CC BY
49
УДК 631.871:631.417.1:631.41
ВЛИЯНИЕ СОЛОМЫ ЗЕРНОВЫХ И ЗЕРНОБОБОВЫХ КУЛЬТУР НА СОДЕРЖАНИЕ УГЛЕРОДА, АГРОХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И БАЛАНС ЭЛЕМЕНТОВ ПИТАНИЯ В ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТОЙ ПОЧВЕ
И.В. Русакова, к.б.н.
ВНИИ органических удобрений и торфа, e-mail: [email protected]
Вовлечение естественных биогеоценозов в сельскохозяйственное производство сопровождается разрывом круговорота биогенных элементов в связи с отчуждением с урожаем не только основной, но и побочной продукции. Сокращение потока органического вещества, поступающего в почву, является причиной сокращения запасов гумуса. Поэтому необходимо установить влияние соломы зерновых и зернобобовых культур при ее внесении в течение 2-х ротаций 5-польного зернопропашного севооборота (озимая пшеница - люпин -картофель - ячмень - однолетние травы) на содержание органического углерода и элементов питания в дерново-подзолистой супесчаной почве. Длительный полевой опыт ВНИИОУ (Владимирская область) включает следующие варианты: 1. Без удобрений. 2. N54P51K57 (ср. в год) - фон; 3. Фон + солома озимой пшеницы (СОП), люпина (СЛ), ячменя (СЯ) - 18 т/га; 4. СОП, СЛ, СЯ - 18 т/га. За 2 ротации севооборота с соломой внесено около 7000 кг органического углерода, что составило 35% от его исходных запасов в почве. В варианте с максимальной (18 т/га) за 2 ротации дозой соломы на фоне минеральных удобрений установлено достоверное увеличение в пахотном слое содержания Сорг. на 0,065%, что соответствует 1950 кг углерода на 1 га. Использование в качестве удобрения всего объема послеуборочных остатков зерновых и зернобобовых культур обеспечивает повторное вовлечение в биохимический круговорот биогенных элементов в размерах: 148 кг азота, 59 кг фосфора и 198 кг калия или 21-29, 24-31, 39-52% от общего выноса урожаем культур, а также около 7 т органического углерода. Трехкратное внесение всей соломы зерновых и зернобобовых культур севооборота сопровождалось ростом содержания обменного калия в пахотном слое дерново-подзолистой почвы (к концу 2-ой ротации на 21-22 мг/кг по сравнению с исходным), позволило достичь положительных величин баланса азота с интенсивностью 104%, калия - с интенсивностью 153%.
Ключевые слова: дерново-подзолистая почва, солома, органическое вещество, агрохимические свойства, баланс элементов питания.
INFLUENCE OF CEREAL AND LEGUME STRAW ON CARBON CONTENT, AGROCHEMICAL PROPERTIES AND NUTRIENTS BALANCE IN SODDY-PODZOLIC SOIL
PhD. I.V. Rusakova
All-Russian Scientific-Research Institute for Organic Fertilizers and Peat, e-mail: [email protected]
Involvement of natural biogeocoenosis in agricultural production accompanied by the rupture of nutrients cycle due to the disposal of the harvest not only the primary but also the incidental production. The decline of organic matter flow entering the soil is the reason for the humus stocks reduction. Therefore necessary to define the effect of cereals and legumes straw with repeated her introduction during 2 cycles in 5 fields grain-row crop rotation (winter wheat, lupine, potatoes, barley, annual grasses) on the organic carbon content and balance of nutrients in sandy soddy-podzolic soil. Long-term field experiment of All-Russian Scientific-Research Institute for Organic Fertilizers and Peat (Vladimir region) has following experience treatments: 1. No fertilizers. 2. N54P51K57 (on average per year); 3. N54P51K57 + straw (winter wheat, lupine, barley) - total 18 t/ha; 4. Straw (winter wheat, lupine, barley) - total 18 t/ha. During 2 cycles in grain-row crop rotation with straw introduced about 7000 kg of organic carbon, which amounted to 35% of its initial reserves in the soil. In treatments with dose of straw (18 t/ha) against the background of mineral fertilizers established significant increase of organic carbon content at 0.065% in arable soil layer, which corresponds to 1950 kg of organic carbon per 1 ha. Use of total volume of post-harvest residues of grain and leguminous crops as fertilizer provides repeated involvement in the biochemical nutrients cycling: 148 kg nitrogen, 59 kg phosphorus and 198 kg of potassium or 21-29, 24-31, 39-52% of the total removal of the harvest, and about 7 tons of organic carbon. Threefold introduction of straw whole grains and legumes crop rotation was accompanied by the increase of available potassium content (to the end of the 2 cycles in grain-row crop rotation at 21-22 mg/kg in compare to the initial), has allowed to achieve positive nitrogen balance values with the intensity of 104%, potassium - with the intensity of 153%.
Keywords: soddy-podzolic soil, straw of cereals and legumes, organic matter, agrochemical properties, balance of nutrients.
В современном земледелии России вынос питательных веществ с урожаем сельскохозяйственных культур составляет около 10,8 млн. т [1], что в 2,4 раза превышает возврат с удобрениями и растительными остатками. Низкий уровень применения удобрений приводит к некомпенсированному расходу почвенного плодородия, снижению содержания органического вещества и отрицательному балансу элементов питания в пахотных почвах, дефицит которого в 2011 г. составил 6,26 млн. т д.в., или 84 кг/га посевной площади сельскохозяйственных культур [1 ]. В этих условиях особенно актуальна задача интенсификации использования возобновляемых ресурсов, в том числе послеуборочных остатков, обеспечивающих возврат в биологический круговорот и замкнутость циклов биофильных элементов, поддерживающих механизмы саморегуляции в агроэкосистемах.
В агроценозах послеуборочные остатки выращиваемых культур служат основным источником поддержания и воспроизводства запасов почвенного органического вещества [2-9]. Растительные остатки также обеспечивают возврат в хозяйственно-биологический круговорот питательных элементов, которые высвобождаются при их разложении [3, 10-14].
По данным модельно-полевых опытов [15], в течение первого года после заделки соломы в дерново-подзолистую почву в расчете на 1 т было высвобождено 27-60% азота, 71-90% фосфора, 95-99% калия, 69-83% кальция, 50-92% магния, что в расчете на 1 га в среднем составило: азота - 5-44 кг, фосфора - 10-53, калия - 54-217, кальция - 8-34 и магния - 2-22 кг.
В России излишки соломы, не нашедшие применения в животноводстве и других отраслях, составляют ежегодно 40-64 млн. т. Использование в качестве удобрения этого объема растительной массы, который дополнительно может быть увеличен на 18-20% за счет остатков других культур (подсолнечника, кукурузы, рапса, гречихи, сои, картофеля, сахарной свеклы и др.), позволит обеспечить возврат в биологический круговорот до 1160 тыс. т NPK (около 50% от уровня их внесения с минеральными удобрениями) и 1,2-4,0 т/га органического вещества.
Цель данной работы - установить влияние соломы зерновых и зернобобовых культур при неоднократном ее внесении в течение 2-х ротаций 5-польного зернопропашного севооборота на содержание органического углерода, агрохимические свойства и баланс элементов питания в дерново-подзолистой супесчаной почве.
Методика исследования. В длительном полевом опыте, заложенном в 1997 г. на опытном поле ВНИИОУ, изучали влияние соломы зерновых и зернобобовых культур при одно-, двух- и трехкрат-
ном внесении в зернопропашном севообороте (озимая пшеница - люпин - картофель - ячмень -однолетние травы (люпин + овес)) на плодородие дерново-подзолистой супесчаной почвы и продуктивность культур. Солому измельчали (5-10 см) и равномерно распределяли по делянкам опыта одновременно с уборкой зерна комбайном САМП0-500 с измельчителем, заделывали в верхний слой (0-10 см) почвы дисковой бороной БДТ-3, через 2-3 недели запахивали плугом ПЛН-3-35 при зяблевой обработке. Минеральные удобрения вносили весной перед предпосевной культивацией.
В данной работе приведены результаты в следующих вариантах опыта: 1. Без удобрений. 2. N54P5lK57; 3. N54P5lK57 + солома озимой пшеницы (СОП), солома люпина (СЛ), солома ячменя (СЯ), 18 т/га; 4. СОП, СЛ, СЯ - 18 т/га. Дозы соломы приведены в сумме за 2 ротации севооборота, минеральных удобрений - в среднем в год. Почва -дерново-подзолистая супесчаная, подстилаемая моренным суглинком, до закладки опыта характеризовалась следующими агрохимическими показателями в пахотном слое: Сорг. - 0,67-0,70%, pHкCl 4,6-4,9; подвижный фосфор 65-79; обменный калий - 83-99 мг/кг почвы.
Результаты и обсуждение. Исследуемая дерново-подзолистая супесчаная почва в целом характеризуется низким содержанием гумуса, которое служит основным фактором, лимитирующим ее плодородие и продуктивность. В изучаемом севообороте свежее органическое вещество поступало в почву в виде корне-пожнивных остатков (КПО), остающихся после уборки урожая основной продукции, и дополнительно - в виде соломы зерновых и зернобобовых культур.
За 2 ротации среднегодовое количество КПО в контроле составило 2,29 т/га, применение минеральных удобрений обеспечило увеличение этого показателя на 0,53 т/га (23%) за счет более высокой урожайности выращиваемых культур. При трехкратной заделке соломы в почву дополнительно поступало в среднем в год 1,8 т/га растительных остатков, или 59-71% по отношению к массе КПО в этих вариантах (рис. 1).
Из всего спектра применяемых удобрений солома зерновых культур содержит наибольшее количество органического вещества - 80-85%, что обусловливает ее ценность, как органического удобрения.
За 2 ротации севооборота с соломой озимой пшеницы, люпина и ячменя в почву поступило около 7000 кг органического углерода, что составило около 35% от его исходных запасов в почве. Поступающее в почву свежее органическое вещество растительных остатков подвергается биохимической трансформации и пополняет запасы гумуса. Изменения содержания Сорг. за 2 ротации
зернопропашного севооборота имело различную направленность и интенсивность в зависимости от внесенных удобрений. Тренды содержания Сорг. показали его снижение в контроле и тенденцию к повышению в варианте с трехкратным внесением соломы без минеральных удобрений (рис. 2).
Достоверное увеличение этого показателя, составившее 0,065%, что в пересчете соответствует 1950 кг углерода на 1 га, или около 10% общих его запасов в пахотном слое, установлено при максимальной (18 т/га) за 2 ротации дозе соломы на фоне минеральных удобрений.
По данным опыта, из 430 кг углерода, содержащегося в 1 т соломы, 56 и 108 кг вошло в состав гумуса, в вариантах с внесением соломы без минеральных удобрений и на фоне NPK, соответственно. Коэффициент гумификации органического вещества соломы составил 0,13-0,25. Полученные данные хорошо согласуются с результатами зарубежных исследований. Так, при обобщении данных нескольких длительных опытов в различных почвен-но-климатических условиях Германии, сделанном VDLUFA (Ассоциация немецких сельскохозяйственных исследований и научно-исследовательских институтов), воспроизводство гумуса оценивается от 80 до 110 кг углерода из 1 т соломы в зависимости от типа почв [16].
За 2 ротации севооборота с 18 т соломы в почву суммарно поступило 148 кг азота, 59 кг фосфора и 198 кг калия. Анализ данных по изменению агрохимических свойств дерново-подзолистой почвы за этот период севооборота позволил установить следующие тенденции и закономерности. Во всех вариантах опыта, включая контроль, произошло снижение pHKCl по сравнению с исходным уровнем на 0,22-0,45 ед. и увеличение гидролитической кислотности (табл. 1). Более заметное изменение кислотно-основных свойств почвы в сторону подкисления
отмечено в вариантах с ежегодным применением физиологически кислых форм минеральных удобрений и их совместном внесении с соломой.
Содержание подвижного фосфора мало изменилось в контроле и значительно увеличилось по сравнению с исходным в вариантах NPK и NPK + солома - соответственно на 127 и 106 мг/кг почвы. Влияния соломы на изменение фосфорного режима почвы в данном опыте не выявлено.
Без удобрений ЫРК-фон Фон+солома 18 т/га Солома 18 т/га
Рис. 1. Среднегодовое поступление растительных остатков за 2 ротации севооборота
0,76
0,74
0,72
Без удобрений "а,ЫРК
"\> ЫРЮсолома 18 т/га ''а. Солома 18 т/га
^ 0,70
а о
О 0,68
0,66
0,64
0,62
1997-1998 г.г. 2301-2002 г.г. 2006-2007 г.г.
2000-2001 г.г. 2005-2006 г.г.
Годы
Рис. 2. Динамика содержания органического углерода за 2 ротации зернопропашного севооборота в пахотном слое почвы
1. Агрохимические свойства пахотного слоя дерново-подзолистой супесчаной почвы
Вариант рНкс1 Нг Са + Мц Р205 К2О
мг-экв/100 г почвы мг/кг почвы
1 2 1 2 1 2 1 2 1 2
1. Без удобрений 4,75 4,53 1,95 2,17 4,60 4,40 79 86 99 91
2. NPK 4,90 4,60 1,70 2,08 4,62 4,37 64 191 88 157
3. NPK + солома, 18 т/га 4,90 4,45 1,71 2,03 4,25 4,20 73 179 83 174
4. Солома, 18 т/га 4,60 4,32 1,97 2,03 4,38 4,28 68 72 85 106
Примечание. 1 - до закладки опыта; 2 - в конце 2-й ротации севооборота
2. Баланс элементов питания в севообороте (2-ая ротация)
Вари- Азот Фосфор Калий
ант* внесено с вынос урожаем ба- ИБ, внесено вынос ба- ИБ, внесено вынос ба- ИБ,
удобрениями + + газообразные ланс % с удобре- урожаем ланс % с удоб- урожа- ланс %
азотфиксация потери ниями рениями ем
кг/га кг/га кг/га
1 57** 217 -160 - - 76 -76 - - 156 -156 -
2 322 328 -6 98 255 104 +151 245 285 230 +55 124
3 384 369 +15 104 281 114 +167 246 380 249 +131 153
4 127 243 -126 52 27 87 -60 31 91 176 -85 52
* Расшифровка вариантов дана в таблице 1. ** Симбиотическая азотфиксация.
Ежегодное внесение минеральных удобрений способствовало увеличению содержания в почве обменного калия на 69 мг/кг. В вариантах с трехкратным использованием соломы на фоне NPK отмечено значительное (на 91 мг/кг) увеличение этого показателя по сравнению с исходным, что на 22 мг/кг выше относительно варианта 2. Трехкратное внесение всей соломы зерновых и зернобобовых культур севооборота без минеральных удобрений также сопровождалось ростом содержания К2О к концу 2-ой ротации на 21 мг/кг по сравнению с исходным (табл. 1). Это обусловлено высоким содержанием калия в соломе зерновых и зернобобовых культур. В сумме за 2 ротации изучаемого севооборота в опыте с дозой соломы 18 т/га было внесено 180-200 кг К2О.
Научным критерием количественной оценки круговорота веществ, в т.ч. в конкретной агроэко-системе, служит состояние баланса питательных элементов [2]. Использование на удобрение всей нетоварной части урожая зерновых и зернобобовых культур зернопропашного севооборота обеспечило возврат в биологический круговорот азота, фосфора и калия соответственно 21-29%, 24-31, 39-52% от общего выноса урожаем всех культур. Расчет баланса элементов питания во 2-ой ротации севооборота показал, что выращивание культур без удобрений обеспечило дефицит азота - 160 кг/га. В варианте с ежегодным внесением минеральных удобрений баланс азота приблизился к бездефицитному, но остался отрицательным, и только трехкратное использование соломы позволило достичь положительных величин баланса и интенсивности
его в 104%. Эта величина близка к оптимальному уровню интенсивности баланса азота [17].
Вынос фосфора единицей урожая значительно меньше по сравнению с азотом и калием, поэтому применяемые в опыте дозы Р2О5 обеспечили положительный баланс этого элемента с интенсивностью выше 200%, что значительно превышает оптимальный уровень.
Минеральные калийные удобрения в применяемых дозах в опыте хотя и обеспечили положительный баланс калия в 124%, но не повысили его интенсивность до оптимальной величины, которая при расширенном воспроизводстве плодородия почв должна составлять 130-150% [17]. Наиболее благоприятно калийный баланс сложился при совместном использовании минеральных удобрений и соломы зерновых и зернобобовых культур в дозе 9 т/га за ротацию севооборота, где его интенсивность достигла 153% (табл. 2).
Таким образом, использование в качестве удобрения всего объема послеуборочных остатков зерновых и зернобобовых культур за 2 ротации зернопропашного севооборота обеспечивает повторное вовлечение в биохимический круговорот биогенных элементов в размерах: 148 кг азота, 59 кг фосфора и 198 кг калия или 21-29, 2431, 39-52% от общего выноса урожаем культур, а также около 7 т органического углерода. Дополнительное поступление органического вещества и элементов минерального питания способствует оптимизации их баланса, увеличению содержания Сорг. и К2О в пахотном слое дерново-подзолистой супесчаной почвы.
Литература
1. Чекмарев П.А. Состояние плодородия почв и мероприятия по его повышению в 2012 г. // Агрохимический вестник, 2012, № 1. - С. 2-4.
2. Гришина Л.А. Поток органического вещества и биогеохимические циклы азота, фосфора и калия в естественных и агроценозах лесной зоны // Почвоведение, 1984, № 12. - С. 81-86.
3. Алиева Е.И. Накопление и разложение растительных остатков полевых культур и влияние их на баланс органического вещества и питательных элементов в дерново-подзолистой почве // Агрохимия, 1978, № 4. - С. 57-63.
4. Прохоров И.С., Кураков А.В. Грибной гидролиз растительных полимеров и азотфиксация в почвах / Материалы IV Съезда Докучаевского общества почвоведов. - Новосибирск: «Наука-Центр», 2004, Кн. 1. - С. 639.
5. Алиева Е.И. Итоги 12-летнего использования соломы на удобрение // Бюллетень ВИУА им. Д.Н. Прянишникова, 1985, № 72. - С. 44-48.
6. Чупрова В.В. Поступление и разложение растительных остатков в агроценозах Средней Сибири // Почвоведение, 2001, № 2. - С. 204-214.
7. Кураков А.В., Прохоров И.С., Костина Н.В., Махова Е.Г., Садыкова В.С. Стимуляция грибами азотфиксации в дерново-подзолистых почвах // Почвоведение, 2006, № 9. - С. 1075-1081.
8. Русакова И.В., Еськов А.И. Оценка влияния длительного применения соломы на воспроизводство органического вещества дерново-подзолистой почвы // Доклады РАСХН, 2011, № 5. - С. 28-31.
9. Русакова И.В. Воспроизводство плодородия почв на основе использования возобновляемых биоресурсов // Агрохимический вестник, 2013, № 4. - С. 7-12.
10. Lal R. The Role of Residues Management in Sustainable Agricultural Systems // Journal of Sustainable Agriculture, 1995, V. 5, I. 4. - P. 51-78.
11. Левин Ф.И., Белозеров С.М., Диваченко В.С. Изменение параметров биологического круговорота азота, фосфора и калия при использовании промежуточных культур на дерново--подзолистых почвах // Агрохимия, № 9, 1985. - С. 68-75.
12. Заболоцкая Т.Г., Лютоева М.Н. Послеуборочные остатки полевых культур, их разложение и влияние на содержание подвижных форм азота в некоторых подзолистых почвах // Агрохимия, 1974, № 2. - С. 3-7.
13. Донос А.И., Кордуняну П.М. Роль растительных остатков в пополнении запасов почвы органическим веществом и элементами минерального питания // Агрохимия, 1980, № 6. - С. 63-69.
14. Delgado J.A. Crop residue is a key for sustaining maximum food production and for conservation of our biosphere // Journal of Soil and Water Conservation, 2010, 65 (5). - P. 111A-116A.
15. Серая Т.М., Богатырева Е.Н., Бирюкова О.М., Мезенцева Е.Г. Высвобождение элементов питания при заделке соломы в дерново-подзолистые почвы в зависимости от ее видового состава и удобрения азотом // Агрохимия, 2013, № 3. - С. 52-59.
16. www.vdlufa.de.
17. Шишов Л.Л., Кораблева Л.И., Ефремов В.В., Губанкова И.А. Рациональный круговорот и баланс питательных веществ в интенсивном земледелии // Агрохимия, 1987, № 2. - С. 28-35.
References
1. Chekmarev P.A. Soil fertility and measures of it increase in 2012 // Agrochemical herald, 2012, № 1. - P. 2-4.
2. Grishina L.A. Organic matter flux and biogeochemical cycles of nitrogen, phosphorous and potassium in natural and agrocoenosis of forest zone // Eurasian Soil Science, 1984, № 12. - P. 81-86.
Alieva E.I. Accumulation and decomposition of field crop plant residues and influence of it on organic matter and nutrients balance in soddy-podzolic soil // Agrochemistry, 1978, № 4. - P. 57-63.
3. Prokhorov I.S., Kurakov A.V. Fungi hydrolysis of plant polymers and nitrogen fixation in soils / Abstracts of IV Congress of Dokuchaev Soil Science Society. - Novosibirsk: «Nauka-Center», 2004, Book 1. - P. 639.
4. Alieva E.I. Results of 12-year application of straw as fertilizer // Bulletin of VIUA named after D.N. Pryanishnikov, 1985, № 72. - P. 44-48.
5. Chuprova V.V. Income and decomposition of plant residues in agrocoenosis of the Middle Siberia // Eurasian Soil Science, 2001, № 2. - P. 204-214.
6. Kurakov A.V., Makhova E.G., Sadykova V.S., Prokhorov I.S., Kostina N.V. Stimulation of nitrogen fixation in soddy-podzolic soils with fungi // Eurasian Soil Science, 2006, Т. 39, № 9. - P. 968-974.
7. Rusakova I.V., Eskov A.I. Estimation of long-term application of straw reproduction of organic matter in soddy-podzolic soil // Reports of RAAS, 2011, № 5. - P. 28-31.
8. Rusakova I.V. Reproduction of soil fertility on the basis of renewed bioresources use // Agrochemical herald, 2013, № 4. - P. 7-12.
9. Lal R. The Role of Residues Management in Sustainable Agricultural Systems // Journal of Sustainable Agriculture, 1995, V. 5, I. 4. - P. 51-78.
10. Levin F.I., Belozerov S.M., Divachenko V.S. Changes of nitrogen, phosphorous and potassium biological cycle parameters due to use of intermediary crops at soddy-podzolic soils // Agrochemistry, № 9, 1985. - P. 68-75.
11. Zabolotskaya T.G., Lyutoeva M.N. After-harvesting residues of field crops, it's decomposition and influence on available nitrogen forms concentration in some podzolic soils // Agrochemistry, 1974, № 2. - P. 3-7.
12. Donos А.1, Kordunyanu P.M. Role of plant residues in adjunction of soil stock by organic matter and nutrients // Agrochemistry, 1980, № 6. - P. 63-69.
13. Delgado J.A. Crop residue is a key for sustaining maximum food production and for conservation of our biosphere // Journal of Soil and Water Conservation, 2010, 65 (5). - P. 111A-116A.
14. Seraya T.M., Bogatyreva E.N., Biryukova O.M., Mezentseva E.G. Nutrients release after straw incorporation into soddy-podzolic soil in dependence of straw type and nitrogen fertilization // Agrochemistry, 2013, № 3. - P. 52-59.
15. www.vdlufa.de.
16. Shishov L.L., Korableva L.I., Efimov V.V., Gubankova I.A. Rational cycle and balance of nutrients at intensive agriculture // Agrochemistry, 1987, № 2. - P. 28-35.
