CC BY
20
УДК 635.21: 631.582:631.4
КАРТОФЕЛЕВОДЧЕСКИЕ СЕВООБОРОТЫ И УДОБРЕНИЯ НА ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТОЙ И СЕРОЙ ЛЕСНОЙ ПОЧВАХ
Potato Crop Rotations and Fertilizers on Sod-Podzolic and Grey Forest Soils
Молявко А.А1., д. с.-х. н., профессор Марухленко А.В1., Еренкова Л.А1., Борисова Н.П1., к. с.-х.н.
Белоус Н.М.2, д. с.-х. н., профессор, Ториков В.Е2., д. с.-х. н., профессор
Molyavko A.A., Marukhlenko A. V., Erenkova L.A., Borisova N.P.
Belous N.M., Torikov V.E.
:ФГБНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт картофельного хозяйства имени А.Г.
Лорха», E-mail: brlabor@mail.ru
Lorkh Research Institute of Potato Farming
2ФГБОУ ВО Брянский ГАУ 243365, Брянская область, Выгоничский район, с. Кокино, ул. Советская, 2а
Bryansk State Agrarian University
Реферат. В стационарном опыте с короткоротационными севооборотами, заложенном в 1981 г., удобрения способствовали увеличению пожнивных остатков предшественников картофеля и улучшали биологическую активность почвы. Лучшего развития достигала корневая система, особенно в севообороте с клевером, что положительно сказалось на урожайности клубней. В зависимости от удобрений и предшественников в почве оставалось ежегодно от 2,2 до 5,2 т/га корневых и пожнивных остатков. С органическими остатками клевера поступало 76-144 кг/га азота, 18-31 - фосфора и 73-103 кг/га калия, люпина соответственно 69-103, 16-20 и 71-111 кг/га, ячменя лишь 31-51, 9-18 и 22-45 кг/га. В среднем за 3 года наибольшей биологической активностью отличалась почва в фазу цветения картофеля, а наименьшей - во время клубнеобразования. Удобрения усиливали продуцирование СО2 во всех севооборотах во все фазы вегетации, причем действие органических удобрений на этот показатель было более сильным, чем минеральных. Так, если применение 30,60 и 90 т/га ТНК увеличивало выделение почвой СО2 в фазу цветения на 7,0-13,7-17,6 кг/га в севообороте с клевером, на 17,2-20,2-27,6 кг/га и на 5,8-11,4-16,0 кг/га в сутки в севооборотах с люпином и кукурузой, то применение одних минеральных удобрений не оказывало существенного повышения выделения СО2.. В фазе всходов и цветения наибольшее продуцирование углекислоты почвой наблюдалось под картофелем при размещении его по клеверу, а в период клубнеобразования несколько большей активностью обладала почва при размещении картофеля по ячменю. Удобрения увеличивали объем корней, их массу, общую и рабочую поглощающие поверхности. В среднем за 3 года объем корней одного куста при внесении удобрений в севообороте с клевером возрастал на 10,4-72,8%, с люпином на 19,066,2% и кукурузой на 14,9-74,7%. Аналогично объему возрастала их масса: на 4,2-20,4 г в севообороте с клевером и на 3,3-14,6 и 3,1-16,0 в севооборотах с люпином и кукурузой. Под влиянием удобрений изменялась адсорбирующая поверхность корней от 30,6 м2 на контроле до 32,3-43,6 м2 на удобренных вариантах после клевера, от 22,7 до 24,0-32,9 м2 - люпина и от 23,1 до 25,7 - 34,2м2 - ячменя. Адсорбирующая рабочая поверхность соответственно составила 1,5-5,3; 0,3-3,5 и 0,7-4,2 м2. Наиболее высокими коэффициенты использования азота, фосфора и калия картофелем были из минеральных удобрений и составили: 45,1- 51,7%, 7,5-11,7% и 39,8-57,9%. Из ТНК они были ниже - 3,0-23,9%, 0,27,6% и 12,5-71,2%. На серой лесной почве с надземной массой и корневыми остатками узколистного люпина поступало в почву азота, фосфора и калия - 202, 31 и 172 кг/га, что выше, чем на дерново-подзолистой при использовании желтого люпина (69-103, 16-20 и 71-111 кг/га). Наиболее выгодным оказалось использование в короткоротационных картофелеводческих севооборотах узколистного люпина на зеленое удобрение.
Summary. In the stationary experiment with short crop rotation, founded in 1981, fertilizers contributed to an increase in crop residues of potato predecessors and improved the biological activity of the soil. The root system reached better development, especially in crop rotation with clover that had a positive impact on the yield of tubers. Annually from 2.2 to 5.2 t/ha of root and crop residues depending on fertilizers and predecessors remained in the soil. Organic residues of clover contributed to 76-144 kg/ha of nitrogen, 18-31 kg/ha of phosphorus and 73-103 kg/ha of potassium. The lupine residues gave respectively 69-103, 16-
20 and 71-111 kg/ha. Barley residues led to only 31-51 kg/ha of nitrogen, 9-18 kg/ha ofphosphorus and 2245 kg/ha ofpotassium. On average for 3 years, the greatest biological activity of soil was typical in the flowering phase of potatoes, and the smallest activity was during tuberization. Fertilizers increased the production of СО2 in all crop rotations in all phases of vegetation, and the effect of organic fertilizers on this indicator was stronger than of mineral ones. So, if the use of30.60 and 90 t/ha ofpeat and liquid dung compost, increased СО2 release by the soil in the flowering phase by 7.0-13.7-17.6 kg/ha in crop rotation with clover, by 17.2-20.2-27.6 kg/ha and 5.8-11.4-16.0 kg/ha per day in crop rotation with lupine and corn, the use of mineral fertilizers alone did not significantly increase the release of carbon dioxide. In the seedling and flowering phases the highest producing of carbon dioxide by the soil was observed at potato-growing after clover. During the tuberization the soil was somewhat more active when potatoes were cultivating after barley. Fertilizers increased the volume of roots, their mass, general and working absorbing surfaces. On average for 3 years the volume of roots of one bush increased by 10.4-72.8% when fertilizing in crop rotation with clover, by 19.0-66.2% with lupine and by 14.9-74.7% with corn. Similarly, their mass increased by 4.220.4 g in the crop rotation with clover, by 3.3-14.6 and 3.1-16.0 g in crop rotations with lupine and corn. Fertilizers influenced the adsorbing surface of roots from 30.6 m2 on the control variant to 32.3-43.6 m2 on variants with fertilized after clover, from 22.7 to 24.0-32.9 m2 after lupine and from 23.1 to 25.7-34.2 m2 after barley. The adsorbing working surface was 1.5-5.3; 0.3-3.5 and 0.7-4.2 m2, respectively. The highest utilization rates of nitrogen, phosphorus and potassium by potatoes were from mineral fertilizers and amounted to 45.1-51.7%, 7.5-11.7% and 39.8-57.9%. They were lower from peat and liquid dung compost, i.e. 3.0-23.9%, 0.2-7.6% and 12.5-71.2%. On gray forest soils with the top mass and root residues of narrow-leaf lupine, the nitrogen, phosphorus and potassium entering into the soil amounted to 202.31 and 172 kg/ha, which is higher than on sod-podzolic soils when after yellow lupine (69-103, 16-20 and 71-111 kg/ha). The most advantageous was the use of narrow-leaf lupine for green fertilizer in short potato-growing crop rotations.
Ключевые слова: картофель, короткоротационные севообороты, удобрения, растительные остатки, корневая система, биологическая активность почвы.
Keywords: potatoes, short crop rotations, fertilizers, plant residues, root system, biological activity of soil.
Введение. Повышение эффективности сельскохозяйственного производства является сегодня одним из первостепенных условий стабилизации агропромышленного комплекса страны [1]. С биологической точки зрения севооборот способствует обеспечению равновесия в окружающей среде, благоприятно влияет на фитосанитарное состояние поля, биологическую активность почвы, с энергетической - является биологическим аккумулятором солнечной энергии, осуществляет процессы энерго- и массообмена в системе почва - растение - атмосфера, с геологической - осуществляет биологическое выветривание, активно влияет на сопряжение биологического и геологического круговоротов веществ, на формирование ландшафтов и состояние окружающей среды [12]. Современное земледелие располагает достаточно широким арсеналом приемов повышения почвенного плодородия, включая методы химического, биологического и физического воздействия на почву. Особое место в этом ряду по широте и силе влияния на нее, безусловно, занимает севооборот [16]. Расхожее мнение о снижении роли севооборотов в интенсивном земледелии оказалось не обоснованным и привело к негативным последствиям [2]. В последнее время идет процесс разукрупнения севооборотов на более мелкие, сокращается количество полей, вводится монокультура [10, 15]. Ю.И. Клименко [9], отмечает, что те земельные наделы, которые сегодня во многих регионах выделяются для фермерских хозяйств, в 3 - 4 раза меньше, чем необходимо для ведения эффективного, конкурентно способного хозяйства. Использование в короткоротационных севооборотах биологических средств почвенного плодородия (многолетние травы, сидераты, солома) позволяет улучшать агрохимические свойства почвы и получать стабильные, на уровне биоклиматического потенциала, урожаи культур, обеспечивает высокую окупаемость питательных веществ минеральных удобрений [3]. На Приекульской селекционной станции наиболее эффективным оказался короткоротационный севооборот: ячмень -клевер 1 - го года пользования - картофель, который обеспечил 224 - 284 ц/га клубней [8].
Рассматривая землеустройство и схемы чередования культур в севооборотах, в качестве важнейшего средства территориальной дифференциации земле-пользования на принципах адаптивности, следует особо учитывать и специфику средообразующих возможностей разных видов растений в плане фитомелиорации земель, предотвращения водной и ветровой эрозии почвы, повышения ее плодородия и биоэнергетической емкости, борьбы с опустыниванием и заболачиванием, снижения уровня загрязнения почвы тяжелыми металлами и радионуклидами за счет возделывания культур -накопителей [6].
Кроме того, в современных условиях в связи с изменением структуры земельных угодий хозяйств, а также в соответствии с требованиями рыночной экономики все системы земледелия требуют пересмотра. В отличие от крупных многоотраслевых хозяйств, где используются большей частью многопольные плодосменные севообороты, крестьянские хозяйства, в большинстве своем наделенные сравнительно небольшой земельной площадью, не могут иметь многопольных севооборотов [11].
Однако малопольные севообороты, особенно картофельной специализации, изучены недостаточно. В связи с этим нами проводилось изучение биологической активности почвы, накопление пожнивных остатков, развитие корневой системы, урожайность картофеля и вынос питательных веществ растениями в севооборотах с укороченными ротациями при различных системах удобрения.
Материалы и методы исследований. Исследования проводили на Брянской опытной станции по картофелю ВНИИКХ в стационарном опыте на дерново-подзолистой супесчаной почве в трех севооборотах, развернутых во времени и пространстве с 1981г. 1. Картофель, ячмень с подсевом клевера (К60Р60К60), клевер (Р30К30); 2. Картофель, ячмень (К60Р60К60), люпин на зеленый корм (Р60К60); 3. Картофель, кукуруза на силос (^20Р120К120), ячмень (К60Р60К60). Схема удобрения картофеля показана в таблице 1. Использовали сорта: картофеля Раменский, кукурузы Стерлинг и Буковинская ЗТВ, люпина Быстрорастущий 4, ячменя Эльгина, клевера Стародубский местный.
Перед закладкой стационарного опыта в слоях почвы 0-20 см и 20-40 см содержалось гумуса (по Тюрину) 0,89-1,13 и 0,66-1,04%, легкогидролизуемого азота (по Тюрину - Кононовой) 2,6-5,2 и 1,5- 4,6 мг/100 г почвы, подвижного фосфора (по Кирсанову) 14,3-33,2 и 11,6-34,0 мг/100 г почвы, обменного калия (по Масловой) 10,2-16,2 и 8,0-15,3мг/100 г почвы, рН солевой вытяжки на приборе ЭВ-74 5,3-7,45 и 5,6-7,49, гидролитическая кислотность (по Каппену) 0,46-1,12 и 0,45-1,07 м.-экв./100 г почвы, сумма поглощенных оснований (по Каппену-Гильковицу) 3,19-9,54 и 2,3-8,63 м.-экв./100 г почвы. В опыте применяли компост (ТНК), приготовленный на основе торфа и безподстилочного жидкого навоза (1:1) с содержанием N-0,58%, Р2О5- 0,27% и К2О- 0,15%, аммиачную селитру, суперфосфат и калийную соль. Фосфорно-калийные удобрения вносили осенью, азотные - весной.
Биологическую активность почвы определяли по выделению углекислоты методом В.И. Штат-нова (1952). В период цветения отбирали корни картофеля с глубины до 40 см (З.А. Дмитриева, М.Г. Автомеенко, 1974) с последующей отмывкой на сите диаметром 1 мм. Определяли их массу, объем (см3), общую и рабочую поглощающие поверхности (м2) методом Сабинина и Колосова. Для изучения выноса питательных веществ в сухих пробах ботвы и клубней определяли общий азот и фосфор -колориметрически, калий - методом пламенной фотометрии (К.П. Фоменко и др.,1973).
В течение 2000-2005 гг. в ФГУП «Первомайское» Почепского района Брянской области проводили исследования в трех севооборотах: 1. Узколистный люпин на зеленый корм - озимая пшеница на зерно - картофель - корнеплоды - ячмень; 2. Узколистный люпин на зеленый корм - озимая пшеница на зерно + поукосно озимая рожь на зеленое удобрение - картофель - корнеплоды - ячмень; 3. Озимая пшеница на зерно - узколистный люпин на зеленое удобрение - картофель - корнеплоды -зернобобовые.
Почва серая лесная суглинистая. Основные агрохимические показатели пахотного слоя: содержание гумуса (по Тюрину) - 1,77%, подвижного фосфора (по Кирсанову) 20 мг/100 г почвы, обменного калия (по Масловой) - 25 мг/100 г почвы, рН солевое 5,1, гидролитическая кислотность (по Каппену) - 2,12 м.-экв./100 г почвы, сумма поглощенных оснований (по Каппену-Гильковицу) - 7,7 м.-экв./100 г почвы.
Подготовка почвы, удобрения, посадка, уход за посадками картофеля по севооборотам следующие:
1.Лущение стерни на 8-10 см, пахота на 18-20 см с внесением 60 т/га навоза; весной - культивация и перепашка на 16-18 см, нарезка гребней. Удобрения КшР^К^ вносили весной под перепашку зяби. Уход за посевами состоял из 2-х довсходовых междурядных обработок, 2-х по всходам и 1-2 окучивания. Против болезней и вредителей проводили 2-3 опрыскивания.
2. Лущение стерни, вспашка и предпосевная культивация на 6-8 см. Посев озимой ржи до 20-25 августа. Весной надземную массу запахивали на 16-18 см в фазу выхода растений в трубку, спустя 23 дня безотвальное рыхление на 27-30 см. Удобрения К90Р120К140 вносили под запашку зеленой массы. Уход за посевами состоял из 1 междурядной обработки до всходов картофеля, внесения зенкора 1,2 кг/га за 5-6 дней до их появления, 1 обработка по всходам и 1 окучивание. Борьба против вредителей и болезней аналогично севообороту 1.
3. Запахивали узколистный люпин в фазу блестящих бобиков в 1 и 2-й декадах августа. Удобрения К60Р60К120 вносили весной перед безотвальным рыхлением, на глубину 27-30 см. Затем нарезали гребни фрезерным культиватором КФГ-2,8 высотой 10-12 см. При появлении 3-5% всходов кар-
тофеля наращивали высокие гребни КФГ-2,8 с их засыпкой почвой на 14-16 см. Затем вносили зенкор в дозе 1,2 кг/га. Борьбу с вредителями и болезнями вели как в севооборотах 1 и 2.
В первом севообороте с 60 т/га навоза поступило в почву: N - 270, Р- 150, К- 360 кг/га, во втором - с надземной и корневой массой озимой ржи: N - 60, Р- 12, К- 75 кг/га, в третьем - с надземной и корневой массой люпина: N - 202, Р- 31, К- 172 кг/га.
Использовали сорта картофеля: Брянский деликатес и Рождественский - среднеранние, Аспия -среднеспелый. Высаживали картофель во всех севооборотах 12-18 мая сажалкой СН-4Б с густотой 57 тыс.шт./га. Глубина посадки 6-8 см. Класс семенного материала - супер-суперэлита в 2002 г., суперэлита в 2003 г., в 2004 г. - элита.
В производственном опыте 2005 г. высаживали сорт Невский (суперэлита) - скоростной сажалкой КСМ-4. Производственные испытания проводили на площади 38 га, из которых узколистный люпин заделывали под картофель на площади 19 га. Убирали картофель спустя 14 дней после уничтожения ботвы.
Результаты и их обсуждение. Основным источником органического вещества, поступающего в почву, кроме органических удобрений, служат надземные и корневые остатки возделываемых культур, которые оказывают большое влияние на восполнение потерь гумуса из почвы, а также на ее пищевой режим [4,7]. Корневые и пожнивные остатки на 27-60% покрывают потребность в восполнении запасов гумуса [7], в некоторых случаях даже обеспечивают бездефицитный его баланс [13,14]. Наши исследования свидетельствуют, что в зависимости от удобрений и предшественника после уборки в почве остается ежегодно от 2,2 до 5,2 т/га. корневых и пожнивных остатков (табл. 1). При внесении удобрений пред-шественники картофеля формировали более высокий урожай и соответственно оставляли больше органических остатков. Например, на неудобренном варианте урожай зеленой массы клевера составили 387 ц/га, растительных остатков - 30,7 ц/га, в то время как при внесении под картофель 60 т/га ТНК + ^0Р90К120 - соответственно 494 и 48,4 ц/га. Поэтому рациональная система удобрения и оптимальное чередование культур в севообороте могут служить мощным резервом повышения количества органического вещества в почве. Так, в среднем за 3 года на удобренных вариантах количество корневых и пожнивных остатков клевера возросло по сравнению с контролем на 6,3-20,8 ц/га, люпина - на 0,8-9,3 и ячменя - на 3,7-12,7 ц/га. На контроле количество послеуборочных остатков было больше чем у клевера (30,7 ц/га против 28,8 и 21,9 у люпина и ячменя).
Еще более четко вырисовывается преимущество клевера при внесении ТНК отдельно и в сочетании с минеральными удобрениями. Общее количество послеуборочных остатков здесь составляло по ТНК 30-90 т/га от 37,0 до 45,1 ц/га, по N0^90X120 - 36,1 ц/га, по ТНК 30-90 т/га + N0^90X120 - 44,6 -51,5 ц/га. Это значительно больше, чем оставляют пожнивно-корневых остатков люпин (29,6-38,1 ц/га) и ячмень (25,6-34,6 ц/га).
Отмеченное явление имело несомненную связь с большим накоплением гумуса, лучшими физическими свойствами почвы, а также с урожайностью картофеля.
Состав растительных остатков, характеризующийся соотношением корневой и пожнивной массы, значительно различался по культурам. У ячменя пожнивных остатков более чем в 2 раза больше чем корневых, у люпина - в 1,5 раза, у клевера соотношение приближается 1:1.
Растительные остатки предшественников картофеля весьма существенно отличались по химическому составу. Азотом более богаты корни и жнивье клевера 2,60-2,75 и 2,33-2,82%) и люпина (2,68-3,19 и 2,19-2,55%). Меньше этого элемента в остатках ячменя (1,05-1,50% в корнях и 1,37-1,83% в стеблях). Калия и фосфора больше содержится в остатках клевера, люпина и значительно меньше у ячменя. Применение удобрений способствовало в большей степени повышение содержания в растительных остатках азота и калия, в меньшей - фосфора.
Ежегодно в почву с органическими остатками клевера поступало 76-144 кг/га азота, 18-31 -фосфора и 73-103 кг/га калия, люпина соответственно: 69-103, 16-20 и 71-111 кг/га. В то же время как в остатках ячменя содержалось лишь 31-51 кг/га азота, 9-18 - фосфора и 22-45 кг/га - калия. Если принять во внимание, что в 1 т полуперепревшего навоза содержится азота - 5, фосфора - 2,5 и калия - 6 кг, то с пожнивно-корневыми остатками клевера в почву поступало азота по количеству эквивалентное 15,2-28,8, фосфора - 7,2-12,4, и калия 12,2-17,2 т/га навоза. В то время как с органическими остатками ячменя в почве остается количество азота эквивалентное 6,2-10,2, фосфора - 3,6-7,2 и калия 3,7-7,5 т/га навоза.
Значительное накопление послеуборочных остатков, особенно клевера и люпина, не только способствовало накоплению гумуса в почве, улучшению других агрохимических и физических свойств, но и повышению ее биологической активности.
Наиболее универсальный показатель деятельности почвенных организмов - продуцирование
ими углекислоты или «дыхание» почвы. Установлена взаимосвязь между «дыханием» почвы и продуктивностью растений [5]. В наших исследованиях этот показатель сильно изменялся в зависимости от фазы вегетации картофеля, погодных условий и применения удобрений. Если в 1984 г. наиболее интенсивно «дыхание» почвы происходило в фазу всходов, снижаясь постепенно в фазе цветения и далее к периоду массового накопления урожая, то в 1985 г., максимальное продуцирование СО2 приходилось на фазу цветения, а минимальное - на фазу всходов. В 1986 г. максимальная биологическая активность почвы также наблюдалась в фазу цветения, снижаясь к периоду всходов и массового накопления урожая. Такое колебание биологической активности почвы связано со степенью ее увлажнения в определенные периоды, поскольку как недостаток, так и избыток влаги замедляет продуцирование углекислоты. В среднем за 3 года наибольшей биологической активностью отличалась почва в фазу цветения картофеля, а наименьшей - в период массового накопления урожая. Удобрения усиливали продуцирование СО2 во всех севооборотах во все фазы вегетации, причем действие органических удобрений на этот показатель было более сильным, чем минеральных. Так, если применение 30,60 и 90 т/га ТНК увеличивало выделение почвой СО2 в фазу цветения на 7,0-13,7-17,6 кг в севообороте с клевером, на 17,2-20,2-27,6 и на 5,8-11,4-16,0 кг/га в сутки в севооборотах с люпином и кукурузой, то применение одних минеральных удобрений практически не оказывало существенного повышения выделения СО2 во всех севооборотах (табл. 2).
Таблица 1 - Урожайность предшественников картофеля и количество пожнивно-корневых остатков в зависимости от систем удобрения картофеля в первой ротации севооборотов (среднее за 3 года 1983-1985 гг.), ц/га
№ п/п Вариант удобрения картофеля Урожай основной продукции Абсолютно сухое вещество растительных остатков
клевер люпин ячмень клевер люпин ячмень
зерно солома корневые пожнивные корневые пожнивные корневые пожнивные
1 Без удобрений (контроль) 387 343 14,1 26,1 14,5 16,2 12,2 16,6 6,5 15,4
2 30 т/га ТНК 435 351 17,1 33,0 18,7 18,3 12,6 17,0 7,8 17,8
3 60 т/га ТНК 460 368 18,9 37,5 20,6 19,7 15,3 20,7 8,3 18,2
4 90 т/га ТНК 478 379 20,5 40,2 22,7 22,4 15,6 21,5 9,5 20,9
5 ^0РэдК120 396 354 15,1 28,3 18,0 18,1 13,0 18,9 7,3 17,1
6 30 т/га ТНК+ N^90^20 463 369 16,7 29,8 22,2 22,4 13,7 19,0 9,5 18,8
7 60 т/га ТНК+ ^0Р90К120 494 381 20,0 35,5 23,5 24,9 14,5 20,8 10,7 20,0
8 90 т/га ТНК+ ^0Р90К120 510 386 19,6 38,5 24,6 26,9 15,5 22,5 11,2 23,4
НСР05,ц 17,137,8 14,034,8 1,742,7
Таблица 2 - Биологическая активность почвы под картофелем в зависимости от удобрений и предшественников во второй ротации севооборотов (среднее за 1984-1986 гг.), кг СО2 на 1 га в сутки
Вариант По клеверу По люпину По ячменю
всходы цветение накопление урожая всходы цветение накопление урожая всходы цветение накопление урожая
1 86,9 133,7 61,2 76,6 114,5 48,3 86,2 116,6 61,4
2 92,9 140,7 67,1 82,8 131,7 60,0 91,3 122,4 71,4
3 101,0 147,4 72,4 87,5 134,7 59,6 94,3 128,0 79,0
4 99,0 151,3 83,7 87,7 142,1 75,8 96,6 132,6 83,8
5 91,1 138,2 74,6 83,2 114,5 66,8 88,2 117,5 79,8
6 100,5 146,3 74,8 93,9 131,6 60,2 96,9 141,9 83,1
7 105,0 153,4 79,4 96,6 137,5 66,8 102,1 149,6 90,8
8 10,5 155,1 87,7 94,6 143,6 74,4 102,5 148,6 101,3
В фазе всходов и цветения наибольшее продуцирование углекислоты почвой наблюдалось под картофелем при размещении его по клеверу, а в период массового накопления урожая несколько большей активностью обладала почва при размещении картофеля по ячменю.
Таким образом, не только удобрения и предшественники оказывали влияние на биологическую активность почвы, но и метеорологические условия вегетационных периодов. Так, при частых засушливых периодах 1986 г. отмечено самое низкое продуцирование углекислого газа (в этом году получена и самая низкая урожайность клубней), которое составило в среднем за вегетацию по трем сево-
оборотам 81,4 кг/га в сутки, что значительно меньше этого показателя в 1984 и 1985 годах (114,1 и 107,8 кг/га соответственно).
Многими исследованиями выявлена тесная взаимосвязь величины урожая, выноса питательных веществ с развитием и мощностью корневой системы картофеля. В наших условиях ее развитие определялось как удобрением, так и предшественником. Удобрения увеличивали объем корней, их массу, общую и рабочую поглощающие поверхности. Так, в среднем за 3 года объем корней одного куста при внесении удобрений возрастал на 10,4-72,8% в севообороте с клевером, на 19,0-66,2% - с люпином и на 14,9-74,7% - с кукурузой (табл.3). Аналогично объему возрастала их масса: на 4,2-20,4 г в севообороте с клевером и на 3,3-14,6 и 3,1-16,0 в севооборотах с люпином и кукурузой. Подобно объему и массе корней изменялась и адсорбирующая поверхность. Так, последняя под влиянием удобрений изменялась от 30,6 м2 на контроле до 32,3-43,6 м2 на удобренных вариантах после клевера, от 22,7 до 24,0-32,9 м2 - после люпина и от 23,1 до 25,7 - 34,2м2 после ячменя. Рост адсорбирующей рабочей поверхности под действием удобрений составил 1,5-5,3 м2 в севообороте с клевером, 0,3-3,5 м2 и 0,7-4,2 м2 в севооборотах с люпином и кукурузой.
Таблица 3 - Развитие корневой системы картофеля в зависимости от удобрений и предшественника во второй ротации севооборотов (среднее за 1984-1986 гг.)
Вариант Объем " 3 корней, см Масса, г Адсорбирующая поверхность, м2
Естественной влажности сухих общая рабочая удельная м2/см3
общая | рабочая
По клеверу
1 29,8 29,7 2,56 30,6 9,5 1,03 0,32
2 32,9 33,9 2,70 32,3 11,0 0,98 0,33
3 37,6 37,6 2,95 34,0 11,3 0,90 0,30
4 39,0 39,6 3,05 35,1 12,1 0,90 0,31
5 41,9 42,5 3,33 41,7 13,6 1,00 0,32
6 50,0 48,7 4,37 42,1 14,4 0,84 0,29
7 51,5 50,1 4,36 43,6 14,8 0,85 0,29
8 48,7 48,0 4,75 39,7 13,4 0,82 0,28
По люпину
1 23,1 23,9 1,73 22,7 6,9 0,98 0,30
2 27,5 27,2 1,99 24,0 7,2 0,87 0,26
3 30,4 31,1 2,23 26,3 8,3 0,87 0,27
4 32,4 32,3 2,37 28,6 9,0 0,88 0,28
5 35,5 34,7 2,49 30,9 9,0 0,87 0,25
6 38,1 37,7 3,03 31,3 10,0 0,82 0,26
7 38,4 38,5 3,22 32,9 10,4 0,86 0,27
8 37,0 36,7 3,33 27,5 10,0 0,74 0,27
По ячменю
1 22,1 22,3 2,01 23,1 7,4 1,05 0,33
2 25,4 25,4 2,30 25,7 8,1 1,01 0,32
3 29,5 28,4 2,89 26,7 9,3 0,91 0,32
4 29,8 28,9 3,21 29,1 10,0 0,98 0,34
5 31,7 31,6 3,20 30,1 10,3 0,95 0,32
6 34,8 35,4 3,31 32,9 11,4 0,95 0,33
7 35,3 34,8 3,49 32,8 11,6 0,93 0,33
8 38,6 38,3 3,82 34,2 11,1 0,87 0,29
Вместе с тем, поглотительную активность корней растения наиболее полно характеризует величина удельной поглощающей поверхности (адсорбирующая поверхность 1 см3 объема живого корня, м2/ см3), так как здесь соотносятся объем корня и его общая или рабочая поглощающие поверхности. Максимальная общая удельная поглощающая поверхность отмечена во всех севооборотах на вариантах без удобрений - соответственно 1,03; 0,98 и 1,05 м2/см3. При внесении удобрений величина общей удельной поглощающей поверхности постепенно уменьшалась с улучшением питания. Аналогичное изменение наблюдалось и с рабочей удельной поглощающей поверхностью в севооборотах с люпином и клевером, но не всегда это наблюдалось при возделывании картофеля после ячменя.
В целом корневая система лучше развивалась при размещении картофеля после клевера. Так, если объем корней по этому предшественнику составлял 29,8-51,5 см3, а общая и рабочая адсорбирующие поверхности 30,6-43,6 и 9,5-14,8 м2, то после люпина и ячменя только 22,1-38,6 см3 - объем и 22,7-34,2 м2 общая и 6,9-11,6 м2 рабочая поглощающие поверхности. Такое явление объясняется не только улучшением питательного режима растений, но и меньшей плотностью и твердостью почвы после клевера. Картофель имеет относительно небольшую массу корней, которая по нашим данным составила 3,0-3,88% от общей массы куста после клевера, 2,2-3,0% - после люпина и 2,7-3,1% - после ячменя.
Одним из основных показателей, по которому судят о величине потребления питательных веществ картофелем и рассчитывают дозы удобрений на запланированный урожай с учетом запасов элементов питания в почве, является их вынос на единицу основной продукции с учетом непродуктивной ее части. На вынос элементов питания существенное влияние оказывают погодные условия, удобрения и предшественники. Так, если вынос калия при размещении картофеля после клевера в 1984 г. составлял 97-111 кг, после люпина - 98-111 кг и после ячменя - 94-118 кг на 100 ц клубней, то в 1985 г. эти показатели соответственно были 50-69, 53-68 и 47-68 кг. Такое явление наблюдалось в отношении азота и фосфора (кроме севооборота с кукурузой). То есть наиболее высокие затраты элементов питания на создание единицы урожая клубней были в неблагоприятном 1984 г., чем в благоприятном 1985 г.
В среднем за годы исследований влияние удобрений на вынос питательных веществ определялось севооборотом. Так, если применение удобрений повсеместно увеличивало вынос азота и калия в севообороте с кукурузой, калия в севообороте с люпином, то внесение компоста в севообороте с клевером не усиливало выноса азота и снижало вынос калия. Совместное внесение ТНК и К90Р90К120 в этом севообороте повышало вынос азота. Удобрения в основном несколько снижали вынос фосфора в клеверном и люпиновом севооборотах и слабо влияли на этот показатель в севообороте с кукурузой. В целом наибольший вынос азота (54 кг на 100 ц клубней) отмечен после люпина, несколько меньший (53 кг) после клевера и самый низкий (51 кг) после ячменя. Оптимальным по урожаю клубней и затратам элементов питания на единицу основной продукции оказалось размещение картофеля по клеверу (табл. 4).
Таблица 4 - Урожайность картофеля в зависимости от применения удобрений во второй ротации севооборотов (среднее за 1984-1986 гг.), ц/га
Вариант Севооборот
картофель-ячмень +клевер-клевер картофель-ячмень-люпин на зеленый корм картофель-кукуруза - ячмень
1 202 176 179
2 230 200 207
3 239 209 215
4 247 218 220
5 257 233 234
6 278 256 255
7 286 269 271
8 291 273 275
НСР05 для частных значений 14,0-36,0 ц; НСР05 для севооборотов 5,4-11,4 ц
Коэффициенты использования питательных веществ растениями картофеля из удобрений определялись их видом, нормой внесения, погодными условиями и предшественником. Наиболее высокими коэффициенты использования азота, фосфора и калия картофелем были из минеральных удобрений при их отдельном внесении, которые в среднем за 2 года в зависимости от предшественника составили: азота - 45,1- 51,7%, фосфора - 7,5-11,7% и калия - 39,8-57,9%. Коэффициенты использования питательных веществ из ТНК были значительно ниже (азота - 3,0-23,9%, фосфора 0,27,6%, калия - 12,5-71,2%), особенно азота и фосфора. При совместном внесении ТНК и К90Р90К120 коэффициенты использования значительно возрастали относительно отдельного применения компоста, но были значительно ниже отдельного внесения минеральных удобрений. С увеличением доз компоста коэффициенты использования питательных веществ снижались как при его отдельном внесении, так и совместно с К90Р90К120. Лучше всего использовался из удобрений калий, что связано с его большим выносом и довольно невысоким содержанием в почве. Хуже всего использовался фосфор удобрений, что объясняется его довольно низким выносом урожаем и достаточно высоким содержанием этого элемента в почве.
Наиболее высокое использование питательных веществ из удобрений отмечали при размещении картофеля по ячменю. Это, очевидно, связано с более умеренным улучшением агрохимических свойств почвы в этом севообороте и меньшим количеством питательных веществ, оставляемыми органическими остатками ячменя. Более низкое использование элементов питания, особенно калия, отмечено в севообороте с клевером, то есть большее его количество, вносимое с удобрениями, остается в почве после клевера, пополняя почвенные запасы.
На серой лесной почве с надземной массой и корневыми остатками узколистного люпина поступало в почву 202 кг/га азота, 31 кг/га фосфора и 172 кг/га калия; с озимой рожью соответственно: 60,12 и 75 кг/га. Исследования свидетельствуют, что в результате использования узколистного люпина для удобрения можно уменьшить дозу минеральных удобрений на К60Р50К40 без существенного
снижения урожайности различных сортов картофеля (табл. 5).
Таблица 5 - Урожайность сортов картофеля в зависимости от севооборотов, ц/га
Предшественник Урожайность по годам
2002 2003 2004 среднее
сорт Брянский деликатес
Озимая пшеница на зерно 284 338 350 324
Озимая рожь на сидерат 240 297 305 287
Узколистный люпин на сидерат 292 362 360 338
8х, % 0,5 3,0 3,5
НСР05, ц 10,3 6,6 11,0
сорт Рождественский
Озимая пшеница на зерно 182 330 340 284
Озимая рожь на сидерат 167 303 300 257
Узколистный люпин на сидерат 314 346 365 308
8х, % 1,5 3,0 3,1
НСР05, ц 10,2 7,6 6,0
сорт Аспия
Озимая пшеница на зерно 172 319 352 279
Озимая рожь на сидерат 160 278 335 258
Узколистный люпин на сидерат 192 346 373 304
8х, % 1,0 4,1 3,6
НСР05, ц 6,1 8,3 19,0
В производственных условиях ФГУП «Первомайское» в 2005 г. урожайность картофеля сорта Невский после озимой пшеницы на зерно составила 288 ц/га, после узколистного люпина на сидерат - 275 ц/га.
Расчеты экономической эффективности производства картофеля свидетельствуют, что чистая прибыль и рентабельность при использовании под картофель в севообороте узколистного люпина на зеленое удобрение составили 82,6 тыс. руб./га и 284,2% , при использовании озимой ржи на сидерат -63,5 тыс.руб./га и 219%, озимой пшеницы на зерно - 61 тыс.руб./га и 150,3%.
Выводы. Таким образом, на дерново-слабоподзолистой почве в малопольных севооборотах удобрения увеличивали количество послеуборочных органических остатков культур - предшественников картофеля и усиливали биологическую активность почвы. Наибольшее количество пожнивно-корневых остатков отмечено после клевера, наименьшее - после ячменя.
Увеличение массы, объема и адсорбирующей поверхности корневой системы картофеля и снижение удельной поглощающей поверхности наблюдали при использовании ТНК совместно с минеральными удобрениями во всех севооборотах. Лучшего развития достигала корневая система при размещении картофеля в севообороте с клевером, что положительно сказалось и на урожайности картофеля.
Вынос питательных веществ картофелем зависел от погодных условий, удобрений и предшественников. Средний вынос азота, фосфора и калия в клеверном севообороте составил 53,14 и 85 кг, в люпиновом - 53,14 и 83 кг, в кукурузном - 51,17 и 81 кг на 100 ц клубней. Коэффициенты использования питательных веществ картофелем из удобрений составляли: азота -45,1-51,7%, фосфора - 7,511,7% и калия - 39,8-57,9%. Наиболее высокое использование питательных элементов из удобрений было в кукурузном севообороте, более низкое, особенно калия, в клеверном севообороте.
На серой лесной почве с надземной массой и корневыми остатками узколистного люпина поступало в почву 202 кг/га азота, 31 кг/га фосфора и 172 кг/га калия. Это значительно выше, чем на дерново-среднеподзолистой почве при использовании желтого люпина на зеленый корм (в зависимости от вариантов 69-103 кг/га азота, 16-20 кг/га фосфора и 71-111 кг/га калия). В условиях серой лесной почвы наиболее экономически выгодно использовать в малопольных картофелеводческих севооборотах узколистный люпин на зеленое удобрение.
Библиографический список
1. Белоус Н.М., Шаповалов В.Ф. Продуктивность пашни и реабилитация песчаных почв. Брянск: Изд-во Брянская ГСХА, 2006. 432 с.
2. Боигчан Б.П. Севообороты - центральное звено в экологическом земледелии // Земледелие. 1994. № 5. С. 20-21.
3. Джангабаев Б.Ж., Чичкин А.П. Оптимизация систем применения удобрений в короткорота-ционных севооборотах степного Заволжъя // Достижения науки и техники АПК. 2010. № 1. С. 36-39.
4. Егоров В.В. Органическое вещество почвы и ее плодородие // Вестник PAСХН. 1978. № 5. С.
15-25.
5. Жабюк Ф.В. Интенсивность дыхания дерново-подзолистой почвы как показатель ее биологической активности. // Микробиологические процессы в почвах и урожайность с.-х. культур. Вильнюс, 1978.С. 111-113.
6. Жученко A.A. Стратегия адаптивной интенсификации сельского хозяйства (концепция). Пу-щино, 1994. 148 с.
7. Загорча К.Л. Использование показателей баланса органического вещества и азота в почве для совершенствования системы удобрения в севооборотах / Совершенствование систем удобрения в севооборотах в различных зонах страны: тез. докл. Всесоюзного семинара (19-21 октября 1981г., ВИ-УA, ВДНХ). Ч. 2. М., 1981. С. 74-75.
8. Зариня Л. Изменение плодородия почвы и урожайность картофеля в зависимости от системы удобрений севооборота // Aктуальные проблемы современного картофелеводства (Минск - Самохва-ловичи 26 - 28 февраля 1997 г.). Минск, 1997. С. 119-12G.
9. Клименко Ю.И. Упорядочение процесса фермеризации // Вестник PAСХН. 1994. № 1. С. 8-1G.
1G. Колтунов Н.М. О землеустроительном обеспечении агропромышленного производства в
Pоссии // Вестник PAŒK 1997. № 4. С. 14-15.
11. Котлярова О.Г., Черенков В.В., Джумшудов И.Ж. Севообороты для крестьянских хозяйств // Земледелие. 1994. № 3. С. 31-32.
12. Лебедев Н.С., Ефименко М.Д. Севооборот - важнейший фактор окультуривания дерново -подзолистых почв // Земледелие. 1993. № 7. С. 19-2G.
13. Лыков A№. О биологической активности почв в длительном опыте ТСХA // Доклады TCXA. 1968. Вып. 133. С. 181-185.
14. 6. Лыков A^. Воспроизводство плодородия почв в Нечерноземной зоне. М. Pоссельхозиз-дат, 1982. 143 с.
15. Севообороты для фермерских хозяйств в степной зоне Оренбуржья / НА. Максютов, T.A. Кремер, В.М. Жданов, В Н. Гусев // Земледелие. 1994. № 6. С. 15-17.
16. Митрофанов Ю.И., Митрофанова Г.Н. Севооборот и плодородие осушаемых почв // Вестник PAŒK 1997. № 5. С. 48-51.
References
1. Belous N.M., Shapovalov V.F. Pruktivnost pashni i reabilitatsiyapes peschanih pochv. Bryansk: Bryanskaya GSKhA, 2006. 432 s.
2. Boinchan B.P. Sevooboroti - schentralnoe zveno v ekolohicheskom Zemledelie // Zeledelie. 1994. № 5. S. 20 - 21.
3. Dzhanhabaev B.Zh., Scisckin A.P. Optimisazia system primenenia udobreni v korotkorotazionnich Sevooborotach stepnoho Zavolzha //Dostizhenia nauki I tehniki APK. 2010. № 1. S. 36 - 39.
4. Ehorov V. V. Orhanicheskoe veschestvo poschv i ee plodorodie // Vestnik RASHN. 1978. № 5. S. 15 - 25.
5. Zhabiuk F.V. Intensivnost dihania dernovo - podsolistoi poschvi kak pokasatel' ee biolohicheskoi aktivnosti. V kn. Mikrobiolohicheskie prozessi v poschvah i urozhainost s. - h. kultur. Mater. k respubl. konf. Vilnius. 1978. S. 111 - 113.
6. Zhuchenko A.A. Stratehia adaptivnoi intensifikazii Selskoho hozyaystva (kozepzia).Puschino. 1994. 148 s.
7. Zahorscha K.L. Ispolsovanie pokazatelei balansa organicheskoho veschestva i asota v poschve dla sovershensvovania sistemi udobrenia v sevooborotah / Sovershenstvovanie system udobrenia v sevooborotah v razlischnih zonah strain. Tez. dokl. Vsesoyusnoho seminara (19 - 21 okt. 1981 h., VIUA, VDNHA). M. 1981, ch. 2. S. 74 - 75.
8. Zarina L. Izmenenie plodorodia poschvi I urozhainosti kartofela v zavisimosti ot sistemi udobreni sevooborota / Aktual'nie problemi sovremennoho kartofelevodsva (Minsk - Samofalovischi 26 - 28 fevrala 1997 h.). Minsk. 1997. S. 119 - 120.
9. Klimenko Y.I. Uporadochenie prozessa fermerizacii // Vestnik RASHN. 1994. № 1. S. 8 - 10.
10. Koltunov N.M. O zemleustroitel'nom obespechenii ahropromishlennoho proizvodstva v Rossii // Vestnik RASHN. 1997. № 4. S. 14 - 15.
11. Kotlarova O.H., Cherenkov V.V., Dzhumshudov I.Zh. Sevooboroti dla krectyanskih hozyaistv // Zemledelie. № 3. S. 31 - 32.
12. Lebedev N.S., Efimenko M.D. Sevooborot - vazhneishi factor okul'turivania dernovo - podsolistih poschv // Zemledelie. 1993. № 7. S. 19 - 20.
13. Likov A.M. O biolohicheskoi aktivnosti pochv v dlitel,nom opite TSHA / Dokladi TSHA. 1968, vip. 133. S. 181 - 185.
14. Likov A.M. Vosproizvodstvo plodorodia pochv v Nechornozemnoi zone. - M. Rosselhozizdat. 1982. 143 s.
15. Maksyutov N.A., Kremer H.A., Zhdanov V.M., Husev V.N. Sevooboroti dla fermerskih hozaistv v stepnoi zone Orenburzha // Zemledelie. 1994. № 6. S. 15 17.
16. Mitrofanov Yu.I., Mitrofanova H.N. Sevooborot i plodorodie osushaemih pochv // Vestnik RASHN. 1997. № 5. S. 48 - 51.
УДК 633.14:546.36
МЕХАНИЗМЫ ФОРМИРОВАНИЯ УДЕЛЬНОЙ АКТИВНОСТИ 137Cs
В ЗЕРНЕ ОЗИМОЙ РЖИ
Formation Mechanisms of 137Cs Specific Activity in Winter Rye Grain
Пакшина С.М., д. б. н., профессор, pakshina_s_m@mail .ru Малявко Г.П., д. с.-х. н., профессор, gpmalyavko@yandex.ru Белоус И.Н., кандидат с.-х. н.
Pakshina S.M., Malyavko G. P., Belous I.N.
ФГБОУ ВО Брянский ГАУ 243365, Брянская область, Выгоничский район, с. Кокино, ул. Советская, 2а Bryansk State Agrarian University
Реферат. В статье установлена зависимость удельной активности 137Cs в зерне озимой ржи от транспирации посевов, которая описывается экспоненциальной формулой. Формула отражает первую
137 137
стадию процесса биовыноса ионов Cs растениями - передвижение Cs по капиллярам почвы к поверхности корней под действием осмотического давления. Коэффициент, входящий в формулу биовыноса, включает в себя только физические величины: ёмкость катионного обмена, удельная поверхность, температура почвы, радиус пор, скорость потока раствора, коэффициент диффузии иона через двойной электрический слой, валентность аниона и катиона соли. Показано, что эти физические величины являются механизмами формирования удельной активности 137Cs в зерне озимой ржи. Объяснено явление «биологического разбавления», которое заключается в том, что сильные электролиты, входящие в минеральные и органические удобрения, вызывают сжатие двойного электрического слоя на стенках капилляров почвы, увеличивают транспирацию посевов и уменьшают удельную активность 137Cs в зерне озимой ржи с ростом урожайности.
Summary. The article presents the dependence of 137Cs specific activity in winter rye grain on crops transpiration, described by an exponential formula. The formula reflects the first stage of 137Cs ions biocar-ry-over by plants, i.e. 137Cs movement to the root surface through the soil capillars under the action of osmotic pressure. The factor, included in the biocarry-over formula, involves only physical quantities: cation exchange capacity, specific surface, soil temperature, pore radius, the solution flow rate of, the ion diffusion coefficient through the electric double layer, the valency of the salt anion and cation. It is shown that these physical quantities are the mechanisms of 137Cs specific activity formation in winter rye grain. The phenomenon of "biological dilution", consisting in the fact that strong electrolytes in mineral and organic fertilizers, cause compression of the electrical double layer on the walls of the soil capillars, increase crops transpiration and reduce 137Cs specific activity of winter rye grain alongside with high yields.
Ключевые слова: 137Cs, удельная активность, урожайность, транспирация, ионопроводная постоянная почвы, миграционная подвижность иона.
Key words: 137Cs, specific activity, productivity, transpiration, ion guide soil constant, migration ion mobility.
Введение. При разработке мероприятий по снижению активности радионуклидов в продукции растениеводства и исследованиях интенсивности их поступления в растения при корневом поглощении была установлена обратно пропорциональная зависимость удельной активности 137Cs и 90Sr в продукции от урожайности культуры. Удельной активностью в радиологии называют величину активности радиоактивного вещества, отнесенную к единице его объема или массы [1]. Согласно зависимости, чем больше урожайность культуры, тем меньше удельная активность радионуклида.
