CC BY
27
УДК 631.412
ФОСФОР В ЗЕМЛЕДЕЛИИ ТОМСКОЙ ОБЛАСТИ
Э.В. ТИТОВА, доктор сельскохозяйственных наук, зам. директора
И.Б. СОРОКИН, доктор сельскохозяйственных наук, директор
САС «Томская», Россия, г. Томск, ул. Беринга, д. 12а
E-mail: [email protected]
Резюме. В статье обобщены результаты исследований по определению эффективности фосфорных удобрений на разных типах почв в географической сети опытов с минеральными удобрениями за период с 1965 по 1992 гг. Томская область расположена в южно-таежной зоне Западной Сибири. Почвы представлены генетическим рядом: подзолистые, дерново-подзолистые, серые лесные, черноземы (выщелоченные и оподзоленные). Содержание подвижного фосфора в них уменьшается от черноземов и темно-серых лесных почв южных районов к серым лесным, светло-серым лесным, дерново-подзолистым на севере области. По результатам пяти туров агрохимического обследования доля почв пашни с низкой обеспеченностью этим элементом в среднем по области варьировала от 30,4 до 41,1% и на сегодняшний день составляет35,5%. При этом, например, в Бакчарскомрайоне величина этого показателя достигает87,3%, в Верхнекетском - 74%, в Колпашевском - 62%, в Парабельском - 83,1%, в Тегульдет-ском - 79,9%, в Чаинском районе - 65,1%. Уровень обеспеченности почв Нечерноземной зоны Западной Сибири оценивается по индексам, основанным на определении подвижного фосфора по методу Кирсанова в 0,2 н соляной кислоте. Такой метод вполне приемлем, но рекомендуемые для агрохимической службы индексы по данным приведенных экспериментов не согласуются с оценкой обеспеченности почв подвижными фосфатами и эффективностью фосфорных удобрений. Они занижены примерно в 2 раза. Разработаны новые индексы: при содержании Р2О5 0...100 мг/кг почвы обеспеченность подвижным фосфором предлагается считать низкой, 100...200 - средней, 200...300 - повышенной, более 300 мг/кг почвы - высокой. Ключевые слова: почвы генетического ряда, индексы, подвижный фосфор, удобрения, урожайность.
Обеспеченность почвы подвижными фосфатами - один из важнейших показателей ее плодородия, характеризующий степень окультуренности пахотных земель. Дефицит фосфора в почве нарушает сбалансированность минерального питания растений, ограничивает эффективность азотных удобрений, увеличивает непроизводительные потери влаги на эвапотранспи-рацию и тем самым сдерживает рост продуктивности сельскохозяйственных культур. Поэтому мониторингу его содержания уделяется большое внимание [1...3]. Недостаток фосфора в зональных почвах Томской области отмечается повсеместно. Основной источник его пополнения - минеральные и органические удобрения, а также местное агрохимическое сырье, богатое фосфором - вивианитовый торф, торфовивианит, вивианит, бераунит и сапропель. Проблема фосфора в земледелии Томской области особенно обострилась сегодня.
Цель наших исследований совершенствование оценки уровня обеспеченности почв подвижным фосфором с учетом эффективности применения фосфорных удобрений.
Условия, материалы и методы. Томская область занимает юго-восточную часть Западно-Сибирской равнины, между 61...55о с.ш. и 75...89о в.д. Протяженность с севера на юг составляет 530 км, с запада на восток - 750 км. Расположена в трех природно-сельскохозяйственных зонах:
среднетаежной, южно-таежной - лесной и лесостепной. В пределах средней и южной тайги территория области характеризуется высокой заболоченностью. Сельскохозяйственные угодья, особенно пашня, отличаются мел-коконтурностью, что затрудняет обработку полей. Климат континентальный, на что прежде всего указывает большая амплитуда температур, которая достигает 38,4оС, а также неравномерное распределение осадков по временам года. Значительная протяженность территории с севера на юг и с запада на восток оказывает влияние на изменение природно-климатических условий. Основные климатические параметры - это средняя годовая температура ниже 0оС, средняя температура самого холодного месяца января -19,5...-23,0оС, июля -+18,5оС. Средняя продолжительность безморозного периода 85.115 дн. Сумма среднесуточных температур воздуха в период с температурой выше 10оС -1526.1780оС, выше 15 оС - не более 655 оС.
Почвы Томской области представлены большим разнообразием: от подзолистых и дерново-подзолистых до серых лесных и черноземов. Систематический контроль агрохимических свойств позволяет проследить динамику каждого из элементов плодородия на всех типах почв. С 1965 до 2014 г. проведено пять туров агрохимического обследования с периодичностью 6.7 лет. За эти годы произошли значительные изменения содержания в почвах подвижного фосфора и других элементов плодородия. Так, в первом туре низкой обеспеченностью подвижным фосфором характеризовались 30,4% почв пашни, во втором - 31,8%; в третьем - 41,1%; в четвертом - 34,8%. На сегодняшний день доля почв пашни с содержанием подвижного фосфора менее 100 мг/кг почвы - 35,5%. Это средние показатели по области. В то же время в отдельных районах ситуация значительно сложнее. Так, в Бакчарском районе доля почв с низким содержанием подвижного фосфора достигает 87,3%, в Верхнекетском - 74%, в Колпашевском - 62%, в Парабельском - 83,1%, в Тегульдетском - 79,9%, в Чаинском районе - 65,1%. При такой величине этого показателя эффективность фосфорных удобрений очень высока. И даже в случае высокого содержания подвижного фосфора (более 150 мг/кг почвы по Кирсанову) их применение обеспечивает прибавку урожая до 15%.
При разработке уточненных индексов обеспеченности доступным фосфором для зональных почв Томской области проанализированы материалы 50 полевых опытов географической сети с вариантами Р60, ^0Р60, ^0Р60 К60 с учетом содержания подвижного фосфора в конкретной почве и прибавок урожайности зерна (ц/га) от фосфорных удобрений (Р60). Для определения линейной функции использовали метод наименьших квадратов, который позволяет вычислить прямую линию по имеющимся данным, где х - содержание Р2О5 в почве (мг/100 г), у - прибавка урожая зерновых от Р60. Функцией аппроксимации одновременно вычислена экспоненциальная кривая.
Таблица 1. Фактическая и расчетная прибавка урожая зерновых культур от применения фосфорных удобрений на разных уровнях обеспеченности почв подвижным фосфором, %
Уровень обеспеченности подвижным Р2О5, мг/100 г почвы Прибавка
опыт расчет, аппроксимация
линеиная логарифмическая
М+ m | V, % М+m V,% М+ m | V,%
0.10,0 23,5+1*5 32,0 22,3+0X31 1,3 21,9+1,69 37,2
10,1.20,0 18,2+1,34 34,2 18,1+0,39 2,9 9,8+0,72 9,8
20,1.30,0 6,7+9,3 16,6 9,7+0,52 2,69 1,6+0,39 0,14
Более 30 5,8+2,5 25,0 3,4+0,69 0,19 0,4 -
Таблица 2. Парные коэффициенты корреляции между содержанием в почве подвижных фосфатов, определяемых по Кирсанову и прибавками урожая яровой пшеницы от применения минеральных удобрений на разных почвах.
Почва Минеральные удобрения и доза R+mr
Серая лесная Чернозем выщелоченный Р N 6Р N Р Г К 60 [~60 60 N 6Р N60 Рб0 6Кб0 -0,68+0,02 -0,68+0,02 -0,80+0,04 -0,41+0,35 -0,68+0,21 -0,39+0,36
Источником информации при разработке корреляционно-регрессионных моделей для прогнозирования урожайности в зависимости от показателей плодородия почвы и доз фосфорных удобрений послужили результаты 220 полевых опытов Государственной агрохимической службы Томской области. Для идентификации их параметров использованы массивы опытных данных по урожайности и каждому из работающих факторов. Алгебраическая форма уравнения имеет следующий вид: у=а0+ а 1х1+а2х2+а3 х3...+а: х,
а
где у - прогнозируемый урожай; а0 -свободный член; у..а.- коэффициенты регрессии; хг..х -аргументы.
В качестве независимых переменных приняты: степень кислотности почвы (рНсол), содержание в почве подвижного фосфора и обменного калия, доза фосфорных удобрений. Процедура реализована в пакете прикладных программ статистического анализа для ЭВМ - ЕС.
Результаты и обсуждение. На основании имитационного моделирования установлено, что при низком содержании доступного фосфора теоретические и фактические прибавки урожая зерновых близки (табл. 1).
В случае высокой обеспеченности почв Р2О5 прирост урожая зерновых при внесении фосфорных удобрений снижается. Интерпретация решений уравнения регрессии, учитывающая взаимосвязь аргументов, позволяет выявить зависимость уровня урожая от сопряженно измеренного соответствующего ему содержания подвижного фосфора. Величины урожайности легко трансформируются в соответствующие связи, а оценка обеспеченности почв подвижным фосфором при широком диапазоне варьирования его концентрации от низкой до высокой позволяет сделать вывод о нелинейном характере зависимости между этими показателями.
Несмотря на в целом довольно тесную обратную (г=-0,708) связь между содержанием подвижных фосфатов (мг/кг почвы) и прибавками урожая (%) типовая принадлежность почвы вносит свои коррективы в корреляционные отношения и в уравнение регрессии. Так, для серыхлесных почвуравнение регрессии имеет вид: у=12,68-0,08х. Для черноземов оно выглядит несколько иначе: у=24,55-0,40х, при этом коэффициент регрессии в х/у = - 0,651. То есть при увеличении содержания подвижных фосфатов на 1 мг/кг почвы прибавки урожая зерновых от применения фосфорных удобрений
уменьшаются на 0,651%. Парные корреляции между исследуемыми параметрами характеризуются довольно тесной зависимостью на серых лесных почвах и менее тесной на черноземах (табл. 2).
При внесении в почву полного минерального удобрения связь урожая с содержанием подвижного фосфора ослабевает. Уровень обеспеченности почвы подвижными фосфатами имеет большое значение при формировании как самого урожая зерновых культур, так и его прироста, когда применяются минеральные удобрения (табл. 3).
В случае низкой обеспеченности почвенными фосфатами меньшая урожайность яровой пшеницы формируется независимо от типа или разновидности почвы. При этом установлена тенденция повышения урожайности зерновых от светло-серых лесных почв к серым лесным, темно-серым лесным и черноземам. Соответственно она увеличивается и при внесении фосфорных удобрений. Прибавка урожая в процентном отношении имеет тенденцию зависимости от уровня обеспеченности почв подвижным фосфором. При этом, чем он ниже, тем выше прибавки.
Анализ результатов экспериментов географической сети опытов с удобрениями по Томской области за 1965-1982 гг. показал, что при содержании подвижного фосфора 100 мг/кг почвы прибавки урожая зерновых составляют > 50% (г= -0,80±0,04), при 100...200 мг/кг их величина несколько ниже и находится в пределах 15.25% (г=-0,67+0,02). В случае с более высоким содержанием в почве подвижных фосфатов (200.300 мг/кг почвы) прибавка урожая варьирует от 5 до 15% (г=-0,68+0,02). Таким образом, при использовании индексов, предложенных для агрохимической службы оценка плодородия по содержанию фосфора завышается, в результате чего растения голодают. Выявленные закономерности позволили разработать и обосновать новые индексы для почв Томской области, которые отличаются от используемых агрохимической службой (табл. 4). Они позволяют более корректно интерпретировать данные исследований и полнее удовлетворять потребности растения в фосфоре [4].
Между разными уровнями обеспеченности почв подвижным фосфором и прибавками урожая установлена тесная корреляционная связь (г=0,67...0,80).
Знание характера изменчивости урожайности зерновых культур в зависимости от обеспеченности почв элементами питания позволяет уточнить необходимый уровень их содержания. Некоторые ученые [5] считают, что оптимальная концентрация подвижного фосфора для культур полевого севооборота на дерново-подзолистой почве составляет 50.80 мг/кг почвы (по Кирсанову). Другие авторы [6.9] на основании обоб-
Таблица 3. Влияние фосфорных удобрений на урожайность яровой пшеницы в зависимости от уровня обеспеченности подвижным фосфором различных почв
Содержание Р2О5, мг/кг Уровень обеспеченности подвижным фосфором Число опытов Урожайность, ц/га Прибавка, %
без удобрений Р60
Светло-серые лесные
0.100 низкий 4 9,5 13,9 45,3
100.200 средний 3 11,9 14,1 18,5
Серые лесные
0.100 низкий 7 7,4 10,6 43,2
100.200 средний 10 16,1 20,0 24,2
200.300 повышенный 4 17,7 20,2 16,1
Темно-серые лесные
100.200 средний 3 24,6 31,5 28,0
200.300 повышенный 5 31,5 33,9 7,6
Чернозем выщелоченный
200.300 повышенный 5 17,0 20,3 24,1
Более 300 высокий 2 21,1 22,3 10,5
Таблица 4. Сравнительная оценка обеспеченности почв подвижным фосфором, определенной по методу Кирсанова.
Индексы, используемые агрохимической службой Новые индексы для зональных почв Томской области
содержание Р2О5, мг/кг почвы обеспеченность подвижным фосфором потребность в фосфорных удобрениях содержание Р2Оу мг/кг почвы обеспеченность подвижным фосфором потребность в фосфорных удобрениях
26...50 низкая очень сильная 0...100 низкая очень сильная 51...100 средняя сильная 100...200 средняя сильная 101...150 повышенная средняя 200...300 повышенная средняя 151...250 высокая слабая более 300 высокая слабая
щения результатам полевых опытов указывают на возможность получения потенциально высоких урожаев в таких условиях при содержании подвижного фосфора в интервале 100.150 мг/кг почвы. По мнению третьих [10], оптимальное содержания Р2О5 для дерново-подзолистых почв еще выше - 180.200 мг/кг.
Основная цель определения содержания элементов питания в почве - обоснование применения минеральных удобрений, в том числе фосфоросодержащих, а также прогноз их эффективности. Для решения этой задачи мы разработали две корреляционно-регрессионные модели, характеризующие зависимость урожайности от плодородия почвы и доз фосфорных удобрений: у1=69,29+0,02Ри- 10,13н-0,45р+0,09К у=48,3+ 0,045Ри-6,1н+0,02Р-0,01К, где у - урожайность, ц/га; Ри - фосфор удобрений, кг д.в.; Н - актуальная кислотность, мг-экв/100 г почвы; Р -фосфор почвы, мг/кг; К - калий почвы, мг/кг.
Первая модель используется для конкретного поля или участка, а вторая модель представлена в обобщенном виде, когда процесс формирования урожая протекает в условиях большой пестроты почвенного плодородия. С ис-
пользованием первой модели были получены данные по прибавкам урожая зерновых культур (ц/га) от применения фосфорных удобрений при разных уровнях содержания подвижного фосфора. Так, при концентрации Р2О5 менее 50 мг/кг почвы сбор зерна (ц/га) на 1 мг Р2О5 составили 0,22; 100 мг/кг Р2О5 - 0,11; более 300 мг/кг - 0,03 ц/га.
Таким образом, чем выше содержание подвижного фосфора в почве, тем меньше прирост урожая растений в расчете на 1 мг Р2О5 почвы, а полученные результаты еще раз подтверждает правильность корректировки индексов обеспеченности почв подвижным фосфором для условий Томской области.
Выводы. Для точной диагностики фосфорного питания зерновых культур в условиях таежно-лесной зоны необходима корректировка шкалы, предложенной для метода Кирсанова, в связи со слабой согласованностью между содержанием подвижных фосфатов в почве и прибавками урожая зерновых культур от внесенных фосфоросодержащих удобрений.
В целом метод определения подвижного фосфора по Кирсанову в 0,2 н солянокислой вытяжке пригоден для оценки обеспеченности зональных почв Томской области, но индексы обеспеченности почв Р2О5 занижены примерно в 2 раза. Разработанные индексы обеспеченности почв подвижным фосфором на основе полевых опытов географической сети позволяют прогнозировать эффективность применения фосфорных удобрений.
Литература.
1. Абрамов А.И., Крымова Е.А. Динамика обеспеченности пахотных угодий Нижегородской области подвижным фосфором //Достижения науки и техники АПК. 2014. №4. С. 10-12.
2. Фосфор в земледелии Центрально-Черноземного района /П.А. Чекмарев, С.В. Лукин, Ю.И. Сискевич, Н.П. Юмашев, А.Н. Хижняков //Достижения науки и техники АПК. 2011. №5. С. 21-23.
3. Чекмарев П.А., Лукин С.В., Юмашев Н.П. Фосфатный режим черноземов // Вестник Российской академии сельскохозяйственных наук. 2010. № 6. С. 28-30.
4. Славнина Т.П. Азот фосфор и калий в лесостепных почвах Томской области// Труды Томского ун-та. 1949. Т. 109. 196 с.
5. Покровская Е.В., Шулегина М.В. Установление оптимального уровня содержания фосфора в дерново-подзолисто-глееевой почве для культур полевого севооборота //Агрохимия. 1995. №12. С. 3-10.
6. Литвак Ш.И. Системный подход к агрохимическим исследованиям. М.: Агропромиздат, 1990. 220 с.
7. Постников А.В., Шафран С.А. Регулирование содержания фосфора и калия в различных почвах путем интенсивного применения удобрений // Химия в сельском хозяйстве. 1980. № 6. С. 14-18.
8. Шафран С.А. Эффективность азотных удобрений в зависимости от обеспеченности дерново-подзолистых почв подвижными формами фосфора и калия //Агрохимия. 1995. № 11. С. 51-57.
9. Касицкий Ю.И., Игнатов В.Г., Янишевский Ф.В. Эффективность молотых фосфатов различных месторождений на дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почве //Агрохимия. 1998. № 9. С. 55-70.
10. Державин Л.М., Литвак Ш.И., Седова Е.В. Современные методы определения доз минеральных удобрений: обзорная информация. М.: Госагропром СССР. ВАСХНИЛ, 1988. 44 с.
PHOSPHORUS IN THE AGRICULTURE OF TOMSK REGION
E.V. Titova, I.B. Sorokin
Station of Agrochemical Service "Tomskaya", Tomsk, Beringa st., 12a
Summary. The article summarized the investigation results on determination of efficiency of phosphorus fertilizers on different types of soils in the geographic network of experiments with mineral fertilizers during the period since 1965 to 1992. Tomsk region is located in the southern taiga zone of Western Siberia. Soils are represented by the genetic series: podzol, sod-podzol, grey forest, black soils (leached and podzolized). The content of mobile phosphorus in them decreases from black and grey forest soils of southern regions to grey forest, light grey forest and sod-podzol soils of northern regions of the region. According to the results of five stages of agrochemical survey the portion of arable lands with low provision with this element varied from 30.4 to 41.1 % on the average through the region and today it is 35.5 %. Herewith, for example, the value of this index in Bakchar district reaches 87.3 %, in Verkhneketsky, Kolpashevo, Parabel, Teguldet and Chainsky districts it is 74, 62, 83.1, 79.9 and 65.1 %, correspondingly. The level of provision of soils of the non-chernozem region of Western Siberia is evaluated according to the indices, based on the determination of mobile phosphorus from the method of Kirsanov in 0.2 n hydrochloric acid. This method of determination of this index is quite acceptable, but recommended for the agrochemical service indices on data of the given experiments do not match with the estimation of soil provision with mobile phosphates and efficiency of phosphorus fertilizers. They are deflated approximately 2 times. The new indices are developed; it is proposed to consider the soil provision with mobile phosphorus as low with P2O5 content at the level 0...100 mg/kg of soil, at the level 100... 200 mg/kg - as middle, 200.300 mg/kg - as increased and more than 300 mg/kg - as high provision. Keywords: genetic series of soil, labile phosphorus index, efficiency of fertilizers, crop capacity.
