CC BY
153
УДК: 631.82
А.М. Плотников
СОДЕРЖАНИЕ И ЗАПАСЫ ЭЛЕМЕНТОВ ПИТАНИЯ В ЧЕРНОЗЁМАХ ЗАУРАЛЬЯ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «КУРГАНСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ ИМЕНИ Т.С. МАЛЬЦЕВА», КУРГАН, РОССИЯ
A.M. Plotnikov
CONTENT AND RESERVES OF FOOD ELEMENTS IN CHERNOZOLYAM CHERNOZEM FEDERAL STATE BUDGETARY EDUCATIONAL INSTITUTION OF HIGHER EDUCATION «KURGAN STATE AGRICULTURAL ACADEMY BY T.S. MALTSEV», KURGAN, RUSSIA
Алексей Михайлович Плотников
Aleksei МНкЬш^юЬ! Plotnikov кандидат сельскохозяйственных наук, доцент zem.ksaa@mail.ru
Аннотация. В статье изложены данные исследований по содержанию, запасам в черноземах валовых и подвижных форм элементов питания на различных уровнях сельскохозяйственного использования. Валовое содержание азота в горизонте А целины ОП Курганской ГСХА 0,35 %. С глубиной содержание его уменьшается и в подпахотном горизонте АВ составляет 0,26%. На пашне содержание валового азота в верхнем горизонте составляет 0,23 Более высокие показатели содержания элемента наблюдались на Макушинском ОП. Содержание фосфора на чернозёмах составляло на целинных участках в верхних гумусо-аккумулятивных горизонтах легкосуглинистых почв 0,10-0,11%,
на участках с сельскохозяйственным производством в пахотных горизонтах
- 0,05-0,09%. На тяжелосуглинистом солонцеватом чернозёме содержание колеблется в пределах 0,09-0,13%. Содержание подвижного фосфора на целинном участке опытного поля Курганской ГСХА составило 46,9 мг/кг, на пашне
- 80 мг/кг почвы. Тенденция по увеличению доступного фосфора на старопахотном участке наблюдается на Центральном ОП и Шадринской ОС.
Ключевые слова: валовые формы элементов, чернозём, азот, фосфор, калий.
Abstract. The article presents research data on the content and reserves in the chernozem of gross and mobile forms of batteries at various levels of agricultural use. The gross nitrogen content in horizon A of virgin soil OP Kurgan State Agricultural Academy of 0.35%. With depth, its content decreases and in the subsurface horizon AB is 0.26%. On arable land, the gross nitrogen content in the upper horizon is 0.23. Higher elemental content was observed at the Makush-insky OP. The phosphorus content on chernozem was 0.10-0.11% in virgin areas in the upper humus-accumulative horizons of light loamy soil, 0.05-0.09% in areas with agricultural production in arable horizons. On the heavy loamy alkaline chernozem, the content varies between 0.09-0.13%. The content of mobile phosphorus in the virgin area of the experimental field of the Kurgan State Agricultural Academy was 46.9 mg / kg, on the arable land - 80 mg / kg of soil. The tendency to increase the available phosphorus in the old cultivated area is observed at the Central OP and Shadrinsk OS.
Keywords: gross forms of elements, chernozem, nitrogen, phosphorus, potassium.
Введение. Сохранение, воспроизводство и рациональное использование плодородия земель сельскохозяйственного назначения является одним из основных условий стабильного развития агропромышленного комплекса страны. Мероприятия по оптимальному использованию земельного фонда, контроль за состоянием и воспроизводством почвенного плодородия, их реализация могут быть осуществлены только на основе полной информации о состоянии почвенного покрова [1, 5, 12].
Основные свойства почвы, определяющие плодородие, зависят от ее химического состава, который в свою очередь напрямую связан с минералогическим составом почвообразующих пород. Химический состав минералов, входящих в почвообразующие породы, играет при этом первостепенную роль [6, 9].
Химический состав почвы - важный фактор почвенного плодородия, поскольку многие элементы питания растений не входят в состав минеральных удобрений. Каждый элемент выполняет определенные физиологические функции в растении. При недостатке или избытке какого-либо элемента растения хуже растут и развиваются. Один и тот же элемент образует разные по растворимости и подвижности соединения, от которых зависят доступность их растениям, способность к миграции, реакция среды и др. Химические элементы в почвах находятся в форме различных соединений, отличающихся строением, составом, степенью устойчивости к выветриванию, растворимостью и др. [5, 13].
Растения не способны усваивать необходимые им
элементы из твердых, нерастворимых в воде соединений. Установлено, что живые корни растений выделяют во внешнюю среду кислые вещества, по силе действия равные 1-3% раствору уксусной или лимонной кислоты. Эти кислые выделения корней и способствуют частичному переведению в раствор соединений, находящихся в почве в нерастворимом состоянии. К усвояемым веществам следует отнести почвенные соединения, как растворимые в воде, так и растворимые в слабых кислотах. Источником образования азотистых минеральных соединений являются исключительно органические вещества. Другие питательные элементы (Р, К, Са, S, Fe, Мд) образуются в результате минерализации органических веществ и при выветривании минеральной части почвы. Однако основное значение имеют органические вещества почвы, как главный источник пищи растений. В агрономических целях для характеристики условий питания растений определяют валовое содержание элементов в почве, резерв доступных элементов, количество непосредственно усвояемых элементов из почвы [13].
Данные валового анализа используют для нахождения общего запаса веществ, то есть содержания их в определенном объеме почвы. Запасы фосфора и калия дают представление о потенциальном плодородии почвы. Для того чтобы найти запас какого-либо элемента, нужно знать его потенциальное содержание, мощность и плотность горизонта.
Различают минеральные и органогенные элементы, к
последним относят углерод, водород, кислород и азот, поскольку в основном из них состоят организмы растений.
Валовое содержание элемента - это общее содержание его в почве, независимо от того, в состав каких химических соединений входит этот элемент. При оценке данных валового состава почвы обращают внимание на количественное содержание отдельных элементов. По абсолютному содержанию отдельных элементов можно судить об обогащенности почвы питательными веществами, а следовательно — о ее плодородии. В плодородных, богатых гумусом и элементами питания почвах, например, черноземах содержание валовых форм азота (^ может составлять 0,3- 0,5%, Р205 - 0,2- 0,3%, К20 - 1,5-2,6%, СаО - 2,0-2,5% [13].
Подвижные формы элементов входят в состав более или менее растворимых химических соединений. Подвижные формы обычно извлекают из почвы слабыми растворами щелочей или кислот, растворами гидролитически щелочных или гидролитически кислых солей. Это соединения, непосредственно усваивающиеся растениями или легко переходящие в раствор.
Для оценки обеспеченности почв подвижными формами элементов питания разработаны соответствующие шкалы. В настоящее время разработаны агрономические группировки различных типов почв по содержанию подвижных форм фосфора и обменного калия. За вегетационный период растения усваивают 5-10% от содержания подвижных фосфатов в почвах. Валового калия (К20) в почвах больше, чем азота и фосфора, но основное его количество содержится в почвенных минералах в недоступных формах. Главным источником усвояемого калия служат обменно-по-глощенные и водорастворимые его формы, составляющие до 1,5% от валовых. Растения усваивают 10-20% калия от его обменных форм.
В соответствии с оценочной шкалой составляются картограммы по содержанию фосфора и калия, рассчитываются нормы фосфорных и калийных удобрений.
Проведение комплексных исследований по оценке состояния, направленности и изменения почвенного плодородия и разработки научных основ управления его уровнем при учете агроэкологических и биоэнергетических аспектов в условиях неустойчивого увлажнения в Зауралье является актуальным и имеет научное и практическое значение [2-4, 7, 8, 10, 11].
Для рационального сельскохозяйственного использования и сохранения почвенного плодородия необходимо изучение состояния запасов элементов питания. Поэтому цель исследований - сравнительная оценка содержания и запасов азота, фосфора и калия черноземов на различных уровнях сельскохозяйственного использования.
Методика. Объектами наших исследований на территории Курганской области послужили черноземные почвы (выщелоченные и обыкновенные солонцеватые) (таблица 1).
Для определения влияния антропогенного фактора на процессы почвообразования проводились сопряженные исследования пахотных, залежных и целинных почв чернозёмного типа. Почвенные разрезы на пашне, залежи и целине закладывали на возможно близком расстоянии друг от друга так, чтобы природные факторы почвообразования в отличие от антропогенного фактора были максимально близкими.
С 2007 по 2010 годы исследования чернозёмных почв проводились на опытных полях (ОП) Курганского НИИСХ: в северо-западной агроклиматической зоне - Шадринская опытная станция (ОС) и Шадринское ОП, в восточной зоне - Макушинское ОП, в южной зоне - Южное ОП, в центральной - Центральное ОП, а также исследования проводились на ОП Курганской ГСХА в центральной зоне.
Определение содержания общего азота в почве проводили по ГОСТ 26107-84, валового фосфора и калия - по ГОСТ 26261-84. Определение подвижных соединений фосфора и калия - по методу Чирикова (ГОСТ 26204-91). Плотность сложения почвы генетических горизонтов определяли в естественных условиях.
Таблица 1 - Валовое содержание азота, фосфора и калия в обыкновенных и выщелоченных чернозёмах Курганской области, % к абс. сухой почве
Объект Генетич. горизонт N Р2О5 К2О
Чернозём выщелоченный легкосуглинистый (Опытное поле КГСХА)
Целина А 0,35 0,10 0,55
АВ 0,26 0,06 0,54
Залежь 11 лет А 0,36 0,09 0,52
АВ 0,30 0,09 0,52
Залежь 4 года А 0,29 0,10 0,54
АВ 0,30 0,06 0,52
Пашня Апах 0,23 0,05 0,52
АВ 0,24 0,05 0,54
Чернозём выщелоченный легкосуглинистый (Центральное ОП)
Целина А 0,49 0,11 0,90
АВ 0,37 0,09 0,98
Залежь 10 лет А 0,47 0,08 0,86
АВ 0,37 0,06 0,86
Залежь 4 года А 0,44 0,10 0,86
АВ 0,33 0,08 0,64
Пашня Апах 0,41 0,09 0,90
АВ 0,35 0,09 0,76
Чернозём обыкновенный солонцеватый тяжелосуглинистый (Макушинское ОП)
Целина А 0,51 0,10 1,05
АВ 0,47 0,10 0,98
Пашня Апах 0,37 0,11 1,07
АВ 0,26 0,09 1,02
Чернозём обыкновенный солонцеватый карбонатный тяжелосуглинистый (Макушинское ОП)
Залежь 5 лет А 0,51 0,13 1,18
АВ 0,24 0,12 1,12
Пашня Апах 0,48 0,13 1,18
АВ 0,26 0,12 1,13
Результаты. Общее количество азота в почвах зависит в основном от содержания в них органического вещества и величины гумусового горизонта, так как практически весь азот почвы депонирован в гумусе. Валовое содержание азота в горизонте А целины ОП Курганской ГСХА 0,35%. С глубиной содержание его уменьшается и в подпа-
хотном горизонте АВ составляет 0,26%. На пашне содержание валового азота в верхнем горизонте составляет 0,23% (таблица 1). На Центральном ОП также отмечено более высокое содержания азота, чем на пахотном участке. Разница составила в гумусовом горизонте 0,08%, в подпахотном горизонте - 0,02%. Такая же тенденция наблюдается и на других объектах исследований: содержание азота на целине закономерно больше, чем на пашне. Более высокие показатели содержания элемента наблюдались на Ма-кушинском ОП.
Валовое содержание фосфора характеризует фосфатную емкость почв и является одним из важнейших показателей их потенциального плодородия. Содержание валового фосфора на чернозёмах составляло на целинных участках в верхних гумусо-аккумулятивных горизонтах легкосуглинистых почв 0,10-0,11%, на участках с сельскохозяйственным производством в пахотных горизонтах - 0,050,09%. На тяжелосуглинистом солонцеватом чернозёме содержание колеблется в пределах 0,09-0,13%.
В почвах непрерывно протекают процессы разрушения (минерализации) первичных калийсодержащих минералов и образования вторичных минералов, имеющих коллоидную и предколлоидную дисперсность, которые определяют физико-химические свойства и калийное состояние почв. В результате в почве под естественной растительностью достигается определенное динамическое равновесие между различными формами калия. В агро-ценозах равновесное состояние форм калия встречается значительно реже, так как из пахотных земель калий постоянно отчуждается с хозяйственно ценной продукцией [13]. Проведенные исследования показали, что наибольшее содержание отмечается в солонцеватых тяжелосуглинистых чернозёмах Макушинского ОП. Содержание валового калия составляло на пашне 1,07-1,18%.
Эффективное плодородие почвы определяется не столько общими запасами фосфора и калия, сколько его подвижными формами. Фосфор и калий являются важными элементами минерального питания растений, занимающими лидирующие позиции среди других элементов по выносу с урожаями сельскохозяйственных культур. Тем не менее, мониторингу калийного и фосфатного состояния почв агроценозов уделяется незначительное внимание, а использование соответствующих удобрений находится на минимальном уровне. В обоснование этого феномена обычно приводится тот факт, что основные пахотные почвы содержат довольно высокие запасы калия, среднее и низкое содержание фосфора.
В отличие от азота, соединения которого неустойчивы в почве и легко теряются в результате денитрифика-ции и вымывания, большая часть фосфорных соединений в почве нерастворима и практически из нее не вымывается. Слабая растворимость фосфорсодержащих минеральных и органических соединений является основной причиной низкой доступности фосфатов почвы и удобрений растениям.
Наиболее высокое содержание фосфора встречается, как правило, в верхнем (пахотном) слое почв, что обусловливается, с одной стороны, распределением массы ежегодно отмирающих корней, которые таким образом перемещают (перераспределяют) фосфор из нижних подпахотных слоев почв в верхние, с другой — внесением в пахотный слой почв органических и минеральных удобрений. В ре-
зультате указанных причин в верхнем горизонте старопахотных почв содержание фосфора может быть в 1,5-2 раза выше (таблица 2).
Таблица 2 - Содержание и запас элементов (в слое 0-20 см)
Объект Плотность почвы, г/см3 Содержание и запас элементов (по Чирикову)
Р2О5 К2О
мг/кг кг/га мг/кг кг/га
Чернозём выщелоченный легкосуглинистый (Опытное поле КГСХА)
Целина 1,05 46,9 99 166 349
Залежь 11 лет 1,14 69,0 157 150 342
Залежь 4 года 1,20 78,3 188 134 322
Пашня 1,23 80,0 197 132 325
Чернозём выщелоченный легкосуглинистый (Центральное ОП)
Целина 1,13 127,0 287 219 495
Залежь 10 лет 1,20 117,8 283 180 432
Залежь 4 года 1,26 112,0 282 147 370
Пашня 1,24 140,6 349 142 352
Чернозём обыкновенный солонцеватый тяжелосуглинистый (Макушинское ОП)
Целина 1,09 112,0 244 310 676
Пашня 1,18 62,5 148 232 547
Чернозём обыкновенный солонцеватый карбонатный тяжелосуглинистый (Макушинское ОП)
Залежь 5 лет 1,07 127 272 146 312
Пашня 1,12 125 280 152 341
Чернозём выщелоченный тяжелосуглинистый (Шадринская опытная станция)
Целина 1,01 47 95 173 349
Залежь 11 лет 1,12 54 121 146 327
Залежь 2 года 1,32 70 185 140 370
Пашня (отвал. обработка) 1,36 88 239 134 364
Пашня (безотвал. обработка) 1,30 113 294 159 413
Чернозём выщелоченный тяжелосуглинистый (Шадринское ОП)
Целина 1,06 265 562 283 600
Залежь 8 лет 1,15 86 198 204 550
Залежь 2 года 1,25 65 163 169 423
Пашня 1,26 63 159 156 386
На ОП КГСХА содержание фосфора на целинном участке составило 46,9 мг/кг и характеризовалось как низкое. При ежегодном сельскохозяйственном использовании, дегумификации происходит высвобождение органических соединений и фосфор становится более доступным. Поэтому на пашне его количество увеличилось до 80 мг/кг и по группировке почвы характеризуется как средняя обеспеченность. Такая же тенденция по увеличению доступного фосфора на старопахотном участке наблюдается на Центральном ОП и Шадринской ОС. Обратная картина на Шадринском ОП, где на целине содержание фосфора 265 мг/кг почвы (обеспеченность высокая), тогда как на пашне всего 63 мг/кг (средняя).
Практически на всех чернозёмах опытных полей при определении обменного калия в почве проявляется опре-
деленная закономерность: снижение содержания калия в слое 0-20 см на пашне по сравнению с целиной. Очевидно, такое снижение связано в первую очередь с емкостью ка-тионного обмена, которая на целине выше, чем на пашне. Максимальные запасы калия отмечены в солонцеватом чернозёме (676 кг/га).
Выводы
1 Валовое содержание азота в горизонте А на целинных участках опытных полей выше, чем на старопахотных почвах. На опытном поле академии разница составила 0,08%; Центральном ОП - 0,12; Макушинском ОП - 0,25%.
2 При ежегодном сельскохозяйственном использовании, дегумификации происходит высвобождение органических соединений и фосфор становится более доступным. Тенденция по увеличению доступного фосфора на старопахотном участке наблюдается на ОП Курганской ГСХА, Центральном ОП и Шадринской ОС.
3 Различия в содержании элементов в агрофонах обуславливают необходимость разработки дополнительных мероприятий, направленных на сохранение и восстановление почвенного плодородия.
Список литературы
1 Добровольский Г.В. Экология почв. Учение об экологических функциях почв: учебник / Е.Д. Никитин. 2-е изд., уточн. и доп. М.: Издательство Московского университета, 2012. 412 с.
2 Егоров В.П., Кривонос Л.А. Почвы Курганской области. Курган: Зауралье, 1995. 175 с.
3 Иванюшин Е.А., Плотников А.М. Запасы гумуса и азота в чернозёмах Зауралья. // Вестник Алтайского ГАУ. 2010. № 9 (71). С. 37-40.
4 Иванюшин Е.А., Плотников А.М., Созинов А.В., Яковлев В.А. Эволюция чернозёмов Зауралья и мероприятия по регулированию их плодородия и повышению продуктивности полевых культур./ под общей редакцией В.А. Яковлева. Куртамыш: ГУП Куртамышская типография, 2006. 229 с.
5 Кидин В.В. Агрохимия: учебник / С.П. Торшин. М.: Проспект, 2016. 603 с.
6 Кук Дж. Регулирование плодородия почвы. М.: Колос, 1970. 520 с.
7 Плотников А.М. Изменение содержания и запасов гумуса в чернозёме выщелоченном при сельскохозяйственном использовании // Аграрная наука - основа инновационного развития АПК: материалы международной научно-практической конференции (19-20 апреля 2011 г): в 2-х т. Курган: Изд-во Курганская ГСХА, 2011. Т. 2. С. 323-325.
8 Плотников А.М. Общие физические свойства чернозёма выщелоченного на разных уровнях сельскохозяйственного использования // Проблемы модернизации АПК: материалы международной научно-практической конференции (18-19 мая 2010 г): в 2-х т. Курган: Изд-во Курганской ГСХА, 2010. Т. 2. С. 267-270.
9 Прянишников Д.Н. Избранные сочинения. М.: Изд-во с.-х. литературы, 1963. Т. 3. 647 с.
10 Синявский И.В. Зависимость урожайности сельскохозяйственных культур и агрохимические свойств чернозёма выщелоченного от баланса азота, фосфора и калия в агроценозе // В книге: Челябинскому государственному агроинженерному университету - 70 лет: тезисы докладов
на XL научно-технической конференции. Челябинск: Изд-во Челябинского ГАУ. 2001. С. 395-396.
11 Система адаптивно-ландшафтного земледелия Курганской области, монография. Куртамыш: ГУП «Куртамышская типография», 2012. 494 с.
12 Сычёв В.Г, Кирпичников Н.А. Приёмы оптимизации фосфатного режима почв в агротехнологиях. М.: ВНИИА,
2009. 176 с.
13 Шеуджен А.Х. Агрохимия чернозёма. Майкоп: ОАО «Полиграф-ЮГ», 2015. 232 с.
List of references
1. Dobrovolsky G.V. Soil ecology. The study of the ecological functions of the soil: a textbook / E.D. Nikitin. 2nd ed., Specified. and add. M.: Moscow University Press, 2012. 412 p.
2. Egorov V.P., Krivonos L.A. Soils of the Kurgan region. Kurgan: Trans-Urals, 1995. 175 p.
3. Ivanyushin, EA, Plotnikov, A.M. Reserves of humus and nitrogen in the chernozem Zauralye. // Bulletin of the Altai GAU.
2010. № 9 (71). Pp. 37-40.
4. Ivanyushin E.A., Plotnikov A.M., Sozinov A.V., Yakov-lev V.A. The evolution of chernozem Zauralye and measures to regulate their fertility and increase the productivity of field crops / edited by V.A. Yakovlev. Kurtamysh: State Unitary Enterprise Kurtamysh Printing House, 2006. 229 p.
5. Kidin V.V. Agrochemistry: a textbook / S.P. Torshin. M.: Prospectus, 2016. 603 p.
6. Cook J. Regulation of soil fertility. M.: Kolos, 1970. 520 p.
7. Plotnikov A.M. Changes in the content and stocks of humus in leached chernozem for agricultural use // Agrarian science - the basis of innovative development of the agro-industrial complex: materials of the international scientific-practical conference (April 19-20, 2011): In 2 tons. Kurgan: Publishing house Kurgan State Agricultural Academy, 2011. T. 2. Рр. 323-325.
8. Plotnikov A.M. General physical properties of leached chernozem at different levels of agricultural use // Problems of modernization of the agro-industrial complex: materials of the international scientific-practical conference (May 18-19, 2010): in 2 tons. Kurgan: Publishing house of Kurgan State Agricultural Academy, 2010. T 2. Pр. 267-270.
9. Pryanishnikov D.N. Selected Works. M.: Publishing House S.-H. Literature, 1963. Vol. 3. 647 p.
10. Sinyavsky I.V. Dependence of crop yields and agro-chemical properties of leached chernozem on nitrogen, phosphorus and potassium balance in agrocenosis // In the book for Chelyabinsk State Agroengineering University - 70 years: abstracts of reports at the XL scientific and technical conference. Chelyabinsk: Publishing house of Chelyabinsk State Agrarian University. 2001. Pp. 395-396.
11. The system of adaptive landscape farming of the Kurgan region, monograph. Kurtamysh: State Unitary Enterprise «Kurtamysh Printing House», 2012. 494 p.
12. Sychev V.G., Kirpichnikov N.A. Techniques for optimizing the phosphate regime of soils in agricultural technologies. M.: VNIIA, 2009. 176 p.
13. Sheudzhen A.Kh. Agrochemistry chernozem. Maikop: OJSC Polygraph-Yug, 2015. 232 p.
