CC BY
176
в/
ПЛОДОРОДИЕ
DOI: 10.24411/0044-3913-2019-10202 УДК 631.416.9
Мониторинг содержания серы в почвах, растениях
органических удобрениях
и
С. В. ЛУКИН1, доктор сельскохозяйственных наук, директор
Д. В. ЖУЙКОВ2, аспирант (е_таМ: [email protected])
1Центр агрохимической службы «Белгородский», ул. Щорса, 8, Белгород, 308027, Российская Федерация
белгородский государственный национальный исследовательский университет (НИУ «БелГУ»), ул. Победы, 85, к. 14, Белгород, 308015, Российская Федерация
Исследования проводили с целью анализа многолетних данных мониторинга содержания серы в агроценозах на территории Белгородской области. Почвенный покров представлен в основном черноземами типичными, выщелоченными и обыкновенными. В работе использовали материалы сплошного агрохимического обследования пахотных почв, а также результаты локального агроэко-логического мониторинга на десяти реперных объектах в лесостепной зоне области. В течение 2010-2018 гг. происходило увеличение содержания подвижных форм серы в почвах. Тем не менее, в 2015-2018 гг. 90,4 % обследованных почв относилось к категории низ-кообеспеченныхэтимминеральнымэлемен-том. На территории участка «Ямская степь» государственного заповедника «Белогорье» в верхней части гумусово-аккумулятивного горизонта(10...20 см) черноземов типичных и выщелоченных содержание подвижной серы находится в пределах 2,9...4,5 мг/ кг. Наибольшая концентрация подвижных форм серы отмечена в почвах сельскохозяйственных угодий Яковлевского (4,7 мг/кг), Шебекинского (4,1 мг/кг), Прохоровского и Чернянского (3,9 мг/кг) районов. Самые низкие величины этого показателя характерны для Ровеньского (2,0 мг/кг), Краснояружского (1,9 мг/кг) и Грайворонского (1,7 мг/кг) районов Белгородской области. Основной антропогенный источник поступления серы в агро-ценозы - органические удобрения, уровень внесения которых достиг в годы последнего цикла агрохимического обследования 7,8 т/га посевной площади. При внесении дозы 100 кг/га азота с навозными стоками в почву поступает 7,1 кг/га серы, навозом КРС- 12,5, компостом соломопомётным - 12,3 кг/га. Из числа бобовых культур, возделываемых в области, наиболее высоким содержанием серы в семенаххарактеризуется соя (0,30%)
и белый люпин (0,22 %). Наиболее низкую концентрацию этого элемента отмечали в основной продукции гороха (0,12 %). В соломе сои и белого люпина содержание серы значительно меньше, чем в семенах, а в соломе гороха - немного больше.
Ключевые слова: сера, почва, чернозем, соя, горох, белыйлюпин.
Для цитирования: Лукин С. В., Жуйков Д. В. Мониторинг содержания серы в почвах, растениях и органических удобрениях //Земледелие. 2019. № 2. С. 10-12. ЭО!: 10.24411/0044-3913-2019-10202.
Разработка современных систем удобрения сельскохозяйственных культур должна базироваться неактуальных результатах агрохимического мониторинга, отражающего обеспеченность почв подвижными формами макро-, мезо- и микроэлементов. Очень важная роль в минеральном питании растений принадлежит сере, которую чаще всего относят к мезоэлементам. Сера - один из компонентов всех белков, она входит в состав трех незаменимых аминокислот: цистеина, цистина, метионина. Важнейшая функции серы в белках- образование дисульфидных связей в полипептидных цепях при формировании пространственной структуры белков [1]. Сера участвует в таких важнейших жизненных процессах, как дыхание, фотосинтез, синтез белков и масел, первичная ассимиляции азота из почвы. Усиливая развитие клубеньковых бактерий на корнях бобовых растений, этот минеральный элемент способствует фиксации азота из атмосферы [2].
Сера слабо реутилизируется, поэтому ее недостаток преимущественно сказывается на молодых листьях в виде осветления зеленой окраски. Чем выше уровень азотного питания, тем больше
потребность растений в сере. При отношении серы к азоту в растении менее 1:16синтез белка снижается, иазот аккумулируется в нитратной форме. Поэтому ее дефицит более заметен при использовании повышенных доз азота [3]. В то же время избыток серы более вреден, чем её недостаток. В такой ситуации, которая наблюдается на засоленных почвах, наступает угнетение и даже гибель растений [4]. Согласно Гигиеническим нормативам ГН 2.1.7.2041 -06 предельно допустимая концентрация (ПДК) серы в почве составляет 160 мг/кг
Сера широко распространена в природе: содержится в минералах, почве, живых организмах, встречается как в свободном состоянии, так и в составе различных химических соединений. Кларк этого элемента в почвах по Виноградову равен 850 мг/кг. Корни растений усваивают серу из почвы в виде сульфатов, некоторое ее количество поглощается листьями из воздуха в виде сернистого газа.
Долгое время вопросам питания растений этим элементом не придавали особого значения, что было связано с применением минеральныхудобрений, содержащих достаточное количество сопутствующей серы, и с поступлением в агроценозы техногенной серы от промышленных предприятий. Однако переход на применение комплексных удобрений, не содержащих серу, и больший вынос питательных элементов из почвы с возросшими урожаями сельскохозяйственных культур, привели к дефициту этого элемента в некоторых регионах страны [5,6,7,8,9,10]. Почвы Центрального Черноземья характеризуются в основном низкой обеспеченностью подвижной серой [11].
Цель исследования - анализ многолетних данных мониторинга содержания серы в агроценозах на территории Белгородской области.
В почвенном покрове лесостепной зоны Белгородской области шире всего представлены черноземы типичные и выщелоченные, степной - черноземы обыкновенные. Среднемноголетний гидротермический коэффициент на территории этого субъекта Федерации
1. Вариационно-статистические показатели содержания серы в органическихудобрениях, %
Показатель Стоки навозные (2,22 % сухого вещества) Компост соломо-пометный (56 % сухого вещества) Навоз КРС (25 % сухого вещества)
Число проб (п) 74 48 24
Среднее содержание (x±t05S-) 0,02±0,002 0,35±0,04 0,09±0,01
Пределы варьирования (lim) 0,01...0,06 0,15...0,71 0,04...0,16
Коэффициент вариации (V) 33,7 35,7 39,2
2. Динамика распределения пахотныхпочв по содержанию подвижной серы, %
Годы Группировка почв по содержанию подвижной серы, мг/кг почвы Средневзвешенное
низкое < 6,0 среднее 6,0...12,0 высокое >12,0 содержание, мг/кг
1990-1994 48,2 45,7 6,1 6,80
1995-1999 70,0 27,7 2,3 5,47
2000-2004 65,7 10,9 1,1 3,47
2005-2009 97,2 2,5 0,3 2,60
2010-2014 95,0 4,1 0,9 2,80
2015-2018 90,4 8,4 1.2 3,30
варьирует от 0,9 на юго-востоке до 1,2 на западе. В среднем за 2015-2018 гг. общая посевная площадь составила 1428,5тыс. га.
В статье представлены материалы сплошного агрохимического обследования пахотных почв, атакже результаты локального агроэкологического мониторинга на десяти реперных объектах в лесостепной зоне, где почвенный покров представлен черноземами выщелоченными. Лабораторные исследования проводили в аккредитованной испытательной лаборатории ФГБУ «Центр агрохимической службы «Белгородский».
Подвижные формы серы из почвы извлекали раствором хлористого калия (ГОСТ 26490-85). Валовое содержание серы в растениеводческой продукции определяли согласно действующим методическим указаниям (М.: Росинформагротех, 2004).
При статистической обработке результатов испытаний проводили расчет доверительного интерваладля средних значений (х±105э-) и коэффициента вариации (V).
Главный природный источник серы в почвах - почвообразующие породы. Основной антропогенный источник поступления серы в агроценозы на территории Белгородской области на сегодняшний день - органические удобрения. Если в 2005-2009 гг уровень их внесения составлял всего 1,2 т/га посевной площади, то в 2010-2014 гг он увеличился до 4,8, а в 2015-2018 гг - до 7,8 т/га. Основные используемые органические удобрения достаточно сильно отличаются по химическому составу. Длятого чтобы внести с ними дозу азота 100 кг/га потребуется около 35,7 т/га навозных стоков, или 13,9 т/га навоза КРС, или 3,5 т/га компоста соломопо-мётного. С таким количеством органического вещества будет внесено в почву соответственно 7,1, 12,5 и 12,3 кг/га серы (табл. 1).
Использование серосодержащих минеральных удобрений в области мало распространено. Например, в 2018 г внесли всего 1,9 тыс. т (в физической массе) сульфата аммония, с которым в почву поступило около 460 т серы (в среднем 0,32 кг/га).
Важный антропогенный источник серы для агроценозов - промышленные выбросы в атмосферу диоксида этого минерального элемента. Большую
часть серы в виде Э02 почва адсорбирует непосредственно из атмосферы в процессе газообмена, часть попадает с атмосферными осадками. Если в 1990 г выброс диоксида серы в атмосферу области из стационарных источников находился на уровне 32,4 тыс. т, то в 2004 г - только 11,2 тыс. т, в 2017 г его объемы увеличились до 22,4 тыс. т.
По результатам фонового агроэкологического мониторинга, проводимого на территории участка «Ямская степь» государственного заповедника «Белогорье», установлено, что в верхней части гумусово-аккумулятивного горизонта (10...20 см) черноземов типичных и выщелоченных содержание подвижной серы находится в пределах 2,9.. .4,5 мг/кг По современной оценочной шкале, используемой для пахотных почв, это соответствует
почвах области было зафиксировано в 1990-1994 гг Затем оно неуклонно снижалась и достигло минимума (2,6 мг/кг) в 2005-2009 гг, что связано с сокращением поступления серы в агроценозы из всех антропогенных источников. В 2010-2014 гг. наметился небольшой рост величины этого показателя до 2,8 мг/кг; в 2015-2018 гг - до 3,3 мг/кг. По результатам последнего цикла агрохимического обследования установлено, что 90,4 % обследованных почв области по содержанию подвижной серы относятся к категории низкообеспеченных, 8,4%ксреднеобеспечнным и только 1,2 % к категории высокообеспеченных (табл. 2).
В разрезе административных районов наибольшее содержание подвижных форм серы отмечено в почвахЯков-левского (4,7 мг/кг), Шебекинского (4,1 мг/кг), ПрохоровскогоиЧернянско-го (3,9 мг/кг) районов. Самые низкие величины этого показателя характерны для Ровеньского (2,0 мг/кг), Красноя-ружского (1,9 мг/кг) и Грайворонского (1,7 мг/кг) районов Белгородской области. Географических закономерностей в распределении подвижных форм серы взависимости отпочвенно-климатических особенностей районов установлено не было (табл. 3). В ходе сплошного обследования фактов
низкомууровню обеспеченности.
3. Распределение почв пашни по содержанию подвижных форм серы В2015-2018 гг., %отобследованной площади
Район Группировка почв по содержанию подвижной серы, мг/кг почвы Средневзвешенное содержание, мг/кг
низкое <6 I среднее 6. . 12| высокое>12
Яковлевский 73,2 22,8 4,0 4,7
Шебекинский 86,9 10,7 2,4 4,1
Прохоровский 90,2 9,1 0,7 3,9
Чернянский 88,2 9,3 2,5 3,9
Белгородский 86,1 11,3 2,6 3,8
Красненский 92,3 7,7 0,0 3,7
Ракитянский 86,4 10,8 2,8 3,6
Валуйский 87,6 11,6 0,8 3,5
Корочанский 94,4 5,2 0,4 3,5
Алексеевский 84,7 13,6 1,7 3,4
Красногвардейский 88,9 10,1 1,0 3,4
Вейделевский 90,7 8,6 0,7 3,1
Борисовский 92,8 6,7 0,5 3,0
Новооскольский 95,2 4,2 0,6 3,0
Губкинский 94,0 5,7 0,3 2,9
Старооскольский 92,7 5,6 1,7 2,9
Ивнянский 94,3 5,5 0,2 2,8
Волоконовский 94,7 5,3 0,0 2,6
Ровеньский 98,1 1,6 0,3 2,0
Краснояружский 96,9 2,8 0,3 1,9
Грайворонский 95,1 4,2 0,7 1,7
По результатам сплошного агрохимического обследования наиболее высокое (6,8 мг/кг) средневзвешенное содержание подвижной серы в пахотных
превышения ПДК содержания серы в пахотных почвах не выявлено.
По результатам наблюдений за динамикой подвижной серы в метровом
4. Динамика среднего содержания подвижных форм серы в почвах реперныхучастков, мг/кг
Глубина, см 2015 г. 2016 г. 2017 г. 2018 г.
0...20 2,2 2,4 2,6 2,9
21...40 1,5 1,5 2,3 1,5
41...60 1,2 1,4 2,1 1,1
61...80 1,6 1,6 2,0 1,0
81...100 1,8 2,0 1,9 1,1
0...100 1,7 1,8 2,2 1,5
(О Ф
Ш, ь
Ф
]э
Ф
ь
Ф
ГО
го о
(О
5. Вариационно-статистические показатели содержания серы (8) в растениеводческой продукции, % абсолютно сухого вещества
Сельскохозяйственная культура Число проб (п) Среднее содержание Пределы варьирования dim) Коэффициент вариации (V, %)
Соя зерно 93 0,30±0,010 0,22. .0,35 9,0
солома 93 0,19±0,004 0,10. .0,22 10,3
Люпин зерно 20 0,22±0,02 0,17. .0,28 14,9
белый солома 20 0,07±0,01 0,05. .0,11 31,8
Горох зерно 22 0,12±0,004 0,11. .0,13 6,7
солома 22 0,14±0,003 0,13. .0,15 4,1
Люцерна сено 20 0,14+0,010 0,09. .0,19 16,2
Клевер сено 20 0,14±0,008 0,11. .0,17 12,6
Эспарцет сено 20 0,13+0,010 0,10. .0,18 16,9
профиле почвы установлено, что в начале осени на реперных участках наибольшее содержание этого элемента характерно для пахотного слоя (0... 20 см). Количество подвижной серы в слое 81.. .100 см достаточно сильно варьировало по годам: от 2,0 мг/кг (83,3 % от содержания в пахотном слое) в 2016 г, до 1,1 мг/кг (37,9 %) в 2018 г. (табл. 4). Закономерности профильного распределения величины этого показателя во многом обусловлены количеством выпавших осадков. Так, в августе 2016 г. выпало 108,9 мм осадков, 2018 гг. - 2,8 мм.
Элементный состав сельскохозяйственных растений изменяется в достаточно широких пределах, зависящих от культуры, обеспеченности почв элементами питания, уровня внесения удобрений,погодныхусловий, агротехники и др. В ряду био-фильности, определеямой долевым участием химических элементов в построении живого вещества, сера занимает седьмое место [12]. Концентрация этого минерального элемента в растениях составляет 0,005...1,0 % [13]. К культурам, содержащим больше всего серы и наиболее чувствительным к ее недостатку в почве, относятся бобовые.
Наиболее высокое содержание серы зафиксировано в семенах сои (0,30 %) и белого люпина (0,22 %), в семенах гороха ее было намного меньше - всего 0,12 %. В соломе сои и белого люпина концентрация серы была значительно меньше, чем в семенах, а в соломе гороха немного больше. В продукции различных видов многолетних бобовых трав содержание серы было примерно одинаковым (табл. 5).
Существующее законодательство не регламентирует максимальное содержание серы в продуктах питания человека и кормах для сельскохозяй-
о ственныхживотных. сч
од По результатам многолетнего мониторинга отмечено увеличение содер-о жания подвижных форм серы в почвах | Белгородской области в течение 20102018 гг. Тем не менее, в 2015-2018 гг. ® 90,4 % обследованных почв относилось 5 к категории низкообеспеченных этим $ элементом. Основной антропогенный
источник поступления серы в агроцено-зы -органическиеудобрения, уровень внесения которых достиг в последнем цикле обследования 7,8 т/га посевной площади. Из числа бобовых культур, возделываемых в области, наиболее высоким содержанием серы в основной продукции характеризуется соя (0,30%) и белый люпин (0,22%). Самое низкое содержание этого элемента отмечено в семенах гороха (0,12%).
Литература.
1. Аристархов А. Н. Агрохимия серы. М.: ВНИИА, 2007.272 с.
2. Кардиналовская Р. И. Реакция сельскохозяйственных культур на улучшение серного питания //Химия в сельском хозяйстве. 1984. № 3. С. 21-36.
3. Маслова И. Я. Оптимизация питания яровой пшеницы серой //Земледелие. 2010. №1.С. 16-17.
4. БарахтеноваЛ. А., Николаевский Б. С. Влияние сернистого газа на фотосинтез растений. Новосибирск: Наука, 1988. 86 с.
5. Воропаев В. Н. Содержание и динамика серы в почвах стационарного опыта Центрально-Черноземной зоны // Экология ЦЧО РФ. 2009. № 2. С. 73-78.
6. Сокаев К. Е. Сера в почвах Республики Северная Осетия Алания // Агрохимический вестник. 2003. №6.С.11-12.
7. Аристархов А. Н. Сера в агроэкоси-стемах России: мониторинг содержания в почвах и эффективность ее применения // Международный сельскохозяйственный журнал. 2016. № 5. С. 39-47.
8. Черкасов Е. А., Куликова А. X., Лобачев Д. А. Динамикаизменения плодородия почв Ульяновской области // Достижения науки и техникиАПК. 2017.Т. 31.№4.С. 10-17.
9. Чекмарев П. А., Маметов М. И., Семе-новаН. В. Мониторинг плодородия пахотных почв Закамья Республики Татарстан // Достижения науки и техники АПК. 2017. Т. 31. №11.С.9-16.
10. Попов В. В. Состояние плодородия пахотных земель в юго-восточных районах Ростовской области // Достижения науки и техники АПК. 2018. Т. 32. № 3. С. 7-11. 001: 10.24411/0235-2451-2018-10302.
11. Корчагин В. И. Эколого-агрохи-мическая оценка плодородия почв Воронежской области. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук. Воронеж: ФГБОУВО «Воронежский государственный аграрный университет имени императора Петра I», 2017. 28с.
12. Дерюгин И. П., Кулюкин А. Н. Агрохимические основы системы удобрения овощных и плодовых культур. М.: Агропро-миздат, 1988. 270 с.
13. Куркаев В. Т., Шеуджен А. X. Агрохимия. Майкоп: ГУРИПП «Адыгея», 2000. 552 с.
Monitoring of Sulphur Content in Soils, Plants and Organic Fertilizers
S. V. Lukin1, D. V. Zhuikov2
1Center of Agrochemical Service "Belgorodsky", ul. Shchorsa, 8, Belgorod, 308027, Russian Federation 2Belgorod State National Research University (NRU "BelSU"), ul. Pobedy, 85, k. 14, Belgorod, 308015, Russian Federation
Abstract. The studies were carried out to analyze the long-term data of monitoring the sulphur content in agrocenosis in the Belgorod region. The soil cover was represented mainly by typical, leached, and ordinary chernozems. We used the materials of continuous agro-chemical survey of arable soils, as well as the results of local agro-ecological monitoring at ten reference objects in the forest-steppe zone of the region. During 2010-2018 there was an increase in the content of mobile forms of sulphur in the soils. However, in 2015-2018, 90.4% of the surveyed soils belonged to the category of poorly provided with this mineral element. On the territory of the Yamskaya Steppe site of the Belogorye state reserve in the upper part of the humus-accumulative horizon( 10-20 cm) of typical and leached chernozem the content of mobile sulphur was within 2.9-4.5 mg/ kg. The highest concentration of mobile forms ofsulphurwas recorded in the agricultural soils ofYakovlevsky(4.7mg/kg), Shebekinsky (4.1 mg/kg), Prokhorovsky, and Chernyansky (3.9 mg/kg) districts. The lowest values of this indicator were characteristic forRovensky(2.0mg/ kg), Krasnoyaruzhsky (1.9 mg/kg), and Gray-voronsky( 1.7 mg/kg) districts of the Belgorod region. The main anthropogenic source of sulphur in agrocenosis is organic fertilizers, the level of application of which reached 7.8 t/ha of the sown area in the last cycle of the agrochemical survey. With the application of 100 kg/ha of nitrogen with manure sewage, 7.1 kg/ha of sulphurenterthesoil, with cattle manure- 12.5 kg/ha, with straw compost- 12.3kg/ha.Among the legumes cultivated in the region, the highest sulphur content in seeds was characterized by soybean (0.30%) and white lupine (0.22%). The lowest concentration of this element was noted in the main production of pea (0.12%). In the straw of soybean and white lupine the sulphur content was significantly less than in the seeds, and in the straw of pea it was a little more.
Keywords: sulphur; soil; chernozem; soybean; pea; white lupine.
Author Details: S. V. Lukin, D. Sc. (Agr.), director; D. V. Zhuikov, post graduate student (e_mail: [email protected]).
For citation: Lukin S. V., Zhuikov D. V. Monitoring of Sulphur Content in Soils, Plants and Organic Fertilizers. Zemledelije. 2019. No. 2. Pp. 10-12(in Russ.). DOI: 10.24411/00443913-2019-10202.
