ЭФФЕКТИВНОСТЬ МИНЕРАЛЬНОЙ И ОРГАНИЧЕСКОЙ СИСТЕМ УДОБРЕНИЯ НА ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТОЙ ПОЧВЕ ПРИ ДЕФИЦИТНОМ БАЛАНСЕ ЭЛЕМЕНТОВ ПИТАНИЯ Текст научной статьи по специальности «Сельское хозяйство, лесное хозяйство, рыбное хозяйство»

УДК 631.816:631.452:631.559 DOI 10.24411/0235-2516-2019-10043

ЭФФЕКТИВНОСТЬ МИНЕРАЛЬНОЙ И ОРГАНИЧЕСКОЙ СИСТЕМ УДОБРЕНИЯ НА ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТОЙ ПОЧВЕ ПРИ ДЕФИЦИТНОМ

БАЛАНСЕ ЭЛЕМЕНТОВ ПИТАНИЯ

Е.В. Марчук

ВНИИ органических удобрений и торфа, e-mail: e.mar4uk2014@yandex.ru

В полевых исследованиях установлена связь между продуктивностью агроценозов на дерново-подзолистой супесчаной почве с различной обеспеченностью элементами питания, видами удобрений и их дозами, рассчитанными на частичное и полное возмещение выноса. Показано, что дефицитный баланс азота, фосфора и калия приводит к существенному снижению продуктивности звена севооборота (бобово-злаковая зерносмесь - озимая пшеница - бобово-злаковая травосмесь) независимо от обеспеченности почвы элементами питания. При использовании удобрений в расчете на возмещение выноса на 50-60%, снижение продуктивности на минеральной системе удобрения (N20P23K28) составило 13-21%, на органической системе (навоз 8 т/га в год) - 25-33% по сравнению с вариантом с полным возмещением выноса (N40P45K47). При частичном возмещении выноса в почве с исходным повышенным уровнем обеспеченности элементами питания за три года исследований произошло снижение содержания гумуса и подвижных форм фосфора и калия. Сохранению оптимальных агрохимических показателей дерново-подзолистой супесчаной почвы способствовало совместное применение навоза (8 т/га в год) и минеральных удобрений в дозе N20P23K18.

Ключевые слова, продуктивность, севооборот, дерново-подзолистая почва, система удобрения, агрохимические показатели, баланс.

EFFICIENCY OF MINERAL AND ORGANIC FERTILIZATION SYSTEMS AT SODDY-PODZOLIC SOIL IN CONDITIONS OF DEFICIENT NUTRITION BALANCE

E.V. Marchuk

All-Russian Scientific-Research Institute for Organic Fertilizers and Peat, e-mail: e.mar4uk2014@yandex.ru

In the field experience, the relation between the agrocoenosis productivity, the agrochemical properties of soddy-podzolic sandy loam soil, the types and doses offertilizers at for partial and full return of removal is established. It is shown the deficit balance of nitrogen, phosphorus and potassium leads to a significant lower the productivity of crop rotation regardless of the soil nutrients availability. When using fertilizers in doses that compensate for the 50-60% of nutrients removal, the decrease in productivity was 13-21% in the mineral fertilizer system (N20P23K28) and 25-33% in the organic system (manure 8 t/ha per year) compared to the option with a full return of removal (N57P36K52). For three years of research, the decrease in the content of humus and mobile forms of phosphorus and potassium was noted in the soil with an initial elevated level of nutrients when partial compensation of removal. The combined use of the manure at a dose of 8 t/ha and mineral fertilizers at a dose of N29P18K28 contributed to the maintaining of optimal agrochemical soddy-podzolic sandy loam soil indicators.

Keywords. productivity, crop rotation, soddy-podzolic soil, fertilizer system, agrochemical indicators, balance.

На легких дерново-подзолистых почвах Мещерской низменности потребность в органических удобрениях составляет 10-15 т/га (в пересчете на подстилочный навоз) в зависимости от вида севооборота и интенсивности применения минеральных удобрений не менее 100-160 кг/га [1, 2]. По данным В.Г. Безуг-лова [3], в последние 20-25 лет в целом по стране минеральные удобрения вносят в количестве 20-25 кг/га, во Владимирской области - 32-39 кг/га пашни. Органические удобрения также используют в чрезвычайно малых количествах (0,5-2,2 т/га в зависимости от региона). Вследствие этого возмещение пита-

тельных веществ по азоту составило 50-60%, фосфору - 20, калию - 10-20%. По данным В.Н. Кудеярова и В.М. Семенова [4], ежегодное отрицательное сальдо баланса азота в земледелии России составляет 3450 кг/га, фосфора - 9-16, калия - 38-64 кг/га. Дефицит КРК приводит к быстрой деградации ранее окультуренных почв, а также к снижению устойчивости и продуктивности агроценозов [5].

Цель исследований - изучить влияние минеральной и органической систем удобрения на урожайность культур плодосменного севооборота и динамику агрохимических показателей дерново-

подзолистой супесчаной почвы с разной исходной обеспеченностью элементами питания при дефицитном балансе №К.

Объекты и методы. Исследования проводили в стационарном полевом опыте, заложенном в 2015 г. на опытном поле ВНИИОУ на дерново-слабоподзолистой почве, неглубоко контактно-глееватой, сформированной на двучленных флю-виогляциальных отложениях. Исходное состояние пахотного слоя почвы представлено в таблице 1.

Схема опыта предусматривает изучение совместного действия системы удобрения, доз удобрения, рассчитанных на частичное и полное возмещение выноса КРК, и исходной обеспеченности почвы элементами питания (табл. 2).

Удобрения применяли дифференцированно, с учетом вида возделываемой культуры и последействия ранее внесенных удобрений. При планировании доз азотных удобрений принимали в расчет симбиотическую азотфиксацию бобовыми культурами севооборота в размере 155 кг/га в сумме за ротацию, или 22 кг/га в год. В вариантах с органической системой удобрения расчетное количество питательных веществ, внесенных с подстилочным навозом за ротацию севооборота, практически эквивалентно количеству элементов питания, внесенных при минеральной системе. В опыте использовали подстилочный навоз крупного рогатого скота влажностью 75% с содержанием общего азота

0,48%, фосфора 0,56, калия 0,48%.

Чередование культур в плодосменном севообороте: бобово-злаковая смесь на зернофураж; озимая пшеница; бобово-злаковая травосмесь на зеленую массу; картофель; яровые зерновые + многолетняя бобово-злаковая травосмесь; многолетняя бобово-злаковая травосмесь (клевер + тимофеевка) 1 г.п.; тритикале. В данной статье представлены результаты исследований по трем первым культурам севооборота.

Опыт заложен на двух полях. Повторность опыта трехкратная, общая площадь делянок 112 м2. Агротехника возделывания полевых культур - общепринятая для дерново-подзолистых почв легкого механического состава Нечерноземной зоны РФ, предусматривает проведение отвальных обработок на глубину пахотного слоя 20-22 см в годы запашки навоза под озимую пшеницу и картофель и для заделки пласта многолетних трав. Под остальные культуры севооборота предусмотрено проведение безотвальных обработок почвы.

Метеоусловия вегетационных периодов 2015 и 2016 г. характеризовались суммой активных температур и количеством осадков, выше среднемного-летних значений. В 2017 г. сумма активных температур была значительно ниже нормы при количестве осадков на среднемноголетнем уровне. При этом гидротермический коэффициент по Селяни-нову годы исследований был незначительно выше нормы (табл. 3).

1. Агрохимическая характеристика почвы

Обеспеченность рИкс1 Нг Сумма обмен- Р2О5 К2О ]]легкогид- Гумус, %

почвы элементами ных оснований по Кирсанову ролизуемый

питания мг-экв/100 г мг/кг

1. Низкая 6,1 1,32 6,07 64 85 46 1,17

2. Средняя 6,1 1,33 6,61 118 112 52 1,24

3. Повышенная 6,2 1,51 6,32 135 147 61 1,33

Обеспеченность почвы элементами питания Люпин + овес на зерно Озимая пшеница Однолетние травы на сено В среднем за звено ротации Возмещение выноса ]]РК, %

Без удобрений

1 №РоКо №РоКо №РоКо №РоКо 0

2 №РоКо №РоКо №РоКо №РоКо 0

3 №РоКо №РоКо №РоКо №РоКо 0

4 №РоКо №РоКо №РоКо №РоКо 0

Минеральная система удобрения

1 №РоКо N6(^45^5 Р25К40 N2(^23^8 50-60

2 №РоКо N6(^45^5 Р25К40 N2(^23^8 50-60

3 №РоКо N6(^45^5 Р25К40 N2(^23^8 50-60

4 №РоКо ^8оР75Кб0 ^4оРбоК80 N4(^45^7 100

Органическая и органоминеральная система удобрения

1 №РоКо Навоз, 25 т/га №РоКо Навоз, 8 т/га 50-60

2 №РоКо Навоз, 25 т/га №РоКо Навоз, 8 т/га 50-60

3 №РоКо Навоз, 25 т/га №РоКо Навоз, 8 т/га 50-60

4 №РоКо Навоз, 25 т/га + №оР25К25 N3(^45^0 Навоз, 8 т/га + К20Р23К18 100

Примечание. Варианты 3 и 4 (почва с повышенной обеспеченностью элементами питания) отличались дозами удобрений, рассчитанными соответственно на частичное и полное возмещение выноса элементов питания.

2. Схема опыта

3. Погодные условия вегетационных периодов

Год Сумма активных температур, °С Количество осадков, мм ГТК

2015 1982 281 1,42

2016 2175 295 1,36

2017 1803 264 1,46

Среднегодовые 1965 252 1,28

Результаты исследований. Хорошая обеспеченность растений влагой в течение длительного периода обеспечила значительное накопление биомассы культур севооборота и высокую отзывчивость растений на применение удобрений. Данные таблицы 4 показывают, что максимальную продуктивность звена севооборота обеспечила минеральная система удобрения (2,62-2,91 т зерн.ед/га) в вариантах с 50% возмещением и 3,33 т зерн.ед/га с полным (100%) возмещением выноса элементов питания. Среднегодовой прирост продуктивности звена севооборота на минеральной системе удобрения составил 0,54-1,13 т зерн.ед/га относительно соответствующих вариантов без удобрений. Окупаемость 1 кг питательных веществ минеральных удобрений составила 7,4-8,7 кг зерн.ед. и не зависела от исходного содержания элементов питания в почве.

В вариантах с органической системой удобрения при внесении навоза прибавка урожайности озимой пшеницы составила 0,54-0,58 т/га, но в целом за звено севооборота органическая система не обеспечила прироста продуктивности по сравнению с вариантами без удобрений. Это связано с низкой доступностью азота навоза для озимой пшеницы по сравнению с азотом минеральных удобрений [6] и отсутствием положительного эффекта последействия навоза на урожайность бобово-злаковой травосмеси. Существенный среднегодовой прирост продуктивности (0,98 т зерн.ед/га) отмечен лишь при внесении навоза совместно с полным минеральным удобрением.

Эффективность минеральной и органомине-ральной систем удобрения при полном возмещении выноса элементов питания была на одном уровне, прирост продуктивности относительно варианта без удобрений составил соответственно 1,25 и 1,10 т зерн.ед/га.

Исходная обеспеченность почвы элементами питания оказала влияние на урожайность культур звена севооборота при всех системах удобрения. Разница в продуктивности между вариантами с низким и повышенным уровнем содержания ЭП составила 0,26-0,31 т зерн.ед/га (табл. 4).

На основе данных по накоплению биомассы и содержанию элементов питания в основной и побочной продукции, а также растительных остатках рассчитан баланс элементов питания за звено севооборота. Резко отрицательный баланс азота наблюдается в вариантах без удобрений: дефицит азота в среднем в год составил 36-41 кг/га, при этом сим-биотическая азотфиксация покрыла 36-43% выноса азота с урожаем. Среднегодовой дефицит азота при использовании минеральной системы удобрения составил 22-24 кг/га. Вынос азота был возмещен за счет азота минеральных удобрений и симбиотиче-ской азотфиксации на 65-70%. Отмечено, что в варианте 4, где предусмотрено 100% возмещение выноса элементов питания также получен отрицательный баланс азота из-за уменьшения приходной статьи «симбиотический азот». При внесении подстилочного навоза достигнут бездефицитный баланс азота, его интенсивность составила 103-109%. При совместном использовании навоза и минеральных удобрений получен слабоположительный баланс азота с интенсивностью 112% (табл. 5).

Расчет баланса фосфора за звено севооборота (табл. 6) показал, что в вариантах без удобрения его среднегодовой дефицит составил 27-29 кг/га. В вариантах с минеральными удобрениями в дозах, рас-

4. Продуктивность звена севооборота в зависимости от системы удобрения и

уровня обеспеченности почвы элементами питания (2015-2017 гг.)

Вариант Доза удобрений Возмещение выноса, % Урожайность, т/га Продуктивность звена, т зерн.ед/га

люпин + овес озимая пшеница однолетние травы

Без удоб рения

1 NoPoKo 0 2,01 2,20 3,87 2,05

2 NoPoKo 0 2,17 2,41 4,28 2,24

3 NoPoKo 0 2,21 2,43 4,88 2,36

4 NoPoKo 0 2,23 2,32 4,13 2,20

Минеральная система удобрения

1 ^0Р23^8 50-60 1,77 4,05 4,11 2,62

2 ^0Р23^8 50-60 1,86 4,26 4,92 2,86

3 ^0Р23^8 50-60 2,00 4,44 4,59 2,91

4 N^45^7 100 1,97 5,02 6,00 3,33

Органическая и органоминеральная системы удобрения

1 Навоз, 8 т/га 50-60 1,82 2,74 3,68 2,13

2 Навоз, 8 т/га 50-60 2,03 2,99 3,69 2,29

3 Навоз, 8 т/га 50-60 2,23 2,90 4,07 2,39

4 Навоз, 8 т/га + N2^2^^ 100 2,20 4,52 5,63 3,18

НСР05, т/га 0,32 0,48 0,79

5. Баланс азота за звено севооборота в сумме за 2015-2017 гг., кг/га

Вариант Поступило азота, кг/га Вынос, кг/га Баланс, кг/га Интенсивность

с удобрениями симбиотический баланса, %

Без удобрения

1 0 80 188 -108 43

2 0 83 200 -117 42

3 0 92 203 -111 45

4 0 70 194 -124 36

Минеральная система удобрения

1 60 72 198 -66 67

2 60 78 211 -73 65

3 60 85 207 -62 70

4 120 51 233 -62 73

Органическая и органоминеральная системы удобрения

1 121 64 170 +15 109

2 121 69 183 +7 104

3 121 78 194 +5 103

4 181 54 210 +25 112

считанных на 50% возмещение выноса, дефицит фосфора составил 6-11 кг/га в год. В варианте со 100% возмещением выноса получен бездефицитный баланс фосфора. Положительный баланс в 1620 кг/га отмечен на органической системе удобрения при 50% возмещении. Совместное внесение навоза и полного минерального удобрения (вариант 4) обеспечило профицит фосфора в 35 кг/га в год.

Баланс калия (табл. 6) за звено севооборота был наиболее близок к оптимальному. Среднегодовой дефицит калия в вариантах без удобрений составил 24-27 кг/га в год. Внесение калия с минеральными удобрениями в вариантах 1-3 обеспечило бездефицитный баланс, в варианте 4 положительный - 15 кг/га в год. Интенсивность баланса калия на минеральной системе удобрения составила 100-147%.

При внесении подстилочного навоза положительный баланс калия за звено севооборота составил 15-16 кг/га. Дополнительное внесение минеральных

удобрений на фоне навоза в расчете на полное возмещение обеспечило среднегодовой профицит в 27 кг/га. Интенсивность баланса на органической системе удобрения составила 158-186%.

Изучение динамики агрохимических показателей почвы в зависимости от системы удобрения и исходной обеспеченности почвы элементами питания показало, что содержание подвижного фосфора в дерново-подзолистой почве подвержено существенным сезонным колебаниям, которые зависят от исходного содержания на момент закладки опыта, времени отбора образцов, сроков внесения, вида и доз удобрений [7]. Наиболее стабильно содержание подвижного фосфора было в почве с низкой и средней обеспеченностью, а максимальное варьирование отмечено при повышенном его содержании в почве. Независимо от используемой системы удобрения наиболее высокое содержание Р2О5 приходилось на весну - начало лета, к концу вегетаци-

6. Баланс фосфора и калия за звено севооборота в сумме за 2015-2017 гг., кг/га

Вариант Фосфо р Калий

поступило с хозяйственный баланс интенсивность поступило с хозяйственный баланс интенсивность

удобрениями вынос баланса, % удобрениями вынос баланса, %

кг/га кг/га

Без удобрения

1 0 82 -82 0 0 72 -72 0

2 0 86 -86 0 0 76 -76 0

3 0 88 -88 0 0 79 -79 0

4 0 83 -83 0 0 80 -80 0

Минеральная система удобрения

1 70 88 -18 80 85 77 8 110

2 70 99 -29 71 85 77 8 110

3 70 102 -32 69 85 85 0 100

4 135 117 18 115 140 95 45 147

Органическая и органоминеральная системы удобрения

1 145 84 61 173 120 68 52 176

2 145 87 58 167 120 71 49 169

3 145 97 48 149 120 76 44 158

4 215 109 106 197 175 94 81 186

МСУ

□ 30.04.2015 ■ 09.08.2017 Рис. 1. Изменение содержания подвижного фосфора в почве за звено севооборота (2015-2017 гг.)

онных периодов отмечено снижение содержания подвижного фосфора в почве. В вариантах без удобрений содержание подвижного фосфора при дефицитном балансе 82-88 кг/га за звено севооборота снизилось на 22-37 мг/кг почвы. В вариантах с минеральной системой удобрения отмечено незначительное (5-8 мг/кг почвы) снижение содержания подвижного фосфора. При использовании органической системы удобрения содержание подвижного фосфора в почве с исходной низкой и средней обеспеченностью возросло на 11 -16 мг/кг почвы, в почве с повышенной обеспеченностью после третьей культуры севооборота содержание фосфора осталось на прежнем уровне (рис. 1).

Направленность изменения содержания обменного калия была обусловлена его исходным уровнем в почве и дозами удобрений. В вариантах без удобре-

ний за 3 года отмечено снижение содержания калия на 10-34 мг/кг, особенно значительное в почве, которая в начале опыта имела повышенный уровень обеспеченности. Внесение минеральных удобрений обеспечило сохранение исходного уровня содержания калия в почве вариантов 1 и 2 и незначительное снижение на 8-13 мг/кг в вариантах 3 и 4. При внесении навоза в варианте с исходной низкой и средней обеспеченностью почвы калием, получен прирост содержания обменного калия на 23-27 мг/кг при интенсивности баланса 169-176%. В вариантах, где почва изначально имела повышенную обеспеченность К2О, содержание калия осталось на исходном уровне. В целом, внесение минеральных и органических удобрений способствовало поддержанию содержания К2О в период вегетации культур на уровне 120-140 мг/кг почвы (рис. 2).

2 3 4

МСУ

□ 30.04.2015 ■ 09.08.2017 Рис. 2. Изменение содержания обменного калия в почве за звено севооборота (2015-2017 гг.)

□ 30.04.2015 ■ 09.08.2017 Рис. 3. Изменение содержания гумуса в почве за звено севооборота (2015-2017 гг.)

Содержание гумуса в дерново-подзолистой почве было подвержено значительным сезонным колебаниям, однако эти изменения были в течение вегетационных периодов однонаправленными, и исходная разница по вариантам отчетливо прослеживалась. Во всех вариантах и при всех системах удобрения отмечено уменьшение содержания гумуса за звено севооборота. В зависимости от начального содержания гумуса, вида и доз удобрений снижение составило 0,06-0,23%. После уборки третьей культуры севооборота содержание гумуса в вариантах без удобрений составило 1,05-1,18%, в вариантах с минеральными удобрениями - 1,09-1,27%. Максимальное снижение содержания гумуса отмечено в почве с наиболее высоким начальным его содержанием -на 0,23 и 0,18% в вариантах без удобрений и с удобрениями соответственно. Внесение подстилочного навоза в среднегодовой дозе 8 т/га способствовало поддержанию содержания гумуса на уровне 1,201,38%, что на 0,09-0,26% выше, чем в вариантах без удобрений и на 0,15-0,21% выше, чем в вариантах с минеральными удобрениями (рис. 3).

Корреляционный анализ полученных данных показал, что взаимосвязь между продуктивностью звена севооборота и агрохимическими показателями плодородия почвы характеризуется средней интенсивностью корреляции по фосфору и калию (г = 0,57-0,82) и слабой по гумусу (г = 0,44-0,48).

Таким образом, максимальная продуктивность звена плодосменного севооборота на дерново-подзолистой супесчаной почве при использовании минеральных и органических удобрений в дозах, рассчитанных на пятидесятипроцентное возмещение выноса, получена на почве с исходным повышенным уровнем обеспеченности элементами питания. За три года исследований агрохимические показатели почвы претерпели значительные изменения в зависимости вида, доз удобрений и исходной обеспеченности почвы элементами питания. Сохранению оптимального уровня почвенного плодородия способствовало совместное применение подстилочного навоза в среднегодовой дозе 8 т/га и полного минерального удобрения в среднегодовой дозе М2оР2зКг8.

Литература

1. Лукин С.М. Агроэкологическое обоснование систем применения удобрений в севооборотах на дерново -подзолистых супесчаных и песчаных почвах: автореф. дисс. д.б.н. - М., 2009. - 48 с.

2. Марчук Е.В. Взаимодействие удобрений и биологического азота на легких дерново-подзолистых почвах // Агрохимический вестник, 2013, № 4. - С. 29-31.

3. Безуглов В.Г. Современное состояние с применением удобрений в сельскохозяйственных предприятиях России // АгроЭкоИнфо, 2014, № 2. - http://agшecomfo.naшd.ra/jouгnal/STATYI/2014/2/st_11.doc.

4. Кудеяров В.Н., Семенов В.М. Проблемы агрохимии и современное состояние химизации сельскохозяйственного производства в российской федерации // Агрохимия, 2014, № 10. - С. 3-17.

5. Макаров И.Б., Балабко П.Н., Басевич В.Ф., Карпова Д.В., Хуснетдинова Т.И. Окультуривание подзолистых почв: актуальные аспекты // Агрохимический вестник, 2018, № 2. - С. 6-8.

6. Лукин С.М., Мерзлая Г.Е. Сравнительная эффективность различных систем удобрения при длительном их применении в севооборотах // Плодородие, 2016, № 5. - С. 42-46.

7. Титова В.И., Шафронов О.Д., Варламова Л.Д. Фосфор в земледелии Нижегородской области. - Н. Новгород: Изд-во ВВАГС, 2005. - 219 с.