционируют несколько многолетних стационарных опытов. Среди них самый продолжительный опыт, заложенный 100 лет назад профессором А.Г. Дояренко на опытном поле Московского сельскохозяйственного института (ныне РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева). По информативности и глубине проводимых исследований, их агрономическому значению и результативности этот опыт уникален не только в России, но и в мировой науке. 100 лет достаточно значительный период для многофакторного полевого опыта, а обобщенная информация по изменению основных показателей плодородия при разных уровнях интенсификации представляет практический интерес для сельскохозяйственного производства.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по сельскому хозяйству, лесному хозяйству, рыбному хозяйству , автор научной работы — Матюк Н. С., Мазиров М. А., Полин В. Д., Кащеева Д. М.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Influence of 100 year permanent plant growth on the agrochemical properties of sod-podzolic soils

In Geoseti Russia operates a number of multiple stationary experiments. Among them are the longest the experience, founded 100 years ago, Professor. A.G. Doyarenko on the former experimental field of the Moscow Agricultural Institute (now RGAU-MAA them. Timiryazev). Informative and depth of the research, their agronomic value and impact of this experience is unique not only to Russia, but also in world science. 100 years enough for a significant period of multifactorial field experiment, and summary information on key indicators offertility change at different levels of intensification of practical interest for agricultural production.

Текст научной работы на тему «Действие 100-летних бессменных культур на агрохимические свойства дерново-подзолистой почвы»

ИСТОРИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

УДК 001.891:63:54;631.171

ДЕЙСТВИЕ 100-ЛЕТНИХ БЕССМЕННЫХ КУЛЬТУР НА АГРОХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТОЙ ПОЧВЫ

Н.С. Матюк, д.с.-х.н., М.А. Мазиров, д.б.н., В.Д. Полин, к.с.-х.н., Д.М. Кащеева

РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева, e-mail: zem@timacad.ru

В Геосети опытов России функционируют несколько многолетних стационарных опытов. Среди них самый продолжительный - опыт, заложенный 100 лет назад профессором А.Г. Дояренко на опытном поле Московского сельскохозяйственного института (ныне РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева). По информативности и глубине проводимых исследований, их агрономическому значению и результативности этот опыт уникален не только в России, но и в мировой науке. 100 лет - достаточно значительный период для многофакторного полевого опыта, а обобщенная информация по изменению основных показателей плодородия при разных уровнях интенсификации представляет практический интерес для сельскохозяйственного производства.

Ключевые слова: длительный опыт, гумус, подвижный фосфор, обменный калий, кислотность, агрохимический балл плодородия.

INFLUENCE OF 100 YEAR PERMANENT PLANT GROWTH ON THE AGROCHEMICAL PROPERTIES OF SOD-PODZOLIC SOILS N.S. Matyuk, M.A. Mazirov, V.D. Polin, D.M. Kashcheeva

In Geoseti Russia operates a number of multiple stationary experiments. Among them are the longest - the experience, founded 100 years ago, Professor. A.G. Doyarenko on the former experimental field of the Moscow Agricultural Institute (now RGAU-MAA them. Timiryazev). Informative and depth of the research, their agronomic value and impact of this experience is unique not only to Russia, but also in world science. 100 years - enough for a significant period of multifactorial field experiment, and summary information on key indicators offertility change at different levels of intensification of practical interest for agricultural production.

Keywords: long-term experience, humus, mobile phosphorus, exchangeable potassium, acidity, fertility, agrochemical score.

В 2012 г. исполнилось 100 лет Длительному опыту ТСХА, известному за рубежом под названием «Московский стационар». По объему и глубине исследований он входит в число уникальных опытов, имеющих мировое значение для агрономической науки. Первые научно -агрономические опыты по изучению удобрений появились в Англии вскоре после опубликования (1840) Ли-бихом закона минимума, или лимитирующего фактора по отношению к питательным веществам растений. Во второй половине XIX века «волна полевого экспериментирования накрыла» другие страны Европы и Северной Америки. В России, где основным удобрением господствующей трехполки оставался навоз и, отчасти, зола, целью подобных опытов, наряду с изучением проблемы минерального питания полевой культуры, была пропаганда новых технологий в земледелии и демонстрация преимуществ тех или иных видов удобрений и севооборота.

Основоположники научной агрономии в России (А.Т. Болотов, А.Н. Энгельгардт, И.А. Стебут, К.А. Тимирязев, Н.И. Вавилов, А.Г. Дояренко и др.) считали полевой опыт главным методом исследований факторов жизни растений и плодородия почвы. Поэтому на XII поле прифермского севооборота Петровской земледельческой академии был выбран земельный участок под опыт, площадью 1,5 га. На этом поле с двухсторонним северозападным склоном в 1° возделывали в 1894-1901 гг. следующие культуры: озимая рожь с подсевом клевера и тимофеевки - травы - травы - овес с подсевом трав -

травы - травы - овес с подсевом трав - травы - травы. Урожайность трав на сено за этот период не превышала 10-12 ц/га. В 1902 г. поле паровало (черный пар), в 19031911 гг. прошла следующая ротация: рожь - картофель -овес с подсевом трав - травы - травы - овес - пар черный - озимая рожь с подсевом многолетних трав - травы I г.п. За 18 лет, предшествующих закладке опыта лишь один раз в 1909 г. почву удобрили навозом в дозе 36 т/га, которая обеспечила удвоение урожайности трав. Таким образом, опыт был разбит по пласту многолетних трав.

Почва дерново-слабоподзолистая, старопахотная, от природы кислая и заплывающая (Podsolluvisol по классификации ФАО). Строение профиля - двухчленное: верхний слой до глубины 40-50 см - песчаный крупно-пылеватый суглинок, а нижний - до глубины 3 м - легкий и средний суглинок с прослойками песка. Следы карбонатов (слабое вскипание от HCl) встречаются на третьем метре.

В основу схемы опыта был положен апробированный аналог длительного полевого опыта Геттингена (Германия), заложенного Дрекслером в 1873 г. с целью изучения влияния азота, фосфора и калия раздельно и в различных сочетаниях на продуктивность полевой культуры. В 1912 г. перед посевом яровых культур нарезали 6 полей, которые разделили дорогой шириной 3 м на 2 части. На первой с размером поля 1400 м2 стали возделывать монокультуры: озимую рожь, картофель, овес, клевер, лен и черный пар. На другой с размером поля 1200 м2 ввели

шестипольный севооборот: черный пар - озимая рожь -картофель - овес с подсевом клевера - клевер - лен. Поперек 6 полей монокультур нарезали 11 делянок для вариантов удобрений: 1 - N 2 - Р; 3 - К; 4 - О (без удобрений) ; 5 - №; 6 - Ж; 7 - РК; 8 - №К + навоз; 9 - №К; 10 - навоз и 11 - О (без удобрений). Аналогичные варианты, за исключением 10 и 11, наложили на поля севооборота. Площадь учетной делянки составила 100 м2, при размерах посевной - от 127 до 133 м2 соответственно. После наложения извести на половину всех полей в 1949 г. площадь учетной делянки составила 50 м2.

В течение первых 60 лет существования опыта принципиальная сторона схемы опыта не изменялась [1, 2]. Однако по мере получения ответов на те или иные вопросы предпринимались различные улучшения схемы. Поскольку понятие «схема опыта» подразумевает, прежде всего, конкретные варианты, то стоит выделить 3 трансформации исходной схемы:

1. До 1937 г. на варианте 8 (МРК-Ы03) изучали нитратную форму азота (чилийская селитра до 1921 г., затем норвежская, а с 1924 г. заводская натровая селитра). На варианте 9 (№К с 1912 г.) изучали аммиачную форму азота (сульфат аммония). В 1938 г. делянки варианта 8 произвестковали (разовая доза 2,5 т/га), внесли навоз в дозе 20 т/га и вплоть до 1948 г. продолжили изучение этой дозы навоза, а в 1949 г. вариант 8 принял окончательный вид №К + навоз.

2. Первое, наиболее важное дополнение схемы было осуществлено В.Е. Егоровым в 1949 г. Оно связано с введением извести в качестве третьего изучаемого фактора. Доза извести, рассчитанная по гидролитической кислотности, составила 4,57 т/га доломитизированного известняка (83% Са + Mg при соотношении 2:1). Новые варианты были получены путем расщепления исходных делянок

пополам. Урожай стали учитывать отдельно с известкованной и не известкованной частей делянки. Одновременно бессменный пар оставили лишь на неизвесткованной половине поля, а по фону извести развернули севооборот во времени. Начиная со второй ротации, чередование культур стало соответствовать основному плодосмену.

3. Первое принципиальное изменение схемы опыта осуществил Б.А. Доспехов в 1973 г. [2]. На всех делянках четных полей севооборотного участка стали вносить единое удобрение (ЫРК), а в 1978 г. внесли известь в дозе 4,5 т/га. На нечетных полях продолжили изучение 9 вариантов дифференцированного удобрения исходной схемы по фону извести и без извести. После введения новых вариантов многократно возросла не только информативность опыта, но и его тематика исследований.

Наиболее значимые усовершенствования агротехники в опыте связаны с дозами вносимых удобрений и соотношением в них питательных веществ. Именно по этому фактору выделяют 4 периода столетнего опыта (таблица).

Наши исследования показали, что длительное (около 100 лет) бессменное возделывание озимой ржи, картофеля, яровых зерновых (овес, ячмень), клевера и льна на разноудобренных дерново-подзолистых легкосуглинистых почвах оказывало не равноценное влияние на их плодородие, что выразилось в изменении содержания гумуса, подвижного фосфора, обменного калия и параметров физико-химических свойств. В условиях общепринятой агротехники содержание гумуса на делянках без удобрений и по минеральному фону заметно уменьшается как в первое, так и во второе 50-летие опыта, особенно при бессменном выращивании картофеля и льна. При ежегодном внесении умеренных доз навоза (17,5 т/га) в почве поддерживается гумусовое равновесие лишь при выращивании зерновых и многолетних трав (рис. 1).

Система удобрений в опыте

Период Доза удобрений (годовая)* Количество удобрений за период*

N Р205 К2О навоз N Р2О5 К2О навоз известь

I, 1912-1938 7,5 15 22,5 18 195 390 585 468 0

II, 1939-1954 75 60 90 20 1125 900 1350 300 9

III, 1955-1972 50 75 60 10 850 1275 1020 170 3

IV, 1973-2012 100 150 120 20 3900 5850 4680 780 18

* минеральные удобрения - кг/га, навоз и известь - т/га

1912 г.

1972 г.

2010 г.

Бессменно

N Р

К 04 NP NK РК ^РК

+н.

N Р

К 04 № РК ^РК ОТК

+н.

а - содержание гумуса очень низкое, < 1,00; б - низкое, 1,01-1,50; в - среднее, 1,51-2,00; г - повышенное, > 2,01

Рис. 1. Картограмма изменения содержания гумуса в пахотном слое почвы 100-летнего опыта ТСХА

Установлено, что на пахотных землях при разной степени интенсивности их использования минерализуется в среднем за год от 0,8 до 1,2 т/га гумуса. При бессменном возделывании эти потери компенсируются за счет растительных остатков лишь при возделывании озимой ржи и клевера, а в шестипольном плодосменном севообороте - при совместном внесении 17,5 т/га навоза и ^0Р86К78 в течение длительного периода (рис. 2). Наибольшие потери органического вещества происходят в поле чистого пара, особенно в первые десятилетия, когда запасы гумуса в период с 1912 до 1964 г. сократились с 62 до 43 т/га. В последующие годы темпы минерализации замедлялись, а его содержание достигло квазиравновесного состояния на уровне 0,42-0,45% углерода. Следовательно, при современной обеспеченности органическими и минеральными удобрениями трудно рассчитывать на сохранение положительного и даже уравновешенного баланса гумуса в дерново-подзолистых почвах. Необходимо использовать другие источники поступления органического вещества в почву

(солома, промежуточные культуры на сидерат, увеличение доли бобовых культур и многолетних трав), а также замедлять темпы его минерализации за счет снижения степени механического воздействия на почву приемами обработки.

Очень низкое на уровне исходного состояния содержание подвижного фосфора как в 1972 г., так и в 2010 г. сохранялось лишь в двух вариантах, в почве под посевами клевера на фоне без удобрений и внесении лишь одного калия (рис. 3).

Удвоение доз фосфорных удобрений с 75 до 150 кг/га д.в. после 1972 г. обеспечивало повышенное (101-150) и высокое (более 150 мг/кг почвы) содержание подвижного фосфора в 2010 г. во всех вариантах с его внесением независимо от фона известкования. Наибольшее влияние на стабилизацию фосфатного режима почвы из полевых культур оказывали яровые и озимые зерновые, а также бессменные посадки картофеля, а наименьшее - посевы клевера и льна из-за большой изреженности и частичной гибели в отдельные годы исследований.

ев и

ев О

80,0

70,0

60,0

ёУ

§ 50,0

ев

т

40,0

30,0

1912 1964 1972 1984

Годы

1996

2010

■ Оз. рожь ■Ячмень, овес ■Клевер

■ Севооборот

■ Пар чистый

Рис. 2. Роль полевых культур и удобрений в изменении запасов гумуса в пахотном слое, т/га

1912 г. 1972 г.

Т~1 I I 11111

2010

« Е

Пар Озимая рожь

Картофель

Овес

Ячмень Клевер

Лен

N Р К 04 ОТ МК РК

N Р К 04 МР МК РК №рК+ МРК

а - очень низкое, < 25; б - низкое, 26-50; в - среднее, 51-100; г - повышенное, 101-150; д - высокое, > 150

Рис. 3. Картограмма изменения содержания фосфора в пахотном слое почвы 100-летнего опыта ТСХА

1912 г.

1972 г.

2010 г.

Пар Оз. рожь

Картофель Овес

Ячмень Клевер

Лен

N Р К 04 № 1ЯК РК

№К

N Р К 04 № 1ЯК РК ^ ИРК

В

а - очень низкое, < 50; б - низкое, 51-100; в - среднее, 101-150; г - повышенное, 151-200; д - высокое, 201-300 Рис. 4. Картограмма изменения содержания калия в пахотном слое почвы 100-летнего опыта ТСХА

В многолетнем опыте не установлено существенных принципиальных различий в калийном режиме сопоставимых вариантов длительного севооборота и 100-летних бессменных посевов. Действие удобрений на содержание подвижных соединений калия обусловливались в основном биологическими особенностями возделываемых культур. Так, в почве под бессменным картофелем, клевером и льном количество водорастворимого и обменнопоглощен-ного калия в 2010 г. было минимальным из-за высокой потребности этих культур в данном элементе питания. Следует отметить, что увеличение после 1972 г. доз с 60 до 120 кг/га д.в. проявилось в повышении степени обеспеченности калием под бессменными посевами озимой ржи и ячменя и снижением под картофелем и льном.

В чистом пару также отмечали накопительный эффект от калийных удобрений (рис. 4). Отдельное внесение азотных и фосфорных удобрений практически за 100 лет не изменило содержание обменного калия в бессменных посевах полевых культур, и оно находилось на очень низком уровне (менее 50 мг/кг почвы).

1912 г.

1972 г.

Периодическое (раз в 6 лет) известкование почвы по полной гидролитической кислотности в дозе 3 т/га обеспечивало слабокислую или близкую к нейтральной реакцию почвенного раствора независимо от фона питания и возделываемой культуры (рис. 5). Такой же уровень кислотности на фоне без извести обеспечивало совместное внесение 17,5 т/га навоза и полного минерального питания М100Р150К120. В вариантах без извести при бессменном возделывании полевых культур кислотность пахотного слоя почвы в 1972 г. в 6% случаев находилась в пределах рН 4,5-5,0, а в 94% - на уровне 4-4,5 и ни-же[3]. В 2010 г. число делянок с сильнокислой реакцией почвенного раствора уменьшилось до 34%, со средне-кислой возросло до 60%, а в 6% случаев отмечали рН на уровне 5,1-5,5. Следовательно, внесение полного минерального удобрения и особенно его сочетание с навозом обеспечивало оптимизацию кислотно-поглотительных свойств на уровне, не обусловливающем угнетение роста и развития возделываемых полевых культур.

2010 г.

Пар Озимая рожь

Картофель

|Овес

Ячмень Клевер

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Лен

N Р К 04 № РК

ЫРК

N Р К 04 ОТ Ж РК

ЫРК

а - сильнокислые <4,5; б - средне-, 4,5-5,0; в - слабокислые, 5,1-5,5; г - близкие к нейтральным, >5,5 Рис. 5. Картограмма изменения кислотности в пахотном слое почвы 100-летнего опыта ТСХА

а

б

1912 г.

1972 г.

2010 г.

Пар Озимая рожь

Картофель Овес

Ячмень Клевер

Лен

N Р

К 04 № Ж РК №рК+ №К

N Р

К 04 № Ж РК №рК+ №К

а - низкоокультуренные, < 20; б - слабоокультуренные, 20-30; в - среднеокультуренные, 31-50; г - хорошоокультуренные, 51-70; д - сильноокультуренные, >70 Рис. 6. Картограмма изменения агрохимического балла в пахотном слое почвы 100-летнего опыта ТСХА

Обобщенным показателем плодородия почв, интенсивно используемых в сельскохозяйственном производстве, служит агрохимический балл [4], учитывающий содержание гумуса, элементов питания, кислотности, суммы обменных оснований, а также степени насыщенности ими. Из изучаемых культур наиболее положительное влияние на плодородие оказывает озимая рожь, далее яровые зерновые, а лен и картофель обусловливают его снижение (рис. 6).

Обобщение и анализ данных показал, что перед закладкой опыта дерново-подзолистая легкосуглинистая почва характеризовалась слабой степенью окультурен-ности (20-30 баллов). Через 60 лет после закладки под действием возделываемых культур, минеральных и органических удобрений исследуемые варианты распределились следующим образом: низкоокультуренные -12%, слабоокультуренные - 21%, средне- - 46%, хорошо— 16% и сильноокультуренные - 5%. Увеличение доз удобрений с N5(^75^0 до N^150^20 в период с 1973 года до настоящего времени обеспечило повышение плодородия и изменения в соотношении различных групп земель по плодородию, которое составило соответственно 4, 16, 56, 18, и 6%.

Оценивая влияние отдельных элементов питания и их сочетаний на агрохимический балл плодородия необходимо отметить, что при внесении только азотных удобрений плодородие почвы по сравнению с исходным состоянием снижалось или находилось на том же уровне при низкой или слабой окультуренности. Действие фос-

форных удобрений было эффективнее, чем азотных и калийных, а последних эффективнее, чем азотных. Из парных сочетаний преимущество оставалось за фосфор-но-калийными. Внесение полного минерального удобрения в сочетании с навозом приводили к формированию хорошо- (73%) и сильно- (27%) окультуренных почв.

Таким образом, длительное систематическое применение минеральных и органических удобрений в сочетании с периодическим известкованием служит решающим условием формирования высокопродуктивных и устойчивых полевых агробиоценозов, а также наиболее рациональным способом быстрого окультуривания дерново-подзолистых почв:

- способствует формированию уравновешенного баланса органического вещества с более качественными органоминеральными комплексами;

- повышает биогенность почвы, что обеспечивает высокий уровень интенсивности и направленности, важных для плодородия почв биохимических процессов превращения органических веществ в сторону гу-мусонакопления;

- обеспечивает бездефицитный и положительный баланс углерода, азота, фосфора и калия в почве, улучшает качественный состав гумуса и кислотно-поглотительные свойства, увеличивает долю подвижных форм элементов питания в общем их запасе в сторону наиболее благоприятную для питания рас-

Литература

1. Егоров В.Е. Опыт длится 60 лет. - М.: Знание. 1972.

2. Доспехов Б.А., Кирюшин Б.Д., Братерская А.Н. Изменение агрохимических свойств дерново-подзолистой почвы по профилю под влиянием 62-летнего применения удобрений и периодического известкования. - Изв. ТСХА, 1975, вып. 6. - С. 30-40.

3. Доспехов Б.А., Кирюшин Б.Д., Братерская А.Н. Действие 60-летнего применения удобрений, периодического известкования и севооборота на агрохимические свойства дерново-подзолистой почвы // Агрохимия, № 4, 1976. - С. 3-14.

4. Доспехов Б.А. Научные основы интенсивного земледелия в Нечерноземной зоне. - М., 1976. - 208 с.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.