CC BY
27
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: [email protected]
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
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.
