Evaluation of the Informative Value of the Results of Soil Observations in a Stationary Experiment

Full Text

ВВЕДЕНИЕ

Устойчивость во времени оптимальных уровней агрохимических признаков плодородия почвы стабилизирует продуктивность сельскохозяйственных культур. Важно знать, насколько управляемы и регулируемы показатели, тесно связанные с урожайностью. К ним относится уровень содержания подвижных питательных веществ. Особое внимание уделяется содержанию органического вещества в почве, которое представлено гумусом, остатками растительного и животного происхождения разной степени разложения. Связь продуктивности растений с этим показателем проявляется как напрямую, так и опосредованно. В агроценозах наряду с минерализацией легкоподвижной части гумуса происходит пополнение его запаса за счет трансформации растительных остатков. Сбалансированность этих процессов способствует сохранению содержания гумуса. В других случаях наблюдают снижение или повышение содержания гумуса. В литературе обсуждаются все 3 ситуации. На обыкновенном черноземе в опытах [1] без удобрения при исходном содержании гумуса 3.38% через 5 лет проявилось его снижение на 0.04%, через 32 года – на 0.92%. Применение удобрения в дозе N30P30 уменьшило потери до – 0.46%, а при полном минеральном удобрении до – 0.36%. Одностороннее внесение N150 или Р30–90 вызывало снижение урожайности и потери гумуса на 0.74–0.82%. Повышение содержания гумуса до 3.94% обеспечило удобрение почвы в дозе N150Р120К120. На подобные закономерности указывали и другие исследователи [2–4].

Повышение содержания гумуса за счет внесения навоза и полного минерального удобрения показано в Красноярских исследованиях, в опытах Донского и Воронежского гАУ, Белгородского НИИСХ, СибНИИ земледелия и химизации сельского хозяйства [5–9]. Установлено несколько важных факторов изменчивости содержания гумуса. Например, в работе [10] авторы считали, что вклад в данный показатель на 22% вносит такой вид органического удобрения, как навоз или солома, последняя действовала сильнее. На 33% изменялся результат определения содержания гумуса за счет глубины отбора пробы.

Определенное воздействие на содержание гумуса оказывает вид обработки почвы. В опытах Омских ученых темпы убыли запаса гумуса при минимальной обработке снижались в 2 раза по отношению к вспашке [11]. На темно–серой почве в экспериментах Орловских исследователей поверхностная обработка почвы обеспечивала повышение содержания гумуса по отношению к вспашке в слоях 0–10 и 10–20 см, а в слое 20–30 см различий не было обнаружено [12]. В работе [13] авторы заметили, что лабильная фракция гумуса при нулевой обработке локализуется в слое 0–10 см, а при вспашке – на глубине запашки растительных остатков. В стационарном опыте на выщелоченном черноземе в Краснодарском крае с 2006 г. следили за изменением гумусового состояния почвы при 3-х способах обработки почвы. В севообороте с озимой пшеницей, подсолнечником и кукурузой на зерно без пара – традиционная система обработки почвы сохраняла или несколько повышала содержание гумуса с исходной величины в слое 0–10 см с 3.60 до 3.60–3.70–4.03% в 2015, 2016 и 2017 г. соответственно. Системы минимально–мульчирующая и такая же с разуплотнением в эти 3 года показали бóльший результат – 4.06–4.17–4.25%, что объяснялось разной скоростью разложения остатков [14]. В модельном опыте на типичном черноземе с 2012 г. исследовали трансформацию растительных остатков. За год солома озимой пшеницы разложилась на 25% и в следующие 2 года – на 72 и 87%. Скорость разложения стеблей и корней подсолнечника за эти 3 года была иной: 45, 73 и 90% [15].

В стационарных экспериментах более детально исследуют динамику содержания гумуса в почве с одновременным поиском оптимальных доз удобрений для стабилизации его уровня и продуктивности культур, в таких опытах проявление случайных факторов уменьшено. В полевых исследованиях возможен подбор методов химического анализа почвы и растений для диагностики условий минерального питания, разработка индексов обеспеченности, коэффициентов использования питательных веществ из почвы и удобрений, что необходимо для этапа внедрения результатов опытов в производство. При этом уточняются шкалы обеспеченности растений питательными элементами [16]. Однако только содержание в почве подвижных форм элементов питания не считается достаточным для определения оптимальных доз, что в свое время подчеркивал Д.Н. Прянишников, который на первый план выдвигал выводы полевого опыта [17]. Цель работы – оценка информативности результатов наблюдений за почвой в стационарном опыте.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

Объект наблюдения – выщелоченный чернозем при применении 2-х технологий выращивания культур севооборота. В первой части стационарного опыта был использован севооборот кукуруза–пшеница–пшеница–овес при ежегодной вспашке (1971–1998 гг.), во второй – бессменная пшеница после стерни (1999–2022 гг.). Эксперимент заложен В.И. Волынкиным в 1971 г., исполнитель опыта с 1993 г. – автор статьи. Солому оставляли на поле с 1978 г. – со времени использования комбайна Сампо-500. Агрохимические свойства выщелоченного чернозема маломощного малогумусного среднесуглинистого: рН_KCl 6.2–6.4 ед. при закладке опытов и 5.0–5.2 ед. в настоящее время, содержание гумуса по Тюрину – 4.5%, общего азота по Кьельдалю – 0.20%, общего фосфора – 0.07%, суммы поглощенных Ca и Mg – 20–22 мэкв/100 г (по Каппену). Содержание подвижного фосфора и обменного калия по Чирикову в слое почвы 0–20 см на участке под опытом было равно 40–50 и 250–350 мг/кг соответственно. Отбор почвы вели весной перед внесением удобрений. Наблюдения за изменчивостью во времени и после внесения удобрений таких свойств почвы, как содержание гумуса, суммы поглощенных оснований и кислотности почвы вели периодически. Содержание подвижных форм питательных веществ определяли ежегодно. Вносили удобрения – аммиачную селитру и аммофос весной перед посевом локально сеялкой СЗ-3,6 на глубину 5 см.

Место проведения исследования – Центральное опытное поле Курганского НИИСХ. Характеристика погодных условий имеет важнейшее значение для объяснения величины урожая. Периодически повторявшиеся майские и июньские засухи – типичное явление для Зауралья. В центральной зоне Курганской обл. годовое количество осадков – 350–369 мм, за вегетацию – 190– 207 мм. Продолжительность периода с температурой 10°C – 130–134 сут, в начале наступления такой температуры средний запас продуктивной влаги в метровом слое почвы равен 110–150 мм. Общая площадь делянки – 270 м², учетная – 90 м². Повторность вариантов трехкратная. Высевали районированные сорта культур. Учет урожая кукурузы вели скашиванием растений на площадке 14 м², взвешиванием и определением влажности биомассы. Зерновые культуры скашивали напрямую комбайном Сампо-500 с отбором образца для анализа на влажность и сорность. Урожай приведен к 14%-ной влажности и 100%-ной чистоте. Количество растительных остатков подсчитали для соломы в снопах, взятых перед уборкой, для корней и жнивья – по Левину [18].

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Продуктивность 2-х исследованных агроценозов существенно отличалась. Урожайность культур в севообороте в условиях ежегодной вспашки была значительно больше, чем во 2-й части опыта с бессменной пшеницей после стерневого фона (табл. 1, 2).

Таблица 1. Продуктивность зернопропашного севооборота (1971–1998 гг.)

Таблица 2. Продуктивность бессменной пшеницы после стерни (1999–2023 гг.)

Эти различия сказались на количестве растительных остатков, сумма которых была больше в первой части опыта. Коэффициент гумификации был равен 0.15. В среднем за 50 лет эксперимента баланс гумифицированного органического вещества (ОВг) был положительным во всех вариантах с удобрением, отличаясь по величине, но существенное влияние оказывало только азотно-фосфорное удобрение при применении 2-й и 3-й доз азота (табл. 3).

Таблица 3. Влияние состава удобрения и доз азота на количество растительных остатков и баланс ОВг

При широкорядном посеве кукурузы на зеленую массу отмечено меньшее количество растительных остатков, а минерализация гумуса была больше – при коэффициенте 0.0095 в отличие от 0.0045 для зерновых культур. Сыграло роль и то, что 7 первых лет севооборота солому удаляли с поля. Поэтому в посеве бессменной пшеницы в балансе ОВг в вариантах применения 2-й и 3-й доз азота в сочетании с фосфором проявилось небольшое преимущество. Содержание гумуса в контроле в целом сохранялось. В 2-х вариантах с удобрением уже к концу первого десятилетия их применения в годы севооборота обозначилась четкая закономерность увеличения количества гумуса. Достоверное увеличение содержания гумуса происходило в варианте применения 2-й и 3-й доз азота в составе NР-удобрений.

Показатели содержания гумуса варьировали согласно изменениям урожайности. Например, после получения высокого урожая пшеницы в 1985 г. (18–30 ц/га) содержание гумуса в 1987 г. было значительно больше. После засушливого 1992 г. с урожайностью 12–18 ц/га величины этого показателя в следующие годы были меньше. При дальнейших определениях содержания гумуса в почве под бессменной пшеницей можно отметить увеличение запасов гумуса в вариантах внесения удобрений N2–3Р, в этом случае также наблюдали возрастание этого показателя после урожайных 2011 и 2017 гг. (табл. 4).

Таблица 4. Взаимосвязь величин доз азота и содержания гумуса в слое 0–20 см почвы, %

Наблюдения за кислотностью почвы показали, что применение азотных и фосфорных удобрений не вызывало большого изменения кислотности выщелоченного чернозема. Сильнее действовал временнóй фактор. Закономерность небольшого увеличения кислотности обнаружена в варианте с применением N75–60Р (табл. 5).

Таблица 5. Влияние систем удобрения на величину рН_KCl в слое 0–20 см почвы

Примечание. Величина рН_KCl. в период закладки опытов (1971–1972 гг.) была равна 6.2 ед.

Величина гидролитической кислотности (Н_г) постепенно повышалась с течением времени опыта и в ходе внесения удобрений. Например, в контроле в 1992 г. Н_г равнялась 2.46 ммоль(экв)/100 г, в 2006 г. – 3.92, на фоне N₃Р в те же годы – 3.05 и 4.75. При этом величина рН_Н2О оставалась на исходном уровне ≈6.0. Сумма поглощенных элементов: кальция и магния, существенно не менялась как во времени, так и в случае внесения удобрений (табл. 6).

Таблица 6. Влияние внесения удобрений на содержание суммы Ca и Mg в слое 0–20 см почвы, ммоль (экв)/100 г

Более заметно удобрения влияли на содержание подвижных форм питательных элементов. В табл. 7 показано содержание Р₂О₅ по Чирикову в слое 0–20 см почвы под посевом бессменной пшеницы.

Таблица 7. Содержание Р₂О₅ в слое 0–20 см почвы на стерневом фоне, мг/кг

Без удобрений при исходной величине 40 мг/кг отмечены изменения показателя в пределах 43– 51 мг/кг, в среднем за 15 лет – 48 мг/кг. В вариантах, где в течение 53 лет ежегодно применяли только азотное удобрение, содержание Р₂О₅ оставалось на исходном уровне, меняясь в пределах 39– 45, в среднем – 41 мг/кг.

В варианте применения азотного и фосфорного удобрений (NР) с 2008 г., где в дополнение к последействию Р40, вносимого в севообороте в течение 25 лет в сумме Р1000, с 2008 г. добавляли Р20, т. е. количество примененного фосфора к весне 2023 г. составило Р1300. В этом случае накопление Р₂О₅ в пахотном слое почвы повысилось до 77–100 мг/кг, в среднем – до 87 мг/кг. Сопоставление содержания подвижного фосфора и урожайности культур в вариантах четко показало их тесную связь для бедной фосфатами почвы.. Определение содержания подвижного Р₂О₅ в почве можно использовать для подбора полей, где необходимо вносить фосфорное удобрение. Удобная шкала Чирикова была несколько откорректирована В. И. Волынкиным для местных условий. Пять классов шкалы в мг/кг выглядит так: очень низкая – 0–20, низкая – 20–45, средняя –45–60, повышенная – 60– 80 и высокая – более 80 мг/кг фосфорного удобрения. Заметнее снизились показания в среднем и повышенном классах, по шкале Чирикова они равнялись 51–100 и 101–150 мг/кг, а в опытах Курганского НИИСХ при показателе 74 мг/кг фосфорное удобрение уже не действовало.

При тесном взаимодействии азота и фосфора, эффективным фосфорное удобрение оказывалось только при условии хорошей обеспеченности растений азотом (после пара, а после других предшественников – при совместном внесении с азотным удобрением). Действительно, одностороннее применение Р20 в нашем опыте в севообороте без пара и на бессменной пшенице за 53-летний период повышало урожайность лишь в 16% лет.

Количество нитратного азота в 1-метровом слое почвы весной в начале мая перед внесением удобрений (определяли остаточные количества удобрений на фонах регулярного их применения) в среднем было равно 53 кг/га в контроле и 80 кг/га на фоне N40–60Р20 (табл. 8).

Таблица 8. Содержание нитратного азота в 1-метровом слое почвы, кг/га

При применении 2-й и 3-й доз азота на фосфорном фоне чаще накопление нитратного азота приближалось к оптимуму, который для 1-метрового слоя почвы был равен ≈80 кг/га.

Иногда количество нитратного азота было близким в этих двух показанных вариантах, что можно объяснить более высоким использованием нитратного азота предыдущим урожаем, а также очень прохладным маем со снижением температуры воздуха во 2-й декаде до 9.6–11.7°C, что наблюдали в 2018 и 2019 г. Малое количество нитратного азота в 1-метровом слое могло быть и после частичной его миграции с осадками в слои ниже 1 м, что было доказано повышенным содержанием азота в слое 80–100 см (рис. 1) при почвенном анализе весной 2023 г.

Рис. 1. Содержание N-NО3 на (27.04.2023 г.) в слоях по 20 см на глубину 1 м, кг/га, его содержание в 1-метровом слое было равно: в варианте N0P0 – 73.0, N40 – 162 и N40Р20 – 91.6 кг/га.

Названные причины – зависимость накопления нитратного азота от температуры воздуха и от обильных осадков делает менее надежной диагностику потребности растений в азоте только по данному показателю. Недостаточно тестировать данный элемент только в поверхностном слое почвы 0–40 см. Следует совмещать учет содержания нитратного азота в 1-метровом слое и урожайность предшествующей культуры, ее удобренность, а также сравнивать с результатами полевых стационарных опытов в условиях, аналогичных хозяйственным.

Обеспеченность растений подвижным калием на участке под опытом была высокой во всех вариантах. В слое 0–20 см содержалось 250–300 мг K₂О/кг по Чирикову.

Высокая информативность показанных результатов анализа почвы в стационарном опыте позволило построить графики отзывчивости культур на испытанные дозы удобрений, установить оптимальные уровни доз, сопоставлять урожайность с индексами обеспеченности растений питательными веществами, вычислять баланс питательных веществ. Эти данные становятся основой мониторинга состояния почвы по ряду агрохимических показателей выщелоченного чернозема Центрального опытного поля Курганского НИИСХ. Кроме этого, сопоставление агрохимических показателей почвы с продуктивностью культур становится базой знаний для последующей подготовки экспертно-советующей программы, с помощью которой можно консультировать специалистов земледелия по вопросам применения экономически выгодных доз удобрений для условий, идентичных опыту.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В стационарном эксперименте на Центральном опытном поле Курганского НИИСХ эффективное плодородие выщелоченного чернозема характеризовалось более высокой продуктивностью агроценоза, представленного севооборотом кукуруза–пшеница–пшеница–овес при ежегодной вспашке по сравнению с бессменной пшеницей после стерни. Действие внесенного удобрения на урожайность культур в обоих агроценозах было положительным при условии применения азотного в сочетании с фосфорным удобрением, поскольку почва опытного участка была бедна подвижным фосфором. Более высокой урожайностью и лучшей окупаемостью отличалась система удобрений в дозах N50–40P40–20. Агрохимические свойства почвы в ряде вариантов опыта на удобряемых фонах изменялись в желательном для земледельцев направлении. Положительно влияло применение 2-й и 3-й доз азота с фосфором, оно улучшало показатели плодородия почвы по количеству подвижных форм питательных веществ и содержанию гумуса. В среднем за 50 лет опыта баланс гумифицированного органического вещества оказался положительным во всех вариантах, но отличался по величине в пользу вариантов NP при применении 2-й и 3-й доз азота.

В контроле кислотность почвы от исходной величины рН_KCl 6.2 ед. возросла к 2021 г. до показателя среднекислой – 5.2 ед. Удобрение N75–60Р усилило кислотность до рН_KCl 5.0 ед.

Для диагностики потребности растений в фосфорном удобрении эффективно и надежно использовать измерение содержания подвижного Р₂О₅ в слое 0–20 см почвы по шкале Чирикова, откорректированной для местных условий.

Для правильного применения азотного удобрения необходимо пользоваться комплексом показателей. К ним относятся содержание N-NО₃ в 1-метровом слое почвы, учет растения-предшественника, его удобренности и результатов полевого стационарного опыта в почвенно–климатических условиях той зоны, для которой осуществляется оптимизация доз азота. В Курганском НИИСХ есть возможность пользоваться результатами зональных экспериментов на 3-х опытных полях.

About the authors

O. V. Volynkina

Author for correspondence.
Email: kniish@ketovo.zaural.ru
Russian Federation, ul. Belinskogo 112a, Ekaterinburg 620142

References

Supplementary files

Supplementary Files

Action

1. JATS XML

Download

2. Fig. 1. The content of N-NO3 at (04/27/2023) in layers of 20 cm to a depth of 1 m, kg/ha, its content in a 1-meter layer was equal to: in the variant N0P0 – 73.0, N40 – 162 and N40P20 – 91.6 kg/ha.

Download (100KB)

Indexing metadata