CC BY
14
16. Тамразов Т Г Влияние засухи на мор-фофизиологические показатели и показатели продуктивности изученных местных генотипов пшеницы // Бюллетень науки и практики. 2021. Т. 7. № 10. С. 45-56. doi: 10.33619/2414-2948/71/06.
Harvest structure and yield of spring wheat depending on the degree of soil erosion
D. A. Savel'eva1, V. K. Kalichkin2
1Siberian Research Institute of Agriculture and Peat, branch of the Siberian Federal Agrobiotechnology Research Center, Russian Academy of Sciences, ul. Gagarina, 3, Tomsk, 634050, Russian Federation 2Siberian Federal Research Center of Agricultural Biotechnology, Russian Academy of Sciences, pos. Krasnoobsk, Novosibirskii r-n, Novosibirskaya obl., 630501, Russian Federation
Abstract. The research aimed to study the influence of the degree of arable land erosion on the crop structure and yield of spring wheat of the Iren variety in the subtaiga zone of Western Siberia. The work was carried out in 2014-2023 on agro-dark-grey soils of different erosion degree. An increase in the negative effect of the erosion degree was observed in the series of soils: unwashed - warp -moderately washed away - strongly washed away of hollow slopes - strongly washed away of hollow beds. The decrease in grain weight per ear, relative to unwashed soil, was 0.13, 0.34, 0.36 and 0.71 g, respectively, while the decrease in yield reached 0.3 t/ha (6.4 %), 1.2 t/ha(33.4 %), 1.45 t/ha(40.7%) and 2.6 t/ha (74.1 %). For other indicators of the crop structure, a decrease in the number of grained ears was observed, relative to the value in the unwashed soil variant, by 3.5-24.9 %, the share of the grain part of the ear - by 1.6-11.8 %, the weight of the ear - by 8.5-60.0 %, the number of grains in a spike -by 3.8-48.7 %, spikelets in a spike - by 1.931.0 %, grains in a spike - by 3.3-26.25 %, height plants - by 0.6-40.1 %, ear length - by 3.0-40.4 % and thousand-kernel weight - by 9.5-38.2 %. Moisture deficiency and increased air temperature during the growing season of the crop contributed to a decrease in yield, relative to the average over the years of research, on unwashed soil by 24.6 %, on moderately washed away soil by 23.8 %, on heavily washed away soil by 13.3-14.3 %.
Keywords: spring wheat; water soil erosion; crop structure; productivity; degree of soil erosion.
Author Details: D. A. Savel'eva, research fellow (e-mail: [email protected]); V. K. Kalichkin, D. Sc. (Agr.), chief research fellow (e-mail: [email protected]).
For citation: Savel'eva DA, Kalichkin VK [Harvest structure and yield of spring wheat depending on the degree of soil erosion]. Zemledelie. 2024;(2):9-13. Russian. doi: 10.24412/0044-3913-2024-2-9-13. I
Сок 10.24412/0044-3913-2024-2-13-19 УДК 631.41:631.445.4:631.8
Изменение параметров агрохимических свойств черноземных почв в условиях длительного применения удобрений
Л. Н. КАРАУЛОВА, кандидат сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник (e-mail: [email protected]) О. Г. ЧУЯН, доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник О. А. МИТРОХИНА, кандидат сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник Курский федеральный аграрный научный центр, ул. Карла Маркса, 70 б, Курск, 305021, Российская Федерация
Исследования проводили с целью определения влияния длительного применения минеральных удобрений на изменение агрохимических параметров чернозема типичного тяжелосуглинистого в зернопаро-пропашном севообороте. Работу выполняли на основе результатов мониторинга многофакторного полевого опыта, заложенного в Курской области, за 1985-2022гг. Изучали динамику содержания в почве щелочноги-дролизуемого азота, подвижного фосфора и калия в зависимости от элементов рельефа (северный и южный склон, водораздельное плато), применения минеральных удобрений (без удобрений - контроль, одинарная (Ni40Pt50K160) и двойная доза за ротацию). На фоне естественного плодородия почвы урожайность озимой пшеницы составляла в среднем 3,0 т/га, кукурузы - 24,7 т/га, ярового ячменя - 2,7 т/га. Балансовый коэффициент (БК) использования культурами азота на фоне применяемых доз удобрений изменялся в пределах 16,2...520,2%, фосфора - 5,1.95,3% и калия - 16,2.165,8%. Баланс азота в среднем за годы опыта в контроле составлял -57,6 кг/га, при внесении одинарной дозы удобрений - -32,2 кг/га, двойной - -5,5; фосфора соответственно -20,5, 16,1 и 53,7кг/га; калия - -49,3, -12,3 и 25,6 кг/га. Содержание азота щелочноги-дролизуемого в пахотном слое снижалось со средней интенсивностью 0,6 мг/кг в год и коррелировало с содержанием гумуса (R=0,783). На 100 кг внесенного калия содержание его подвижных форм в среднем повышалось на 1,0 мг/кг. Затраты калия на смещение на 10 мг/кгсоставили 188 кг/га. Мобилизации подвижного калия способствовали условия повышенного увлажнения. Средние затраты фосфора на смещение его содержания в пахотном слое почвы
на 10 мг/кг составляли 82 кг/га. На каждые 100 кг внесенного с удобрениями фосфора содержание его подвижной формы в почве повышалось на 2,65 мг/кг.
Ключевые слова: агрохимические свойства, применение удобрений, коэффициенты использования, баланс элементов, рельеф, содержание элементов питания.
Для цитирования: Караулова Л. Н., Чуян О. Г., Митрохина О. А. Изменение параметров агрохимических свойств черноземных почв в условиях длительного применения удобрений // Земледелие. 2024. № 2. С 13-19. doi: 10.24412/00443913-2024-2-13-19.
Ценность земли, как основного средства сельскохозяйственного производства, определяется её плодородием, то есть способностью удовлетворять потребность растений в питательных элементах. За последние 50-60 лет в регионах, развивающих интенсивные технологии возделывания культур, плодородие почв сельскохозяйственных угодий значительно ухудшилось. Так, в Курской области за последнее десятилетие из-за увеличения посевных площадей, занятых зерновыми и пропашными культурами, формирующими отрицательный баланс элементов питания, отмечено снижение содержания органического вещества почвы, служащего интегральным показателем её плодородия. Максимальные потери гумуса под посевами сахарной свеклы составляют до 1,6 т/га, под подсолнечником -0,8 т/га, под зерновыми - 0,3 т/га. Даже рост количества внесенных минеральных удобрений не компенсирует вынос элементов с урожаем [1, 2].
Отмечаются и другие изменения свойств почвы, которые связаны с длительным периодом интенсивного использования природного потенциала черноземов ЦЧР. Дестабилизация приходной и расходной части элементов питания привела к деградации почвенного покрова в отношении фосфорного режима [3, 4]. В годы интенсивной химизации содержание подвижных форм фосфора в почвах возрастало до 139 мг/кг в соответствии с уровнем применения минеральных удо-
*Работа выполнена в рамках государственного задания ФБГНУ «Курский федеральный аграрный научный центр» по теме FGZU-2023-0001.
СО (D 3 ь
(D д
(D Ь 5
(D
М 2 О м -ь
брений. В двухтысячных годах применение удобрений сократилось, что привело к снижению средневзвешенного содержания подвижного фосфора в почвах Курской области к 2021 г. до 130 мг/кг. Вместе с тем за последние двадцать лет наблюдений агрохимической службой «Курская» средневзвешенное содержание подвижных соединений калия в почвах области имело слабовыраженную тенденцию роста и по состоянию на начало 2021 г. в среднем составило 112 мг/кг [5, 6]. По данным Росстата в сельхозпредприятиях Курской области за последние десять лет (2013-2022 гг.) средняя урожайность кукурузы повысилась до 6,7 т/га, озимой пшеницы - 4,3 т/га, ячменя - 3,6 т/га. Рост продуктивности объясняется, в том числе, увеличением доз применяемых минеральных удобрений (РОССТАТ. База данных показателей муниципальных образований. URL: https://rosstat.gov.ru/dbscripts/ munst/munst38/DBInet.cgi#1 (дата обращения: 1.02.2024)).
Восстановление, сохранение и повышение плодородия земель при интенсивной сельскохозяйственной нагрузке возможно только с применением дополнительных удобрительных средств. Общеизвестно, что удобрение сельскохозяйственных культур - прием, позволяющий не только обеспечить растения питательными элементами, но и сохранить потенциальное плодородие почвы на перспективу.
На сегодняшний день альтернативы минеральным удобрениям не существует. Поэтому необходимо лишь искать пути их рационального и безопасного использования, то есть оптимизировать систему применения удобрений. Это возможно на основе краткосрочных и длительных исследований, причем научная и практическая ценность последних, безусловно, выше.
В современных условиях актуально использование результатов стационарных многолетних опытов, объективно отражающих воздействие удобрений на динамику содержания элементов питания, состояние окружающей среды, а также дающих возможность оценить агроэкономическую эффективность их использования.
Цель исследований - установить влияние длительного применения минеральных удобрений на изменение агрохимических параметров черно-ч;г зема типичного тяжелосуглинистого q в зернопаропропашном севообороте n для оценки устойчивости плодородия ^ почв при различных сочетаниях агро-Z технических факторов и ландшафтных I условий.
Источником информации для опре-Ч деления общих закономерностей из® менения агрохимических параметров Л почв служили материалы периодиче-М ского мониторинга в многолетнем по-
1. Исходные агрохимические показатели почв в полевом опыте (1983 г., х ±sd)
Показатель Северная экспозиция Водораздельное плато Южная экспозиция
рНкс1 5,3±0,2 5,8±0,3 6,9±0,4
Гумус, % 5,9±0,3 6,2±0,3 5,4±0,2
Ыщг., мг/кг 191,7±25,0 192,8±18,2 162,1±19,3
Р2О5, мг/кг 126,4±24,8 198,2±26,7 145,9±29,5
К2О, мг/кг 94,2±14,7 128,0±20,1 110,6±14,5
левом опыте Курского федерального аграрного центра за период с 1984 по 2022 гг. Многофакторный полевой опыт располагался на склонах северной и южной экспозиции, между которыми находится участок водораздельного плато. Крутизна склона северной экспозиции от 3о12' до 6о40', южной -от 3о45' до 5о28'.
Опыт включал изучение важных составляющих: элемент рельефа, севооборот, применение минеральных удобрений.
Исследования проводили в зернопаропропашном севообороте, в составе которого 50 % зерновых (озимая пшеница, яровой ячмень), 25 % пропашных (кукуруза на зеленый корм) и 25 % пара. Минеральные удобрения вносили на трех уровнях с равным шагом между дозами: без минеральных удобрений (контроль); одинарная доза - М140Р150К160 за ротацию четырехпольного севооборота; двойная доза - М280Р31Х1К320 за ротацию. Объект исследований - чернозем типичный, залегающий в приводораздельной части склона и чернозем типичный слабосмытый, залегающий на склонах северной и южной экспозиции. По гранулометрическому составу исследуемые почвы относятся к иловато-крупнопылеватым тяжелым суглинкам с содержанием фракции физической глины в пахотном слое 48...50%.
Почвенные агрохимические свойства определяли по стандартным методикам: содержание подвижных соединений фосфора и калия по Чири-кову (ГОСТ 26204-91); щелочногидро-лизуемого азота (Ы г) - по Корнфилду; гумуса - по Тюрину (ГОСТ 26213-91),
Почвы северного склона характеризовались как слабокислые, сред-негумуссированные с повышенным содержанием подвижного фосфора и калия (табл. 1). Почвы водораздельного плато оценивались как близкие к нейтральным с высоким содержанием подвижного фосфора и калия, и повышенным - гумуса. Склоны южной экспозиции - среднее содержание гумуса, нейтральная реакция почвенного раствора и повышенное содержание подвижного фосфора и калия.
Баланс элементов питания рассчитывали по методике ЦИНАО (Методические указания по определению баланса питательных веществ азота, фосфора, калия, гумуса, кальция. М.: ЦИНАО, 2000.40 с.). В расходную часть баланса включали вынос с урожаем, в приходную - поступление элементов с удобрениями. В балансе азота учитывали потери из почвы и удобрений, связанные с денитрификацией. Расчёты выноса вели на основе нормативных показателей для исследуемых в опыте почв и культур. Поступление элементов судобрениями определено по фактически внесенному количеству действующего вещества. Балансовые коэффициенты использования элементов питания из удобрений и почвы определяли по формуле:
Кб =100х(Ву / Д)
(1),
где Кб - балансовый коэффициент
использования элемента, %; В - вы' ' у
нос с урожаем элемента питания в удобренном варианте, кг/га; Д - доза элемента питания в удобренном варианте, кг/га действующего вещества.
Коэффициенты использования эле-
- по ГОСТ 26483-85
Рис. 1. Годовые осадки и сумма активных температур более 10 °Сза период исследований (1984-2022 рр)-\ I- осадки, мм;--Ф-~- сумма температур, °С.
2. Урожайность культур в зависимости от рельефа и минерального питания (в среднем за 2005-2022 гг., Х ±БЕ*), т/га
Элемент рельефа Минеральное удобрение Кукуруза на зеленый корм Яровой ячмень Озимая пшеница
Северный склон контроль 24,1±4,7 2,6±0,3 3,3±0,3
N P K 140 150 160 27,0±5,2 3,2±0,4 4,0±0,4
NPK 280 300 320 28,2±5,7 3,2±0,4 4,1±0,6
Водораздельное контроль 25,8±5,0 3,3±0,3 3,1±0,4
плато NPK 140 150 160 26,0±6,2 3,5±0,3 3,2±0,5
NPK 280 300 320 28,5±6,0 3,7±0,3 3,3±0,5
Южный склон контроль 24,2±7,3 2,3±0,3 2,7±0,4
NPK 140 150 160 25,6±8,1 2,7±0,3 2,9±0,5
NPK 280 300 320 26,9±8,3 3,2±0,5 3,1±0,4
*ошибка среднего.
ментов питания из почвы определяли по формуле:
КИП = 100х(Вук /С)
(2),
где КИП - коэффициент использования элемента из почвы, %; В -
ук
вынос с урожаем элемента питания в контрольном варианте, кг/га; С - запас доступных элементов питания в почве, кг/га.
Учёты, наблюдения и анализы вели в соответствии с общепринятыми методиками. Математическая обработка результатов проведена на ПЭВМ с помощью прикладных программ Microsoft Excel. Существенность разницы между вариантами установлена методом дисперсионного анализа, наличие тесноты связи - с помощью корреляционно-регрессионного анализа (ДоспеховБ. А. Методика полевого опыта: (с основами статистической обработки результатов исследований). 5-е. изд., доп. и перераб. М.: Агропро-миздат, 1985. 351 с.). Для оценки взаимосвязи параметров почвенного плодородия использован специальный пакет Statgraphics и STATISTICA.
Гидротермические условия вегетационных периодов в годы проведения полевого опыта существенно различались. Изменение климатических условий района полевых исследований (Медвенский район, Курская область) характеризовалось тем, что за учетные 38 лет среднегодовая температура воздуха возросла с 5,4 °C до 7,8 °C. За каждые 10 лет её величина повышалась на 0,78 °C. При этом линейные тренды изменения суммы активных температур, количества летних и годовых осадков для территории опытного поля составили 11,5 °C в год и -0,68 мм в год соответственно (рис. 1).
Гидротермический коэффициент за весь период в среднем составил 1,25 при варьировании от 0,56 до 2,04 (27,7 %) со значительным трендом снижения - на 0,0136 в год. По степени увлажнения количество лет с оптимальными условиями (ГТК =1,0...1,6) составило 52 %, с недостаточным увлажнением (ГТК < 1,0) - 28 % лет, а с избыточным (ГТК > 1,6) - 20 % лет.
Причина различий в содержании элементов питания в почве на полярно-
ориентированных склонах связана с разными объемами выноса их урожаем.
Многие авторы отмечают, что для выращивания сельскохозяйственных культур и получения стабильных урожаев необходимым условием служит внесение удобрений, которые не только улучшают питательный режим почвы, но и предотвращают деградацию почвы в следствии бездефицитного баланса элементов [7, 8].
Выращивание озимой пшеницы на фоне естественного плодородия почвы обеспечило урожайность в среднем до 3,0 т/га, кукурузы -до 24,7 т/га, и 2,7 т/га, ячменя (табл. 2). При внесении компенсационных доз минеральных удобрений в размере одинарной возможен рост урожайности озимой пшеницы и ярового ячменя в среднем для элементов рельефа на 0,4 т/га, а кукурузы на зеленый корм на 1,5 т/га. Внесение минеральных удобрений в двойных дозах увеличивало урожайность озимой пшеницы и ярового ячменя на 0,5...0,6 т/га, кукурузы - на 3,2 ц/ га, по сравнению с контролем.
Усвояемость элементов питания культурами зависит от многих факторов, как внутренних, так и внешних. Основные из них - свойства почвы (кислотно-щелочная реакция среды, гранулометрический и химический состав почв), климатические и погодные условия (температура и влажность почвы и воздуха), биологические особенности возделываемых культур, сроки внесения удобрений и соотношения в них питательных веществ [9, 10, 11].
Величину урожайности сельскохозяйственных культур и вынос питательных элементов с урожаем определяет уровень использования питательных веществ из почвы [12]. Коэффициент использования элементов питания из почв (КИП) озимой пшеницей, ячменем и кукурузой на зеленый корм рассчитан в контрольных вариантах опыта (табл. 3).
Их величина зависела от биологических особенностей возделываемой культуры и экспозиции склона. Так, в среднем по элементам рельефа за 18 лет в посевах озимой пшеницы КИП азота составил 18,5 %, Р205-7,1
' '25'
и К20 - 16,5 %, в посевах ячменя 12,6% -азота, 5,5 и 11,69 % - фосфора и калия, в кукурузе на зеленый корм 21,1 % -КИП азота, 6,8 и 28,1 % - фосфора и калия соответственно.
В среднем за годы опыта в зависимости от экспозиции склона коэффициент использования азота из почвы изменялся в пределах: 20,3.22,3 % - кукурузой; 11,8. .13,7 % -ячменем; 17,7. ..19,2% - озимой пшеницей. Причем на более теплом склоне южной экспозиции коэффициент использования выше, чем на влажном склоне северной экспозиции. Эта закономерность использования азотаха-рактерна и в среднем по севообороту.
Низкие коэффициенты использования фосфора растениями обусловлены сравнительно высоким его содержанием в почве и малой доступностью. С увеличением обеспеченности почвы подвижным фосфором коэффициент его использования понижается [13], в совокупности с низкой миграционной способностью фосфора отмечают его накопление в почве.
В среднем на контрольных участках локального мониторинга КИП калия кукурузой на зеленый корм (средняя урожайность 260 ц/ га) наблюдали в пределах 5,5.7,0 %, яровым ячменем (средняя урожайность 24 ц/ га) - 27...34 %, озимой пшеницей (средняя урожайность 30 ц/ га) -12.20 %.
Коэффициент использования элементов питания из почв и удобрений в вариантах одинарных и двойных доз определялся балансовым коэффициентом использования (Кб).
3. Коэффициент использования питательных элементов из почвы культурами (за 2005-2022 гг.), %
Культура Элемент рельефа N щг. Р2О5 К2О
Кукуруза на зеленый северный склон 20,3 9,4 33,9
корм водораздельное плато 20,7 5,5 27,0
южный склон 22,3 5,5 23,3
Яровой ячмень северный склон 11,8 6,8 12,2
водораздельное плато 13,7 5,5 14,3
южный склон 12,3 4,2 8,4
Озимая пшеница северный склон 19,2 9,8 20,0
водораздельное плато 17,7 6,3 17,5
южный склон 18,5 5,3 12,0
Среднее по севообороту северный склон 17,0 8,6 21,7
водораздельное плато 17,1 5,6 19,7
южный склон 17,5 5,1 14,4
СО (D 3 ь
(D
д
(D Ь 5
(D
М 2 О м -ь
4. Балансовый коэффициент использования питательных элементов культурами в зависимости от рельефа и минерального питания (за 2005-2022 гг.), %
Культура
Элемент рельефа Удобрение
N
РА
К2О
Кукуруза на зеленый корм северный склон
водораздельное плато южный склон
Яровой ячмень
Озимая пшеница
северный склон
водораздельное плато южный склон
северный склон
водораздельное плато южный склон
Среднее по севообороту северный склон
водораздельное плато южный склон
N Р К
90 160 80
N Р К
180 160 180
N Р К
90 160 80
N Р К
180 160 180
N Р К
90 160 80
N Р К
180 160 180
N Р К
30 30 30
N Р К
60 60 60
N Р К
30 30 30
N Р К
60 60 60
^0Р3°К30
N Р К
60 60 60
N Р К
20 40 40
N Р К
40 80 80
N Р К
20 40 40
N Р К
40 80 80
N Р К
20 40 40
N Р К
40 80 80
N Р К
140 150 160
N Р К
280 300 320
N Р К
140 150 160
N Р К
280 300 320
N Р К
140 150 160
N Р К
280 300 320
111,6
59,6 107,7 61,9 98,2 52,2 30,2 16,2 35,2 19,6 26,9
17.2 520,2 281,7 433,9 223,9 378,4 201,7 158,2
85,0 153,2
84.3 130,6 73,5
39.4 21,1
38.1 21,9
34.7
18.5 9,5
5.1 11,1
6.2 8,4 5,4 95,3
51.6
79.5 41,0 69,3
37.0
53.6
28.8 52,3
28.7
44.2
25.1
111,6
59,6
107.7 61,9 98,2 52,2 30,2 16,2 35,2
19.6 26,9
17.2
165.8 89,8 138,3 71,4 120,6
64.3 106,8
57.3 103,5
57.4 89,2
49.7
Поглощение азота варьировало в пределах 16,2...520,2 %, фосфора - 5,1.95,3 % и калия 16,2.165,8 % (табл. 4).
При внесении одинарных доз удобрений коэффициент использования растениями элементов из почвы и удобрений выше, чем в вариантах с внесением минеральных удобрений в двойных дозах. При этом величина Кб более 100 % свидетельствует об отрицательном балансе элементов питания.
Коэффициент использования элементов растениями озимой пшеницы существенно отличался от его величины на других культурах. В среднем по элементам рельефа за годы опыта Кб на озимой пшенице азота составлял 340 %, а кукурузой на зеленый корм и ячменем - 82 и 24 % соответственно, Кб фосфора пшеницей - 62 %, а кукурузой и ячменем - 29 и 8 %. Аналогичная закономерность отмечена по потреблению калия: пшеницей - 108%; кукурузой - 82 % и ячменем - 24 %, что можно объяснить малым количеством вносимых удобрений под пшеницу и нехваткой их для питания растений.
В вариантах с внесением ^^Р^К^ балансовый коэффициент использования фосфора растениями значительно выше (35.39 % - у кукурузы и 70.95 % - озимой пшеницы), чем при применении ^^Р^К^ (19.21 % и 37.52 % у кукурузы и озимой пшеницы соответственно), что можно объяснить более низким уровнем достигнутого урожая.
севах озимой пшеницы. В варианте использования увеличенной в два раза дозы (^^Р^К^) при средней урожайности кукурузы на зеленый корм 290 ц/ га коэффициент использования калия - 52.62 %, в посевах ячменя - 16.20 % и 64.90 % - в посевах озимой пшеницы.
Следовательно, можно заключить, что величина коэффициента использования элементов питания обусловлена как местоположением в рельефе и климатическими условиями, так антропогенными факторами.
От уровня поступления и выноса элементов питания сельскохозяйственными культурами, то есть их баланса, в значительной степени зависит уровень плодородия почвы и дозы применения органических и минеральных удобрений, необходимых для формирования бездефицитного баланса элементов питания.
В четырехпольном зернопаропро-пашном севообороте за годы опыта во всех элементах рельефа и вариантах удобренности сложился отрицательный баланс азота (табл. 5, рис. 2). В контрольных вариантах в зависимости от экспозиции он составил -54,9. -62,6 кг/га. Даже внесение азотных удобрений в дозе 35.70 кг/га действующего вещества не компенсировало вынос элемента с урожаем. Однако применениедвойной дозыудобрений в среднем за годы опыта способствовало улучшению азотного питания
5. Среднегодовой баланс элементов питания в зернопаропропашном севообороте (в среднем за 1985-2022 гг.), кг/га
Элемент рельефа Удобрение N±SE Р,О^Е K9О±SE
Северный склон контроль N Р К 3 5 37,5 40 N Р К 70 75 80 -55,2±5,4 -32,5±6,4 -4,9±7,2 -19,8±1,8 16,0±2,1 53,6±2,9 -46,0±5,9 -11,7±7,2 27,3±7,8
Водораздельное плато контроль -62,6±8,0 -22,4±2,6 -53,8±9,0
N Р К 35 37,5 40 ^0Р75К80 -36,2±8,5 14,6±2,8 -15,8±9,5
-7,1±8,2 52,8±3,0 23,9±9,4
Южный склон контроль ^5Р37,5К40 N Р К 70 75 80 -54,9±7,3 -27,9±8,0 -4,4±9,0 -19,4±2,3 17,8±2,7 53,9±3,6 -48,0±8,7 -9,4±9,0 25,6±10,3
При внесении в почву удобрений в одинарной дозе (^^Р^К^) Кб калия составлял 98.112 % в посевах кукурузы, в посевах ячменя - в пределах 27.35 % и 120.166 % - в по-
растений, сокращая отрицательный баланс элемента относительно одинарной дозы на 80.85 %.
Наибольший вклад в варьирование баланса элементов питания в дли-
60 г 40
го о ■ -20 -40 <0 ■ -80 -
а)
Ротация
1 2 3 4 5 6 7 3 Ротация
Рис. 2. Баланс азота, фосфора и калия поротациям севооборота, кг/га в год: а) склон северной экспозиции, б) склон южной экспозиции, в) водораздельное плато: —•--А';—А— -К20;—Ш— — Р.О..
тельном цикле оказывали уровень удобренности и выноса за ротацию севооборота: для азота - 47 и 53% соответственно, фосфора - 94 и 6 %, калия - 60 и 40 %.
В вариантах без удобрений во всех изучаемых элементах рельефа фиксировали отрицательный баланс фосфора и калия. Однако при внесении одинарной и двойной дозы (37,5 и 75 кг/га действующего вещества ежегодно) формировался положительный баланс фосфора.
на 4 мг/кг и на 1,8 мг/кг - на склоне южной экспозиции (Я= 0,395.0,731) (табл. 6).
Увеличение содержания подвижного фосфора в почвах многофакторного полевого опыта наиболее интенсивно происходило на водораздельном плато - на 1,3 мг/кг в год, а на северном и южном склоне -на 0,3 и 0,7 мг/кг в год соответственно. Это можно объяснить, с одной стороны, перераспределением запасов фосфора из нижних горизонтов
6. Среднее внутригрупповое содержание элементов питания в черноземе
типичном
Период Северный склон Водораздельное плато Южный склон
Хср+Sd I V, % Хср±Sd I V, % Хср±Sd I V, %
1 ротация* 5,9±0,3 4 Гумус, % 6,2±0,3 4 5,5±0,2 4
9 ротация 5,2±0,3 7 5,3±0,2 3 4,9±0,1 3
N , мг/кг
1 ротация 185±14 13 193±13 9 155±6 12
9 ротация 169±9 5 154±7 4 131±7 6
1 ротация 126±25 20 Р2О5, мг/кг 198±63 32 146±29 20
9 ротация 134±18 14 240±53 24 194±42 22
КО, мг/кг
1 ротация 94±15 16 128±20 16 111±14 13
9 ротация 101±14 14 127±20 16 119±13 11
*1 ротация 1984-1988 гг., 9 ротация 2016-2020 гг.
Применяемая компенсационная доза удобрений (N35P375K40) не обеспечивала бездефицитный баланс калия. Наиболее благоприятно калийный режим питания отмечали при среднегодовом использовании дозы
N70P75K80 КГ/Га.
Сопоставив имеющиеся данные по количеству внесенных удобрений, урожайности сельскохозяйственных культур и их химическому составу, рассчитано изменение содержания азота, фосфора и калия после истечения девяти ротаций севооборотов к исходному.
Вследствие недостаточного внесения удобрений баланс азота в Центральном Черноземье остается дефицитным (РОССТАТ. База данных показателей муниципальных образований. URL: https://rosstat.gov. ru/dbscrip ts/m unst/m unst38/DBInet. cgi#1 (дата обращения: 1.02.2024)). Более того, применяемая в опыте обработка почвы (вспашка) способствует лучшей аэрации почвы, провоцируя усиленную минерализацию легкоразлагаемых компонентов почвенного органического вещества, приводя к снижению его содержания и увеличению выноса высвободившегося азота с урожаем. Цикл азота в значительной мере определен запасами гумуса и деятельностью почвенной микрофлоры. На основе анализа изменений содержания элементов питания в почве за годы опыта следует, что количество щелочногидро-лизуемого азота на склоне северной экспозиции в среднем уменьшалось на 1,2 мг/кг почвы за ротацию севооборота, на водораздельном плато -
в пахотный слой, с другой стороны, поступлением из минеральных удобрений. В результате в верхнем горизонте почв его количество может быть в 2.3 раза выше, чем в почвоо-бразующих материнских породах [14].
Оценивая динамику содержания подвижного калия, следует констатировать, что со временем оно увеличивалось. При чем на склонах южной и северной экспозиции рост его количества составлял 0,3.0,4 мг/кг почвы в год. Это может быть связано как с переходом необменного калия в водорастворимый и подвижный [15], так и с интенсивным внесением с удобрениями.
Различия в содержании элементов питания в почве на полярно-ориентированных склонах связаны как с различиями гидротермических условий, так и с разными объемами выноса их урожаем культур. Содер-
жание подвижного калия и фосфора значимо различалось по элементам рельефа (рис. 3). В среднем по всем вариантам опыта подвижного калия в пахотном слое северного склона и водораздельного плато находилось 105.106 мг/кг почвы, что на 21 мг/кг меньше, чем на склоне южной экспозиции. Содержание подвижного фосфора в почве на водораздельном плато отмечено выше, чем на склоне северной и южной экспозиции, на 71 мг/кг и 37 мг/кг соответственно.
Установлено, что наибольшее влияние на изменение содержания подвижного калия в почве в течение длительного срока оказывал формируемый баланс элемента, местоположение в рельефе, кислотность почв и условия увлажнения (табл. 7). В годы с повышенным увлажнением содержание подвижного калия возрастало (рис. 4). На каждые 100 мм осадков содержание подвижного калия повышалось на 6,4.6,9 мг/кг (Я= 0,585.0,616).
Наибольшую мобилизацию подвижного фосфора фиксировали при ГТК 1,18.1,24 (рис. 5). Содержание подвижного фосфора в почве в эти годы отмечено выше на 23 мг/кг, по сравнению с условиями недостаточного увлажнения (ГТК < 1,0) и более влажными (ГТК > 1,4).
Согласно зависимости содержания подвижного калия от формируемого баланса в течение длительного опыта средние затраты калия на его смещение на 10 мг/кг в пахотном слое почвы составили 188 кг/га. При этом на склонах это количество варьировало от 192 кг/га до 217 кг/га (Я= 0,364.0,422). На каждые 100 кг калия, внесенного с удобрениями, содержание подвижного калия в среднем по опыту повышалось в почве на 1,0 мг/кг. Внесение калийных удобрений сдвигает равновесие между различными формами калия в почве и способствует его переходу в недоступные (связанные) формы.
Содержание азота щелочноги-дролизуемого зависело от гумуса и кислотности почвы (Я=0,783). Ми-
150
140
130
■Ё 120 2
§ 110 100 90
260
240
220
£ 200
* 180 8 £ 160
140
120
100
| PgC& F(275) = W90e.P=COOm|
сэ
а)
вп
ЭкспозиПИЯ
б)
Рис. 3. Динамика содержания подвижного калия (а) и фосфора (б)в почве взависимо-сти от местоположения в рельефе (в среднем за 1984—2022 гг.), мг/кг почвы: —■— -Меап; Ц -Меап±БЕ;Т. - Меап±БО.
СО (D 3 ü
(D
д
(D
5
(D
М 2 О м -ь
7. Взаимосвязь содержания подвижных элементов питания в почве с исследуемыми в опыте факторами
Уравнение R* F
Азот, мг/кг Ыщг. = 108,106 + 22,116 Gum - 10,723 pH 0,783 40,5
Подвижный калий, мг/кг
K2O = 93,451 - 27,859 EXP+ 9,716 EXP2 + 0,06 SO + 0,0482 BAL K2O = 8,069 + 11,901 pH + 0,0637 SO + 0,0528 BAL 0,632 12,2
0,616 15,1
K2O = -8,448 + 12,215 pH + 0,0695 SO + 0,0101 DK Подвижный фосфор, мг/кг P2O5 = 705,996 + 240,182 EXP - 53,566 EXP2 - 239,61рН+ 18,042 рН2 + 0,585 14,7
0,884 51,5
0,12518 BAL
P2O5 = -290,149 + 231,435 EXP - 53,610 EXP2 + 397,546 GTK - 162,629 0,882 50,7
GTK2+ 0,1422 BAL
d P2O5 = -174,423 + 216,756 EXP - 52,665 EXP2 + 0,0265 DP 0,869 66,9
*R - коэффициент корреляции; F- критерий Фишера; Gum - содержание гумуса, %; EXP - местоположение на рельефе (экспозиция склона, водораздельное плато); рН - кислотность почв; SO - сумма осадков за год, мм; BAL - баланс элементов, кг/га; DK и DP - калий и фосфор удобрений, кг/га; GTK- гидротермический коэффициент за май-сентябрь; d P2O5 - изменение подвижного фосфора, мг/кг.
неральныеудобрения на содержание азота в почве существенного влияния не оказали.
Согласно зависимости содержания подвижного фосфора от формируемого баланса в течение опыта средние затраты фосфора на его изменение на 10 мг/кг в пахотном слое почвы составили 82 кг/га: на склоне северной экспозиции - 85 кг/га (Я=0,796), на водораздельном плато - 48 кг/га (Я=0,760) и на склоне южной экспозиции - 93 кг/га (Я=0,647). На каждые 100 кг фосфора, внесенного судобрениями,содержание его подвижной формы повышалось в почве на склонахсеверной и южной экспозиции на 2,4 мг/кг (Я=0,786 и 0,696 соответственно), на водораздельном плато - на 4,7 мг/кг (Я=0,787).
Таким образом, содержание элементов питания в пахотном слое черноземов типичных несмытых и слабосмытых агроландшафтов ЦЧР в значительной мере обусловлено местоположением в рельефе, уровнем внесения минеральных удобрений и формируемым балансом элементов.
Наибольшее значимое воздействие на использование азота, фосфора и калия из почвы оказывала возделываемая культура (вклад фактора
59.78 %) и уровень вносимых удобрений (22.41 %). В среднем по опыту балансовый коэффициент использования озимой пшеницей азота составлял 340 %, фосфора - 62 %, калия - 108 %; кукурузой на зеленый корм - соответственно 82, 29 и 82 %; ячменем - 24, 8 и 24 %. Увеличение дозы удобрений с ^^Р^К^ за ротацию севооборота до ^^Р^К^ снижало балансовый коэффициент использования элементов питания в 1,8.1,9 раз. Использование культурами севооборота элементов питания из почвы и удобрений снижалось в зависимости от экспозиции в следующем ряду: северный склон > водораздельное плато > склон южной экспозиции.
Среднегодовой баланс азота без внесения удобрений в среднем по вариантам размещения в рельефе составлял -58 кг/га, фосфора --21 кг/га, калия - -49 кг/га. Внесение удобрений в дозе ^^Р^К^ за ротацию значительно сокращало дефицит элементов питания в почве их баланс составлял соответственно -32, +16 и -12 кг/га. Применение двойной дозы (^^Р^К^) способствовало дальнейшему улучшению режима питания растений: баланс азота - -5 кг/га, фосфора - +53 кг/га, калия - +26 кг/га.
Мни > 1Мв1*»1<1К№!
150
140
130
3 120
о
M 110
100
90
а)
О 569 1133 1707 2276 234 363 1422 1931 2560
Внесенный калий, кг/га
135 130 125 120
I115
о по
<ч ¡с
105 100 95 90
б;
-422 -293 -165 -37 Баланс, кг/га
92 220
Рис. 4. Изменение содержания подвижного калия в почве в зависимости от внесенных ■твенного ба] Щ-Меап; [
удобрений (а) и хозяйственного баланса калия (б) в среднем за 1984-2022 гг., мг/кг.:
n;±-Mean±SE.
1 -Mean:
Содержание азота щелочноги-дролизуемого в пахотном слое снижалось на 0,6 мг/кг в год и коррелировало с содержанием гумуса (R=0,783). Затраты калия на смещение содержания его подвижных форм в пахотном слое почвы на 10 мг/кг в среднем составили 188 кг/га, фосфора - 83 кг/га. В длительной динамике периоды с повышенным увлажнением сопровождались ростом содержания подвижного калия на 6,4.6,9 мг/кг на каждые 100 мм осадков. Для мобилизации подвижного фосфора более благоприятны условия с ГТК равным 1,2.
Литература
1. Хижняков А.Н., Цыганков Д. Н. Динамика изменения состояния плодородия пахотных почв Курской области за 50 лет // Достижения науки и техники АПК. 2014. № 10. С. 11-13.
2. Семыкин В.А., Пигорев И. Я., Никитина О. В. Баланс элементов питания и гумуса в землях сельскохозяйственного назначения Курской области // Вестник Курской государственной сельскохозяйственной академии. 2019. № 3. С. 6-11.
3. Пироженко В.В., Цыганков Д. Н., Мирошниченко О. Н. Мониторинг состояния плодородия пахотных почв Курской области // Достижение науки и техники АПК. 2019. Т. 33. № 4. С. 12-15.
4. Агроэкологическое состояние черноземов ЦЧО / под ред. А. П. Щербакова, И. И. Васенева. Курск: ГУИПП Курск, 1996, 326 с.
5. Недбаев В.Н., Жиляков Д. И. Динамика содержания подвижныхсоединений фосфора в зональных почвах Курской области и урожайность сельскохозяйственных культур // Вестник Курской государственной сельскохозяйственной академии. 2022. № 5. С. 41-47.
6. Мониторинг основных агрохимических показателей плодородия пахотных почв в Центрально-Черноземном районе России / Р. В. Некрасов, С. В. Лукин, Д. А. Куницын и др. // Достижения науки и техники АПК. 2021. Т. 35. № 9. С. 4-10.
7. Реализация природно-ресурсного потенциала агроландшафтов ЦЧР / О. Г. Чуян, Л. Н. Караулова, О. А. Митрохина и др. // Российская сельскохозяйственная наука. 2021. № 6. С. 79-87.
8. Чуян О.Г., Караулова Л. Н. Взаимосвязь климатических факторов почвообразования с формированием химических и физико-химических свойств почвенного покрова в агроландшафтах Центрального Черноземья // Юг России: Экология, развитие. 2021. Т. 16. № 2. С. 75-87.
9. Изучение длительно действия минеральных удобрений в стационарном опыте в степном Поволжье / В. В. Пронь-ко, Д. Ю. Журавлев, Т. М. Ярошенко и др. // Агрохимия. 2023. № 2. С. 15-28.
10. Пронько В. В. Факторы, усиливающие действие удобрений в засушливых условиях // Вестник РАСХН. 2004. № 6. С. 33-34.
Мил > ISUIBtOtlS'l
I
в
¥
О 6(Ю 1200 1В00 2400 300 900 1500 2100
Внесенный фосфор, xrJna
240 220 200 ,180 160 140 120
KL
/]
ftft-
-176 -58 61 180 298 417 Баланс, кг/га
а)
б)
Рис. 5. Изменение содержания подвижного фосфора в почве в зависимости от внесенных удобрений (а) и хозяйственного баланса фосфора (б) в среднем за 1984—2022 гг., мг/кг: Щ-Меап;\ \-Меап±БЕ;^-Меап±БР;^\-Меап;^-Меап±0,9^БЕ.
doi: 10.24412/0044-3913-2024-2-19-24 УДК 631.452
Влияние рельефа на показатели плодородия почв
Ю. В. АКСЕНОВА, кандидат биологических наук, доцент (e-mail: [email protected]) А. М. ГИНДЕМИТ, кандидат биологических наук, доцент Омский государственный аграрный университет имени П. А. Столыпина, Институтская площадь, 1, Омск, 644008, Российская Федерация
11. Рухович О. В. Пространственное распределение различных характеристик урожая в агроландшафтах // Проблемы агрохимии и экологии. 2017. № 2. С. 39-46.
12. Дзюин Г.П., Дзюин А. Г. Коэффициенты использования азота, фосфора и калия из минеральных удобрений, навоза и почвы культурами севооборота // Международный журнал экспериментального образования. 2016. № 5. С. 83-90.
13. Изменение обесиеченности фосфором пахотных и луговых почв Беларуси / И. М. Богдевич, Ю. В. Путятин, И. С. Стани-левич и др. // Почвоведение и агрохимия. 2019. № 2(63). С. 68-78.
14. Агроэкономическая эффективность фосфорных удобрений при возделывании культур полевого севооборота в зависимости от фосфатного уровня и кислотности дерново-подзолистой почвы / Р. Ф. Байбеков, Н. А. Кирпичников, С. П. Би-жан и др. // Земледелие. 2019. № 6. С. 9-11.
15. Савич В.И., Платонов И. Г., Духанин Ю. А., и др. Комплексная оценка состояния калия в почве // Известия ТСХА. 2006. № 3. С. 15-28.
Changes in the parameters of agrochemical properties of chernozem soils under conditions of long-term use of fertilizers
L. N. Karaulova, O. G. Chuyan, O. A. Mitrokhina
Federal Agricultural Kursk Research Center, ul. Karla Marksa, 70 b, Kursk, 305021, Russian Federation
Abstract. The research aimed to determine the effect of long-term use of mineral fertilizers on changes in the agrochemical parameters of typical heavy loamy chernozem in grain-fallow crop rotation. The work was based on the results of monitoring multifactor field experiment established in the Kursk region in 1985-2022. We studied the dynamics
of the content of alkali-hydrolysable nitrogen, mobile phosphorus and potassium in the soil depending on the relief elements (northern and southern slopes, watershed plateau), the use of mineral fertilizers (without fertilizers - control, single (NU0P150K160) and double dose per rotation). Against the background of natural soil fertility, the yield of winter wheat averaged 3.0 t/ha, corn - 24.7 t/ha, spring barley - 2.7 t/ha. The balance coefficient (BC) of nitrogen use by crops against the background of applied doses of fertilizers varied within 16.2-520.2 %, phosphorus -5.1-95.3°%o and potassium - 16.2-165.8%. The nitrogen balance on average over the years of experiment in the control was -57.6 kg/ha, when applying a single dose of fertilizers it was -32.2 kg/ha, double - 5.5 kg/ha; phosphorus - respectively -20.5, 16.1 and 53.7 kg/ha; potassium - -49.3, -12.3 and 25.6 kg/ha. The content of alkaline hydrolysed nitrogen in the arable layer decreased with an average intensity of 0.6 mg/kg per year and correlated with the humus content (R=0.783). Per 100 kg of added potassium, the content of its mobile forms increased on average by 1.0 mg/kg. Potassium consumption per shift of 10 mg/kg was 188 kg/ha. The mobilisation of mobile potassium was facilitated by conditions of increased moisture. The average cost of phosphorus to shift its content in the arable soil layer by 10 mg/kg was 82 kg/ha. For every 100 kg of phosphorus applied with fertilizers, the content of its mobile form in the soil increased by 2.65 mg/kg.
Key words: agrochemical properties; application of fertilizers; utilisation rates; balance of elements; relief; content of nutrients.
Author Details: L. N. Karaulova, Cand. Sc. (Agr.), senior research fellow (e-mail: [email protected]); O. G. Chuyan, D. Sc. (Biol.), leading research fellow; O. A. Mitrokhina, Cand. Sc. (Agr.), senior research fellow.
For citation: Karaulova LN, Chuyan OG, Mitrokhina OA [Changes in the parameters of agrochemical properties of chernozem soils under conditions of long-term use of fertilizers]. Zemledelie. 2024;(2):13-19. Russian. doi: 10.24412/0044-3913-2024-2-13-19. ■
Исследования проводили с целью изучения влияния условий элементарных ландшафтов на показатели химических, физико-химических и водно-физических свойств почв и их динамику. Работу осуществляли в степной зоне Омской области в посевах яровой пшеницы. До посева, в фазы всходов, кущения, выхода в трубку и полной спелости пшеницы обследовали почвы элювиальных, транзитных и аккумулятивных позиций гривообразных повышений. На элювиальных элементарных ландшафтах почвы представлены черноземом обыкновенным средне-дефлированным и черноземом южным слабодефлированным, на транзитной и аккумулятивной частях склонов -лугово-черноземными солончаковыми и солонча-коватыми. Содержание гумуса в почвах увеличивалось от элювиальных к аккумулятивным элементарным ландшафтам с 3,3.3,7 % до 4,5.4,8 %. Во все фазы развития пшеницы в слое 0.20 см наблюдали нейтральную реакцию среды в интервале 5,8.7,3 единицы рН, на глубине 20.100 см - щелочную в диапазоне 7,5.9,3 единиц рН. Минимальные в опыте запасы влаги (91.161 мм) в метровом слое отмечены в почвах элювиальных позиций гривообразных повышений и транзитной части южного склона. В транзитных элементарных ландшафтах величина этого показателя возрастала в среднем на 20.50 мм и достигала максимального в исследовании уровня 182.307 мм в почвах аккумулятивных частей склонов. Легкорастворимые соли в пределах метрового слоя в почвах элювиальных 3 элементарных ландшафтов отсутство- ^
вали либо залегали в слое 60.100 см л
Ф
и в течение вегетации пшеницы выше их д не обнаруживали. Концентрация токсич- Л ных ионов в засоленных слоях составляла 5 2,10.6,72 мг-экв./100 г почвы. По всему 2 профилю наибольшее засоление наблюдали в почвах аккумулятивных ландшаф- м тов, содержание токсичных ионов в них О достигало 1,12.24,38 мг-экв./100 г по- 4
