CC BY
17ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ПЛОДОРОДИЯ
УДК 631.8:632.155:631.46:551.5:635.65:633.11:633.16:633.49
ВЛИЯНИЕ ДЛИТЕЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ УДОБРЕНИЙ НА ПЛОДОРОДИЕ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТОЙ ПОЧВЫ И ПРОДУКТИВНОСТЬ КУЛЬТУР
Е.И. Золкина, ВНИИОУ - филиал ФГБНУ «Верхневолжский ФАНЦ» 601390, Россия, п. Вяткино Судогодского района, Владимирской области, ул. Прянишникова, 2 e-mail: ek. Zolkin а2017(a),van ilex, ru. Тел. 8 930 747 43 68
Важнейший прием повышения продуктивности сельскохозяйственных культур - применение различных систем удобрения. Установлено, что эффективность минеральной системы удобрения при использовании двойной дозы (N100P50K120) была более высокой, она обеспечила среднюю продуктивность зернопропашного севооборота в 11-й ротации 32,7 ц/га. Определение биологической активности почвы в условиях Нечерноземной зоны за 11-ю ротацию при длительном использовании удобрений показало, что разложение целлюлозы характеризуется как средней интенсивности и способствует благоприятным условиям сохранения плодородия почвы и произрастания полевых культур. Следует отметить, что применение органических удобрений в большей степени стимулирует развитие микроорганизмов, использующих органические формы азота. При органической и органоминеральной системах удобрения коэффициент минерализации КАА/МПА составил 1,1-1,2, что свидетельствует о сбалансированности процессов минерализации и гумификации органического вещества в почве.
Ключевые слова: дерново-подзолистая почва, биологическая активность почвы, численность микроорганизмов, система удобрения, продуктивность, погодные условия.
Б01: 10.25680/819948603.2019.110.06
Образование органического вещества (гумус) напрямую зависит от разложения органических остатков в почве, а процессы разложения - от активности почвенной микрофлоры. Общее биологическое состояние почвенной среды характеризует ее биологическая активность, которую определяют с помощью разных показателей, но чаще всего используют целлюлозоразрушаю-щую способность почвы. Скорость разложения целлюлозы влияет на скорость разложения органики в целом [1-3]. Но поскольку степень активности этих микроорганизмов зависит от наличия в почве доступного азота, фосфора, калия и других элементов, то степень распада целлюлозы, можно считать, отражает «напряженность хода микробиологических процессов вообще» [4, 5]. Множество работ и исследований подтверждают большую роль органического вещества в усилении биологической активности почв, в том числе навоза, соломы, сидератов, растительных остатков [6-8].
Цель исследований - изучить биологические показатели в пахотном (0-20 см) слое дерново-подзолистой супесчаной почвы при длительном применении различных систем удобрения под разными культурами зернопропашного севооборота.
Методика. Исследования по влиянию различных систем удобрения на продуктивность севооборота и плодородие дерново-подзолистой супесчаной почвы проводили в длительном стационарном опыте ВНИИОУ [9].
Опыт заложен в 1968-1969 гг. в 4-польном севообороте с чередованием культур: 1 - однолетний люпин; 2 - озимая пшеница; 3 - картофель; 4 - ячмень. Изучали эффективность трех систем удобрения: органическую, минеральную и органоминеральную при двух уровнях удобренности. Схема опыта включает 16 вариантов: 1. Без удобрений; 2. Р5оК6о; 3. Ы^,,: 4. N50^0; 5. ^оРзоКео; 6. Навоз, 10 т/га; 7. Навоз, 20 т/га; 8. ^оРгзКбо; 9. ^„РзоКэо; Ю. Навоз, 5 т/га + М25Р12К30; 11.
Навоз, 10 т/га + N50; 12. Навоз, 10 т/га + N^25; 13. Навоз, 10 т/га + 1Ч5()Р25К6о; 14. МюоРзоКт; 15. ^0Р25Кбо; 16. Навоз, 10 т/га + МюоРзоК^о. В 1984-1989 гг. исследовали последействие удобрений. Начиная с 1990 г., в схему опыта внесены изменения: в варианте 11 начали вносить навоз, 10 т/га + ^оРгзКзо + солома, в варианте 12 -навоз, 10 т/га + Ы^Р:-^,, + солома + сидерат, в варианте 15 - ^оРгзКбо + солома, остальные варианты без изменений. В работе использовали данные, полученные в вариантах: 1. Без удобрений; 2. Навоз, 20 т/га; 3. Навоз, 10 т/га + ^оРгзКбо; 4. Ы,()()Р^К.12и. Повторность опыта -четырехкратная, размер делянок 161 м 2 (7 м х 23 м). Опыт входит в Географическую сеть опытов с удобрениями России.
В статье представлены данные за 11-ю ротацию севооборота (2014-2017 гг.). Почва опытного участка -дерново-подзолистая супесчаная, низкой степени окультуренности. Перед закладкой опыта в пахотном (0-20 см) слое содержалось: гумус (по Тюрину) 1,051,17%, подвижный фосфор (по Кирсанову) - 14-25 мг/кг, обменный калий (по Масловой) - 63-104 мг/кг, рНсол 6,2-6,5, гидролитическая кислотность (по Каппе-ну) - 1,0-2,2 мг-экв/100 г.
Биологическое состояние исследуемой дерново-подзолистой почвы оценивали по следующим показателям: численность основных физиологических групп микроорганизмов (ФГМ) - методом учета на плотных и жидких питательных средах [10]; биологическая активность (БА); соотношение численности амилолитиче-ских и протеолитических микроорганизмов -КАА/МПА. В таблицах и на рисунках представлены средние значения определяемых показателей в образцах из пахотного слоя почвы (0-20 см), в двукратной повторности в два срока: весной до внесения удобрений и в середине вегетации. Математическую обработку эксперементальных данных и построение рисунков
проводили с использованием компьютерных программ Е\5С1 И 81аП5Пса 6.0.
В зависимости от систем удобрения в длительном стационарном опыте определяли биологическую активность почвы, которая характеризуется степенью и скоростью разложения льняного полотна, выдержанного в почве установленный период времени (определяется с учетом количества выпавших осадков в период применения аппликационного метода). Известно несколько способов закладки льняных полотен в почву.
Изучение БА оптимизированной дерново-подзолистой супесчаной почвы проводили методом аппликаций по методике И.С. Вострова и А.И. Петровой [11]. В почву на глубину 0-20 см в вертикальном положении закладывались стеклянные пластинки размером 5-15 см, обернутые льняной тканью, предварительно взвешенной. Пластинки закладывали после появления всходов на изучаемых культурах. Через определенное время (60 дней) пластинки осторожно выкапывали, с них осторожно смывали частички почвы, ткань просушивали и повторно взвешивали. По разности массы ткани до и после экспозиции определяли интенсивность жизнедеятельности целлюлозоразру-шающих микроорганизмов, поскольку они способны фиксировать азот из атмосферы, используя в качестве единственного источника углерода питания целлюлозу. Эти микроорганизмы, осуществляя разложение целлюлозы растительных остатков, могут обогащать почву азотом.
Результаты и их обсуждение. С помощью проведенных исследований в длительном стационарном опыте установили сезонную динамику активности целлю-лозоразрушающих микроорганизмов.
На БА почвы влияли не только удобрения и предшественники, но и метеорологические условия вегетационных периодов. Более сильно разложение льняного полотна проходило при оптимальных условиях жизнедеятельности целлюлозоразлагающих микроорганизмов. В сухие и жаркие, а также холодные годы их рабочая активность снижалась. Более интенсивное разложение целлюлозы отмечено при хорошо увлажненных условиях в почве и невысокой температуре воздуха "(рис. 1).
Анализ полученных данных показал, что интенсивность разложения целлюлозы в пахотном (0-20 см) слое дерново-подзолистой почвы за 11-ю ротацию и по вариантам опыта была различной: от слабой (23%) до очень сильной (85%), согласно соответствующей шкалы [12].
В среднем за 4 года наблюдений наибольшая степень разложения льняной ткани в почве достигала 85% при использовании органической системы удобрения - повышенных доз навоза (20 т/га). Исключением был вариант с применением минеральной системы повышенных доз №ооР5оК12о). при которой степень разложения льняного полотна идентифицировалась как средняя. Более высокая БА органической системы удобрения, по сравнению с минеральной, при недостатке влаги обусловлена положительным влиянием органического вещества навоза на водно-физические свойства почв, которые не играли существенной роли при оптимальной влагообеспеченности. Условия увлажнения особенно сильно отразились на эффективности азотных удобрений.
Интенсивность распада клетчатки в слое 0-20 см дерново-подзолистой почвы под разными культурами была неодинакова. В проведенных исследованиях, в зависимости от удобрений и предшественников, накапливалось 122,8 ц/га биомассы воздушно-сухого вещества корнепожнивных остатков в варианте без удобрений. Применение органических и минеральных удобрений при значительном росте урожая культур способствует увеличению количества биомассы растительных остатков.
25 20
Ь
i 15
Р> Н
I" 10
I
Н
5 0
140
120
_ 100 й
¿ SO
i 60 и
Ф 40
20 0
2014 2015 2016 201 ¡»май «июнь к июль
Рис. 1. Среднемесячная температура воздуха и количество осадков за исследуемый период
В биомассе корнепожнивных остатков аккумулируется 179-276 кг/га азота, 70-101 фосфора, 148-269 кг/га калия за ротацию севооборота. Наибольшей интенсивностью разложения целлюлозы, как в сухой 2016 г. так и во влажный 2017 г., отличалось возделывание картофеля. Степень разложения льняной ткани под исследуемой культурой при применении органической системы повышенных доз была на 54% выше по отношению к люпину, на 68 - к озимой пшенице и на 48% к ячменю за ротацию севооборота. Этому способствовали ежегодная поверхностная обработка в верхнем слое почвы 10-12 см, а также внесение удобрений под предшественник озимая пшеница, что сформировало более высокий урожай и оставило больше корнепожнивных остатков - до 36% (рис. 2).
2014 2015 2016 2017 $ май «июнь Мнюль
Однако, после того же предшественника, но идущего после картофеля, БА под ячменем оказалась слабее на 30%. Наименьшая БА отмечена под посевами озимой пшеницы - 27%, несмотря на то, что предшественником являлся однолетний люпин, который по эффективности не уступает навозу. Тут могло сказаться влияние погодных условий за ротацию (2014-2017 гг.). Так, под однолетним люпином, который является высокоэффективным азотфиксатором, разложение льняной ткани -на органической системе (навоз, 20 т/га) составило 32%, а с применением органоминеральной системы -36%.
Длительное внесение удобрений существенно влияло на количественный и качественный состав микроорганизмов, соотношение отдельных групп их. Применение органической системы удобрения увеличивало численность микроорганизмов, использующих органические формы азота (МПА), почти в 2 раза, органоминеральной - в 1,9, минеральной - в 1,5 раза по сравнению с контролем (без удобрений). Численность микроорганизмов, использующих органические формы азота (МПА), по сравнению с вариантом без удобрений была обусловлена, очевидно, увеличением количества растительного опада и корневых выделений растений.
1. И. мшимо длительного применения различных систем удобрения на продуктивность культур зернопропашного сево-_оборота за 11-ю ротацию (2014-2017 гг.)_
Среднегодовая продуктивность
Вариант опыта урожайность. прибавка
ц/га ц/га %
Без удобрений 18.9 - -
Навоз. 20 т/га 28.1 9.3 49
Навоз. 10 т/га + 30.8 11.9 63
\ | 12ч 32.7 13.8 73
Рис. 2. Степень разложения льняного полотна под разными культурами в зависимости от систем удобрения (в среднем за 2014-2017 гг.)
Результаты исследований показали, что при использовании органической (навоз, 20 т/га) и органоминеральной (навоз, 10 т/га + №эдР25К6о) систем удобрения БА, т.е. разложение целлюлозы значительно интенсифицируется. Это можно объяснить тем, что с увеличением доз удобрений активность почвенных микроорганизмов существенно усиливается.
На основании экспериментальных данных, полученных в длительном стационарном опыте, за звено севооборота установлено, что возделывание культур в варианте без удобрений было малоэффективно - продуктивность в среднем за 11-ю ротацию исследований не превышала 18,9 ц/га. Длительное возделывание сельскохозяйственных культур без использования органических и минеральных удобрений постепенно приводило к снижению продуктивности посевов. Анализ многолетних данных показал, что при недостатке влаги действие органической системы удобрения на урожайность культур превышало минеральную. В условиях достаточной и повышенной влагообеспеченности эффективность органической системы оказалась ниже минеральной.
При использовании органоминеральной системы удобрения, средних доз (навоз, 10 т/га + ^оР^Кво) продуктивность севооборота была примерно равна таковой при органической системе и составила, соответственно, 28,1 и 30,8 ц/га. Следует отметить, что органическая система удобрения при внесении высоких доз (навоз, 20 т/га) уступала минеральной (МццРзоКпо) по продуктивности. При этом достаточно интенсивно шло разложение льняного полотна, которое превышало в 1,6 раза минеральную систему, что в свою очередь подтверждает доступность органического материала растений (табл. 1).
Численность микроорганизмов амилолитических (КАА) при применении органической и органоминеральной систем удобрения возрастала на 27-52%, в то время как при использовании минеральной системы удобрений она увеличивалась в 1,2 раза (табл. 2).
2. Численность основных физиологических групп микроорганизмов в пахотном слое дерново-подзолистой супесчаной почвы за 11-ю ротацию севооборота
Вариант опыта Проте-олити-ческие (среда МПА) микроорганизмы Ами-лоли-тиче-ские (среда КАА) Целлю-лозоли-тические (среда Гетчин-сона) Мик-роми-цеты (среда Чапека) Нит-ри-фи-като-ры Денит ри-фика-торы КАА МПА
тыс. КОЕ/г почвы
Без удобрений 8210 13693 30.4 39.8 6.8 750 1.7
Навоз, 20 т/га 15906 18080 59.4 78.6 16.4 2500 1.1
Навоз, 10 т/га + 16820 20736 55.4 60.7 15.0 2500 1.2
\ | 12ч 12184 16854 64.8 91.1 15.8 950 1.4
НСРс.05 3150 3350 18.6 14.3 3.9 210
Следует отметить, что коэффициент минерализации азота (КАА/МПА) при использовании органической системы удобрения различался. Анализ результатов исследований численности агрономически полезных групп микроорганизмов в почве показал, с одной стороны, что разложение органического вещества при использовании минеральных удобрений шло более интенсивно, а с другой стороны, - истощение легкодоступных источников органического азота в почве в варианте без удобрений.
Нитрификационная способность в слое почвы 0-20 см существенно увеличилась в вариантах повышенных доз органической системы (навоз, 20 т/га). При внесении минеральных удобрений в повышенных дозах (МшРзоКо)) наблюдалось увеличение нитрифицирующих микроорганизмов в 2,3 раза, совместно минераль-
ных и органических удобрений - в 2,2 раза, что выше чем на контроле.
Активность денитрификации достигает максимума при использовании минеральной системы удобрения в начале вегетационного периода, а органической и орга-номинеральной - в середине его, так как в почве накапливается наибольшее количество минерального азота.
В зависимости от возделываемых культур в длительном стационарном опыте и вида удобрений денитрифи-кация при внесении удобрений была выше, чем без применения удобрений. Наименьшей численностью всех групп микроорганизмов характеризовались почвы севооборота без удобрений.
Заключение. На основании экспериментальных данных, полученных в результате длительного (50 лет) стационарного опыта, заложенного на дерново-подзолистой супесчаной почве, установлено, что применение средних доз удобрений (навоз, 10 т/га + №здР25Кбо) позволило получить почти такую же продуктивность, как при внесении высоких доз органического удобрения. При повышенных дозах удобрений №ооР5оК12о) наибольшее влияние на урожайность культур оказывала минеральная система удобрения. Использование различных систем удобрения в значительной степени оптимизировало биологическое состояние дерново-подзолистой супесчаной почвы и позволило увеличить устойчивость урожайности культур по годам (2014-2017 гг.).
Особый интерес в 50-летнем длительном полевом опыте представляют исследования по влиянию различных систем удобрения на биологические свойства дерново-подзолистой почвы, в частности на БА, показателем которой служит целлюлозоразрушающая способность. Оценка Б А почвы как «очень сильная» достигнута в варианте с органической системой удобрения при использовании повышенной дозы навоза (20 т/га) более 80%, а также при достаточных влажности и тепла. При применении минеральных удобрений в повышенных дозах (1^юоР5оК12о) значительно интенсифицируется
разложение целлюлозы в сравнении с растительными остатками без удобрений.
Проведена комплексная оценка биологического состояния почвы при длительном применении различных систем удобрения. Установлено, что при использовании минеральной системы удобрения (1,4), а также варианта без удобрений (1,7) коэффициент минерализации был более высоким. Это говорит о более интенсивном разложении органического вещества при внесении минеральных удобрений и истощении легкодоступных источников органического вещества в почве в варианте без удобрений.
Литература
1. Методика почвенной микробиологии и биохимии / Под ред. Д.Г. Звягинцева. - М.: Изд-во Московского университета. 1980. - 240 с.
2. Методы почвенной микробиологии и биохимии / Д.Г. Звягинцев [и др.]; Под ред. Д.Г. Звягинцева. - М.: Изд-во МГУ. 1991.-304 с.
3. Звягинцев Д.Г. Биология почв: учебник / Д.Г. Звягинцев. И.Л. Бабаева. Г.М. Зенова. -М.: МГУ. 2005.-445 с.
4. Мишустин E.H. Ценозы почвенных микроорганизмов. Почвенные организмы как компоненты биогеоценоза. - М.: Наука. 1984. - С. 524.
5. Микробиология', учебник для вузов / Под ред. В.Т. Емцева. E.H. Мишустина. - 6-е изд. - М.: Дрофа. 2006. - 232 с.
6. Пономарева В.В. Гумус и почвообразование / В.В. Пономарева. Т.А. Плотникова. - Л.: Наука. 1980.-222 с.
7. Гаевский Е.Е.. Куликов Л.К. Влияние окультуривания дерново-подзолистой супесчаной почвы на ее микробиологическое разнообразие и биологическую активность // Экологический вестник. - 2016. -№ 2 (36). - С. 17-25.
8. Минеев В.Г. Агрохимия: учебник / В.Г. Минеев. - М. : Изд-во МГУ. 2006. - 720 с.
9. Соловьев П.П.. Гасова В.П. Влияние удобрений и их сочетаний на продуктивность севооборота, качество продукции и плодородие почвы // Результаты исследований в длительных опытах с удобрениями по зонам страны. Труды ВИУА вып. 11. - М., 1982. - С. 24-57.
10. Благодатский С.А.. Благодатская Е.В.. Горбенко A.A.. Паников П.С. Регидратационный метод определения биомассы микроорганизмов в почве // Почвоведение. - 1987. - №4. - С. 71-81.
11. Вострое U.C.. Петрова A.II. Определение биологической активности почвы различными методами // Микробиология. - 1961. - Т.30. вып. 4.-С. 665-672.
12. O.E. Пряженникова. Целлюлозолитическая активность почв в условиях городской среды // Вестник КемГУ. - 2011. - №3.(47) -С.10-13.
INFLUENCE OF LONG-TERM FERTILIZER APPLICATIONS ON FERTILITY AND YIELD Of CROPS
E.I. Zolkina
AU-Ritssian Scientific Research Institute of Organic Fertilizers - a branch of Upper lrolga Federal Agrarian Research Center, Pry-anishnikova uL 2, 601390p. Vyatkino, Russia, E-mail: ekzolkina2017Cavandex.ru
The most important method of increasing crop productivity is the use of differentfertilizer systems. It M'as found that the efficiency of the mineral fertilizer system using a double dose (N100P50K120) M'as higher, it provided the average productivity of grain crop rotation in the 11th rotation-32.7 kg/ha. Determination of soil biological activity in non-Chemozem zone for the 11th rotation with long-tenn use of fertilizers showed that the degree of decomposition of cellulose is characterized as an average intensity and contributes to favorable conditions for the preservation of soil fertility and growth offield crops. It should be noted that the use of organic fertilizers to a greater extent stimulates the development of microorganisms using organic forms of nitrogen, mien using organic and organomineral fertilizer system, the coefficient of mineralization of KAA/h-lPA was 1.1-1.2, which indicates the balance of the processes of mineralization and humification of organic matter in the soil.
Keywords: soddy-podzolic sandy loam soils, soil biological activity, number of microorganisms, fertilizer system, production, weather conditions.
