CC BY
7УДК 631.81:631.84
ЗАПАСЫ МИНЕРАЛЬНЫХ ФОРМ АЗОТА В СЕРЫХ ЛЕСНЫХ ПОЧВАХ ОПОЛЬЯ И ПРОДУКТИВНОСТЬ СЕВООБОРОТОВ
В.В. Окорков, д.с.-х.н., O.A. Фенова, к.с.-х.н., /I.A. Окоркова — Владимирский НИИСХ
E-mail: [email protected]
Исследования в течение двух ротаций 8-польных севооборотов на серых лесных почвах Владимирского ополья выявили определяющую роль запасов азота, находящихся в жидкой фазе этих почв в ранние фазы вегетации культур, на их продуктивность. Они представляют собой сумму запасов нитратного и аммонийного азота, находящегося в равновесии с поглощенными NH*. Между средней продуктивностью севооборотов и запасами нитратного и аммонийного азота в жидкой фазе почвы в ранний период вегетации культур севооборота степенная взаимосвязь наиболее тесная.
Ключевые слова: серая лесная почва Ополья, средняя продуктивность севооборота, запасы нитратного азота, запасы аммонийного азота, регрессионные уравнения.
В работах [1,2] нами выявлена определяющая роль минерального азота в повышении урожайности полевых культур 8-польного севооборота. Особое влияние на урожай и его качено оказывали запасы азота нитратов <гслое почвы 0-40 см, накопленные в ранние фазы роста и развития возделываемых культур. Это объяснялось преимущественным потреблением растениями нитратной формы азота при температурах выше 10 °С [В]. Однако исследованиями Д.Н. Прянишникова в водных культурах [4] выявлена возможность активного поглощения ими как нитратного, так и аммонийного азота. Оптимум поглощения 1\1-ЫН4 наблюдался при рН около 7,0, 1\1-1М03 -
при слабокислой реакции среды. В полевых же условиях наблюдаются весьма сложные процессы трансформации вносимых в почву удобрений, которые далеки от наблюдаемых в водных культурах. В этой связи на серых лесных почвах Владимирского ополья были проанализированы результаты наблюдений за динамикой запасов нитратного и аммонийного азота и продуктивностью 8-польных севооборотов за 2 ротации.
Стационарный опыт заложен в 1991-1993 гг. [5] и развернут в 3-х полях в севообороте: занятой пар (вико-овсяная смесь) - озимая рожь - картофель - овес с подсевом трав - травы 1-го года пользования -травы 2-го года
пользования - озимая рожь - ячмень. Во 2-й ротации (1999-2008 гг.) чередование культур в севообороте оставалось прежним.
Почва опытных полей - серая лесная среднесуглинистая имела следующие агрохимические показатели пахотного слоя: содержание гумуса 2,9-4,0 %, рНКС1 5,1-5,5, гидролитическая кислотность 3,2-3,5, сумма поглощенных оснований 19,4-22,4 мг-экв/100 г; содержание подвижного фосфора (по Кирсанову) 130-200, обменного калия (по Масловой) 150-180 мг/кг почвы.
В начале 1-й ротации провели известкование по полной гидролитической кислотности. На его фоне изучали влияние различных доз подстилочного
Вариант 1-я ротация 8-польного севооборота, 1991-2000 гг. 2-я ротация 8-польного севооборота, 1999-2008 гг. 1-2 ротации 8-польного севооборота, 1991-2008 гг.
1.Контроль 29,0 32,9 31,0
2.Фон известкования 29,3 30,9 30,1
^ З.Фон + РК 31,4 33,8 32,6
" 4.Фон + ЫРК 36,4 39,6 38,0
5.Фон + 2 ЫРК 40,0 41,6 40,8
б.Фон + навоз 40 т/га (Н40) 31,8 34,9 33,4
7.Фон + навоз бОт/га 34,1 35,8 35,0
8. Фон + навоз 80 т/га 33,5 35,8 34,6
9.Фон + Н40 + РК 32,4 36,0 34,2
10.Фон + Н40+ ЫРК 38,8 40,7 39,8
11. Фон + Н40 + 2ЫРК 42,2 42,2 42,2
12. Фон + НбО + РК 33,4 36,4 34,9
13. Фон + Н60 + ЫРК 39,0 42,0 40,5
14. Фон + Н60 + 2ЫРК 41,3 42,0 41,6
15. Фон + Н80 + РК 34,0 37,8 35,9
16. Фон + Н80 + ЫРК 40,3 41,9 41,1
17. Фон + Н80 + 2ЫРК 41,5 43,3 42,4
1. Влияние систем удобрения на продуктивность культур 8- польных севооборотов на серых лесных почвах Владимирского ополья, ц/га зерн. ед.
8/ia3uMipckiü ЗемледЪлецъ
№ 2 (72) 2015
2. Влияние систем удобрения на средние ежегодные запасы N-N03 в слое почвы 0-40 см под культурами 8-польного севооборота в различные периоды их вегетации за 1992-2008 гг., кг/га
Вариант Всходы или возобновление вегетации (1-й срок) Колошение и бутонизация (2-й срок) После уборки Снижение запасов N-N03 во 2-й срок по сравнению с 1-м
к г/га %
1.Контроль 45 20 31 25 56
2.Фон известкования 47 24 32 23 49
З.Фон + РК 46 23 32 23 50
4.Фон + ЫРК 100 37 50 63 63
5.Фон + 2 МРК 150 67 69 83 55
6.Фон + навоз 40 т/га (Н40) 46 19 33 27 59
7.Фон + навоз бОт/га 50 22 36 28 56
8. Фон + навоз 80 т/га 50 23 37 27 54
9.Фон + Н40 + РК 46 21 33 25 54
10.Фон + Н40 + ЫРК 104 40 55 64 62
11. Фон + Н40 + 2МРК 155 69 74 86 56
12. Фон + Н60 + РК 50 23 35 27 54
13. Фон + Н60+ ЫРК 104 41 53 63 61
14. Фон + Н60 + 2ЫРК 150 67 68 83 55
15. Фон + Н80 + РК 59 24 37 35 59
16. Фон + Н80 + ЫРК 110 41 52 69 63
17. Фон + Н80 + 2ЫРК 159 74 76 85 54
«А
навоза (0, 40, 60 и 80 т/га), минеральных удобрений (фосфорно-калийные, одинарная и двойная дозы NPK), их сочетания на агрохимические показатели серых лесных почв в слое 0-40 см во всех вариантах опыта. Во 2-й ротации севооборота изучали последействие известкования.
Опыт развертывался по одному полю севооборота в год в трехкратной повторности. Площадь делянки 100 м2, размещение делянок рендомизиро-ванное.
Для исследований применяли аммиачную селитру, двойной суперфосфат и хлористый калий или калийную соль. Фосфорно-калийные удобрения вносили на травы поверхностно после уборки покровной культуры осенью, азотные - рано весной в подкормку отрастающих трав.
Продуктивность 8-польного севооборота (табл. 1) в среднем за 1-ю и 2-ю ротации (у12, ц/ra зерн. ед.) в зависимости от ежегодных доз применения навоза (xl, т/га), азота минеральных (х2, кг/га) и фосфорно-калийных (х3 -доза фосфорно-калийных удобрений в расчете на P20S, кг/га) удобрений описана следующими уравнениями :
уг 2 = 32,0 + 0,344 xt + 0,103 х2, п = 17, R = 0,967, R2 = 0,935, (1)
дов. интервал = 2,2 ц/га зерн. ед.; ух 2 = 31,3 + 0,99x^,5 + 0,78х20,5 + 0,17x30,5, Я = 0,990, Р2 = 0,980, (2) дов. интервал = 1,3 ц/га зерн. ед. По линейной взаимосвязи 93,5 % вариации приходилось на влияние навоза и азотных минеральных удобрений, а по степенной - выявлялась и роль фосфорно-калийных удобрений (около 4,5 %).
Как показали многолетние исследования (табл. 2), в условиях, когда применение азотных минеральных удобрений определяло как величину урожая и его качество, так и вынос им Р205 и К20, запасы 1\1-1\103 в начальный период вегетации в слое почвы 0-40 см увеличивались с ростом доз внесения аммиачной селитры. В удобренных азотом вариантах было такое количество нитратного азота, которое обеспечивало высокие потребности культур в азоте в весьма сжатые критические периоды. В вариантах без азотных удобрений запасы 1\1-1\Ю3 были недостаточными для формирования надлежащей высоты продуктивности севооборотов. Без внесения азотных удобрений за две ротации она варьировала от 29,0 до 32,9 ц/га зерн. ед., а в удобренных азотом, азотом и навозом вариантах -от 36,4 до 43,3, одними органическими
удобрениями - от 32 до 36 ц/га зерн. ед. (табл. 1).
В период от всходов яровых и пропашных и возобновления вегетации озимых и трав до колошения зерновых и бутонизации трав и картофеля запасы 1\1-1М03 снижались на 49-63 %. В удобренных азотом вариантах поглощение Ы-Г>Ю3 в ответственные фазы (кг/га) было в 2,5-3,4 раз более высокое. По данным [6], интенсивность денитрифи-кации на тяжелых почвах (чернозему выщелоченном) из слоя 0-60 см состав) ляла от 9 до 16 %, а на дерново-подзо-листой почве - от 12 до 50 % исходного содержания 1\Ю3~. Следовательно, снижение запасов нитратного азота во 2-й срок по сравнению с 1-м происходило в основном за счет их поглощения растениями.
После уборки по сравнению с серединой вегетации культур в вариантах без минеральных азотных удобрений запасы нитратного азота возрастали примерно в 1,5 раза, при внесении одинарной дозы ЫРК - в 1,25-1,35 раз, а двойной дозы ЫРК оставались без изменения.
В начальный период вегетации культур в среднем за годы наблюдений (табл. 3) в слое почвы 0-40 см запасы аммонийного азота по всем вариантам
№ 2(72)2015
$/ialhiMipckiù ЗемледЪлеод
3. Влияние систем удобрения на средние запасы 1\1-1\1Н в слое почвы 0-40 см под культурами 8-польного севооборота в различные периоды их вегетации за 1992-2008 гг., кг/га
Вариант Всходы или возобновление вегетации (1-й срок) Колошение и бутонизация (2-й срок) После уборки Снижение запасов N-N04 во 2-й срок по сравнению с 1-м
к г/га %
1.Контроль 178 164 170 14 7,9
2.Фон известкования 174 161 179 13 7,5
З.Фон + РК 182 163 170 19 10,4
4.Фон + NPK 185 161 167 24 13,0
5.Фон + 2 NPK 194 169 172 25 12,9
6.Фон + навоз 40 т/га (Н40) 184 164 163 20 10,9
7.Фон + навоз 60 т/га 188 164 163 24 12,8
8. Фон + навоз 80 т/га 189 168 162 21 11,1
9.Фон + Н40 + РК 180 164 160 16 8,9
Ю.Фон + Н40 + МРК 186 157 182 29 15,6
¡а 11. Фон + Н40 + 2NPK 191 166 180 25 13,1
^ 12. Фон + Н60 + РК 190 172 169 18 9,5
13.Фон + Н60ч^РК 187 161 182 27 14,4
14. Фон + Н60 + 2NPK 192 171 181 21 10,9
15. Фон + Н80 + РК 182 163 164 19 10,4
16. Фoн + H80 + NPK 186 163 176 23 12,4
17. Фон + Н80 + 2NPK 201 175 185 26 12,9
4. Средние размеры мобильного фонда азота в слое почвы 0-40 см (кг/га) и доля в нем N-N0,, в зависимости от систем удобрения (1992-2008 гг.)
Вариант Запасы в жидкой фазе МФ азота Доля N-N03 от МФ азота Вариант Запасы в жидкой фазе МФ азота Доля N-N03 от МФ азота
N-N03 N-NH 4 N-N03 N-NH 4
1 45 25 70 0,64 10 104 47 151 0,69
2 47 26 73 0,64 11 155 45 200 0,78
3 46 38 84 0,55 12 50 33 83 0,60
4 100 38 138 0,72 13 104 44 148 0,70
* 150 45 195 0,77 14 150 38 188 0,80
6 46 34 80 0,58 15 59 32 91 0,65
7 50 43 93 0,54 16 110 36 146 0,75
8 50 39 89 0,56 17 159 48 207 0,77
9 46 30 76 0,60
Примечание: Расшифровка вариантов дана в табл. 1,2,3
опыта варьировали в пределах 174-201 кг/га, несколько возрастая на удобренных делянках.
Средняя величина снижения запасов 1\1-[\1Н4 за многие годы от всходов или возобновления вегетации культур до середины вегетации (колошение, бутонизация) колебалась от 13 до 29 кг/га, в вариантах без азотных минеральных и органических удобрений она была наиболее низкой (13-19 кг/га). После уборки культур запасы Ы-ЫН4 слабо возрастали.
5ладим1рскш Земледелец!)
В ранние фазы роста и развития полевых культур, когда ими потреблялась основная часть необходимого азота, размеры поглощения N-N03 против N-N1-^ были в 1,5 раза выше в вариантах без удобрений, в 2,5-3,0 раза выше - в вариантах систематического внесения азота (табл. 2 и 3). При применении одного навоза размеры поглощения культурами аммонийного и нитратного азота различались незначительно.
Несмотря на то, что запасы аммонийного азота в слое почвы 0-40 см до-
статочно высоки, в раннии период вегетации полевыми культурами за годы исследований использовалось их не более 16 %. Это обусловлено низким содержанием N-NH4 в жидкой фазе. Теоретическое рассмотрение этого вопроса [7] показывает, что концентрация одновалентных катионов, в т. ч. и ионов NH4\ в жидкой фазе регулируется обменом первых на двухвалентные катионы. Они являются преобладающими в жидкой фазе серых лесных почв и обладают на порядок более высокой
№ 2 (72) 2015
Изменение мобильного фонда азота от применения удобрений но сравнению с контролем за 1992-2008 гг., кг/га
Взаимосвязь средней продуктивности 8 ротации с мобильным фондом азота.
коагулирующей силой, чем одновалентные катионы (за исключением ионов водорода). При этом допускается, что полнота использования !М-Г\1Н4 жидкой фазы такая же, как и 1\1-1\Ю3.
Сумму запасов 1\1-1\Ю3 и 1\1-1МН4 в жидкой фазе почвы в период всходов или возобновления вегетации культур назвали мобильным фондом (МФ) азота. В таблице 4 представлены средние размеры мобильного фонда азота, рассчитанные по многолетним данным, а также доля в нем Ы-Ы03 в зависимости от систем удобрения.
Процессы обмена ионов во влажные периоды повышают трансформацию азота. В это время происходит снижение концентрации ионов в жидкой фазе, что ведет к преимущественной сорбции поглощающим комплексом двухвалентных катионов -по сравнению с одновалентными и вытеснению в жидкую фазу поглощенных ионов 1ЧН4+, соответственно к усилению процессов трансформации их в нитраты. В сухие периоды вегетации возделываемых культур при повышенной концентрации почвенного раствора возрастает сорбционная способность одновалентных катионов в сравнении с двухвалентными. Это приводит к замене ионов Са2+ и катионами 1МН4+ и К+ с уменьшением межпакетного пространства глинистых минералов с расширяющейся кристаллической решеткой, их фиксации в нем, т. е. к переходу части обменных ионов 1\1Н4+ иК* в необменные формы.
Данные таблицы 4 свидетельствуют о наиболее высоких размерах МФ
-польного севооборота за 1-ю и 2-ю
азота и ведущей роли в нем Ы-Ы03 при систематическом применении полного минерального удобрения. При внесении органических удобрений по сравнению с вариантами без удобрений МФ несколько повышался. Доли аммонийного и нитратного азота в нем выравнивались. В МФ азота переходило 14-25 % запасов аммонийного азота.
Установлено, что между средней продуктивностью 8-польного севооборота и ежегодными средними запасами нитратного азота в слое почвы 0-40 см (х, кг/га) наблюдалась следующая линейная взаимосвязь (уравнение 3):
у12 = 33,3+ 0,0844 (х - 44), п =17, К=0,926,К2=0,856,дов.интервал=3,2. (3) Близкая теснота взаимосвязи наблюдалась и между средней продуктивностью севооборота и запасами мобильного фонда азота в слое почвы 0-40 см (г, кг/га):
у12 =33,1 +0,0722 (г - 69), п = 17, Р! =0,923, Р!2=0,851, дов. интервал=3,3. (4) В то же время более корректно взаимосвязь между средней продуктивностью севооборота за 1-ю и 2-ю ротации и средними запасами нитратного азота в ранние сроки вегетации культур или мобильного фонда азота в слое 0-40 см за тот же период уже описывается степенной зависимостью. Так, между десятичным логарифмом средней продуктивности севооборота и логарифмом запасов нитратного азота в ранний период вегетации взаимосвязь следующая:
1йУ =1,492 +0,062- 1§(х - 44), п = 17, К =0,955, Я2 =0,912, дов. интер. = 0,03. (5) Степенная взаимосвязь между изучае-
мыми параметрами более тесная, чем линейная (уравнение 3): у = 31,0 (х -44)0,062, доверительный интервал = 1,1 ц/га зерн. ед.
Такая же взаимосвязь средней продуктивности севооборота получена и для мобильного фонда азота (уравнение 6):
Igy =1,456 +0,075 • lg(z -69), n =17, R =0,942, R2 =0,886, дов. интер. = 0,03. (б) у = 28,6 (z - 69)0,075, доверительный интервал = 1,1 ц/га зерн. ед.
Полученная степенная взаимосвязь отражает наблюдаемую в опытах зависимость урожаев возделываемых культур от доз удобрений: более высокий отклик от них для небольших доз и постепенное снижение его с их повышением (рисунок).
Из степенной зависимости продуктивности севооборота с запасом азота в жидкой фазе серых лесных почв вытекает также, что продуктивность куль^. тур севооборота должна повышатыЩЩ. при дробном применении азотных удобрений по сравнению с одноразовым. В этом случае от внесения их умеренных доз прибавка урожая от единицы запасов азота в жидкой фазе почвы более высокая. Поэтому суммарный эффект от внесения их несколько раз за вегетацию будет более высоким, чем от одноразового применения той же общей дозы азотного удобрения.
Таким образом, исследования в течение двух ротаций 8-польного севооборота на серых лесных почвах Владимирского ополья выявили определяющую роль азотных минеральных и органических удобрений на среднюю продуктивность культур севооборота. Положительная роль органических удобрений также обусловлена улучшением питания возделываемых культур азотом. Устс, новлено, что в период колошениШ (бутонизации трав и картофеля) по сравнению с периодом всходов яровых, отрастанием трав и озимых в слое почвы 0-40 см происходит снижение запасов N-N03 на 49-63 %, запасов N-NH, на 7,5-16 %. Эти изменения запасов форм азота происходят за счет их поглощения культурами из мобильного фонда азота. Он представляет собой сумму запасов нитратного и аммонийного азота, находящегося в жидкой фазе серой лесной почвы в ранние фазы роста и развития культур. Наиболее тесная взаимосвязь между средней продуктивностью севооборотов и средними запасами нитратного азота и мобильного фонда азота описывалась степенной зависимостью с показателем степени 0,062 и 0,085.
№ 2 (72) 2015
Зладимгрскгй Земледелец!)
Литература
1. Окорков В.В. Удобрения и урожай на серых лесных почвах Владимирского ополья. - Суздаль: Владимирский НИИСХ, 2001.-337 с.
2. Окорков В.В. О питании полевых культур азотом на серых лесных почвах Владимирского ополья//Агрохимия, 2006, № 1. - С. 34-40.
3. Гамзиков Г.П. Принципы почвенной диагностики азотного питания полевых культур и применения азотных удобрений// Совершенствование методов почвенно-растительной диагностики азотного питания растений и технологий применения удобрений на их основе: Материалы симп. Немчинов-ка, 8-9 июня 1999 г. - М.: ВНИПТИХИМ, 2000.-С. 33-45.
4. Прянишников Д.Н. Общие вопросы земледелия и химизации. Изб. соч. Т. 3. - М.: Изд-во с.-х. лит-ры, журн. и
канд. биологических наук. М.: ФГБОУ ВО «РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева», 2015.-20 с.
7. Гапон E.H. Обмен ионов между твердой и жидкой фазами// Журн. Кол. химии. 1941. Т. 15. Вып. 5. С. 665-672.
плакатов, 1963. - 647 с.
5. Окорков В.В. Удобрения и плодородие серых лесных почв Владимирского ополья. - Владимир: ВООО ВОИ, 2006.-356 с.
6. Прасолова A.A. Влияние азота удобрения на газовый режим различных горизонтов почв. Автореф. дис. ...
V. V. Okorkov, O. A. Fenova, L. A. Okorkova
MINERAL FORMS OF NITROGEN IN GRAY FOREST SOILS OF OPOLYA AND PRODUCTIVITY OF CROP ROTATIONS
Research during two rotations of the 8-field crop rotation on grey forest soils of Vladimir opolye revealed the determining role of nitrogen supply, in liquid phase of these soils in the early phase of cultures on their productivity. They represent the sum of the stocks of nitrate and ammonium nitrogen in equilibrium with adsorbed NH4+. Between the average productivity of crop rotations and the amount of nitrate and ammonium nitrogen in the liquid phase of the soil in the early growing season of the crop rotation to build the relationship closer.
Keywords: grey forest soils of Opolye, average productivity of crop rotation, stocks of nitrate nitrogen, ammonium nitrogen stocks, the regression equation.
Информация для авторов журнала «Владимирский земледелец»
1. На публикацию представляемых в редакцию материалов требуется письменное разрешение организации, подготовленное на бланке научного учреждения, где работают авторы или проводили научные исследования, а также согласие авторов на передачу опубликованной в журнале статьи для размещения в сети интернет электронной библиотеки на сайте http://elibrary.ru/ и на сайте ФГБНУ Владимирский НИИСХ http://vnish.org/.
2. Электоронный вариант должен быть набран в текстовом редакторе Word Windows, шрифт Times New Roman, размер шрифта - 12, интервал - 1,5, поля 20 мм со всех сторон, отступ в абзацах 10 мм. Все страницы статьи (включая первую, а также страницы с таблицами и рисунками) должны быть пронумерованы. Объем статей, включая приложения, не должен превышать 10 страниц формата А4.
3. Каждая таблица снабжается заголовком и вставляется в текст после абзаца с первой ссылкой на нее. Таблицы по размеру не должны превышать размер одной печатной страницы.
4. Количество графического материала ограничено - не более 6 рисунков. Каждый рисунок должен иметь подпись (под рисунком), в которой дается объяснение всех его элементов. Для построения графиков и диаграмм следует использовать программу Microsoft Office Excel.
5. Иллюстрации, формулы, уравнения и сноски, встречающиеся в статье, должны быть пронумерованы в соответствии с порядком цитирования в статье.
6. В список цитируемой литературы нужно включатьлишь те источники, на которые есть ссылка в тексте статьи. Список составляется в порядке упоминания этих источников в тексте. Библиографические ссылки следует давать в квадратных скобках в соответствии с нумерацией в списке литературы. Список литературы оформляется в соответствии с ГОСТ Р 7.0.5 2008 «Библиографическая ссылка. Общие требования и правила составления».
7. К статье должен быть приложен краткий реферат на русском и английском языках. Реферат объемом 8-10 строк должен кратко излагать предмет статьи и основные содержащиеся в ней результаты. Ключевые слова и словосочетания (до 5). Реферат на английском языке должен в начале текста содержать заголовок (название) статьи, инициалы и фамилии авторов также на английском языке.
8. Статья должна быть представлена в печатном виде в 1-м экземпляре, без рукописных вставок, на одной стороне стандартного листа формата А-4, подписанная на обороте последнего листа всеми авторами, а также на дискете или CD с текстом статьи в формате DOC или RTF. Материалы в полном объеме могут быть присланы по электронной почте без дублирования на бумажных носителях.
9. Ответственность за содержание статей несут авторы. Статьи публикуются бесплатно.
10. Статья должна включать следующие разделы: УДК; название; фамилия, имя и отчество авторов
место работы авторов, должность, ученое звание, степень; электронный адрес автора, телефон; ключевые слова и словосочетания (до 5); краткую аннотацию на русском и английском языках; список литературы в конце статьи.
11. Редакция оставляет за собой право вносить в текст редакционную правку.
Электронный адрес редакции: [email protected], Тел: (49231) 2-19-15
5/ia9uMipckiü Земледелец!}
№ 2 (72) 2015
