CC BY
52
DOI: 10.24411/0235-2451-2018-10404 УДК 631.452: 631.82
ИСТОЧНИКИ ФОСФОРА И ОЦЕНКА ИХ ВКЛАДА В ПОДВИЖНЫЙ ФОНД ЭТОГО ЭЛЕМЕНТА В ПАХОТНЫХ ПОЧВАХ В ЛЕСОСТЕПНОЙ ЗОНЕ
И. Д. ДАВЛЯТШИН1, доктор биологических наук, консультант (e-mail: [email protected])
А. А. ЛУКМАНОВ1, кандидат биологических наук, директор (e-mail: [email protected])
М. И. МАМЕТОВ2, директор (e-mail: mametov@ mail.ru)
Центр агрохимической службы «Татарский», ул. Оренбургский тракт, 120, Казань, Республика Татарстан, 420020, Российская Федерация
2Станция агрохимической службы «Альметьев-ская», ул. М. Джалиля,11, Альметьевск, Республика Татарстан, 423450, Российская Федерация
Резюме. Дана оценка содержания валового фосфора в основных пахотных почвах Республики Татарстан за 19642016 гг. Пахотные горизонты почв содержат в среднем 0,167±0,06 % Р2О5 что служит основным источником формирования фонда подвижных форм этого элемента в экстенсивном земледелии. В современном интенсивном земледелии он, кроме того, поступает в составе органических и минеральных удобрений, включая фосфориты. За период исследований в расчете на 1 га пашни внесли 1078,05 кг д. в. минеральных фосфорных удобрений, а также 430,25 кг фосфора вместе со 172,1 т/га органических удобрений (среднее содержании в 1 т навоза 2,5 кг Р2О5). С фосфоритами было внесено 9,24 кг/га Р2О5. Отчуждение подвижного фосфора с урожаем яровой пшеницы составило 1069,2 кг Р2О5, со смытым мелкоземом - 19,52 кг Р2О5, расход на повышение плодородия пахотного горизонта (0-20 см), существовавшего до 1964 г., и дополнительно углубленного на 7,5 см - в сумме 118,91+44,59 кг/га. Разница между приходной и расходной статьями свидетельствует о положительном балансе - 265,33 кг/га д.в. Р2О5 (ежегодно 5,01 кг/га, или 1,58 мг/кг почвы). Анализ расчета баланса фосфора указывает на необходимость корректировки методики исследований (в частности, глубины отбора образцов), принятой в агрохимической службе Российской Федерации. До 2005 г. баланс этого элемента в земледелии республики был положительным, что обеспечило повышение его содержания до 145,1 мг/кг, после чего величина этого показателя варьировала на уровне 130,5142,2 мг/кг почвы. Улучшение обеспеченности подвижным фосфором отразилось на урожайности яровой пшеницы, что подтверждает положительный, статистически достоверный коэффициент корреляции между величинами этих показателей, равный 0,53 при уровне значимости а = 0,01. При использовании скользящих средних с длиной шага 11 и 22 года, что устраняет влияние погодного фактора, коэффициенты корреляции возрастают до 0,75-0,92. Ключевые слова: источники фосфора, содержание валового и подвижного фосфора, горные породы и минералы, минеральные и органические удобрения, баланс, урожайность яровой пшеницы, корреляция.
Для цитирования: Давлятшин И. Д., Лукманов А. А., Маме-тов М. И. Источники фосфора и оценка их вклада в подвижный фонд этого элемента в пахотных почвах в лесостепной зоне //Достижения науки и техники АПК. 2018. Т. 32. № 4. С. 21-24. DOI: 10.24411/0235-2451-2018-10404.
Кларк фосфора в земной коре и почве составляет 0,075 %. Основной источник этого элемента в почве - горные породы. Относительно высоким содержанием фосфора отличаются эффузивные массивно-кристаллические породы, в которых его концентрация достигает 0,14 % и более, в составе
метаморфических пород (гранитов и др.) величина этого показателя уменьшается в 2 раза [1]. В осадочных породах содержание фосфора колеблется в широких пределах - от 0,04 до 0,17 % и обусловлено генетическими особенностями первичных пород -эффузивных, интрузивных и метаморфических. Обычно в осадочных породах содержание фосфора несколько меньше, чем в первичных.
Кроме того, концентрация фосфора в осадочных породах зависит от участия в их формировании растительного и животного органического вещества. Повышенное содержание этого элемента характерно для пород морского происхождения, что обусловлено значительным вкладом органических соединений. Почвы, формирующиеся на таких породах, содержат повышенные количества как валового, так и подвижного фосфора. Подтверждением этого факта может служить род черноземов и каштановых почв, сформированных на осадочных породах морского происхождения с запасами валового фосфора в слое 025 см соответственно 23,78±2,84 и 31,02 ±4,73 т/га [2]. Содержание подвижного фосфора в пахотном горизонте этих почв высокое и изменяется в пределах 4260-4730 мг/кг почвы.
В ходе процессов почвообразования фосфор материнских пород претерпевает изменения и профильную дифференциацию в результате селективного поглощения корневой системой растений, что проявляется в аккумулятивном типе его профильного распределения, часто коррелируя с содержанием органического вещества почвы [3].
В условиях интенсификации земледелия дополнительными источниками подвижного фосфора становятся органические и минеральные удобрений, химические мелиоранты и др. [4, 5].
Цель наших исследований - оценка вклада основных источников (почвообразующих пород, минеральных и органических удобрений, местных агроруд) в формировании фосфатного фонда пахотных почв в условиях современного земледелия.
Условия, материалы и методы. Объектом исследования служили зональные почвенные подтипы в пределах Республики Татарстан и их обеспеченность валовыми и подвижными формами фосфора. При общей площади земель сельскохозяйственного назначения республики 4654,4 тыс. га на долю серых лесных почв приходится 41,0 %, в том числе светлосерых - 18,8 %, серых - 14,3, и темно-серых - 7,5 %, на черноземы - 37,2 %, среди которых преобладает подтип черноземов выщелоченных (до 25 % общей площади). Третье место занимают дерново-подзолистые почвы. Для определения статистических параметров содержания валовых форм фосфора в почвах фактическими данными служили результаты лабораторных исследований кафедры почвоведения Казанского государственного университета (ныне Казанский федеральный университет), выполненные в разные годы и опубликованные в различных источниках. Крупномасштабные почвенные исследования не
Таблица 1. Статистические параметры валового фосфора в пахотных почвах Республики Татарстан
(суглинистые и глинистые, горизонт Апах )*
Почвы 1 n мах. min. M о ±m C, %
Дерново-подзолистые 10 0,153 0,074 0,107 0,030 0,010 28,4
Серые лесные 48 0,278 0,060 0,143 0,045 0,006 31,6
Черноземы 43 0,290 0,130 0,208 0,042 0,006 20,3
Все 101 0,290 0,060 0,167 0,056 0,006 33,6
*Данные по [3]; n, max., min., M, ±m, о, С - соответственно число повторностей, максимальные и минимальные значения содержания валового фосфора, средняя ошибка арифметической средней и коэффициент вариации.
предусматривали определения валового содержания фосфора, соответственно материалы представлены небольшим объемом выборок.
Содержание подвижных форм фосфора в почвах земель сельскохозяйственного назначения республики определяли в рамках сплошного агрохимического обследования, которое проводится с 1964 г. и выполняется в дерново-подзолистых и серых лесных почвах по методу Кирсанова в модификации ЦИНАО (ГОСТ 26483-85); в черноземах - по методу Чирикова в модификации ЦИНАО (ГОСТ 26204-91); в карбонатных почвах - по методу Мачигина в модификации ЦИНАО (ГОСТ 26205-91).
Материалы обработаны методами математической статистики с использованием компьютерной программы «^а^в^са».
Результаты и обсуждение. Пахотные горизонты суглинистых и глинистых разновидностей зональных пахотных почв в Республике Татарстан содержат 0,167±0,056 % валового фосфора с коэффициентом вариации 33,6 % (табл.1). В варьировании величины этого показателя проявляется роль почвообра-зующих пород, а также типовой и подтиповой принадлежности почв. Например, пахотный горизонт дерново-подзолистых почв содержит 0,107±0,030 % валового фосфора, серых лесных - 0,143±0,045, черноземов - 0,208±0,042 %. Такое распределение количественно отражает роль биологических факторов в его накоплении. В профильном распределении этого элемента в дерново-подзолистых и серых лесных почвах важную роль играют элювиальные и иллювиальные процессы.
При выветривании горных пород и минералов в почвенный раствор поступают соли фосфорной кислоты, благодаря которым, особенно на начальной стадии процесса почвообразования, происходит пополнение запасов его подвижного фонда, доступного корневой системе. При этом, чем больше валового фосфора в почвах, тем больше концентрация его
подвижных форм. На сегодняшний день процесс выветривания горных пород и минералов в почвах полностью не завершен. Так, в условиях лесостепи Зауралья [6] отмечают высвобождение из пород и минералов, а также ежегодное пополнение подвижного фонда фосфора до 41-54 мг/кг почвы. Отмеченные закономерности проявляются и при анализе результатов агрохимического обследования.
Второй источник подвижного фосфора - органические и минеральные удобрения появляется после освоения почв для земледелия. В последние годы ассортимент органических удобрений сильно расширился и включает традиционный навоз, торф, специально приготовленные компосты, растительные отходы (солома, мякина др.), отходы переработки продуктов сельского хозяйства, сидераты (зеленые удобрения), сапропель [7, 8]. Содержащийся в них фосфор становится доступным растениям после минерализации органических соединений.
Промышленные минеральные фосфорные удобрения используют для основного и предпосевного внесения. Среди них наиболее широко распространены простой и двойной суперфосфат, преципитат, фосфоритная мука и др. Сегодня чаще используют комплексные, сложные и комбинированные удобрения с участием двух, трех и более элементов питания.
Дополнительный источник пополнения фонда фосфора - перенос корневой системой растений фосфатов из нижних слоев в пахотные горизонты. Такую роль активно выполняют многолетние травы со стержневой корневой системой. Однако вклад этого фактора, на наш взгляд, небольшой, а вопрос изучен недостаточно.
За 1964-2016 гг. в расчете на 1 га пашни в республике было внесено 3593,5 кг д. в. минеральных удобрений, из них 1078,05 кг д. в. фосфорных, 172,1 т/га органических удобрений (в пересчете на навоз), в том числе при среднем содержании в 1 т навозе
Таблица 2. Баланс по фосфору под валовым сбором урожая яровой пшеницы в расчете на 1 га за 1964-2016 гг.
Показатель Общее количество Содержание Р2О5 Количество Р2О, кг
Приходная статья баланса
Минеральные удобрения, кг д.в. 3993,5 30 % 1078,05
Органические удобрения, т 172,1 2,5 кг/т 430,25
Фосфоритование на площади 762900 га, т 295656 9,7 % 9,25
Всего - - 1517,55
Расходная статья баланса
Вынос с урожаем 891 ц 1,2 кг/ц 1069,20
Вынос при эрозии, 7,5 т 1-7,5 0,4-53-103-
■122,8 мг/кг 122,8 мг/кг 19,52
Расход на повышение плодородия почвы (с 87
до 138,7 мг/кг):
слой 0-20 см; 51,7 мг/кг 118,91
слой 20-27,5 см 51,7 мг/кг 44,59
Всего - - 1252,22
Разница - - +265,33
Таблица 3. Оценка содержания Р2О5 в пахотном горизонте почв (0-27,5 см) за 1964-2016 гг.
Показатель Содержание Р2О5
кг/га 1 мг/100 г I %
Валовой Р2О5 5281 167 100
Минеральные удобрения 1078,05 34,09 20,41
Органические удобрения 430,25 13,60 8,14
Фосфоритование почв 9,24 0,29 0,17
Отчуждение урожаем 1069,20 33,81 20,24
Водная эрозия 19,52 0,62 0,40
Повышение плодородия почв:
0-20 см 118,91 5,17 3,10
20-27,5 см 44,59 5,17 3,10
Р2О5 в начале обследования 275,10 8,70 5,21
Р2О5 в конце обследования 438,64 13,87 8,31
Положительный баланс 265,33 8,39 5,02
2,5 кг Р2О5 - 430,25 кг фосфора. В 1978-2007 гг. было проведено фосфоритование кислых почв на площади 762,9 тыс. га при норме внесения фосфоритной муки 400 кг/га и содержании Р2О5 - 9,7 %. С учетом общей площади пашни 3,2 млн га в расчете на 1 га было внесено 9,25 кг фосфора. Таким образом, приход в сумме составил 1078,05+430,25+9,25 = 1517,55 кг/га (табл. 2).
Расходные статьи баланса Р2О5 на территории республики включают отчуждение с урожаем и вынос в составе мелкозема при водной эрозии. Основную посевную площадь в Татарстане занимают зерновые культуры, а среди них ведущая продовольственная культура - яровая пшеница, что позволяет использовать в расчетах баланса этого элемента одну культуру. Для формирования 1 т основной продукции зерновые используют 12 кг окиси фосфора. За изучаемый период с каждого гектара было собрано 997,0 ц зерна пшеницы, или 18,81 ц в год, а за вычетом посевной нормы (2,0 ц/га) за 53 года - 891 ц. Отчуждаемое количество фосфора при этом составило 1069,20 кг/га.
При общей площади пашни 3,2 млн га эродированные почвы занимают 40 %. С учетом ежегодного
Таблица 4. Динамика содержания подвижного фосфора (мг/кг) в пахотных почвах и урожайности яровой пшениц (ц/га)
смыва 5-10 т/га мелкозема (в среднем 7,5 т/га) каждый гектар пашни в среднем теряет 3 т/га мелкозема (1-0,4-7,5 т/га). При среднем по 9 турам обследования содержании подвижного фосфора 122,8 мг/кг каждый гектар пашни ежегодно теряет 368,4 г Р2О5, что за период исследований составляет 19,52 кг/га. Таким образом, расход фосфора составляет 1087,2 кг/га (1069,2+19,52 = 1088,72 кг). Отсюда положительный баланс по этому элементу будет равен 428,83 кг/га Р2О5 (1517,55-1088,72 кг/га).
В то же время разница в содержании подвижных форм фосфора между первым и последним турами обследования равна 51,7 мг/кг почвы, для доведения до такой величины этого показателя необходимо 118,91 кг/га Р2О5, с учетом этого баланс будет равен 309,91 кг/га.
Кроме того, в республике имеет место увеличение мощности пахотного горизонта. Как известно, образцы почвы для анализов отбирают из слоя 020 см, как было установлено в 1964 г. Однако на сегодняшний день мощность пахотного горизонта по республике достигла до 25-30 см и удобрения вносят в слой такой мощности (в среднем до 27,5 см). Это приводит к расходу дополнительного количества удобрений, равному 44,59 кг/га д. в. С учетом того, что исходное количество Р2О5 принято равным 87 мг/кг почвы, положительный баланс за 53 года составляет 309,91-44,59 = 265,33 кг/га д. в. или 1,58 мг/кг Р2О5
(табл. 3). 2 5
Положительные показатели баланса фосфора свидетельствуют об улучшении фосфатного режи-
Годы РО У, Уц У22 Годы РО Уц У22
1964 87,0 9,8 12,6 13,4 1992 133,2 21,1 17,5 19,2
1965 87,0 9,5 13,0 13,6 1993 136,1 18,6 17,5 19,4
1966 87,0 11,1 13,3 13,7 1994 137,3 21,1 18,1 20,2
1967 87,0 17,0 13,6 13,8 1995 138,5 14,5 19,4 20,8
1968 88,2 16,9 13,9 14,0 1996 139,6 26,4 21,1 21,3
1969 89,5 18,1 14,6 14,1 1997 140,8 36,8 23,1 21,9
1970 90,8 17,0 14,8 14,2 1998 141,9 9,4 23,8 22,8
1971 92,0 16,3 15,4 14,4 1999 142,5 13,9 24,5 22,9
1972 93,2 12,4 15,7 14,5 2000 143,2 24,0 25,5 23,7
1973 94,5 17,5 15,8 14,7 2001 143,8 33,3 26,6 24,2
1974 95,8 14,8 15,4 14,8 2002 144,5 34,8 26,7 24,4
1975 97,0 11,8 15,3 15,2 2003 145,1 29,5 26,3 24,4
1976 98,4 17,1 14,6 15,2 2004 142,2 25,7 28,1 24,4
1977 99,7 14,1 14,8 15,0 2005 139,3 31,9 27,8 24,5
1978 101,1 17,4 15,2 14,7 2006 136,4 26,7 28,1 24,3
1979 102,4 13,1 14,7 14,6 2007 133,5 27,5 27,2 24,2
1980 103,8 17,1 14,9 14,3 2008 130,5 32,2 25,7 24,2
1981 105,2 8,5 15,6 14,5 2009 131,2 29,9 24,9 24,1
1982 106,5 19,6 14,9 14,6 2010 131,9 9,9 24,4 24,1
1983 107,9 15,9 14,3 15,0 2011 132,7 27,9 23,4 24,0
1984 110,6 12,4 13,6 14,9 2012 133,4 23,6 22,6 24,0
1985 113,4 17,1 13,8 15,4 2013 134,1 17,9 21,6 23,9
1986 116,1 19,0 13,4 16,6 2014 134,2 20,4 20,6 23,8
1987 118,8 9,5 14,5 16,2 2015 134,8 20,2 19,6 23,8
1988 121,6 7,8 14,4 16,2 2016 138,7 21,8 18,6 23,8
1989 124,5 9,9 14,9 16,5 I 6315,1 997,0 990,7 998,0
1990 127,4 14,7 15,1 17,4 Ср. 119,2 18,8 18,7 18,8
1991 130,3 12,6 15,9 18,2
ма, что создает благоприятные условия для роста и развития зерновых культур и, в конечном результате, повышения продуктивности агроценозов. За 1964-2016 гг. фактические сборы зерна яровой пшеницы варьировала от 7,8 до 36,8 ц/га с минимальными показателями в острозасушливые годы и максимальными - в благоприятные по увлажнению (табл. 4). Результаты анализа скользящих средних урожайности культуры [7], элиминируя показатели, полученные в засушливые и благоприятные сельскохозяйственные годы, свидетельствует о более четком росте урожайности пшеницы по времени, выявляя при этом роль агрохимического состояния почв. Расчеты показывают положительную связь между содержанием подвижного фосфора в почвах и фактической урожайностью яровой пшеницы с коэффициентом корреляции 0,53, что статистически достоверно при уровне значимости а=0,01. После устранения погодного фактора связь между содержанием подвижного фосфора и скользящей средней урожайностью пшеницы за 11 и 22 года (У11 и У22) усиливается с коэффициентами до 0,75 и 0,92 соответственно.
Выводы. В экстенсивном земледелии основным источником фосфора служат горные породы, выветривание которых создает растворимые в водной среде и легко усваиваемые корневой системой соединения этого элемента.
В интенсивном земледелии источники подвижного фосфора расширяются за счет минеральных и органических удобрений, а также местных фосфоритов, доля их участия в балансе этого элемента в Республике Татарстан соответственно равна 20,41; 8,14 и 0,17 % от общего запаса фосфора в пахотном горизонте. В составе расходных статей баланса в регионе ведущее место занимают отчуждение с урожаем (20,24 %), повышение обеспеченности подвижным фосфором (3,10 %), углубление мощности пахотного горизонта (3,10 %) и смыв в составе мелкозема (0,40 %). Анализ баланса подвижного фосфора свидетельствует о наличии ранее не упи-тывавшихся статей расходов подвижного фонда этого элемента (повышение мощности пахотного горизонта), что свидетельствует о необходимости его корректировки при агрохимических исследованиях.
Литература.
1. Добровольский В. В. Основы биогеохимии. М.: Изд. Центр «Академия». 2003. 400 с.
2. Новикова А. Г. Фосфоритные почвы Предуральского плато и формы фосфорных соединений в них// Генезис, классификация и качественная характеристика почв Казахстана. Алма-Ата: Изд-во «Наука», 1972. С. 31-40.
3. Давлятшин И. Д., Лукманов А. А. Агрохимические факторы, атмосферные осадки и урожайность яровой пшеницы в лесостепи Среднего Поволжья (на примере Пестречинского муниципального района Республики Татарстан) / под ред. А. В. Ивойлова. Казань: Изд-во Казан. ун-та. 2016. 200 с.
4. Дзюин А.Г., Дзюин Г.П. Агрохимическое состояние дерново-подзолистой почвы при использовании навоза, сиде-ратов и соломы совместно с минеральными удобрениями // Владимирский земледелец. 2016. № 4 (78). С. 6-11.
5. Чекмарев П.А., Обущенко С.В. Мониторинг плодородия почв Самарской области//Земледелие. 2016. № 8. С. 1215.
6. Груздева Н. А., Еремин Д. И. Фосфорный режим пахотных серых лесных почв Северного Зауралья // Агрохимический вестник. 2017. С. 12-15.
7. Чекмарев П.А., Лукин С.В. Итоги реализации программы биологизации земледелия в Белгородской области // Земледелие. 2014. №8. С. 3-6
8. Фролова Л.Д., Новиков М.Н. Рациональные приемы использования органических удобрений на легких почвах Владимирской области//Владимирский земледелец. 2016. № 3 (77). С. 17-19.
9. Давлятшин И. Д., Бакиров Н. Б. Скользящие средние урожайности яровой пшеницы в лесостепной зоне и аспекты их применения // Вестник РАСХН. 2007. № 3. С. 9-11.
SOURCES OF PHOSPHORUS AND THEIR CONTRIBUTION TO ITS RESERVES IN ARABLE SOILS
IN THE FOREST-STEPPE ZONE
I. D. Davlyatshin1, A. A. Lukmanov1, M. I. Mametov2
Center of Agrochemical Service "Tatarsky", ul. Orenburgskii trakt, 120, Kazan', 420059, Russian Federation
2Station of Agrochemical Service "Al'met'evskaya", ul. M. Dzhalilya, 11, Al'met'evsk, Respublika Tatarstan, 423450, Russian
Federation
Abstract. An estimation of gross phosphorus content in the main arable soils of the Republic of Tatarstan over 1964-2016 is given. Arable soil horizons contain an average of (0.167 ± 0.06) % of phosphorus (P2O5), which is the main source of formation of mobile phosphorus reserves in extensive agriculture. In modern intensive agriculture this element, in addition, enters into the composition of organic and mineral fertilizers, including phosphorites. During the period of the investigation, 1078.05 kg of active substances of mineral phosphorus fertilizers were applied per 1 ha of arable land; as well as 430.25 kg of phosphorus went into the soil with 172.1 h/ha of organic fertilizers (the average content of phosphorus in manure is 2.5 kg/t). As part of phosphorites, 9.24 kg/ha of P2O5 were applied. The carry-over of mobile phosphorus with the yield of spring wheat amounted to 1069.2 kg of P2O5, with washed out fine earth - 19.52 kg of P2O5; a consumption for increasing the fertility of the arable horizon (0-20 cm) that existed before 1964, and further deepened by 7.5 cm, is in the amount of 118.91 + 44.59 kg/ha. The difference between the income and expense items indicates a positive balance - 265.33 kg/ha of active substances of P2O5 (annually 5.01 kg/ha or 1.58 mg/kg of soil). Analysis of the calculation of phosphorus balance indicates the need to adjust the research methodology (in particular, the depth of sampling) adopted in the agrochemical service of the Russian Federation. Until 2005, the balance of this element in the agriculture of the republic was positive, which ensured an increase in its content to 145.1 mg/kg; after that the value of this index varied at the level of 130.5-142.2 mg/kg soil. Improved availability of mobile phosphorus affected the yield of spring wheat, which is confirmed by the positive, statistically significant correlation coefficient between the values of these indices. It is equal to 0.53 at the level of significance of 0.01. When using moving averages with a step length of 11 and 22 years, which eliminates the influence of the weather factor, the correlation coefficients increase to 0.75-0.92.
Keywords: sources of phosphorus; content of gross and mobile phosphorus; rocks and minerals; mineral and organic fertilizers; balance; yield of spring wheat; correlation.
Author Details: I. D. Davlyatshin, D. Sc. (Biol.), adviser (e-mail: [email protected]); A. A. Lukmanov, Cand. Sc. (Biol.), director (e-mail: [email protected]); M. I. Mametov, director (e-mail: [email protected]).
For citation: Davlyatshin I. D., Lukmanov A. A., Mametov M. I. Sources of Phosphorus and Their Contribution to Its Reserves in Arable Soils in the Forest-Steppe Zone. Dostizheniya nauki i tekhniki APK. 2018. Vol. 32. No. 4. Pp. 21-24 (in Russ.). DOI: 10.24411/0235-2451-2018-10404.
