CC BY
15
РАБОТЫ МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ
УДК 631.42:631.445.24
изучение свойств дерново-подзолистои почвы и химического состава растений в длительном
полевом опыте
В.А. Литвинский (научныеруководители - Э.А. Муравин, д.б.н., В.А. Черников, д.с.-х.н.)
РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева, e-mail: [email protected]
Проведена оценка и обобщение результатов уникальных опытов Долгопрудной агрохимической опытной станции, заложенных Д.Н. Прянишниковым в 1928-1932 гг., которые находятся под угрозой закрытия.
Ключевые слова: свойства дерново-подзолистой почвы, удобрения, продуктивность, урожай, длительный полевой опыт.
STUDY OF THE SOD-PODZOLIC SOIL' CHARACTERISTICS AND PLANTS' CHEMICAL COMPOSITION
IN A LONG-TERM FIELD EXPERIMENT V.A. Litvinsky
There has been carried out estimation and generalization of the unique experiments' results of Dolgoprudnaya agroche m-ical experimental station, which had been installed by D.N. Pryanishnikov in 1928-1932 and are in the present moment under the threat of closure.
Keywords: sod-podzolic soil characteristics, fertilizers, productivity, harvest, long-term field experiment.
Для изучения изменений агрохимических свойств почвы и качества растительной продукции под влиянием природных и агрогенных факторов надежной основой служат длительные полевые опыты с удобрениями Геосети ВНИИА [1]. Особый интерес для комплексного почвенно-агрохимического и агроэкологического мониторинга плодородия дерново -подзолистых почв Центрального Нечерноземья представляют полевые опыты, заложенные Д.Н. Прянишниковым в 1928-1932 гг. на Долгопрудной агрохимической опытной станции (ДАОС). В силу сложившихся объективных условий эти опыты, как и само старейшее и авторитетное научное учреждение ДАОС, находятся под угрозой закрытия и являются уходящими объектами, поэтому особенно важно провести их оценку.
Целью исследований, выполнявшихся на опыте № 2, было изучение влияния длительного ^ 1931 г.) применения органических и минеральных систем удобрения на агрохимические свойства и химический состав сельскохозяйственных культур, возделываемых в севообороте: клеверный пар, озимые (рожь, пшеница), пропашная культура (свекла, картофель, подсолнечник), овес с подсевом клевера. За время проведения опыта происходила неоднократная смена районированных сортов, возделываемых культур. Почва опытного участка исходно сильнокислая, тяжелосуглинистая, дерново-подзолистая на покровном суглинке с pHKCl 3,9, Нг и S соответственно 4,1 и 8,0 мг-экв/100 г почвы, содержание подвижного фосфора по Кирсанову и обменного калия по Масловой -30 и 80 мг/кг. При органической системе удобрения полуперепревший навоз КРС на соломенной подстилке до 1975 г. вносили из расчета 9 т/га севооборотной площади (по 12 т/га под озимые зерновые, пропашные и овес), а затем из расчета 15 т/га севооборотной площади (под озимую пшеницу и пропашную культуру 24 т/га и под овес 12 т/га). При минеральной системе удобрения
эквивалентные содержанию в навозе количества NPKCa вносили в виде аммиачной селитры, простого гранулированного суперфосфата и хлористого калия. С 1947 г. сравнительную эффективность навоза и минеральных удобрений изучают на двух фонах - без известкования и при периодическом известковании (в 1947 и 1981 гг. -по 1,0 Нг, в 1970 - по 0,5 Нг в виде CaCOз). Полевой опыт развернут во времени и в пространстве на четырех смежных полях, площадь опытных делянок с начала известкования - 75 м2, повторность опыта трех-четырех-кратная. С 2007 г. внесение удобрений в соответствии со схемой опыта прекращено на всех четырех полях и осуществляется только учет их последействия. В почвенных образцах, формировавшихся поделяночно из 10 буровых проб, определяли основные агрохимические показатели общепринятыми методами: содержание гумуса - по Никитину с колориметрическим окончанием по Орлову-Гриндель; количество углерода ЛОВ - по Ганжаре и Борисову; рН^ - потенциометрическим методом (ГОСТ 26483-85); обменную кислотность и подвижный Al - по Соколову (ГОСТ 26483-85); гидролитическую кислотность - по Каппену (ГОСТ 26212-91); сумму поглощенных оснований - по Каппену-Гильковицу (ГОСТ 27821-88); общий азот - методом Кьельдаля после мокрого озоления фенолсерной кислотой по методу Гинзбург; щелочегидролизуемый азот - по Корнфилду; содержание подвижных форм фосфора- по Кирсанову в модификации ЦИНАО (ГОСТ 26207-91); обменного калия по Масловой (ГОСТ 26210-91).
В растительных образцах, отбиравшихся после завершения 19 ротаций севооборота при учете урожая с делянок двух несмежных повторений опыта - в сене клевера в первый год учета последействия и в зерне и соломе озимой пшеницы во второй год учета последействия удобрений определяли общепринятыми методами содержание влаги, абсолютно сухого вещества и основ-
ных органических соединении, характеризующих питательную ценность корма и пищевой продукции (сырого протеина в сене клевера по содержанию общего азота, белка в зерне пшеницы по содержанию белкового азота, крахмала после кислотного гидролиза, сырой клетчатки по Геннебергу и Штокману и сырого жира методом обезжиренного остатка по Рушковскому). Содержание PK вместе с азотом после мокрого озоления по Гинзбург определяли на автоматическом анализаторе: фосфор -ванадомолибдатным методом, калий - пламеннофото-метрически. Концентрацию Са, Mg и микроэлементов (&, Mn, Fe, №, Cu, Zn, Mo, Cd, Pb, Hg) определяли атомно-абсорбционным методом. Полученные данные рассматривали с учетом материалов ДАОС по урожаям сельскохозяйственных культур и по содержанию гумуса в почве, обобщенных до 1982 г. - А.Д. Хлыстовским [2], а с 1983 г. - автором настоящей публикации.
Продуктивность севооборота с клеверным паром в контроле без известкования в среднем за 19 ротаций составила 1,3 т зерн.ед/га. Содержание Сорг. в почве через 76 лет в слое 0-20 см было равно 0,67%, т.е. осталось на уровне, установившемся после резкого падения в первые 30 лет возделывания культур без применения удобрений. При этом доля Слов составила 10,4%. После длительного возделывания сельскохозяйственных культур без удобрений установлено повышение гидролитической кислотности почвы и снижение степени насыщенности основаниями по сравнению с исходными значениями, обусловленные, по-видимому, естественным ходом почвообразовательного процесса и фоновым антропогенным воздействием [3]. Длительное возделывание сельскохозяйственных культур без удобрений не существенно снижало содержание подвижного фосфора и обменного калия в почве, что предполагает значительное увеличение мобилизации и усвоения растениями этих элементов из нижележащей корнеобитаемой зоны.
Органическая и минеральная системы удобрений по своему влиянию на продуктивность севооборота в первые 11 ротаций до увеличения доз удобрений были одинаковы, а затем проявилось некоторое преимущество органических удобрений. За весь период проведения опыта (до учета последействия) средний уровень продуктивности севооборота составил около 2,4 т зерн.ед/га. При этом окупаемость 1 кг NPK в составе удобрений до увеличения их доз равнялась 9,4 кг зерн.ед., а после увеличения - 5,6 кг зерн.ед. в составе основной продукции. С учетом же побочной продукции (солома озимой пшеницы и овса) средняя продуктивность севооборота и соответственно окупаемость 1 кг NPK будет примерно на одну четверть выше.
Значительное положительное действие применения извести полной дозой на продуктивность севооборота проявлялось на протяжении трех, а при половинной дозе - двух ротаций. Однако и в последующем под влиянием известкования отмечался существенный рост урожая сена клевера и зерна озимой пшеницы. Эффективность органических и минеральных удобрений также возрастала. Несмотря на это, рост средней продуктивности севооборота по вариантам с известью за весь период с начала ее внесения составил лишь 13%. Во всех вариантах с известкованием установлено значительное снижение обменной кислотности и содержания подвижного алюминия.
После длительного систематического применения как органических, так и минеральных удобрений в почве возросло содержание подвижного фосфора и обменного калия (с переходом почвы в следующий класс обеспеченности растений этими питательными элементами), а содержание количества щелочегидролизуемого азота возросло только при сочетании навоза и минеральных удобрений с периодическим известкованием [3].
Сочетание клеверного пара с внесением навоза в дозе 9 т/га севооборотной площади обеспечивало поддержание в первые 35 лет содержания Сорг. в почве на исходном уровне, а затем наблюдалась тенденция к его снижению. После увеличения доз удобрений, которые вносили, начиная с 12 ротации из расчета 15 т навоза на 1 га севооборотной площади, при органической и минеральной системе удобрения прослеживается постепенный рост содержания в почве органического вещества. При систематическом внесении навоза, спустя полные 19 ротаций севооборота, содержание в почве Сорг. оказалось практически на исходном уровне, а при минеральной системе удобрений - ниже исходного на 10%. При этом в почве, систематически удобрявшейся навозом и минеральными удобрениями без известкования возросло количество СЛов соответственно в 2,5 и 2 раза, а доля его от Сорг. увеличилась до 15 и 12% по сравнению с контролем. Периодическое известкование не вызывало изменений в содержании Сорг., но прослеживалась тенденция к увеличению СЛОВ и его доли в составе органического вещества.
При учете урожая клевера и озимой пшеницы в 1 и 2 годы после завершения внесения удобрений выявлено высокое их последействие. Прослеживалось также увеличение урожаев этих культур под влиянием ранее проводившегося известкования, особенно в варианте без удобрений. Согласно данным ДАОС в 2007 г. (исключительно благоприятном по тепловому режиму и условиям влагообеспеченности), урожай сена клевера сорта Трио Красный в вариантах предшествующего длительного систематического применения навоза и минеральных удобрений без известкования составил соответственно 5,4 и 5,7 т/га против 2,9 т/га в контроле. На фоне известкования в варианте без удобрений урожай сена возрос до 3,8 т/га, а изменение урожая в вариантах с применением удобрений оказалось недостоверным. На второй год учета последействия урожай зерна озимой пшеницы сорта Московская 39 в вариантах с предшествующими органической и минеральной системой удобрения составлял соответственно 6,8 и 6,6 т/га, а в контроле - 3,9 т/га. Последействие периодического известкования проявилось только в варианте без удобрений, где урожай достоверно возрос до 4,7 т/га.
Содержание сырого протеина в сене клевера находилось в диапазоне 10,2-11,8%, при этом наименьшее значение 10,2-10,4% было установлено в вариантах с периодическим известкованием без удобрений и при минеральной системе удобрения без известкования; в остальных вариантах содержание сырого протеина составляло 11,211,8%. За счет значительного роста урожайности от последействия удобрений и известкования сбор сырого протеина с 1 га значительно возрос по сравнению с контролем. В зерне озимой пшеницы, в вариантах без удобрений содержание белка составляло 11,8-12,1%, а в вариантах с удобрениями - 12,5-13,3%. Благодаря росту урожая зерна озимой пшеницы за счет последействия известкования в
варианте без удобрений, а также высокому последействию изучавшихся систем удобрения независимо от известкования, во всех указанных вариантах происходило значительное увеличение выноса азота с урожаем и сбора белка с единицы площади по сравнению с контролем.
Относительное содержание углеводов и сырого жира в растениях при учете последействия удобрений существенно не отличалось по вариантам, хотя прослеживалась тенденция к соблюдению общей закономерности между содержанием азотистых и безазотистых соединений. Содержание золы и зольных макроэлементов в расчете на элемент в растениях изменялось в зависимости от периодического известкования в достаточно узком интервале. В сене клевера прослеживалась тенденция к увеличению содержания кальция и, напротив, тенденция к снижению концентрации магния. В тоже время содержание фосфора в клевере во всех вариантах колебалось в достаточно широком диапазоне (0,19-0,28%), при этом, наименьшая (0,19-0,24%) концентрация наблюдалась в вариантах без удобрений. А в зерне пшеницы концентрация фосфора была относительно стабильной - от 0,33 до 0,36%. Концентрация калия в растениях практически не различалась по вариантам опыта: 2,04-2,06% в сене клевера и 0,36-0,40% в зерне озимой пшеницы.
Содержание кальция и магния в сене клевера на удобрявшейся ранее почве снижалось по сравнению с контролем, очевидно вследствие эффекта разбавления. В зерне озимой пшеницы концентрации этих элементов существенно не различались по вариантам опыта.
Полученные данные подтверждают известное положение о том, что при росте содержания подвижных форм микроэлементов в почве до определенного уровня сверх естественного фонового, растения обладают способностью ограничивать поступление и накопление их в тканях (особенно репродуктивных органов) в физиологически необходимых количествах [4, 5].
При изучении зольного состава растений после длительного применения удобрений особый интерес представляют данные о содержании микроэлементов, относящихся к потенциальным токсикантам первого и второго классов опасности: соответствующие данные, средние по двум повторностям опыта с отклонением от среднего не более 12 относительных процентов представлены в таблице. В сене клевера (при учете первого года последействия) и зерне озимой пшеницы (при учете второго года последействия) концентрации элементов первого класса опасности не превышали максимально допустимые уровни, регламентируемые гигиеническими нормативами.
Содержание в растениях химических элементов - потенциальных загрязнителей первого и
Вариант 1-й класс опасности 2-й класс опасности
Cd Pb Zn ео № Mo ей о-
Клевер, сено (при учете 1 -го года последействия)
Контроль 0,03 0,19 1,95 11,1 0,29 4,60 0,76 4,60 0,59
Известь 0,03 0,18 2,29 10,0 0,27 4,62 0,87 4,91 1,50
Навоз 0,03 0,14 1,89 12,4 0,28 3,74 0,73 5,46 0,64
Навоз + Известь 0,03 0,15 2,03 9,86 0,32 3,12 0,75 5,49 0,93
NPKCa 0,03 0,17 1,94 9,98 0,31 3,61 0,74 4,94 0,65
№КСа + Известь 0,03 0,17 2,11 7,49 0,28 1,78 0,76 4,49 0,88
Озимая пшеница, зерно (при учете 2-го года последействия)
Контроль 0,02 0,05 0,43 17,7 0,58 1,57 0,42 3,44 0,62
Известь 0,02 0,04 0,45 20,0 0,63 1,36 0,49 3,46 0,49
Навоз 0,02 0,04 0,42 18,9 0,60 1,48 0,50 2,88 0,63
Навоз + Известь 0,02 0,05 0,45 28,2 0,57 1,26 0,52 3,57 0,44
NPKCa 0,02 0,05 0,44 16,9 0,58 1,56 0,39 3,21 0,58
+ Известь 0,02 0,04 0,25 20,1 0,62 1,19 0,44 2,98 0,22
ВМДУ № 123-41281-87 для грубых и сочных кормов, не более 0,05 0,30 5,00 50,0
для кормов для зерна и зернофуража, не более 0,10 0,30 5,00 50,0
СанПиН № 2.3.2.1078-01 для пищевых продуктов для зерна продовольственного, не более 0,03 0,10 0,50
Таким образом, очевидна необходимость дальнейшего обобщения и анализа огромного массива результатов многолетних исследований на базе этого и других длительных полевых опытов Д.Н. Прянишникова.
Литература
1. Сычев В.Г. О совершенствовании организационной и методологической работы Географической сети с опытов с удобрениями // Бюллетень Географической сети опытов с удобрениями. Выпуск 1. - М.: ВНИИА, 2006. С. 4-16.
2. Хлыстовский А.Д. Плодородие почвы при длительном применении удобрений и извести. - М.: Наука, 1992, 192 с.
3. Литвинский В.А. Гумусовое состояние и агрохимические свойства дерново-подзолистой почвы после длительного применения удобрений в полевом опыте Д.Н. Прянишникова на ДАОС // Мат-лы 43-й Международн. науч. конф. «Применение средств химизации в технологиях адаптивно-ландшафтного земледелия». - М.: ВНИИА, 2009. С. 109111.
4. Школьник М.Я. Микроэлементы в жизни растений. - М.: Наука, 1974, 325 с.
5. Ягодин Б.А. Кольцо жизни // Агрохимический вестник, 1998, № 2, - С. 2-5.
