CC BY
18
ПЛОДОРОДИЕ
УДК 631.445.25:631.81:631 .452
Плодородие серой лесной почвы при длительном использовании
В.Н. ЯКИМЕНКО, доктор биологических наук
Институт почвоведения и агрохимии СО РАН E-mail: yakimenko@issa.nsc.ru
Показано влияние длительного использования почвы и применения минеральных удобрений на содержание в ней питательных элементов и продуктивность культур в агроценозе.
Ключевые слова: почва, плодородие, агроценоз, минеральные удобрения.
Оптимизация состояния почвенного плодородия невозможна без научно обоснованного использования агрохимических средств, и прежде всего минеральных удобрений, на долю которых приходится не менее 30-S0 % дополнительного прироста урожая [I]. К сожалению, применение удобрений в земледелии России за годы реформ резко сократилось, что ведет к нарастающему ухудшению агрохимических свойств и экологической устойчивости пахотных земель. В сложившейся критической ситуации необходимы государственные меры, направленные на воспроизводство плодородия почв и стимулирование внутреннего рынка минеральных удобрений. Кроме того, очень важны системный мониторинг состояния земель сельскохозяйственного назначения и совершенствование методов, параметров и градаций оценки плодородия пахотных почв [2-S].
В длительном стационарном полевом опыте, заложенном в 1988 г. на целинной серой лесной среднесуг-линистой почве, мы изучали изме-
нение плодородия почвы и продуктивности культур в зависимости от интенсивности использования минеральных удобрений. Схема опыта включала различные варианты удобрения [6], из которых в данной статье рассматриваются наиболее контрастные: 1 - бессменный пар, 2 -без удобрений (контроль), 3 - ЫР, 4 - ЫРК. Минеральные удобрения в форме аммиачной селитры, двойного суперфосфата и хлористого калия вносили ежегодно из расчета компенсации выноса питательных веществ планируемым урожаем выращиваемой культуры. На опытном участке с вариантами 2-4 сначала провели три ротации четырехпольного овощного севооборота (капуста -томат - лук - морковь), а в последующие годы выращивали картофель в монокультуре. Повторность в опыте четырехкратная. Почвенные образцы анализировали стандартными методами [7].
Уровень минерального питания культур оказал существенное влияние на их продуктивность (табл. 1). При исключении из состава полного удобрения даже одного элемента (в нашем случае калия) эффективность продукционного процесса выращиваемых культур заметно снизилась. Следует сказать, что в первые годы освоения серой лесной почвы, обладающей достаточно высокими показателями плодородия, разница в урожайности культур между вариантами опыта была небольшой, но в дальнейшем она нарастала. Длительная эксплуатация естественного плодородия почвы без использования удобрений в контрольном варианте
привела к формированию резко отрицательного баланса элементов питания растений (см. табл. 1). В варианте 3 с внесением только ЫР сложился профицитный баланс азота и фосфора в почве, однако сильный дефицит калия ограничивал урожайность культур до уровня, близкого к контрольному варианту. Следует отметить, что безлимитное азотно-фос-форное питание культур в этом варианте не способствовало значительной дополнительной мобилизации почвенных запасов калия по сравнению с контролем, и баланс элемента в обоих случаях был близким.
Различный уровень минерального питания растений в вариантах многолетнего опыта заметно отразился на ряде параметров почвенного плодородия. Содержание гумуса в почве, отражающее общий уровень ее потенциального плодородия, в варианте с бессменным паром за первые 8-10 лет проведения опытов снизилось примерно на 20 % по сравнению с целиной (табл. 2). В дальнейшем это снижение практически прекратилось, что свидетельствует об установлении в условиях агроцено-за нового стационарного уровня содержания гумуса. В вариантах 2-4 с растениями (контроль, ЫР, ЫРК) четко прослеживается тенденция повышения количества гумуса в почве по мере увеличения урожайности выращиваемых на ней культур, очевидно за счет большего поступления корневых и послеуборочных остатков. Оптимизация минерального питания в вариантах 3 и 4 позволяла поддерживать содержание гумуса в почве на более высоком уровне, чем на неудобренном контроле.
С потерей почвой при сельскохозяйственном использовании части гумусового фонда содержание в ней общего азота также закономерно снизилось (см. табл. 2). Однако эф-
I. Общий урожай культур и баланс элементов питания в полевом опыте за 1988-2010 гг.
U ф 2
ф
Ь
ф
s
ф
Z
IO
о) P
о
Вариант
Урожай, Азот, кг/га фосфор, кг/га Калий, кг/га
ц корм, ед/га вынос поступление баланс вынос поступление баланс вынос поступление баланс
Без удобрений
NP
NPK
1738 2024 2985
2026 -2736 2920 3573 2920
- 2026 595 - - 595 1667
184 835 1780 945 1747
- 653 1097 1780 683 3665
5056
- 1667
- 1747 1391
2. Изменение агрохимических свойств почвы в агроценозе за 1988-2010 гг.
Вариант Гумус Азот Обменные катионы (в 1 М СН3С001\1Н4) рН ~ ВОДН.
общий легко-гидролизуемый нитратный Са Мд К
% мг/кг почвы мг/100 г почвы
Целина 4,89 0,22 85 7 402 17 11 7,3
Пар 4,05 0,17 98 21 343 15 13 7,2
Без удобрений 3,69 0,15 67 8 326 12 8 7,2
ЫР 3,74 0,15 138 43 375 12 8 6,9
ЫРК 3,92 0,17 102 17 358 8 21 6,9
нср05 0,4 0,03 17 11 18 4,4 7,1 0,2
фективное плодородие характеризуется, прежде всего, содержанием в почве подвижных форм этого элемента [8]. По сравнению с исходным показателем минерализация органического вещества почвы при ее длительном паровании привела к заметному повышению содержания в ней легкогидролизуемого и нитратного азота, а пополнение потребностей растений в азоте только за счет его почвенных запасов в контрольном варианте - к существенному снижению. Систематическое внесение азотных удобрений способствовало заметному накоплению этого элемента в пахотном слое, а оптимизация питания культур в варианте с полным минеральным удобрением - более эффективному использованию внесенного азота.
Реакция почвенного раствора без применения минеральных удобрений (пар, контроль) практически не изменилась по сравнению с целиной (см. табл. 2). Длительное же использование азотных удобрений вызвало некоторое подкисление почвы, при этом дополнительное внесение хлористого калия не повлияло на показатель рН.
Сельскохозяйственное освоение целинной почвы и систематическое внесение минеральных удобрений отразилось на содержании в ней обменных катионов (см. табл. 2). Так, количество обменного кальция в почве пара существенно уменьшилось по сравнению с целинным участком, по-видимому, за счет выщелачивания этого элемента. Выращи-
вание растений без удобрения (контроль) привело к дальнейшему понижению уровня кальция в почве. Потери этого элемента от выщелачивания в данном случае значительно превосходят его вынос урожаями культур (по крайней мере, при невысокой их продуктивности). Содержание обменного кальция в варианте с внесением ЫР существенно возросло по сравнению с контролем, несмотря на близкую урожайность культур на обоих участках. Это связано, вероятно, с систематическим применением двойного суперфосфата, содержащего значительное количество кальция.
При внесении калийных удобрений на фоне ЫР (вариант 4) отмечалось явное снижение уровня обменного кальция в почве. Причиной этого, с одной стороны, стал значительный рост урожайности культур благодаря улучшению минерального питания, а с другой - калий, который при высоких дозах внесения мог вытеснить некоторую часть ионов кальция из почвенного поглощающего комплекса.
Снижение содержания обменного магния в почве агроценоза, на наш взгляд, в большей степени обусловлено выносом этого элемента урожаем выращиваемых культур, нежели процессом выщелачивания. Оптимизация калийного состояния почвы и сопутствующий ей рост урожайности привели к заметному уменьшению данного показателя.
Содержание обменного калия в вариантах 2 и 3 с калийным дефици-
Изменение фосфорного состояния почвы в агроценозе за 1988-2010 гг.
0 2
(О о|
г
е и
е;
е
ч
е
е;
м е
т
Вариант Фракционный состав минеральных фосфатов Подвижный фосфор (по Чирикову)
Са-Р, Са-Р,, А1-Р Ре-Р С—-Р, , ,
мг/100 г почвы
Пар 12,5 6,3 4,6 5,5 47,2 18
Без удобрений 2,5 2,3 2,6 3,4 47,2 9
ЫР 32,9 7,4 6,8 8,2 46,9 44
ЫРК 26,6 7,3 5,8 7,2 46,8 43
Нср05 5,4 2,6 2,2 1,3 6,1 4,4
том в почве за первые несколько лет сельскохозяйственного использования участка снизилось примерно до 8 мг/100 г и затем стабилизировалось на этом низком уровне, что негативным образом сказалось на урожайности культур.
Фракционный состав минерального фосфора почвы служит информативным показателем ее фосфорного состояния [9]. Различная интенсивность применения минеральных удобрений в вариантах нашего опыта отразилась на почвенном составе минеральных форм фосфатов (табл. 3). Самой динамичной была фракция наиболее растворимых форм фосфатов щелочных и щелочноземельных металлов (Са-Р,): при дефицитном балансе фосфора (контрольный вариант) ее содержание в почве снизилось в несколько раз по сравнению с паровым участком, а при положительном балансе - значительно возросло. Содержание других фракций фосфатов варьировало меньше, причем по мере снижения степени растворимости отдельных форм минерального фосфора, различия в нем между вариантами опыта сглаживалось. Количество фракции высокоосновных фосфатов кальция типа апатита (Са-Р,,,) при различной агрогенной нагрузке на почву практически не изменялось, фиксации внесенного с удобрениями фосфора в труднодоступной форме не наблюдалось. Очевидно, что трансформация фонда минеральных фосфатов почвы при ее сельскохозяйственном использовании происходила, прежде всего, за счет наиболее доступной растениям фракции Са-Р,, вызывая соответствующие изменения эффективного почвенного плодородия. Внесение повышенных доз фосфорных удобрений способствовало накоплению запасов доступного растениям фосфора и, вероятно, повышению степени мобильности имевшихся почвенных фосфатов.
Содержание подвижного фосфора в почве контрольного варианта
опыта снизилось в два раза по сравнению с паром и целиной и на таком уровне оставалось достаточно стабильно в течение последнихлет. При положительном балансе фосфора в агроценозе содержание его подвижной формы в почве существенно повысилось (см. табл. 3).
Проведенные исследования показали, что комплексный мониторинг пахотных угодий требует использования оптимальных показателей почвенного плодородия и методов их определения, а также градаций обеспеченности почв питательными элементами, разработанных на основании результатов длительных полевых опытов. Например, показатели обеспеченности почв подвижным фосфором и обменным калием хорошо отражают режим накопления этих элементов, но неудовлетворительно - степень истощения почвы. При длительном сильно дефицитном балансе в почве фосфора и калия содержание обменного калия и подвижного фосфора стабилизируется на минимальном уровне, несмотря на перманентный вынос элементов урожаем. Поскольку существующие в Агрохимслужбе градации обеспеченности элементами не учитывают свойства конкретной почвы и усреднены для многих почвенных разновидностей, стабильность основных показателей может создать иллюзию относительной устойчивости плодородия почвы в отношении этих элементов. Кроме того, кислотные вытяжки, используемые в стандартных методах определения подвижного фосфора и обменного калия (по Чи-рикову и Кирсанову), извлекают и определенную часть трудноусваива-емых форм данных элементов, завышая реальные показатели. Поэтому для объективной оценки обеспеченности почвы тем или иным элементом питания обязательно следует учитывать ее свойства (прежде всего, гранулометрический состав и емкость поглощения) и комплексно использовать несколько показателей, характеризующих как наиболее доступные растениям фракции определяемого элемента, так и почвенные ресурсы их потенциального восполнения [6, 10].
Таким образом, проведенные исследования подтвердили, что рациональное применение минеральных удобрений способствует оптимизации баланса питательных веществ в агроценозе и существенному увеличению продуктивности выращиваемых культур. Исключение из состава
полного удобрения хотя бы одного элемента приводит к значительному снижению эффективности других. Экстенсивная же технология, ориентированная на использование естественного почвенного плодородия, приводит к существенному снижению содержания в почве элементов питания растений, в первую очередь и в максимальной степени их наиболее подвижных форм, а в результате к резкому падению урожайности.
Литература
1. Панников В.Д., Минеев В.Г. Почва, климат, удобрение и урожай. - М.: Агро-промиздат, 1987. - 512 с.
2. Минеев В.Г., Бычкова Л.А. Состояние и перспективы применения минеральных удобрений в мировом и отечественном земледелии//Агрохимия, 2003. - № 8. - С. 5-12.
3. Иванов А.Л. Инновационные приоритеты в развитии систем земледелия в России//Плодородие, 2011. - № 4. -С. 2-6.
4. Немченко В.В., Суркова Ю.В. Продуктивность севооборотов и агрохимические показатели почвы при длительном использовании пашни//3емледелие, 2010. - № 10. - С. 9-11.
5. Чеботарев Н.Т., Хомченко А.А., Булатова Н.В. Эффективность длительного удобрения дерново-подзолистой почвы/ /Земледелие, 2010. - № 10. - С. 20-21.
6. Якименко В.Н. Калий в агроцено-зах Западной Сибири. - Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2003. - 231 с.
7. Агрохимические методы исследования почв. - М.: Наука, 1975. - 656 с.
8. Гамзиков Г.П. Азот в земледелии Западной Сибири. - М.: Наука, 1981. -267 с.
9. Гинзбург К.Е. фосфор основных типов почв СССР. - М.: Наука, 1981. -242 с.
10. Якименко В.Н. К вопросу оценки калийного состояния почв агроценозов// Плодородие, 2009. - № 4. - С. 8-10.
Статья поступила в редакцию I0.10.2011
Fertility of grey forest soil in its long-term use
V.N. Yakimenko
There is shown the influence of soil' long-term use and application of mineral fertilizers on the content of nutritive elements and cultures' productivity in agrocoenosis.
Keywords: soil, fertility, agrocoenosis, mineral fertilizers.
Поздравляем!
16 августа исполняется 60 лет Алексею Анатольевичу Завалину
- члену-корреспонденту РАСХН, доктору сельскохозяйственных наук, профессору, академику-секретарю Отделения земледелия Россельхоз-академии.
А.А. Завалин известен в научных кругах как специалист по азотному питанию растений, применению минеральных удобрений и биопрепаратов, регулированию цикла азота в агроэкосистемах.Ученым разработаны закономерности действия удобрений на продуктивность севооборотов, усовершенствованы методы почвенной и растительной диагностики минерального питания растений на мелиорированных землях. Им успешно освоено новое направление в агрохимии - комплексное применение биопрепаратов, оценено их действие на урожайность и качество сельскохозяйственных культур в различных поч-венно-климатических условиях, разработан способ использования в смешанных посевах злаковых и бобовых культур.
А.А. Завалин - соавтор крупных разработок академии по вопросам сохранения и восстановления плодородия земель сельскохозяйственного назначения, комплексному применению средств химизации в агротехнологиях, проблеме воздействия климата на земледелие России. Под его руководством подготовлено S докторов и 34 кандидата наук. Алексей Анатольевич - автор 298 работ, в том числе 12 книг, член редколлегий многих журналов.
Мы поздравляем юбиляра и желаем ему долгих лет плодотворной творческой жизни.
Отделение земледелия РАСХН
Редколлегия и редакция журнала «Земледелие»
со ф 2
ä
ф
Ь Ф ä
s
ф
N> О
Ieiäiöiäea.p65
24.07.2012, 20:59
23
