CC BY
14
DOI: 10.24411/1029-2551-2020-10031
УДК 631.816.3:631.417.2(470.317)
ВЛИЯНИЕ ДЛИТЕЛЬНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ РАЗЛИЧНЫХ СИСТЕМ УДОБРЕНИЙ НА ДИНАМИКУ ГУМУСА В ПАХОТНОМ СЛОЕ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТОЙ ПОЧВЫ КОСТРОМСКОЙ ОБЛАСТИ
1М.В. Иванова, к.с.-х.н., 1П.А. Солдатов, к.с.-х.н., 2А.А. Плотников, к.с.-х.н.
1 Костромская ГСХА, e-mail: [email protected] 2Станция агрохимической службы «Костромская», e-mail: [email protected]
Изложены результаты оценки влияния различных систем удобрений на содержание и фракционный состав гумуса дерново-подзолистой почвы Костромской области. Полевые исследования проводили в 1992-2012 гг. в условиях длительного, стационарного полевого опыта Костромской ГСХА. Полевой севооборот включал следующие варианты: пар занятый (викоовсяная смесь на зеленую массу) - лен - ячмень + многолетние травы - многолетние травы 1 г.п. - яровая пшеница -овес. Органические удобрения вносили под викоовсяную смесь и яровую пшеницу, минеральные удобрения под все культуры. В качестве минеральных удобрений использовали аммиачную селитру, суперфосфат двойной и калий хлористый. Насыщенность органическими удобрениями составляла 12,8 и 6,4 т/га в год при органической и органоминеральной системах удобрений соответственно. За двадцатилетний период минеральная система удобрения обусловила снижение запасов гумуса на 0,46-0,94%, то есть за год почва теряет 0,02-0,04%. Применение органических удобрений, особенно за последние три ротации, имело тенденцию к увеличению гумуса. За двадцатилетний период применение подстилочного навоза на первом фоне привело к увеличению содержания гумуса в пахотном слое на 1,32%, в условиях дерново-подзолистых почв в год воспроизводство гумуса было в пределах 0,07%. На делянках второго фона с применением навоза содержание гумуса к 2012 г. достигло 2,83-2,85%, что достоверно превышало контроль. В процессах гумификации при применении органики преобладало формирование гуминовых кислот, связанных с кальцием, в отличие от контроля и минеральной системы удобрений, где формировались свободные фульвокислоты.
Ключевые слова: плодородие почвы, содержание гумуса, лабильные формы гумусовых веществ, гуминовые кислоты, фульвокислоты, Костромская область.
INFLUENCE OF LONG-TERM USE OF FERTILIZERS ON THE DYNAMICS OF HUMUS IN THE ARABLE LAYER OF SODDY-PODZOLIC SOIL OF THE KOSTROMA REGION
lPh.D. M.V. Ivanovo lPh.D. P.A. Soldatov, 2Ph.D. A.A. Plotnikov
1 Kostroma State Agricultural Academy, e-mail: [email protected] 2State Station of Agrochemical Service «Kostromskaya», e-mail: [email protected]
The article represents the results of evaluating offertilizer systems on the content and fractional composition of humus in the sod-podzolic soil of the Kostroma region. Field research was conducted in 1992-2012 in the conditions of long-term, stationary field experience of the Kostroma State Agricultural Academy. Variants were studied in the field crop rotation: vetch-oat mixture for green mass - flax - barley + perennial grasses -perennial grasses 1st year - spring wheat - oat. Organic fertilizers were applied for vetch-oat mixture and spring wheat, and mineral fertilizers for all crops. Ammonium nitrate, double superphosphate, and potassium chloride were used as mineral fertilizers. The saturation of organic fertilizers was 12.8 and 6.4 t/ha per year for organic and organic-mineral fertilizer systems, respectively. Over a twenty-year period, the mineral fertilizer system caused a decrease in humus reserves by 0.46-0.69%, which means that soil lose 0.02-0.03% over the year. The use of organic fertilizers, especially in the last three rotations, tended to increase the humus. Over a twenty-year period, the use of litter manure on the first level led to an increase in the humus content by 1.32%. The humus content reached 2.83-2.85% by 2012, which significantly exceeded the control on plots of the second level with the use of manure. In humification processes, the use of organic matter was dominated by the formation of humic acids associated with calcium, in contrast to the control and mineral fertilizer system, where free fulvic acids were formed.
Keywords: soil fertility, humus content, labile forms of humic substances, humic acids, fulvic acids, the Kostroma region.
Воспроизводство плодородия дерново-подзолистых почв в Нечерноземной зоне связано прежде всего с увеличением содержания гумуса, который служит не только носителем питательных веществ для растений, но и источником энергии для полезной почвенной микрофлоры, существенно влияет на структуру, водно-воздушные и другие свойства почвы [1-5]. В условиях промывного режима в зависимости от вида возделываемых полевых культур почвы теряют в среднем от 0,5 до 1,5 т/га гумуса ежегодно [6, 7]. Для восполнения таких потерь гумуса необходимо вносить большое количество органических удобрений. С 1991 г. применение органических удобрений в Костромской области снизилось с 3,6 до 1,2 т/га, что привело к увеличению почв с низким содержанием гумуса на 11,3%. Средневзвешенное содержание гумуса по области за десятый тур обследования (2006-2016 гг.) - 2,1%. Среднегодовое внесение за 2016-2017 гг.: азота -3,2 кг/га д.в.; органических удобрений - 1,1 т/га. Данное количество удобрений не может обеспечить ни бездефицитный баланс гумуса, ни высокую урожайность сельскохозяйственных культур.
Содержание гумуса, его фракционный состав -это основные критерии оценки почвенного плодородия, а в последние годы все больше рассматриваются и с точки зрения экологической устойчивости почвенного покрова как компонента биосферы. Поэтому изучение влияния различных приемов, направленных на расширенное воспроизводство органического вещества почвы, - актуальная задача современной агрономии.
Цель исследований - изучить влияние длительного применения различных систем удобрений
на динамику содержания и фракционный состав гумуса в пахотном слое дерново-подзолистой легкосуглинистой почвы.
Условия, материалы и методы. Исследования проводили на дерново-подзолистой легкосуглинистой почве в условиях длительного стационарного полевого опыта кафедры агрохимии, почвоведения и защиты растений как один из разделов темы: «Влияние систем удобрений на продуктивность культур, плодородие дерново-подзолистой почвы и ее экологическое состояние». Опыт был заложен в 1969 г. на опытном поле Костромской ГСХА. Опыт включен в реестр Географической сети опытов с удобрениями и другими агрохимическими средствами Российской Федерации (Аттестат длительного опыта № 076 от 010-02-2006 г). Схема опыта:
1. Контроль (без удобрений);
2. Минеральная схема (№К в форме минеральных удобрений);
3. Органическая система (№К в форме органических удобрений);
4. Органоминеральная система (№К в форме органических и минеральных удобрений).
Стационарный полевой опыт имеет общую площадь 1,5 га, размер опытной делянки 100 м2, площадь учетной делянки 28-30 м2, повторность в опыте четырехкратная. Делянки в опыте размещены методом рандомизированных повторений (рис. 1).
При закладке опыта в 1969 г. были искусственно созданы фоны, отличающиеся содержанием органического вещества в пахотном слое почвы. Агротехника культур в опыте была общепринятая для условий Костромской области.
IV повторность III повторность
№ варианта № делянки № варианта № делянки
3 32 2 24
4 31 4 23
1 30 1 22
2 29 3 21
3 28 2 20
2 27 3 19
4 26 4 18
1 25 1 17
№ варианта № делянки № варианта № делянки
4 16 2 8
3 15 3 7
1 14 4 6
2 13 1 5
3 12 1 4
4 11 2 3
2 10 3 2
1 9 4 1
II повторность I повторность
_ Фон 2 (содержание гумуса 3,0%)
_ Фон 1 (содержание гумуса 1,5%)
Рис. 1. Схема расположения делянок
Полевой севооборот включал следующие варианты: пар занятый (викоовсяная смесь на зеленую массу) - лен - ячмень + многолетние травы - многолетние травы 1 г.п. - яровая пшеница - овес.
Дозы внесения удобрений рассчитаны с учетом выноса питательных веществ урожаем полевых культур и предполагают создание бездефицитного баланса гумуса (табл. 1). Органические удобрения вносили согласно схеме опыта под викоовсяную смесь и яровую пшеницу, минеральные удобрения под все культуры. В качестве минеральных удобрений использовали аммиачную селитру, суперфосфат двойной и калий хлористый. Насыщенность органическими удобрениями составляла 12,8 и 6,4 т/га в год при органической и органоминеральной системах удобрений соответственно.
Отбор почвенных проб для проведения общего агрохимического анализа производили ежегодно после уборки опытной культуры со всех повторно-стей. Викоовсяная смесь и многолетние травы в опыте убирали на зеленую массу. Уборку льна-долгунца проводили в фазе ранней желтой спелости, получая семена и льносолому. Ячмень, яровую пшеницу и овес убирали на зерно и одновременно измельчали солому, которая оставалась на поле.
Определение гумуса проводили по методу И.В. Тюрина, определение группового и фракционного состава гумуса - по методу И.В. Тюрина в модификации В.В. Пономаревой и Т.А. Плотниковой [8, 9].
В нашей работе представлена динамика гумуса в течение 20 лет, с 1992 по 2012 г. Статистическая обработка данных на ПЭВМ произведена с помощью метода дисперсионного анализа данных с использованием стандартного пакета анализа данных в Microsoft Excel.
Результаты и обсуждение. На делянках первого фона полевого севооборота (табл. 2) наименьшее содержание гумуса к 2012 г. характерно для минеральной системы удобрений. Причем это значение близко к критическому уровню, которое для дерново-подзолистых почв составляет 1,2%. За двадцатилетний период минеральная система удобрения обусловила снижение запасов гумуса на 0,46%, то есть за год почва теряет 0,02% или 0,06 т/га. Это объясняется низкой урожайностью культур и, как следствие, недостаточным накоплением растительных остатков.
Применение органических удобрений, особенно по данным за последние три ротации, имело тенденцию к увеличению гумуса. За двадцатилетний период применение подстилочного навоза на первом фоне способствовало увеличению содержания гумуса в пахотном слое на 1,32%. За анализируемый период на этом варианте суммарно было внесено 271 т/га подстилочного навоза, следовательно, в условиях дерново-подзолистых почв в год воспроизводство гумуса было в пределах 0,07%. К 2012 г. содержание гумуса на этом варианте превышало контроль с достоверной разницей 1,01%.
1. Дозы N
PK (кг д.в.) и навоза (т/га) в полевом севообороте
Культура Система удобрений
минеральная органическая °1 рганоминеральная
N P K навоз навоз N P K
Викоовсяная смесь 60 20 60 40 20 30 10 30
Лен 30 60 60 - - 15 30 30
Ячмень + многолетние травы 60 60 135 - - 30 30 68
Многолетние травы 1 г.п. 40 - - - - 20 - -
Яровая пшеница 80 20 80 37 18,5 40 17 40
Овес 80 20 80 - - 40 10 40
Всего: 350 180 415 77 38,5 175 97 208
2. Динамика содержания гумуса, %
Система удобрения Время отбора почвенных проб
1992 г. 1996 г. 2000 г. 2004 г. 2008 г. 2012 г.
Фон 1, исходное содержание гумуса 1.5%
Контроль 1,31 2,73 2,00 2,07 2,44 1,67
Минеральная 1,57 2,50 2,19 2,08 2,14 1,11
Органическая 1,36 2,90 2,50 2,20 2,46 2,68
Органоминеральная 1,27 2,97 2,33 2,07 2,68 1,89
Фон 2, исходное содержание гумуса 3.0%
Контроль 3,49 2,71 2,14 2,06 1,65 2,23
Минеральная 3,02 2,91 2,35 2,59 2,71 2,08
Органическая 3,94 2,50 2,68 3,22 2,71 2,83
Органоминеральная 3,56 3,22 3,31 2,96 2,93 2,85
НСР05 общее 0,81 0,93 0,79 0,65 0,78 0,77
НСР05 фактор А (фон) 0,39 0,46 0,39 0,33 0,38 0,38
НСР05 фактор В (варианты) 0,59 0,66 0,56 0,46 0,55 0,54
3. Групповой и фракционный состав гумуса, 2012 г.
Вариант опыта Собщ., % Гуминовые кислоты, % от Собщ. Фульвокислоты, % от Собщ.
ГК-1 ГК-2 ГК-3 X ГК ФК-1а ФК-1 ФК-2 ФК-3 X фк
Фон 1, исходное содержание гумуса 1,5%
Контроль 1,6 17,6 4,4 9 31,1 11,5 9,6 6,1 8,4 35,6
Минеральная система 1,7 15,5 6,7 14,5 36,7 12,2 9,4 8,9 7,7 38,2
Органическая система 1,9 10 14,0 14,5 38,6 7,6 9,2 14,7 6,9 38,4
Органоминеральная система 1,8 18,7 7,6 14,2 40,5 9,4 8,2 11,4 13,9 42,9
Фон 2, исходное содержание гумуса 3,0%
Контроль 1,9 8,1 5,6 27,1 40,8 11,7 10,7 8,6 7 38,1
Минеральная система 1,5 12,9 8,6 30,8 52,3 10,2 7,8 9,4 13,1 40,5
Органическая система 2,6 20,5 18,6 23,4 62,5 7,2 17,5 12,8 12,6 50,1
Органоминеральная система 2,1 27,9 12,6 35,4 75,9 10 11,5 10,8 19,5 51,8
Органоминеральная система удобрения на этом фоне способствовала бездефицитному балансу гумуса. За 20 лет на этом варианте было внесено 135,5 т/га навоза. Увеличение содержания гумуса к 2012 г. составило 0,62% по сравнению с 1992 г.
Наблюдения, проведенные на делянках второго фона (табл. 2) позволили установить, что здесь этот показатель имел большую вариацию. На момент начала наблюдений все делянки имели содержание гумуса более 3%. Среди них выделяли делянки с органической системой, где этот показатель составлял 3,94%. Наиболее интенсивная минерализация органического вещества отмечена, как и на первом фоне, при минеральной системе удобрения потеря гумуса составила 0,94%. Данный факт позволяет констатировать, что применение на дерново-подзолистых почвах относительно высоких доз минеральных удобрений способствует минерализации гумуса.
К 2012 г. на варианте с органоминеральной системой удобрений содержание гумуса достигает 2,85%, что достоверно превышает контроль на 0,62%. При данной системе удобрения мы можем констатировать, что гумификация подстилочного навоза идет более интенсивно. Высоким содержанием гумуса отличался и вариант с органической системой удобрений.
Анализ группового и фракционного состава гумуса (табл. 3) показывает, что внесение подстилочного навоза на первом и втором фоне увеличивает содержание общего углерода до 1,8-2,6%. Повышенное содержание углерода свидетельствует об увеличении эффективного плодородия, более высокой доступности почвенного гумуса как источника энергии и питательных веществ почвенным микроорганизмам и растениям.
На варианте с минеральной системой удобрений процесс гумификации отличался накоплением фракций ГК-1 и ГК-3, связанными с подвижными окислами и глинистыми минералами. Это соответствует почвообразовательному процессу дерново-подзолистого типа почв. Систематическое внесение навоза позволило увеличить содержание ГК-2, свя-
занных с кальцием, до 14% и 18,6% на первом и втором фоне соответственно. На контрольном варианте, где много лет не вносили удобрения, на делянках первого фона преобладали свободные гу-миновые кислоты (ГК-1), на втором - кислоты, связанные с глинистыми минералами (ГК-3). Сумма гуминовых кислот на контроле была ниже на 7,516,7% на первом фоне и 21,7-35,1% на втором по сравнению с вариантами с удобрениями.
По данным И.В. Тюрина и В.В. Пономаревой [9] фульвокислоты находятся в почве в свободном состоянии и в виде комплексов с гуминовыми кислотами, поэтому степень их активности определяется не только абсолютным содержанием, но и относительным количеством той части, которая не связана с гуминовыми кислотами. Чем меньше в почве гу-миновых кислот, тем сильнее разрушительное действие фульвокислот.
На вариантах с отсутствием удобрений или при длительном использовании минеральных удобрений в структуре органического вещества преобладают ФК-1а, свободные «агрессивные» кислоты. Эта фракция обладает сильнокислой реакцией и хорошей растворимостью в воде, поэтому они разрушают минеральную часть почвы, играя существенную роль в развитии подзолообразовательных процессов. Отличительной особенностью гумусовых веществ на вариантах с применением навоза служит повышенное содержание ФК-2, связанных с гуминовыми кислотами ГК-2.
Тип гумуса на делянках первого фона определяется как гуматно-фульватный. Соотношение Сгк:Сфк варьирует от 0,87 на контроле до 0,94-1,00 на разных системах удобрений. На делянках с большим исходным содержанием органического вещества соотношение Сгк:Сфк на контроле 1,07, на вариантах с удобрениями - 1,24-1,46. Тип гумуса - фульватно-гуматный.
Таким образом, отсутствие удобрений или применение только минеральных способствовало процессам минерализации органического вещества и привело к потере гумуса на 0,02% в год.
В структуре гумуса на этих вариантах преобладали свободные фульвокислоты, сумма фульво-кислот превышала гуминовые кислоты. Применение органических удобрений значительно способствует сохранению почвенного плодородия дерново-подзолистой почвы. Системное приме-
нение подстилочного навоза увеличило за 20 лет содержание гумуса на 0,62-1,32%. В процессах гумификации при применении органики преобладало формирование гуминовых кислот, связанных с кальцием, играющих важную роль в питании растений.
Литература
1. Куваева Ю.В., Фрид А.С. Динамика органического вещества тонкодисперсных частиц дерново-подзолистых почв в длительных опытах // Почвоведение, 2001, № 1. - С. 52-61.
2. Просянников Е.В. Агрохимические аспекты устойчивого земледелия // Агрохимический вестник, 2019, № 5. -С. 13-17.
3. Шаповалова Н.Н., Годунова Е.И. Динамика элементов питания и урожайность культур при последействии длительного применения минеральных удобрений на черноземе обыкновенном // Агрохимический вестник, 2019, № 5. -С. 44-50.
4. Чеботарев Н.Т., Микушева Е.Н., Мушинский А.А. Влияние минеральных удобрений и извести на фракционно-групповой состав и баланс гумуса дерново-подзолистой почвы среднетаежной зоны республики Коми // Агрохимический вестник, 2019, № 6. - С. 9-12.
5. Лошаков В.Г., Иванов Ю.Д., Николаев В.А. Плодородие дерново-подзолистых почв и продуктивность зерновых севооборотов при длительном использовании пожнивной сидерации // Известия ТСХА, 2004, Вып. 3 - С. 3-14.
6. Kopytko Р., Karpenko V., Yakovenko R., Mostoviak. I. Soil fertility and productivity of apple orchard under a long-term use of different fertilizer systems // Agronomy Research, 2017, № 15(2). - Р. 444-455.
7. Karcauskiene D., Repsiene R. Long-term manuring and liming effect on moraine loam soil fertility // Agronomy Research, 2009, № 7(Special issue I). - Р. 300-304.
8. Оценка почв по содержанию и качеству гумуса для производственных моделей почвенного плодородия (Рекомендации) / Сост.: Дьяконова К.В. и др. - М.: Агропромиздат, 1990. - 28 с.
9. Тюрин И.В., Пономарева В.В. Материалы по изучению гумуса лесных почв // Труды Лесотехнической Академии, 1940, Вып. 56. - С. 3-49.
УДК 631.455.24:631.82:631.417(470.343) DOI: 10.24411/1029-2551-2020-10032
ВЛИЯНИЕ КОМПЛЕКСНОГО ПРИМЕНЕНИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ И МИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИЙ НА ФРАКЦИОННО-ГРУППОВОЙ СОСТАВ И БАЛАНС ГУМУСА ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТОЙ ПОЧВЫ ЕВРОПЕЙСКОГО СЕВЕРО-ВОСТОКА
Н.Т. Чеботарев, д.с.-х.н., Н.Н. Шергина, к.б.н., Т.В. Тарабукина
Институт агробиотехнологий им. А.В. Журавского Коми НЦ УрО РАН, e-mail: [email protected]
В многолетнем стационарном опыте на дерново-подзолистой среднеокультуренной почве проводили научные исследования по влиянию органических (40 и 80 т/га торфонавозного компоста (ТНК) и минеральных удобрений (1/3, 1/2, 1 NPK), рассчитанных по выносу NPK планируемым урожаем сельскохозяйственных культур, на гумусовое состояние и качество его лабильных форм. Установлено, что наиболее значительный положительный баланс гумуса отмечен при использовании 80 т/га и полной дозы NPK (1,70 т/га ежегодно). При применении трех доз минеральных удобрений установлен отрицательный баланс гумуса (-0,63-0,85 т/га), двух доз ТНК и NPK - 0,381,70 т/га. Использование ТНК и NPK способствовало повышению суммы гуминовых кислот и снижению суммы фульвокислот. Повысилось количество наиболее ценной фракции гуминовых кислот (ГК-2) с 2,7 до 5,4% и снижение наиболее агрессивной фракции (1а) с 7,0 до 5,3%. В целом, совместное применение органических и минеральных удобрений, особенно в высоких дозах, способствовало повышению качества гумуса (из гуматно-фульватного типа он перешел в фульватно-гуматный). Соотношение Сгк:Сфк составило 1,13-1,29 (при совместном применении ТНК и NPK), в вариантах с минеральными удобрениями 1,03-1,13, в вариантах без удобрений - 0,93.
Ключевые слова: гумус, гуминовые кислоты, фульвокислоты, органические, минеральные удобрения, баланс гумуса, Республика Коми.
