CC BY
40
УДК 631.811
ВЛИЯНИЕ ДЛИТЕЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ СИСТЕМ УДОБРЕНИЙ НА БАЛАНС ПИТАТЕЛЬНЫХ ВЕЩЕСТВ В ПОЧВЕ
А.Г. Дзюин, к.с.-х.н., Г.П. Дзюин, к.с.-х.н.
Удмуртский НИИ сельского хозяйства, e-mail: ugniish@yandex.ru
В длительном стационарном опыте изучено влияние систем удобрений на агрохимические свойства дерново-подзолистой суглинистой почвы и продуктивность севооборота. Рассчитан баланс азота, фосфора и калия. Установлено, что длительное использование органоминеральной и известково-органоминеральной систем удобрений обеспечивает повышение содержания подвижного фосфора (395418 мг/кг), обменного калия (165-75 мг/кг) и гумуса (2,78-2,87 т/га), замедляет процесс подкисления почвы (до 6,8), в результате чего повышается продуктивность севооборота. Использование качественного навоза в системах удобрений привело к излишне высокой интенсивности баланса азота. По фосфору оптимальный уровень интенсивности баланса достигнут при внесении минеральных удобрений в дозах 1040 кг д.в/га (178-229%), по калию - 20-60 кг д.в/га (102-127%).
Ключевые слова: системы удобрений, азот, фосфор, калий, баланс, дерново-подзолистая почва.
INFLUENCE OF LONG-TERM APPLICATION OF FERTILIZERS ON NUTRIENT BALANCE IN SOIL
PhD. A.G. Dzyuin, PhD. G.P. Dzyuin
Udmurtia Scientific-Research Institute for Agriculture, e-mail: ugniish@yandex. ru
In the long-term stationary experiment studied the influence of fertilizer systems on agrochemical properties of soddy-podzolic loamy soil and productivity of crop rotation. Balance of nitrogen, phosphorus and potassium were calculated. It was shown that long-term use of organic-mineral and calcareous-organic-mineral fertilizer systems provides increase of mobile phosphorus (395-418 mg/kg), mobile potassium (165-175 mg/kg) and humus (2.782.87 t/ha) content, slows down the process of soil acidi fication, resulting in increased productivity of crop rotation. The use of quality manure in the fertilizer systems has led to unnecessarily high levels of nitrogen balance. Phosphorus optimal level of intensity balance has achieved by the application of mineral fertilizers in doses of 1040 (178-229%), potassium - 20-60 kg/ha (102-127%).
Keywords: fertilizer systems, nitrogen, phosphorus, potassium, balance, soddy-podzolic soil.
При осуществлении мер по повышению плодородия почв необходимо соблюдать закон возврата веществ, суть которого состоит в том, что в почву надо возвращать в виде удобрений и растительных остатков элементы питания, вынесенные урожаем предыдущей культуры [1-3]. Нарушение закона возврата без оптимизации баланса питательных веществ может привести к утрате почвенного плодородия. В.Г. Сычев и С.А. Шафран [4] отмечают, что в 90-х годах прошлого столетия применение минеральных удобрений в стране резко сократилось и продолжает оставаться на низком уровне до настоящего времени. Использование фосфора и калия в составе минеральных удобрений уменьшилось в 12 с лишним раз, азота в 5,3 раза. Соотношение вносимых удобрений резко изменилось в пользу азота и составило в последние годы 1:0,32:0,24 против 1:0,83:0,56 в 1986-1990 гг. При этом баланс фосфора изменился от положительного (+24 кг/га) до отрицательного (-6 кг/га пашни). Устойчиво снижается содержание подвижного калия в почвах страны. Ежегодный его дефицит в земледелии варьирует от 16 до 30 кг/га [4].
Изучение баланса питательных веществ позволяет анализировать и оценивать эффективность применяемых систем удобрений, а также влияние их на продуктивность севооборота и плодородие почвы [5]. Д.Н. Прянишников [5] считал, что вынос азота и калия следует возмещать на 75-80%, а вынос фосфора - на 100-110%. В Нечерноземной зоне на почвах со средним содержанием питательных веществ интенсивность баланса, обеспечивающая высокую продуктивность агроэкосистем, должна составлять по азоту и калию - 110%, по фосфору - 200% [6].
Цель исследований - разработать системы применения удобрений, обеспечивающие увеличение продуктивности севооборота и повышение почвенного плодородия. В этой связи была поставлена задача - рассчитать баланс питательных веществ в изучаемых системах удобрений. На опытном поле Удмуртского НИИСХ, введутся длительные опыты, заложенные на двух полях, введенных последовательно в 1971 и 1972 гг. Почва дерново-среднеподзолистая среднесуглинистая. Агрохимические показатели пахотного слоя представлены в таблице 1.
Опыт состоит из двух факторов. Фактор А - фоны: Н1 - навоз внесен только под первую ротацию
- 40 т/га (минеральная система удобрения); И22 -известь внесена по 1 + 2 г.к. под первую и вторую ротации севооборота (известково-минеральная система); Н5 - навоз вносили под каждую ротацию -40 т/га под первую и по 60 т/га под вторую-пятую ротации (органоминеральная система, в пятой ротации севооборота с навозом внесли ^68Рз72К6зо). И2Н5
- известь и навоз вносили так же, как на фонах И22 и Н5 соответственно (известково-органоминеральная система). Фактор В - минеральные удобрения: 1 -без удобрений; 2 - (№К)ю; 3 - (ОТКЬ; 4 - (ЯРК)*,; 5 - (№К)60. Чередование культур в севообороте: пар черный, озимая рожь, кукуруза, яровая пшеница + клевер, клевер 1 г.п., клевер 2 г.п., озимая рожь, ячмень. Число повторностей - 4. Площадь первичной делянки - 114,7 и 119,3 м2 соответственно по закладкам опыта.
В приходной части баланса учитывали питательные вещества минеральных и органических удобрений, а также поступление азота с бобовыми травами за счет связывания его из воздуха в количестве 1 кг азота на каждый центнер сена [8]. В расходную часть баланса включали вынос NPK с урожаем и газообразные потери азота удобрений, составляющие примерно 20% [9]. Потери азота в
результате водной эрозии почв уравновешиваются поступлением азота с атмосферными осадками, фиксацией атмосферного азота свободно живущими в почве азотфиксаторами и поступлением азота с семенами, поэтому их в расчет не принимали [10].
Результаты исследований. Длительное применение удобрений на фоне без извести (Н1) привело к подкислению почвы. Величина рН понизилась с 5,0 в 1971-1972 гг. до 4,66 в конце 5-й ротации севооборота (табл. 1). Гидролитическая кислотность повысилась с 2,7 до 4,84 мг-экв/100 г почвы. Сумма поглощенных оснований уменьшилась с 14,8 до 11,6 мг-экв/100 г почвы. Степень насыщенности основаниями снизилась с 85,2 до 70,7%. На фоне навоза (Н5), где известь не применяли, процесс под-кисления почвы несколько замедлился.
Повторное известкование, проведенное в начале 2-й ротации севооборота, увеличило величину рНКс1 до 6,8 ед., но затем к 5-й ротации снизилась на 0,420,64 ед. Соответственно произошли изменения гидролитической кислотности. Сумма поглощенных оснований и степень насыщенности основаниями до сих пор находятся на достаточно высоком уровне: 18,3-20,9 мг-экв/100 г и 92,5-92,6% на известкованных фонах. Периодическое использование навоза в севообороте повышало содержание гумуса до 2,542,68% против 2,50% в исходной почве.
1. Влияние длительного применения систем удобрений на агрохимические показатели
почвы (2010-20 11 гг., в конце 5-й ротации севооборота)
Фон Вариант рНкс1 Нг 8 V Р2О5 К2О Гумус
мг-экв/100 г почвы % мг/кг почвы %
1971-1972 гг., до закладки опыта 5,0 2,7 14,8 85,2 52 98 2,50
Контроль 4,5 4,8 12,0 71,6 98 96
(КРК)ю 4,8 4,6 11,4 71,1 168 96
Н1 (КРК)20 4,9 4,0 11,1 73,8 170 107 2,11
(КРК)40 4,6 5,2 12,2 70,4 176 125
(КРК)6о 4,5 5,6 11,2 66,7 206 155
Среднее 4,66 4,84 11,6 70,7 164 116
Контроль 6,2 1,3 17,0 93,0 150 93
(КРК)ю 6,4 1,5 18,6 92,5 208 96
И22 (КРК)20 6,5 1,4 18,4 92,8 206 98 2,07
(КРК)40 6,4 1,4 19,6 93,4 295 136
(КРК)бо 6,4 1,5 17,7 92,3 239 148
Среднее 6,38 1,42 18,3 92,6 220 114
Контроль 5,1 4,5 14,0 75,8 210 110
(КРК)ю 5,2 4,3 14,2 76,8 384 118
Н5 (КРК)20 5,1 5,4 12,4 69,7 330 118 2,54
(КРК)40 5,0 5,4 13,7 71,8 379 138
(КРК)бо 4,8 5,9 12,3 67,5 418 165
Среднее 5,04 5,1 13,3 72,3 364 130
Контроль 6,2 1,5 20,5 93,3 356 96
(КРК)ю 6,3 1,4 21,1 93,7 375 129
И2Н5 (КРК)20 6,3 1,5 21,6 93,7 380 146 2,64
(КРК)40 6,1 1,8 20,7 91,8 395 151
(КРК)бо 5,9 2,2 20,7 90,2 390 175
Среднее 6,16 1,68 20,9 92,5 379 139
фон 0,18 0,42 1,88 - 48,5 23,7
НСР05 вариант 0,17 0,37 1,69 - 40,6 21,1 0,27
частные различия 0,40 0,92 4,03 - 95,3 51,7
2. Баланс питательных веществ в севообороте (среднее по 2 закладкам опыта)
Фон Вариант Поступило в почву, кг/га Вынос урожаем, кг/га Баланс, кг/га Интенсивность баланса, %
Р205 К2О Р2О5 К2О N Р2О5 К2О N Р2О5 К2О
Н1 Контроль 75 - - 347 143 401 -272 -143 -401 22 0 0
(ЫРК)ю 220 70 70 479 200 548 -285 -130 -478 44 35 13
(КРК)20 301 140 140 501 204 621 -240 -64 -481 56 69 22
(КРК)40 437 280 280 541 220 657 -104 60 -377 81 127 43
(КРК)бо 564 420 420 534 211 707 -66 209 -287 90 199 59
И22 Контроль 80 - - 365 166 416 -285 -166 -416 22 0 0
(ЫРК)ю 231 70 70 496 205 590 -291 -135 -521 44 34 12
(КРК)20 290 140 140 483 201 595 -233 -61 -455 60 70 24
(КРК)40 432 280 280 521 212 686 -157 68 -406 73 132 41
(КРК)бо 578 420 420 575 235 774 -93 185 -354 86 179 54
Н5 Контроль 847 372 630 443 189 563 404 183 67 191 197 112
(ЫРК)ю 990 442 700 563 231 701 401 211 -1 168 191 100
(КРК)20 1059 512 770 557 228 685 462 284 85 177 224 112
(КРК)40 1203 552 910 595 242 748 540 310 162 181 228 122
(КРК)бо 1346 792 1050 608 252 825 642 540 225 191 314 127
И2 Н5 Контроль 847 372 630 481 202 598 365 170 32 176 184 105
(ЫРК)ю 993 442 700 573 249 795 394 193 -95 166 178 88
(КРК)20 1058 572 770 576 255 758 442 257 112 172 201 102
(КРК)40 1208 552 910 623 260 873 517 292 37 175 212 104
(КРК)бо 1351 792 1050 669 282 942 586 510 108 177 281 111
*С учетом азотфиксации бобовыми (клевером); **С учетом газообразных потерь из минеральных удобрений (20%)
Использование минеральной и известково-минеральной систем удобрений привело к отрицательному балансу азота за ротацию севооборота со значениями минус 66-291 кг/га. Интенсивность баланса составила 90-44% (табл. 2). С увеличением доз удобрений до 60 кг/га №К дефицит азота снижался, но не достиг уровня даже нулевого баланса. Органоминеральная и известково-органоминеральная системы удобрений обеспечили положительный баланс азота в севообороте (401-642 кг/га с интенсивностью 168-191% и 365-586 кг/га с интенсивностью 176-177% соответственно). Как видно на известкованном фоне показатели несколько снизились.
Систематическое применение фосфорных удобрений существенно улучшило фосфатный режим почвы. Наибольшее содержание подвижного фосфора (395-418 мг/кг) отмечено при внесении более высоких доз минеральных удобрений - 40-60 кг д.в./га фосфора на унавоженных фонах. Уровень содержания обменного калия ниже, чем подвижного фосфора. Минеральные удобрения повышали содержание калия. Чем выше применялась доза, тем больше накапливалось калия в почве (165-175 кг/га). На унавоженных фонах повышалась продуктивность севооборота на 0,25-0,34 т зерн. ед/га против 2,53 на нулевом фоне (Н1). Минеральные удобрения способствовали повышению продуктивности севооборота на 0,33-0,88 т зерн. ед/га, или на 16,243,1%, а в сочетании с микроэлементами - на 0,92 т зерн. ед/га, или 45,1%.
Баланс фосфора с низкими дозами (10-20 кг д.в./га) удобрений в системах без внесения навоза также был отрицательный. С увеличением доз (4060 кг/га) он стал положительным (60-209 кг/га с
интенсивностью баланса 127-199%). В системах удобрений с использованием навоза показатели баланса повышались со 170 до 540 кг/га и составили 178-314%.
Аналогичные результаты получены по балансу калия. В минеральной системе удобрения его баланс складывался с еще большим дефицитом, чем азота и фосфора (минус 287-481 кг/га с интенсивностью 13-59%). На известково-минеральной системе дефицит калия увеличился. Наибольший дефицит в обеих системах отмечен при внесении низких доз удобрений - (№К)ю.
В системах удобрений с внесением навоза баланс калия составил 32-225 кг/га с интенсивностью 102127%, которая близка к оптимальному значению. В то же время в вариантах с дозой калия 10 кг д.в./га получен отрицательный баланс (от -1 до -95 кг/га).
Таким образом, на дерново-подзолистой суглинистой почве длительное, использование органо-минеральной и известково-органо-минеральной систем удобрений повысило содержание подвижного фосфора, обменного калия в 5-й ротации севооборота от 52 и 98 исходного содержания до 176-418 и 125-175 мг/кг соответственно при внесении (МРК)40-60. Увеличилось содержание гумуса на 0,43-0,53%. Под воздействием навоза замедлился процесс подкисления почвы. Несмотря на жесткие метеорологические условия, органоминеральная и известково-органо-минеральная системы удобрений обеспечили получение 2,78-2,87 т зерн. ед/га в среднем за ротацию севооборота (с прибавками 0,25-0,35 т зерн. ед/га при НСР05 - 0,08 т/га). Минеральные удобрения способствовали повышению продуктивности севооборота на 0,33-
0,88 т зерн. ед/га или на 16,2-43,1%, в сочетании с микроэлементами - на 45,1%.
Минеральная и известково-минеральная системы удобрений с внесением ЫРК по 10-60 кг д.в./га в 8-польном севообороте не обеспечивали положительного баланса питательных веществ за исключением фосфора с дозой 40-60 кг/га. В ор-ганоминеральной и в известково-органоминераль-ной системах использование минеральных удобрений в дозах (ЫРК)10-60 резко повысило интенсив-
ность баланса азота - 166-191%, фосфора - 178314% и калия - 88-127%. По сравнению с оптимальным уровнем (110%) баланс азота был излишне высоким (168-191%). Минимальный оптимум баланса фосфора (200%) был получен при внесении 10-20 кг д.в./га фосфора в органоминеральной и 20-40 кг д.в./га в известково-минеральной системах удобрений. Нормативный показатель по калию (110%) в этих системах обеспечен внесением 20 и 60 кг д.в./га калия соответственно.
Литература
1. Афендулов К.П., Лантухова А.И. Удобрения под планируемый урожай. - М.: Колос, 1973. - 240 с.
2. Дзюин Г.П., Безносов А.И. Холзаков В.М. Программирование урожаев / Интенсивные технологии на полях Удмуртии: опыт и рекомендации. - Устинов: Удмуртия, 1986. - С. 7-31.
3. Сычев В.Г. Агрохимическая служба - 50 лет на благо урожая / Агроэкологические основы применения удобрений в современном земледелии. Материалы 48-й междунар. науч. конф. молодых ученых, специалистов-агрохими-ков и экологов (ВНИИА). - М.: ВНИИА, 2014. - С. 3-11.
4. Сычев В.Г., Шафран С.А. Агрохимические свойства почв и эффективность минеральных удобрений. - М.:ВНИИА, 2013. - 296 с.
5. Берестов И.И., Ринькис Г.Я., Рамане Х.К. Баланс питательных веществ в севообороте при оптимизации питания растений // Агрохимия, 1986, № 6. - С. 37-41.
6. Прянишников Д.Н. Избранные сочинения. - М.: Наука, 1963, Т. 1. - 724 с.
7. Литвак Ш.И. Фосфор на службе урожая. - М.: Просвещение, 1979. - 136 с.
8. Петербургский А.В. Концентрированные минеральные удобрения. - М.: 1969. - С. 67 - 71.
9. Юркин С.Н. Баланс азота, фосфора и калия в условиях интенсификации земледелия. - М.: ВНИИТЭИСХ, 1975. - 107 с.
10. Справочник агронома / под. ред. Т.Н. Кулаковской. - Минск: изд-во Урожай, 1974. - 368 с.
Школа «Болота и биосфера»
Во Всероссийском НИИ органических удобрений и торфа (п. Вяткино, Владимирская обл.) 14-18 сентября 2015 г. при финансовой поддержке гранта РФФИ № 15-35-10296 была проведена IX Всероссийская с международным участием школа молодых ученых «Болота и биосфера», посвященная памяти выдающегося ученого по физико-химии торфа Владимира Евгеньевича Раковского.
Организаторы Школы: Томский государственный педагогический университет (ТГПУ) и Всероссийский научно-исследовательский институт органических удобрений и торфа (ВНИИОУ).
Цель научной школы - познакомить молодых исследователей (студентов, аспирантов) с концепцией роли болот в биосфере, научить рациональному использованию богатств болот нашей страны.
В работе Школы участвовало более 80 человек: ведущие ученые РАН, научно-исследовательских и высших учебных заведений страны и ближнего зарубежья, представители Национального парка «Мещера», молодые ученые и студенты, специалисты предприятий по добыче и переработке торфа Владимирской области.
Приветствие и теплые пожелания участникам Школы направил декан факультета почвоведения МГУ им. М.В. Ломоносова, Президент Докучаевского Общества почвоведов, чл.-корр. РАН, профессор С.А. Шоба. О результатах проведения предыдущих Школ доложила руководитель Школы, член-корр. РАН, профессор Л.И. Инишева.
На лекторском симпозиуме (Ф.Р. Зайдельман - МГУ им. М.В. Ломоносова; Г.Е. Мерзлая - ВНИИА им. Д.Н. Прянишникова; С.М. Лукин - ВНИИОУ; Л.И. Инишева - ТГПУ (Томск); О.С. Мисников, В.В. Панов - ТГТУ (Тверь); И.В. Грехова - ГАУ Северного Зауралья (Тюмень) и др.), а также в докладах и сообщениях молодых ученых были обсуждены самые актуальные проблемы и вопросы по использованию болотных экосистем: современное заболачивание ландшафтов и функционирование болотных экосистем; физико-химические свойства болотных образований и нанотехнологии переработки болотных ресурсов; антропогенное влияние на болотные экосистемы и их рекультивация; перспективы развития торфяной промышленности в России.
Анализ докладов, сообщений и материалов Школы свидетельствует, что многие разработки молодых ученых, занимающихся изучением болот и торфяных ресурсов, имеют научную новизну и пионерный характер.
На Школе, наравне с теоретическими проблемами, ставились вопросы об эффективном использовании торфяных ресурсов, которые являются перспективным сырьем для получения широкого ассортимента продукции.
Все доклады полноформатно опубликованы в сборнике «Болота и биосфера» (Материалы IX Всероссийской с международным участием научной школы. - Иваново: ПресСто, 2015. - 308 с.).
В рамках Школы проведено 2 круглых стола, посвященных методикам полевых исследований на болотах и перспективе освоения торфяных ресурсов России.
Большое внимание уделено полевым экскурсиям на торфяные болота Мещеры, на которых были показаны методы исследования болотных экосистем, в т.ч. изучения газового режима с демонстрацией новейших приборов.
Все материалы школы представлены на сайтах ВНИИОУ (http://vniou.ru) и ТГПУ (http://ltorf.tspu.ru).
