CC BY
54
Л и т е р а т у р а
1. Тырышкин Л.Г. Генетическое разнообразие пшеницы и ячменя по эффективной устойчивости к болезням и возможности его расширения: Дис... докт. биол. наук. -СПб.: ВИР, 2007. - 251 с.
2. Тырышкин Л.Г. Темно-бурая листовая пятнистость. Устойчивость генетических ресурсов зерновых культур к вредным организмам: Метод. пособие. - М.: РАСХН 2008. - С. 112-120.
3. Mains E.B., Jackson H.S. Physiological specialization in leaf rust of wheat, Puccinia triticina Erikss // Phytopathology. - 1926. - V. 16. - № 1. - P. 89-120.
4. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта. - М.: Колос, 1979. - 416с.
УДК 631.58
Доктор с.-х. наук Л.В. ЯКОВЛЕВА (Ленинградский НИИСХ «Белогорка», livlaya@mail.ru) Доктор с.-х. наук В.П. ЦАРЕНКО (СПбГАУ, tsarenko_prof@mail.ru) Соискатель Г.А. ЛОБЗЕВА НИИСХ «Белогорка», livlaya@mail.ru)
ПАРАМЕТРЫ ПЛОДОРОДИЯ И УРОЖАЙНОСТЬ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ
СИСТЕМАХ УДОБРЕНИЙ
Почва, удобрения, известкование, параметры плодородия, урожайность, севообороты
Научнообоснованное применение органических и минеральных удобрений и известкование кислых почв позволило в 70-80-х гг. прошлого века значительно повысить плодородие пахотных почв Северо-Запада РФ. При резком сокращении масштабов известкования, обеднения почв основаниями, рост кислотности достиг катастрофического уровня. Площадь кислых почв по расчетам И.А. Шильникова и Н.И. Акановой [1] составляет 54 - 56 млн. га. В настоящее время в результате несоблюдения севооборотов, мизерных объемов известкования и использования органических и минеральных удобрений наблюдается прогрессирующее снижение плодородия пахотных почв региона.
Целью наших исследований было в длительных стационарных полевых опытах определить закономерности влияния извести и удобрений на продуктивность фитоценоза и свойства почвы в конкретных почвенно-климатических условиях. Эти знания позволят выявить закономерности влияния основных параметров плодородия на урожайность сельскохозяйственных культур и разработать агроэкологические основы поддержания плодородия дерново-подзолистых почв Северо-Запада РФ.
В длительных стационарных опытах Ленинградского НИИСХ «Белогорка», размещенных на дерново-подзолистых почвах легкого гранулометрического состава, подстилаемых моренным суглинком, изучали влияние различных систем удобрения на свойства почвы и урожайность сельскохозяйственных культур в кормовом и полевом севооборотах.
Опыты заложены: в полевом севообороте - в 1981 году; в кормовом севообороте - в 1967 и 1968 годах и продолжаются по настоящее время. Схемы опытов позволяют изучать действие извести, органических и минеральных удобрений как отдельно, так и при различных их сочетаниях (табл. 1,4).
Агрохимические показатели исходных почв следующие. Кормовой севооборот: рН^ - 5,0-5,3; содержание гумуса - 2,34-2,48%, Нг - 3,2-3,8 мг-экв/100г почвы; S- 4,7-5,9 мг-экв/100 г почвы; V - 59,5-60,8%; Р2О5 - 15-20 мг/100 г почвы; К2О - 10-15 мг/100 г. Полевой севооборот: рЩа - 4,46; содержание гумуса -2,25%; Нг-4,30 мг-экв/100г почвы; S - 2,2 мг-экв/100 г; V - 33,8%; Р2О5 - 20 мг/100 г почвы; К2О - 12,5 мг/100 г.
Известкование и длительное применение удобрений оказали существенное влияние на динамику основных агрохимических показателей почвенного плодородия и продуктивность изучаемых севооборотов. Урожайность возделываемых в различных севооборотах культур значительно варьировала по годам. Так, продуктивность пашни на контрольном варианте и известкованном по 1Нг изменялась от 5,7 до 25,9 т з.е./га в кормовом севообороте; от 10,9 до 16,0 т з.е./га в полевом севообороте.
Обработка экспериментальных данных длительных опытов методом нелинейного корреляционно-регрессионного анализа позволила объективно выявить оптимальные интервалы реакции для культур полевого севооборота. При этом установлено, что связь с некоторыми другими показателями кислотно-щелочного состояния почв, например, с содержанием подвижного алюминия, часто бывает более тесной, чем с рН. То есть не сам уровень реакции почвы, а содержание подвижных форм фитотоксичных элементов является определяющим.
Для полевого севооборота, несмотря на большую долю в севообороте культур, устойчивых к кислотности (картофель, озимая рожь, овес, тимофеевка), внесение извести было эффективным приемом, положительно влияющем на баланс кальция в севообороте. Действие минеральных удобрений на кислых и известкованных почвах было различным. В многофакторном полевом опыте, заложенном в 1981 году, первой культурой севооборота выращивали ячмень. Действие извести не уступало по эффективности действию минеральных удобрений, а при внесении утроенной дозы удобрений превышало его (рис.1). Если на неудобренном фоне оптимальный интервал реакции находился в пределах рНКС1 6-7, то при внесении минеральных удобрений он сдвигался в кислую сторону (рНКС1- 5,3-5,9). Объясняется это явление тем, что в почве при реакции, близкой к нейтральной и нейтральной, усиливается деятельность микроорганизмов и улучшается обеспеченность ячменя азотом, лимитирующим элементом подзолистых почв, что подтверждают результаты микробиологических исследований [2].
Урожайнос
рН в Ка
—х—без удобрений ""И45Р45К45,
Рис. 1. Зависимость урожайности ячменя от реакции почвы и уровня минерального питания:
1. Без удобрений: У = - 37,866 + 15,813Х - 1,089Х2 ;
2. Ш5Р45К45: У = - 64,829 + 28,908Х - 2,375Х2;
3. Ш0Р90К90: У = - 42,325 + 20,654 - 1,677Х2;
4. М35Р135К135: У = - 45,989 + 21,256Х - 1,746Х2
В известкованных почвах численность грибов снижается в 2-3 раза, численность бактерий, использующих минеральный и органический азот, аммонификаторов резко увеличивается. В то же время применение высоких доз азотных удобрений (N120-135 кг д.в.) значительно снижает численность полезной микрофлоры по сравнению с вариантами применения умеренных доз удобрений, что является одной из причин уменьшения поступления азота в растения и снижения урожайности.
Одним из главных факторов, определяющих отрицательное действие кислых почв на растения, является присутствие в них больших количеств подвижных форм алюминия. Как показали исследования образцов пахотных почв северо-запада Нечерноземной зоны [3], содержание подвижных форм алюминия в пахотных почвах определяется, прежде всего, реакцией среды. Физиологическая роль алюминия до конца не выяснена. Большинство исследователей объясняют токсичность алюминия дегидратацией в растении биоколлоидов плазмы, в результате чего резко снижается проницаемость её для питательных веществ. Э.Л.Климашевский считает [4], что избыток ионов водорода и алюминия может оказывать прямое ингибирующее действие на активность цитохромной системы в клетках корня, сопровождающееся усилением гликолиза.
Многообразие почвенных факторов, влияющих на эффективность известкования, обуславливает большую вариабельность прибавок урожая, получаемых на конкретных почвах.
Совместное внесение извести с навозом в кормовом севообороте за 4 ротации давало суммарно существенную прибавку продуктивности - 27-29 т з.е./га (44-45% от контроля). При ежегодном внесении в 1 -й ротации 7,3 ц/га стандартных удобрений и 15 т/га навоза, а во 2-й ротации соответственно 8,4 и 20, продуктивность севооборота возросла в 1,5-1,7 раза.
Значительное повышение продуктивности в севооборотах наблюдалось при применении минеральных удобрений на фоне извести. Эта зависимость сохраняется в каждой ротации, достигая наибольших значений к концу IV ротации кормового севооборота, где прибавки к контролю составляют 35,3 и 28,7 т з.е./га соответственно (табл.1).
Наиболее эффективной системой удобрения для кормового севооборота является совместное внесение минеральных и органических удобрений, как на известкованном, так и на неизвесткованном фоне. Такое сочетание удобрений обеспечивает повышение продуктивности сельскохозяйственных угодий в 2 раза по сравнению с контролем. На фоне известкования полная органо-минеральная система обеспечивает воспроизводство в пахотном горизонте дерново-подзолистой почвы гумуса, фосфора и калия, оптимизирует показатели почвенной кислотности.
При установлении зависимости продуктивности сельскохозяйственных культур от основных параметров плодородия проводили корреляционно-регрессионный анализ. Использовались различные виды уравнений: парной регрессии, полином 2-й степени и множественной регрессии.
Т а б л и ц а 1. Влияние различных систем удобрения на урожайность сельскохозяйственных культур кормового севооборота, т з.е./га (1981-2012гг.)
Схема 1 ротация, т/га зерн.ед. 2 ротация, т/га зерн.ед. 3 ротация, т/га зерн.ед. 4 ротация, т/га зерн.ед.
опыта всего прибав ка всего прибавка всего прибавка всего прибавка
Без удобрений 19,16 18,13 12,29 10,44
Известь по 1Нг 20,35 1,19 19,19 1,06 12,82 0,53 9,40 -1,04
Известь по 1Нг + навоз 23,60 4,44 24,57 6,44 20,11 7,82 18,42 7,98
Известь по 1Нг + N1^1,5 27,20 8,04 26,38 8,25 25,27 12,98 45,72 35,28
Известь по 1Нг + навоз, N^^,5 30,24 11,08 28,95 10,82 27,60 15,31 48,72 38,28
Навоз + N^^,5 29,43 10,27 28,87 10,74 27,76 15,47 50,38 39,94
В настоящее время перечень почвенных факторов сведен к необходимому общепринятому минимуму, используемому в стандартных характеристиках почв. Ведущая роль в создании благоприятной почвенной среды для роста растений принадлежит
свойствам, характеризующим состояние почвенно-поглощающего комплекса, реакцию почвенной среды, запасы гумуса, содержание в почве подвижных форм фосфора, калия.
Для статистического анализа данных многолетних опытов использовались выборки по различным системам применения удобрений в количестве 12-50 наблюдений урожайности сельскохозяйственных культур и такого же числа каждого из изучаемых почвенных факторов на разных уровнях известкования и удобренности. Корреляционно-регрессионный анализ проводили с использованием компьютерной программы «StatGrafics».
Установлены статистически достоверные связи (Р0,ш) между урожайностью сельскохозяйственных культур и перечисленными выше основными параметрами плодородия почв. Наиболее распространенным видом алгебраического уравнения для описания зависимостей криволинейного характера является полином второй степени. Полученные полиномиальные уравнения зависимости общей продуктивности кормового и полевого севооборотов от агрохимических показателей дерново-подзолистой почвы выявили заметную и высокую зависимость продуктивности кормового севооборота за 4 ротации:
- от показателей рН^ и содержания гумуса ( п = 0,512 и п = 0,758 соответственно) в контрольном варианте, содержания гумуса, подвижного фосфора и калия (п = 0,605, п = 0,384 и п = 0,443 соответственно) на известкованной по 1Нг почве.
Анализ влияния различных доз удобрений на 3-х фонах известкования в полевом севообороте показал, что здесь продуктивность имеет заметную зависимость от следующего:
- показателей рН^ почвы, произвесткованной по 2,5Нг (п = 0,459-0,533);
- содержания подвижного фосфора на почвах, где минеральные удобрения применяли отдельно и совместно с известью (п= 0,488 и п = 0,625 соответственно);
- содержания обменного калия на почвах при совместном внесении извести и средних доз минеральных удобрений (п = 0,574 и п = 0,397 соответственно).
Небольшие значения коэффициентов корреляционного отношения между урожайностью растений и свойствами почвы свидетельствуют о сложных взаимодействиях факторов, формирующих урожай.
В корреляционных связях между изменением факторного и результативного признака нет полного соответствия. Объяснение тому - сложность взаимосвязей между анализируемыми факторами, на взаимодействие которых влияют неучтенные случайные величины. Поэтому связь между признаками проявляется лишь в среднем, в массе случаев. При корреляционной связи каждому значению аргумента соответствуют случайно распределенные в некотором интервале значения функции [5].
Математически доказано, что количество внесенных удобрений участвует в формировании урожая сельскохозяйственных культур. Но на каждом конкретном поле или участке одно и то же количество внесенных удобрений вызовет разный прирост урожайности, так как во взаимодействии находится еще целый ряд факторов: погода, засоренность, микрорельеф, состояние почвы, биологические особенности самих растений.
К одним и тем же свойствам почвы при равном их количественном выражении различные виды и даже сорта сельскохозяйственных растений относятся неодинаково. Нахождение оптимальных параметров свойств и режимов почв для отдельных групп и видов культур является одной из главных задач современного земледелия.
Длительность полевых опытов позволяет определить основные параметры плодородия почвы, соответствующие определенным уровням урожайности культур разных севооборотов и выявить максимальную их продуктивность. Многолетний массив данных учета урожая культур по каждой делянке позволил создать объединенную выборку по величинам урожая в сопоставлении с показателями свойств почвы. С помощью корреляционно-регрессионного анализа получены полиномиальные уравнения для многолетних трав, ячменя и озимой ржи (при Р0,01). Факторами (х), определяющими уровень изучаемого результативного показателя (у), являются рН^, содержание подвижного фосфора и калия в почве.
Среди параметров почвенного плодородия, подлежащих оптимизации, показатель содержания гумуса в почве занимает особое положение. Это объясняется тем, что содержание и состав органического вещества принадлежат к основополагающим факторам почвенного плодородия, определяющим основные свойства почвы. Параметры оптимального содержания в почве гумуса в значительной мере предопределяют уровень урожайности выращиваемой культуры.
В табл. 2 приведены уравнения (при Р0,ш) полиномиальной связи по многолетним данным опытов кормового севооборота за период с 1981- го по 2012 г г, где:
- результативный показатель (у) - урожайность сена многолетних трав;
- исследуемый фактор (х) - содержание гумуса в почве.
Т а б л и ц а 2. Зависимость урожайности (у) многолетних трав от содержания гумуса в дерново-подзолистой легкосуглинистой почве при разных системах удобрения
Схема опыта Параболическое уравнение регрессии 2-й степени п п
Без удобрений у=-55,93+62,19х-13,98х2 22 0,461
Известь по 1Нг у=-31,21+35,89х-8,04х2 22 0,325
Известь + N1^2^,5 у=28,67+23,27х-8,97х2 22 0,755
Известь + навоз + ^,5Р2К15 у=95,35-39,61х+6,10х2 22 0,561
Навоз +^,5Р2Ки у=90,65-34,88х+5,09х2 20 0,628
Примечание: у - урожай сена многолетних трав, т з.е./га
х - содержание гумуса, %.
Установлена достоверная заметная (по шкале Чеддока) криволинейная связь между урожайностью сена многолетних трав и содержанием подвижного фосфора и калия в почве (П соответственно 0,501 и 0,509) на контрольном варианте, а также с показателями рНкС1 , содержанием подвижного фосфора в почве (п в пределах 0,551 - 0,628) на вариантах, где известь вносили отдельно в дозе по 1Нг и 2,5Нг.
Характер и теснота связи урожайности многолетних трав с элементами питания сохраняется при внесении разных доз минеральных удобрений. Так, при средней дозе минеральных удобрений выявлена существенная корреляция между урожаем и содержанием подвижного фосфора (п =0,666), а при внесении высокой дозы N3P3K3 на фоне известкования по 1Нг - между урожаем и содержанием подвижного калия (п=0,60).
Известно, что почвенные параметры плодородия находятся во взаимосвязи и оказывают влияние на урожайность сельскохозяйственных культур не по отдельности, а комплексно.
Т а б л и ц а 3. Зависимость урожайности сельскохозяйственных культур от показателей рНксь Р2О5, К2О дерново-подзолистой легкосуглинистой почвы при разных системах
удобрения (кормовой севооборот)
Схема опыта Множественное уравнение регрессии п Я
Контроль у = 5,93+2,30х1+0,12х2 +0,61хз 39 0,472
Известь по 1Нг у = -49,98+8,63х1+0,94х2 +1,26х3 47 0,456
Известь + ^,5Р2Ки у = 19,10+7,76х1 -0,02х2 -1,12х3 47 0,219
Известь + навоз + К15Р2К1, у = 2,46+6,86х1+0,59х2 -0,39хз 44 0,250
Навоз + N1^2^ у = 50,23-0,32х1+0,26х2 -0,31хз 44 0,133
Примечание: у - урожайность, т/га з.ед.; х1 - рНка; х2 - Р2О5 мг на 100г; х3 - K2O мг на 100г.
Полученные в результате многофакторного корреляционно-регрессионного анализа уравнения для культур кормового севооборота представлены в таблице 3, полевого севооборота - в табл. 4. При значениях коэффициентов множественной корреляции в
пределах 0,40-0,60 и выше 0,60 - между урожайностью и действующими на нее подобранными факторами существует средняя (умеренная) и значительная (тесная) связь.
При сравнении вариантов по показателю Я наиболее явно прослеживается влияние известкования (Я - в пределах 0,160-0,905). Установленные полиномиальные и множественные зависимости адекватны существующим взаимосвязям с большой степенью вероятности. Их трансформирование в виде таблицы позволит определять потенциальную продуктивность севооборотов при различных сочетаниях агрохимических показателей дерново-подзолистых почв легкого гранулометрического состава.
Т а б л и ц а 4. Зависимость урожайности многолетних трав от показателей почвы при различных системах удобрения (полевой севооборот)
Схема опыта Множественное уравнение регрессии п Я
Контроль - -
Известь по 1Нг у = -61,12+15,09х1+0,75х2 -2,56х3 12 0,744
Известь по 2,5Нг у = -119,12+23,01х1+0,44х2 -2,51х3 12 0,792
ВДК1 у = 49,41-10,17х1+1,28х2 -1,12х3 12 0,326
К1Р1К1 + известь по 1Нг у = 14,58+3,36х1-0,98х2 -2,20х3 12 0,707
К1Р1К1 + известь по 2,5Нг у = -50,21+11,06х1+0,90х2 -1,843 12 0,630
№Кз у = 117,14-22,57х1+0,48х2 -1,06х3 12 0,516
К3Р3К3 + известь по 1Нг у = 10,75+1,89х1+0,59х2 -0,91х3 12 0,294
К3Р3К3 + известь по 2,5Нг у = -23,44+7,14х1+0,95х2 -1,81х3 12 0,583
Примечание: у - урожайность, т/га з.е.; х1 - рНКс1; х2 - Р2О5 мг на 100 г; х3 - К20 мг на 100 г.
Полученные результаты по основным параметрам плодородия дерново-подзолистых почв могут быть использованы для разработки нормативной информации с целью корректировки агротехнических приемов, обеспечивающих расширенное воспроизводство почвенного плодородия и высокую продуктивность агроэкосистем.
На основании вышеизложенного можно сделать следующие выводы:
1. Установлено, что на дерново-подзолистых почвах легкого гранулометрического состава минеральная система удобрений в полевом севообороте и полная органо-минеральная в кормовом севообороте на фоне известкования являются наиболее эффективными. Максимальные средние ежегодные прибавки урожая сельскохозяйственных культур за ротацию составили в полевом севообороте - 16,4-18,5 т з.е./га, в кормовом - 10,8-38,3 т з.е./га.
2. Из числа изучаемых показателей почвенного плодородия наиболее значимыми для благоприятного роста сельскохозяйственных растений определены следующие: уровень кислотности, содержание гумуса, подвижного фосфора и обменного калия.
3. Установлены достоверные различные по тесноте связи криволинейные зависимости между урожайностью сельскохозяйственных культур и перечисленными выше параметрами. Более тесные зависимости прослеживаются на известкованных почвах.
4. Полученные математические модели можно использовать для определения оптимальных почвенно-агрохимических условий, обеспечивающих высокую продуктивность севооборотов с учетом экологической и экономической целесообразности.
5. Полученные результаты по выявлению закономерностей влияния основных показателей плодородия почв на урожайность сельскохозяйственных культур имеют важное значение при проведении комплексного мониторинга плодородия сельскохозяйственных угодий.
Л и т е р а т у р а
1. Шильников И.А., Аканова Н.И. Природоохранное значение известкования почв: Материалы Международного форума «Земля и урожай» ( СПб, 5-7 июня 2007).-СПб, 2007. -С.37-38.
2. Яковлева Л.В. Экологические аспекты известкования дерново-подзолистых почв Северо-Запада России: Автореф. дис... докт.с.-х. наук. - СПб, 2009. - 45 с.
3. Небольсин А.Н. Теоретическое обоснование известкования почв Северо-Запада Нечерноземной зоны РСФСР: Автореф.дис... д-ра с.-х.наук.- Л., 1983. - 42с.
4. Климашевский Э.Л. Проблема генотипической специфики корневого питания культурных растений //V111 Международный конгресс по минеральным удобрениям: (Доклады советских участников конгресса, ч.1). - М., 1976.- Т.14.- С.35-42.
5. Семенов В.А. и др. Оптимальные параметры свойств почв для возделывания сельскохозяйственных культур //Теоретические основы и методы определения оптимальных параметров свойств почв.- М., 1980. - С.51-62.
УДК 634.12:621.4 Канд. с.-х. наук С.П. МЕЛЬНИКОВ
(СПбГАУ, fpaspm@yandex.ru) Аспирант Е.В. МАРЦУН (СПбГАУ, holoch@mail.ru)
УРБАНОЗЁМЫ СКВЕРОВ ПУШКИНСКОГО РАЙОНА САНКТ-ПЕТЕРБУРГА
Почва, урбаноземы, гумус, рН, аккумуляция
Спецификой основной деятельности Пушкинского района Санкт-Петербурга является туризм. В районе силами ГМЗ «Царское село», СПХ «Пушкинское» ведётся направленная деятельность на создание благоприятных условий для гостей и жителей города [1]. Постоянное облагораживание территорий садово-парковых ансамблей, а также территорий исторических скверов постепенно приводит к формированию у почвы ряда особенностей, отличающих её, как от специфической городской почвы — урбанозём, так и от сельскохозяйственных дерново-подзолистых разной степени окультуренности. Характерными особенностями почв скверов Пушкинского района являются:
- растянутый гумусовый профиль (мощностью до 60 см);
- слабая уплотненность верхнего почвенного горизонта;
- отсутствие захламленной почвенной поверхности.
Важно подчеркнуть, что увеличение мощности гумусового профиля происходит, главным образом, за счет подсыпки почвенного материала и, в значительно меньшей степени, из-за углубления гумусового горизонта при перекопке [2].
Мощность и содержание органического вещества, количество и состав включений, а также расположение относительно соседних насыпных слоев позволяют выявить причины формирования того или иного горизонта:
- первоначальная организация ландшафта сквера;
- перепланировка сквера и создание новых насаждений и клумб;
- проведение строительных работ на территории сквера и на прилегающих к нему
территориях.
Как правило, каждый из слоев насыпался единовременно и довольно мощным слоем (от 15 см), поэтому при последующей перекопке слои не перемешиваются. В результате даже 50-100 лет спустя переходы между горизонтами ярко выражены.
Применение системы рекультивационных мероприятий с использованием плодородных субстратов и торфосодержащих смесей на антропогенных почвах скверов Пушкинского района приводит к повышению их плодородия, восстановлению устойчивости
