CC BY
125
ПРИГЛАШАЕМ К ДИСКУССИИ
УДК 631.416.2:631.81.033
К ВОПРОСУ О РАЦИОНАЛЬНОМ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ПОЧВ С ОЧЕНЬ ВЫСОКИМ СОДЕРЖАНИЕМ ФОСФОРА В ИНТЕНСИВНОМ ЗЕМЛЕДЕЛИИ
В.И. Титова, д.с.-х.н.
Нижегородская ГСХА, e-mail: [email protected]
Дана краткая история изучения и причины возникновения почв с очень высоким содержанием подвижных соединений фосфора - зафосфаченных почв. На основе данных агрохимического мониторинга почв в динамике за ряд лет в целом по России и отдельным регионам, проведен анализ изменений доли площадей с низким и очень высоким содержанием подвижных фосфатов. Приведены результаты модельного микрополевого опыта по созданию почв с заданным содержанием подвижных соединений фосфора в 300 мг/кг, 1300 и 2200 мг/кг. Установлено, что содержание подвижных фосфатов спустя год после внесения суперфосфата в почву несколько превышает заданный уровень, через два года - соответствует ему, а спустя три года снижается на 1730%. Последовательное возделывание культур с чередованием «кукуруза - рапс - озимая рожь» позволило установить, что повышение содержания подвижных соединений фосфора в почве с 300 до 1300 мг/кг существенно увеличивает урожайность зеленой массы растений, а до 2200 мг/кг прироста урожайности не происходит. С ростом обеспеченности почв подвижным фосфором коэффициент его использования снижается в среднем за год, не превышая 2% на минимальном фоне и 1,1% - на максимальном.
Ключевые слова: подвижные соединения фосфора, зафосфаченные почвы, урожайность зеленой массы культур, содержание фосфора в растениях, коэффициент использования фосфора из почвы.
TO THE QUESTION ABOUT SOIL MANAGEMENT WITH A VERY HIGH CONTENT OF PHOSPHORUS IN INTENSIVE FARMING
Dr. Sci. V.I. Titova
Nizhniy Novgorod State Agrarian Academy, e-mail: [email protected]
A brief history of the study and the causes of soil with a very high content of mobile phosphorus compounds -over-phosphated soil. On the basis of agrochemical soil monitoring data in the time series for the whole of Russia and separate regions, the analysis of changes in the proportion of areas with low and very high content of mobile phosphates. The results of the model experiment microfield soil to create a predetermined content of mobile phosphorus compounds 300 mg/kg, 1300 and 2200 mg/kg. The content of mobile phosphates a year after the introduction of superphosphate to the soil is slightly higher than a predetermined level in two years - it corresponds to him, and after three years is reduced by 17-30%. Successive cropping with alternating «corn - rape - winter rye» revealed that the increase in the content of mobile phosphorus in soil from 300 to 1300 mg/kg significantly increases the yield of green mass of plants, and up to 2200 mg/kg of productivity growth does not occur. With the increasing availability of soil mobile phosphorus reduced its utilization rate on average per year, not to exceed 2% on a minimum background and 1.1% - to the maximum.
Keywords: available phosphorous, over-phosphated, green mass yield, phosphorous content in plant, soil phosphorous use coefficient.
Проблема фосфора в земледелии с момента становления агрохимии и до настоящего времени была и остается одной из наиболее актуальных и изучаемых, хотя направленность исследований претерпевает некоторые изменения во времени. Так, если до
недавних пор ее суть заключалась в нахождении и изучении способов повышения содержания фосфора в почве, то в последнее время с увеличением количества площадей высоко и очень высоко обеспеченных подвижными фосфатами (от 200 до 1000
мг/кг и более по Кирсанову) она видоизменяется, приобретая в том числе и экологическую окраску. В этой связи актуальной становится оценка состояния почв с очень высоким содержанием подвижных фосфатов и изучение возможности обеспечения сбалансированного питания растений на таких почвах.
Из истории вопроса. Одним из первых на повышенную способность почв к накоплению фосфатов обратил внимание А.В. Соколов [1], подчеркивая при этом, что важнейшая задача сельского хозяйства - установление в почве не максимального, а «желательного» (оптимального) уровня обеспеченности почв подвижными формами фосфора. Позднее Ю.И. Касицкий [2] предложил считать содержание подвижного фосфора в дерново-подзолистых почвах выше 300 мг/кг недопустимо высоким. Много внимания фосфатной проблеме уделяли И.Н. Чумаченко [3] и Б.А. Сушеница [4].
Повышение содержания подвижных фосфатов во времени фиксировалось агрохимической службой страны практически с самых первых циклов обследования сельскохозяйственных земель [5]. Было установлено, что такие изменения в первую очередь коснулись Северо-Западного экономического района, а также некоторых областей Центрального региона. Именно здесь в период расцвета агрохимии (70-90е годы ХХ века) были внесены основные объемы минеральных удобрений и здесь же применяли наибольшее в сравнении с другими экономическими регионами количество органических удобрений. Естественные валовые запасы фосфора для этих почв (дерново-подзолистые и серые лесные) с 1500-3500 кг/га для слоя 0-20 см [6] за этот период были увеличены в 1,5-2,0 раза. Это при том, что верхним допустимым уровнем нагрузки почв фосфатами, по мнению А.Ю. Кудея-ровой [7], следует считать прирост общего содержания фосфора в почве по сравнению с природным на 10-30%.
Значительно возросла за это время и площадь земель с повышенным содержанием фосфора. Например, в Ленинградской, Московской и др. областях она достигла 25% обследованных угодий [8]. В Нижегородской области почвы, имеющие обеспеченность подвижными формами фосфора свыше 250 мг/кг, к концу 90х годов ХХ века занимали территорию в 273488 га (14,8% пахотных зе-
мель), из них почв с содержанием подвижного фосфора свыше 500 мг/кг - 14126 га [9].
Современное состояние вопроса. Согласно данным таблицы 1, доля почв очень высоко обеспеченных фосфором как в среднем по России, так и в большинстве федеральных округов, превышает долю почв с очень низким его содержанием, и лишь отдельные территории (Дальневосточный федеральный округ) не отражают этой тенденции. Наибольшее количество площади пашни с очень высоким содержанием подвижного фосфора фиксируется в Республиках Карелия и Коми, в Ленинградской, Калининградской и Мурманской областях и пр.). Центральный и Приволжский округа в этом отношении характеризуются примерно теми же цифрами, что и Россия в среднем, подобная картина отмечается и в Центрально-Черноземной зоне [11-16].
Обсуждать цифры по содержанию подвижных соединений в почве без анализа применения удобрений нельзя. Сравнить внесение удобрений и обеспеченность почвы подвижными фосфатами можно на примере отдельного региона. Воспользуемся для этого данными по Нижегородской области (табл. 2) и, прежде всего потому, что по почвенному покрову она может быть сопоставима с характеристикой всей страны: на долю дерново-подзолистых почв здесь приходится 36%, серых лесных - 46% и черноземных почв - 18% от площади сельскохозяйственных угодий [17]. На 1995 г. насыщенность пахотных земель области минеральными и органическими удобрениями была максимальной. Следствием внесения такого количества удобрений стало то, что доля почв с очень высоким содержанием подвижного фосфора достигла 15% от обследованной площади. В последующие годы применение удобрений снижалось неуклонно и резко, однако доля почв с высокой обеспеченностью подвижными фосфатами снижалась при этом медленнее.
Среди основных причин такой статистики по агрохимической характеристике почв чаще всего называют перераспределение сельхозугодий по видам землепользования (переход части пашни в состояние залежи, что фиксируется во всех регионах страны), с чем в некоторой мере нельзя не согласиться. Немаловажным является и геохимическая характеристика территории. Так, например, по дан-
1. Распределение площадей с различной степенью обеспеченности почв подвижными соединениями фосфора, 2010 г., % к площади пашни [10]
Содержание, мг/кг В среднем по РФ В т.ч. по отдельным федеральным округам ...
Центральный СевероЗападный Южный Приволжский Сибирский Дальневосточный
< 25 5,8 3,4 1,6 5,8 5,6 3,2 28,0
до 50 22,7 22,0 9,2 24,6 23,0 13,0 53,8
> 250 7,2 6,3 16,9 3,7 6,4 10,5 5,7
2. Динамика обеспеченности почв подвижными соединениями фосфора и внесения удобрений, Нижегородская область
Год Применение удобрений Фосфоритование, Доля почв с содержанием Средне-
минеральных, органических, тыс. га < 50 мг/кг > 250 мг/кг взвешенное,
кг д.в/га т/га % от пашни мг/кг
1995 142,0 5,6 104,5 9 15 153
2000 25,5 2,8 7,8 11 12 146
2005 26,7 1,1 6,3 10 10 135
2010 18,0 0,9 10,3 13 9 136
2015 13,6 0,6 - 18 10 138
ным О.А. Анциферовой [18], среднее региональное содержание фосфора в минеральных почвах Калининградской области оценивается в 0,13% Р (0,29% Р2О5), что выше значения кларка по фосфору в почвах мира (0,08%).
Одна из причин накопления фосфатов в почве, безусловно низкая усвояемость фосфора растениями и его высокая способность (в составе как минеральных, так и органических удобрений) к поглощению почвой [19, 20]. Иногда в качестве возможной причины называют специфику метода определения подвижных соединений фосфора в почве (вытяжка 0,2n HCl, ГОСТ Р 54650-2011), которая дает несколько завышенные по доступности фосфора растениям показания [21]. Последним, однако, объяснить увеличение доли площадей с очень высоким содержанием подвижных соединений фосфора затруднительно, т.к. центры агрохимической службы используют этот метод не выборочно, а при анализе всех почвенных проб определенной почвенной разности.
Существование почв с высокой и очень высокой обеспеченностью подвижными фосфатами нельзя не заметить. В этой связи естественным образом возникают вопросы о рациональном использовании таких почв, т.к. большие запасы фосфатной пищи (тем более наращивание их за счет неиспользуемой остаточной части вносимых фосфорсодержащих удобрений) может привести к нарушению режима питания растений, что скажется на объеме и качестве товарной продукции. При систематическом внесении удобрений под выращиваемые в севообороте культуры это может проявляться еще в большей степени. Поэтому к выбору системы удобрения на зафосфаченных почвах нужно отнестись с большим вниманием и обоснованностью.
Необходимо будет ответить на ряд закономерно возникающих вопросов:
- о влиянии высокой обеспеченности почв подвижными фосфатами на урожайность отдельных культур и миграцию фосфора по профилю почвы;
- о дозах азотных и калийных удобрений, рекомендуемых к внесению на таких почвах;
- о коэффициентах использования фосфора из почв с очень высокой обеспеченностью подвиж-
ными соединениями фосфора;
- о прогнозах изменения почвенных свойств при интенсивном использовании зафосфаченных почв в земледелии.
Цель исследования - выяснение длительности действия фосфатных фонов с очень высоким содержанием подвижных форм Р2О5 и изучение влияния высокого содержания фосфора в почве на его усвоение растениями.
Условия и методы. Исследования проведены с использованием моделей почв, имеющих разное содержание подвижных соединений фосфора - метод имеет распространение в исследовательской практике [22, 23].
Опыт микрополевой, поставлен на вегетационной площадке кафедры агрохимии Нижегородской ГСХА в сосудах без дна (асбестоцементные трубы диаметром 30 см и высотой 60 см), в четырехкратной повторности. Нижняя часть сосудов (25 кг) заполнялась подпочвой с этой же территории, а верхняя (на глубину 0-25 см, масса почвы 27 кг) - пахотным слоем светло-серой лесной легкосуглинистой почвы, сформированной на покровных суглинках.
По начальной агрохимической характеристике почва слабокислая ф^а 5,1), со средней степенью насыщенности основаниями (77%) и невысоким содержанием гумуса (1,62%), подвижных форм фосфора и калия (по Кирсанову соответственно 74 и 64 мг/кг). Заданный фосфатный фон создавали внесением двойного гранулированного суперфосфата в массу верхнего слоя (0-25 см) почвы во время набивки сосудов, после чего почва была оставлена до следующего года для компостирования в естественно-полевых условиях.
С весны 2010 г. в опыте последовательно в течение трех лет выращивали кукурузу, рапс и озимую рожь на зеленую массу. Уход за опытом проводили в соответствии с рекомендациями [24]. Учитывая, что капиллярный подъем воды в модельных опытах с насыпным слоем почвы затруднен, был предусмотрен полив растений. Его проводили водопроводной водой в первые фазы вегетации 2-3 раза в неделю, далее 1 -2 раза в неделю с учетом реально складывающихся погодных условий.
3. Динамика содержания подвижных соединений фосфора в почве за годы проведения опыта
Создаваемый фон, мг/кг Доза фосфора для создания фона, г д.в/кг Содержание фосфора, мг/кг
0,2n HCl, количество месяцев от начала опыта 0,03n K2SO4 0,01m CaCl2
10 24 36
Р-300 0,6 365 / 122 298 / 99 269 / 90 1,6 0,4
Р-1300 3,3 1450 / 112 1300 / 100 1204 / 93 10,6 1,1
Р-2200 5,7 2396 / 109 1980/ 90 1619/ 74 19,0 2,7
Примечание: в числителе - содержание, мг/кг, в знаменателе - % от заданного уровня фона.
4. Урожайность культур при выращивании их на зафосфаченных почвах без дополнительного внесения удобрений
Вариант Куку руза, зел. масса Рапс, зел. масса Озимая рожь, зел. масса Сумма, корм.ед/м2
кг/м2 Р2О5. % КИ, % кг/м2 Р2О5. % КИ, % кг/м2 Р2О5. % КИ, %
Р-300 4,28 0,09 1,8 1,69 0,26 2,0 1,08 0,18 1,0 2,01
Р-1300 5,34 0,21 1,0 1,88 0,31 0,5 1,93 0,27 0,4 2,62
Р-2200 7,35 0,30 1,1 1,71 0,40 0,3 1,82 0,33 0,3 2,84
НСРс; 0,57 0,16 0,14
Примечание: КИ - коэффициент использования фосс юра.
Результаты. Одной из задач опыта при создании фосфатных фонов для выращивания культурных растений был контроль действительной обеспеченности почв подвижными соединениями фосфора по времени проведения опыта. При этом было принято решение провести определение подвижного фосфора не только по распространенному в области методу их определения (в слабокислой вытяжке по Кирсанову), но также и в солевых вытяжках - по методу Карпинского-Замятиной (0,03n K2SO4) и Скофилда (0,01m CaCl2). Результаты анализа почвенных проб (по методу Кирсанова - в динамике, а по методу Карпинского-Замятиной и Скофилда - на начало опыта) показаны в таблице 3.
Установлено, что спустя 10 месяцев после внесения суперфосфата в почву содержание подвижных фосфатов во всех вариантах опыта превышало заданный уровень на 9-12%. Через два года содержание подвижного фосфора на первых двух вариантах (Р-300 и Р-1300) практически соответствовало заданному уровню, а на максимальном фосфатном фоне оно было несколько ниже. В дальнейшем (третий год ведения опыта) содержание подвижного фосфора в почве продолжает снижаться - на 27%, 17 и 33% в сравнении с данными первого года. Снижение содержания фосфатов в сравнении с заданным уровнем также было значительным - от 7-10% в первых вариантах до 26% в последнем.
Отмечено, что чем выше в почве содержание фосфора, вытесняемого в раствор 0,2n HCl, тем выше абсолютное содержание солерастворимых фосфатов. Коэффициент корреляции между подвижностью почвенных фосфатов, извлекаемых слабосолевыми вытяжками по Карпинскому-Замятиной и Скофилду, и содержанием кислото-растворимых фосфатов по Кирсанову изменяется в пределах 0,63-0,86. Это несколько ниже приводимых в литературе [25, 26]. Абсолютное же содер-
жание подвижных соединений фосфора, определяемых по методу Карпинского-Замятиной, значительно отличается (в сторону увеличения) от аналогичных показателей, отмечаемых в публикациях [27-30], причина, вероятно, кроется в повышении содержания Р2О5 в почве. Однако в относительных единицах (процент от Р2О5, определенного методом Кирсанова) существенных различий между зафос-фаченными почвами не отмечено: содержание фосфора в 0,03п растворе K2SO4 не превышает 2%, а в 0,01т СаС12 - 1% от фосфора, определенного по методу Кирсанова.
Урожайность культур, выращиваемых в опыте, содержание фосфора в растениях и коэффициент использования почвенных запасов подвижного фосфора показаны в таблице 4. На всех испытуемых вариантах получена достоверная прибавка урожая кукурузы. Прирост массы урожая, полученный на варианте Р-1300, составил почти 25% к урожайности на варианте Р-300, а повышение обеспеченности почвы Р2О5 до 2200 мг/кг привело к увеличению урожайности более чем на 70% к варианту Р-300. На рапсе вариант с максимальным содержанием Р2О5 в почве дал доказуемое снижение урожайности относительно варианта Р-1300 и был равен по эффективности варианту Р-300.
Тенденция снижения урожайности при выращивании культур на почве с обеспеченностью 2200 мг подвижных фосфатов в расчете на 1 кг почвы сохранилась и на третьей культуре - озимой ржи на зеленую массу. При этом, судя по коэффициенту использования фосфора (КИ), увеличение почвенных запасов его не сопровождается повышением отдачи от заданного уровня содержания подвижных соединений Р2О5. Даже при минимальном из испытуемых содержании фосфора в почве (Р-300) коэффициент использования фосфора как отдельными растениями, так и в сумме по трем культурам
невелик, а на фонах Р-1300 и Р-2200 он очень мал и не превышает 1,9%.
Таким образом, фосфатный фон в концентрации не выше 1300 мг/кг (в 0,2n HCl) позитивно влияет на урожайность. Однако даже при очень высоком содержании подвижных фосфатов в почве, превышающем обычное в 5-10 раз,
его содержание в биомассе растений не выходит за пределы среднестатистических показателей. Коэффициент использования Р2О5 в сумме за три года снижался с увеличением обеспеченности почвы фосфором от 4,8% на фоне Р-300 до 1,9% на фоне Р-1300 и 1,7% на фоне Р-2200.
Литература
1. Соколов А.В. Зафосфачивание почв и последействие фосфорных удобрений // Агрохимия, 1976, № 2. - С. 3-6.
2. Касицкий Ю.И. Общие вопросы установления оптимального содержания подвижного фосфора в почвах // Агрохимия, 1988, № 10. - С. 129-140.
3. Чумаченко И.Н. Аспекты исследований фосфатного режима почв и оптимизация эффективности фосфорных удобрений / Совершенствование методологии исследований фосфатного режима почв, оптимизация фосфатного питания растений и баланс фосфора в агроэкосистемах. - М.: ВНИПТИХИМ, 1999. - С. 23-49.
4. Сушеница Б.А. Фосфатный уровень почв и его регулирование. - М.: Колос, 2007. - 376 с.
5. Постников А.В. Баланс питательных веществ и изменение агрохимических свойств почвы в основных зонах РСФСР / Круговорот и баланс питательных веществ в земледелии. - Пущино, 1979. - С. 17-24.
6. Почвы Европейского Северо-Востока и их плодородие. - Л.: Наука, 1989. - 190 с.
7. Кудеярова А.Ю. Фосфатогенная трансформация почв. - М.: Наука, 1995. - 288 с.
8. Агрохимическая характеристика почв пашни и многолетних насаждений Российской Федерации на 1 декабря 1987 года. - М.: Госагропром РСФСР, 1988. - 140 с.
9. Ежегодный доклад о состоянии земель Нижегородской области на 01.01.97 г. - Н. Новгород: ГЦАС «Нижегородский», 1997. - 26 с.
10. Агрохимическая характеристика почв сельхозугодий Российской Федерации (по состоянию на 01.01.2010 г.). Реестр плодородия почв. - М.:ВНИИА, 2013. - 208 с.
11. Алметов Н.С., Габдуллин В.Р. Динамика плодородия почв Республики Марий Эл // Агрохимический вестник, 2014, № 3. - С. 8-10.
12. Плотников А.А., Лучник Н.А. Применение средств химизации и динамика почвенного плодородия в Костромской области // Агрохимический вестник, 2015, № 3. - С. 12-14.
13. Жабин М.А., Мухина С.В., Коновалов Ю.А., Мещеряков С.Н. Мониторинг агрохимических показателей почв юго-восточных и южных районов Воронежской области // Агрохимический вестник, 2014, № 2. - С. 4-7.
14. Чекмарев П.А. Состояние плодородия пахотных почв Центрально-Черноземных областей России // Агрохимический вестник, 2015, № 3. - С. 8-11.
15. Справочник агрохимика Республики Татарстан (под ред. д.с.-х.н., акад. РАН Чекмарева П.А.). - Казань, 2015. - 323 с.
16. Шафран С.А. Динамика плодородия почв Нечерноземной зоны и ее резервы // Агрохимия, 2016, № 8. - С. 3-10.
17. Отчет о производственной деятельности ФГБУ ЦАС «Нижегородский» за 2015 год. - Н. Новгород, 2016. - 116 с.
18. Анциферова О. А. Валовой фосфор в почвообразующих породах и почвах западной части Калининградской области // Агрохимический вестник, 2014, № 2. - С. 11-13.
19. Иванов А.Л., Сычев В.Г., Державин Л.М., Адрианов С.Н., Бражникова Н.В., Карпова Д.В., Карпухин А.И., Кирпичников Н.А., Конончук В.Д., Самойлов Л.Н. Агробиогеохимический цикл фосфора. - М.: РАСХН, 2012. - 512 с.
20. Карпова Д.В., Чижикова Н.П., Колобова Н.А., Кононенко В.В. Анализ состояния фосфора в агросерых почвах Владимирского ополья // Агрохимический вестник, 2016, № 3. - С. 15-19.
21. Янишевский П.Ф. Химическая оценка фосфатного состояния почв // Агрохимия, 1996, № 4. - С. 95-116.
22. Ваулин А.В., Коваленко А.А., Варламов В.А. Изменение фосфатного режима дерново-подзолистой среднесугли-нистой окультуренной почвы без внесения фосфорных удобрений // Агрохимический вестник, 2013, № 3. - С. 8-10.
23. Шафран С.А. Влияние типа почв и содержания в них подвижных фосфатов на эффективность фосфорных удобрений // Агрохимия, 2015, № 3. - С. 26-33.
24. Пискунов А.С. Методы агрохимических исследований. - М.: КолосС, 2004. - 312 с.
25. Носов П.В. Фосфаты в почвах Краснодарского края и применение фосфорных удобрений: автореф. дисс. д.с.-х.н. - М.: ТСХА, 1979. - 32 с.
26. Коромыслова В.В. Влияние фосфорных удобрений, извести и навоза на урожайность зерновых культур и фосфатный режим дерново-подзолистых почв: автореф. дисс. к.с.-х.н. - М.: ВИУА, 1995. - 22 с.
27. Митрофанова Е.М., Васбиева М.Т. Фосфатный режим дерново-подзолистой почвы при длительном применении органических и минеральных удобрений // Агрохимия, 2014, № 9. - С. 13-19.
28. Воронин А.Н., Никитин В.В., Соловиченко В.Д. Влияние длительного применения удобрений на фосфатный режим чернозема типичного // Агрохимия, 2015, № 3. - С. 17-20.
29. Завьялова Н.Е., Сторожева А.Н. Влияние длительного применения минеральных удобрений на фосфатный режим дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почвы // Агрохимия, 2015, № 9. - С. 33-40.
30. Четверикова Н.С. Динамика плодородия пахотных черноземов Лесостепной зоны ЦЧО // Достижения науки и техники АПК, 2014, № 2. - С. 18-21.
