CC BY
26
процессов в почве необходимо сбалансированное применение элементов минерального питания и сохранение кальциевого равновесия в почве.
Выводы. Оптимизация пищевого режима обыкновенного чернозёма Центрального Предкавказья с помощью минеральных удобрений является необходимым условием увеличения валовых сборов зерна и поддержания плодородия на более высоком уровне, чем на неудобренной пашни. Важная роль в повышении урожайности культур и сохранении плодородия почвы принадлежит фосфорным удобрениям, применение которых в наибольшей степени предотвращает потери гумуса в почве и позволяет получить устойчивый среднегодовой прирост продуктивности севооборота как в прямом действии, так и в последействии — 0,23—0,67 т/га. Максимального прироста продуктивности севооборота можно достичь лишь при совместном внесении фосфорного, азотного и калийного удобрений №20Р30-150К120) — 0,55 —0,87 т/га. Систематическое внесение фосфорного удобрения создаёт значительные запасы остаточных фосфатов, которые длительное время сохраняются в пахотном слое почвы в доступном состоянии. В период последействия удобрений коэффициент использования остаточных фосфатов на вариантах применения полного минерального удобрения выше, чем при отдельном внесении фосфора.
Применение азотного удобрения, особенно в повышенной дозе, улучшая условия питания растений в прямом действии, обеспечивает длительный эффект последействия за счет уменьшения щелочности почвенного раствора и увеличения количества активных подвижных соединений гумуса. Доля азотного удобрения в формировании продуктивности культур севооборота в период последействия на 10,8—15,1%, или в 3,9—14,5 раза, выше прямого действия.
Применение минеральных удобрений в достаточном объёме и соотношении питательных
элементов недостаточно для сохранения и расширенного воспроизводства плодородия чернозёма обыкновенного. Наряду с применением удобрений необходимо выполнение комплекса других мероприятий, направленных на увеличение поступления органического углерода и азота в почву.
Литература
1. Годунова Е.И. Состояние плодородия почв Ставрополья и пути достижения их нуль-деградации в современных климатических условиях / Е.И. Годунова, Н.Н. Шаповалова, В.В. Кулинцев [и др.] // Агрохимический вестник. 2017. № 5. С. 7-11.
2. Минеев В.Г. Развитие фундаментальных исследований по эколого-функциональной роли агрохимии в агроценозе // Развитие почвенно-экологических исследований. М.: Изд-во МГУ, 1999. С. 9-20.
3. Шаповалова Н.Н, Годунова Е.И., Шустикова Е.П. Кислотно-основные свойства чернозёма обыкновенного после длительного внесения минеральных удобрений // Плодородие. 2016. № 4 (91). С. 15-18.
4. Шеуджен А.Х., Нещадим Н.Н., Онищенко Л.М. Органическое вещество почвы и методы его определения: учебное пособие / под. ред. В.Т. Куркаева. Майкоп: ОАО «Полиграф-издат «Адыгея», 2007. 344 с.
5. Ярошенко Т.М. Длительный стационарный опыт в степном Поволжье: результаты исследований в восьмой ротации зернопарового севооборота / Т.М. Ярошенко, Н.Ф. Климова, Д.Ю. Журавлев [и др.] // Итоги выполнения программы фундаментальных научных исследований государственных академий на 2013-2020 гг.: матер. всерос. координац. совещ. науч. учрежд. - участников Географической сети опытов с удобрениями / под ред. акад. В.Г. Сычева. М.: ВНИИА, 2018. С. 420-429.
6. Шустикова Е.П., Шаповалова Н.Н. Особенности формирования запасов остаточных фосфатов в чернозёме обыкновенном при длительном применении удобрений // Плодородие. 2011. № 1. С. 21-23.
7. Шаповалова Н.Н., Шустикова Е.П. Мониторинг плодородия чернозёма обыкновенного, сформированного под воздействием длительного применения минеральных удобрений // Состояние и перспективы агрохимических исследований в Географической сети опытов с удобрениями: матер. междунар. науч.-методич. конф. учрежд. - участников Геосети России и стран СНГ, 10-11 июня 2010 г. / под ред. В.Г. Минеева, В.Г. Сычева. М.: ВНИИА, 2010. С. 131-134.
8. Шаповалова Н.Н., Шустикова Е.П. Влияние длительного внесения фосфорных удобрений на фосфатный режим чернозёма обыкновенного при возделывании озимой пшеницы // Закономерности изменения почв при антропогенных воздействиях и регулирование состояния и функционирования почвенного покрова: сб. науч. стат. по матер. всерос. науч. конф. (28-29 сентября 2010 г.). М.: Почв. ин-т им. В.В. Докучаева Россельхозакадемии, 2011. С. 262-267.
Фосфорный режим нарушенных земель в условиях Крайнего Севера
А.В. Игловиков, к.с.-х.н., ФГБОУ ВО ГАУ Северного Зауралья
«Ключом жизни» называют фосфор, так как он непосредственно участвует в большинстве жизненных процессов.
Вторым элементом питания после азота общепринято считать фосфор, который поглощается растениями в меньших количествах, но его роль не менее важна. Оптимальное фосфорное питание способствует развитию корневой системы растений, улучшает обменные процессы, происходящие в
каждой клетке. Его дефицит независимо от времени вегетации растений негативно отражается на цветении и формировании семян. Особенно важен фосфор в начале вегетации, поэтому каждый специалист знает об эффективности внесения фосфорных удобрений вместе с семенами. Это улучшает снабжение растений питательными веществами и влагой, что особенно актуально для засушливых условий, характерных для Крайнего Севера.
В сочетании с калием фосфор повышает зимостойкость растений, ускоряет их развитие и созревание. Для условий Крайнего Севера это
жизненно необходимо [1]. По многочисленным результатам исследований оптимальное фосфорное питание обеспечивает ускорение созревания зерновых культур на пять — шесть суток. Это особенно важно для районов, где они не вызревают до наступления низких температур.
Рост и развитие многолетних трав определяются не только наличием в почве фосфора, но и его формами, в которых данный элемент питания находится. Кроме того, на Крайнем Севере фосфор снижает отрицательное действие низких температур на растения. Поэтому актуальность изучения фосфорного режима в грунтах, подлежащих биологической рекультивации, не вызывает сомнений.
Материал и методы исследования. Полевые опыты по изучению питательного режима техногенно нарушенных почв были проведены на территории Ямало-Ненецкого автономного округа Бованен-ковского нефтегазоконденсатного месторождения и на дне песчаного карьера 25-летней выработки, расположенного в 15 км от г. Салехарда [2].
В опытах под многолетние травы (овсяница красная — 40%; кострец безостый — 35%; овсяница луговая — 10%; тимофеевка луговая — 5%; пырей ползучий — 5%; мятлик луговой — 3%; бекмания обыкновенная — 2%) вносили нитроаммофоску, содержащую 16% азота, фосфора и калия (ГОСТ Р51520), биомат торфяной с содержанием 12,2% сухого вещества, питательных веществ (КРК) — соответственно 120, 140 и 180 мг/кг почвы. Для поддержания оптимальной кислотно-щелочной характеристики был добавлен кальций, содержание которого не превышало 0,35% от массы биомата.
Основные показатели состава и свойств грунтов изучали по общепринятым методикам, фосфор-молибденовокислым способом из соляной вытяжки.
Статистическую обработку результатов исследования проводили по Б.А. Доспехову с использованием МюгоБойЕхсеГ
Результаты исследования. Источником фосфора для растений являются минеральные соединения почвы и удобрений. В условиях Крайнего Севера низкая температура почвы вызывает замедленное поступление фосфора в растения. При температуре почвы 5°С фосфор практически не потребляется растениями, и только по мере увеличения температуры до 5—20°С растения получают возможность интенсивно его поглощать [3, 4]. Механизм поглощения фосфора при низких положительных температурах довольно подробно изложен в учебниках по агрохимии и биохимии растений. Необходимо отметить, что плохое поглощение фосфора при низких температурах свойственно всем без исключения растениям.
Как показали наши исследования, исходное валовое содержание фосфора в намытых грунтах Бованенковского газоконденсатного месторождения очень низкое — 0,071—0,087% от абсолютно
сухой почвы. Это связано с отсутствием растительного сообщества, которое является биогенным аккумулятором органического вещества и зольных элементов в верхнем слое грунта. В песчаных породах, на которых проводили рекультивацию, изначально не содержится фосфор, о чём свидетельствует отсутствие изменений валовых запасов в глубь почвенного профиля [5].
Эффективность фосфорных удобрений находится в обратной прямой корреляционной связи от почвенных запасов фосфора (рис. 1). За девять лет исследования на варианте без внесения удобрений содержание подвижного фосфора в слое 0—30 см составляло 14,1 мг/кг почвы. Во все сроки определения его минимальное количество установлено в слое 0—10 см (11,1—13,3 мг/кг). Причиной этому является постоянное вымывание водорастворимых фосфатов в глубь рекультивируемого грунта или смыв во время снеготаяния.
Также это обусловлено потреблением фосфора многолетними травами в течение вегетации. На глубине 10—20 и 20—30 см его содержание было практически одинаковым, что объясняется закреплением фосфора за счёт химической поглотительной способности, при которой образуются трифосфаты кальция или железа.
Внесение минеральных удобрений обеспечило повышение содержания фосфора, доступного для растений, по сравнению с контролем на 14,3% (ОТК)90, 28,5% (№К)150, 35,7% (ОТК)210. Между содержанием подвижного фосфора и дозами минеральных удобрений установлена тесная связь, выражающаяся коэффициентами корреляции (г) от 0,95 до 0,99, что соответствует очень сильной положительной связи.
К концу вегетационного периода многолетних трав восьмого года жизни прослеживается тенденция снижения содержания подвижного фосфора на всех вариантах опыта, особенно где были внесены высокие дозы удобрений. Данный факт свидетельствует о том, что для стабилизации фосфорного режима рекультивируемых грунтов необходимо предусмотреть периодическое внесение минеральных удобрений с интервалом 5—8 лет [6, 7].
Влияние многолетних трав на содержание подвижного фосфора в рекультивируемых грунтах можно проследить по результатам его определения в опыте по изучению их норм высева (рис. 2).
Перед посевом рекультивационной травосмеси на всех вариантах опыта были внесены минеральные удобрения в дозе (КРК)150. В среднем за девять лет содержание подвижного фосфора в слое 0—30 см при норме высева трав 40 кг/га составляло 10,1 мг, 120 кг/га — 15,3 мг, 280 кг/га — 14,7 мг/кг почвы. Увеличение нормы высева злаковых трав с 40 до 120 кг/га повышало потребление подвижного фосфора на 21,1%, до 280 кг/га — на 26,3%. Максимальные различия, соответственно 28,6 и 35,7%, установлены в относительно благоприятные годы исследования,
Перед Фаза Перед уходом Фаза Перед уходом Фаза Перед уходом Перед уходом Перед уходом Перед уходом
закладкой кущения, в зиму, 2008 г. кущения, в зиму, 2009 г. кущения, в зиму, 2010 г. в зиму, 2013 г. в зиму, 2015 г. в зиму, 2017 г. опыта, 2007 г. 2008 г. 2009 г. 2010 г.
- Контроль(без удобрений)
npkqf
npk15
npk21
Рис. 1 - Динамика содержания подвижных фосфатов в слое 0-30 см грунта при внесении минеральных удобрений, мг/кг почвы
закладкой кущения, взиму, 2008 г. кущения, взиму, 2009 г. кущения, взиму, 2010 г. взиму, 2013 г. взиму, 2015 г. взиму, 2017 г. опыта, 2007 г. 2008 г. 2009 г. 2010 г.
—♦—40 кг/га —■—120 кг/га —*— 280 кг/га
Рис. 2 - Влияние различных норм высева многолетних трав на фосфорный режим изучаемых почвогрунтов, мг/кг почвы
Перед закладкой Перед уходом Начало Фаза Перед уходом Начало Фаза Перед уходом Перед уходом Перед уходом Перед уходом
опыта, 2008 г. в зиму, 2008 г. отрастания, кущения, в зиму, 2009 г. отрастания, кущения, в зиму, 2010 г. в зиму, 2013 г. в зиму, 2015 г. в зиму, 2017 г.
2009 г. 2009 г. 2010 г. 2010 г.
Контроль (без удобрений)
N160P160K160--БМТ + N16OP16O016O
Рис. 3 - Содержание доступного фосфора в 0,3 м слое грунтах песчаного карьера при внесении минеральных удобрений и применении биоматов торфяных (г. Салехард)
которые характеризовались максимально высокими температурой воздуха и выпадением осадков в течение вегетационного периода.
В самые холодные годы проведения исследования наблюдалось минимальное потребление фосфора, что доказывает важную роль температурного режима в потреблении элементов питания [8]. По этой причине накопление подвижных форм фосфора в зоне вечной мерзлоты происходит хуже, так как непоглощённая его часть в период вегетации
переходит в труднорастворимые, недоступные для растений формы [1].
Между содержанием подвижных фосфатов в грунте и нормами высева многолетних трав установлена тесная обратная связь, выражающаяся коэффициентами корреляции по срокам определения от г=-0,84 до г=-0,98.
Валовые запасы фосфора грунта на объекте в г. Салехарде до глубины 120 см не превышают 0,03— 0,06% (рис. 3). Глубже — его содержание увеличива-
ется до 0,3—0,5%, что обусловлено процессами миграции фосфатов в песчаных разновидностях почв. Одновременно с валовыми запасами изменяется и содержание доступных для растений форм фосфора. Содержание подвижных фосфатов в слое 0—30 см перед закладкой опыта составляло 5,1 мг/кг грунта. При этом содержание фосфора в слое 0—10 см было в 2,5—3,0 раза выше, чем на глубине 10—20 и 20—30 см. Это связано с его биогенной аккумуляцией [9]. Во все последующие сроки определения доступного фосфора на контрольных делянках сохранилась данная особенность. В течение вегетационного периода и по годам количество фосфора в корнеобитаемом слое без внесения удобрений изменялось несущественно.
Внесение минеральных удобрений увеличило содержание доступного фосфора в слое 0—30 см в среднем за девять лет по сравнению с контролем с 13,2 до 17,8 мг/кг почвы, отклонение составляло 30,8% от первоначальных значений. По слоям это выглядело следующим образом: 0—10 см — соответственно 13,2 и 21,5 мг (61,5%), 10-20 см - 13,3 и 17,8 мг (30,8%), 20-30 см - 13,2 и 17,7 мг/кг почвы (30,8%).
Основные запасы внесённого фосфора потреблялись многолетними травами на протяжении двух лет после внесения удобрений. В последующие годы содержание доступного фосфора в слое 0-10 см снизилось в 1,5-2,0 раза. На большей глубине его количество оставалось постоянным. По мнению А.И. Коровина (1972), лучшему поглощению фосфора и передвижению его в надземные органы многолетних трав способствует аммонийное питание. О преимуществе аммиачного питания многолетних трав при низких температурах нами сообщалось ранее [10].
Использование биоматов торфяных в сочетании с минеральными удобрениями повысило содержание подвижного фосфора в слое 0-30 см от 13,22 до 21,7 мг/кг почвы, увеличение составляло 66,9% от первоначальных значений. По сравнению с внесением минеральных удобрений в чистом виде его содержание увеличилось от 17,3 до 21,7 мг/кг почвы (27,6%). Связано это с содержанием фосфора в торфе, где его количество составляло 140 мг/кг почвы. По этой причине во все сроки определения наибольшее количество фосфора установлено в слое 0-10 см, именно на этой глубине расположен биомат.
Максимальные запасы доступного фосфора на этом варианте установлены в течение вегетационного периода 2009 г. Для него были характерны относительно благоприятные гидротермические условия. Известно, что чем благоприятнее гидротермические условия для разложения органических веществ, тем больше мобилизуется доступного для растений фосфора. В какой-то мере относится это и к фосфору, который входит в состав минеральной части почвы. Между содержанием подвижных фос-
фатов в слое грунта 0-30 см и минеральными удобрениями, биоматами торфяными имеется тесная связь, выраженная коэффициентами корреляции от г=0,58 до г=0,97. Следовательно, решающую роль в обеспечении многолетних трав доступным фосфором в условиях Крайнего Севера играют минеральные удобрения и биоматы торфяные.
В полевых опытах изучались требования многолетних трав к фосфорному питанию в различные фазы роста и развития. Это дало возможность определить потребность многолетних трав в питательных веществах на основных этапах своего развития. В условиях Крайнего Севера особенно значим для растений фосфор. Наше исследование показало, что он наиболее интенсивно потреблялся в фазы кущения и колошения (вымётывания). Его содержание в растениях было 0,46-0,76% (табл. 1).
1. Динамика содержания общего фосфора в разные фенологические фазы развития растений, % от сухого вещества
Вариант Фаза развития %
контроль (без удобрений) всходы - колошение (вымётывание) колошение (вымётывание) - цветение цветение - начало созревания 0,76 0,47 0,46
(№К)9О всходы - колошение (вымётывание) колошение (вымётывание) - цветение цветение - начало созревания 0,77 0,45 0,45
(№К)150 всходы - колошение (вымётывание) колошение (вымётывание) - цветение цветение - начало созревания 0,74 0,56 0,52
(№К)21О всходы - колошение (вымётывание) колошение (вымётывание) - цветение цветение - начало созревания 0,76 0,52 0,52
По мере роста и развития растений оно уменьшалось, достигая относительного минимума в фазу начала созревания. Увеличение дозы вносимого фосфора положительно сказывалось на его потреблении многолетними травами [11].
Заметное снижение содержания фосфора отмечено до фазы цветения. К моменту созревания его потребление снижалось не существенно. Наиболее высоким усвоение фосфора было в фазу вымётывания - 0,67-0,79% от сухого вещества.
Рассматривая поглощение фосфора из почвы и минеральных удобрений, следует отметить, что потребление увеличивалось от ранней стадии развития (всходы - колошение (вымётывание), достигая максимума в межфазный период колошение (вымётывание) - цветение, и снижалось во время цветения - начала созревания. Повышение дозы фосфорных удобрений на 60 кг действующего вещества стимулировало его потребление в фазу колошения (вымётывания) - цветения.
Рассматривая использование многолетними травами элементов питания из удобрений, следует отметить, что коэффициент использования удобрений фосфора многолетними травами был на
уровне 6,6—10,2%. Увеличение дозы минеральных удобрений свыше (КРК)150 приводило к снижению коэффициента использования из удобрений фосфора на 1,5—2,2% (табл. 2).
2. Биогенный вынос и коэффициенты использования Р2О5 многолетними травами из минеральных удобрений
Вариант Вынос с 1 т сухой массы, кг Коэффициент использования из удобрений, %
Контроль(без удобрений) 2,1 1,1
(NPK)90 2,4 10,2
(NPK)15O 2,9 8,8
(NPK)21O 3,0 6,6
Таким образом, при внесении минеральных удобрений увеличивался вынос фосфора с 1 т сухой массы многолетних трав и снижался коэффициент его использования.
Выводы
1. В техногенно нарушенных исследуемых грунтах валовое содержание фосфора очень низкое — 0,071—0,087% (намытые грунты в районе Бованенковского) и 0,03—0,06% (песок в районе г. Салехарда). Вниз по профилю его содержание увеличивается до 0,3—0,5%. В соответствии с валовыми запасами изменяется и содержание доступных форм фосфора.
2. К концу вегетационного периода прослеживается тенденция снижения содержания подвижного фосфора, особенно там, где были внесены высокие нормы удобрений. Для сохранения плодородия рекультивируемых грунтов на минимальном уровне необходимо периодическое внесение минеральных удобрений в виде подкормок.
3. Основные запасы внесённого фосфора потребляются многолетними травами на протяжении двух лет. В последующие годы содержание доступного фосфора снижается от 1,5 до 2,0 раз.
Решающую роль в обеспечении многолетних трав доступным фосфором играют минеральные удобрения и биоматы торфяные.
4. Поступление фосфора в растения особенно интенсивно происходит в ранние стадии развития (всходы — колошение (вымётывание), достигая максимума в межфазный период колошения (вымётывание) — цветения, и снижается во время цветения — начала созревания. Повышение дозы фосфорных удобрений на 60 кг д.в. стимулирует его потребление в фазу колошения (выметывания) — цветения.
Литература
1. Дадыкин В. П. О жизни растений в условиях Севера. М., 1954. 24 с.
2. Игловиков А.В. Биологическая рекультивация карьеров в условиях Крайнего Севера: автореф. дис. ... канд. с.-х. наук / Алтайский государственный аграрный университет. Барнаул, 2012.
3. Журбицкий З.И., Штраусберг Д.В. Влияние температуры на поглощение фосфора и кальция растениями // Доклады АН СССР. 1954. Т. 96. С. 37-44.
4. Коровин А. И. Роль температуры в минеральном питании растений. Л.: Гидрометеоиздат, 1972. 283 с.
5. Iglovikov A.V. The development of artificial Phytocenosis in Environmental Construction in the far North // Procedia Engineering. 2016. Volume 165. P. 800-805.
6. Motorin A.S. Iglovikov A. V. Assessment of group composition of peat organic matter for industrial processing // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science electronic edition. Saint-Petersburg Mining University. 2018. 194(4):042016.
7. Motorin A.S., Iglovikov A.V., Bukin A.V. Changing in water-physical properties of drained peat soils during extraction and exploration of minerals in the conditions of the northern urals // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science electronic edition. Saint-PetersburgMiningUniversity. 2018. 194:082026.
8. Игловиков А.В. Технологии оптимизации питательного режима нарушенных тундровых почв на биологическом этапе рекультивации // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2018. № 2 (70). С. 22-26.
9. Eremin D., Eremina D. Influence of granulometric composition structure of anthropogenic - reformed soil on ecology of infrastructure // Procedia Engineering. 2016. No. 165. Pp. 788-793.
10. Моторин А.С., Игловиков А.В. Динамика различных форм азота при проведении биологической рекультивации нарушенных земель в условиях Крайнего Севера // Агро-продовольственная политика России. 2017. № 12 (72). С. 88-92.
11. Тихановский А.Н. Теория и практика применения удобрений на почвах Крайнего Севера. М.: Изд-во «Научный консультант», 2015. 273 с.
Пути оптимизации использования фосфорсодержащих удобрений при засухах
К.Н. Бирюков, к.с.-х.н., А.И. Грабовец, чл.-корр. РАН, д.с.-х.н., профессор, О.В. Бирюкова, мл. н.с., ФГБНУ ФРАНЦ
Основная причина, при которой приходится искать новые решения в уже отлаженных технологиях возделывания пшеницы и тритикале в северных зонах Ростовской области, — это нарастание аридности климата. За последние 25 лет среднегодовая температура воздуха увеличилась на 2,5°С, среднегодовое количество осадков (за тот же период) уменьшилось на 20 мм [1]. Уменьшение
общей суммы осадков за год усугубляется высокими положительными температурами воздуха во время вегетации, часто суховеями. Динамика проявления засух в северных зонах Ростовской области имеет свои особенности. Если в 90-е годы прошлого века 3—4 года из 10 были засушливыми, то за период с 2000 по 2010 гг. таких лет было 7. Все эти изменения приводят к недобору урожая пшеницы и тритикале [2].
Урожай зерна на конкретном поле определяется макроэлементом, находящимся в минимуме. Таким макроэлементом на севере Ростовской
