Динамика фосфатного режима чернозема выщелоченного при длительном применении удобрений Текст научной статьи по специальности «Сельское хозяйство, лесное хозяйство, рыбное хозяйство»

ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ПЛОДОРОДИЯ

УДК: 631.82.86.416.1

ДИНАМИКА ФОСФАТНОГО РЕЖИМА ЧЕРНОЗЕМА ВЫЩЕЛОЧЕННОГО ПРИ ДЛИТЕЛЬНОМ ПРИМЕНЕНИИ УДОБРЕНИЙ

Я.П. Цвей, д.с.-х.н., В.В. Иванина, к.с.-х.н., Институт биоэнергетических культур и сахарной свеклы, Е.Т. Петрова, к.с.-х.н., Ю.П. Дубовый, к.с.-х.н., Белоцерковская опытно-селекционная станция

Показано влияние длительного применения удобрений (16 лет) на фосфатный режим чернозема выщелоченного сред-несуглинистого. Наилучшие условия фосфатного режима почвы в течение III и IV ротаций зерносвекловичного севооборота создавались при использовании органоминеральных систем удобрения. В конце третьей и в четвертой ротациях содержание подвижного фосфора в пахотном слое почвы выросло к контролю при использовании альтернативной и традиционной системы удобрения. Анализ фракционного состава фосфора почвы подтвердил тесную взаимосвязь между его формами и установил особенности трансформации фосфора при длительном использовании удобрений.

Ключевые слова: фосфатный режим, чернозем выщелоченный, севооборот, система удобрения.

Формирование фонда подвижного фосфора в почве, стабилизация его баланса в системе почва-растение - важные аспекты повышения продуктивности земледелия. Б.С. Носко [2] считает, что достижение уровня обеспеченности почвы подвижным фосфором 14-16 мг Р2О5 на 100 г почвы оптимизирует усвоение фосфора растениями и создает условия максимальной отдачи от внесенных удобрений.

Количество подвижного фосфора в почве зависит от ряда факторов: валового его содержания, соотношения между органической и минеральной фракциями, способности фосфора переходить в более подвижные и доступные растениям формы, а также от целого ряда прямых и посредственных факторов, влияющих на процессы равновесия фосфора в почвенной среде [3, 4].

Один из наиболее эффективных способов влияния на фосфатный режим почвы - внесение минеральных и органических удобрений. Большинство ученых считает, что совместное применение органических и минеральных удобрений формирует наиболее благоприятный и стабильный во времени фосфатный режим почв [1, 5, 6]. Такое сочетание замедляет сорбцию фосфора почвой, поддерживает высокий уровень подвижного фосфора в почвенной среде, делает фосфатное питание растений достаточным и сбалансированным во времени [2].

Длительное стабилизирующее действие органического вещества навоза в предотвращении создания труднорастворимых фосфатов почвы отмечал Д.М. Прянишников [7]. В опытах К.Е. Гинзбург [3] указывалось на высокую эффективность фосфора минеральных удобрений в повышении подвижных фосфатов почвы. Однако действие минеральных удобрений было кратковременным, поскольку внесенный фосфор быстро переходил в устойчивые малоподвижные соединения.

В современном земледелии в качестве органического удобрения все более широко применяют побочную продукцию культур. Влияние альтернативных источников органических удобрений (побочной продукции растений) на фосфатный режим почвы изучено недостаточно.

Цель исследований - изучить влияние систем удобрения на формирование фонда подвижного фосфора в черноземе выщелоченном среднесуглинистом и процессы его трансформации при длительном их применении в условиях зерносвекло-вичного севооборота.

Методика. В условиях стационарного полевого опыта (1996-2012 гг.) Белоцерковской опытно-селекционной станции в течение III и IV ротаций зерносвекловичного севооборота изучали влияние разных систем удобрения на динамику

подвижного фосфора и его фракционный состав в черноземе выщелоченном среднесуглинистом.

Агрохимическая характеристика пахотного (0-30 см) слоя почвы: содержание гумуса по Тюрину - 3,6-3,9%, щелочно-гидролизованного азота по Корнфилду - 120-140 мг/кг почвы, подвижного фосфора и калия по Чирикову, соответственно, 130-150 и 60-70 мг/кг почвы, гидролитическая кислотность по Каппену - 17,1 мг-экв/кг почвы.

Площадь учетной делянки - 100 м2, повторность - 3-кратная. Агротехника культур общепринятая для данной зоны.

Стационарный опыт был развернут в трех полях. Чередование культур в десятипольном севообороте (третья ротация, поле № 1): 1. Редька масличная (1996 г.); 2. Пшеница озимая (1997 г.); 3. Сахарная свекла (1998 г.); 4. Горох (1999 г.); 5. Пшеница озимая (2000 г.); 6. Сахарная свекла (2001 г.); 7. Кукуруза на зеленый корм (2002 г.); 8. Пшеница озимая (2003 г.); 9. Сахарная свекла (2004 г); 10. Ячмень яровой (2005 г.); в шестипольном реформированном (четвертая ротация, поле № 1): 1. Вико-овес (2006 г.); 2. Пшеница озимая (2007 г.); 3. Сахарная свекла (2008 г.); 4. Ячмень яровой + клевер (2009 г.); 5. Клевер (2010 г.); 6. Пшеница озимая (2011 г.).

В III ротации удобрения вносили под озимую пшеницу (N40P60K60), ячмень (N0P60K60), кукурузу на зеленый корм (N100P60K60), сахарную свеклу (30 т/га навоза + N40P60K60); в IV - под озимую пшеницу (N60P60K60), клевер (N40P40K40), сахарную свеклу (50 т/га навоза + N40P60K60). Дозы внесения минеральных удобрений (кг д.в/га) в III ротации севооборота - N50P66K66, органических - 9 т/га; в 4-й ротации, соответственно, N43P43K43 и 8,3 т/га. Применение альтернативной системы удобрения в III ротации предусматривало запахивание в почву на удобрение побочной продукции пшеницы озимой, сахарной свеклы, гороха, в IV ротации - пшеницы озимой и сахарной свеклы.

Содержание фосфора в растительных образцах (товарная и побочная продукция) и почве изучали в двух полях севооборота: начало III ротации (1996-1997 гг.), конец III (2005-2006 гг.) и IV (2011-2012 гг.) ротаций. Общий фосфор в растениях определяли фотометрически по Дениже в модификации А. Левицкого; подвижный фосфор в почве и его фракционный состав - по Чирикову.

Результаты исследования и их обсуждение. Исследования показали, что в черноземе выщелоченном в варианте без удобрений культуры зерносвекловичного севооборота выносили из почвы фосфора в III ротации 262, в четвертой - 252 кг/га. Систематическое внесение удобрений увеличило вынос фосфора по сравнению с контролем без удобрений в III ротации в 1,65-1,80, в четвертой - в 1,55-1,68 раза. Невзирая на увеличение объемов выноса фосфора растениями, применение удобрений в дозе свыше 43 кг д.в. Р2О5/га формировало положительный баланс фосфора в почве (табл. 1).

При дозе внесения минеральных удобрений N50P66K66 (III ротация) и N43P43K43 (IV ротация) баланс фосфора в почве составлял, соответственно, 23,7 и 4,9 кг/га в год. Уменьшение положительного баланса фосфора в четвертой ротации сопоставимо с уменьшением дозы внесения фосфорных удобрений.

Применение органоминеральных систем удобрения значительно улучшало баланс фосфора в почве за счет дополнительного внесения фосфора в составе органических удобрений. Сочетание внесения минеральных удобрений и побочной

продукции растений обеспечило дополнительное поступление в почву фосфора в составе побочной продукции в III ротации 9,6, в четвертой - 9,0 кг/га в год, что приравнивалось к ежегодному внесению навоза в дозе 3,5-4,0 т/га (8,8-10,0 кг д.в. Р2О5/га). Альтернативная органоминеральная система удоб-

рения увеличивала позитивное сальдо баланса фосфора в почве в 10-польном севообороте (III ротация) до 31,6, в 6-польном (IV ротация) до 11,5 кг/га в год, что в сравнении с минеральной системой было больше, соответственно, на 7,9 и 6,6 кг/га.

1. Баланс фосфора в зерносвекловичном севообороте в зависимости от его структуры и системы удобрения,

№ вар. Внесено удобрений, кг д.в/га севооборотной площади III ротация IV ротация

поступило в почву, кг/га вынесено из почвы, кг/га баланс, ± кг/га интенсивность баланса, % поступило в почву, кг/га вынесено из почвы, кг/га баланс, ± кг/га интенсивность баланса, %

11 Без удобрений (контроль) 1,0 26,2 -25,2 3,8 1,0 25,2 -24,2 4,0

2 ^оР66К66 67,0 43,3 +23,7 154,7 44,0 39,1 +4,9 112,5

4 М50Р66К66 + побочная продукция 76,6 45,0 +31,6 170,2 53,0 41,5 +11,5 127,7

13 М50Р66К66 + 9 т/га навоза 89,5 47,1 +42,4 190,0 64,8 42,4 +22,4 152,8

Примечание. Доза внесения минеральных удобрений в IV ротации уменьшена до №|3Р43К43, навоза - до 8,3 т/га севооборотной площади (здесь и в табл. 2).

Наилучшие показатели баланса фосфора в почве складывались при сочетании внесения минеральных удобрений и навоза. Внесение навоза в дозе 8,3-9,0 т/га на фоне минеральных удобрений увеличило позитивное сальдо баланса фосфора в 10-польном севообороте до 42,4, в 6-польном до 22,4 кг/га в год, что в сравнении с минеральной системой удобрения было больше, соответственно, на 18,7 та 17,5 кг/га.

За период двух ротаций зерносвекловичного севооборота дефицит фосфора в почве в варианте без удобрений составил 397 кг/га, в то же время в вариантах с внесением удобрений запасы фосфора в почве выросли: при минеральной системе удобрения на 266 кг/га, сочетании минеральных удобрений и побочной продукции - 385, минеральных удобрений и навоза - 558 кг/га.

Формирование фонда подвижного фосфора в черноземе выщелоченном в значительной мере зависело от системы удобрения. На начало III ротации содержание подвижного фосфора в пахотном (0-30 см) слое в варианте без удобрений составило 148 мг/кг почвы, при минеральной системе удобрения - 193, альтернативной органоминеральной - 213, традиционной на основе навоза - 227 мг/кг почвы; в подпахотном (30-40 см) слое, соответственно, 135; 158; 162 и 170 мг/кг почвы. Применение удобрений в течение предыдущих двух ротаций (I и II) увеличило на начало III ротации содержание подвижного фосфора в удобренных вариантах по сравнению с контролем без удобрений в пахотном слое на 45-79, в подпахотном - на 23-35 мг/кг почвы (табл. 2).

2. Динамика подвижного фосфора в черноземе выщелоченном среднесуглинистом в зависимости от структуры севооборота и _системы удобрения, мг/кг почвы_

№ вар. Внесено удобрений, кг д.в/га севооборотной площади Слой почвы, см

0-30 | 30-40 0-30 | 30-40 0-30 | 30-40

начало III ротации, 1996-1997 гг. конец III ротации, 2006-2007гг. конец IV ротации, 2011-2102 гг.

11 Без удобрений (контроль) 148 135 132 124 126 127

2 ^оР66К66 193 158 212 167 221 175

4 ^66^ + побочная продукция 213 162 240 166 248 169

13 ^0Р66К66 + 9 т/га навоза 227 170 251 176 262 179

НСР05 5,6 5,1 5,7 4,7 5,8 4,6

Р,% 2,3 2,1 2,5 1,9 1,9 2,0

Выращивание культур в течение последующих двух ротаций (III и IV) без внесения удобрений уменьшало содержание подвижного фосфора в пахотном слое почвы по сравнению с началом III ротации на 22, в подпахотном слое - на 8 мг/кг почвы. Суммарные запасы подвижного фосфора в слое почвы 0-40 см к концу IV ротации уменьшились по сравнению с началом III ротации на 54,5 кг/га, что составляло 13,7% от величины дефицита фосфора, который образовался в варианте без удобрений (397 кг/га). Таким образом, около 86% фос-

фора растения использовали из других источников: фонда труднорастворимого фосфора почвы и выноса фосфора из нижних горизонтов.

Применение систем удобрения с годичной дозой внесения фосфора в III ротации свыше 66, в IV - свыше 43 кг д.в. Р2О5/га обеспечивало увеличение содержания подвижного фосфора в верхних слоях чернозема выщелоченного. Степень увеличения варьировала по ротациям зерносвекловичного севооборота и зависела, главным образом, от ежегодной дозы внесения фосфора в составе удобрений.

Использование минеральных удобрений в дозе N50P66K66 (III ротация) и N43P43K43 (IV ротация) увеличило содержание подвижного фосфора в течение III ротации в пахотном слое почвы на 19 мг/кг, в подпахотном - на 9; в IV ротации, соответственно, на 9 и 8 мг/кг почвы. Суммарные запасы подвижного фосфора в слое почвы 0-40 см к концу IV ротации выросли по сравнению с началом III ротации на 111 кг/га.

Положительное влияние на фосфатный режим почвы оказало применение органоминеральных систем удобрения. Сочетание внесения ^0Р6бКбб + побочная продукция увеличило содержание подвижного фосфора в течение третьей ротации в пахотном слое почвы на 27 мг/кг, в подпахотном - на 4; минеральных удобрений и навоза (М50РббКбб + 9 т/га навоза), соответственно, на 24 и 6 мг/кг почвы. В течение четвертой ротации при уменьшении ежегодной дозы минеральных удобрений до N43P43K43 сочетание внесения минеральных удобрений и побочной продукции обеспечило увеличение подвижного фосфора в пахотном слое почвы на 8 мг/кг, в подпахотном - на 3; минеральных удобрений и навоза, соответственно, на 11 и 3 мг/кг почвы.

По влиянию на фосфатный режим почвы в течение III и IV ротаций сочетание внесения минеральных удобрений и побочной продукции приравнивалось по своей эффективности к внесению минеральных удобрений в сочетании с 8,3-9 т/га навоза. Суммарные запасы подвижного фосфора в слое почвы 0-40 см к концу IV ротации по сравнению с началом III ротации при альтернативной органоминеральной системе удобрения выросли на 123 кг/га, традиционной на основе навоза - на 125 кг/га.

Невзирая на значительный дефицит фосфора, который складывался в почве к концу IV ротации зерносвекловичного севооборота в варианте без удобрений, обеспеченность пахотного (0-30 см) слоя почвы подвижным фосфором сохранялась на повышенном уровне - 126 мг/кг почвы. Применение разных систем удобрения увеличивало обеспеченность почвы подвижным фосфором до очень высокого уровня - 225-262 мг/кг почвы.

Систематическое окультуривание чернозема выщелоченного в течение 16 лет заметно повлияло на групповой состав фосфатов почвы. После завершения III ротации зерносвекло-вичного севооборота валовое содержание фосфора в пахотном (0-30 см) слое почвы в варианте без удобрений составило

1044 мг/кг почвы. При этом на долю органического фосфора приходилось 49,4%, минерального - 50,6%. В течение IV ротации валовое содержание фосфора в пахотном слое уменьшилось на 46 мг/кг почвы, в том числе минерального - на 38, органического - на 8 мг/кг почвы. Уменьшение содержания минерального фосфора почвы происходило за счет всех групп фосфатов: фосфатов щелочных металлов - на 5 мг/кг, разно-

основных фосфатов кальция - 2, высокоосновных фосфатов кальция и разноосновных фосфатов алюминия и железа - 15, нерастворимого остатка - на 17 мг/кг почвы. Наибольшее абсолютное уменьшение наблюдалось в группах (III) тяжелорастворимых фосфатов и фосфатов нерастворимого остатка (табл. 3).

3. Фракционный состав фосфора в пахотном слое чернозема выщелоченного после длительного применения удобрений

№ вар. Внесено удобрений, кг д.в/га Валовой фосфор, Органический фосфор Минеральный фосфор Группа минеральных фосфатов по Чирикову, мг/кг

мг/кг мг/кг % мг/кг % I II III I+II+III нерастворимый

Конец III ротации, 2006-2007 гг.

11 Без удобрений (контроль) 1044 516 49,4 528 50,6 16,4 116 203 335 193

2 ^оРббКбб 1192 530 44,5 662 55,5 35,0 177 264 480 186

4 М50Р66К66 + побочная продукция 1216 588 48,4 628 51,6 48,2 192 226 466 162

13 М50Р66К66 + 9 т/га навоза 1248 598 47,9 650 52,1 56,1 195 231 482 168

Конец IV ротации, 2011-2012 гг.

11 Без удобрений (контроль) 998 508 50,9 490 49,1 11,6 114 188 314 176

2 ^3Р43К43 1200 526 43,8 674 56,2 35,4 186 273 498 180

4 №,3Р43К43 + побочная продукция 1236 594 48,1 642 51,9 46,2 202 218 466 176

13 №,3Р43К43 + 8,3 т/га навоза 1286 605 47,1 681 52,9 54,8 207 254 516 165

НСР05 42,2 20,5 21,4 0,5 4,7 6,4 6,2

Р% 2,2 2,4 1,8 1,6 2,0 1,8 1,9

Применение в течение III ротации минеральной системы удобрения (М50РббКбб) увеличило содержание валового фосфора в сравнении с контролем без удобрений на 148 мг/кг почвы (14,2%), альтернативной органоминеральной (побочная продукция + N50P66K66) - 172 мг/кг почвы (16,5%), традиционной органоминеральной (9 т навоза + N50P66K66) - 204 мг/кг почвы (19,6%).

Внесение удобрений способствовало увеличению содержания фосфора в органической и минеральной фракциях. При этом минеральная система удобрения увеличивала преимущественно содержание минерального фосфора почвы, органо-минеральные системы обусловили равномерное увеличение фосфора обеих (минеральной и органической) фракций. При минеральной системе удобрения содержание минерального фосфора в почве выросло в сравнении с контролем без удобрений на 25,4%, органического - на 2,8; при альтернативной органоминеральной, соответственно, на 19,0 и 14,0 и традиционной органоминеральной - на 23,1 и 15,9%.

Системы удобрения неоднозначно влияли на распределение фосфора по группам фосфатов в составе минеральной фракции. Минеральная система удобрения более интенсивно в сравнении с контролем без удобрений увеличивала группу труднорастворимых фосфатов (III группа) и фосфатов нерастворимого остатка в составе минерального фосфора почвы на фоне умеренного увеличения фонда подвижных фосфатов. В то же время органоминеральные системы удобрения, наоборот, способствовали более интенсивному увеличению содержания подвижных фосфатов почвы.

В IV ротации зерносвекловичного севооборота содержание валового фосфора в вариантах с удобрениями увеличилось в пахотном (0-30 см) слое почвы в сравнении с III ротацией на 8-38 мг/кг почвы. При этом минеральная система удобрения увеличивала валовой фосфор почвы за счет увеличения фосфора минеральной фракции (на 12 мг/кг почвы) на фоне незначительного (на 4 мг/кг почвы) снижения содержания органического фосфора. Применение органоминеральных систем удобрения обусловило увеличение фосфора минеральной и органической фракций почвы: при сочетании минеральных удобрений и побочной продукции, соответственно, на 14 и 6 мг/кг, минеральных удобрений и навоза - на 31 и 7 мг/кг почвы.

Содержание валового фосфора в черноземе выщелоченном к концу IV ротации было более высоким при применении органоминеральных систем удобрения: сочетании минеральных удобрений и побочной продукции - 1286 мг/кг почвы, минеральных удобрений и навоза - 1236, что в сравнении с минеральной системой удобрения было больше, соответст-

венно, на 36 и 86 мг/кг почвы.

Таким образом, величина фонда валового фосфора чернозема выщелоченного определялась преимущественно дозой внесенного фосфора в составе удобрений. При этом органо-минеральные системы удобрения способствовали увеличению содержания фосфатов органической фракции и подвижного фосфора минеральной фракции, тогда как минеральная система - увеличивала закрепление фосфора в труднорастворимых фракциях.

Выводы. 1. Длительное (16 лет) использование чернозема выщелоченного среднесуглинистого в условиях зерносвекло-вичного севооборота без внесения удобрений создавало дефицит фосфора в системе почва-растение в количестве 397 кг/га, что уменьшало запасы подвижного фосфора в слое почвы 0-40 см на 55 кг/га.

2. Применение минеральных удобрений в дозе N50P66K66 (III ротация) увеличивало содержание подвижного фосфора в пахотном слое почве в течение ротации на 19, в подпахотном слое - на 9 мг/кг почвы. Уменьшение дозы фосфорных удобрений на 35% (IV ротация) сохраняло динамику увеличения фонда подвижного фосфора почвы к концу ротации, соответственно, на 9 и 8 мг/кг почвы.

3. Использование органоминеральных систем удобрения создавало наилучшие условия фосфатного режима чернозема выщелоченного, обеспечив увеличение содержания подвижного фосфора в верхних слоях почвы в течение обеих ротаций севооборота. К концу IV ротации содержание подвижного фосфора в пахотном слое почвы при сочетании внесения минеральных удобрений и побочной продукции составляло 248 мг/кг, минеральных удобрений и навоза 262, что в сравнении с минеральной системой удобрения было больше, соответственно, на 27 и 41 мг/кг почвы.

4. Применение органоминеральных систем удобрения увеличивало содержание валового фосфора в пахотном слое почвы в сравнении с минеральной системой на 36-86 мг/кг почвы. Совместное внесение органических и минеральных удобрений способствовало накоплению фосфора в органической фракции, увеличивало содержание подвижных I и II групп фосфатов в составе минерального фосфора почвы и уменьшало закрепление фосфора в труднорастворимых фракциях. Литература

1. Минеев В.Г. и др. Научные основы системы удобрения в севообороте // Научные основы современных систем земледелия. - М.: Агро-промиздат, 1988. - С. 117-155.

2. Носко Б.С. Фосфатнш реж1м Грунпв i ефектившсть добрив. - К.: Урожай, 1990. - 224 с.

3. Гинзбург К.Е. Фосфор основных типов почв СССР. - М.: Наука, 1981. - 224 с.

4. Мартынович Л.Н., Мартынович Н.И. Влияние 50-летнего применения органических и минеральных удобрений на плодородие чернозёма оподзоленного Центральной Лесостепи Правобережной УССР. Сообщение 3. Влияние систематического применения удобрений на фосфатный режим почв в зерносвекловичном севообороте // Агрохимия. - 1990. - № 6. - С. 25-32.

5. Л^овал А.П., Коваленко О.Г. Вплив довготривалого застосування добрив на вмкт у Групп рухомих фосфата i баланс фосфору // Нау-ковий вюник НАУ. - 2002. - № 57. - С. 240-244.

6. Цвей Я.П., Недашювськт О.1., Юселевська М.О. Родючють Грунту в короткоротацшних сiвозмiнах Лкостепу // Вкник аграрно! науки. -2003. - № 10. - С. 11-15.

7. Прянишников Д.Н. Избранные сочинения (в трёх томах). - М.: Изд. АНСССР. - 1952. - Т. 3. - 686 с.

DYNAMIC OF THE PHOSPHORUS STATUS OF LEACHED CHERNOZEM UNDER LONG-TERM FERTILIZATION

Ya.P. Tsvey1, V.V. Ivanina1, E.T. Petrova2, Yu.P. Dubovyi2 'Institute of Bioenergy Crops and Sugar Beet, National Academy of Sciences of Ukraine vul. Klinichna 25, Kiiv, 03141 Ukraine Email: tsvey_isb@ukr.net; v_ivanina@meta.ua Bilotserkivska Research and Selection Station Belotserkovskii raion, Kiiv oblast, 2564441 Ukraine

E-mail: bcdsscbuaanzvit@bk.ru

The effect of long-term (16-year-long) fertilization on the phosphorus status of leached chernozem has been shown. The best conditions for the phosphorus regime in the soil during the third and fourth rotation cycles have been created at the use of organic-mineral fertilizing systems. At the end of the third rotation cycle, the content of mobile phosphorus in the plow soil horizon increased, compared to the control without fertilization, at the use of alternative and traditional fertilizing systems by 108 and 119 mg/kg soil, respectively; at the end of the fourth rotation, the corresponding values were 122 and 136 mg/kg soil. The analysis of the fractional composition ofphospho-rus in the soil confirmed the close correlation between its forms and the peculiarities of its transformation under long-term fertilization. Key words: phosphorus status, leached chernozem, crop rotation, fertilizing system.