CC BY
51
УДК 631 М.С. Патрина
РОЛЬ СЕРОСОДЕРЖАЩИХ УДОБРЕНИЙ В ОПТИМИЗАЦИИ МИНЕРАЛЬНОГО ПИТАНИЯ СЕРОЙ ЛЕСНОЙ И ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТОЙ ПОЧВАХ КРАСНОЯРСКОЙ ПОДТАЙГИ
В статье исследовано влияние применения серосодержащих удобрений на изменение эффективного плодородия почв. На почвах, обладающих кислотностью почвенного раствора 4,2-4,7, показано преимущество применения серосодержащих удобрений под пшеницу по сравнению с известкованием. Установлена возможность получения высоких урожаев при применении серосодержащих удобрений на серой лесной и дерново-подзолистой почвах Красноярской подтайги.
Ключевые слова, кислые почвы, вегетационные опыты, пшеница, серосодержащие удобрения, сульфатная сера, урожай.
M.S. Patrina SULFUR CONTAINING FERTILIZER ROLE IN MINERAL NUTRITION OPTIMIZATION OF GREY FOREST AND SOD-PODZOL SOILS IN KRASNOYARSK SUBTAIGA
Sulfur containing fertilizer application influence on soil effective fertility change is researched in the article. Advantage of sulfur containing fertilizer application under wheat in comparison with liming is shown on the soils in which acidity of soil solution is 4,2-4,7. Possibility of big crop reception at sulfur containing fertilizer application on gray forest and sod-podzol soils in Krasnoyarsk subtaiga is determined.
Key words: acid soils, vegetative tests, wheat, sulfur containing fertilizers, sulphatic sulfur, crop.
В земледельческой части Красноярского края обширную площадь занимают кислые почвы -943,2 тыс. га. По результатам сплошного агрохимического обследования 1964-1996 гг., на пашню приходится 31 % кислых почв. Наибольшее распространение (до 95 % обследованной площади) рассматриваемые почвы имеют в подтаежном природном округе, где площадь пашни составляет 402,9 тыс. га, или 13,1 % пашни края. По данным агрохимического обследования, практически половина пахотных массивов размещается на дерново-подзолистых, темно-серых, серых и светло-серых оподзоленных почвах.
Цель исследований. Изучение влияния серосодержащих удобрений на питание пшеницы при возделывании на кислых почвах.
Материалы и методы исследований. Вегетационные опыты проведены на базе ФГУ ГЦАС «Красноярский» по общепринятой методике [1, 2, 3] на серой лесной и дерново-подзолистой почве разного гранулометрического состава. Почвы отбирались ежегодно в весенний период с пахотного слоя пашни Тюхтетско-го и Козульского районов. Агрохимическая характеристика почв, используемых в качестве объектов исследований, приведена в табл. 1. Дерново-подзолистая почва легкого гранулометрического состава характеризуется очень низким содержанием гумуса (1,7-2,0 %), сильно- и среднекислой реакцией почвенного раствора
- рНКС1 (4,2-5,1 ед.), очень низким содержанием N-N03 (1,0-1,1 мг/кг), очень низким и низким содержанием подвижных фосфатов - 20-67 мг/кг (по Кирсанову) и низким содержанием К20 (60-71 мг/кг (по Кирсанову)). Содержание подвижной серы в данной почве низкое и среднее (2,0-9,3 мг/кг), Са и Мд - 5,8-7,2 и 1,2-1,3 мэкв/100 г соответственно.
Тяжелосуглинистые почвы более гумусированы (3,2-4,9 %), с большим содержанием макроэлементов N-N03 (3,2-4,4 и 3,5-8,6 мг/кг в серой лесной и дерново-подзолистой почве соответственно), а также Р205 (77-109 и 43-74 мг/кг) и К20 (64-96 и 58-104 мг/кг). Уровень содержания Са и Мд в почвах тяжелого гранулометрического состава также выше, чем в легкосуглинистой почве (9,2-12,9 и 11,0-16,1 мэкв/100г Са и 1,8-2,5 и 2,3-2,8 мэкв/100г Мд).
Таблица 1
Агрохимическая характеристика почв, используемых в опытах
Показатель Почва
дерново-подзолистая легкосуглинистая серая лесная тяжелосуглинистая дерново-подзолистая тяжелосуглинистая
Варьирование значений Среднее за 2001-2004 гг. Варьиро- вания значений Среднее за 2001-2004 гг. Варьирование значений Среднее за 20012004 гг.
Гумус,% 1,7-2,0 1,8 3,2-3,4 3,3 3,44,9 4,3
pHKCI, ед. 4,2-5,1 4,7 4,245 4,4 4,24,7 4,4
Ca, мг экв/100 г 5,8-7,2 6,4 9,2-12,9 11,6 11,0-1б,1 13,5
Mg, мг экв/100 г 1,2-1,3 1,3 1,8-2,5 2,0 2,3-2,8 2,4
Hr, мг экв/100 г 2,б-3,4 3,1 5,5-7,6 6,4 б,1-9,2 7,6
AI, мг экв/100 г 0,010-0,115 0,045 0,038- 0,105 0,069 0,28-0,131 0,088
H, мг экв/100 г 0,000-0,019 0,006 0,000- 0,021 0,010 0,010- 0,021 0,015
S, мг/кг 2,0-9,3 4,8 2,6-5,2 3,6 2,7-3,1 5,6
N-NO3, мг/кг 1,0-1,1 1,1 3,244 3,8 3,5-8,б 2,9
P2O5, мг/кг 20-б7 43,0 77-109 92,3 43-74 57
K2O, мг/кг б0-71 66,3 64-96 79,3 58-104 83,8
В сосуды емкостью 5 кг почвы вносили питательные вещества в виде минеральных удобрений и химических солей по следующей схеме: 1) контроль; 2) ЫР; 3) ЫР+К^оц; 4) МР+К(К2во4); 5) МР+К(ксц+Мд804 (1,5 г); 6) МР+К(ка_)+Мд304(12,0 г); 7) ЫР+<(ка)+Са003; 8) МР+К(кац+8(0,33 г); 9) NP+K(кcL)+S(0,08 г); 10) КН2Р04+Мд\Ю3+\1Н4\Ю3+К^ в дозах, общепринятых [1] для проведения вегетационных опытов (табл. 2). Азот и фосфор вносили в виде нитроаммофосфата, калий - в виде хлористого. Серосодержащие удобрения: сернокислый калий (х.ч.), сернокислый магний и сера элементарная. В качестве известкового материала использовали углекислый кальций (х.ч.). При вычленении действия магния в формировании урожаев был использован азотнокислый магний, внесенный на фоне калия фосфорнокислого однозамещенного в количествах, эквивалентных внесению азота и фосфора с нитроаммофосфатом и магния с сернокислым магнием. Повторность вариантов в опытах 4-кратная.
Таблица 2
Дозы химических веществ, внесенных в почву сосудов перед посевом семян
Вид удобрения Форма вносимого вещества Вносимая доза действующего вещества
г/сосуд г/кг почвы мг/кг почвы
Нитроаммофосфат N и P2O5 0,5 и 0,5 0,1 и 0,1 10,0 и 10,0
Калий хлористый K2O 0,5 0,1 10,0
Углекислый кальций CaCO3 8,0 2,0 20,0
Сернокислый калий -SO42- и K2O 0,17 и 0,5 0,034 и 0,1 3,4 и 10,0
Сернокислый магний (1,5 г) -SO42- и MgO 0,2б и 0,36 0,052 и 0,064 5,2 и 6,4
Сернокислый магний (12,0 г) -SO42- и MgO 0,52 и 0,64 0,104 и 0,128 10,4 и 12,8
Сера элементарная S2+ 0,33 0,066 б,б
S2+ 0,08 0,016 1,б
Тестовая культура - пшеница сорта Тулунская-12. В течение вегетации на каждый сосуд приходилось по 20 растений пшеницы. Уборку ее проводили в фазу полной спелости. В растительных образцах (в зерне и соломе пшеницы) определен их химический состав. Из каждого сосуда по окончании опытов отбирался средний образец почвы для определения изменений агрохимической характеристики. Анализы почвы и растений проводился по принятым в агрохимической службе методикам, ГОСТам и ОСТам.
Статистическая обработка результатов была проведена по [3] с использованием программы Microsoft Excel 2007.
Результаты исследований и их обсуждения. В табл. 3 приведены результаты урожая зерна, полученного в опытах в среднем за три года. Внесение NP способствует увеличению зерна пшеницы в 3 раза в сравнении с контролем. По среднемноголетним данным, при внесении азотно-фосфорного удобрения урожай зерна пшеницы составлял 9,7 г против 3,2 г зерна, полученных в контрольном варианте.
Таблица 3
Урожайность пшеницы, г/сосуд (среднее за три года)
Вариант Опыт № 1(дерново-подзолистая легкосуглинистая почва) Опыт № 2 (серая лесная тяжелосуглинистая почва) Опыт № 3 (дерново-подзолистая тяжелосуглинистая почва) В среднем по опытам 1, 2, 3
Урожай зерна по вариантам Прибавка к ИР Урожай зерна по вариантам Прибавка к NP Урожай зерна по вариантам Прибавка к ИР Урожай зерна по вариантам Прибавка к NP
Контроль 1,9 3,3 4,4 3,2
ИР 6,7 10,6 11,7 9,7
ИР+КЬи 5,8 -0,9 10,5 -0,2 10,7 -1,0 9,0 -0,7
МР+К(ка_)+0аС03 6,7 0,0 10,0 -0,6 10,4 -1,3 9,0 -0,6
МР+К(к2эо4) 16,1 9,5 15,3 4,7 10,7 -1,0 14,0 4,4
МР+К(ка_)+МдЗО4(12,0г) 14,9 8,2 15,3 4,6 9,4 -2,3 13,2 3,5
МР+К(Ксі_)+Мд304(1,5г) 14,8 8,1 16,4 5,8 11,6 -0,1 14,3 4,6
Мр+к(ко_)+5(0,зз) 11,5 4,9 20,1 9,5 13,7 2,0 15,1 5,5
ЫР+К(КС_)+3(0 08) 7,0 0,4 18,7 8,1 6,6 -5,1 10,8 1,1
КН2Р04+МдИ0з +Ж4М0з+КС_ 1,9 -4,8 8,2 -2,4 2,1 -9,6 4,1 -5,6
НСР 0,95 0,7-2,1 0,9-1,0 0,8-1,1
В зависимости от почвы, на которой проводился опыт, при внесении NP урожай зерна превосходил контрольный вариант в 2,7-3,4 раза. Наибольшее увеличение урожая зерна происходило на дерновоподзолистой почве легкого гранулометрического состава (в 3,4 раза), а наименьшее - на дерновоподзолистой почве тяжелого гранулометрического состава (в 2,7 раза).
Внесение же калия хлористого по фону NP отражается на величине урожая зерна незначительными отклонениями от уровня, полученного на NP, причем в меньшую сторону. Аналогичная тенденция влияния на урожай СаСО3, внесенного на фоне ИРК.
Внесение S-содержащих удобрений увеличивает урожай зерна в 2,4 раза (на 9,5 г) по сравнению с ИР и в 8,4 раза превышает урожай в контроле. В исследуемых почвах влияние серы на величину урожая происходит в разной степени. Так, например, внесение серы в дерново-подзолистую почву легкого гранулометрического состава увеличивает урожай зерна в 2,4 раза (на 9,5 г), в то время как при ее же применении на серой лесной почве прибавки по зерну несколько ниже - в 1,9 раза в сравнении с NP (хотя по абсолютным цифрам прибавки равнозначны - до 9,5 г), а в дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почве при внесении серы его урожай значительно не изменяется.
Виды серосодержащих удобрений также по-разному влияют на урожай зерна пшеницы. Так, например, применение сульфатных форм калия и магния на дерново-подзолистой почве легкого гранулометрического состава имеет наибольший эффект по прибавке зерна (прибавки порядка 8,1 -9,5 г), в сравнении с элементарной формой серы (где прибавки порядка 0,4—4,9 г). Однако на серой лесной почве применение данных форм серы менее эффективно (прибавки 4,6-5,8), а вот внесение элементарной серы, напротив, имеет преимущество (прибавки на 8,1-9,5 г). При внесении серы в дерново-подзолистую почву в любой из вышеперечисленных форм по влиянию на урожай зерна не выявлено какой-либо четкой закономерности.
При вычленении роли магния в формировании урожая зерна по варианту с внесением Мд на фоне ИРК без серы получен вес зерна намного меньший (в 1,3-5,6 раза) в сравнении с урожаем на NPK (табл. 3).
Растения на вариантах с внесением серы существенно отличались по высоте и внешнему виду: они были ярко-зеленого цвета, без признаков хлороза, листовые пластины были крупные, стебли крепкие (рис.).
Внешний вид на дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почве: 1) контроль; 2) NP; 3) NP+K(KCL);
4) НР+К(К2804); 5) НР+К(К0Ц+Мд804 (12,0 г); 6) НР+К(К0Ц+0а003; 7) НР+К(КСЦ+8(0,33 г);
8) НР+К(КСЦ+8(0,08 г); 9) КН2Р04+МдМ03+МН4М03+Ка
На вариантах без внесения серы растения выглядели иначе: они имели признаки серного голодания -хлоротичный окрас. При недостатке серы задерживается синтез белков, так как затрудняется синтез аминокислот, содержащих этот элемент. В связи с этим проявление признаков недостаточности серы имело сходство с признаками азотного голодания, но листья не отмирали, хотя окраска их становилась бледной. Развитие растений замедлялось, уменьшался размер листьев, удлинялись стебли, черешки становились деревянистыми.
В табл. 4 приведены результаты анализа почвы из сосудов. Содержание сульфатной серы в почве сосудов после уборки опытов характеризовалось как низкое и составило 3,4 мг/кг.
Из всех почв наиболее высоким содержанием SO4 характеризуется дерново-подзолистая почва тяжелого гранулометрического состава. Содержание SO4 в данной почве составляет 4,5 мг/кг.
Таблица 4
Содержание сульфатной серы в почвах к концу вегетации растений, мг/кг (среднее за три года)
Вариант Опыт № 1 (дерновоподзолистая легкосуглинистая почва) Опыт № 2 (серая лесная тяжелосуглинистая почва) Опыт № 3 (дерновоподзолистая тяжелосуглинистая почва) В среднем по опытам 1, 2, 3
Содержание Э04 в исходных почвах, мг/кг
2,9 2,8 4,5 3,4
1* 2** 1* 2** 1* 2** 1* 2**
Контроль 3,4 0,5 5,5 2,6 3,6 -0,9 4,1 0,7
ИР 2,7 -0,2 3,1 0,3 1,7 -2,7 2,5 -0,9
ИР+КСкои 2,4 -0,5 3,0 0,2 1,6 -2,9 2,3 -1,1
МР+К(ка_)+0аС03 5,6 2,6 3,7 0,9 3,0 -1,5 4,1 0,7
МР+К(к2зо4) 35,7 32,8 38,8 36,0 28,0 23,5 34,2 30,8
МР+Кскоц+МдЭО^ог) 485,8 482,8 328,3 325,5 335,5 331,0 383,2 379,8
МР+К(ко1)+Мд304(15г) 33,5 30,5 39,7 36,9 24,2 19,8 32,5 29,1
МР+К(ка_)+5(0,зз) 7,4 4,5 9,1 6,3 9,6 5,1 8,7 5,3
ИР+к(кС_)+3(0 08) 4,5 1,6 2,3 -0,5 1,9 -2,6 2,9 -0,5
КН2Р04+МдИ0з +Ж4М0з+КС_ 3,4 0,5 1,3 -1,5 0,9 -3,6 1,9 -1,5
* - содержание 804 по вариантам; ** - изменения в содержании 804 относительно исходного.
При внесении серосодержащих удобрений содержание сульфатной серы в почве увеличивается, причем наибольшие изменения произошли в почвах с меньшим ее исходным содержанием, а именно в дерново-подзолистой легкосуглинистой (с исходным содержанием SO4 - 2,9 мг/кг) и серой лесной тяжелосуглинистой (с исходным содержанием SO4 - 2,8 мг/кг). Так, например, при внесении К2Э04 в почвах с более низким исходным содержанием сульфатной серы ее содержание увеличилось в 12,3-13,9 раза, в то время как в дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почве (с более высоким исходным содержанием SO4) изменения произошли в 6,2 раза, что вдвое меньше. Аналогичная закономерность наблюдается при внесении всех других форм используемых серосодержащих удобрений - сернокислого магния и серы элементарной. Следует отметить, что при внесении меньшей из доз серы элементарной увеличение SO4 относительно исходного происходит лишь в почве легкого гранулометрического состава.
Также интересен факт того, что в почвах с более низким содержанием сульфатной серы при внесении СаСОз без внесения серы происходит увеличение ее содержания на 0,9 и 2,6 г в серой лесной и дерновоподзолистой почвах соответственно, что составляет 32-93 % относительно исходного.
О качестве зерна пшеницы можно судить по соотношению серы к азоту в дополнении с оценкой уровня содержания серы в зерне. Считается, что содержание серы более 0,12 % не лимитирует урожай, а соотношение при этом S:N, равное 14-16, является оптимальным и свидетельствует о высоком качестве зерна [4, 5].
Содержание серы в зерне пшеницы менее 0,12 %, свидетельствующее о ее дефиците, отмечено в нескольких случаях: в серой лесной тяжелосуглинистой почве по вариантам МР+К(коц, МР+К(коц +СаС03, а также в обоих вариантах с внесением элементарной серы. Подобная закономерность проявлена и в дерново-подзолистой почве тяжелого гранулометрического состава. Данное обстоятельство является свидетельством того, что в указанных вариантах был дефицит серы, а значит, уровень урожая сдерживался данным элементом. Сравнительный анализ наименований вариантов позволяет подтвердить высказывания ряда авторов о том, что при невысоких урожаях растениям достаточно почвенной серы, а потребность в сере возникает при формировании высокого уровня урожая. А именно, в применении к нашим опытам в контрольном варианте с небольшой урожайностью растения пшеницы характеризуются бездефицитным (0,13-0,18 %) количеством серы (табл. 5).
При внесении азотно-фосфорного удобрения повышается уровень питания растений, устраняется недостаток азота и фосфора, и растениям при формировании большего количества биомассы начинает нехва-тать серы. Ее содержание в зерне меньше, чем на контроле. А вот в легкосуглинистой почве не по одному из вариантов содержание серы в зерне пшеницы не было дефицитным. Это позволяет заключить, что в данной почве сера не лимитировала урожай пшеницы. Эта почва отличалась легким гранулометрическим составом, а значит меньшим содержанием илистой фракции и меньшей поглотительной способностью. Таким образом, поскольку вода, просочившаяся в поддоны сосудов, поступала обратно в сосуд, а следовательно, что и вымывшаяся с ней сера вновь возвращалась в почву. В почвах тяжелого гранулометрического состава некоторая часть серы поглощалась почвой и предположительно, что поглощение серы в почвах тяжелосуглинистых происходило в большей степени. А значит на тяжелых почвах ее доступность растениям в некоторой степени сокращалась вследствие поглощения (закрепления) ее в почве. На легкой почве доступность серы растениям продолжалась более длительный период, вплоть до поздних этапов вегетации. В результате зерно пшеницы в опыте на легкой почве даже при повышении уровня минерального питания (по вариантам NP, NPK и NPK+CaCO3) и формировании большего урожая содержит бездифицитное (более 0,12 %, а именно 0,14-0,15 %) количество серы (табл. 5).
При внесении в почву серосодержащих удобрений содержание серы в зерне увеличивается (табл. 5). При внесении сульфатных форм серы (сернокислого калия и сернокислого магния) ее содержание в зерне больше (находится в пределах 0,16-0,21 % в опытах № 1 и № 2, а в опыте № 3, поставленном на дерновоподзолистой тяжелосуглинистой почве 0,18-0,30 %) в сравнении с уровнем содержания серы в зерне по вариантам с элементарной серой (0,17 % в опыте на легкосуглинистой почве и 0,09-0,11 % в опыте на тяжелосуглинистой почве).
Таблица 5
Содержание и соотношение серы к азоту в зерне пшеницы (%)
Вариант Контроль ИР МР+К(ка_) Опыт № во-под легкосу пс Э, % 0,18 0,14 0,14 1 (дерно-золистая глинистая чва) N : Э 12,5 21,0 18,3 Опыт № лесная т глиниста Э, % 0,13 0,13 0,11 2 (серая яжелосу-)я почва) N : Э 16,7 17.1 19.1 Опыт № 3 во-подзо тяжелос стая п Э, % 0,14 0,07 0,12 (дерно- )листая углини- очва) И: Э 9,3 16,1 21,5 В средне там ' Э, % 0,15 0,12 0,11 м по опы-, 2, 3 И : Э 12,8 18,1 19,6
МР+К(ко1_)+СаС03 0,15 21,6 0,10 17,0 0,07 15,9 0,12 18,2
МР+К(К2Э04) 0,17 13,8 0,18 14,7 0,20 12,4 0,18 13,6
МР+К(КС1_)+Мд304(12,0г) 0,21 13,9 0,21 14,3 0,30 13,9 0,23 14,0
МР+К(КС1_)+Мд304(1,5г) 0,19 15,0 0,16 13,9 0,18 14,4 0,18 14,4
МР+к(КС1_)+5(0,33) 0,17 10,2 0,11 17,6 - - 0,15 13,9
МР+К(КС1_)+3(0 08) 0,17 17,1 0,09 16,7 - - 0,13 16,9
КН2Р04+Мд1\Ю3 +Ж4М03+КС_ 0,22 12,2 0,15 15,7 - - 0,19 14,0
Заключение. Результатами проведенных опытов показана возможность увеличения урожая пшеницы при использовании серосодержащих удобрений. При применении серосодержащих удобрений возможно получение более высоких урожаев пшеницы на дерново-подзолистой и серой лесной почвах Красноярской подтайги, обладающих кислой реакцией почвенного раствора.
Уровень урожая зерна пшеницы от внесения азотно-фосфорного удобрения возрастает в 2,7-3,5 раза, а внесение калия и углекислого кальция на азотно-фосфорном фоне не имеет преимущества в сравнении с NP. Серосодержащие удобрения обеспечивают значительное увеличение веса зерна в 2,4 раза в сравнении с ИР и до 8,4 раза в сравнении с контролем.
Внесение серы значительно увеличивает содержание сульфатной серы в почве. При внесении серосодержащих удобрений увеличивается содержание серы в зерне пшеницы.
Из испытуемых форм Э-удобрений сульфатные формы имеют преимущество относительно серы элементарной в увеличении урожая зерна, а также увеличения процента содержания серы в зерне пшеницы.
При внесении серосодержащих удобрений соотношение N:S в зерне пшеницы становится приближено к оптимальному по оценке его качества, что является свидетельством сбалансированности минерального питания.
Литература
1. Агрохимические методы исследования почв. - М.: Наука, 1975.
2. Пискунов А.С. Методы агрохимических исследований. - М.: КолосС, 2004. - 312 с.
3. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта. - М.: КолосС, 1979. - 416 с.
4. Маслова И.Я. Диагностика и регуляция питания яровой пшеницы серой. - Новосибирск: Наука, 1993.
- 124 с.
5. Хоменко А.Д. Серное питание и продуктивность растений. - Киев: Наук. думка, 1983. - С. 5-29.
