Плодородие чернозема обыкновенного и продуктивность основных сельскохозяйственных культур Текст научной статьи по специальности «Сельское хозяйство, лесное хозяйство, рыбное хозяйство»

БИОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПЛОДОРОДИЯ ПОЧВ

УДК: 631.452:631.582

ПЛОДОРОДИЕ ЧЕРНОЗЕМА ОБЫКНОВЕННОГО И ПРОДУКТИВНОСТЬ ОСНОВНЫХ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР

С. И. Баршадская, д.с.-х.н., А. А. Квашин, к.с.-х.н., Ф.И. Дерека, к.с.-х.н., Северокубанская

СОС Краснодарского НИИСХ

В многолетних стационарных опытах с удобрениями изучено изменение потенциального и эффективного плодородия почвы. Приведена урожайность основных сельскохозяйственных культур севооборота в зависимости от предшественников и доз вносимых удобрений.

Ключевые слова: плодородие, удобрения, урожайность, севооборот, предшественник.

В процессе сельскохозяйственного использования земель, в связи с выносом из почвы большого количества питательных веществ, содержание гумуса - основного показателя плодородия почв - постепенно снижается[1,2,4].

Существующие севообороты с непропорциональной структурой посевных площадей, не обеспеченные удобрениями, из-за уменьшения поступления в почву свежего органического вещества растительных остатков стали причиной снижения плодородия чернозема обыкновенного в Западном Предкавказье [3,7,8].

По данным ряда авторов, за последние 15 лет наблюдаются прогрессирующее снижение запасов гумуса, ухудшение его качественного состава, трансформация элементов питания в недоступные формы, что ведет к снижению продуктивности агроэкосистем. В связи с этим необходим поиск решений и комплекса мер по сохранению и воспроизводству почвенного плодородия. Требуется оценить роль севооборотов и культур в формировании почвенного плодородия, поскольку высокоплодородная почва способна оптимально обеспечить растения влагой, пищей и энергией независимо от колебаний погодных условий [5,6].

Цель наших исследований - установить влияние различных по соотношению элементов питания удобрений на плодородие чернозема обыкновенного и продуктивность культур севооборота в многолетнем стационарном опыте.

Методика. Исследования проводили в 1999-2008 гг. в стационарном опыте Северокубанской сельскохозяйственной опытной станции Краснодарского НИИСХ. Многолетний опыт был заложен в 1978 г. Почва опытного участка - чернозем обыкновенный малогумусный мощный. Агрохимическая характеристика пахотного слоя почвы: содержание гумуса (по Тюрину) - 3,86-3,88%, подвижного фосфора - 12,9 мг/кг почвы, обменного калия - 387 мг/кг, рНсол 6,97-7,08, рНводы 7,837,93. В опыте два полевых севооборота - зернопропашной (ЗП) и зернотравянопропашной (ЗТП). Повторность опыта -четырехкратная. Общая площадь делянок под озимой пшеницей - 190,4 м2, под подсолнечником и сахарной свеклой - по

126 м2.

Представлен экспериментальный материал, полученный в третьей ротации севооборотов (1999-2008 гг.) со следующим чередованием культур: кукуруза1-озимая пшеница-озимая пшеница-сахарная свекла-озимая пшеница-кукуруза2-горох-озимая пшеница-подсолнечник-яровой ячмень (в зернотра-вянопропашном севообороте с подсевом эспарцета). В сево-

обороте с травами вместо кукурузы 1 - эспарцет второго года. В структуре посевных площадей озимая пшеница в севообороте занимает 40 %.

Погодные условия в период проведения исследований различались по количеству выпадающих осадков, неравномерности их распределения и температурному режиму. При сред-немноголетнем количестве осадков 569,6 мм, они варьировали от 400 до 764,2 мм, в том числе за теплый период года (апрель-октябрь) от 231,0 до 588,6 мм при сумме положительных температур 3479-4067 оС и ГТК 0,53-1,57.

Погодные условия в значительной степени влияли не только на продуктивность культур севооборота, но и на агрохимические показатели почвы, гумусовый ее режим и содержание основных элементов минерального питания.

Из изучаемых в опыте 11 систем удобрения в данной работе представлено 5: в зернопропашном севообороте: 1 - контроль - естественно складывающийся уровень минерального питания (без удобрений); 2 - Ы45 Р53 К36; 3 - Ы90 Р106 К72; 4 -N¿(5 Р53 К36 + 12 т/га навоза; 5 - К150 Р13 К12 + 6 т/га навоза + запашка урожая соломы; в зернотравянопропашном: 1 - без удобрений; 2 - N42 Р52 К30; 3 - ^Рш Кет; 4 - N42 Р52 К30 + 12 т/га навоза; 5 - N¡5 Р13 К12 + 6,0 т/га навоза + запашка урожая соломы (см. рис.).

При правильно организованном севообороте со строгим чередованием культур сплошного посева (зерновые колосовые и зернобобовые) и пропашных культур обеспечивается равномерное поступление в почву органического вещества корневых и пожнивных остатков в комплексе с внесенными в вышеуказанных дозах удобрениями, поддерживается динамичное равновесие процессов синтеза и минерализации гумусовых веществ. Все это определяло стабильность содержания общего гумуса в пахотном слое почвы.

Результаты и их обсуждение. Содержание гумуса за годы исследований в пахотном слое почвы в вариантах без внесения удобрений стабилизировалось на уровне 3,81-3,82 %, при внесении минеральных и органических удобрений оно составило 3,95-4,00 % в зернопропашном севообороте и 4,004,02% в зернотравянопропашном (рис.).

□ зернопропаш ной севооборот

□ зернотравянопропашной севооборот

Рис. Влияние севооборота и систем удобрения (указаны в тексте) на содержание гумуса в пахотном 0-30 см слое почвы, % (среднее за 1999-2008 гг.)

Под воздействием длительного применения удобрений содержание гумуса в пахотном слое почвы увеличилось в среднем по сравнению с исходным в зернопропашном севообороте на 0,09-0,16, а в зернотравянопропашном на 0,11-0,18 %, а относительно контрольного варианта на 0,14-0,21 и 0,15-0,22 % соответственно. Вниз по почвенному профилю количество гумуса уменьшалось в 30-60 см слое почвы до 3,42-3,71 и 3,39-3,53 %, в 60-90 см слое - до 2,72-2,90 и 2,7-2,96 %. Высокое его содержание в нижних горизонтах определялось комплексом природных условий данной почвенно-климатической зоны, вносимыми дозами удобрения и глубиной проникновения корневой системы возделываемых культур.

Анализ гумусового режима почвы показал, что стабилизация гумуса на исходном уровне и воспроизводство его возможны только при внедрении научно обоснованных севооборотов зернотравянопропашного типа, применении органоми-неральных и минеральных систем удобрения.

Под влиянием длительного применения удобрений изменялись и такие важные показатели плодородия почвы, как валовые запасы азота и фосфора.

По данным [8], содержание общего азота в пахотном слое чернозема составляет 0,23-0,24 %, валового фосфора 0,160,22 %. Наши исследования показали, что содержание общего азота и валового фосфора было характерным для данного подтипа почвы с исходным содержанием азота 0,205-0,230 % , валового фосфора 0,182-0,216 %. К началу третьей ротации эти показатели почвенного плодородия снизились в зернопропашном севообороте до 0,202-0,213; 0,196-0,218 %, а в зернотравянопропашном - до 0,165-0,190 и 0,156-0,185 %.

Динамика содержания общего азота аналогична изменению содержания гумуса с заметным увеличением при внесении навоза и минеральных удобрений и значительным снижением в вариантах без удобрений. Данный показатель почвенного плодородия по годам в контрольном варианте зерно-пропашного севооборота варьировал от 0,185 до 0,216, при минеральных системах удобрения - от 0,193 до 0,213, орга-номинеральных - от 0,185 до 0,215 %. В зернотравянопро-пашном севообороте эти данные составили соответственно 0,185-0,204, 0,182-0,201 и 0,190-0,221 %.

При минеральных системах удобрения среднее содержание общего азота, по сравнению с исходным, снизилось на 1,012,2 и 1,0-11,7 %, при 8,1-7,6 % в контрольных вариантах, что по сравнению с контролем было выше на 4,1-4,6 %, при органоминеральных системах - на 4,6-8,3 %.

Длительное применение органоминеральных систем и полного минерального удобрения в дозе ^0Р106К72 сдерживало потери запасов фосфора в почве в сравнении с естественным агрохимическим фоном неудобряемых вариантов на 6,513,6 %. Динамика валового фосфора по годам была аналогична изменениям общего азота на неудобренных вариантах: 0,170-0,178 и 0,156-0,175 %, при минеральных системах

0.162-0,186 и 0,180-0,198, при органоминеральных, соответственно, 0,170-0,198 и 0,170-0,200 %. С глубиной содержание общего азота и валового фосфора уменьшалось.

На основании полученных многолетних данных можно констатировать, что при строгом соблюдении научно обоснованных севооборотов, рекомендованных для зоны недостаточного увлажнения Краснодарского края, применении рациональных систем удобрения, включающих навоз и солому зерновых колосовых культур, можно избежать истощения запасов основных элементов минерального питания и поддерживать содержание их в пахотном слое почвы на уровне средней и высокой обеспеченности (табл. 1).

1. Содержание основных элементов питания в почве в зависимо-

сти от севооборота и системы удобрения _(среднее за 1999-2008 гг.)

Вариант опыта

N-N03, N-NН4

Р2О5

К2О

мг/кг почвы

Зернопропашной севооборот

Исходное содержание (1979 г.) 10,0 12,9 387

Без удобрений (контроль) 10,3 12,7 340

N^53^6 11,2 27,8 363

^0Рю6К72 13,0 44,4 396

^5Р53К36 + 12 т/га навоза 12,9 45,3 413

^5РвК12 + 6 т/га навоза + запашка урожая соломы 11,5 31,7 404

Зернотравянопропашной севооборот

Без удобрений (контроль) 10,8 13,2 336

N^52^0 12,3 28,4 355

^4Рю4К60 13,8 42,8 389

^2Р52К30 + 12 т/га навоза 13,3 43,8 416

^5РвК12 + 6 т/га навоза + запашка урожая соломы 12,1 30,6 390

Анализ азотного режима почвы показал, что уровень азотного питания на естественном фоне контрольных вариантов стабилизировался и составил 10,0-10,8 мг/кг почвы. Минеральные и органические удобрения поддерживали концентрацию минерального азота на уровне 11,2-13,0 и 12,1-13,8 мг/кг почвы. Содержание подвижных фосфатов в контрольных вариантах в третьей ротации севооборота по сравнению с исходным уменьшилось незначительно - на 0,2 мг/кг почвы. При длительном применении удобрений в средних дозах СЫ45?5зК36 и ^2Р104К30) количество подвижного фосфора в пахотном слое почвы возрастанию на 14,9 мг/кг, или в 2,1 раза. Увеличение дозы удобрений в 2 раза повысило содержание Р205 до 44,4-42,8 мг/кг почвы, или в 3,44-3,12 раза.

Применение органоминеральных систем позволило обогатить пахотный слой почвы зернопропашного севооборота подвижными фосфатами на 31,7-45,3 мг/кг почвы, зернотра-вянопропашного - на 30,6-43,8 мг/кг почвы.

Содержание обменного калия в исследуемой почве неудобренных вариантов, по сравнению с исходным, сократилось на 11,8-15,2 %. Снижение содержания К20, независимо от того, что чернозем обыкновенный Западного Предкавказья содержит большие его запасы (1,7-2,0 %), наблюдалось при систематическом внесении средних доз полного минерального удобрения. Только при систематическом применении высокой дозы данного элемента питания в составе удобрений и использовании органоминеральных систем обеспечивается содержание К20 400-415 мг/кг почвы.

Созданный за длительный период (1979-2008 гг.) уровень почвенного плодородия в комплексе с ежегодно вносимыми удобрениями определил величину урожая культур. Применение удобрений в средних дозах (N^40; ^Р^К^; ^Р^К^) под озимую пшеницу обеспечило урожайность этой культуры в зернопропашном севообороте 5,23-5,70 т/га (табл. 2, 3).

%

4 ,2

3 ,9

3 ,6

3 ,3

3 ,0

2. Урожайность озимой пшеницы в зернопропашном севообороте в зависимости от предшественника и доз удобрения, т/га ___(среднее за 1999-2008 гг.)___

Предшественник Вариант опыта Предшественник -горох Вариант опыта Предшественник -сахарная свекла В среднем

Вариант опыта кукуруза озимая пшеница

т/га прибавка к контролю

Без удобрений (контроль) 2,79 3,31 Без удобрений (контроль) 4,13 Без удобрений (контроль) 2,99 3,30

^0Р60К60 5,23 5,59 ^0Р40 5,70 N^60^0 5,13 5,41 2,11

^0Р120К120 + N60 в подкормку весной 5,87 5,82 ^0Р80 + N20 в подкормку весной 5,83 N^120^20 + N40 в подкормку весной 5,77 5,82 2,52

^Р60К60 + 60 т/га навоза 5,74 6,10 ^0Р40 + последействие 60 т/га навоза 5,99 №,0Р60 + последействие 60 т/га навоза 5,74 5,89 2,59

N«^60^» + N35 *+ запашка урожая соломы 2 раза за ротацию 3,79 5,45 Последействие NРК, 35 т/га навоза*и запашка урожая соломы 5,43 Последействие ^0Р80К60, 35 т/га навоза* и запашка урожая соломы 5,05 4,92 1,62

НСР 05 0,14 0,12 0,10 0,12 0,12

* Вносили под озимую пшеницу по колосовому предшественнику. 3. Урожайность озимой пшеницы в зернотравянопропашном севообороте в зависимости от предшественника и доз удобрения, т/га (среднее за 1999-2008 гг.)

Вариант опыта Предшественник Вариант опыта Предшественник -озимая пшеница Вариант опыта Предшественник -сахарная свекла В среднем

эспарцет горох т/га прибавка к контролю

Без удобрений (контроль) 5,11 4,07 Без удобрений (контроль) 3,72 Без удобрений (контроль) 3,50 4,10

^0Р40 6,03 5,71 ^0Р60К60 5,24 N^60^0 5,26 5,56 1,46

N^80 + N20 в подкормку весной 6,19 5,84 ^0Р120К120 + N60 в подкормку весной 5,63 N^120^20 + N60 в подкормку весной 5,86 5,88 1,78

^0Р40+последей-ствие 60 т/га навоза 6,16 5,95 ^0Р60Кю + 60 т/га навоза 5,72 ^0Р60Кб0 + последействие 60 т/га навоза 5,88 5,91 1,81

Последействие NРК, 35 т/га навоза и запашки урожая соломы 5,82 5,67 ^0Р60Кю + 35т/га + навоза + запашка урожая соломы 5,07 Последействие ^0Р80Кб0, 35 т/га навоза и запашка урожая соломы 4,70 5,31 1,21

НСР 05 0,10 0,09 0,12 0,12 0,11

При увеличении доз минерального удобрения до ^0Р80; ^оРшКш; ^гоРшКш сбор зерна составил 5,77-5,82 и 5,846,19 т/га, соответственно, в зернопропашном и зернотравяно-пропашном севообороте.

Применение органоминеральной системы с внесением средней дозы полного минерального удобрения на фоне прямого действия и последействия 60 т/га навоза, обеспечило в среднем за ротацию севооборота 5,74 и 5,88 т/га зерна озимой пшеницы, а периодическое внесение (2 раза за ротацию) средней дозы МРК, 35 т/га навоза и запашка урожая соломы под подсолнечник и сахарную свеклу, в зависимости от севооборота, урожайность 3,79-5,45 и 4,70-5,82 т/га. Прибавки от последействия полного минерального удобрения и навоза составили 0,81-2,06 т/га.

Во все годы исследований урожайность озимой пшеницы была выше в зернотравянопропашном севообороте.

Продуктивность сахарной свеклы во многом определялась уровнем почвенного плодородия, дозами вносимых удобрений и погодными условиями. На неудобренных контрольных вариантах с естественным уровнем плодородия урожайность корнеплодов составила 34,9-36,4 т/га (табл. 4).

При внесении средней дозы минеральных удобрений (^0Р80К60) сбор корнеплодов увеличился на 12,1-15,2 т/га. Высокая доза минеральных удобрений (N12^16(^120) по влиянию на урожайность сахарной свеклы была аналогична средней дозе и органоминеральной системе с использованием последействия 60 т/га навоза, но с более высокими затратами, что свидетельствует о нецелесообразности применения их в зоне недостаточного увлажнения. Достоверная прибавка урожая здесь получена только относительно контрольных вариантов. Не отмечено значительного влияния высоких доз удобрения и на содержание сахара в корнеплодах. Сбор сахара обусловливался величиной урожая. Органоминеральные системы удобрения были равнозначны высокой дозе МРК.

Длительное применение удобрений положительно сказывалось на урожайности подсолнечника. Прибавки урожайности в среднем за 10 лет исследований составили 0,35-0,45 и 0,21-0,29 т/га (табл. 5).

4. Продуктивность сахарной свеклы в зависимости от системы _удобрения и севооборота (среднее за 1999-2008 гг.)_

Вариант опыта Урожайность Сахаристость корнеплодов, % Сбор сахара, т/га

т/га прибавка

Зернопропашной севооборот

Без удобрений (контроль) 34,9 14,0 4,90

^0Р60К60 50,1 15,2 14,5 7,26

^20Р160К120 50,1 15,2 14,0 7,01

^0Р80К60 + последействие 60 т/га навоза 51,2 16,3 13,8 7,07

^Рз0К60 + 30 т/га навоза + запашка урожая соломы 49,7 14,8 14,2 7,06

НСР 05 3,37 1,1

Зернотравянопропашной севооборот

Без удобрений (контроль) 36,4 14,2 5,17

^0Рэ0К60 48,5 12,1 14,2 6,89

^20Р160К120 51,5 15,1 14,1 7,26

^0Рэ0К60 +последействие 60 т/га навоза 51,2 14,8 14,0 7,17

^Рз0К60 + 30 т/га навоза + запашка урожая соломы 51,2 14,8 14,1 7,22

НСР 05 4,03 1,2

Равнозначные прибавки получены при внесении под подсолнечник средней дозы азотно-фосфорных удобрений в минеральной и органоминеральных системах удобрения, что в сравнении с контрольным вариантом выше на 11,1-18,6 %, здесь отмечена и более высокая масличность семянок - 46,047,0 %. Подсолнечник продуктивно использует последействие удобрений, формируя урожайность 2,25-3,03 т/га с содержанием жира в семенах 46,1-46,5 %.

Выводы. Проведенные исследования позволяют заключить, что систематическое длительное насыщение севооборотов минеральными и органическими удобрениями способствует сохранению гумуса на уровне исходного содержания и позволяет добиться его воспроизводства. При этом улучшаются качественные показатели и агрохимические свойства чернозема обыкновенного и повышается продуктивность культур севооборота.

В процессе систематического насыщения почвы элементами минерального питания в средних дозах стабилизировался азотный режим ее, содержание подвижных фосфатов возросло на 115,5-251,2 %, прослеживается тенденция снижения обеспеченности почвы обменным калием. Под воздействием удобрения увеличилась продуктивность всех изучаемых культур, урожайность озимой пшеницы составила 5,5-6,0 т/га, сахарной свеклы 50,5, подсолнечника - 2,82 т/га, с хорошим технологическим качеством.

5. Влияние севооборота и удобрений на урожайность и масличность семян подсолнечника за (1999—2008 гг.)

Севооборот

Вариант опыта зернопропашной зернотравяно-пропашной

Урожайность, т/га

Без удобрений (контроль) 2,41 2,53

N40P60 2,83 0,42 2,82 0,29

N80P120 2,76 0,35 2,80 0,27

НюР60+последействие 60 т/га навоза 2,87 0,45 2,81 0,28

Последействие NPK, 2,81 0,40 2,74 0,21

35 т/га навоза и запашки урожая соломы

НСР05 0,11 0,14

Содержание жира, %о

Без удобрений (контроль) 44,7 43,7

N^60 47,0 2,3 46,6 2,9

^0Р120 45,4 0,7 45,4 1,7

^0Р60+последействие 60 т/га навоза 46,0 1,3 46,7 3,0

Последействие NРК, 35 т/га навоза и запашки урожая соломы 46,5 1,8 46,1 2,4

НСР05 0,5 0,6

Литература

1. Агеев В.В., Подколзин А.И. Система удобрения в севооборотах юга России. - Ставрополь, 2002. - 49 с.

2. Баршадская С.И. Продуктивность озимой пшеницы в северной зоне Краснодарского края. - Краснодар, 2005. - 136 с.

3. Вакал Л.С., Литвин В.Г. Влияние длительного применения удобрений на свойства слабовыщелоченного чернозема и урожай культур севооборота // Влияние длительного применения удобрений на плодородие почвы и продуктивность севооборотов. - М.: Колос, 1974. -С.16-31.

4. Васильев Д.С. Подсолнечник. - Краснодар, 1990. - 174 с.

5. Губанов Я.В. Сахарная свекла - условие выращивания и качество. -Краснодар. КН. изд-во, 1978. - 160 с.

6. Лабынцев А.В. Агрохимические исследования в Государственном научном учреждении Донской зональный научно-исследовательский институт сельского хозяйства Россельхозакадемии // Материалы регионального научно-методич. совещания ученых-агрохимиков Географической сети опытов с удобрениями Северного Кавказа (г. Ставрополь, 14-15 сентября, 2006 г.). - М., 2007. - С. 68-82.

7. Минеев В.Г. Влияние степени насыщения севооборотов органическими и минеральными удобрениями на продуктивность культур и баланс питательных веществ // Влияние длительного применения удобрений на плодородие почвы и продуктивность севооборотов. -М.: Колос. 1980. - С.3-40.

8. Трубилин И. Т., Малюга Н.Г., Василько В.П. Научные основы биоло-гизированной системы земледелия в Краснодарском крае. - Краснодар, 2006.- 431 с.

FERTILITY OF ORDINARY CHERNOZEM AND THE YIELDING CAPACITY OF THE MAIN AGRICULTURAL CROPS

S.I. Barshadskaya, A.A. Kvashin, F.I. Dereka Northern Kuban' Agricultural Experimental Station, Luk'yanenko Research Institute of Agriculture, ul Kleborobov 301a, Leningradskaya, Leningradskii raion, Krasndar krai,

353740 Russia

Changes in potential and effective soil fertilities were studied in long-term stationary fertilizer experiments. The yielding capacity of the main rotation crops was determined depending on preceding crops and fertilizer application rates. Keywords: fertility, fertilizers, crop yield, crop rotation, preceding crop.