CC BY
15ОБЩИЕ ВОПРОСЫ АГРОХИМИИ
УДК 631.81 : 631.811.3 : 633.63
КАЛИЙНЫЙ РЕЖИМ ЧЕРНОЗЕМА ВЫЩЕЛОЧЕННОГО ПРИ ДЛИТЕЛЬНОМ ПРИМЕНЕНИИ УДОБРЕНИЙ В СЕВООБОРОТЕ С САХАРНОЙ СВЕКЛОЙ
О.А. Минакова, д.с.-х.н., О.В. Гамуев, к.с.-х.н., О.В. Кустова, Всероссийский НИИ сахарной свеклы им. А.Л. Мазлумова
Показано, что длительно применяемые в севообороте с сахарной свеклой удобрения способствовали некоторому увеличению содержания подвижного КО и перераспределению его форм в составе почвы. Согласно нашему прогнозу, в будущем содержание обменного калия в большинстве вариантов опыта будет снижаться.
Ключевые слова: калий, почва, формы калия, минеральные удобрения, сахарная свекла.
Роль калия в жизни растений огромна. Он повышает фотосинтетическую активность растений, ускоряет отток и способствует накоплению продуктов фотосинтеза, активизирует функцию более 60 ферментов, повышает скорость усвоения азота, образования белка и снижает содержание нитратов, оптимизирует кислотно-щелочный баланс, усиливает синтез целлюлозы и пектиновых веществ, снижает интенсивность транс-пирации и повышает водоудерживающую способность листьев, уменьшает поступление радионуклидов в растения [1]. Сахарная свекла выносит большое количество этого элемента (119208 кг/га), с ростом доз удобрений вынос увеличивается [2]. При его недостатке замедляется отток углеводов из листьев в корнеплоды, а улучшение калийного питания способствует повышению сахаристости и общего сбора сахара [3]. При длительном внесении удобрений в почвах лесостепи отмечается постепенное увеличение содержания обменного калия, а при прекращении внесения более быстрое его уменьшение [4]. Это обусловлено высокой насыщенностью ППК двухвалентными основаниями, которые не вступают в реакции обмена с калием. В этих условиях калий накапливается в необменной форме. Но при более длительном применении больших доз удобрений и навоза уровень обменного калия и пахотном и более глубоких горизонтах заметно повышался, при этом увеличивалась степень подвижности калия [5]. Ряд авторов также отмечают, что использование на культурах минеральных удобрений и навоза значительно повышает содержание обменного калия [6, 7, 8, 9, 10]. Калийные удобрения повышают урожай последующих культур [7, 11]. Оптимизация калийного питания - актуальная проблема сельскохозяйственного производства в связи с повышенными потребностями почв в калии и неэффективности низких доз калийных удобрений из-за высокой фиксации калия почвами [1].
Цель исследований - изучить влияние длительного применения удобрений на калийный режим чернозема выщелоченного в почве под сахарной свеклой.
Методика. Исследования проводили в 2009-2011 гг. в стационарном опыте по внесению удобрений в зерносвеклович-ном севообороте (год закладки - 1936), чередование культур: черный пар, озимая пшеница, сахарная свекла, ячмень, клевер 1-го года, озимая пшеница, сахарная свекла, однолетние травы, овес. Минеральные удобрения (нитроаммофоска 16:16:16, 40 %-ная калийная соль) вносили под основную обработку (глубокую вспашку) сахарной свеклы, полуразложившийся навоз КРС - в паровое поле (табл. 1). Почва опытного участка - чернозем выщелоченный малогумусный среднемощный тяжелосуглинистый на тяжелом карбонатном суглинке. Пробы почвы отбирали под сахарной свеклой, выращенной в паровом звене севооборота.
Подвижный К20 почвы определяли по Чирикову (ГОСТ 26240-91), водорастворимый - в водной вытяжке (Важенин, 1975), обменный - по Масловой, необменный - по Пчелкину, валовой - по Смиту, степень подвижности - солянокислым методом.
1. Схема стационарного опыта по внесению минеральных удоб-_рений и навоза в зерносвекловичном севообороте_
№ Внесение мине- Наво Уровень насыщенности севообо-
вари- ральных удобре- з в ротной площади удобрениями,
анта ний, кг д.в/га пар, кг/га
т/га
N P205 N P205 ад навоз
1 0 0 0 0 0 0 0 0
2 45 60 45 25 10 13,3 10 2,8
3 90 120 90 25 20 26,6 20 2,8
4 135 180 135 25 30 39,9 30 2,8
5 45 60 90 25 10 13,3 20 2,8
6 120 120 120 50 27 27 27 5,6
7 45 60 45 50 10 13,3 10 5,6
8 190 190 190 0 42 42 42 0
Результаты и их обсуждение. Выявлено, что в начале вегетации не произошло повышения содержания обменного К20 в слое 0-20 см, на фоне ^0Р120К90 + 25 т/га навоза и ^20Р120К120 + 50 т/га навоза отмечалось снижение его на 17,219,0 % (табл. 2). В слое почвы 20-40 см содержание калия в удобренных вариантах было ниже, чем на контроле на 4,217,2 %.
2. Динамика содержания подвижного К20 в почве _под сахарной свеклой_
Вариант Глубина Содержание подвижного калия,
опыта почвы, мг/100 г почвы
см начало середина перед уборкой
вегетации вегетации
Без удобре- 0-20 22,8 20,6 18,0
ний 20-40 22,5 21,3 16,7
^5Р45К,5 + 0-20 23,8 24,0 20,8
25 т/га 20-40 22,1 24,4 18,2
навоза
^0Р90К90 + 0-20 23,0 23,6 21,6
25 т/га 20-40 21,1 21,5 21,7
навоза
^35Р135Кп5 0-20 20,5 24,0 22,4
+ 25 т/га 20-40 18,9 21,4 20,4
навоза
^зР4зК90 + 0-20 22,3 21,1 23,1
25 т/га 20-40 21,6 19,8 22,2
навоза
^20Р120К120 0-20 21,5 21,9 21,7
+ 50 т/га 20-40 19,2 19,9 23,1
навоза
^90Р190К190 0-20 21,3 21,7 20,9
20-40 19,4 20,7 19,9
НСР05 3,0
В середине вегетации изменение содержания калия по сравнению с началом вегетации было незначительным, а относительно контроля в слое почвы 0-20 см наблюдалось повышение на 5,3-16,5 %, в наибольшей степени при внесении ^35Р135К135 + 25 т/га навоза, Ы90Р90К90 + 25 т/га навоза и К45Р45К45 + 25 т/га навоза. В слое почвы 20-40 см произошло его увеличение на 14,5 % при внесении К45Р60К45 + 25 т/га навоза и снижение на 7,0-7,6 % на фоне ^20Р120К120 + 50 т/га навоза и К45Р45К90 + 25 т/га навоза.
Ко времени уборки отмечено снижение содержания доступного растениям К20 относительно середины вегетации: в слое почвы 0-20 см на 3,8-15,4 %, в слое 20-40 см - на 4,9-34,1%, в
наибольшей степени на контроле и при + 25 т/га
навоза. Перед уборкой в слое почвы 0-20 см повышение относительно контроля в удобренных вариантах было на 15-28,3 %, в слое 20-40 см - на 9,0-38,3 %, в наибольшей степени - при внесении К135Р135К135 + 25 т/га навоза, ^0Р90К90 + 25 т/га навоза, К45Р45К90 + 25 т/га навоза и ^20Р120К120 + 50 т/га навоза.
Таким образом, применение удобрений оказало влияние на повышение содержания обменного К20 в середине вегетации и перед уборкой на 5,3-38,3 %, к уборке произошло снижение его концентрации по сравнению с начальными периодами развития растений вследствие потребления.
3. Формы К20 в почве под сахарной свеклой под влиянием _длительного применения удобрений, мг/100 г_
Вариант Слой Водо- % от Об- % от Необ- % от Вало
опыта поч- раство- ва- мен- вало- мен- вало- ло-
вы, римый ло- ный вого ный вого вой
см вого
Без удоб- 0-20 7,4 0,71 21,8 2,10 479 46,1 1040
рений 20-40 5,4 0,48 19,8 1,76 486 43,4 1120
^5Р45Кв + 0-20 7,5 0,70 24,7 2,20 473 44,2 1070
25 т/га 20-40 7,1 0,62 24,1 2,11 585 51,3 1140
навоза
^сРэдКэд + 0-20 5,1 0,44 27,3 2,35 509 43,9 1160
25 т/га 20-40 5,7 0,49 22,8 1,96 516 44,5 1160
навоза
^35?135К135 0-20 6,2 0,54 19,4 1,69 466 40,5 1150
+ 25 т/га 20-40 4,8 0,42 19,1 1,69 442 39,1 1130
навоза
^5Р45К90 + 0-20 5,1 0,49 21,1 2,02 489 47,0 1040
25 т/га 20-40 3,5 0,31 20,9 1,87 476 42,5 1120
навоза
^20Р120К120 0-20 6,2 0,56 24 ,3 2,04 482 44,2 1090
+ 50 т/га 20-40 2,8 0,26 23,3 2,20 413 39,0 1060
навоза
^одРшКш 0-20 8,6 0,76 29,2 2,61 479 42,8 1120
20-40 6,2 0,52 21,4 1,78 482 40,2 1200
НСР05 0,4 - 1,7 - 32,0 - 80,0
Изучение содержания различных форм К20 в почве стационарного опыта выявило, что в слое 0-20 см содержание водорастворимого калия в удобренных вариантах было ниже, чем на контроле, кроме фона ^90Р190К190 (рост 16,2 %), в слое почвы 20-40 см повышение содержания этой формы элемента составило 5,6-31,5 % при внесении ^90Р190К190, ^0Р90К90 + 25 т/га навоза, ^5Р45К45 + 25 т/га навоза и отмечено снижение при внесении ^20Р120К120 + 50 т/га навоза, ^35Р135К135 + 25 т/га навоза, ^5Р45К90 + 25 т/га навоза на 12,5-92,9 % (табл. 3). Эта форма калия по отношению к содержанию валового К20 была несущественной. Повышение её относительно контроля составило 8,3-29,2 % в слое 0-20 см при внесении ^90Р190К190, ^5Р45К45 + 25 т/га навоза и 7,0 % при ^90Р190К190.
Абсолютная величина содержания обменного калия увеличивалась в слое почвы 0-20 см на 11,5-33,9 %, в слое 20-40 см на 5,6-21,7 % (в наибольшей степени при внесении ^0Р120К90 + 25 т/га навоза, ^20Р120К120 + 50 т/га навоза и ^90Р190К190). Только в слое 20-40 см отмечалась тенденция к росту на 6,2-25,0 % на фоне ^20Р120К120 + 50 т/га навоза, ^5Р45К45 + 25 т/га навоза, ^5Р45К90 + 25 т/га навоза и ^0Р90К90 + 25 т/га навоза.
Содержание необменного К20 не было повышено относительно неудобренного варианта в слое 0-20 см. В слое 20-40 см на фоне ^5Р45К45 + 25 т/га навоза, ^0Р90К90 + 25 т/га навоза был отмечен его рост на 6,2-20,3 %, что, возможно, связано со значительной фиксацией небольших доз элемента в необменное состояние, на фоне ^20Р120К120 + 50 т/га навоза, ^35Р135К135 + 25 т/га навоза - снижение на 9,9-17,7 %. В слое 0-20 см происходило снижение валового К20 на 4,3-13,8 %, кроме ^5Р45К90 + 25 т/га навоза, и имелась тенденция к снижению в слое 20-40 см на 8,0-11,3 % на фонах ^0Р90К90 + 25 т/га навоза, ^20Р120К120 + 50 т/га навоза, ^90Р190К190.
Содержание валового К20 в слое 0-20 см в вариантах с удобрениями возрастало на 4,8-11,5 %, в слое 20-40 см
наблюдалась тенденция к росту на 3,6-7,1 % при внесении ^90Р190К190 и ^0Р90К90 + 25 т/га навоза.
Таким образом, длительное применение удобрений способствует перераспределению содержания различных форм К20 в составе почвы, выражающееся в росте обменного и, отчасти, водорастворимого и снижении необменного К20 при одновременном росте валового. Наибольшие изменения произошли в слое почвы 20-40 см.
Изучение степени подвижности соединений К20 в черноземе выщелоченном выявило, что динамика элемента лучше характеризуется содержанием калия в наиболее подвижных фракциях, соответствующая наименьшим концентрациям равновесного раствора. Общие запасы подвижного калия характеризовались содержанием элемента, определяемого при наибольшей равновесной концентрации кислоты (табл. 4). При концентрации кислоты 0,1 н. был отмечен рост К20 в 1,832,67 раза относительно контроля, в наибольшей степени при внесении ^5Р45К90 + 25 т/га навоза, ^5Р45К45 + 25 т/га навоза и ^35Р135К135 + 25 т/га навоза. При концентрации кислоты 0,15 н. количество калия возросло в 1,55-2,66 раза, 0,2 н. - в 1,33-3,16 раза при внесении ^20Р120К120 + 50 т/га навоза, ^5Р45К90 + 25 т/га навоза, ^0Р90К90 + 25 т/га навоза. Обработка 0,4 н. кислотой почвы привела к росту содержания К20 на 13,1-67,3 %, кроме вариантов ^90Р190К190 и ^5Р45К90 + 25 т/га навоза.
4. Степень подвижности К2О почвы стационарного опыта, мг-экв/100 г почвы
Вариант Концентрация кислоты
опыта 0,05 н. 0,1 н. 0,15 н. 0,2 н. 0,4 н.
Без удоб- 0,008 0,012 0,029 0,043 0,245
рений
^5Р45К45 + 25 т/га 0,001 0,026 0,045 0,057 0,455
навоза
^сРэдКэд + 25 т/га 0,002 0,022 0,070 0,112 0,344
навоза
^35Р135К135 + 25 т/га 0,004 0,025 0,048 0,063 0,277
навоза
^5Р45К90 + 25 т/га 0,006 0,032 0,077 0,102 0,116
навоза
^20Р120К120 + 50 т/га 0,006 0,022 0,059 0,136 0,410
навоза
N1^190^90 0,005 0,022 0,047 0,081 0,114
НСР05 0,0003 0,0015 0,004 0,006 0,02
Таким образом, при внесении удобрений в почве возрастает концентрация и, соответственно, увеличивается подвижность форм К20, вытесняемых кислотой средней концентрации (0,15-0,2 н.).
Анализ содержания обменного калия в слое почвы 0-20 см стационарного опыта в течение 8 ротаций севооборота выявил, что его концентрация имела тенденцию к значительному росту в удобренных вариантах в 1 -3 ротациях и менее значительному - в 7-8 ротациях, что связано с необменным поглощением элемента и запаковкой в кристаллическую решетку глинистых минералов (рис.). Отмечалось снижение уровня К20 в 4-8 ротациях, особенно на фоне ^35Р135К135 + 25 т/га навоза и ^0Р120К90 + 25 т/га навоза в пар. Это связано, видимо, как с недостаточным уровнем поступления К20, не компенсирующим значительный вынос элемента, так и с необменным поглощением элемента глинистыми минералами почвы.
На основании 72-летних данных по содержанию обменного калия в почве под сахарной свеклой был составлен прогноз содержания элемента в виде уравнений линейной регрессии. На основании их установлено, что при существующих дозах удобрений количество обменного К20 будет снижаться -наиболее быстро на фоне ^35Р135К135 + 25 т/га навоза и ^5Р45К45 + 25 т/га навоза (табл. 5). Это связано с низкой ком-
пенсацией удобрениями и высоким выносом культурами. Некоторый прирост содержания этого элемента будет отмечаться только на фоне ^5Р45К45 + 50 т/га навоза.
содержание обменного калия, 1936-2008 гг.
о
см
18 -, 16 14 12 10 8 6 4 2 0
-п-
3 4 5 ротации
Рис. Содержание обменного K2O в почве под сахарной свеклой 5. Уравнения линейной регрессии для расчета прогноза
Вариант опыта Уравнение R
Контроль Y = 13,1 - 0,121X 0,726
№,5Р45К45 + 25 т/га навоза в пару Y = 13,8 - 0,196X 0,793
^сР90К90 + 25 т/га навоза в пару Y = 15,3 - 0,135X 0,897
^35Р135К135 + 25 т/га навоза в пару Y = 16,5 - 0,216X 0,619
№,5Р45К45 + 50 т/га навоза в пару Y = 11,7+0,056X 0,728
Примечание. X - число лет, прошедшее от последнего периода наблюдений (2004 г.); Y - урожайность корнеплодов, т/га.
К 8-й ротации баланс калия в севообороте во всех вариантах оказался отрицательным.
Наиболее дефицитным он был в неудобренном варианте и при внесении ^0Р133К10 + 2,8 т/га навоза, N20P26,6K20 + 2,8 т/га навоза и ^3Р33К33. Поступление элемента с минеральными удобрениями и навозом не компенсировало вынос с растущим урожаем.
На основании изложенных данных можно заключить, что длительно применяемые в севообороте с сахарной свеклой удобрения способствовали увеличению содержания подвижного K2O и перераспределению форм калия в составе черно-
зема выщелоченного в направлении роста содержания водорастворимого и обменного, наиболее значительно в слое 2040 см, увеличивая их доступность растениям.
Вариант опыта Баланс, кг/га Вариант опыта Баланс, кг/га
Без удобрений -520 N10P133K20 + 2,8 т/га навоза -368
^оРв.зКю + 2,8 т/га навоза -477 N27P27K27 + 5,6 т/га навоза -253
№оР2б,бК2о + 2,8 т/га навоза -413 Ni0Pi3,3Ki0 + 5,6 т/га навоза в пар -371
№оР4оКзо + 2,8 т/га навоза -359 N33P33K33 -453
НСР05 30
Литература
1. Пухалъская Н.В., Сычев В.Г., Собачкин А.А., Павлова Н.И. Особенности калийного питания сельскохозяйственных растений в оптимальных и неблагоприятных условиях.- М.: ВНИИА, 2009.- 192 с. 2. Кураков В.И., Минакова О.А. Баланс основных элементов питания в зерносвекловичном севообороте при длительном применении удобрений // Сахарная свекла.- 2006.- № 2.- С. 32-35. 3. Бердников В.А., Калягин Ю.С. Влияние природных бентонитов и минеральных удобрений на накопление сахара в корнеплодах // Сахарная свекла.- 2007.-№ 5. - С. 27-28. 4. Минеев В.Г. Тенденции изменения калийного состояния почв и экологические функции калия почвы и калийных удобрений / Эколого-агрохимическая оценка состояния калийного режима почв и эффективность калийных удобрений.- М.: ЦИНАО, 2002. - 246 с. 5. Сычев В.Г. Основные ресурсы урожайности сельскохозяйственных культур и их взаимосвязь. -М.: ЦИНАО, 2003. 6. Кураков В.И. Урожайность сахарной свеклы при удобрении // Химизация сельского хозяйства. - № 5. - 1990. - С. 60-62. 7. Шафран С.А. Использование балансового метода для прогнозирования последействия удобрений // Плодородие.- № 1. - 2004. - С. 13-14. 8. Соловиченко В.Д. Плодородие и рациональное использование почв Белгородской области.- Белгород: Отчий край, 2005. - С.206-207. 9. Рымаръ В.Т., Мухина С.В., Балюнова Е.А., Супрун С.В., Шамрай Н.В. Биологические свойства почвы под сахарной свеклой в зависимости от различных систем удобрения // Сахарная свекла. N° 5. - 2009. - С. 11-13. 10. Сорокин А.Е. Влияние технологии возделывания яровой пшеницы, ячменя и кормовых бобов на агрохимические свойства почвы // Плодородие.- № 3. - 2010.- С. -24-25. 11. Удобрения, их свойства и способы использования / Под ред. Д.А.Коренькова.- М.: Колос,1982 - 415 с.
2
6
7
POTASSIUM STATUS OF LEACHED CHERNOZEM IN A SUGAR BEET CROP ROTATION AT THE LONG-TERM APPLICATION
OF FERTILIZERS O.A. Minakova, O. V. Gamuev, O. V. Kustova Mazlumov All-Russian Research Institute of Sugar Beet, Russian Agricultural Academy, VNIISS 86, Ramon' raion, Voronezh oblast, 396030 Russia
It has been shown that the long-term application offertilizers in a sugar beet crop rotation favored some increase in the content of mobile K2O and its redistribution in the soil. According to our forecast, the content of exchangeable potassium in most of the experiment treatments would decrease in the future.
Keywords: potassium, soil, potassium forms, mineral fertilizers, sugar beet.
