Изменение урожайности сельскохозяйственных культур в зависимости от содержания n, p и k в чернозёме обыкновенном Текст научной статьи по специальности «Сельское хозяйство, лесное хозяйство, рыбное хозяйство»

УДК 633:631.559:631.811:631.445.4

изменение урожайности сельскохозяйственных культур в зависимости ОТ содержания N P и K в чернозёме обыкновенном

Н.Н. ШАПОВАЛОВА, зав. лабораторией Е.П. ШУСТИКОВА, кандидат сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник

Ставропольский НИИСХ, ул. Никонова, 49, Михайловск, Ставропольский край, 356241, Россия E-mail:[email protected]

Резюме. В 1976 г. на опытном поле Ставропольского края под руководством академика Л.Н. Петровой заложен стационарный опыт по изучению влияния различных доз и сочетаний минеральных удобрений на продуктивность полевого севооборота и показатели эффективного плодородия почвы. Схема опыта включала ежегодное внесение следующих доз: Ncf N30, N60, N90, N N PK PKNPKNPKNPKN

120 150 120 120 120 120 30 120 120 60 12^120 90 12^120 120

P K N P P P P P P N K N K P N K P

120 120 150' 0' 30' 60' 90' 120' 150' 120 120' 120 120 30' 120 120 60' N120K120P90 N120K120P120 N120K120P150. Всего 24 варианта. В течение 5

ротаций проведено 21-кратное наложение азотных и фосфорных удобрений и 15-кратное калийных. С 2006 г. начато изучение последействия. Длительное внесение удобрительных средств создало разнообразные условия для питания растений. В целом по опыту прибавка урожая по культурам увеличивалась в ряду: соя, озимая пшеница после пара, яровой ячмень, лен, озимый ячмень, озимая пшеница после льна. Среднегодовой прирост урожайности в течение 6 лет последействия составил 6,7-12,2 ц/ га зерн. ед., или 18-32%, относительно варианта без удобрений. Анализ статистических характеристик свидетельствует, что увеличение продуктивности полевого севооборота обусловлено уровнем нитрифицирующей способности почвы, определяемой по Кравкову, и количеством подвижных фосфатов. На основании варьирования этих факторов рассчитан комплексный показатель - индекс окультуренности почвы, который принят за основу при характеристике уровня плодородия того или иного участка. Оптимальное его значение находится в пределах 1,1-1,5 единиц при содержании P2O5 не более 60-65мг/кги соотношении между нитрифицирующей способностью и содержанием подвижного фосфора 1:1,5.

Ключевые слова: урожайность культур, агрохимические показатели, нитрифицирующая способность, подвижный фосфор, индекс окультуренности, чернозем обыкновенный Для цитирования: Шаповалова Н.Н., Шустикова Е.П. Изменение урожайности сельскохозяйственных культур в зависимости от содержания N, P и K в чернозёме обыкновенном //Достижения науки и техники АПК. 2015. Т.29. №8. С. 32-35.

В практике сельскохозяйственного производства, когда минеральные удобрения регулярно используют в различных дозах и сочетаниях, происходит заметное изменение не только продуктивности возделываемых культур, но и агрохимических свойств пахотных земель. При этом каждому питательному элементу присущи свои особенности взаимодействия с почвенным поглощающим комплексом и, как следствие, с развитием растений.

При характеристике азотного режима почвы в большинстве случаев учитывают актуальные и потенциальные запасы. Актуальные - это количество нитратного и аммиачного азота в период проведения исследований, а потенциальные устанавливают по способности почвы мобилизовать минеральный азот из органического вещества в определенных условиях (оптимальные режимы влагообеспеченности и температуры). Один из параметров, характеризующих потенциальную возможность обеспечения растений усвояемым азотом - нитрифицирующая способность почвы [1].

Систематическое применение фосфорсодержащих удобрений приводит к увеличению, как валовых запасов этого элемента, так и его легкоусвояемых форм.

Внесенный фосфор длительное время сохраняется в почве в виде самого удобрения. Фосфатный уровень почв относится к наиболее устойчивым показателям эффективного плодородия [2].

Запас, накопленный в почве в результате использования удобрений, более важен для получения высоких урожаев, чем повышенные дозы фосфора, внесенные непосредственно под культуру на бедных этим элементом почвах [3].

Третий основной макроэлемент, необходимый растениям, - это калий, который считается элементом высокого урожая. Известно [4], что использование калийных удобрений способствует повышению, как продуктивности культур, так и качественных показателей сельскохозяйственной продукции, лучшему ее сохранению при складировании и транспортировке.

При заделке К20 в почву значительная его часть фиксируется почвенным поглощающим комплексом, и в большинстве случаев она оказывается более доступной для растений, чем калий, унаследованный от материнской породы [4].

Учитывая, что в сельскохозяйственной практике удобрения вносят ежегодно, свойства почвы постепенно претерпевают как качественные, так и количественные изменения. Растения потребляют питательные вещества как из вновь вносимых удобрений, так и из почвы. При этом действие почвенных запасов N Р и К на продуктивность растений изучена в меньшей степени, чем свежевноси-мых удобрительных средств. Определение фактического влияния остаточных форм питательных веществ на урожай сельскохозяйственных культур имеет большое теоретическое и практическое значение.

Цель наших исследований - изучение взаимосвязей между урожаем озимой пшеницы, озимого и ярового ячменя, сои, льна и содержанием легкоусвояемых соединений N Р и К в пахотном слое обыкновенного чернозема.

Условия, материалы и методы. В период с 2006 по 2014 гг. в Ставропольском НИИ сельского хозяйства изучено последействие систематического внесения минеральных удобрений на продуктивность семипольного полевого севооборота.

Погодные условия в 2006-2014 гг., в основном, отражали особенности климата степных районов Северного Кавказа. Температурный режим в период исследований, кроме 2011-2012 сельскохозяйственного года, на 0,6-1,90С превышал среднегодовую климатическую норму, величина которой за последние 30 лет наблюдений составила 9,60С. Количество выпадающих за год осадков также было близким к среднемноголетнему показателю - 560 мм. Колебания этого параметра не были критическими для зоны неустойчивого увлажнения: максимальное отклонение в положительную сторону составило 16% (2009-2010 сельскохозяйственный год), в отрицательную - 13% (2006-2007 и 2011-2012 гг.).

В целом погодные условия не оказывали лимитирующего воздействия на урожайность возделываемых культур, что позволило всесторонне оценить действие изучаемых факторов.

Почва опытного участка - чернозем обыкновенный мощный малогумусный тяжелосуглинистый на карбонат_ Достижения науки и техники АПК. 2015. Т 29. № 8

ных лессовидных суглинках с содержанием в пахотном слое органического вещества - 4,1 -4,5%, общего азота -0,2-0,22%, валового фосфора - 0,11-0,13%.

Различные уровни плодородия почвы были созданы с 1976 по 2006 гг., когда изучали влияние систематического внесения различных доз (от 30 до 150 кг д.в. на 1 га) минеральных удобрений на урожай культур полевого севооборота. За этот период внесли от 630 до 3150 кг/га азота и фосфора, применяемых отдельно, и по 2520 кг/га N и Р205 в составе полного минерального удобрения. Количество калия, внесенного в виде фона, было несколько ниже и составило в сумме 1800 кг/га.

В результате длительного применения различных видов и доз минеральных удобрений на опытном участке произошло накопление N Р и К в остаточных формах, уровень которых не мог не оказывать воздействия на урожай возделываемых культур.

Исследования проведены в семипольном полевом севообороте со следующим чередованием культур: чистый пар, озимая пшеница, озимый ячмень, соя, яровой ячмень, лен, озимая пшеница.

В целом по опыту исходное содержание N-N03 в пахотном слое почвы варьировало в пределах 1,4-3,3 мг/кг, Р205 - 18-91 мг/кг, К20 - 190-237 мг/кг, нитрифицирующая способность почвы - 34-58 мг/кг. Коэффициент вариации соответственно составил 24, 47, 8 и 21%. Самый низкий уровень изменчивости отмечен в обеспеченности почвы калием, самый высокий - фосфором. Следовательно, опытное поле характеризовалось большим разнообразием показателей эффективного плодородия почвы, что позволило сделать комплексную оценку их влияния на урожайность.

Культуры возделывали по общепринятым в Ставропольском крае технологиям [5]. Наблюдения, лабораторные анализы и отбор почвенных проб проводили согласно общепринятым методикам и соответствующим ГОСТам. Нитрифицирующую способность определяли по С.П. Кравкову [6].

Отдельные параметры почвы, влияющие на продуктивность полевого севооборота, могут варьировать, поэтому возникает необходимость в комплексном показателе, более

объективно отражающем реальный уровень плодородия. Мы с этой целью использовали результаты работ Т.Н. Ку-лаковской [7], которой предложен индекс окультуренности (Ио), представляющий собой среднеарифметическое значение относительных индексов отдельных показателей, определяющих плодородие почвы. При статистической оценке влияния отдельных показателей почвенного плодородия в наших исследованиях было установлено, что продуктивность полевого севооборота в основном зависела от обеспеченности подвижным фосфором и нитрифицирующей способности почвы, поэтому расчет индекса окуль-туренности проводили по следующей формуле:

И„.

^N0 3 + Ир!

(1)

где Иыо3 - индекс нитрифицирующей способности, ИР205 - индекс содержания подвижного фосфора.

Величины относительных индексов по каждому из параметров определяли по формуле:

И„.

X -

_ фзкт

(2)

где х

факт

- фактическое значение агрохимического показателя, х и х - минимальное и оптимальное

' мин опт

значение показателя для этой почвы.

На основании проведенных ранее исследований на обыкновенном черноземе минимальные значения для нитрифицирующей способности были приняты равными 15 мг/кг, для фосфора - 10 мг/кг, оптимальные -47 и 45 мг/кг почвы соответственно.

Урожайность всех культур в севообороте переведена в зерновые единицы для подсчета суммарной продуктивности севооборота [8].

Статистическую оценку данных и определение корреляционной и регрессионной зависимости осуществляли по Доспехову [9]. Принятый уровень вероятности - 0,95.

результаты и обсуждение. Длительное применение удобрений создало разнообразные условия для питания растений, в результате чего в последействии отмечена высокая вариабельность урожая сельскохо-

зяйственных культур.

Таблица 1. Средняя прибавка урожая сельскохозяйственных культур в зависимости от агрохимических свойств почвы, % к контролю

Вариант удобрений в период их действия

Агрохимическая характеристи-

ка почвы

показатель

содержание среднее по дозам, мг/кг

Культура севооборота

озимая пшеница по пару

озимый ячмень

соя

яровой ячмень

лен

озимая пшеница

Среднее

Контроль Увеличивающиеся дозы азота

Увеличивающиеся дозы азота на фоне N-N0. РК

нитрифицирующая

способность

N-N0,

Р2О5

К20

ни трифицирующая способность

Увеличивающиеся дозы фосфора

Увеличивающиеся дозы фосфора на фоне NK

Р2О5 К20

ни трифицирующая

способность

N-N0,

Р2О5

К20

ни трифицирующая

способность

N-N0,

Р205

К„0

56

1,7 24 216

55

1,7 74 218 47

2,3 68 194 36

2,0 62 211

60,2* 39,4* 35,2* 29,8* 33,6* 28,1* 37,7* 15 25 15 25 36 49 27

14 43 16 36 24 56 32

13 22 20 25 37 35 25

25 57 13 43 34 35 35

* ц/га зерн.ед.

Таблица 2. Парные связи среднегодовой продуктивности (у) полевого севооборота с агрохимическими свойствами М чернозема обыкновенного, п = 24 (2006-2014 гг.)

Независимая переменная Тип связи Уравнение регрессии Коэффициент корреляции (г) факт

N-N0. прямолинейная у = 46,1 + 0,655х 0,12 0,6

к2о прямолинейная у = 71,9 - 0,115х -0,41 2,10

Нитрифицирующая способность криволинейная у = 2,46х - 0,025х2 - 10,71 0,46 2,41

Р205 криволинейная у = 0,44х - 0,0034х2 + 35,57 0,54 2,99

На фоне естественного плодородия почвы (контроль) самый высокий сбор зерна (60,2 ц/га) отмечен у озимой пшеницы после пара, самый низкий (28,1 ц/га) у той же культуры, но возделываемой по неблагоприятному предшественнику - льну (табл. 1).

Различные виды и сочетания вносимых ранее туков оказали неоднозначное влияние на прирост продуктивности сельскохозяйственных культур. Улучшение азотного режима почвы не оказало большого влияния на озимую пшеницу по пару и сою. Прибавка сбора зерновых единиц не превышала 15%. Роль азота была наиболее заметной на озимой пшенице после льна. Прирост урожайности составил 49-56%.

При возделывании льна и сои наибольшее влияние на урожай оказал уровень содержания в почве фосфатов, а на озимом и яровом ячмене - повышенная обеспеченность, как фосфором, так и азотом.

В целом по опыту прибавка урожая по культурам увеличивалась в ряду: соя, озимая пшеница после пара, яровой ячмень, лен, озимый ячмень, озимая пшеница после льна.

Обобщение результатов исследований за ротацию севооборота показало, что его продуктивность по вариантам опыта отличалась меньшей изменчивостью. Сбор зерновых единиц с 1 га севооборотной площади (без чистого пара) на азотном блоке составил 44,4-51,2 ц/га, на фосфорном - 44,451,5 ц/га. Разница между минимальной и максимальной продуктивностью не превышала 15%.

Длительное применение удобрений, способствуя накоплению остаточных форм азота и фосфора, обеспечило среднегодовой прирост урожайности по всему севообороту в целом в пределах 6,7-12,2 ц/га зерн. ед., или 18-32% относительно контроля.

Разные агрохимические свойства почвы воздействуют на формирование урожая совместно и выделение роли каждого из них в отдельности зачастую условно и не всегда возможно. Проведенный корреляционный анализ зависимости среднегодового сбора урожая в зерновых единицах от каждого из изучаемых параметров, не продемонстрировал наличия достаточно сильных связей.

Так, между содержанием нитратного азота и среднегодовой продуктивностью севооборота наблюдали недостоверную корреляцию (г = 0,12 при ^^ = 0,6 табличное значение критерия существенности на 5%-ном уровне значимости 2,07).

Между средним сбором зерновых единиц и содержанием обменного калия наблюдали, хотя и доказуемую, но слабую по силе обратную зависимость (табл. 2). Самое высокое значение коэффициента корреляции выявлено между урожаем и содержанием в почве фосфора (г = 0,54). Для нитрифицирующей способности и среднегодовой продуктивности севооборота теснота связи хотя и оказалась слабее, чем с фосфором, но была также достоверной.

В наших опытах величина И0 по всей совокупности выборки варьировала в пределах 0,50-1,31; ИР205 - 0,232,31; Иок - 0,37-1,57 единиц.

Зависимость между уровнем среднегодовой урожайности и индексом окультуренности почвы носила криволинейный характер при достаточно высокой достоверности. Коэффициент корреляции был равен 0,76 при ^акг - 5,50. Уравнение регрессии имело вид: у = 42,62х - 16,26х2 + 22,16, где у - среднегодовая продуктивность семипольного севооборота, ц/га зерн.ед.; х - значение индекса окультуренности почвы на том или ином участке.

Индекс окультуренности почвы, рассчитанный с использованием относительных индексов нитрифицирующей способности почвы и содержания фосфора, можно использовать для прогноза урожайности сельскохозяйственных культур. Максимальный ее уровень отмечен при Иок от 1,1 до 1,5 единиц. При более высоких величинах этого показателя она постепенно снижалась (табл. 3). Таблица 3. изменение среднегодовой продуктивности полевого севооборота в зависимости от интегрального показателя плодородия обыкновенного чернозема

Фактическое содержание, мг/кг Индекс окультуренности Среднегодовая продуктивность севооборота, ц/ га зерн.ед.

нитрифицирующая способность подвижный фосфор градация среднее

31 18 < 0,5 0,37 35,7 52 30 0,5-1,0 0,86 46,7 42 66 1,1-1,5 1,23 49,7 52 78 > 1,5 1,55 49,2

Следует отметить, что в варианте с самой высокой обеспеченностью почвы азотом и фосфором (52 и 78 мг/ кг соответственно) сбор зерновых единиц уменьшается. Это, на наш взгляд, обусловлено тем, что зависимость между потенциальными возможностями почвы в накоплении азота и содержанием фосфатов, хотя и слабая, но устойчиво обратная. Коэффициент ее корреляции имел отрицательное значение (г = - 0,11 при ^^ = 0,55).

По мере увеличения содержания в почве подвижного фосфора (более 60-65 мг/кг) ее биологическая активность в отношении накопления азота начинает закономерно снижаться. Для более точного обоснования выявленной тенденции необходимо проведение дополнительных исследований.

выводы. Длительное применение минеральных удобрений, изменяя питательный режим почвы, способствует значительному росту урожайности сельскохозяйственных культур в период последействия. В полевом севообороте средняя прибавка урожая достигала 25-35%.

Улучшение азотного режима почвы обеспечило максимальную прибавку урожайности озимой пшеницы, возделываемой по неблагоприятному предшественнику (прибавка относительно контроля - 49-56%). При выращивании льна и сои наибольшее влияние на урожай оказал уровень содержания в почве фосфатов, а на озимом и яровом ячмене - обеспеченность как фосфором, так и азотом.

Проведенная статистическая оценка парных зависимостей среднегодовой продуктивности изучаемого семипольного полевого севооборота от содержания N, Р и К свидетельствует о наличии хотя и достоверной,

но слабой по сопряженности связи. Самое высокое значение коэффициента корреляции отмечено с содержанием фосфора (г = 0,54).

Более тесная взаимосвязь продуктивности севооборота выявлена с комплексным показателем, так называемым индексом окультуренности почвы - среднеарифметическим значением относительных индексов нитрифицирующей способности почвы по Кравкову и содержания фосфатов.

Коэффициент корреляции в этом случае равен 0,76 при = 5,5, что соответствует сильному уровню корреляции.

Углубленный анализ полученных результатов показал, что максимальный уровень урожайности на черноземе обыкновенном обеспечивается при индексе окультуренности от 1,1 до 1,5 единиц, содержании подвижных фосфатов не более 60-65 мг/кг почвы и соотношении между нитри-фикационным азотом и подвижным фосфором 1:1,5.

Литература.

1. Кудеяров В.Н. Цикл азота в почве и эффективность удобрений. М.: Наука. 1989. 216 с.

2. Иванов А.Л., Сычёв В.Г., Державин Л.М. и др. Агробиохимический цикл фосфора. М.: Россельхозакадемия, 2012. 512 с.

3. Иванов А.Л., Сычёв В.Г., Державин Л.М. и др. Комплекс технологических агрохимических и биологических воздействий на фосфатный режим почв и продуктивность земледелия//Плодородие. 2009. № 1. С. 4-7.

4. Прокошев В.В., Дерюгин И.П. Калий и калийные удобрения: практическое руководство. М.: Ледум, 2000. 185 с.

5. Кулинцев В.В., Годунова Е.И., Желнакова Л.И. и др. Система земледелия нового поколения Ставропольского края. Ставрополь.: АГРУС, 2013. 520 с.

6. Петербургский А.В. Практикум по агрономической химии. М.: Сельхозиздат, 1963. С. 294-304.

7. Кулаковская Т.Н. Оптимизация агрохимической системы почвенного питания растений. М.: ВО «Агропромиздат», 1990. 219 с.

8. Сельскохозяйственный энциклопедический словарь / под ред. В.К. Месяца. М.: Советская энциклопедия, 1989. 656 с.

9. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта (с основами статистической обработки результатов исследований). М.: Агропромиздат, 1985. 351 с.

CHANGE OF CROP YIELD DEPENDING ON THE CONTENT OF N, P AND K

IN ORDINARY BLACK SOIL

N.N. Shapovalova, E.P. Shustikova

Stavropol Research Institute of Agriculture, Nikonova str., 49, Mikhailovsk, Stavropol krai, 356241, Russia

Summary. In 1976 on the experimental field of Stavropol Krai under the leadership of L.N. Petrova the stationary experiment was laid to study the effect of different doses and combinations of fertilizers on the efficiency of field rotation and indicators of soil fertility. The experimental plan included annual application of the following doses of fertilizers: N0, N30, N60, N90, N120, N150, P120K120, P120K120N30, P120K120N60, P120K120N90, P120K120N120, P120K120N150, P0, P30, P60, P90, P120, P150, N120K120, N120K120P30, N120K120P60, N120K120P90, N120K120P120, N120K120P150. It was 24 variants in total. Within 5 rotations it was conducted 21 -fold stacking of nitrogen and phosphate fertilizers and 15-fold one of potassium fertilizers. Since 2006 it was started studying of aftereffects. Long-term application of fertilizing agents created various conditions for plant nutrition. In general, the yield increase of crops raised in the series: soybean, winter wheat after fallow, spring barley, flax, winter barley, winter wheat after flax. The average annual growth of productivity over 6 years of aftereffect was 0.67-1.22 t/ha of grain units, or 18-32%, relative to the variant without fertilizers. The analysis of the statistical characteristics shows that the increase in productivity of field crop rotation is due to the level of nitrifying capacity of the soil, determined by Kravkov, and the amount of mobile phosphates. On the basis of the variation of these factors it was calculated the complex index - the index of cultivated soils, which was accepted as a basis for characterization of the level of fertility of a plot. Its optimum value is within 1.1-1.5 units when P2O5 content is not more than 60-65 mg/kg and the ratio between nitrifying capacity and the content of available phosphorus 1: 1.5.

Keywords: crop yield, agrochemical parameters, nitrifying ability, mobile phosphorus, index of cultivation, ordinary black soil. Author Details: N. N. Shapovalova, Head of Laboratory; E.P. Shustikova, Cand. Sc. (Agr.), Senior Researcher For citation: Shapovalova N.N., Shustikova E.P. Change in crop yield depending on the content of n, p and k in ordinary black soil // Dostizheniya nauki i tekhnikiAPK. 2015. V.29. No 8. pp. 32-35 (In Russ).

Требования к оформлению статей в журнале «достижения науки и техники АПк»

В статье должно быть кратко изложено состояние дел по изучаемой проблеме со ссылками на публикации (желательно не менее трех ссылок). Затем указаны цели, задачи, условия и методы исследований. Подробно представлены результаты экспериментов и их анализ. Сделаны выводы и даны предложения производству. В статье следует по возможности выделять следующие блоки: введение; цель и задачи исследований; условия, материалы и методы исследований; результаты исследований; выводы.

Вместе со статьей должны быть представлены перевод названия на английский язык; аннотация (200-250 слов) на русском и английском языках; ключевые слова на русском и английском языках; полные почтовые адреса всех учреждений, в которых работают авторы, на русском и английском языке; ученые степени и должности авторов на русском и английском языке код УДК; библиографический список.

В тексте ссылка на источник отмечается соответствующей цифрой в квадратных скобках в порядке цитирования. В списке литературы приводятся только те источники, на которые есть ссылка в тексте. Использование цитат без указания источника информации запрещается.

Материал для подачи в журнал набирается в текстовом редакторе Word версия не ниже 97 файл с расширением *.rtf.

Объем публикации 10-14 стр. машинописного текста набранного шрифтом Times New Roman, размер кегля 14 с полуторным интервалом. На 2,5 страницы текста допускается не более 1 рисунка или таблицы.

Статьи необходимо направлять с сопроводительным письмом с указанием сведений об авторах (фамилия, имя, отчество -полностью, ученая степень, место работы и занимаемая должность) на русском и английском языке, контактных телефонов и адреса электронной почты для обратной связи.

На публикацию представляемых материалов необходимо письменное разрешение и рекомендация руководства организации, на средства которой проводились исследования. Его вместе с одним экземпляром рукописи, подписанным авторами, и статьей в электронном виде нужно отправлять по адресу: 101000, г. Москва, Моспочтамт, а/я 166, ООО «Редакция журнала «Достижения науки и техники АПК». Для ускорения выхода в свет материалы в электронном виде можно направлять по адресу: [email protected].

Плата с аспирантов за публикацию рукописей не взимается.

Несоответствие статьи по одному из перечисленных пунктов может служить основанием для отказа в публикации.

Все рукописи, содержащие сведения о результатах научных исследований, рецензируются, по итогам рецензирования принимается решение о целесообразности опубликования материалов.