CC BY
25ОБЩИЕ ВОПРОСЫ АГРОХИМИИ
ВЛИЯНИЕ ДЛИТЕЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ УДОБРЕНИЙ НА ДИНАМИКУ ПОДВИЖНЫХ ФОРМ ФОСФОРА И КАЛИЯ ЧЕРНОЗЕМА ВЫЩЕЛОЧЕННОГО
М.Г. Мельникова, О.А.Минакова, д.с.-х.н., ГНУ Всероссийский НИИ сахарной свеклы
им. А.Л. Мазлумова Россельхозакадемии
Приведены результаты длительного полевого опыта с сахарной свеклой на черноземе выщелоченном лесостепи ЦЧР. Показано влияние органических и минеральных удобрений на обеспеченность почвы подвижными формами фосфора и калия, их динамику во времени и пространстве. Рассчитаны критерии связи в системе удобрения-питательный режим почвы-продуктивность культуры и их вероятностные параметры.
Ключевые слова: сахарная свекла, фосфатный режим, калийный режим, динамика, критерии достоверности, удобрения, продуктивность.
Для разработки научных основ системы применения удобрений в севооборотах различной специализации важное значение имеет информация о закономерностях минерального питания растений и эффективности удобрений в условиях длительных стационарных опытов. Краткосрочные полевые опыты, результаты которых сыграли положительную роль на первом этапе химизации земледелия, уже не могут дать исчерпывающий ответ на многие вопросы, возникающие при интенсивном поступлении в почву возрастающего количества питательных веществ. В первую очередь это касается оптимизации минерального питания растений с учетом взаимодействия высоких концентраций химических соединений в почве и последействия ранее внесенных удобрений.
На черноземах ЦЧР фосфор, как правило, стоит на втором месте после азота по долевому участию в формировании продуктивности сельскохозяйственных культур.
Поведение фосфора в почве отличается от поведения азота и может прогнозироваться с учетом свойств почвы и доз удобрений. В большинстве случаев без применения удобрений наблюдается убыль подвижного и валового фосфора во всех типах почв [1].
Для положительного баланса фосфора в севообороте, при котором происходит накопление его валовых запасов, необходимо вносить в зависимости от типа севооборота и его продуктивности 30-60 кг/га Р2О5 [2]. Однако и при отрицательном балансе этого элемента нередко количество подвижного фосфора увеличивается по сравнению с исходным, что обусловлено, по-видимому, мобилизацией природных фосфатов. Так, на черноземе типичном по истечении 12 лет содержание подвижного фосфора составило 117 мг/кг, а перед закладкой опыта - 100 мг/кг [3]. Вместе с тем, имеются сведения, показывающие стабильность содержания подвижного фосфора в почве во времени и без применения удобрений [4]. Возможно, такое неоднозначное поведение фосфора в почве связано с водно-физическим состоянием почвы на момент отбора образцов и с температурным режимом, так как с увеличением влажности почвы подвижность фосфора возрастает, и колебания даже за короткий промежуток времени составляют 5,2-6,5 мг/100 г [5].
Роль калия связана с большим выносом его с урожаями культур севооборота (в особенности корнеплодов), и поэтому при недостатке этого элемента в усвояемой форме продуктивность сахарной свеклы падает из-за сдерживания процессов метаболизма и накопления пластических веществ. Если учесть, что несбалансированность системы удобрения по калию приводит к снижению сахаристости, то при достаточно высоком содержании валового калия в черноземах значение этого элемента в свекловодстве трудно переоценить [6].
Каждая почва в соответствии со своими первичными параметрами характеризуется определенным устойчивым равновесием
(стационарным) калийного режима, который определяет стабильное содержание в почве форм калия [7, 8]. Почва стремится вернуться к устойчивому состоянию форм калия при тех или иных внешних воздействиях, вызывающих их положительные или отрицательные отклонения от стационарных значений.
Как показали многочисленные исследования, для бездефицитного баланса калия в зависимости от типа севооборота необходимо вносить в среднем на гектар севооборотной площади 90130 кг К2О. При внесении калийных удобрений количество водорастворимого калия увеличивается в 2-5 раз, обменного на 30-50%, необменного на 1-7%. [8]. Вместе с тем, трансформация различных форм калия в почве имеет сугубо региональный характер, когда снижение содержания обменной формы калия в почве наблюдалось и без внесения удобрений [9].
В связи с этим выявление влияния оптимальных доз минеральных удобрений на динамику подвижных форм фосфора и калия в длительном стационарном опыте актуально.
Цель исследований - установить динамику фосфатного и калийного режима под влиянием удобрений и корреляционные связи с продуктивностью сахарной свеклы.
Методика. Исследования проводили в 2006-2008 гг. в длительном стационарном опыте на черноземе выщелоченном малогумусном среднемощном тяжелосуглинистом на тяжелом карбонатном суглинке со следующей агрохимической характеристикой: рН(Кс1) - 5,3; Нг - 5,3 мг-экв/100 г почвы; Б
- 28,0 - мг-экв/100 г почвы; V - 90%; Р205(вал.) - 0,152%; N N03 - 6,8 мг/кг почвы, Р2О5 - 93, К2О - 119 мг/кг почвы.
Опыт заложен в севообороте со следующим чередованием культур:
черный пар - озимая пшеница - сахарная свекла - ячмень
- клевер - озимая пшеница - сахарная свекла - однолетние травы - овес. Схема опыта включала восемь вариантов с различным насыщением минеральными и органическими удобрениями: 1) контроль (без удобрений); 2) ^5Р60К45 + 25 т/га навоза; 3) ^0Р120К90 + 25 т/га навоза; 4) ^35Р180К135 + 25 т/га навоза; 5) ^5Р120К45 + 25 т/га навоза; 6) ^5Р60К45 + 50 т/га навоза; 7) ^50Р150К150 + 50 т/га навоза; 8) ^90Р190К190.
Посевная площадь делянки 133,7 м2, учетная - 10,8 м2, по-вторность - трехкратная. В качестве минеральных удобрений использовали сложный и простой суперфосфат, органические удобрения (подстилочный навоз КРС). Агротехника в опыте -рекомендуемая для ЦЧР, гибриды - районированные. В почвенных образцах определяли подвижные формы фосфора и калия по методу В.Ф.Чирикова. Статистическую обработку данных осуществляли с использованием программы 81а1г811ка у.6.0.
Результаты и их обсуждение. Проведенные исследования показали, что наиболее высокое содержание подвижного фосфора по всем вариантам было в верхнем слое почвы, однако падение его концентрации с глубиной более заметно на удобренных вариантах. Так, если на контроле содержание фосфора в слое 0-60 см составляло 98% от содержания в слое 0-20 см, то при внесении в почву минеральных удобрений на фоне 25 т навоза - 77% (табл. 1).
Следовательно, подвижность фосфора удобрений в черноземах в противоположность нитратной форме азота невелика, и он закрепляется преимущественно в пахотном слое.
В то же время, просматривается положительная роль навоза в усилении подвижности фосфора в почве: содержание его в горизонте 0-60 см к количеству в слое 0-20 см при внесении
50 т/га навоза составляло 83% по сравнению с 77% при 25 т/га. Можно предположить, что в этом случае образующиеся органические соединения фосфора менее подвержены закреплению в почвенном поглощающем комплексе и опускаются вниз по профилю с почвенными водами.
1.Содержание подвижного фосфора в почвенном профиле
Вариант опыта 0-20 см 0-40 см 0-60 см
1. Без удобрений (контроль) 97 93 95
2. М45Р60К45 + 25 т/га навоза 116 110 97
3. М90Р120К90 + 25 т/га навоза 133 124 110
4. М135Р180К135 + 25 т/га навоза 147 129 113
5. М45Р120К45 + 25 т/га навоза 134 124 105
6. №,5Р60К45 + 50 т/га навоза 143 135 119
7. М150Р150К150 + 50 т/га навоза 157 141 128
8. К190Р190К190 137 124 111
НСР05 21 17 17
Вышесказанное подтверждается критериями степени связи между содержанием фосфора по слоям, дозой фосфора удобрений и продуктивностью сахарной свеклы (табл. 3).
3. Показатели взаимосвязи в системе фосфор почвы — _фосфор удобрений — продуктивность свеклы (Я)_
Показатель
Р2О5 в почве в начале вегетации
0-20 20-40 40-60 0-40 0-60
см см см см см
Р2О5 удобрений 0,78** 0,51** 0,20 0,68** 0,59**
Урожайность 0,92** 0,67** 0,27 0,85** 0,74**
Сбор сахара 0,93** 0,72** 0,27 0,87** 0,76**
Вне всякого сомнения проявляется положительная роль органических удобрений в накоплении подвижных форм фосфора в почве по всей исследуемой глубине. Так, в варианте с внесением 120 кг д.в/га Р2О5 на фоне 25 т/га навоза содержание фосфорной кислоты в слое 0-20 см составило 134 мг/кг, а 190 кг д.в/га Р2О5 в виде минеральных удобрений практически было равноценным - 137 мг/кг.
Что касается динамики этой формы фосфора в течение вегетации, то следует отметить более существенную разницу между удобренными вариантами по сравнению с усредненной величиной за вегетацию. Это в определенной мере объясняется корректировкой убыли фосфора вследствие потребления его культурой, которое возрастало с увеличением дозы (табл. 2).
Снижение содержания подвижных форм фосфора за вегетацию связано, по-видимому, с физическими свойствами чернозема вследствие уменьшения его влажности к осени и закрепления подвижной формы почвенным поглощающим комплексом [10].
Тем не менее, повышенный уровень фосфорного питания за счет внесения больших доз минеральных удобрений на фоне навоза позволяет сохранить первоначальную обеспеченность этим элементом, а в ряде случаев даже наблюдается увеличение концентрации фосфорной кислоты во времени.
2. Содержание подвижного Р2О5 в почве по срокам, мг/кг
Вариант опыта Срок* 0-20 см 0-40 см 0-60 см
1. Без удобрений 1 101 97 92
2 99 93 85
3 90 89 81
2. М45Р60К45 + 25 т/га навоза 1 121 110 98
2 114 109 95
3 114 110 96
3. М90Р120К90 + 25 т/га навоза 1 135 127 111
2 133 125 110
3 130 121 110
4. МшРшКш + 25 т/га навоза 1 149 131 113
2 144 120 106
3 148 135 119
5. М45Р120К45 + 25 т/га навоза 1 133 128 108
2 140 128 108
3 128 118 99
6. М45Р60К45 + 50 т/га навоза 1 152 142 120
2 143 137 126
3 133 127 112
7. М150Р150К150 + 50 т/га навоза 1 158 149 142
2 171 148 122
3 142 129 120
8. К190Р190К190 1 155 136 117
2 127 116 103
3 129 121 113
НСР05 15 10 10
** Достоверно на 99%-ном уровне вероятности.
Наибольший коэффициент корреляции между дозой внесенных фосфорных удобрений и содержанием подвижных фосфатов весной отмечен в слое 0-20 см, а минимальный - в слое 40-60 см. Так, коэффициент частной корреляции между дозой фосфорных удобрений и локализацией фосфора в почве в слое 0-20 см составил 0,78, а в слое 40-60 см - 0,20. В первом случае он достоверен с высоким уровнем вероятности, во втором - несущественен. При анализе усредненных образцов (0-40 см, 0-60 см) это различие размыто, но тем не менее тенденция сохраняется. Благодаря этому урожайность корнеплодов и сбор сахара с единицы площади обусловлены обеспеченностью почвы подвижным фосфором до глубины 40 см, в более глубоких слоях эта связь не наблюдается.
Для иллюстрации распределения подвижного фосфора по глубине приводятся данные двух контрастных вариантов: на контроле и с внесением максимальной дозы фосфора (Ы^1з5Р18оК1з5) на фоне 25 т/га навоза (рис. 1).
Во все сроки определения на контроле фосфор почвы распределен более-менее равномерно по глубине, в то время как на удобренном варианте большая часть его локализована в верхнем слое. Эти различия особенно заметны в весенний период, к осени они сглаживаются.
-25 т/га навоза |
Рис. 1. Динамика содержания подвижного фосфора в почве, % от слоя 0-60 см (2006-2008 гг.)
Установлено, что распределение калия в почве по срокам наблюдения и глубине весьма схоже с распределением фосфора. Однако здесь имеются и свои особенности - калий распределен по глубине более равномерно, что свидетельствует о его обменном механизме фиксации [11]. Например, в большинстве вариантов содержание подвижного калия в почве практически одинаково для слоев 0-20 и 0-60 см, различия составляют 7-14% и в большинстве не подтверждаются с необходимой достоверностью (табл. 4).
4. Содержание подвижного калия в почвенном профиле
* 1 — начало вегетации, 2- середина вегетации, 3 - уборка.
Вариант опыта 0-20 см 0-40 см 0-60 см
1. Без удобрений 111 109 103
2. №,5Р60К45 + 25 т/га навоза 118 114 108
3. М90Р;20К90 + 25 т/га навоза 132 124 117
4. М135Р180К135+25 т/га навоза 145 134 126
5. №,5Р120К45 + 25 т/га навоза 118 112 108
6. №,5Р60К45 + 50 т/га навоза 134 125 118
7. М150Р150К150+50 т/га навоза 155 145 134
8. ^90Р190К190 145 136 126
НСР05 19 17 17
Отмечено снижение содержания калия в почве по срокам определения и по глубине, так же как и фосфора, хотя и менее существенное (табл. 5). При внесении высоких доз минеральных удобрений как совместно с навозом, так и без него в слоях 0-20 и 0-40 см различий практически не обнаружено. Например, при внесении К135Р180К135+25 т/га навоза, К150Р150К150 + 50 т/га навоза, К190Р190К190 в слое 0-20 см было локализовано 152-163 мг/кг К2О, а в слое 0-40 см - 149-157 мг/кг.
Статистическая обработка аналитических данных свидетельствует о накоплении калия удобрений в пахотном слое, хотя и не столь существенном как фосфора (табл. 6). Особенно это заметно в индивидуальных пробах: коэффициент корреляции для 0-20 см равен 0,87, а для 40-60 см - 0,53.
Такая же закономерность отмечена и при сравнивании зависимости продуктивности сахарной свеклы от наличия подвижного калия в почве по глубине. Если степень связи между концентрацией калия в слое 0-20 см и продуктивностью свеклы была равна 0,77-0,80, то для слоя 40-60 см она составила 0,42-0,45. Как и в случае с фосфором, корреляция с урожайностью и сбором сахара положительная.
5. Содержание подвижного К2О в почве по срокам, мг/кг
Схема опыта Сроки 0-20 см 0-40 см 0-60 см
Без удобрений 1* 121 116 109
2 110 109 103
3 103 103 96
^45Р60К45 + 25 т/га навоза 1 126 118 110
2 123 118 113
3 105 107 101
М90Р120К90 + 25 т/га навоза 1 134 127 118
2 139 128 121
3 122 118 113
^^Р^сКш + 25 т/га навоза 1 154 140 129
2 149 138 130
3 133 126 119
М45Р120К45 + 25 т/га навоза 1 127 120 116
2 121 116 109
3 108 103 99
№|5Р60К45+ 50 т/га навоза 1 142 134 126
2 137 126 119
3 122 117 108
^50Р150К150 + 50 т/га навоза 1 163 158 147
2 157 138 127
3 143 138 128
^90Р190К190 1 152 148 138
2 152 134 123
3 131 126 117
НСР05 10 4 6
* 1 — начало вегетации, 2- середина вегетации, 3 - уборка.
6. Показатели взаимосвязи в системе калий почвы — _калий удобрений — продуктивность свеклы (Я)
Показатель
К2О в почве в начале вегетации
0-20 20-40 40-60 0-40 0-60
см см см см см
К2О удобрений 0,87** 0,84** 0,53** 0,87** 0,85**
Урожайность 0,80** 0,75** 0,45 0,80* 0,80**
Сбор сахара 0,77** 0,72** 0,42 0,77** 0,77**
* Достоверно на 95%-ном уровне вероятности.
**Достоверно на 99%-ном уровне вероятности.
В ранневесенние сроки наблюдения калий удобрений накапливался в верхних слоях почвы, и только к осени его пик перемещался в горизонт 20-40 см (рис. 2).
Effects of long-term fertilization on the dynamics of mobile phosphorus and potassium in leached chernozem
Рис. 2. Динамика содержания подвижного калия в почве, % от слоя 0-60 см (2006-2008 гг.)
По всей вероятности, это связано как с усиленным выносом этого элемента из пахотного горизонта в течение вегетации, так и с изменением водно-физических свойств почвы, прежде всего с ее сухостью, к осени.
Таким образом, применение органических и минеральных удобрений - необходимое условие существенного улучшения питательного режима чернозема выщелоченного в лесостепи Центрально-Черноземного региона. Обеспеченность почвы подвижными формами фосфора и калия в процессе вегетации снижается с глубиной, но в отношении калия эта закономерность проявляется слабее. Минеральные удобрения в большинстве случаев обеспечивают повышение содержания элементов питания в период вегетации, а органические - фосфора и калия в более глубоких слоях почвы. Это способствует повышению продуктивности сахарной свеклы. Литература
1. Яговенко Г.А. Фосфатный режим серой лесной почвы в севооборотах с люпином//Агрохимический вестник. - 2010. - № 3. - С. 9-11.
2. Алексеева Е.Н. Влияние длительного применения удобрений на почвенное плодородие и урожай культур на средневыщелоченном черноземе в зоне неустойчивого увлажнения//Влияние длительного применения удобрений на плодородие почвы и продуктивность севооборотов. - М.: Колос, 1978. - С. 99-117. 3. Гетманец А.Я., Пашова В.Т., Турчин В.В. Баланс питательных элементов в интенсивных севооборотах в Степной зоне УССР// Повышение плодородия почв и продуктивности сельского хозяйства при интенсивной химизации.-М.: Наука, 1983.- С. 192-195. 4. Малова А.В., Ивойлов А.В., Костров К.А. Влияние длительного применения удобрений в севообороте на урожай культур и агрохимические показатели выщелоченного тяжелосуглинистого чернозема//Агрохимия. - 1989. - № 12. - С. 12-17.
5. Бровкин В.И. Динамика подвижного фосфора в пахотном слое выщелоченного чернозема//Бюлл. ВНИИ удобрений и агропочв. вып. 102, 1990. - С. 27-31. 6. Никитин В.В. Определение калия по методу Чирикова в черноземах Воронежской области//Сб. науч. работ НИ-ИСХ ЦЧП. - Каменная Степь, 1975, Т. VIII, вып. 1. - С. 40-44. 7. Чуян Г.А., Ермаков В.В., Чуян С.И. Влияние эродированности и применения удобрений на содержание форм калия в типичном чернозе-ме//Агрохимия. - 1986. - № 10. - С. 27-33. 8. Карпинец Т.В., Липкина Г. С. Устойчивые стационарные состояния колийного режима в почвах // Почвоведение. - 1992.- № 3. - С. 61-68. 9. Дука В.И., Дука Л.В., Гутыря С.Т. Действие длительного систематического применения удобрений при интенсивном использовании земли на урожай культур, его качество и плодородие почвы в условиях Западной Лесостепи УССР//Влияние длительного применения удобрений на плодородие почвы и продуктивность севооборотов. - М.: Колос, 1978. - С. 174192. 10. Зайцева Г.А. Влияние влажности почвы и содержания подвижных фосфатов в черноземе выщелоченном на урожайность сельскохозяйственных культур//Плодородие. - 2011. - № 5. - С. 33-34. 11. Погорелов Ю.Г., Гавенский В.Д. К вопросу миграции калия удобрений в карбонатном черноземе Кубани//Свойства почв и удобрений.-Краснодар, 1976.- С. 48-51.
M.G. Melnikova, O.A. Minakova, Mazlumov All-Russian Research Institute of Sugar Beet, Russian Academy ofAgricultural Sciences, VNIISS 86, Ramon' region, Voronezh oblast, 396030 Russia, E-mail: melnikova-masha@)mailru
The results of a long-term field experiment with sugar beet on leached chernozem in the forest-steppe of the Central Chernozemic Zone are presented. The effect of organic and mineral fertilizers on soil supply with mobile phosphorus and potassium and their dynamics in time and space has been shown. Criteria of correlation in the 'fertilizer-soil nutrient status-crop productivity' system and their probability parameters have been calculated.
Keywords: sugar beet, phosphorus status, potassium status, dynamics, validation criteria, fertilizers, productivity.
