CC BY
10DOI:10.24412/2225-2584-2023-1-31-35 УДК 631.84.461
КРУГОВОРОТ И БАЛАНС ЭЛЕМЕНТОВ ПИТАНИЯ В АГРОЦЕНОЗАХ
БАССЕЙНА Р. КАШКАДАРЬЯ
Ж.М. КУЗИЕВ, доктор философии (PhD) по сельскохозяйственным наукам, заведующий отделом агрохимии, (e-mail: mmjahongir81@gmail.com)
А.А. КАРИМБЕРДИЕВА, кандидат
сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник
А.Р. МАТЯКУПОВ, докторант
Институт почвоведения и агрохимических исследований
ул. УзПИТИ, ИПАИ, Кибрайский район, обл. Ташкент, 111202, Республика Узбекистан
Резюме. Исследования проведены на ново- и староорошаемых типичных серозёмах, сформированных в серозёмной зоне бассейна Кашкадарьи (Республика Узбекистан) в 2009-2020 гг. Целью исследования было изучение баланса и выноса основных элементов питания - азота, фосфора и калия в системе почва-удобрение-растение для разработки рациональной системы применения удобрений. Изучена обеспеченность новоорошаемых и староорошаемых типичных серозёмов подвижными формами питательных элементов, определено содержание их в органах хлопчатника и озимой пшеницы, рассчитан их вынос и баланс. С урожаем хлопка-сырца на новоорошаемых почвах выносится 54,0 кг/га азота, 45,0 кг/га фосфора и 33,0 кг/га калия. На староорошаемых типичных серозёмах с урожаем хлопка-сырца выносится меньше элементов питания, чем на новоорошаемых почвах, что зависит от урожайности хлопчатника и при этом вынос азота составляет 49,0 кг/га, фосфора - 35,7 кг/га и калия - 33,0 кг/га. Под хлопчатником, возделываемым на новоорошаемом типичном сероземе баланс азота и фосфора складывался положительный. Баланс калия - отрицательный и внесенные нормы калийных удобрений не соответствуют требуемым. На староорошаемых типичных сероземах под хлопчатником создается положительный баланс азота, а баланс фосфора и калия складывается отрицательным. Под озимой пшеницей создается отрицательный баланс по азоту и калию и незначительный положительный баланс по фосфору, что связано с недостаточно высокими дозами внесения соответствующих удобрений и выносом их с урожаем и пожнивными остатками. В основном вынос элементов питания превышает возврат их в почву.
Ключевые слова: вынос, баланс, обеспеченность, типичный орошаемый серозем, питательные элементы, хлопчатник, озимая пшеница, давность орошения, нормы.
Для цитирования: Кузиев Ж.М., Каримбердиева А.А., Матякупов А.Р. Круговорот и баланс элементов питания в агроценозах бассейна р. Кашкадарья // Владимирский земледелец. 2023. № 1. С. 31-35. DOI:10.24412/2225-2584-2023-1-31-35.
Известно, что роль растений в круговороте питательных элементов огромна. Растения для своего формирования поглощают эти элементы в доступной для них форме. Ежегодно идет безвозвратный вынос отдельных элементов с товарной продукцией (хлопок-сырец, зерно, зеленая масса кукурузы, сено люцерны, зерно пшеницы, риса и т.д.). Наряду с выносом идет возврат их в почву с опадом
листьев, с завязями, корневыми и пожнивными остатками. Но, если не вносить удобрения, то возврат элементов питания в почве не восполняется, что ведет к потере почвенного плодородия. Удобрения являются не только непосредственным источником пищи для растений, но и повышают эффективное плодородие почв, так как пополняют запасы элементов питания в почве [1].
Таким образом, ежегодно идет круговорот биогенных элементов в системе почва-удобрение-растение. Поэтому изучение баланса элементов минерального питания растений необходим для прогноза изменения параметров плодородия почв.
Научной основой разработки рациональной системы применения удобрений являются исследования баланса питательных веществ в почвах.
Д.Н. Прянишников писал: «Примерные подсчеты баланса азота и зольных элементов за ротацию севооборота могут быть, таким образом, использованы для оценки системы удобрений (в отношении суммарных доз азота и зольных элементов и их соотношений) для выяснения того, насколько это система соответствует намеченному заданию, в части получения урожаев определенной высоты и задачам систематического повышения плодородия почв» [2].
Многочисленными исследованиями установлено, что в современных условиях интенсивного земледелия исследования по балансу питательных веществ приобретают особое значение, т.к. решение проблемы повышения производства сельскохозяйственной продукции все больше зависит от управления питанием растений, от воздействия на почвенные процессы в благоприятных направлениях. Полный расчет и анализ всех статей баланса весьма затруднительны, так как многие из них колеблются в очень широких пределах в зависимости от постоянно меняющихся условий. Потери азота из-за денитрификации и вымывания, поступление элементов питания с осадками, содержание их в урожае и другие показатели принимаются, в основном, как усредненные величины, которые могут значительно отличаться от показателей, складывающихся в конкретных условиях. Балансовые расчеты дают возможность оценить обеспеченность сельскохозяйственных культур элементами питания, выявить все изменения, происходящие за определенный промежуток времени, установить перспективную потребность в удобрениях с учетом сохранения или повышения почвенного плодородия. Поэтому, для сохранения и повышения плодородия почв, необходимо регулировать баланс питательных веществ на основе учета химического состава растений и выноса элементов питания с урожаем
сельскохозяйственных культур.
В настоящее время наибольшее распространение получил так называемый хозяйственный баланс, предусматривающий, прежде всего, в расходной части вынос питательных веществ с урожаем основной и побочной продукции. Часть этих питательных веществ, особенно азотных, теряется при вымывании в грунтовые воды, часть переходит в труднодоступную форму в результате химического поглощения (ретроградация фосфатов, необменная фиксация аммония, калия и других факторов иммобилизации).
Приходная часть баланса включает поступления питательных веществ с минеральными и органическими удобрениями, растительными остатками, посевным материалом, осадками и т.д.
В Узбекистане исследования по изучению баланса азота, фосфора, калия в почвах под хлопчатником проведены Турсунходжаевым З.Х., Сорокиным Н.А., Торопкиной А.А. [3], Рыжовым С.Н., Пирахуновым Т.П. [4] и др. Многолетние исследования проведены на типичном сероземе при бессменной культуре хлопчатника и при возделывании его в севообороте с травами на фоне внесения минеральных и органических удобрений. Показаны изменения содержания питательных веществ в почвах и их баланс. Ими выявлено, что баланс азота и фосфора при внесении минеральных удобрений и навоза -положительный, а баланс калия, даже по фону NPK, оказался отрицательным как при бессменной культуре хлопчатника, так и в севообороте.
Закиров Т.С., Валиев В.В. рассчитали условный баланс азота, фосфора и калия для хлопчатника в земледелии 10 областей Узбекистана за период 19671976 гг. с учетом отчуждения этих элементов с урожаями хлопчатника и поступления их в почву с органическими и минеральными удобрениями. Баланс питательных веществ в республике был положительным по азоту и фосфору и отрицательный по калию [5].
Как отмечают авторы, возмещение фосфора значительно превосходило его вынос и способствовало дальнейшему повышению эффективного плодородия почв республики. Недостаточность внесения калийных удобрений для создания урожая компенсировалось за счет почвенных ресурсов, что привело к истощению почв этим элементом питания, и требует пересмотра доз калийных удобрений в сторону их увеличения для оптимизации его баланса.
Исследования по изучению баланса питательных веществ в агроценозах Каракалпакстана показали, что баланс питательных элементов под различными культурами складывается неодинаково: под хлопчатником по азоту, фосфору и калию - отрицательный. Под кукурузой, рисом сложился отрицательный баланс по микроэлементам. В связи с этим, на исследуемых почвах, согласно балансовым расчетам, рекомендуется повысить нормы минеральных удобрений [6].
Известно, что в хлопководстве с полей удаляется вся
№ 1 (103) 2023
основная продукция, а также большая часть побочной продукции (стебли, створки). Часть листовой массы возвращается в почву. Возврат элементов питания с листьями в почву исключается из расходной статьи баланса и включается в приходную.
Баланс на основе таких расчетов не отражает всех количественных изменений того или иного элемента в система почва-удобрение-растение, являясь приблизительным. Однако даже приблизительные расчеты баланса элементов питания наглядно показывают возможности создания с помощью удобрений оптимальных условий для питания растении.
В связи с необходимостью систематического повышения эффективности плодородия почв и урожаев, улучшения режима питательных веществ и их соотношений в почве, прогнозирования развития сельского хозяйства, оздоровления и охраны окружающей среды, нами в исследованиях использован хозяйственный баланс. Расчет баланса условный, так как поступившие с удобрениями, растительными остатками и т. д. питательные вещества не полностью используются растениями.
Целью данной работы является изучение выноса и баланса основных элементов питания - азота, фосфора и калия в системе почва-удобрение-растение для разработки рациональной системы применения удобрений при возделывании хлопчатника и озимой пшеницы.
В задачу исследований входило: изучить обеспеченность орошаемых типичных сероземов подвижными формами питательных элементов, определить содержание их в растениях хлопчатника и озимой пшеницы и, на их основе, рассчитать баланс питательных элементов в почвах бассейна р. Кашкадарья.
Изучение выноса питательных элементов растениями, а также приходных статей питательных веществ, позволило представить приходно-расходный хозяйственный баланс азота, фосфора и калия в системе почва-растения на ключевых участках исследуемых почв.
Условия, материалы и методы. Исследования проведены на орошаемых типичных сероземах, расположенных в средней части долины р.Кашкадарья, различающихся между собой по давности орошения, гранулометрическому составу, степени засоления и т.д. Исследования проведены в 2009-2020 годы .
Объектами исследований служили:
- староорошаемые типичные серозёмы среднесуглинистые, развитые на пролювиальных и лессовидных отложениях предгорных покатых равнин (Шахрисябский район, массив им. У. Ибрагимова).
- новоорошаемые типичные серозёмы тяжелосуглинистые, развитые на аллювиально-пролювиальных отложениях предгорных покатых равнин (Яккабагский район, массив им. К.Ашурова, отделение «Исат»).
На каждой почве заложены опорные разрезы, из которых
Владимгрскш Земледелец!)
по генетическим горизонтам отобраны образцы для анализов. Кроме того, с этих полей взяты на анализ образцы растений хлопчатника и озимой пшеницы.
Анализы почв проведены следующими методами: определение гранулометрического состава почв - по А.Н. Качинскому; гумус -по И.В. Тюрину; нитратная форма азота -потенциометрически; подвижный фосфор - по Б.П. Мачигину; калий - по П.В. Протасову. Определение азота, фосфора и калия в образцах хлопчатника и озимой пшеницы проведено по методу И.М. Мальцевой, Л.П. Гриценко [7, 8].
При расчете баланса нами использованы статистические данные по нормам вносимых удобрений, урожайности культур из годовых отчетов хозяйств, районов и т.д.
Вынос питательных элементов с урожаем хлопчатника и озимой пшеницы и их баланс получены расчетным путем [9]. Вариационно-статистическая обработка данных проведена методом корреляции и регрессии по Б.А. Доспехову [10].
Результаты и обсуждение. Исследуемые почвы характеризуются невысоким содержанием гумуса. По полученным данным содержание гумуса в пахотном горизонте почв колеблется от 0,89 до 1,23%. Почвы среднеобеспечены нитратной формой азота, подвижным калием и низкообеспечены фосфором. Нитратная форма азота очень динамична. В течение всей вегетации растений, в зависимости от температуры и влажности почв, происходит её миграция в нижележащие горизонты почв и грунтовые воды.
Средняя урожайность хлопчатника, выращенного на новоорошаемых типичных сероземах, составила 30,0 ц/га, а на староорошаемых - 27,5 ц/га. На новоорошаемых типичных сероземах с урожаем хлопка-сырца выносится 54,0 кг/га азота, 45,0 кг/га фосфора и 33,0 кг/га калия.
В наших исследованиях была учтена структура урожая хлопчатника, озимой пшеницы (вес органов), химический состав растений по содержанию в них элементов питания, а также вынос их с урожаями.
На староорошаемых типичных сероземах с урожаем хлопчатника выносится меньше элементов питания, чем на новоорошаемых. Так, азота выносится 49,5 кг/га, 35,7 кг/га фосфора и 33,0 кг/га калия.
Основной статьей прихода элементов питания в почву являются удобрения - минеральные и органические (навоз).
С минеральными удобрениями в почву под хлопчатником на новоорошаемых типичных сероземах поступает 126,1 кг/га азота, 48,1 кг/га фосфора и 35,8 кг/га калия. С органическими удобрениями вносится 11,7 кг/га азота, 11,3 кг/га фосфора и 22,5 кг/га калия.
На староорошаемых типичных сероземах по сравнению с новоорошаемыми из минеральных удобрений усваивается меньше элементов питания: 104,1 кг/га азота, 31,4 кг/га фосфора и 37,8 кг/га калия. Что касается органических удобрений, то в почву с ними
Староорошаемые (I) и новоорошаемые (II) типичные сероземы
Рис. 1. Баланс азота, фосфора и калия в почвах под хлопчатником,
кг/га
поступает 10,4 кг/га азота, 10,0 кг/га фосфора и 20,0 кг/га калия.
Главная расходная статья баланса - отчуждение питательных веществ с продукцией земледелия, величина которого в значительной степени определяется климатом, типом почв, биологическими особенностями культур, приемами и уровнем агротехники, дозами, видами удобрений, их сочетаний и т.д. Баланс элементов питания в почвах под различными культурами складывается по-разному.
Так, установлено, что под хлопчатником, возделываемом на новоорошаемом типичном сероземе, баланс азота и фосфора складывается положительный и составляет, соответственно, 74,1 кг/га и 4,4 кг/га, так как приходная статья превышает расходную. А баланс калия здесь отрицательный и составляет -24,8 кг/га, т.к. внесенные нормы калийных удобрений не соответствуют требуемым, что вызывает необходимость пересмотреть нормы внесения калийных удобрений (рис. 1).
На староорошаемых типичных сероземах под хлопчатником создается положительный баланс азота +58,7 кг/га, отрицательный по фосфору и калию и составляет, соответственно, -2,8 кг/га и -20,6 кг/га.
Анализ данных по балансу азота под хлопчатником на новоорошаемых и староорошаемых типичных сероземах свидетельствует о том, что применение азотных удобрений и навоза обеспечивает положительный баланс азота и получение хорошего урожая хлопчатника.
Наряду с азотом и фосфором, калий является незаменимым биофильным элементом для питания хлопчатника. Острый дефицит калия в исследуемых почвах связан с недостаточным применением в этих хозяйствах калийных удобрений, вследствие высокого и одностороннего выноса. Лишь небольшая часть отчуждаемого с урожаем калия восполняется за счет удобрений. В основном вынос его превышает поступление, поэтому в изучаемых почвах наблюдается дефицитный баланс калия, что сдерживает дальнейший рост урожайности хлопчатника.
Как показали наши исследования, под озимой
Староорошаемые (I) и новоорошаемые (II) типичные сероземы Рис. 2. Баланс азота, фосфора и калия под озимой пшеницей, кг/га
пшеницей, возделываемой на новоорошаемых типичных серозёмах, сложился отрицательный баланс по азоту, который составил -24,8 кг/га и калию -52,9 кг/га, что обусловлено повышенным выносом этих элементов с урожаем и пожнивными остатками. В староорошаемых типичных серозёмах, как и в новоорошаемых, баланс азота и калия также отрицательный и составляет -17,6 кг/га по азоту и -54,2 кг/га по калию. Баланс фосфора в этих почвах положительный и составил 3,7 кг/га (рис. 2). В староорошаемых почвах по сравнению с новоорошаемыми баланс элементов питания несколько ниже, что свидетельствует о более высоком выносе элементов питания с урожаем озимой пшеницы и пожнивными остатками. Это связано, видимо, с недостаточными нормами вносимых удобрений и безвозвратных потерь азота и калия с зерном и соломой, которые составляют по азоту в староорошаемых типичных сероземах -158,9 кг/га, в новоорошаемых —177,0 кг/га. С минеральными и органическими удобрениями, пожнивными остатками и т.д., в почву поступает 141,3152,2 кг/га азота, при этом здесь создается отрицательный баланс, который составляет -17,6 кг/га в староорошаемых почвах и -52,9 кг/га в новоорошаемых.
По калию вынос также выше, чем поступление: в староорошаемых почвах он составляет 116,9 кг/га, в новоорошаемых -135,8 кг/га. Калия в почву поступает, соответственно, 53,2 кг/га и 68,6 кг/га, что создает отрицательной баланс в 63,7 кг/га и 67,2 кг/га.
Баланс фосфора при возделывании озимой
пшеницы складывается положительным на староорошаемых типичных сероземах +3,7 кг/га, а на новоорошаемых несколько выше +15,6 кг/га. Поступление фосфора в почвы под пшеницей с удобрениями, соломой, пожнивными остатками составляет 52,7-73,2 кг/га.
Под озимой пшеницей создается отрицательный баланс по азоту и калию, и незначительный положительный баланс по фосфору. В основном вынос элементов питания превышает возврат.
Выводы. Установлено, что средняя урожайность хлопчатника, возделываемого на новоорошаемом типичном серозёме составила 30,0 ц/га, а на новоорошаемом типичном серозёме получено 27,5 ц/га.
С урожаем хлопка-сырца на новоорошаемых почвах выносится 54,0 кг/га азота, 45,0 кг/га фосфора и 33,0 кг/га калия. На староорошаемых типичных серозёмах с урожаем хлопка-сырца выносится меньше элементов питания, чем на новоорошаемых почвах, что зависит от урожайности хлопчатника и, при этом вынос азота составляет 49,0 кг/га, фосфора -35,7кг/га и калия -33,0кг/га.
Под озимой пшеницей баланс азота и калия на обеих типах почв отрицательный, что связано с недостаточно высокими дозами внесения соответствующих удобрений и выносом их с урожаем и пожнивными остатками.
Острый дефицит калия в исследуемых почвах связан, преимущественно, с недостаточным применением в хозяйствах калийных удобрений, так как лишь небольшая часть отчуждаемого с урожаем калия восполняется за их счет. Вынос калия превышает его поступление в почвы, поэтому на этих почвах наблюдается дефицитный баланс калия, что сдерживает дальнейший рост урожайности хлопчатника.
На исследуемых почвах под хлопчатник рекомендуется, в первую очередь, повысить нормы вносимых калийных удобрений, затем фосфорных. Под озимую пшеницу нужно увеличить дозы азотных и калийных удобрений.
Литература.
1. Матюк Н.С., Беленков А.И., Мазиров М.А., Полин В.Д., Рассадин А.Я., Абрашкина Е.Д. Экологическое земледелие с основами почвоведения и агрохимии .СПб.: Изд-во «Лань», 2014. 224 с.
2. ПрянишниковД.Н. Агрохимия. Избр. соч. М.: Гос. изд-во сельхозлитературы, 1952. Том-I. 671 с.
3. Турсунходжаев З.Х., Сорокин Н.А., Торопкина А.А. Производительная способность сероземов в севообороте и при монокультуре хлопчатника. Ташкент: Изд-во «Фан», 1977. 96 с.
№ 1 (103) 2023
Владимгрскш ЗеодеШеф
4. Рыжов С.Н., Пирахунов Т.П., и др. Баланс азота на посевах хлопчатника и задачи дальнейшего его изучения: тезисы докладов научно-техн. совещания. Ташкент, 1979. С. 15-16.
5. Закиров Т.С., Валиев В.В., Зглинская Н.Л., Толстова Л.Н. Баланс питательных веществ в земледелии Узбекистана и применение удобрений //Агрохимия. 1980. №2. С. 23-25.
6. Каримбердиева А.А. Изучение специфичности круговорота и баланса питательных веществ в агроценозах Каракалпакстана: отчет НИП, КНТП, 1995. 32 с.
7. Аринушкина Е.В. Руководство по химическому анализу почв. М.: МГУ, 1970. 490 с.
8. Агрохимические методы исследования почв. М.: Наука, 1975. 656 с.
9. Беленков А.И., Плескачев Ю.Н., Николаев В.А., Кривцов И.В., Мазиров М.А. Земледелие: учебник. М.: Изд- во: РГАУ, 2015.302 с.
10. Доспехов Б.Н. Методика полевого опыта. М.: Колос, 1985. 356 с.
References.
1. Matyuk N.S., Belenkov A.I., Mazirov M.A., Polin V.D., Rassadin A.Ya., Abrashkina E.D. Ecological agriculture with the basics of soil science and agrochemistry. St. Petersburg: Publishing House "Lan", 2014.224 p.
2. Pryanishnikov D.N. Agrochemistry. Ibr. soch. M.: State. Publishing house of agricultural literature, 1952. Volume-I. 671 p.
3. Tursunkhodzhaev Z.H., Sorokin N.A., Toropkina A.A. Productive capacity of serozems in crop rotation and monoculture of cotton. Tashkent: Fan Publishing House, 1977. 96 p.
4. Ryzhov S.N., Pirakhunov T.P., etc. Nitrogen balance on cotton crops and the tasks of its further study: abstracts of scientific and technical reports. meetings. Tashkent, 1979. From 15-16.
5. Zakirov T.S., Valiev V.V., Zglinskaya N.L., Tolstova L.N. The balance of nutrients in agriculture in Uzbekistan and the use of fertilizers// Agrochemistry. 1980. No. 2. pp. 23-25.
6. Karimberdieva A.A. Study of the specificity of the cycle and the balance of nutrients in the agro-cenoses of Karakalpakstan: NIP report, KNTP, 1995. 32 p.
7. Arinushkina E.V. Manual on chemical analysis of soils. Moscow, Moscow State University, 1970. 490 p.
8. Agrochemical methods of soil research. Moscow: Nauka Publishing House, 1975. 656 p.
9. Belenkov A.I., Pleskachev Yu.N., Nikolaev V.A., Krivtsov I.V., Mazirov M.A. Agriculture: textbook. M.:, Publishing house: RGAU, 2015. 302 p.
10. Dospekhov B.N. Methodology of field experience. M.: Kolos, 1985. 356 p.
CYCLE AND BALANCE OF NUTRITION ELEMENTS IN THE FARMING ECOSYSTEM OF THE KASHKADARYA RIVER BASIN
Zh.M. KUZIEV, A.A. KARIMBERDIEVA, A.R. MATYAKUPOV
Institute of Soil Science and Agrochemical Research ul. UzPITI, IPAI, Kibrajsky rayon, Tashkent oblast, 111202, the Republic of Uzbekistan
Abstract. The studies were carried out on newly- and old-irrigated typical sierozem formed in the sierozem zone of the Kashkadarya basin (Republic of Uzbekistan) in 2009-2020. This research aimed to study the balance and removal of the main nutrients - nitrogen, phosphorus, and potassium in the soil-fertilizer-plant system to develop a balanced system for applying fertilizers. The content of labile forms of nutrients in newly irrigated and old irrigated typical grey was studied, their level in parts of cotton and winter wheat was determined, and their removal and balance were calculated. 54.0 kg/ha of nitrogen, 45.0 kg/ha of phosphorus, and 33.0 kg/ha of potassium were removed with the harvest of raw cotton on newly irrigated soils. On old-irrigated typical grey soils with raw cotton, fewer nutrients were taken out than on newly irrigated soil, which depends on the yield of cotton and, at the same time, nitrogen removal was 49.0 kg/ha, phosphorus - 35.7 kg/ha and potassium - 33 .0 kg/ha. Cotton cultivation on a newly irrigated typical grey soil led to a positive balance of nitrogen and phosphorus. The balance of potassium was negative and the applied norms of potassium fertilizers did not meet the requirements. On old-irrigated typical grey soil under cotton was a positive balance of nitrogen, and the balance of phosphorus and potassium was the opposite. Winter wheat led to a negative balance of nitrogen and potassium and an insignificant positive balance of phosphorus, which was a reason for insufficiently high doses of appropriate fertilizers and their removal with the crop and crop residues. In general, the removal of nutrients exceeded their recovery.
Keywords: removal and balance, provision, typical irrigated grey soil, nutrients, cotton, winter wheat, irrigation prescription, norms.
Author details: Zh.M. Kuziev, Doctor of Sciences (agriculture), head of the department of Agrochemistry, (e-mail: mmjahongir81@gmail. com); A.A. Karimberdieva, Candidate of Sciences (agriculture), senior research fellow; A.R. Matyakupov, postdoctoral student.
For citation: Kuziev Zh.M., Karimberdieva A.A., Matyakupov A.R. Cycle and balance of nutrition elements in farming ecosystem of the Kashkadarya river basin // Vladimir agricolist. 2023. №1. pp. 31-35. D0I:10.24412/2225-2584-2023-1-31-35.
