CC BY
20
УДК 631.82:631.92
ИЗМЕНЕНИЕ КАЛИЙНОГО РЕЖИМА ЧЕРНОЗЕМА ОБЫКНОВЕННОГО ПОД ВЛИЯНИЕМ СИСТЕМАТИЧЕСКОГО ВНЕСЕНИЯ МИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИЙ
Е.П. Шустикова, к.с.-х.н., Н.Н. Шаповалова
Ставропольский НИИСХРоссельхозакадемии, e-mail: [email protected]
Выявлено действие длительного внесения возрастающих доз азотных, фосфорных и калийных удобрений на изменение калийного режима. Представлены данные по динамике запасов обменного калия в метровом профиле чернозема обыкновенного.
Ключевые слова: минеральные удобрения, калийный режим почвы, остаточный калий.
CHANGE IN POTASH REGIME OF ORDINARY CHERNOZEM UNDER THE INFLUENCE OF THE SYSTEMATIC APPLICATION OF MINERAL FERTILIZERS E.P. Shustikova, N.N. Shapovalova
There has been found the action of long-term application of increasing doses of nitrogen, phosphate and potash fertilizers on the changes ofpotassium regime. There are given the data on the dynamics of the stock exchange of potassium of in the meter profile of ordinary chernozem soil.
Keywords: mineral fertilizers, potash regime of the soil, the residual potassium.
Многие исследователи отмечают, что сложившаяся в последнее время ситуация, характеризующаяся резким спадом применения калийных удобрений, может привести не только к снижению продуктивности выращиваемых культур, но и к утрате экологических и хозяйственных функций почвы [1-3]. Нельзя считать калий «второстепенным элементом», поскольку способность почв к полному самообеспечению растений калийным питанием не беспредельна. По данным Л.П. Черкасовой [4], систематическое 12-кратное внесение только азотных и фосфорных удобрений приводит к сокращению запасов обменного калия в пахотном слое чернозема обыкновенного на 15-18%. Несмотря на то, что черноземы обыкновенные, как и большинство черноземных почв, имеют очень большие валовые запасы калия (2,1-2,5%), недооценка объективной информации о состоянии калийного режима в условиях дефицитного баланса элемента может привести к искажению происходящих в почве процессов и вызвать такие неблагоприятные явления, как увеличение калийфиксирующей способности и снижение доступности обменного калия для растений [5].
Цель данной работы - оценить особенности накопления остаточных форм обменного калия в метровом профиле чернозема обыкновенного под влиянием длительного внесения возрастающих доз калийных удобрений, а также выявить действие на калийный режим систематического применения азотных и фосфорных удобрений.
Исследования проводили на опытном поле Ставропольского НИИСХ с 1976 по 2008 г. Почва - чернозем обыкновенный мощный тяжелосуглинистый. Содержание гумуса в пахотном слое равнялось 4,3-4,5% (по Тюрину), рНН2О 7,2-7,3. Исходное количество подвижных форм элементов по предшественнику чистый пар (первое поле севооборота) составляло: нитратного азота 2434 мг/кг (по Грандваль-Ляжу); подвижного фосфора 10,4-15,7 мг/кг и обменного калия 174-190 мг/кг (по Ма-чигину). Возрастающие дозы минеральных удобрений от 30 до 150 кг/га д.в. вносили в предпосевной период в шестипольном полевом севообороте со следующим чередованием культур: чистый пар, озимая пшеница, ози-
мая пшеница, кукуруза на силос, озимая пшеница, яровые зерновые (овес, яровой ячмень).
Калийные удобрения согласно принятой схемы опыта вносили в течение первых трех ротаций севооборота (1980-1992). С 1993 г. калийные удобрения не применяли, изучение действия систематического внесения азотных и фосфорных было продолжено. Таким образом, влияние калия на показатели плодородия почвы определено после 15-кратного наложения возрастающих доз калийного удобрения, а азотных и фосфорных на калийный режим почвы в результате 21 -кратного их использования. Начиная с 2007 г. в опыте изучается последействие удобрительных средств на продуктивность возделываемых культур, а также проводятся наблюдения за динамикой содержания остаточных форм NPK в почвенном поглощающем комплексе. Экспериментальные данные обработаны математически с использованием дисперсионного анализа при формировании матриц по методу, предложенному Р.А. Афанасьевым [6].
Математический анализ результатов показал, что доза удобрений (фактор А) и глубина почвенного слоя (фактор В) существенно влияли на калийный режим почвы. Однако степень их действия различна (табл.1). Более значимая вариация отмечена по фактору В, по фактору А она также существенна, но в несколько раз меньше. Количество обменного калия заметно варьирует не только под влиянием одноименного агрохимиката, но и в результате длительного внесения различных доз азотного и фосфорного удобрений. При этом действие различных видов удобрений на содержание и динамику усвояемого растениями калия в метровом профиле почвы в основном разнона-правлено. Так, применение калийсодержащих удобрений способствует накоплению обменных форм этого элемента прямо пропорционально применяемым дозам.
По окончании первой ротации севооборота запасы легкоусвояемого калия в метровом профиле при применении 30 кг/га К2О увеличились относительно контроля на 105 кг/га, а при ежегодном использовании 150 кг/га К2О на 373 кг/га. К концу третьей ротации накопление обменного калия составило 102 и 522 кг/га соответственно (табл. 2).
1. Влияние минеральных удобрений на калийный режим чернозема обыкновенного
Срок наблюдений Вид удобрения Фактор Дисперсия ^факт. ^табл. Влияние, %
По окончании I ротации (1980-1982 гг.) Калийное А 3732 26,5 2,2 5,63
В 55471 393,4 2,4 55,75
Азотное А 786 9,3 2,2 2,69
В 14492 170,6 2,4 33,10
Фосфорное А 325 4,2 2,2 1,26
В 19163 248,4 2,4 49,39
По окончании III ротации (1992-1993 гг.) Калийное А 4764 6,3 2,2 4,68
В 88072 116,1 2,5 57,69
Азотное А 446 3,6 2,2 1,54
В 12747 103,7 2,5 29,36
Фосфорное А 722 4,2 2,2 1,96
В 32590 189,2 2,5 59,04
Последействие 1 -го года после 21 -кратного внесения (2007 г.) Азотное А 202 2,2 2,2 1,67
В 9300 100,0 2,5 51,44
Фосфорное А 1247 14,5 2,2 8,95
В 9476 110,0 2,5 45,37
Последействие 2-го года после 21 -кратного внесения (2008 г.) Азотное А 2259 17,7 2,2 12,26
В 14801 115,6 2,5 53,56
Фосфорное А 2855 39,2 2,2 17,87
В 11218 153,9 2,5 46,82
2. Влияние систематического внесения калийных удобрений на накопление _обменного калия в метровом профиле почвы_
Показатель Варианты ежегодного внесения К2О, кг/га
30 60 90 120 150
По окончании I ротации севообор ота (1980-1982 гг.)
Внесено удобрений, кг/га д.в. 150 300 450 600 750
Накопление обменного К2О в слое 0-100 см, кг/га 105 200 290 339 373
Накопление обменного К2О, % от запасов метрового
слоя:
в слое 0-40 см 43 44 45 53 60
в слое 41-100 см 57 56 55 47 40
Обменный К2О, % от внесенного количества 70 67 64 57 50
По окончании III ротации севообо рота (1992-1993 гг.)
Внесено удобрений, кг/га д.в. 450 900 1350 1800 2250
Накопление обменного К2О в слое 0-100 см, кг/га 102 198 270 369 522
Накопление обменного К2О, % от запасов метрового
слоя:
в слое 0-40 см 63 72 71 75 78
в слое 41-100 см 37 28 29 25 22
Обменный К2О, % от внесенного количества 23 22 20 21 23
В результате пятикратного наложения увеличивающихся доз калийных удобрений в течение первой ротации севооборота накопление обменного калия происходило практически равномерно по всему метровому профилю. Ежегодное внесение К2О от 30 до 90 кг/га сопровождалось увеличением относительно контроля остаточных форм элемента в слое 0-40 см на 43-45%, при внесении 120-150 кг/га - на 53-60%.
Пятнадцатикратное использование калийсодержащих удобрений привело к преимущественному обогащению обменными формами калия горизонтов, расположенных ближе к поверхности почвы. Их доля в слое 0-40 см составила 63-78% от общего запаса в метровом профиле. При этом темпы накопления подвижных соединений были резко снижены. Наряду с выносом урожаем значительная часть внесенного с удобрениями калия (77-80%) фиксировалась почвой в необменном состоянии. Но, как показывают исследования [1], фиксированный калий в большинстве случаев оказывается более доступным для растений, чем калий, унаследованный от породы. И чем больше почва фиксирует, тем слабее он удерживается почвенным поглощающим* комплексом. Закрепление 6 Агрохимический вестник • № 2 - 2012
внесенного с удобрениями калия не является необратимым процессом, поскольку одновременно происходит мобилизация его из почвы под влиянием повышенного количества атмосферных осадков и усиления интенсивности потребления растениями на фоне применения азотно-фосфорных удобрений. С течением времени темпы накопления К2О в обменной форме снижаются, а фиксация его в виде соединений, находящихся в поглощенном состоянии, поступательно усиливается.
При изучении влияния азотных и фосфорных удобрений на калийный режим почвы установлено, что длительное систематическое их внесение приводит к заметной мобилизации почвенных запасов усвояемого растениями калия (табл. 3). В конце первой ротации шестипольного севооборота при одностороннем внесении азота отмечено снижение обменного К2О в слое 0-100 см на70-206 кг/га, фосфора - на 13-63 кг/га. В первом случае более активное поглощение усвояемого калия происходило в основном из верхнего (0-40) слоя, а на фосфорном блоке, наоборот, из более глубоких слоев. Дальнейшее наложение удобрительных средств изменило направленность указанных процессов.
3. Влияние систематического внесения азотных и фосфорных удобрений _на калийный режим чернозема обыкновенного_
Ежегодная доза внесения, кг/га дв. Азотное удобрение Фосфорное удобрение
отклонение от контроля (без удобрений), ±
0-100 см в том числе по слоям, кг/га 0-100 см в том числе по слоям, кг/га
кг/га % 0-40 41-100 кг/га % 0-40 41-100
По окончании I ротации севооборота (1980-1982 гг.)
30 -70 3 -37 -33 -13 1 -2 -11
60 -85 4 -39 -46 -43 2 -19 -24
90 -119 5 -53 -66 -38 2 -13 -25
120 -168 8 -89 -79 -38 2 -8 -30
150 -206 9 -109 -97 -63 3 -16 -47
По окончании III ротации севооборота (1992-1993 гг.)
30 -97 3 -35 -62 -90 4 -82 -8
60 -107 4 -29 -78 -92 4 -72 -20
90 -94 3 -34 -60 -92 4 -75 -17
120 -88 4 -14 -74 -83 4 -62 -21
150 -114 5 -7 -101 -107 5 -90 -17
Последействие 1-го года (2007,2009 гг.)
30 +95 4 -32 +127 -86 4 -54 -32
60 +54 2 -43 +97 -171 7 -77 -94
90 +52 2 -40 +92 -225 9 -139 -86
120 +55 2 -36 +91 -302 12 -186 -116
150 +47 2 -47 +94 -351 14 -209 -142
Последействие 2-го года, 2008 г.
30 -109 5 -32 -77 -177 7 -120 -57
60 -212 9 -92 -120 -235 10 -154 -81
90 -234 10 -102 -132 -251 11 -161 -90
120 -255 11 -105 -150 -344 15 -200 -144
150 -351 15 -97 -254 -368 16 -203 -165
В 2007 г. в начале весенней вегетации озимой пшеницы (первый год последействия) на азотном блоке отмечено незначительное увеличение в метровом профиле запасов обменного калия, обусловленное мобилизацией его из трудноусвояемых соединений подпахотного горизонта. На фосфорном блоке в этот период выявлено снижение обменного калия относительно контроля на 414%. На второй год последействия в том и другом случае произошло сокращение доступных растениям обменных форм К2О в сравнении с неудобренным вариантом на 109-368 кг/га или на 5-16%. При этом после длительного внесения азотных удобрений более активное снижение запасов К2О отмечено на глубине 41 -100 см, после фосфорных - наоборот, в слое 0-40 см.
Следовательно, систематическое внесение минеральных удобрений приводит к трансформации остаточных форм обменного калия не только в пахотном слое, но и по всему метровому профилю почвы. Поэтому наблюдения, проводимые в длительных стационарных опытах, позволяют более объективно оценить изменения почвенного плодородия во временном разрезе и дать научное обоснование действию удобрительных средств на перспективу.
Таким образом, содержание обменного калия в
черноземе, даже при его высокой буферности, подвержено значительным изменениям. Различные виды минеральных удобрений по разному влияют на динамику запасов К2О в метровом профиле почвы. Систематическое внесение калийных удобрений способствует накоплению обменного калия в виде остаточных форм. После 15-кратного наложения различных доз 20-23% от внесенного количества К2О находятся в метровом слое почвы в обменном состоянии. При этом 63-78% подвижного калия сосредотачивается в слое 0-40 см. Длительное использование азотных и фосфорных удобрений, наоборот, приводит к ухудшению агрохимических свойств почвы по калию. Снижение естественных запасов К2О относительно контроля на фоне 15-ти кратного внесения азота и фосфора достигает в зависимости от дозы 3-5%, а на фоне 21-кратного наложения уже 5-16%. Исключение калийсодержащих агрохимикатов из системы удобрения приводит к снижению плодородия по калию даже таких высоко обеспеченных этим элементом почв, как черноземы. Поэтому существующая стратегия использования калийных удобрений должна быть изменена в сторону их увеличения.
Литература
1. Прокошев В.В., Дерюгин И.П. Калий и калийные удобрения (практическое руководство). - М.: Ледум, 2000. - 185 с.
2. Шафронов О.Д., Большова Н.А. Содержание калия в почвах Нижегородской области и применение калийных удобрений // Плодородие, 2002, № 2(5). - С. 8-9.
3. Якименко В.М. Калийный фонд почвы в агроценозах Западной Сибири // Плодородие, 2002, № 2(5). - С. 26-28.
4. Черкасова Л.П. Состояние калийного режима почвы и его изменение при систематическом использовании удобрений в севообороте: Автореф. дис. к.с.-х.н. - М.: ВИУА, 1991. - 24 с.
5. Никитина Л.В., Володарская И.В. Калийный режим дерново-подзолистых почв на основе системного исследования информации длительных опытов // Матер. Всеросс. научно-метод. конф. Географической сети опытов с удобрениями «Совершенствование организации и методологии агрохимических исследований в Географической сети опытов с удобрениями». - М., 2006. С. 39-40.
6. Афанасьев Р.А. Формирование матриц и обработка данных при дисперсионном анализе результатов полевых опытов // Земледелие. 2008. № 4. С. 44-46.
