CC BY
23
АГРОХИМИЧЕСКАЯ СЛУЖБА ^^^^^^^^^^
УДК 631.416.2(470.41) DOI 10.24411/0235-2516-2019-10066
ОЦЕНКА ВКЛАДА ФАКТОРОВ В ПОЧВЕННЫЙ ФОНД ФОСФОРА В ЛЕСОСТЕПНЫХ ЧЕРНОЗЕМАХ РЕСПУБЛИКИ ТАТАРСТАН
А.А. Лукманов, к.б.н.
Центр агрохимической службы «Татарский», e-mail: agrohim_16_1@mail.ru
Представлены результаты долгосрочного мониторинга, где природные показатели (содержание валовых и подвижных форм фосфора) почв сочетаются с фактором хозяйственной деятельности (применение удобрений и фосфоритование). Во временном ряду за 1970-2017 гг. в лесостепи Буинского района Республики Татарстан оценивается содержание фосфора по каналам поступления и отчуждения относительно его валовых запасов в пределах пахотного горизонта. В статье поступления высокие показатели имеют минеральные удобрения (16,7%), затем - органические (4,4%). В статье расходов первую позицию занимает вынос фосфора с урожаем яровой пшеницей (20,1%), вторую - использование фосфора на повышение плодородия почв (2,0%). Поступление фосфора за счет фосфоритования составляет 0,8%, отчуждение водной эрозией - 0,3%, доля подвижного фонда фосфора во времени возрастает с 4,0 до 6,0% от его валовых запасов.
Ключевые слова, валовой и подвижный фосфор, чернозем, выветривание горных пород и минералов, оценка вклада источников фосфора, Республика Татарстан.
EVALUATION OF THE CONTRIBUTION OF FACTORS IN THE SOIL FUND OF PHOSPHORUS IN FOREST-STEPPE CHERNOZEMS OF THE REPUBLIC OF TATARSTAN
Ph.D. A.A. Lukmanov
State Center of Agrochemical Service «Tatarskiy», e-mail: agrohim_16_1@mail.ru
The results of long-term monitoring are presented, where natural indicators (content of gross and mobile forms ofphosphorus) of soils are combined with a factor of economic activity (use offertilizers and phosphorization). The results of the monitoring are presented, where the natural indicators (the content of gross and mobile forms ofphosphorus) of the soil are combined with the factor of economic activity (fertilizer use and phosphorization). In the time series for 1970-2017 in the forest-steppe of the Buinsky district of the Republic of Tatarstan, the phosphorus content is estimated by means of income and alienation relative to its gross reserves within the arable horizon. In the item of receipt, the introduced mineral fertilizers have high rates (16.7%), then organic (4.4%). In the expenditure item, the leading position is occupied by the removal with the crop of spring wheat (20.1%), the second - the use ofphosphorus to increase soil fertility (2.0%). Receipt of phosphorus due to phosphorization is 0.8%, alienation with water erosion - 0.3%, the share of mobile fund ofphosphorus in time increases from 4.0 up to 6.0% of its gross stocks.
Keywords. gross and mobile phosphorus, chernozem, aeration of rocks and minerals, assessment of sources of phosphorus, Republic of Tatarstan.
Основным источником этого элемента в почве служат горные породы. Относительно высоким его содержанием отличаются эффузивные массивно-кристаллические породы, в которых концентрация фосфора достигает 0,14% и более, тогда как в составе метаморфических пород (гранитов и др.) она уменьшается в 2 раза [1]. В осадочных породах содержание фосфора колеблется в широких пределах - от 0,04 до 0,17% и обусловлено генетическими особенностями первичных пород - эффузивных, интрузивных и метаморфических [2]. Обычно в осадочных породах содержание фосфора несколько меньше, чем в первичных. Кроме того, концентрация фосфора в оса-
дочных породах зависит от участия растительного и животного органического вещества. Повышенное его содержание характерно для пород морского происхождения, что обусловлено значительным вкладом органических соединений. Почвы, формирующиеся на таких породах, содержат повышенное количество как валового, так и подвижного фосфора. Подтверждением служит фосфоритный род черноземов и каштановых почв, формирующихся на осадочных породах морского происхождения с запасами валового фосфора в слое 0-25 см соответственно 23,78±2,84 и 31,02±4,73 т/га [3]. Содержание подвижного фосфора в пахотном горизонте этих почв высокое и из-
меняется в пределах 4260-4730 мг/кг почвы [4]. В ходе процесса почвообразования фосфор материнской породы претерпевает изменения, профильная дифференциация также формируется за счет селективного поглощения корневой системой растений, проявляется в аккумулятивном типе профильного распределения веществ, часто коррелируя с содержанием почвенного органического вещества [5].
Основным источником фосфора в условиях природного почвообразования и экстенсивного земледелия служат почвообразующие породы, в составе которых в качестве микропримесей присутствуют многочисленные минералы, содержащие в небольших количествах этот важный элемент [2]. В процессе выветривания и почвообразования происходит разрушение и выветривание минералов и горных пород, выделяются водорастворимые и доступные растениям соединения фосфора, что служит основным источником его в целинных и в последующем пахотных почвах. Количественная характеристика этого процесса в литературе единична. В условиях лесостепи западного Зауралья Н.А. Груздева и Д.И. Еремин [6] сообщают о том, что на темно-серых и серых лесных пахотных почвах ежегодное выделение из недоступных форм фосфора в подвижные соответственно составило 53 и 41 кг/га. Дополнительными источниками фосфора, особенно подвижных его форм, служат органические и минеральные удобрения, а также химические мелиоранты [7-10], при этом вклад минеральных удобрений является наиболее существенным.
Цель работы - количественная оценка положительной (минеральные, органические удобрения, фосфоритование) и отрицательной (отчуждение с урожаем яровой пшеницы, водная эрозия, повышение обеспеченности подвижным фосфором) статей баланса макроэлемента фосфора во временном ряду за 1970-2017 гг. в пахотных лесостепных черноземах Республики Татарстан.
Материалы и методы исследований. Объектом исследований служат зональные пахотные почвы Буинского муниципального района Республики Татарстан и содержание в них фосфора. Общая площадь района составляет 119 481 га, в том числе пахотные угодья в начале мониторинга занимали 114,5 тыс. га, в настоящее время - 103,0 тыс. га, в составе которых преобладают черноземы с площадью 91,6
тыс. га, среди них преобладают черноземы выщелоченные. Доля субдоминанта - серых лесных почв составляет 10,8% от общей площади района, площадь дерново-подзолистых почв менее 1%.
Материалами исследований были опубликованные ранее [11-13] данные лабораторных определений валового фосфора в зональных почвах, выполненные сотрудниками кафедры почвоведения Казанского государственного университета, данные по содержание подвижного фосфора по результатам мониторинговых наблюдений Центра агрохимической службы «Татарский», а также сведения о применении минеральных и органических удобрений, о фосфоритовании кислых пахотных почв в пределах изучаемого района. К анализу привлечены фактическая урожайность яровой пшеницы и ее скользящие средние.
Почти полувековая матрица данных (1970-2017 гг.) косвенно представляет результаты долгосрочного мониторинга, где природные показатели (содержание валовых и подвижных форм фосфора) почв сочетаются с фактором хозяйственной деятельности (применение удобрений и фосфоритование).
Лабораторные определения валового фосфора выполнены методом спекания почв, а подвижного фосфора - методом Чирикова в модификации ЦИ-НАО ГОСТ 26204-91.
Данные многолетнего временного ряда обработаны статистически с использованием компьютерной программы Б1ай81;юа.
Результаты. Пахотные горизонты суглинистых и глинистых разновидностей зональных почв содержат 0,167±0,056% валового фосфора (Р2О5) с коэффициентом вариации - 33,6% (табл. 1). В варьировании проявляется влияние как почвообразующих пород, так и типовая и подтиповая принадлежность почв. Максимальные показатели валового фосфора присущи черноземам - 0,208±0,042% (они приняты за эталон сравнения), минимальные - дерново-подзолистым почвам - 0,107±0,010%. Относительно высокое содержание валового фосфора в черноземах связано с избирательным поглощением фосфора корневой системой, что в основном сосредоточено в поверхностных горизонтах почв. В профильном распределении этого элемента в почвах важную роль также играют элювиальные и иллювиальные процессы.
1. Статистические параметры валового фосфора в пахотных почвах Республики Татарстан _ (суглинистые и глинистые, горизонт Апах.) [11] __
Почвы n мах. min. M О ±m C, %
Дерново-подзолистые 10 0,153 0,074 0,107 0,030 0,010 28,4
Серые лесные 48 0,278 0,060 0,143 0,045 0,006 31,6
Черноземы 43 0,290 0,130 0,208 0,042 0,006 20,3
Все 101 0,290 0,060 0,167 0,056 0,006 33,6
Примечание. Данные обобщены по работам [11, 12]; n, max., min., M, ±m, о, С - соответственно означают число вариант, максимальные и минимальные значения содержания валового фосфора, среднюю ошибку арифметической средней и коэффициент вариации.
Подвижные формы солей фосфора в первичных почвах обязаны процессу выветривания, а в настоящее время этот процесс как по скорости, так и по глубине проявления дифференцируется в зональном аспекте. В условиях тропического почвообразования, где преобладают оптимальные условия увлажнения и тепла, этот процесс близок к завершению, что отмечено в работах R.E. Storie [14, 15]. В оценке почвенного плодородия этот автор использует степень выветривания горных пород в почвах, выделяя группу почв выше и ниже 5% невыветрелых горных пород. М.А. Глазовская [16] также отмечает очень низкое содержание фосфора в фульвоферраллитных почвах тропической зоны, что обусловлено оптимальным сочетанием тепла и влаги.
При выветривании горных пород и минералов в почвенный раствор поступают соли фосфорной кислоты, благодаря которым на начальной стадии процесса почвообразования происходит пополнение запасов подвижного его фонда, доступного корневой системе. При этом, чем больше валового фосфора в почвах, тем больше и концентрация его подвижных форм. На сегодняшний день в лесостепи процесс выветривания горных пород и минералов в почвах полностью не завершен.
Для сравнения вклада источников принимается валовое содержание фосфора в пахотном слое 0-30 см, оно составляет 7176 кг/га.
За изучаемый период каждый гектар пашни получил 3993,2 кг д.в. минеральных удобрений или ежегодно 83,2 кг/га, в их составе 1198 кг/га Р2О5 (30%), 126,5 т/га органических удобрений, в составе которых 316,2 кг/га Р2О5. Следовательно в составе удобрений вносится 1514,2 кг/га Р2О5. Кроме того, на площади 18,3 тыс. га проведено фосфори-тование кислых почв из расчета по 300 кг д.в. Р2О5 и за счет этого пахотный горизонт обогатился фосфором на 54,9 кг/га (табл. 2).
По данным Центра агрохимической службы «Татарский», 1 т органических удобрений, пред-
ставленных в виде навоза, содержит 5 кг азота, 2,5 кг окиси фосфора, 5 кг окиси калия. За 1970-2017 гг. 1 га пашни получил 316,2 кг д.в. фосфора/га (табл. 2). В последние годы состав органических удобрений расширился, ассортимент включает навоз, торф, специально приготовленные компо-сты, растительные отходы (солома, мякина др.), отходы переработки (жмых сахарного производства, подсолнуха и др.). К таким удобрениям следует также относить сидераты (зеленые удобрения) и сапропель. Содержащийся в них фосфор становится доступным растениям после минерализации органических соединений.
Источником подвижного фосфора в пахотных почвах также служат фосфориты, которые применяют на кислых почвах, одновременно нейтрализуя кислотность и обогащая пахотный горизонт подвижным фосфором. В 1980-1996 гг. фосфоритова-ние проведено на площади 18,3 тыс. га. Фосфоритную муку добывают в соседнем Сюндуковском месторождении Тетюшского муниципального района. Обычно фосфоритование осуществляют нормой 200, 400 и 600 кг д.в/га. В Буинском районе она составила 200 и 400 кг/га д.в. и в среднем равна 300 д.в/га. Всего было внесено 5 490 000 кг д.в. Р2О5 на общую площадь пашни района. Насыщенность в среднем каждого гектара пашни составила 54,9 кг/га Р2О5.
Дополнительным источником пополнения фонда фосфора был также перенос корневой системой растений фосфатов из нижних слоев почвы и поч-вообразующей породы в пахотные горизонты. Эту роль активно выполняют многолетние травы со стержневой корневой системой. Участие этого фактора, на наш взгляд, небольшое, а проблема слабо изучена.
Сумма положительных статьей Р2О5 равна 1569,1 кг/га, или 21,9% от валовых его запасов в пахотном горизонте почв (табл. 2).
Расходные статьи баланса Р2О5 составляют отчуждение с урожаем и вынос в составе мелкозема
2. Сравнительная оценка содержания Р2О5 в пахотном горизонте почв (0-30 см) за 1970-2017 гг.
Показатель Содержание Р2О5
кг/га мг/кг %
Валовой Р2О5 7176 2080 100
Положительная статья
Минеральные удобрения 1198 347 16,7
Органические удобрения 316,2 92 4,4
Фосфоритование почв 54,9 16 0,8
Сумма 1569,1 455 21,9
Отрицательная статья
Отчуждение с урожаем, 3,5 кг за 1 ц зерна 1440,4 418 20,1
Отчуждение водной эрозией 22,0 6 0,3
Расход на повышение плодородия 142,8 41 2,0
Сумма 1605,2 465 22,4
Р2О5 в начале обследования - 82,7 мг/кг 285,3 82,7 4,0
Р2О5 в конце обследования - 124,1 мг/кг 428,1 124,1 6,0
Разница между положительной и отрицательной статьями -36,1 -10,5 -0,5
3. Динамика содержания подвижного фосфора в пахотных почвах Буинского района РТ,
мг/кг и % от площади обследования
Тур обследования, годы и Очень Низкая Сред- Повы- Высокая Очень Средневзве-
площадь (тыс. га) низкая няя шенная высокая шенное Р2О5, мг/кг
I - 1965 - (103,4) 1,7 17,6 54,4 16,4 5,6 4,3 86,6
II - 1970 - (114,5) 5,5 16,0 54,1 15,9 5,9 2,6 82,7
III - 1980 - (114,3) 1,2 10,1 38,6 24,7 13,9 11,5 111,2
IV - 1987 -(114,1) 0,1 2,4 23,2 31,3 20,8 22,2 138,3
V - 1992 - (113,2) 0,2 2,6 16,6 25,0 26,2 29,4 149,2
VI - 1998 - (113,1) 0,0 0,9 10,9 21,9 28,1 38,2 161,5
VII - 2004 - (89,5) 0,4 5,9 27,6 30,6 18,9 16,6 127,4
VIII - 2009 - (97,8) 0,1 5,6 25,6 29,2 20,2 19,3 131,8
IX - 2014 - (103,0) 0,4 7,4 29,6 29,2 16,6 16,8 124,1
при водной эрозии. Зерновые культуры для формирования 1 т основной продукции используют 12 кг окиси фосфора, что позволяет использовать в расчетах фосфора одну культуру. При средней урожайности яровой пшеницы с каждого гектара было собрано 1296,3 ц зерна пшеницы, или 27,0 ц в год, а за вычетом посевной нормы (2,0 ц/га) за 48 лет -1200,3 ц. Отчуждаемое количество фосфора при этом составит 1440,4 кг/га.
При общей площади пашни 100 тыс. га эродированные почвы занимают 43,5%. При ежегодном смыве 10 т/га мелкозема каждый гектар всей пашни в среднем теряет 4,35 т/га мелкозема. При среднем содержании подвижного фосфора 105,4 мг/кг (среднее между I и IX турами обследования) с каждого гектара пашни ежегодная потеря Р2О5 равна 458,5 г, что за весь период составляет 22,0 кг/га, или ежегодно 0,46 кг/га.
Расходную статью фосфора также представляет положительное изменение подвижных форм фосфора в почвах. В начале мониторинга (1965 г.) средневзвешенное содержание Р2О5 равно 86,6 мг/кг почвы, в 1970 г. - 82,7 мг/кг, а в последнем туре - 124,1 мг/кг почвы (табл. 3). Динамичное состояние обусловлено неравномерным внесением минеральных и органических удобрений во времени, с одной стороны, и ежегодным варьированием урожайности изучаемой культуры, с другой. На положительное изменение средневзвешенного содержания подвижного фосфора в почвах расходуется 142,8 кг/га Р2О5. В данном процессе участвуют все положительные статьи, что составляет 2,0% от валового количества фосфора. Таким образом, расходная часть баланса Р2О5 составила 1605,2 кг/га, или 22,4% от валовых запасов фосфора в почвах. Среди компонентов этой части главную долю занимает отчуждение фосфора в составе урожая яровой пшеницы.
За период исследования разница между отрицательными и положительными статьями равна 36,1 кг/га, что составляет 0,50% от общих почвенных запасов этого элемента пахотного горизонта почв
или 10,5 мг/кг почв. Такое различие данных указывает на возможность пополнения фонда подвижного фосфора за счет мобилизации его валовых форм в процессе выветривания минералов и горных пород. Ежегодно подвижный фонд фосфора пополняется на 2,2 мг/кг почвы.
Выводы. 1. В экстенсивном земледелии основным источником фонда подвижного фосфора в пахотных почвах в лесостепной зоне служат горные породы, при выветривании которых происходит выделение подвижных форм фосфора для корневой системы растений. Доля подвижного фосфора занимает 4,0%. 2. В интенсивном земледелии обеспеченность пахотных почв улучшается за счет применения удобрений, среди которых ведущее место занимают минеральные, затем органические. Доля местной аграрной руды значительна, ее роль зависит от площади и дозы применения в кислые пахотные почвы. При этом доля подвижного фосфора возрастает во времени с 4,0 до 6,0% в интенсивном земледелии, что еще раз подтверждает роль удобрений в повышении почвенного плодородия. 3. В расходных статьях баланса основное место принадлежит отчуждению фосфора в составе урожая яровой пшеницы 20,1% от запасов валового фосфора. Второе место занимают расходы фосфорсодержащих удобрений на повышение почвенного плодородия - 2,0% от валовых его запасов в почве, доля водной эрозии равна 0,3%. 4. Превышение расходной части над положительной означает пополнение запасов подвижных форм фосфора за счет имеющего место процесса выветривания фосфорсодержащих горных пород почвы. 5. Запасы как валового, так и подвижных форм фосфора в изучаемых черноземах небольшие, что определяет необходимость ежегодного внесения фосфорных удобрений с учетом положительного его баланса в земледелии для получения устойчиво высоких урожаев зерновых культур, в том числе и яровой пшеницы.
Литература
1. Добровольский В.В. Основы биогеохимии. - М.: Изд. центр «Академия», 2006. - 398 с.
2. Ковда В.А. Основы учения о почвах. Кн. 1. - М.: Наука, 1973. - 448 с.
3. Давлятшин И.Д. Географические закономерности почвообразования и принципы бонитировки почв Актюбин-ской области / Бонитировка неорошаемых почв Казахстана. - Алма-Ата: Наука, 1976. - С. 38-159.
4. Новикова А.Г. Фосфоритные почвы Предуральского плато и формы фосфорных соединений в них / В кн.: «Генезис, Классификация и качественная характеристика почв Казахстана» - Алма-Ата: Наука, 1972. - С. 31-40.
5. Розанов Б.Г. Морфология почв. - М.: Академический проспект, 2004. - 432 с.
6. Груздева Е.А., Еремин Д.И. Фосфорный режим пахотных серых лесных почв Северного Зауралья // Агрохимический вестник, 2017, № 5. - С. 12-15.
7. Сычев В.Г. Основные ресурсы урожайности сельскохозяйственных культур и их взаимосвязь. - М.: ЦИНАО, 2003. - 228 с.
8. Войтович Н.В., Сушеница Б.А., Капранов В.Н. Фосфаты России и ближнего зарубежья. - М.: ВНИИА, 2005. -448 с.
9. Аканова Н.И., Шильников И.А., Шеуджен А.Х. Потери питательных элементов растений. - М.: Издательство «LAP LAMBERT», 2015. - 502 с.
10. Ивойлов А.В. Эффективность удобрения и известкования выщелоченных черноземов. - Саранск: Изд-во Мордовского университета, 2015. - 264 с.
11. Давлятшин И.Д., Лукманов А.А. Агрохимические факторы, атмосферные осадки и урожайность яровой пшеницы в лесостепи Среднего Поволжья (на примере Пестречинского муниципального района Республики Татарстан) / под ред. А.В. Ивойлова. - Казань: Изд-во Казанского университета, 2016а. - 200 с.
12. Винокуров М.А., Колоскова А.В., Фаткулин А.Ш. и др. Почвы Татарии / общ. ред. проф. М.А. Винокурова. -Казань: Изд-во Казанского университета, 1962. - 419 с.
13. Колоскова А.В. Агрофизическая характеристика почв Татарии. - Казань: Изд-во Казанского университета, 1968. - 386 с.
14. Storie R.E. An index for rating the agricultural value of soils // Californian Agricultural Experimental Statistical Bulleten Berkele, 1933, № 556. - P. 44.
15. Storie R.E. Soil and land classification for irrigation development / VII Intern. Congr. Soil Sci. Abstr. Pap. - Bucharest, 1964, Vol. 7. - P. 231-232.
16. Глазовская М.А. Почвы мира. Основные семейства и типы почв. - М.: Изд-во МГУ, 1972. - 232 с.
УДК 631.452(470.55) DOI 10.24411/0235-2516-2019-10067
СОСТОЯНИЕ ПЛОДОРОДИЯ ПОЧВ ПАШНИ ВОСТОЧНОЙ ЗОНЫ КРАСНОЯРСКОГО КРАЯ
Т.В. Авдюкова, С.А. Хруцкий
Станция агрохимической службы «Солянская», e-mail: agrohim_24_3@mail.ru
Дан анализ состояния агрохимических показателей плодородия почв сельскохозяйственного назначения Восточной зоны Красноярского края и их динамики за 1965-2018 гг. На 01.01.2019 г. площадь пашни на этой территории составляла 912,2 тыс. га (на 01.01.1991 г. - 1017,1 тыс. га). Почвенный покров пашни представлен, в основном, черноземами (50,5%) и серыми лесными слабо-оподзоленными (39,4%) почва. Показатели плодородия почв за период 1965-2018 гг. изменились незначительно. Содержание органического вещества стабильно находилось на уровне 5,6-5,7%. Содержание фосфора составило 178 мг/кг и колебалось от 90 до 225 мг/кг почвы. Содержание обменного калия значительно не менялось и соответствовало высокому уровню и варьировало от 96 до 133 мг/кг почвы. Средневзвешенный показатель кислотности почв (рН) пашни на 01.01.2019 г. составил 5,8 ед. рН., что на 0,1 ед. рН ниже исходной (5,9 ед. рН) в период 1965-1977 гг. В последние десятилетия произошло значительное снижение объемов применения минеральных удобрений: с 34 кг д.в/га в 1986-1990 гг. до 6,2 кг д.в/га в 2014-2018 гг. Отрицательный баланс элементов питания в земледелии Восточной зоны Красноярского края складывался в течение всего периода наблюдений с 1976 по 2018 г. При этом урожайность зерновых выросла до 2,38 т/га.
Ключевые слова: плодородие почв, кислотность, подвижный фосфор, обменный калий, органическое вещество, баланс, удобрения, урожайность.
