CC BY
55
Аграрная наука Евро-Северо-Востока, № 5 (42), 2014 г. УДК 631.82:631.86
Изменение фракционного состава фосфатов при многолетнем применении удобрений
Лариса Дмитриевна Варламова, доктор с.-х. наук, профессор, преподаватель,
Вера Владимировна Нефедьева, аспирант
ФГБОУ ВПО Нижегородская ГСХА, г. Нижний Новгород, Россия,
E-mail: [email protected]
Изучено влияние длительного применения удобрений и известковых материалов на фракционный состав фосфатов светло-серой лесной почвы в условиях многолетнего полевого опыта. В условиях стационарного полевого опыта (1964-2013 гг.) внесение фосфорсодержащих удобрений увеличило валовое содержание элемента в светло-серой лесной почве по отношению к неудобренному контролю. Органо-минеральная система удобрения и известкование способствовали повышению доли органических форм фосфора. Анализ фракционного состава показал, что доля рыгхлосвязанных фосфатов почвы не превышала 1%, наиболее высока доля неизвлекаемыгх (28-38%) и Fe-P (33-34%). Наибольшее количество железофосфатов отмечено при совместном внесении минеральныгх и органических удобрений на неизвесткованном фоне, наименьшее - на контрольном варианте при известковании. Известкование обеспечило существенное увеличение фракции Са-Р и снижение доли неизвлекаемыгх фосфатов. Наиболее динамичными являются группы рыгхлосвязан-ныгх фосфатов (V=11-25%) и алюмофосфатов (V=5-26%), известкование, в большинстве случаев, способствует снижению вариабельности анализируемыгх показателей.
Ключевые слова: многолетний полевой опыт, система удобрения, известкование, фосфатный режим почвы, фракционный состав фосфатов
Фосфор является одним из важнейших элементов, определяющих урожайность сельскохозяйственных культур. При этом урожай напрямую зависит от содержания в почве доступных для питания растений форм фосфора [1]. Многолетними агрохимическими исследованиями установлено длительное последействие фосфорных удобрений. Так, систематическое применение удобрений увеличивает валовое содержание фосфора в пахотном слое, запасы его усвояемых соединений и доступность культурным растениям [2]. Другим аспектом антропогенного влияния на почву является нарушение сложившегося равновесия между органическими и минеральными формами фосфора в разных типах почв [3]. При этом имеющаяся информация по групповому и фракционному составу фосфатов имеет достаточно противоречивый характер, что предопределяет интерес к проведению исследований в данном направлении.
Цель исследований - изучить влияние систематического применения удобрений и известковых материалов на фосфатное состояние светло-серой лесной легкосуглинистой освоенной почвы в условиях стационарного полевого опыта.
Материал и методы. Исследования проведены в условиях многолетнего опыта, заложенного в 1964 году, под руководством
заведующего кафедрой агрохимии Горьков-ского сельскохозяйственного института профессора Ю.П. Сиротина на опытном поле учхоза «Новинки» Богородского района Горьковской области. На момент закладки опыта почва характеризовалась агрономически нейтральной реакцией (6,0 по Алямов-скому), повышенной обеспеченностью подвижными формами фосфора (125 мг/кг) и калия (126 мг/кг), очень низким содержанием гумуса (1,43%). Опыт заложен в четырехкратной повторности.
С 1972 года было предусмотрено расщепление делянок, и изучение действия удобрений с этого периода проводили по двум фонам: неизвесткованному и известкованному. Внесение доломитовой муки проводили в 1972, 1979, 1984, 1992, 2001 и 2009 гг. Насыщенность удобрениями составила: N - 50,5 кг д.в., Р2О5 - 52,0 кг д.в., К2О - 53,1 кг д.в. В качестве азотных удобрений в разные периоды использовали сульфат аммония и аммиачную селитру, фосфорных - суперфосфат (до 2000 г.) и фосфоритную муку, калийных - хлористый калий, органических - полуперепревший подстилочный (соломистый) навоз крупного рогатого скота.
Образцы почвы с многолетнего опыта отбирали до внесения удобрений с двух несмежных повторений в весенний период с 2009 по 2013 гг. В почвенных образцах оп-
ределяли валовый фосфор - по Гинзбург, минеральный фосфор - по Сэндерсу-Вильямсу, фракционный состав фосфатов -по Чангу-Джексону в модификации Аскина-зи, Гинзбург, Лебедевой [4], математическую обработку результатов исследований проводили методом анализа вариационных рядов [5] с использованием компьютерной программы Microsoft Office Excel. Химические анализы проведены в лабораториях кафедры агрохимии и агроэкологии Нижегородской ГСХА.
Результаты и их обсуждение. По литературным данным, валовое содержание фосфора в пахотном слое серых лесных почв варьирует от 0,12 до 0,20% [2], с чем согласуются полученные нами результаты (табл.).
Таблица 1
Показатели фосфатного режима и фракцион полевого опыта, мг/кг
Следует отметить, что известкование способствовало накоплению фосфора в пахотном слое на контроле и при одностороннем внесении минерального фосфора, что, по-видимому, обусловлено более благоприятными условиями для развития корневой системы растений и «перекачиванию» его из нижерасположенных слоев почвы. Положительный эффект от известкования в варианте с органоминеральной системой удобрения, где действие навоза несколько нивелировало отрицательное влияние кислотности на рост и развитие корней, не выявлен. Напротив, отмечено даже некоторое снижение содержания фосфора (на 65 мг/кг, или 4%), что связано с получением более высоких урожаев и дополнительным отчуждением Р2О5.
| состава фосфатов почвы многолетнего
Вариант Неизвесткованный фон Известкованный фон
lim M±m V, % lim M±m V, %
Валовой фосфор
Контроль 1005- -1137 1070±24,2 6 1200- -1224 1214±2,7 1
Р 1145- -1348 1246±35,9 8 1406- -1443 1424±4,3 1
NPK+навоз 1724- -1913 1821±32,2 5 1738- -1778 1756±5,6 1
Минеральный фосфор
Контроль 887- -918 901±4,3 1 941- -975 959±4,1 1
Р 1017- -1066 1041±8,1 2 1114- -1138 1125±2,7 1
NPK+навоз 1270- -1328 1299±8,1 12 1200- -1282 1244±13,6 3
Рыхлосвязанные юсфаты
Контроль 4- -7 5±0,3 24 3-7 5±0,3 25
Р 4- -8 6±0,3 19 4-9 7±0,4 25
NPK+навоз 6- -8 7±0,2 11 6-12 8±0,5 25
Алюмофосфаты (Al-P)
Контроль 63-142 104±6,0 26 75- -92 84±1,1 6
Р 99-166 132±5,8 19 108- -134 120±1,5 5
NPK+навоз 110-217 161±9,4 26 112- -194 144±6,4 20
Железофосфаты (Fe-P)
Контроль 256- -337 295±5,9 9 235- -326 261±6,2 11
Р 336- -431 388±7,8 9 325- -395 347±3,9 5
NPK+навоз 407- -498 447±6,6 7 380- -456 428±4,7 5
Кальцийфосфаты (Ca-P)
Контроль 136- -176 155±3,2 8 154- -208 178±3,4 8
Р 182- -214 198±2,2 5 210- -260 236±2,9 6
NPK+навоз 197- -327 264± 11,4 19 233- -349 315±8,7 12
Примечания: M - среднее значение, m - отклонение от среднего, lim - интервал изменения фактора, V - коэффициент вариации
Как одностороннее применение фосфорных удобрений в течение 49 лет при насыщенности 52,0 кг д.в./га пашни, так и в составе органоминеральной системы удобрения привело к существенному увеличению запасов фосфора в почве. Применение фосфора обеспечило практически равноценное накопление элемента по отношению к контролю (соответственно на 16 и 17%), при использовании органоминеральной системы эти цифры существенно различались, достигая 70% на неизвесткованном фоне и 43% - при известковании. Кроме того, следует отметить значительную вариабельность общего запаса фосфора в неизвесткованной (5-8%) почве по сравнению с известкованной (1%).
Оценивая влияние удобрений на содержание минеральных фосфатов в почве, отмечаем существенное их увеличение по отношению к контролю на обоих фонах, в большей степени при совместном внесении минеральных и органических удобрений. На неизвесткованном фоне в варианте без удобрений и при одностороннем внесении минерального фосфора доля данной группы почвенных фосфатов составила 84%, а известкование снизило ее до 79%. Таким образом, можно констатировать, что внесение доло-
митовой муки способствовало накоплению в почве группы органофосфатов.
Применение органоминеральной системы удобрения на обоих фонах привело к снижению доли минерального фосфора до 71%. При равноценном содержании элемента (1299 и 1244 мг/кг) на неизвесткованном фоне наблюдается более выраженная вариабельность данного показателя (12% против 3% при внесении доломитовой муки).
Оценивая фракционный состав фосфатов, отмечаем, что содержание рыхлосвя-занных фосфатов на обоих фонах невысоко и составляет 4-12 мг/кг. В целом данная фракция почвенного фосфора, непосредственно являющаяся источником для питания растений, характеризуется наиболее выраженной вариабельностью, которая достигает 25%. При этом на фоне известкования она равноценна во всех вариантах, в то время как для кислой почвы проявляется четкая тенденция снижения неоднородности при внесении удобрений с 25% на контроле до 19% на фоне Р и 11% при органоминеральной системе. Доля рыхлосвязанных фосфатов в структуре минерального фосфора составляет менее 1% (рис. 1, 2).
□ Рыхлосвязанные 1%
□ Алюмофосфаты 11%
□ Неизвлекаемые 38%
□ Железофосфаты 33%
□ Кальцийфосфаты 17%
Рис. 1. Соотношение фракций минеральных фосфатов. Контроль, неизвесткованный фон, 2009 г.
□ Неизвлекаемые 28%
□ Рыхлосвязанные 1%
□ Алюмофосфаты 12%
□ Кальцийфосфаты 25%
Рис. 2. Соотношение фракций минеральных фосфатов. №К + навоз, известкованный фон, 2013 г.
Железофосфаты 34%
Доля железофосфатов может сильно варьировать в зависимости от типа почвы, степени ее окультуренности и способа использования. По данным В.И. Титовой с соавторами [1], содержание фосфатов алюминия и железа может достигать 70% от суммы минерального запаса фосфора в почве, при этом отмечено преобладание Fe-P над А1-Р, а по результатам исследований П.В. Орлова и др. [6], доля Fe-P в серых лесных почвах составляет 34-39%.
Применение фосфорсодержащих удобрений привело к значительному изменению фракции алюмофосфатов за пятилетний период наблюдения (вариабельность изменения признака 5-26% в большей степени проявилась на неизвесткованном фоне). Вносимые удобрения увеличили содержание А1-Р по сравнению с контролем на 27 и 55% (соответственно фосфор и совместное использование органических и минеральных удобрений), на фоне извести эти цифры соответственно составили 43 и 71%. В то же время само известкование способствовало некоторому количественному снижению содержания алюмофос-фатов по сравнению с неизвесткованным фоном. Долевое участие данной фракции в формировании минерального фосфора составляет 9-13%, в среднем по известкованному фону 10,6%, по неизвесткованному - 12,3%.
В наших опытах содержание железо-фосфатов за пятилетний период достигало 498 мг/кг почвы. Наибольшее количество данной фракции отмечается при совместном внесении минеральных и органических удобрений на неизвесткованном фоне, наименьшее -в контрольном варианте при применении известковых материалов (235 мг/кг). В долевом отношении содержание железофосфатов составляет 27-37%. Данная фракция характеризуется наименьшей доступностью для питания растений и соответственно наибольшей стабильностью, однако варьирование за пятилетний период значительно (5-11%). Результатом последействия известковых материалов по данным наших исследований является увеличение доли кальцийфосфатов в структуре минерального фосфора на 2% (контроль) -5% (органоминеральная система удобрения), изменяясь от 17 до 25% (рис. 1, 2). Применение фосфора обеспечило повышение данной фракции фосфатов на 28-32%, органо-минеральная система - на 70-77% (неиз-весткованный и известкованный фон соот-
ветственно). Коэффициент вариации значителен, составляет 5-19%, достигая максимума при использовании органических и минеральных удобрений.
Представленные фракции фосфора характеризуют относительно подвижные соединения данного элемента в почве [1], в сумме составляют 62-72% от минерального его запаса. Доля неизвлекаемых фосфатов, к которым отнесены труднорастворимые фосфаты железа, алюминия, алюможелезофос-фаты, фосфаты невыветрившихся минералов материнской породы составила 28-38%, существенно снижаясь при известковании.
Заключение. Применение фосфорных удобрений в течение 49 лет обеспечило увеличение общего запаса фосфора в почве, по сравнению с неудобренным контролем, на 16%, а органоминеральная система - на 70%, для отдельных фракций изменения соответственно составили 15-31% и 40-70%. Совместное внесение органических и минеральных удобрений способствовало снижению доли минеральных фосфатов с 84 до 71% на неизвесткованном фоне, с 79% до 71% - при внесении доломитовой муки.
Известкование способствовало дополнительному накоплению фосфора в неудобренной почве (на 13%), при внесении фосфора (на 14%), но снизило на фоне органо-минеральной системы (на 4%). Внесение доломитовой муки обеспечило повышение доли кальцийфосфатов по сравнению с неиз-весткованной почвой в среднем по вариантам на 4% и снижение доли неизвлекаемых фосфатов на 4%.
Список литературы
1. Титова В.И., Шафронов О.Д., Варламова Л.Д. Фосфор в земледелии Нижегородской области. Н. Новгород: Изд-во ВВАГС, 2005. 219 с.
2. Гинзбург К.Е. Фосфор основных типов почв СССР. М.: Наука, 1981. 242 с.
3. Дабахова Е.В. Эколого-агрономичес-кая оценка применения различных систем удобрения на светло-серой лесной почве: Автореф. дис. ... кандидата с.-х. наук. М., 1998. 37 с.
4. Агрохимические методы исследования почв. М.: Наука, 1975. 656 с.
5. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта. М.: Колос, 1973. 336 с.
6. Орлов П.В., Корченкина Н.А., Нефедье-ва В.В. Влияние фонов известкования на фракции фосфатов длительно удобряемой светлосерой лесной почвы // Аграрная наука Евро-Северо-Востока. 2012. №6 (31). С. 23-27.
Changing of the fractional composition of phosphates at long-term application of fertilizers
Varlamova L., Nefedjeva V.
The effect of prolonged use of fertilizers and liming materials on the fractional composition of phosphates of light gray forest soils under long-term field experiment is studied. In a steady-state field experiment (1964-2013) introduction of phosphate fertilizers increased the total content of the element in a light gray forest soil in relation to the unfertilized control. Organo-mineral fertilizers and liming system helped to increase the share of organic forms of phosphorus. Fractional composition analysis showed that the proportion of loosely bound phosphates of soil is less than 1%, the highest proportion of non-retrievable (28-38 %) and Fe- P (33-34 %). The greatest number of iron phosphate noted in the joint application of mineral and organic fertilizers at non-limed background, the lowest - in the control variant at liming. Liming provided a significant increase in the fraction of Ca - P and a reduction in non-retrievable phosphates. Most dynamic groups are loosely bound phosphate (V = 11-25%) and alumo-phosphates (V = 5-26%), liming, in most cases, contributes to reduce the variability of the analyzed parameters.
Key words: perennial field experiment, fertilizer system, liming, phosphate regime of the soil, fractional composition of phosphates
УДК 631.879:631.95
Изменение фосфатного состояния почвы под действием барды послеспиртовой
Наталья Александровна Корченкина, кандидат биол. наук, ст. научный сотрудник,
Елена Владимировна Дабахова*, доктор с.-х. наук, профессор
ГНУ Нижегородский НИИСХ, п. Селекция, Нижегородская область, Россия
*ФГБОУ ВПО Нижегородская ГСХА, г. Н. Новгород, Россия
E-mail: [email protected]
В статье представлены данные об изменении фосфатного состояния почв при длительном внесении высоких доз барды послеспиртовой. В качестве объекта исследований использован отход, полученный в технологическом цикле ОАО «Спиртзавод «Чугуновский» Воротынского района Нижегородской области. С целью комплексной оценки воздействия барды на трансформацию фосфора исследования проведены на светло- и темно-серой лесных почвах, расположенных в зоне воздействия данного предприятия. Дана сравнительная характеристика по содержанию фосфора на участках утилизации отхода и средней величины, установленной для серых лесных почв Нижегородской области.
В ходе проведения исследований установлено, что на фоне утилизации высоких доз барды послеспиртовой происходит повышение валового содержания фосфора и возрастание доли его доступных форм. Доказано, что многолетнее использование отхода в качестве органического удобрения на светло- и темно-серой лесных почвах способствует увеличению рыхлосвязанных фосфатов по сравнению с фоном на 8-12 мг/кг. Абсолютное содержание фосфатов алюминия на почвах с участков утилизации отхода в 1,8 раза превосходит фоновое значение, причем различия в зависимости от генетических особенностей почвы отсутствуют. Показано, что концентрация фосфатов железа под действием барды послеспиртовой увеличивается в абсолютном исчислении, однако в процентом отношении к сумме минеральных фосфатов на темно-серой лесной почве остается на прежнем уровне, а на светлосерой лесной почве снижается на 3%. Относительное содержание кальцийфосфатов на фоне систематического внесения отхода уменьшается на 2-5%.
Ключевые слова: барда послеспиртовая, темно-серая лесная почва, светло-серая лесная почва, фосфор, рыхлосвязанные фосфаты, алюмофосфаты, железофосфаты, кальцийфосфаты
В условиях интенсивного развития предприятий, перерабатывающих сельскохозяйственную продукцию (производство сахара, спирта, кисломолочных продуктов и т.д.), неизбежно происходит концентрация значительного объема отходов на ограниченных площадях, что вызывает необходи-
мость их утилизации. Так, основным побочным продуктом при производстве спирта является послеспиртовая барда, ежегодный объем образования которой в Российской Федерации составляет примерно 10 млн м3 [1]. Существующая технология переработки барды, в частности получение из нее сухого
