Изменение агрохимических свойств луговой черноземовидной почвы при длительном воздействии агрогенных факторов в зерно-соевом севообороте

Полный текст

ВВЕДЕНИЕ

Уровень плодородия почвы определяется в первую очередь запасами органического вещества и питательных веществ. Общеизвестно, что при вовлечении почвы в сельскохозяйственный оборот происходят существенные изменения ее минеральной и органической составляющей за счет размыкания биологического круговорота, связанного с отчуждением растительной продукции с урожаем. Нарушение баланса питательных веществ, в свою очередь, приводит к снижению плодородия почвы и урожайности сельскохозяйственных культур [1–3]. Повышение плодородия пахотных почв связано с использованием комплекса мероприятий по оптимизации их агрохимических, физико-химических и биологических свойств [4, 5]. К числу важнейших из них принадлежит разработка научно обоснованных систем применения удобрений. Длительное изучение свойств пахотных почв с выявлением изменения агрохимических показателей необходимо для определения их влияния на уровень урожайности сельскохозяйственных культур в зависимости от размещения посевов в системе севооборота с учетом биологических особенностей каждой культуры и воспроизводства плодородия почвы [6, 7]. В этой связи объективно оценить изменение агрохимического состояния почвы в зависимости от уровня продуктивности культур в севообороте под действием применения сравнительно невысоких доз минеральных и органических удобрений возможно только в длительных стационарных полевых опытах [8–10].

В течение 62-х лет в 5-польном зерно-соевом севообороте ФНЦ ВНИИ сои проводят мониторинг плодородия луговой черноземовидной почвы на фоне применения различных систем удобрения. В конце каждой ротации определяют показатели агрохимической характеристики и их влияние на продуктивность культур севооборота.

Цель работы – изучить влияние длительного использования минеральной и органо-минеральной систем удобрения на агрохимические свойства луговой черноземовидной почвы во взаимосвязи с уровнем урожайности культур в севообороте.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

В Российской Федерации более 80 лет существует Географическая сеть опытов с удобрениями, созданная Д.Н. Прянишниковым, в которой зарегистрирован длительный стационарный опыт ВНИИ сои по изучению системы удобрений в зерно-соевом севообороте. Исследование в длительном опыте предполагает мониторинг плодородия и продуктивности пашни в южной природно-климатической зоне Приамурья.

Полевой опыт заложен в 1962–1964 гг. в 5-польном севообороте с соей (40%), пшеницей (40%) и однолетними травами – 20% (табл. 1).

 

Таблица 1. Схема длительного стационарного опыта

Внесено удобрений, кг д. в.		Однолетние травы, соя + овес	Соя	Пшеница	Соя	Пшеница
ежегодно на 1 га севооборотной площади	в сумме за ротацию
Без удобрений	Без удобрений	0	0	0	0	0
N42P48	N210P240	N90P90	P60	N60P30	P30	N60P30
N24P30 + навоз 4.8 т/га	N120P150 + навоз 24 т/га	N60P30 + навоз 12 т/га	N30P60	N30	P60 + навоз 12 т/га	0

 

Повторность в опыте – трехкратная во времени и пространстве. Общая площадь делянки – 180 м², учетная – 75 м². Опыты выполнены после зяблевой вспашки в комплексе с весенней культивацией и боронованием почвы. Согласно схеме опыта, применяли минеральные удобрения в форме N_aa, P_сд и K_х. В качестве органического удобрения вносили полуперепревший навоз крупного рогатого скота. В почве определяли величину рН_KCl потенциометрическим методом, гидролитическую кислотность – методом Каппена в модификации ЦИНАО, подвижный фосфор – методом Кирсанова, подвижность фосфат-иона – по Карпинскому – Замятиной, гумус – по методу Тюрина в модификации Пономаревой – Плотниковой. Урожайность пшеницы и сои учитывали методом сплошного обмолота комбайном «John Deer 3070», сое-овсяной смеси – вручную с 3-х пробных площадок на каждой делянке опыта. Для проведения аналитических расчетов корреляционно-регрессионного анализа использовали пакеты программ Microsoft Office и Statistica 10.0.

Климат Амурской области относится к муссонному по характеру формирования и к резко континентальному – по температурным признакам. Он характеризуется большим количеством солнечных дней, коротким безморозным периодом, значительными изменениями количества осадков и температуры. Агроклиматические условия данной территории позволяют успешно возделывать многие сельскохозяйственные культуры, в том числе теплолюбивые – сою. Луговые черноземовидные почвы (Классификация и диагностика почв СССР, 1977) составляют основной фонд пашни на Зейско-Буреинской равнине. Они обладают сравнительно высоким потенциальным плодородием и могут обеспечить получение высоких урожаев сельскохозяйственных культур при соответствующем уровне агротехники.

Пахотный слой почвы опытного участка имел слабокислую реакцию, среднюю величину потенциальной гидролитической кислотности и повышенную сумму поглощенных оснований. В составе поглощенных катионов преобладал ион кальция. Степень насыщенности основаниями – высокая (>80%). Особенностью луговой черноземовидной почвы является сравнительно высокое потенциальное плодородие с низким содержанием минерального азота (25–42 мг/кг почвы) и подвижного фосфора (28–32 мг/кг), при этом содержание подвижного калия очень высокое (170–240 мг/кг почвы).

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

В процессе длительного исследования выявлены наибольшие отклонения показателей агрохимического состояния пахотного слоя луговой черноземовидной почвы при использовании в системе минеральных и органо-минеральных удобрений относительно варианта без их внесения (табл. 2).

 

Таблица 2. Влияние длительного внесения удобрений на агрохимические показатели луговой черноземовидной почвы

Внесено удобрений, кг д. в.		Глубина слоя почвы, см	Кислотность		Р2О5		Гумус, %
за 12 ротаций (60 лет)	ежегодно на 1 га севооборотной площади		гидролитическая, ммоль-экв/100 г	обменная, ед. рН	0.2 н. НCl, мг/кг	0.03 HK2SO4, мг/л
Без удобрений	0	0–20	3.86	5.1	35	0.061	4.49
		20–40	3.63	5.2	21	0.030	3.83
N2520 Р2880	N42Р48	0–20	4.39	4.9	88	0.216	4.36
		20–40	3.52	5.0	41	0.091	3.01
N1440 Р1800 + навоз 288 т/га	N24Р30 + навоз 4.8 т/га	0–20	3.79	5.1	71	0.177	4.89
		20–40	3.06	5.2	39	0.071	3.31
НСР05 слой 0–20 см			0.39	0,1	26	0.060	0.39
Fфакт (Fтеор = 2.59)			5.61	3.7	9.33	17.600	2.87

 

Применение минеральной системы удобрения (N42Р48) повысило на 0.50 ммоль-экв/100 г почвы величину гидролитической кислотности по сравнению с контролем и на 13% относительно исходного показателя. При этом обменная кислотность (рН_КCl) увеличилась соответственно на 0.3 и 0.2 ед. рН. При замене части минеральных удобрений эквивалентным количеством органических (N24Р30 + навоз 4.8 т/га) ухудшения физико-химических свойств почвы не установлено. Следует отметить снижение кислотности в слое 20–40 см почвы относительно слоя 0–20 см, что отчасти можно объяснить действием физиологической кислотности аммиачной селитры (NH₄NO₃) и непромывным режимом данного типа сезонно-мерзлотных почв. Длительное совместное применение органических и минеральных удобрений увеличило содержание гумуса на 0.69% относительно его исходного показателя и на 0.40% по отношению к контролю. Анализ соотношения численности функциональных групп микроорганизмов (К_т) выявил, что при внесении органических удобрений интенсивность трансформации растительных остатков в органическое вещество почвы в среднем за вегетацию увеличилась в 1.7–3.7 раза относительно контроля, а при их последействии – в 1.2–1.6 раза [11]. В этой связи можно предположить, что при длительном внесении удобрений процесс накопления гумуса проходил интенсивнее по сравнению с контролем. При этом в год их непосредственного внесения этот процесс происходил активнее, чем в последействии. Длительное использование минеральной и органо-минеральной систем удобрения повысило содержание подвижного фосфора относительно контроля в 2.0–2.5 раза, по сравнению с исходным содержанием (20 мг/кг почвы) – в 4.0 раза. Одновременно увеличилась степень подвижности фосфат-иона относительно контроля в 2.9–3.5 раза. В подпахотном слое 20–40 см отмечено снижение содержания фосфора и его подвижности в 2 раза относительно верхнего слоя почвы.

Проведение оценки влияния удобрений на продуктивность культур севооборота в длительном полевом опыте имеет преимущество перед краткосрочными опытами, т. к. позволяет вести мониторинг агрохимических изменений свойств почвы и оценивать продуктивность культур в севообороте, учитывая все факторы вегетации растений.

Внесение повышенной дозы азотно-фосфорных удобрений в 1-й ротации длительного севооборота (1963–1967 гг.) обеспечило максимальную урожайность сои – 1.58 т/га против 1.50 т/га в контроле. При прохождении первых 6-ти ротаций наиболее эффективно было внесение фосфорных удобрений (Р60), прибавка относительно контроля составляла 0.23 т/га [12]. По истечении 8-ми ротаций, когда содержание подвижных форм фосфора в почве увеличивалось соответственно нагрузке удобрениями, достигалась стабильно высокая урожайность сои, которая зависела также от гидротермических условий вегетационного периода [13]. Эта особенность зависимости урожайности сои от содержания фосфора в почве (при дозе Р60) в благоприятных гидротермических условиях (R = 0.71) была выявлена в период формирования генеративных органов, что обеспечивало стабильный урожай зерна на уровне 2.0 т/га [14]. В посевах пшеницы гидротермические условия в период кущения–колошения определяли изменение урожайности пшеницы на 75% (R = 0.87). Подобные результаты исследования получены и в 12-й ротации севооборота. Например, агротехнические условия возделывания сои в севообороте при длительном внесении удобрений реализовывались с более высоким результатом при благоприятном гидротермическом режиме южной зоны Амурской обл., что обеспечило в среднем за годы исследования урожайность сои сорта Сентябринка 2.62 т/га при внесении Р60 (табл. 3).

 

Таблица 3. Влияние длительного внесения удобрений на урожайность культур севооборота, т/га (12-я ротация, среднее за 3 года)

Соя (2-я культура), 2019, 2020, 2023 гг.		Пшеница (3-я культура), 2019–2021 гг.		Соя (4-я культура), 2020–2022 гг.		Пшеница (5-я культура), 2021–2023 гг.
1	2	1	2	1	2	1	2
0	2.43	0	2.50	0	2.43	0	2.36
Р60	2.48	N60Р30	3.10	Р30	2.62	N60Р30	2.97
N30Р60	2.55	N30	3.08	Р60 + навоз 12 т/га	2.54	0	2.66
НСР05	0.18		0.28		0.26		0.28
Fфакт	1.49		5.73		0.98		6.67
Fтеор = 2.59

Примечание. В графе 1 – внесено удобрений, кг д. в./га, 2 – урожайность, т/га.

 

Применение азотных удобрений (N30) при последействии применения органо-минеральной системы удобрения увеличивало урожайность пшеницы сорта Арюна в 3-м поле севооборота на 0.58 т/га относительно контроля. Следует отметить существенное увеличение (на 0.30 т/га) урожайности пшеницы (5-й культуры севооборота) при длительном последействии органо-минеральной системы удобрения. Корреляционно-регрессионным анализом агрохимических показателей 3-х закладок во времени за 11 ротаций севооборота выявлена тесная их связь с урожайностью сои и пшеницы (табл. 4).

 

Таблица 4. Зависимость урожайности сои и пшеницы от агрохимических показателей луговой черноземовидной почвы при разных системах удобрения

Среднегодовая нагрузка удобрениями на 1 га севооборотной площади	Уравнение множественной регрессии	n	R	β-коэффициент
				Nмин	P2O5	рHKCl
Соя
0 (контроль)	У = 138.25 + 0.07x1–3.64x2	22	0.76	–	0.12	–0.71
N42Р48	У = 57.98 + 0.04x1–8.11x2	22	0.62	–	0.34	–0.30
N24Р30 + навоз 4.8 т/га	У = 70.07 + 0.06 x1–10.41x2	22	0.61	–	0.37	–0.31
У – урожайность (т/га), х1 – P2O5 (мг/кг), х2 – рHKCl (ед.)
Пшеница
0 (контроль)	У = 6.05 + 0.19х1 + 0.38х2	22	0.59	0.15	0.52	–
N42Р48	У = 14.64 + 0.219х1 + 0.09х2	22	0.57	0.35	0.38	–
N24Р30 + навоз 4.8 т/га	У = 14.53 + 0.19х1 + 0.09х2	22	0.53	0.27	0.42	–
У – урожайность (т/га), х1 – Nмин (мг/кг, в фазе кущения), х2 – P2O5 (мг/кг)

 

В отсутствии удобрений связь урожайности сои с содержанием фосфора в почве была слабой прямой (β = 0.12), пшеницы – сильной прямой (β = 0.50). Выявлена сильная обратная связь урожайности сои с величиной обменной кислотности (β = –0.70) и слабая связь урожайности пшеницы с содержанием минерального азота (β = 0.15). Длительное внесение удобрений делало слабее тесноту связи урожайности от исследованных показателей для сои до 30–38%, для пшеницы – до 28–33% (R²).

Эффективность длительного использования минеральной и органо-минеральной систем удобрения представлена динамикой продуктивности севооборота в 4-х ротациях (рис. 1).

 

Рис. 1. Влияние длительного внесения удобрений на продуктивность зерно-соевого полевого севооборота, к.е. ц/га

 

Длительное внесение удобрений и чередование культур в севообороте оказали положительное влияние как на агрохимические свойства луговой черноземовидной почвы, так и на продуктивность севооборота. Наибольшей она была в 12-й ротации с использованием минеральной (N42Р48) и органо-минеральной (N24Р30 + навоз 4.8 т/га) систем удобрения, с превышением относительно 5-й ротации на 27.5 и 19.8% соответственно. Возделывание культур в севообороте без внесения удобрений обеспечило рост его продуктивности к 12-й ротации на 26.5%. Корреляционно-регрессионным анализом связи агрохимических показателей луговой черноземовидной почвы с продуктивностью севооборота установлено, что на 73% она определялась изменениями почвенной кислотности, содержания гумуса и подвижного Р₂О₅ в слое 0–20 см почвы (табл. 2). При этом связь продуктивности с содержанием гумуса была слабой (β = 0.26), гидролитической кислотностью – средней обратной (β = –0.57), обменной кислотностью – сильной обратной (β = –0.81) и содержанием фосфора – сильной (β = 0.84). Величины р-уровней и коэффициентов Стьюдента свидетельствовали о том, что гидролитическая и обменная кислотности, содержание подвижного фосфора были статистически значимыми переменными.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, применение минеральной системы удобрения в течение 60-ти лет с ежегодной нагрузкой N42Р48/га севооборотной площади существенно повысило величину гидролитической и обменной кислотности по сравнению с контролем. При замене части минеральных удобрений эквивалентным количеством органических (N24Р30 + навоз 4.8 т/га) их внесение не привело к ухудшению физико-химических свойств почвы. Длительное использование минеральной и органо-минеральной систем удобрения увеличило содержание в почве подвижного фосфора в 2.0–2.5 раза, подвижность фосфат-иона – в 2.9–3.5 раза относительно контроля. Особенно важным было увеличение содержания гумуса на 0.69% относительно его исходного показателя и на 0.40% по сравнению с контролем при длительном совместном применении органических и минеральных удобрений. Улучшение агрохимических свойств луговой черноземовидной почвы при длительном систематическом внесении удобрений в течение 12-ти ротаций 5-польного севооборота, особенно в благоприятных гидротермических условиях, обеспечило в среднем за годы исследования урожайность сои сорта Сентябринка на уровне 2.42–2.62 т/га. Последействие применения органо-минеральной системы удобрения в 5-м поле севооборота повысило урожайность пшеницы на 0.30 т/га, в 3-м поле при внесении N30 – на 0.58 т/га относительно контроля. Урожайность сои, возделываемой без удобрений, была тесно связана с показателями обменной кислотности и содержания подвижного фосфора в почве, пшеницы – с содержанием подвижного фосфора и минерального азота. Продуктивность севооборота к 12-й ротации возрастала как при использовании удобрений, так и за счет чередования культур в севообороте без применения удобрений.

Об авторах

В. Т. Синеговская

Федеральный научный центр «Всероссийский научно-исследовательский институт сои»

Автор, ответственный за переписку.
Email: valsin09@gmail.com
Россия, 675000 Амурская обл., Благовещенск, Игнатьевское шоссе, 19

Е. Т. Наумченко

Федеральный научный центр «Всероссийский научно-исследовательский институт сои»

Email: valsin09@gmail.com
Россия, 675000 Амурская обл., Благовещенск, Игнатьевское шоссе, 19

Е. В. Банецкая

Федеральный научный центр «Всероссийский научно-исследовательский институт сои»

Email: valsin09@gmail.com
Россия, 675000 Амурская обл., Благовещенск, Игнатьевское шоссе, 19

Список литературы

Дополнительные файлы