CC BY
33
ЗЕМЛЕДЕЛИЕ, АГРОХИМИЯ, МЕЛИОРАЦИЯ
УДК 631.811.1
Влияние полевых севооборотов на баланс азота в почве
Сергей Анатольевич Замятин, кандидат с.-х. наук, зав. отделом, Владимир Михайлович Изместьев, кандидат с.-х. наук, зам. директора
ГНУ Марийский НИИСХ Россельхозакадемии, п Руэм, Республика Марий Эл, Россия
E-mail: via@mari-el.ru
Показано влияние различных видов полевых севооборотов, технологий использования соломы и остатков клевера, минеральных удобрений на баланс азота в почве.
Ключевые слова: севооборот, технология, минеральные удобрения, послеуборочные остатки, баланс азота
Для воспроизводства почвенного плодородия все большее значение приобретают севообороты с бездефицитным балансом азота, возможностью продуцирования биологических азотсодержащих соединений и повышенным углеродным питанием почвы [1].
Первые наиболее подробные расчеты баланса азота в земледелии страны были сделаны Д.Н. Прянишниковым в 1937 году [2]. Для сохранения плодородия почвы и величины урожаев, по его мнению, необходимо вносить не менее 80% потребляемого растениями азота. Без учета баланса азота невозможно эффективно заниматься сельскохозяйственным производством [3].
Цель исследований - определить баланс азота в почве полевых севооборотов на различных уровнях минерального и органического питания.
Материал и методы. Исследования проводили в 2007-2012 гг. в экспериментальных полевых севооборотах, заложенных в 1996 и 1998 гг.
Схема опыта
Фактор А - виды севооборотов:
1. Зерновой севооборот (овес + клевер, клевер 1 г.п., озимые, вико-овес на зерно, яровая пшеница, ячмень) - 83% зерновых -контроль.
2. I плодосменный севооборот (вико-овес на зеленую массу, озимые, ячмень, картофель, вико-овес на зерно, яровая пшеница) - 67% зерновых.
3. II плодосменный севооборот (вико-овес на зерно, яровая пшеница, картофель (навоз 80 т/га), ячмень + клевер, клевер 1 г.п., озимые) - 67% зерновых.
4. Зернотравянопропашной севооборот (ячмень + клевер, клевер 1 г.п., клевер 2 г.п., озимые, картофель, овес) - 50% зерновых.
Фактор В - технология использования соломы зерновых и остатков клевера на сидерат:
1. Обычная технология (удаление соломы, высота среза клевера 8-10 см).
2. Органическая технология (запашка измельченной соломы и высокой стерни клевера).
Фактор С - минеральные удобрения:
1. Контроль (без удобрений).
2. N6oP6oKбo.
Азотные удобрения в виде аммиачной селитры вносили по 60 кг действующего вещества на 1 гектар под все полевые культуры, кроме клевера.
Почва опытного участка дерново-подзолистая среднесуглинистая со следующими агрохимическими показателями пахотного слоя перед закладкой опыта: содержание гумуса - 1,82%, реакция почвенного раствора - 5,67, Нг - 1,7 мг-экв., сумма поглощенных оснований - 7,9 мг-экв. на 100 г почвы. Обеспеченность почвы подвижным фосфором 270 мг, обменным калием 130 мг на 1 кг почвы.
Навоз в дозе 80 т/га (400 кг/га азота) вносили во II плодосменном севообороте один раз за ротацию под картофель в 2010 и 2012 гг., согласно закладкам опыта.
Расчет баланса азота определяли согласно методическим указаниям по определению питательных веществ азота, фосфора, калия, гумуса, кальция [4].
Составляющими баланса азота принято считать приходные и расходные статьи.
Приходными статьями баланса азота являются: 1) поступление с минеральными удобрениями; 2) поступление с органическими удобрениями; 3) поступление азота с семенами; 4) симбиотическая азотфиксация; 5) несимбиотическая азотфиксация; 6) поступление азота с атмосферными осадками; 7) поступление азота с корнепожнивными остатками.
В расходную часть баланса азота входит: 1) вынос азота сельскохозяйственными культурами; 2) потери за счет вымывания;
3) потери азота за счет денитрификации;
4) потери азота за счет эрозии.
Поступление азота с органическими удобрениями, азот, накопленный бобовыми и корнепожнивными остатками полевых культур, а также вынос его с урожаем взяты на основании экспериментальных данных, остальные приходные и расходные статьи -согласно нормативам [4, 5].
Результаты и их обсуждение. Исследованиями установлено, что с семенами возделываемых культур в почву поступило от 3,75 до 8,75 кг/га азота. Наименьший приток азота в почву отмечен с семенами озимой ржи, а наибольший - с клубнями картофеля.
Размер симбиотической азотфиксации учитывался по всем бобовым культурам. Викоовсяная смесь, возделываемая на зерновые цели, синтезирует в зависимости от условий года от 10,90 до 33,92 кг азота на га, на зеленую массу - от 6,00 до 61,56 кг/га. Наибольшее количество азота (52,50-145,25 кг/га) синтезируется клевером.
Поглощение атмосферного азота и превращение его в органическую форму осуществляется свободно живущими почвенными микроорганизмами под небобовыми культурами. Внесение азотных удобрений приводит к затуханию несимбиотиче-ской деятельности. В наших условиях за счет несимбиотической азотфиксации синтезируется от 2 до 4 кг азота на га.
Величина поступления азота с атмосферными осадками колеблется по годам. Наименьшее количество азота (2,3 кг на га) поступило в засушливый 2010 г., когда во время вегетации выпало всего 85,2 мм осад-
ков. В 2007, 2008 и 2011 гг. за вегетацию выпадало более 260 мм осадков, поэтому поступление азота в эти годы достигало 6,8 кг/га.
Поступление азота с пожнивными остатками, в зависимости от погодных условий, варьировало по годам от 0,1...2,2 кг/га у картофеля до 4,7.39,7 кг/га у клевера, с пожнивными и корневыми остатками поступление азота достигало от 7,0.39,6 до 81,2.209,9 кг/га соответственно культурам.
Основополагающими нормативными материалами по выносу азота на единицу продукции в условиях Республики Марий Эл являются труды В.М. Шорина и др. [6].
Наибольшее количество азота выносится с урожаем клевера, варьирующее в годы исследований от 42,84 до 213,0 кг/га, тогда как озимая рожь в своей основной и побочной продукции аккумулирует 30,80.93,28 кг азота на гектар. Отмечается, что клевер независимо от погодных условий года и уровня минерального питания всегда формирует достаточно высокие урожаи корнепожнив-ных остатков (КПО) и надземной массы (табл. 1)
Так, в вариантах без внесения минеральных удобрений урожайность сухого вещества корнепожнивных остатков клевера была в 1,32 раза выше урожайности надземной массы, так как корневая система в поисках питания развивается лучше. В вариантах, где ежегодно вносились азотные удобрения, корневая система клевера развивалась менее интенсивно, поэтому соотношение корней к надземной массе здесь меньше (1,12 раза), чем на естественном фоне почвенного плодородия. Также отмечается, что чем засушливее погодные условия вегетационного периода, тем сильнее развивается корневая система клевера, а надземная масса слабее.
Вымывание азота из почвы зависит от многих факторов. На первое место следует поставить климатические условия, т.к. количество осадков и величина просочившейся влаги - взаимосвязанные процессы. Большое влияние на вымывание азота оказывают удобрения [7, 8]. В наших исследованиях на неудобренных фонах вымывается 5 кг азота на га, при постоянном внесении аммиачной селитры - 10 кг/га. Под клеверами процесс вымывания азота затухает.
Таблица 1
Соотношение массы корнепожнивных остатков и надземной массы клевера за последнюю ротацию севооборотов
Годы ГТК Дозы удобрений Урожай сухого вещества с 1 га, т Соотношение КПО и надземной массы
КПО надземная масса
2008 1,71 Без удобрений 8,б4 8,30 1,04 1
Кб0?б0Кб0 б,41 7,01 0,91 1
2009 1 укос 0,77 Без удобрений б,47 5,13 1,2б 1
^0Рб0Кб0 4,31 4,54 0,95 1
2009 2 укоса 0,77 Без удобрений б,59 7,17 0,92 1
Кб0Рб0Кб0 4,47 б,25 0,72 1
2010 0,37 Без удобрений 9,51 3,00 3,17 1
^0Рб0Кб0 7,48 3,00 2,49 1
2012 1,24 Без удобрений 8,12 5,78 1,40 1
Кб0Рб0Кб0 7,08 5,7б 1,23 1
Среднее Без удобрений 7,87 5,88 1,32 1
^0Рб0Кб0 5,95 5,32 1,12 1
Потери азота от процесса денитрифи-кации происходят в весенний и осенний периоды, когда почва переувлажнена, а температура достаточна как для микробиологических, так и для химических процессов, приводящих к восстановлению окислов азота до молекулярной формы. Эти потери обычно бывают на удобренных азотом участках и составляют примерно 10% от дозы внесенного с минеральными удобрениями азота и 20% от прихода его с навозом [9]. В наших экспериментах величина этих потерь составила 6 и 80.86 кг/га соответственно.
Потери азота на сильноэродированных почвах достигают 30 кг/га [2]. В наших исследованиях эрозия почвы практически отсутствует, поэтому потери азота за счет этого процесса были приняты за 0 кг/га.
Что касается севооборотов в целом (табл. 2), то в зерновом севообороте, где зерновые культуры занимают 83% площади, за годы исследований отмечается незначительный, но положительный баланс азота -1,86 кг/га. В первом плодосменном севообороте с насыщением зерновыми культурами 67% положительный баланс азота еще выше (4,13 кг/га). В зернотравянопропашном севообороте с двумя полями клевера наблюдается также положительный баланс азота, но выше, чем в первом плодосменном, составив 7,26 кг/га. Наиболее высокое значение положительного баланса азота (51,54 кг/га)
зафиксировано во втором плодосменном севообороте, в котором под картофель вносится 80 т/га навоза.
Использование пожнивных остатков возделываемых культур в севооборотах оказало положительное действие на баланс азота. На вариантах с обычной технологией, где идет удаление соломы зерновых культур с поля и скашивание клевера на обычной высоте, независимо от вида севооборота, положительный баланс азота был на уровне 10,89 кг/га. При запахивании же измельченной соломы и остатков клевера при высоком срезе положительный баланс азота был выше и составил в среднем 21,51 кг/га.
В севооборотах без внесения минеральных удобрений, независимо от их вида, баланс азота был отрицательным и составил - 1,97 кг/га. Постоянное применение минеральных азотных удобрений в дозе 60 кг/га по действующему веществу способствовало получению положительного баланса азота в количестве 34,37 кг/га.
В целом, самый высокий положительный баланс азота в почве отмечается в плодосменном полевом севообороте при ежегодном внесении минеральных удобрений К60Рб0Кб0, в структуре которого 67% площади отводится зерновым культурам, а одно поле картофелю, удобренному 80 т/га навоза, составивший за одну ротацию изучаемых севооборотов около 77 кг/га.
Таблица 2
Влияние типа севооборота и удобрений на баланс азота в почве, кг/га (среднее по двум закладкам за 2007-2012 гг.)
Севооборот -фактор А Технология -фактор В Удобрения - фактор С Среднее по А Среднее по В
без удобрений №боРбоКбо
Зерновой Обычная -20,87 14,85 1,86 10,89
Органическая -14,58 28,04 21,51
Плодосменный I Обычная -20,77 21,72 4,13
Органическая -14,77 30,35
Плодосменный II Обычная 26,11 61,56 51,54
Органическая 41,86 76,63
Зернотравяно-пропашной Обычная -9,36 13,87 7,26
Органическая -3,39 27,91
Среднее по фактору С -1,97 34,37
Анализируя интенсивность баланса азота (табл. 3), можно сказать, что в зерновом севообороте независимо от уровня минерального питания она составила 109%, в первом плодосменном и зернотравянопро-пашном - 125 и 120% соответственно. Наибольшая интенсивность баланса азота
(138%) зафиксирована во втором плодосменном севообороте.
В среднем по севооборотам при естественном плодородии интенсивность баланса азота составила 102%, при постоянном применении минеральных удобрений интенсивность баланса возросла до 145%.
Таблица 3
Влияние типа севооборота и удобрений на интенсивность баланс азота в почве, % (среднее по двум закладкам за 2007-2012 гг.)
Севооборот -фактор А Технология -фактор В Удобрения - фактор С Среднее по А Среднее по В
без удобрений N60^0^0
Зерновой Обычная 79 128 109 117
Органическая 89 140 129
Плодосменный I Обычная 91 150 125
Органическая 103 158
Плодосменный II Обычная 112 149 138
Органическая 128 164
Зернотравяно-пропашной Обычная 102 128 120
Органическая 110 149
Среднее по фактору С 102 145
При использовании соломы и высокой стерни клевера на сидерат интенсивность баланса азота была активной и составила 129%, тогда как при обычной технологии -117%.
В целом пассивная интенсивность баланса азота отмечается в зерновом севообо-
роте при естественном уровне плодородия почвы независимо от степени интенсификации биологизации производства и в первом плодосменном при обычной технологии использования послеуборочных остатков, и без внесения минеральных удобрений. Бездефицитная интенсивность баланса азота уста-
новлена в первом плодосменном севообороте без минеральных удобрений, но при запахивании соломы зерновых и высокой стерни клевера, а также в зернотравянопропашном при возделывании культур севооборота без внесения минеральных удобрений и традиционном использовании послеуборочных остатков. В остальных вариантах исследований зафиксирована активная интенсивность баланса азота.
Заключение. Таким образом, чем выше степень насыщения полевого севооборота зерновыми культурами, тем ниже положительный баланс азота в почве. Наиболее высокое значение положительного баланса азота зафиксировано во втором плодосменном севообороте, в котором под картофель вносится 80 т/га навоза. Внесение минеральных удобрений, как и запашка послеуборочных остатков зерновых культур и высокой стерни клевера, сопровождается изменением баланса азота в почве в положительную сторону.
Список литературы
1. Дубенок Н.Н., Бородычев В.В., Лытов М.Н. и др. Формирование бездефицитного баланса азота в почве при возделывании бобовых культур // Агрохимический вестник. 2007. №5. С. 10-13.
2. Прянишников Д.Н. Популярная агрохимия. М.: Наука, 1965. 396 с.
3. Чекмарев П.А., Лукин С.А. Система земледелия в условиях биологизации земледе-
лия // Достижения науки и техники АПК 2012. №12. С. 10-12.
4. Сычев В.Г., Музыкантов П.Д., Панко-ва Н.К. Методические указания по определению питательных веществ азота, фосфора, калия, гумуса, кальция. М: ЦИНАО, 2000. 40 с.
5. Смирнов П.М., Муравин Э.А. Агрохимия. М.: Колос, 1981. 319 с.
6. Шорин В.М., Трухан Л.Г., Новоселов С.И., Зыкова Г.А. Рациональные методы и способы применения удобрений при интенсивных технологиях возделывания сельскохозяйственных культур // Интенсивные технологии возделывания сельскохозяйственных культур в Марийской АССР. Йошкар-Ола: Марийское книжное изд-во, 1986. С. 22-74.
7. Коротков А.А., Буркова О.А. Вымывание элементов питания из дерново-подзолистых почв суходольного луга // Почвоведение. 1994. №3. С. 63-68.
8. Постников П.А., Карпова М.Н. Агро-экологическая роль органических удобрений //Высокоэффективные системы использования органических и возобновляемых биологических ресурсов. М.: Россельхозакадемия - ГНУ ВНИИОУ, 2012. С. 109-115.
9. Салангинас Л.А. Миграция соединений из темно-серой лесной тяжелосуглинистой почвы // Селекция, семеноводство и технологии выращивания основных сельскохозяйственных культур на Среднем Урале: Тр. УралНИИСХоза. Т. 59. Екатеринбург, 2000. С. 213-218.
The influence of field crop rotations on the balance of nitrogen in the soil Zamjatin S., Izmestjev V.
The influence of different types of field crop rotations, technology of the using of straw and clover residuals, and mineral fertilizers on the balance of nitrogen in the soil.
Key words: crop rotation, technology, mineral fertilizers, post-harvesting residuals, balance of nitrogen
