CC BY
123
УДК 631.41
Виталий Савич,
доктор сельскохозяйственных наук, профессор, Российский государственный аграрный университет - МСХА имени К.А. Тимирязева, Равиль Байбеков,
доктор сельскохозяйственных наук, член-корреспондент РАН,
заместитель директора по научной работе
Всероссийского научно-исследовательского института агрохимии
имени Д.Н. Прянишникова,
Дмитрий Никиточкин,
кандидат сельскохозяйственных наук, доцент,
директор НПО «Плодовая опытная станция»,
заведующий лабораторией плодоводства Российского государственного аграрного университета - МСХА имени К.А. Тимирязева
МОДЕЛИ ПЛОДОРОДИЯ ПОЧВ ПОД ПЛОДОВЫЕ КУЛЬТУРЫ ВО ВРЕМЕНИ И ПРОСТРАНСТВЕ
ос*ххх><><><><>сх><><>оо<><><><><^^
В проведенных исследованиях на дерново-подзолистых и черноземных почвах под яблоней показано, что при разработке моделей плодородия почв под яблоню необходимо учитывать изменение свойств почв по профилю до глубины 1,5-2 м, в пределах парцеллы на разном удалении от ствола, при развитии почвообразовательных процессов: оподзаливания, оглеения и дернового. Требования яблонь к свойствам почв изменяются в зависимости от возраста садов, в сезонной динамике, сортовых отличий, влияющих на сор-бционные свойства корневых систем и глубину распространения деятельных корней в отдельные периоды жизни яблони.
S u m m a r y
It has been shown that under the apple tree the change of soil properties should be considered in the profile to a depth of 1,5-2 meters on sod-podzolic and black soils. Within the parcels at different distances from the trunk, in case of the development of soil-forming processes: podzolization, gley and sod, the apple tree requires optimal soil properties depending on the age of gardens, seasonal dynamics, varietal differences influencing the sorption properties of root systems and depth of distribution activities roots in certain periods of apple tree life. Ключевые слова: модели плодородия почв, плодовые культуры, яблоня. Keywords: models of soils fertility, horticultural crops, apple tree.
Оптимальные свойства почв и модели плодородия под плодовые культуры существенно отличаются от параметров, принятых для полевых сельскохозяйственных культур. Это обусловлено поглощением ими элементов питания в большей степени не из пахотного, а из более глубоких горизонтов почвенного профиля [3, 4, 5, 9], существенным изменением свойств почв в пределах парцеллы [2], динамикой поглощения биофильных элементов не только в течение вегетационного периода, но и продолжительного периода плодоношения [9].
Сорбционные свойства корневых систем плодовых также имеют свои специфические особенности, обусловленные как большим градиентом электрического заряда между точками роста корня и дерева, так и взаимовлиянием привоя и подвоя [9]. В значительной степени влияют на модели плодородия почв протекающие почвообразовательные процессы [6].
В проведенных исследованиях объектом были дерново-подзолистые почвы разной степени оглеения и оподза-
ливания и выщелоченные черноземы [5, 6, 7, 9], на которых произрастали яблоневые сады.
Методика исследования состояла в оценке содержания по профилю почв и в пределах парцеллы подвижных форм биофильных элементов [5, 9], содержания положительно и отрицательно заряженных комплексных соединений катионов, в оценке скорости перехода ионов из твердой фазы в раствор, возобновляющей способности почв к элементам питания, в вычислении математических взаимосвязей свойств почв, в оценке сорбционных свойств корневых систем различных сортов яблонь [10]. Полученные данные сопоставлены с урожаем яблонь на исследуемых почвах при разных системах удобрений [5, 9].
Экспериментальная часть I. Определение обеспеченности почв элементами питания под яблоню с учетом дополнительных параметров оценки подвижности ионов в почве
В связи c длительным периодом развития яблонь на одной и той же почве для оценки обеспеченности их элемен-
тами питания, с нашей точки зрения, необходима дополнительная оценка скорости перехода биофильных элементов из почвы в раствор, возобновляющей способности почв по отношению к ним, содержания в почве положительно и отрицательно заряженных комплексных соединений катионов и анионов.
Обеспеченность почв элементами питания определяется скоростью их перехода из твердой фазы в раствор. Недостаток элементов отмечается в том случае, когда скорость поглощения биофильных элементов яблоней больше, чем скорость их перехода из твердой фазы в раствор. Наличие такого эффекта отмечал еще Д.Н. Прянишников и другие авторы [1, 5, 9]. Указанное явление характерно для почв хорошо гумусированных, глинистого гранулометрического состава, при значительной доле в минералогическом составе минералов типа 2:2, 2:1 групп монтмориллонита, вермикулита и т.д.
Так, по полученным нами данным, количество вытесненного из почв калия по Масловой составляло в черноземе за 10 мин. и 1 час 14 и 95 мг/100 г.; в дерново-подзолистой почве - 11 и 16 мг/100 г. Предлагается учитывать скорость перехода элементов питания из почвы в раствор (V) при оценке содержания подвижных форм биофильных элементов У^: ^ = УСТ • к • V", где УСТ - содержание подвижных форм без учета кинетики процесса.
Содержание биофильных элементов в почвенном растворе и в вытяжках, принятых в системе агрохимической службы, определяется эффективными произведениями растворимости имеющихся в почвах осадков, эффективными константами нестойкости имеющихся комплексов и эффективными константами ионного обмена и не полностью характеризует содержание их в твердой фазе почв.
В проведенных исследованиях подтверждено, что черноземы по сравнению с дерново-подзолистыми почвами и почвы тяжелого гранулометрического состава по сравнению с почвами более легкого гранулометрического состава характеризуются большей депонирующей способностью почв к ним. При одном и том же содержании подвижных форм в глине и в песке содержание этих форм в твердой фазе глинистых почв будет значительно выше, чем в песчаных. Так, по полученным данным, содержание Са, Мд, К в последовательных вытяжках (500 мл 0,05н НС1 из 5 г почв) составляло для чернозема соответственно 415, 600, 675 мг/л; для дерново-подзолистой почвы - 264, 207, 515 мг/л. Из чернозема, по сравнению с дерново-подзолистой почвой, вытеснялось больше Са, Мд, К, но меньше Fe, Мп, Zn, РЬ.
Обеспеченность почв биофильными элементами (У) увеличивается с учетом депонирующей способности почв по отношению к этим элементам (Д): У = Ус • к • Д".
По полученным данным, в исследуемых системах почва-растение присутствуют положительно и отрицательно заряженные комплексные соединения катионов. Доля комплексных отрицательно заряженных соединений была выше для Fe, Си, Zn и меньше для Са и особенно для К. Это же отмечалось и для листьев. Так, в листьях яблони содер-
жание положительно и отрицательно заряженных комплексных соединений составляло соответственно для Са - 5,4 и 1,5 мг/100 г; Мд - 5,6 и 0,6; Fе - 0,2 и 6,4; К - 25,0 и 3,5 мг/100 г. При недостатке элементов питания доля их положительно заряженных соединений в листьях уменьшалась.
В прикорневой зоне растений соотношение положительно и отрицательно заряженных комплексных соединений катионов отличалось от основной массы почвы. При внесении удобрений при их взаимодействии с химическим составом почв и растений проявлялись эффекты синергизма и антагонизма. Так, например, при внесении фосфатов в черноземе содержание положительно и отрицательно заряженных соединений цинка изменилось от 3,9 до 0,2 и от 3,3 до 0,6 мг/л, а в дерново-подзолистой почве - от 0,3 до 0,2 и от 0,5 до 0,4 мг/л. Антагонизм фосфора и цинка, меди, железа проявлялся не только в почвах, но и при образовании осадков в корневой системе, что являлось причиной развития хлороза и розеточности яблони [5, 9].
Исследования доказывают, что при оценке плодородия почв под яблоню необходимо учитывать зависимость вытеснения биофильных элементов из почв от рН, Е^ концентрации десорбента. В первом приближении, зависимость описывается уравнением Фрейдлиха: У = кС1/п или 1дУ = 1дК + 1/п1дС, где С - концентрация десорбента, рН и т.д.; 1/п -угол наклона экспериментальной прямой в координатах 1дУ - 1дС; 1дК - отрезок, отсекаемый на шкале 1дУ экспериментальной прямой. Чем больше величина 1/п, тем лучше обеспечена почва биофильным элементом с учетом сезонной динамики свойств почв и потребления растениями.
Так, например, по полученным данным, величина фактора мобильности при вытеснении калия из почв растворами 0,05-0,4 н НС1 составляла для дерново-подзолистой почвы 0,10; а для чернозема - 0,23. При вытеснении калия из почв 0,1 н СН3СООNН4 при температуре 0-400С величина показателя 1/п равнялась для дерново-подзолистой почвы 0,08; для чернозема - 0,14.
Обеспеченность почв элементами питания: У = УСТ •к • ФМ, где ФМ - величина фактора мобильности при десорбции элемента из почв вытяжкой, принятой в агрохимической службе.
II. Использование структурных взаимосвязей между свойствами почв при определении обеспеченности элементами питания для яблони
Оптимальные свойства почв и в том числе оптимальное содержание биофильных элементов зависят от сочетания свойств почв (рН, Е^ содержания илистых частиц, емкости поглощения катионов и анионов и т.д.). С учетом этого для разных типов почв рекомендованы и определенные вытяжки, для которых разработаны градации обеспеченности почв элементами питания. Однако в верхнем горизонте, например, черноземов рН может быть 6,0, а в ВК - 8,2. В одном случае фосфаты извлекаются из почв вытяжкой по Труогу, в другом - по Мачигину, для которых приняты и соответствующие градации обеспеченности почв биофильными элементами. При этом в зарубежной литературе выделяются и
максимально допустимые уровни содержания в почвах элементов питания и градации соотношения этих элементов.
По полученным данным, оптимум содержания подвижных и водорастворимых форм элементов питания в каждом горизонте почв свой. При этом в отдельных горизонтах почв отличаются и оптимальные соотношения элементов. Так, например, по полученным данным, в дерново-подзолистой почве содержание подвижных форм Си, Мп, Zn, Р2О5 зависело от содержания гумуса, рН.
Мп = 427,9 - 48,0 рН; г = 0,79, F = 9,7;
Си = 5,5 - 0,6 рН; г = 0,86; F = 17,6;
Zn = 22,8 - 3,1 рН; г = 0,82, F = 12,3;
Р205 = 42,8 - 4,3 рН; г = 0,89, F = 23,3.
В черноземе при рН = 4,5-5,0 содержалось 137,7±19,0 подвижных форм Р2О5 мг/кг; при рН = 5-6 - 196,0±20,5.
Поступление биофильных элементов в растения обусловлено не только их содержанием, но и соотношением. Совместное присутствие катионов и анионов (N0^ усиливает поступление друг друга [9]. В то же время для катионов и анионов, образующих осадки, отмечается эффект антагонизма. И в почве, и в корневой системе, и в надземной части яблонь протекают процессы конкурирующего осадкообразования, конкурирующего ионного обмена, конкурирующего комплексообразования. ^ = УСТ •Х,".
III. Определение обеспеченности почв элементами питания под яблоню с учетом изменения свойств почв в пространстве
Свойства почв существенно изменяются в пределах почвенного профиля, и поэтому оптимумы содержания био-фильных элементов в отдельных слоях отличаются. Так, по полученным данным, в изученных дерново-подзолистых почвах сада изменение содержания Р205 с глубиной описывалось уравнением У = 54,9 - 0,1 Н см ; г = -0,72. Для К20 данная зависимость описывалась уравнениями У = 48,2 -0,04 Н; г = -0,41; для гумуса - У = 69,3 - 33,7 Н, г = -0,71. В черноземах изменение содержания подвижного фосфора с глубиной на расстоянии 0,5 м от ствола описывалось уравнением У = 19,8 - 0,21 Н, г = -0,90. На расстоянии 3 м от ствола У = 20,1 - 0,21 Н, г = -0,84.
В проведенных исследованиях показано. что для оценки обеспеченности почв элементами питания необходимо учитывать содержание подвижных элементов в отдельных горизонтах и долю деятельных корней в этих горизонтах. Необходимость учета содержания элементов питания в отдельных слоях почвенного профиля для оценки плодородия почв отмечают В.И. Кобзаренко [4], В.В. Кидин [3], Ю.В. Трунов [9].
С нашей точки зрения, при этом необходимо учитывать и долю деятельных корней в этих горизонтах, которая изменяется с возрастом растений. При рыхлении пахотного слоя под яблонями содержание корней в нем очень мало, и, с нашей точки зрения, рассчитывать обеспеченность плодовых культур элементами питания по их содержанию в этом слое неправильно.
У здоровых и больных деревьев глубина максимально-
го распространения корней отличается. Так, для здоровых и больных розеточностью яблонь на черноземных почвах процентное содержание корней в горизонте (У) зависело от глубины горизонта (Н) следующим образом: У = 220,5 - 4,7 Н, г = 0,73; F = 4,5 и У = 110,7 - 1,1 Н, г = 0,66, F = 12,4 соответственно.
За счет поглощения отдельных биофильных элементов из разных горизонтов почв возможна частичная компенсация недостатка элементов питания в пахотном слое. Под плодовыми культурами и, в частности, под яблоней свойства почв значительно изменяются на разном расстоянии от ствола деревьев, то есть в пределах парцеллы [2].
С нашей точки зрения, необходимо при оценке обеспеченности почв под яблоню элементами питания учитывать долю деятельных корней в отдельных горизонтах (К), вес этих горизонтов и содержание в них изучаемых элементов.
IV. Определение обеспеченности почв элементами питания под яблоню с учетом развития почвообразовательных процессов
Развитие плодовых культур влияет на интенсивность протекания почвообразовательных процессов. Это обусловлено действием на почву продуктов разложения опада, поглощением ионов из почв корневой системой, влиянием на подвижность ионов в почве биохимического выветривания за счет корневых выделений и продуктов разложения корней. В то же время глубоко расположенная корневая система усиливает миграцию вниз воды и растворенных в ней веществ, интенсивность промывного типа водного режима.
Под плодовыми культурами отличаются и пирамиды масс, энергии и информации корневой массы с глубиной почвенного профиля. Изменяется отношение высоты и основания пирамиды, что характеризует интенсивность и устойчивость протекающего дернового процесса почвообразования.
В проведенных исследованиях показано, что влияние корневого и надземного опада на почву определяется экстенсивными и интенсивными параметрами химического состава продуктов его разложения и массой опада. Так, элюирование катионов из верхнего горизонта почв определялось рН и количеством ионов Н+ в мигрирующих растворах, константой устойчивости образующихся комплексов и количеством лигандов комплексонов в мигрирующих водах, константами восстановления ионов и количеством восстановителей в определенных интервалах Еh в мигрирующих водах.
По полученным данным, оглеение почв приводило к существенному изменению рН, Е^ содержания подвижных катионов и анионов. При промывном типе водного режима происходит подкисление почв, при непромывном - подще-лачивание. В обоих случаях изменяются величины Е^ гН2, в почвах уменьшается количество N0^ увеличивается NН4, увеличивается количество подвижного железа, отношение подвижных Fe:Ca, Fe:Zn, Fe:Cu. Так, в анализируемых дерново-подзолистых почвах под яблоней в автоморфной и в оглеенной почве содержание Fe в вытяжке СН3С00NН4 составляло соответственно 7,7±1,3 мг/л и 40,2±26,2мг/л, от-
ношение Fe:Mn - 8,6 и 11,1; Fe:Ca - 0,15 и 1,0; Fe:Zn - 12,8 и 44,4; Fe:Cu - 110,0 и 670,0. При этом угнетение яблонь отмечалось не только в связи с избытком подвижных форм железа и марганца, но и с расширением отношения железа и других поливалентных катионов. Произошедшие при оглеении изменения свойств почв приводили и к уменьшению в почвах доли рыхлосвязанных фосфатов и фосфатов кальция, к увеличению доли фосфатов железа, плохо усваиваемых корнями яблонь. Так, в автоморфных и оглеенных дерново-подзолистых почвах содержание рыхлосвязанных фосфатов составило соответственно 3,8 и 2,4 мг/100 г, фосфатов кальция - 17,3 и 11,2, фосфатов железа - 26,6 и 51,2 мг/100 г.
V. Определение обеспеченности почв элементами питания под яблоню с учетом развития во времени и в пространстве корневых систем растений и сорбционных свойств корней
Оптимальные свойства почв отличаются для отдельных сельскохозяйственных культур и определяются сорбцион-ными свойствами их корневых систем (селективностью к отдельным катионам и анионам), необходимой скоростью поглощения элементов, необходимым количеством доступных элементов в почве, прочностью связи элементов с твердой фазой почвы и возможной прочностью связи элементов, которые могут усваиваться растениями, с почвой. При этом селективность корневых систем растений к биофильным элементам меняется в зависимости от сочетания свойств почв, погодных условий и антропогенного воздействия в разные фазы жизни растений.
Корневые системы отдельных растений отличаются по способности поглощать катионы и анионы [1, 7]. С увеличением градиента электрического заряда между точкой роста корня и стебля яблони поглощение анионов возрастает, так как почва заряжена отрицательно, а атмосфера - положительно [1, 6].
Были оценены сорбционные свойства корневых систем отдельных сортов яблонь, которые изменяются в зависимости от сочетания привоя и подвоя.
При развитии яблонь сначала на богатых элементами питания грунтах, а затем на бедных корневые системы выделяют биофильные элементы в раствор. Характерным является и соотношение выделяемых элементов. Так, например, для саженцев 2 сортов яблонь отношение выделяемых в раствор К и Са составляло соответственно 0,65 и 0,27; K:Zn - 360 и 56; Ca:Zn - 460 и 208.
При влажности 60-80% НВ у подвоя яблони 54-118 средний диаметр поглощающего корня был 180 мкм, активная поверхность корня - 2,8 см2/м, а у подвоя 70-20-20 - соответственно 163 и 2,0. При дефиците воды эти показатели были равны для подвоя 54-118 соответственно 196 и 3,1, а для подвоя 70-20-20 - 177 и 2,2 [9].
VI. Определение обеспеченности почв элементами питания под яблоню с учетом уровня интенсификации производства и применения удобрений
Состояние биофильных элементов и токсикантов в по-
чвах характеризуется свойствами, процессами, режимами и моделями плодородия. Под свойствами понимается содержание элементов в различных вытяжках, активность почв, фракционный состав соединений ионов. Под процессами понимается трансформация, миграция и аккумуляция веществ в почве. Режимы характеризуются закономерным изменением свойств и процессов во времени и в пространстве. Оптимальное сочетание свойств, процессов и режимов для получения максимальных урожаев сельскохозяйственных культур, оправданное с экономической и экологической точек зрения, характеризует модели плодородия почв. При этом модели плодородия почв отличаются как для отдельных культур и даже сортов, так и для различных типов и более мелких таксономических единиц почв, погодно-клима-тических условий, уровня интенсификации производства и степени деградации почв [5, 8, 9].
С нашей точки зрения, параметры моделей плодородия почв под яблоню должны учитывать и изменение свойств, процессов и режимов почв в пространстве и изменение их оптимума в сезонной динамике и в зависимости от возраста плодовых деревьев.
Литература
1. Журбицкий З.И. Физиологические и агрохимические основы применения удобрений. М.: АН СССР, 1963. 293 с.
2. Карпачевский Л.О., Воронин А.Д., Дмитриев Е.А. Поч-венно-биогеоценотические исследования в лесных биогеоценозах. М.: МГУ, 1980. 160 с.
3. Кидин В.В., Ионова О.Н. Использование растениями аммонийного и нитратного азота из разных слоев дерново-подзолистой почвы // Известия ТСХА. 1992. Вып. 5. С. 50-57.
4. Кобзаренко В.И. Ресурсы фосфора и калия темно-серых лесных и дерново-подзолистых почв и возможности их мобилизации: автореф. дис. д-ра наук. М.: МСХА, 1998. 47 с.
5. Наумов В.Д. Почвенно-экологические условия заболевания яблони розеточностью. М.: РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева, 2012. 444 с.
6. Савич В.И., Никиточкин Д.Н., Скрябина Д.С. Градиент физических полей и свойств почв как фактор плодородия // Агрохимический вестник. 2013. № 5. С. 16-18.
7. Савич В.И., Никиточкин Д.Н., Богомедова Г.В. Поглотительная способность корневых систем как фактор корректировки моделей плодородия почв // Плодородие. 2013. № 3. С. 20-22.
8. Савич В.И. Физико-химические основы плодородия почв. М.: РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева, 2013. 431 с.
9. Трунов Ю.В. Минеральное питание и удобрение яблони. Мичуринск: Наукоград РФ: Кварта, 2010. 400 с.
10. Singh Raghav, Savich V.I. u.a. Analysis of the composition and properties of soils tropics and subtropics. Agrobios. India, 2014. 253 p.
