CC BY
30сы серой лесной почвы в зависимости от антропогенного влияния в агроэко-системах / С.И. Зинченко, А.А. Безмен-ко, И.М. Щукин, Д.А. Талеева // Достижения науки и техники АПК. 2013. №4. С. 11-13.
12. Шеин Е.В. Курс физики почв. М.: Изд-во МГУ, 2005. 432с.
13. Борин А.А., Лощина А.Э. Зависимость урожайности зерновых куль-
тур от приёмов агротехники// Владимирский земледелец. 2015. № 2 (72). С.2-6.
14. Практикум по почвоведению/ под ред. И.С. Кауричева. М.: Агропро-миздат, 1986. 336с.
15. Умарова А.Б. Преимущественные потоки влаги в почвах: закономерности формирования и значение в функционировании почв: монография.
М.: ГЕОС, 2011.266с.
16. Зинченко С.И. Особенности использования влаги яровой пшеницей в агроэкосистемах Опольной зоны// Владимирский земледелец. № 1 (75). 2016. С.24-31.
17. Роде А.А. Методы изучения водного режима почв. М.: Изд-во АНСССР. 1960. 244 с.
Characteristic of Individual Physical, Soil and Hydrological Properties a Meter Profile of the Forest Soil
S.I. Zinchenko
Abstract. It was established the values of water-physical parameters in a meter profile of gray forest low-podzolized medium-loamy soil of the Vladimir Opolie. A direct negative correlation was found between the humus content and the density of the solid phase (r = -0.93), and also between the bulk density and the humus content (r = -0.74). The density of the arable layer was 1.32 g/cm3, which corresponds to the strongly compacted soil. Below 30 cm there was a sharp increase in the value of this indicator, due not only to the absence of mechanical action on the soil, but also to a significant decrease in the content of organic matter, and also to the genesis of the formation of gray forest soils. Determination of soil-hydrological constants (total moisture capacity (TMC), minimum moisture capacity (MMC), capillary moisture capacity (CMC), wilting moisture (WM)) made it possible to estimate the profile distribution of moisture. The range of available moisture in the meter layer of gray forest soil according to the difference between MMC (302.2 mm) and WM (115.0 mm) was 187.2 mm. The obtained results can be applied when creating programs for improving adaptive-landscape agriculture technologies taking into account the physical properties of soils of specific agricultural landscapes.
Keywords: soil-hydrological constants, gray forest soil, specific density, bulk density, agrolandscapes, Vladimir Opolie.
УДК 631.8+631.86
ОПТИМИЗАЦИЯ ДОЗ ПРИМЕНЕНИЯ УДОБРЕНИЙ НА СЕРЫХ ЛЕСНЫХ ПОЧВАХ ВЕРХНЕВОЛЖЬЯ
В.В. Окорков, д.с.-х.н — Владимирский НИИСХ Е-mail: [email protected]
Приведены наиболее применяемые сегодня методы расчета доз удобрений под возделываемые культуры. Для более корректного их использования предлагается оценивать вынос элементов питания основной продукцией за ротацию севооборота, опираясь на запасы нитратного и аммонийного азота в жидкой фазе почвы (мобильный фонд азота) в ранний период вегетации культур. Для его определения использовали тесную линейную взаимосвязь мобилизационного пула азота с его мобильным фондом. Среднегодовую продуктивность севооборота рассчитывали, используя гиперболическую зависимость последней от мобильного фонда азота. Предлагаемые дозы удобрений оценивали по их окупаемости и балансу в почве элементов питания. Минеральные системы удобрения наиболее окупаемы (6,8-7,0 кг зерн.ед./кг д.в.), но они не обеспечивают положительного баланса азота и калия. Для поддержания плодородия серых лесных почв Верхневолжья и обеспечения окупаемости 1 кг д.в. удобрений на уровне 5,3-5,4 кг зерн.ед. (без учета д.в. навоза 8,3-8,8 кг зерн.ед.) наиболее эффективны органоминеральные системы удобрения, которые предусматривают сочетание среднегодовой дозы N4 P45K445 с внесением 40-60 т/га навоза КРС за ротацию 7-польного зернотравяного севооборота.
Ключевые слова: 7-польный зернотравяной севооборот, серая лесная почва, вынос элементов питания за севооборот, мобилизационный пул азота, мобильный фонд азота, баланс элементов питания.
Общую схему системы удобрения каждого агроценоза (севооборота или внесевооборотного участка) разрабатывают (и реализуют) как минимум на полную ротацию возделываемых культур (или более продолжительный период) [1]. Для этого необходимо знать среднемноголетнюю обеспечен-
ность удобрениями и мелиорантами, средневзвешенные показатели плодородия почвы, а также возможный баланс питательных элементов при реализации принятой схемы.
Для определения оптимальных доз удобрений и расчета баланса питательных элементов под отдель-
ными культурами и в агроценозах используют хозяйственный вынос элементов со среднемноголетними урожаями культур, которые определяют по результатам анализа получаемой продукции или по справочным данным затрат (выноса) элементов с единицей продукции. Величины этих показателей для
1. Влияние среднегодовых доз азота органических (х^ кг/га) и минеральных (х2, кг/га) удобрений на среднюю продуктивность севооборотов, ц/га зерн.ед.
Севооборот, годы исследований Уравнение взаимосвязи, и = 16 Й3 ЭМУ азота органических удобрений
8-полъныи зернотравяно-пропашной севооборот, 1991-2000 гг. [21 У= 31,0+ 0,070 я+ 0,114x2 0,947 0,61
8-иольнын зернотравяно-пропашной севооборот, 1999-2003 гг. [2] У= 33,6 + 0,077x1+ 0,090 х: 0,891 0,86
7-польный зернотравяной севооборот. 2007-2015 гг. Г21 У= 32,6 + 0,065 х] + 0,126x2 0,963 0,52
6-иольнын зерновой севооборот. 2012-2017 гг. У= 30,7+ 0,083x1+ 0,184x2 0,904 0,45
2. Средние значения продуктивности возделываемых культур севооборота в зависимости от систем удобрения, ц/га зерн.ед.
Система удобрения § м н л у и г1! о 2 1и га Озимая рожь (пшеница) о и и О Травы 1-го г.п. Травы 2-го г.п. Яровая (озимая) пшеница а в Я Р вч б а 1 1 б' ¡3 .8 I Й Ь В, и £ о &
По 3-м ротациям Е- и 7-польных севооборотов*
Известкование (фон — Ф) 18,9 33,7 27,8 42,1 23,8 34,0 32,2 212 30,4
Ф - ХРК ежегодно 23,2 48,2 35,8 43,2 28,7 45,8 43,9 269 38,4
Ф - 2ХРК ежегодно 24,7 53,9 38,9 43,0 29,1 50,4 46,8 287 41,0
Ф - навоз (40-60 т/га за севооборот) + ХРК ежегодно 23,7 51,6 38,6 44,0 28,8 47,6 44,8 279 39,8
Ф — навоз 50 т/га за севооборот — 2 ХРК ежегодно 26,0 54,2 40,0 43,8 29,7 52,4 47,1 293 41,9
По 3-й ротации 7-польного севоооорота
Известкование (фон — Ф) 22,6 38,1 23,4 40,4 17,9 34,9 33,8 211 30,2
Ф - ХРК ежегодно 29,2 53,5 31,9 40,3 24,8 49,4 49,0 278 39,7
Ф - 2ХРК ежегодно 30,8 55,2 38,3 41,2 25,6 55,8 51,4 298 42,6
Ф - нзеоз (40-60 т/га за севооборот) + ХРК ежегодно 28,9 53,9 36,2 42,0 25,1 52,0 48,2 286 40,9
Ф — навоз 50 т/га за севооборот — 2 ХРК ежегодно 31,8 56,8 39,9 42,3 25,0 58,5 51,2 306 43,6
*для 8-польного севооборота не представлены данные по продуктивности картофеля, идущего после озимой ржн. После викоовсяной смесн в 1-й и 2-й ротациях возделывали озимую рожь.
одной и той же культуры в зависимости от почвенно-климатических условий существенно колеблются. Поэтому в каждом конкретном случае следует пользоваться зональными или областными, а лучше собственными материалами.
Считается, что затраты (вынос) элементов на единицу (1 т) продукции для каждого сорта в конкретных почвенно-климатических условиях остаются постоянными до тех пор, пока рост продуктивности культуры не лимитирует недостаток питательных веществ.
Все методы определения доз удобрений основаны на многолетних данных полевых (стационарных и эпизодических) и производственных опытов. Существующее множество методов объясняется разными принципиальными подходами к решению проблемы, а также неодинаковой степенью полноты и точности отражения закономерностей взаимоотношений растений, почв и удобрений.
По принципиальным подходам все методы определения доз элементов и их модификации можно
разделить на две большие группы [1]:
методы, основанные на обобщении данных опытов с эмпирическими дозами удобрений;
методы обобщения данных опытов с использованием балансовых расчетов.
Примером эмпирических методов могут быть дозы минеральных удобрений под основные культуры в разных зонах страны, рекомендованные по результатам полевых опытов Географической сети и Агрохимической службы. В зональных учреждениях проводится уточнение этих доз (и сочетаний) под сельскохозяйственные культуры в пределах каждой разности почвы, с учетом ее агрохимических показателей и предшественников, с указанием планируемой урожайности.
Зональные учреждения рекомендуют для возделываемых культур оптимальные дозы, сроки и способы внесения удобрений до посева, при посеве и в подкормки в различных почвенно-климатиче-ских зонах страны.
На основании обобщения результатов однородных опытов с одной культурой, полученных в аналогичных природно-экономи-ческих условиях, региональные учреждения Географической сети опытов и Агрохимической службы систематически уточняют ряд количественных показателей эффективности применения удобрений.
В группе балансовых методов при определении оптимальных доз удобрений учитывают биологические особенности возделываемых культур в потреблении питательных элементов для создания планируемых урожаев хорошего качества с учетом и регулированием плодородия почвы. Потребление культурами питательных веществ из почвы и удобрений определяют по результатам полевых и производственных опытов. При этом переход от констатации прибавок урожаев в зависимости от видов, доз и соотношений удобрений к прогнозу их эффективности превращает поле-
№ 1 (83) 2018
Владимирский Земледелец,!)
3. Средний вынос главных элементов питания основной продукцией возделываемых культур за 3-ю ротацию 7-польного зернотравяного севооборота в зависимости от систем удобрения, кг/га
Система удобрения и Л Л © § 3 § и иая (яровая) пшеница Овес и 1-1 2 а и 1н 2 Г1 3 ™ 1 | | а ■2- 0 Ячмень И и а а 19 0 1
и О сх Н сх Н £ и о, и
Азот
Известкование (фон — Ф) 85,4 б8:б 58,0 191 74,9 68 57,8 604 86
Ф - ХРК ежегодно 110 108 83,9 195 106 109 87,7 800 114
Ф - 2ХРК ежегодно 126 121 108 203 117 134 95,1 904 129
Ф - навоз (40-60 т/га за 117 120 101 210 108 119 85,3 860 123
севооборот) + ХРК ежегодно
Ф - навоз 80 т/га за 136 130 114 214 113 149 96,8 953 136
севооборот + 2 ХРК ежегодно
Р2О5
Известкование (фон — Ф) 34,8 34,3 27,6 51,4 21,0 40,7 38,6 248 35
Ф - ХРК ежегодно 45,4 47,8 41,6 53,4 29,6 54,2 53,1 325 46
Ф - 2ХРК ежегодно 48,7 51,2 51,7 59,9 37,6 62,7 61,4 373 53
Ф - навоз (40-60 т/га за 44:4 49,6 47,1 59,7 31,3 57,5 55,3 345 49
севооборот) + ХРК ежегодно
Ф - навоз 80 т/га за 49,2 53=7 55,4 67,2 34,7 66,9 61,4 388 55
севооборот + 2 ХРК ежегодно
К:0
Известкование (фон — Ф) 122 16,7 15,2 155 71,0 17,4 21,5 419 60
Ф - ХРК ежегодно 163 23,6 19,8 180 107 24,1 30,3 548 78
Ф - 2ХРК ежегодно 173 25,4 25,0 220 130 26,6 34,8 635 91
Ф - нзеоз (40-60 т/га за 160 24,5 23,6 203 121 24,7 31,4 588 84
севооборот) + ХРК ежегодно
Ф - нэеоз 80 г/га за 176 26,4 27,9 244 129 27,8 33,4 664 95
севооборот + 2 ХРК ежегодно
вой опыт в основу создания моделей управления продуктивностью и плодородием почвы.
Эта группа методов перспективна, прежде всего, для регионов достаточного увлажнения, где лимитирующим фактором получения высоких и устойчивых урожаев служит недостаток питательных элементов в почве. Кроме того, на серых лесных почвах Верхневолжья возможно активное использование влаги возделываемыми культурами в периоды довольно длительного отсутствия дождей из подпахотных горизонтов (40-100 см и глубже) [2].
Во всех методах (и модификациях) определяют хозяйственную потребность (вынос) культуры в питательных элементах на создание планового урожая по затратам их на единицу основной продукции с учетом побочной из зональных и областных справочников и рекомендаций.
Дальнейшие расчеты проводят
[1] с использованием следующих основных методов: 1) элементарного баланса; 2) расчет на прибавку; 3) расчет по относительным показателям баланса элементов; 4) расчет на основе комбинаций указанных методов.
Эти методы предусматривают применение коэффициентов использования элементов питания из почвы и разностных коэффициентов использования их из удобрений, балансовых коэффициентов использования элементов питания из удобрений, дифференцированных по плодородию почвы, поправочных коэффициентов к дозам в зависимости от класса почвы.
В то же время размеры использования элементов питания из почвы могут заметно отличаться и спрогнозировать это не всегда возможно. Их различия зависят от видов и доз удобрений, биологических особенностей культур, погодных условий, предшественни-
ков. В большей мере можно учесть влияние удобрений, оценивая их использование в севообороте, то есть различными культурами за несколько лет.
Расчет же доз для каждой культуры севооборота перечисленными методами может приводить к заметным отклонениям от фактического уровня, обеспечивающего планируемую урожайность, особенно в сторону его завышения [3]. Следовательно, необходимы новые подходы к расчетам доз удобрений, в основе которых лежит влияние внесенных удобрений на размеры накопления ограничивающего урожай элемента питания в жидкой фазе почвы.
Для серых лесных почв урожайность культур различных севооборотов лимитирует азот. При этом следует учитывать, что его нитратная форма не поглощается твердой фазой почвы (за исключением почв с высоким содержанием карбонатов кальция) и практически вся находится в жидкой фазе. Следовательно, по размерам снижения запасов нитратного азота в середине вегетации (колошение зерновых культур), по сравнению с началом, можно судить о размерах его поглощения за указанный период. А отношение поглощенных нитратов к исходному их содержанию будет характеризовать коэффициент использования нитратного азота.
Основная часть аммонийного азота в почвах с высокой емкостью катионного обмена находится в поглощенном (обменном) состоянии, меньшая часть в жидкой фазе. Поэтому, как и в случае с нитратным азотом, по размерам снижения аммонийного азота в середине вегетации культуры, по сравнению с началом, можно судить о его поглощении растениями. Доля же использования нитратного и аммонийного азота жидкой фазы должна быть одинаковой. Поэтому разделив размеры снижения аммонийного азота во 2-й срок, по сравнению с 1-м, на коэффициент использования нитратного азота (в
4. Продуктивность культур зернового севооборота (ц/га зерн. ед.) и вынос основной продукцией их N P2O5 и К2О (кг/га)*
Вариант Озимая пшеница, 2012 г. Ячмень. 2013 г. Овес. 2014 г Однолетние травы, 2015 г. Озимая пшеница, 2016 т. Овёс, 2017 г. Й п Щ й г Я 1 Среднегодовая величина
рожайность культур, ц/га зерн. ед
Контроль 47.0 18.0 28.0 16.2 38.4 27.4 175 29.1
ШмРжКж 55.6 25.4 38.0 21.8 62.2 30.6 233.6 38.9
Т^-мР-озКи* 53.8 27.4 41.4 23.2 70.6 35.0 251.4 41.9
Навоз КРС 28 г/га + №л&РжК200 53,3 28,5 38,1 21,9 59,2 32,5 233,5 38,9
Вынос азота основной продукцией, кг/га
Контроль 92,1 35,5 70,7 63,7 51,8 52,0 365,8 61,0
Мх'оРжКюо 121.2 46.7 94.0 99.4 90.2 60.4 511.9 85.3
М^оРэдКшо 135.0 58.1 110.6 115.2 121.4 76.2 616.5 102.8
Навоз КРС 2В г/га + ШмРжКж 132,6 54,4 101:9 103,1 90,6 64,2 546,8 91,1
Вынос РЮ; основной продукц ней. кг/га
Контроль 46.1 25.2 44.1 38.2 37.6 38.9 230.1 38.4
ШмРжКж 51.2 32.8 59.4 55.9 53,1 43.9 296.3 49.4
Т^-мР-озКи* 48.4 38.6 65.7 60.2 63.2 50.4 326.5 54.4
Навоз КРС 28 г/га + №л&РжК200 50,1 3 9,9 60,4 59,4 61,0 47,9 318,7 53,1
Вынос К;О основной продукцией, кг/га
Контроль 23.5 12.8 24.5 80.4 18.0 25.7 184.9 30.8
Мх'оРжКюо 27.2 15.2 31.4 1113 28.0 28.3 241.4 40.2
ЛадД^юаКюо 27.4 17.0 39.8 116.7 31.8 31.5 264.2 44.0
Навоз КРС 28 г/га + ШмРжКж 28,0 18,8 32:4 114,9 27,8 29,6 251,5 41,9
^Ежегодная одинарная доза минеральных удобрений составляла М-цР^Кю. Под овес в 2017 году минеральные \-до6юення не вносили.
5. Размеры поступления симбиотически фиксируемого азота за ротацию 7-польно-го зернотравяного севооборота на серых лесных почвах в зависимости от систем удобрения [2], кг/га
Система удобрения Викоовсяиая смесь Травы 1- го г.п. Травы 2-го г.п. Суммарные Среднегодовые
Последействие известкования 47 243 92 382 54,5
(фон)
Фон + ИРК ежегодно 56 182 101 339 48.4
Фон + 2 ОТК ежегодно 64 132 84 280 40.0
Фон + нзеоз 40-60 т/га за 60 179 92 330 47,1
ротадию + №К ежегодно
Фон + навоз 80 т/га за бб 145 &2 293 41,9
йотацию + 2 МРК ежегодно
долях от 1), можно определить запасы аммонийного азота в жидкой фазе почвы. Их сумма с исходными запасами нитратной формы составит мобильный фонд азота в серой лесной почве. В исследованиях его оценивали в слое почвы 0-40 см. Таким образом, мобильный фонд азота представляет сумму запасов нитратного и аммонийного азота, находящегося в жидкой фазе серой лесной почвы в слое 0-40 см в начале вегетации возделываемых культур.
На серых лесных почвах Верхне-
волжья обеспеченность фосфором и калием средняя и выше. Использование этих элементов питания возрастает при применении азотных удобрений, заметно увеличивающих урожайность возделываемых культур и, соответственно, вынос фосфора и калия. Поэтому фосфорные удобрения необходимо применять в расчете на нулевой баланс, а по калию допускается отрицательный баланс, зависящий от возделываемых культур севооборота и восстановительной способности почвы [2]. Например, в
севооборотах с травами отсутствие калийных удобрений может приводить к более быстрому истощению почвы. В севооборотах с зерновыми культурами восстановительная способность почвы ниже, обеднение почвы калием замедляется.
В последние годы в связи с резким снижением поголовья животных, особенно КРС, солому после уборки зерновых культур измельчают и запахивают. Наряду с улучшением гумусового состояния почвы, это ведет и к заметному снижению потребности в калийных удобрениях. Ведь более двух третей этого минерального элемента, выносимого урожаями зерновых культур, возвращается в почву с соломой и пожнивно-корневыми остатками. В таких случаях потребность культур севооборота в фосфоре и калии удобрений выравнивается. В то же время заделка соломы мало отражается на дозах азотных и фосфорных удобрений, так как основную часть этих элементов питания выносит зерновая часть урожая. С соломой будет восполняться не более 20-30 % азота и фосфора, вынесенных зерном.
Выравнивание потребности возделываемых культур в фосфоре и калии в зерновых севооборотах позволяет применять в основное внесение, а также при посеве, азотно-фосфорно-калийные удобрения, а в качестве подкормок - только азотные. На серых лесных почвах Верхневолжья внесение N Р К
и, 30-40 30-40 30-40
в основное удобрение при посеве озимых не будет вести к потерям азота из-за его вымывания. Эти положения основаны на результатах многолетних исследований.
Цель исследований - разработать для 7-польного зернотравяно-го севооборота метод расчета доз удобрений, обеспечивающих планируемую продуктивность и окупаемость прибавками при разных уровня плодородия серой лесной почвы Верхневолжья.
Результаты исследований. Продуктивность различных полевых севооборотов на 89-96 % опреде-
6. Среднегодовые размеры выноса азота основной продукцией возделываемых культур и прихода его с удобрениями и симбиотической азотфиксацией на серых лесных почвах Верхневолжья за ротацию зернотравяного севооборота по последействию известкования, кг/га [2]
Система удобрения, ежегодные ДОЗЫ Минн И Хрг удобрений Средняя продуктивность севооборота, ц/га зерн. ед. Среднегодовые размеры выноса N основной продукцией Среднегодовые размеры сим биотически фиксированного N Средний ежегодный вынос N основной продукцией из почвы и удобрений Баланс азога
Последействие 30,2 §4,7 54,5 30,2 -30,2
известкования
42,9 кг'га Нш 39,7 114,2 45,4 65,8 -22,9
73,6 кг/гаТ^мнн 42,6 128,0 40,0 88,0 -14,4
42,9 кг га Хмш-: 40,9 122,8 47,1 75,7 от -6,5
и 26,3-34,4 до 1,6
кг га Х:,рг
73,6 кг-'га Ищи 43,6 133,0 41,9 91,1 35,1
и 52,6 кг/га
Nc.fr
7. Среднегодовые размеры выноса Р2О5 и К2О основной продукцией возделываемых культур и прихода их с удобрениями на серых лесных почвах Верхневолжья за ротацию зернотравяного севооборота, кг/га [2]
Вариант опыта Среднегодовые размеры прихода с удобрениями Средний ежегодный вынос культовый Баланс за ротацию севооборота
минеральные органические
РзОз
Последействие известкования (Ф) - 35,5 -36,7
Ф-ХРК 34.3 - 46.5 -13.4
Ф - 2 ХРК 68.6 - 53.3 +14.0
Ф + №>К + навоз (40-60 т/га) 34,3 ог 16,0 до 24,0 49,2 от -0,3 до +7.9
Ф - 2 ХРК - навоз 80 т/га за ротацию 68,6 32,0 55,5 +43,9
К:0
Последействие известкования (Ф) - 59,8 -61,6
ф-ХРК 34.3 - 78.3 -45.8
Ф - 2 ХРК 68.6 - 90.6 -23.8
Ф + №>К + навоз (40-60 т/га) 34,3 ог 26,3 до 39,4 85,3 от -24,7 до -11.6
Ф - 2 ХРК - навоз 80 т/га за ротацию 68,6 52,6 95,1 +24,2
ляется применением азота органических и минеральных удобрений (табл. 1) [2]. Причем эффективность азота органических удобрений колеблется в пределах 45-86 % от эффективности азота минеральных удобрений. Это следует из величин эквивалента азота минеральных удобрений (ЭМУ) азоту органических удобрений [4].
Обобщенные данные по продуктивности культур за 3 ротации 8- и 7-польных севооборотов и отдельно 7-польного севооборота в зависимости от систем удобрения свидетельствуют, что, несмотря на
заметные различия в продуктивности некоторых культур (разные погодные условия для викоовсяной смеси, предшественники для овса), средняя величина этого показателя за 7 лет отличалась незначительно (табл. 2). В удобряемых вариантах в 3-й ротации 7-польного севооборота продуктивность возделываемых культур, по сравнению со средней за 3 ротации, несколько возросла (на 2,8-3,9 %), но оставалась в пределах ошибки опыта. Поэтому вынос главных элементов основной продукцией для зернотравяного севооборота оценивали по 3-й ро-
тации.
Видно (табл. 3), что за ротацию 7-польного севооборота вынос азота основной продукцией возделываемых культур на фоне известкования составил 604 кг/га (86 кг/га в среднем за год), в удобренных вариантах - 800-953 кг/га (114136 кг/га в среднем за год). Однако для расчета доз азота за севооборот и под отдельные культуры следует учитывать величину его поступления преимущественно в результате симбиотической азотфиксации клубеньковыми бактериями [4].
Средний ежегодный вынос основной продукцией фосфора в удобренных вариантах составлял 46-53 кг/га Р2О5, калия - 78-91 кг/га К2О. Это свидетельствует о том, что дозы К2О в зернотравяных севооборотах должны быть выше, чем фосфора, примерно в 1,7 раза, либо необходимо допускать отрицательный баланс калия при внесении сложно-смешанных удобрений с соотношением ^Р:К 1:1:1.
Для зерновых севооборотов (табл. 4) размеры выноса Р2О5 и К2О основной продукцией за год в удобренных вариантах выравниваются и находятся в пределах 4055 кг/га каждого элемента питания. Это позволяет шире применять азотно-фосфорно-калийные удобрения с соотношением ^Р:К 1:1:1.
Пополнение вынесенных основной продукцией фосфора и калия предусматривает применение минеральных удобрений, а также поглощение из почвы более доступных их форм, постепенно восполняющихся в ходе почвообразовательного процесса. Основной незатратный источник восполнения азота в почве - симбиотическая азотфиксация клубенковыми бактериями. За ротацию 7-польного зернотравяного севооборота(однолетние травы - озимая пшеница - овес с подсевом бобово-злаковых трав - травы 1-го года пользования -травы 2-го года пользования - озимая (яровая) пшеница - ячмень) в зависимости от систем удобрения поступление симбиотически фик-
Владимгрскт Зешедкеф
№ 1 (83) 2018
8. Влияние систем удобрения на средние ежегодные запасы N-NOз и N-NН4 в слое почвы 0-40 см под культурами 7-польного севооборота в начале и середине вегетации за 2007-2015 гг., кг/га (среднее по 3-м полям)
Вариант, дозы удобрений за севооборот Всходы или возобновление вегетации (1-й срок) Колошение и бутонизация (2-й срок) Запасы N-NCh и N-NH4 в жндкои фазе почвы в 1 -й срок (МФ азота) Доля N-NO? отМФ азота
й 'Á i Í Í3 i
Контроль 42.2 98.1 18 1 S4.3 66.4 0.64
Фон известкования (последействие) 42.4 9S.2 19.8 S4.8 67.3 0.63
Фон + Р:;оК:4с 44.1 96.0 18.9 S3.2 66.6 0.66
Фон -1- №зсР:4оК:4-;| 90.0 107.3 28.7 98.9 102 0.88
Фон + №15Р4В0К480 123 118.2 44.8 107 141 0.87
Фон -1- навоз 40 т/га (Н40) 46.5 103.5 20.6 92.2 66.7 0.70
Фон -1- навоз 60 т/га 50,6 105.9 22.3 91.7 76.0 0.67
Фон -1- навоз £0 т/га 51.3 104.6 19.9 90.6 89.5 0.57
Фон -1- Н40 + Р24оК:43 47.1 109.0 19.4 95.9 69.4 0.68
Фон -1- Н40 + №ооР24оК24о 97.5 114.1 33.0 92.1 128 0.76
Фон -1- Н40 + М;1:Р4ЖК43С 144 122.6 46.9 92.4 189 0.76
Фон -1- Н60 + Р24оК:43 51.0 110.5 20.8 94.2 78.5 0.65
Фон -1- Н60 + №ооР24оК24о 101 114.9 35.3 S 9.8 140 0.72
Фон -1- Н60 + №1зР4кК480 150 1.36.0 48..3 106 195 0.77
Фон -НН80 + Р24оК:4: 56.S 102.3 2_3.9 S2.1 91.7 0.62
Фон + Н80 + ^ооРжКж 111 115.9 33.4 93.3 143 0.78
Фон -1- Н80 + М;1:Р4ЖК43С 160 126.9 50.6 93.8 208 0.77
9. Взаимосвязь между мобильным фондом (МФм) азота и размерами его мобилизационного пула на серых лесных почвах Верхневолжья для 7-польного зернотравяного севооборота при применении NPK, органических удобрений и сочетания их с РК и NPK удобрениями [2]*
№ п п Вариант опыта Sk , кг/га МФк, кг/га
1 4 67,1 102
2 5 93,6 140
3 6 39,4 66,7
4 7 47,3 76,0
5 8 55,5 89,5
6 9 42,4 69,4
7 10 79,2 128
8 11 106 189
9 12 47,7 78,5
10 13 86,7 140
11 14 115 195
12 15 54,9 91,7
13 16 90,6 143
14 17 121 208
*на фоне известкования МФ азота = б 7,0 кг/га.
сируемого азота составляет 40,0 -54,5 т/га в год (табл. 5).
Без применения удобрений ежегодное обеднение серой лесной почвы азотом находилось на уровне около 30 кг/га (табл. 6), при внесении одинарной дозы азота (= 43 кг/га) - 23 кг/га, двойной (= 74 кг/га) - 14 кг/га, а при сочетании одинарной дозы NPK (Ч = 43 кг/га) с внесением 40-60 т/га навоза за
ротацию (26-35 кг 1\1/га ежегодно) обеспечивался близкий к нулевому баланс азота. Средняя продуктивность севооборота (см. табл. 2) в этих вариантах изменялась в пределах 39,7-42,6 ц/га зерн. ед. Следует отметить, что при близких дозах внесения азота минеральных (73,6 кг/га) и сочетания азота минеральных и органических (42,9 + {26,334,4}) удобрений на фоне небольшого повышения продуктивности севооборота (на 1,7 ц/га зерн. ед. ежегодно) в первом случае наблюдали отрицательный баланс азота, а во втором - он был близок к нулевому. Следовательно, органо-минеральные системы удобрения - важнейший фактор поддержания высоких параметров плодородия и продуктивности серых лесных почв Верхневолжья.
По сравнению с сочетанием одинарной дозы NPK с 40-60 т/га навоза, увеличение ежегодной дозы азота с 42,9 до 73,6 кг/га и навоза с 5,7-8,6 до 11,4 т/га в год повышало среднюю продуктивность севооборота с 40,9 до 43,6 ц/га зерн. ед. (на 6,6 %), но заметно уменьшало окупаемость 1 кг питательных веществ прибавкой (с 5,3-5,4 до 4,1 кг зерн. ед./кг д.в., или на 22-24 %). Наблюдаемый положительный баланс
азота (35,1 кг/га ежегодно) не обеспечивал улучшения качества гумуса [5] и снижал его образование из 1 т навоза [6]. Такие результаты свидетельствуют о том, что при применяемой технологии использования удобрений на серых лесных почвах в зернотравяном севообороте ежегодное внесение минерального азота не должно превышать 45 кг/га, а стабилизация и повышение плодородия должны осуществляться сочетанием азота минеральных и органических удобрений
пРи соотношении Ммин: ЧОРГ около 1:1 (в расчете на 4-5 лет действия навоза).
Без внесения удобрений и при использовании наиболее окупаемой прибавкой продуктивности одинарной дозы ЧРК за ротацию севооборота наблюдали отрицательный баланс фосфора (табл. 7). При двойной дозе ЧРК и сочетании её с 80 т/га навоза (за ротацию) баланс этого элемента был положительным. Однако в последнем случае удобрения были наименее окупаемыми [2]. В варианте с сочетанием одинарной дозой ЧРК с органическими удобрениями (4060 т/га за ротацию) баланс фосфора приближался к нулевому.
При использовании одинарной и двойной доз полного минерального удобрения вынос калия основной продукцией превышал его поступление с удобрениями. Положительный баланс калия отмечали при сочетании двойной дозы ЧРК с 80 т/га навоза. Умеренно дефицитным он был в варианте с одинарной дозой ЧРК и 40-60 т/га навоза за ротацию.
Учитывая способность серой лесной почвы восстанавливать ежегодно от 51 до 87 кг/га поглощенного растениями К2О [2], считаем, что на серых лесных почвах Верхневолжья наблюдаемый ежегодный дефицит калия 12-25 кг/га не будет лимитировать урожайность возделываемых культур севооборота. В таких пределах и наблюдается его величина при сочетании одинарной дозы ЧРК с 40-60 т/га навоза.
№ 1 (83) 2018
Владимгрскш ЗешеШецТз
Рис. 1. Взаимосвязь между мобильным фондом азота и его мобилизационным пулом на серых лесных почвах Верхневолжья для 7-польного зернотравяного севооборота при применении NPK, органических удобрений и сочетания их с РК и удобрениями.
48
ó 46
rt
Л 2 44
н и
о S «42
= н с
¡е §"40
к 1С о
=. §38
3 Ф и
а я S s36 о
ч и 3 34
е. и 1 32
30
♦
ЯЩ
♦
I
♦
60 80 100 120 140 160 180 200 Мобильный фонд азота ja 2007-2015 гг., кг/га
У = 53,7
41,2+Z
♦ Экспериментальные значения продуктивности ■ Расчетные значения продуктивности
220
Рис. 2. Взаимосвязь средней продуктивности 7-польного севооборота (У, ц/га з.е.) с мобильным фондом азота за 3 ротацию р), (2007-2015 гг.).
140
80 Н-1-1-i-i-1-1-i-i-1-1-1-1-i-i-1
30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 Среднегодовая продуктивность серой лесной почвы в зернотравяном севообороте,ц/га з.е.
Рис. 3. Связь среднегодового выноса азота основной продукцией в зернотравяном севообороте со средней продуктивностью серой лесной почвы Верхневолжья.
При такой органоминеральной системе удобрения обеспечивается близкий к нулевому баланс азота (см. табл. 6) и фосфора (см. табл. 7).
Исследования по изменению запасов нитратного и аммонийного азота в слое 0-40 см серой лесной почвы в начале и середине вегетации культур 7-польного зернотравяного севооборота [2] показали, что в контрольном варианте, по последействию известкования и при использовании фосфорно-калийных удобрений запасы нитратного азота в указанном слое в 1-й срок наблюдений варьировали в пределах 42-44 кг/га, при внесении органических удобрений - 46-51 кг/га, их сочетании с фосфорно-калийными - 47-57 кг/га. В вариантах с внесением азота с минеральными удобрениями (аммиачной селитрой) в составе NPK (до 90-123 кг/га) и сочетанием их с органическими удобрениями (до 97-160 кг/га) запасы нитратного азота резко возрастали и были выше, чем вносимая доза азота минеральных удобрений. Наблюдалось почти 4-х кратное варьирование запасов нитратного азота в слое почвы 0-40 см. В то же время запасы аммонийного азота в этом слое в 1-й срок наблюдений изменялись в опыте не более чем в 1,4 раза.
Во 2-й срок наблюдений, по сравнению с 1-м, запасы нитратного азота снижались на 24-109 кг/га, что свидетельствует об определяющей роли N-NO3 в питании возделываемых культур севооборота, особенно в критические периоды роста и развития растений. Участие обеих форм азота в питании культур севооборота проявляется через величину его мобильного фонда [2], в котором преобладает нитратная форма этого элемента (табл. 8), особенно в вариантах с применением азота минеральных удобрений.
Исходя из величин ЭМУ азота органических удобрений (см. табл. 1), более высоких размеров накопления нитратной формы (примерно в 2 раза) азота минеральных
30 И i i i i i i i i i i i i i i i 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 Среднегодовая продуктивность серой лесной почвы в зернотравяном севообороте, п/га з.е.
Рис. 4. Связь среднегодового выноса Р2О5 основной продукцией в зернотравяном севообороте со средней продуктивностью серой лесной почвы Верхневолжья.
Рис. 5. Связь среднегодового выноса К2О основной продукцией в зернотравяном севообороте со средней продуктивностью серой лесной почвы Верхневолжья.
10. Параметры оптимизации доз азота, Р2О5 и К2О для 7-польного зернотравяного севооборота на серых лесных почвах Верхневолжья
Вариант Nchm Sn МФы Средняя Среднегодовой Среднегодовой
продуктивно вынос, кг/га баланс, к/га
кг/га сть, ц/га з.е. N Р2О- К2О N PiO; К2О
N40P40K40 ежегодно 49 64.5 105 38,6 113 47.1 80.4 -24 -7,1 -40,4
N40P40K40 + Н40 за 43 79,0 130 40,8 121 50,2 85,9 -3 +3,S -11,9
ротацию (N30P14K34)
N40P40K40 + Hío за 46 84,5 139 41,4 123 51,1 87,4 -6 +9,9 +3,6
ротацию CN43P21K5])
N45P45K4; ежегодно 48 69.0 113 39,4 116 48.2 82.4 -23 -3,2 -37,4
N45P45K4J + Н40 за 47 33,5 133 41,4 123 51Д 37,4 -1 7,9 -8,4
ротацию (N30P14K34)
N4SP45K45 + Нбо за 45 89.0 147 41,9 125 51.8 88.6 -8 14,9 7,4
ротацию (ТчзРиКя
NsoPsoKso ежегодно 47 73.5 120 40,0 118 49 1 83.9 -21 +0.9 -33,9
NsoPsoKjo + Н40 за 46 88.0 145 41,8 125 51.6 88.4 -1 12,4 -4,4
ротацию ("N30P14K34)
N50P50K30 + Hío за 44 93.5 155 42,4 127 52.5 89.9 10 18,5 11,1
ротацию (TmíPíiK:"]')
"средняя продуктивность севооборота без удобрений 30:2 ц/га з.е.
удобрений, чем органических (см. табл. 8), было принято, что мобилизационный пул этого элемента, обеспечивающий трансформацию почвенного азота в нитратную форму, следует оценивать суммой минерального азота с половиной азота органических удобрений и симбиотически связанного бобовыми культурами [2]:
БИ = Дит + 1/2 Дне + 1/2 ^ (^ где Би - среднегодовой размер
мобилизационного пула азота, обеспечивающего трансформацию почвенного азота в нитратный, кг/га N1;
ДМт - среднегодовая доза азота минеральных удобрений, кг/га;
ДМе - среднегодовая доза азота органических удобрений, кг/га;
VNb - среднегодовые размеры симбиотически связываемого азота, кг/га.
Между мобильным фондом азота (МФи) и мобилизационным пулом азота (Би) наблюдалась тесная линейная взаимосвязь (табл. 9, рис. 1): МФи = 1,72 Би - 6,0, (2)
N = 14, г2 = 0,980, доверительный интервал = 14,1 кг/га.
Используя эту зависимость, для различных среднегодовых доз азота минеральных удобрений (И40, 45 ) и их сочетания с наиболее эффективными дозами навоза КРС (40-60 т/га за ротацию) была проведена оценка мобильного фонда азота (табл. 10). На основании полученных величин, опираясь на установленную в работе [2] гиперболическую связь средней продуктивности севооборота с мобильным фондом азота (рис. 2), была рассчитана планируемая средняя продуктивность севооборота при минеральной и органо-минеральной системах удобрения. Она варьировала от 38,6 до 42,4 к/га зерн. ед. Для каждой продуктивности по уравнениям (рис. 3-5) был определен ожидаемый среднегодовой вынос главных элементов питания основной продукцией, а также их баланс. При расчете дозы азота учитывали размеры симбио-тической азотфиксации.
Среднегодовая продуктивность 7-польного зернотравяного севоо-
№ 1 (83) 2018
g/iaduMipckiü ЗеодеШець
борота около 41 ц/га зерн. ед. при окупаемости 1 кг д.в. удобрений 5,3-5,4 кг зерн. ед./кг д.в., а также обеспечение бездефицитного баланса азота и фосфора при небольшом отрицательном балансе К2О (от -8 до -12 кг/га) достигается при сочетании Ч^Р^,,с. В
I" 40-45 40-45 40-45
этом случае без учета питательных веществ в навозе окупаемость 1 кг д.в. только минеральных удобрений достигает 8,3-8,8 кг.
При среднем ежегодном применении только минеральных удобрений ЧпРпКп и ЧгР^Кг окупаемость
40 40 40 45 45 45
1 кг д.в. удобрений составляла 7,0 и 6,8 кг зерн. ед. Однако в этом случае плодородие серой лесной почвы снижалось.
При распределении доз удобрений под возделываемые культуры необходимо учитывать следующее:
1) органические удобрения на серых лесных почвах по рекомендуемой технологии вносят одноразово в занятом пару;
2) для повышения качества зерна под озимую и яровую пшеницу дозы азота минеральных удобрений должны составлять около 60 кг/га, под серые хлеба - 40 кг/га, под викоовсяную смесь - 60 кг/га;
3) на травах 1-го года пользования азотные минеральные удобрения не применяют;
4) следует шире использовать сложно-смешанные удобрения с содержанием Ч:Р:К 1:1:1.
Таким образом, в результате
исследований предложен метод расчета доз удобрений под культуры 7-польного зернотравяного севооборота по выносу элементов питания основной продукцией за ротацию. В основе его лежит тесная линейная взаимосвязь мобилизационного пула азота с его мобильным фондом (запасами нитратного и аммонийного азота в жидкой фазе почвы в ранний период вегетации культур). С увеличением мобильного фонда азота среднегодовая продуктивность севооборота возрастала по ранее найденной гиперболической зависимости. Использовали также тесную взаимосвязь между продуктивностью севооборота и соответствующим выносом элементов питания, средние ежегодные размеры симбиотической азотфиксации за севооборот. Наиболее окупаемы минеральные системы удобрения (6,8-7,0 кг зерн. ед./кг д.в.), однако они не обеспечивают положительного баланса азота и калия. Для поддержания плодородия серых лесных почв Верхневолжья и окупаемости 1 кг д.в. удобрений на уровне 5,3-5,4 кг зерн. ед. (без учета д.в. навоза 8,3-8,8 кг зерн. ед.) наиболее эффективны органоминеральные системы удобрения, включающие сочетание среднегодовой дозы
М40-45Р40-45К40-45 с внесением 4060 т/га навоза КРС за ротацию
7-польного зернотравяного севооборота.
Литература.
1. Система земледелия //А.Ф. Сафонов, А.М. Гатаулин, И.Г. Платонов и др. /под ред. А.Ф. Сафонова. М.: Колос С, 2006. 447 с.
2. Окорков В.В., Фёнова О.А., Окоркова Л.А. Приемы комплексного использования средств химизации в севообороте на серых лесных почвах Верхневолжья в агротехно-логиях различной интенсивности. Суздаль, 2017. 176 с.
3. Высокопродуктивные ресурсосберегающие экологически безопасные технологии возделывания зерновых и зернобобовых культур в адаптивно-ландшафтных системах земледелия в зоне Верхневолжья / А.А. Григорьев, В.В. Окорков., Л.И. Ильин, С.И. Зинченко, Г.Н. Не-найденко, И.М. Щукин// ФАНО РФ; ФГБНУ «Владимирский НИИСХ», Суздаль, 2017. 336 с.
4. Методика разработки рекомендаций по применению удобрений с помощью ЭВМ. М.: ВИУА, 1990. 125 с.
5. Окорков В.В., Окоркова Л.А., Фенова О.А. Влияние длительного применения удобрений на групповой состав органического вещества серых лесных почв ополья // Агрохимия. 2017. № 10. С. 3-15.
6. Окорков В.В., Окоркова Л.А., Фенова О.А. Изменение содержания гумуса на серых лесных почвах при длительном применении удобрений // Российская сельскохозяйственная наука. 2016. № 1. С. 21-26.
Optimization of Fertilizer Doses on Gray Forest Soils of the Upper Volga Region
V.V. Okorkov
Abstract. The most currently used methods of calculation of fertilizer doses for cultivated crops are given. To correct their application it is proposed to evaluate the removal of nutrients with the main production over a rotation of a crop rotation based on the stocks of nitrate and ammonium nitrogen in the liquid phase of the soil (mobile pool of nitrogen) in the early period of the growing season of crops. To determine this, a close linear relationship between the mobilization pool of nitrogen and its mobile pool was used. The average annual productivity of the crop rotation was calculated using the hyperbolic dependence of it on the mobile nitrogen fund. The proposed doses of fertilizers were evaluated for their payback and the balance of nutrients in the soil. Mineral systems of fertilizer were the most profitable (of 6.8-7.0 kg of grain units per 1 kg of active substance), but they did not provide a positive balance of nitrogen and potassium. To maintain the fertility of gray forest soils of the upper Volga region and to ensure the payback of 1 kg of fertilizers by 5.3-5.4 kg of grain units (without taking into consideration the active substance of manure it is 8.3-8.8 kg of grain units) organic and mineral systems of fertilizers are the most effective. They included a combination of the average annual dose of N(40_45)P(40_45)K(40_45) with the application of 40-60 t/ha of cattle manure for a rotation of 7-field grain-grass crop rotation.
Keywords: seven-field grain-grass crop rotation, gray forest soil, nutrient removal over a rotation, mobilization pool of nitrogen, mobile pool of nitrogen, balance of nutrients.
