CC BY
110
УДК 631.821.1:631.452:631.455.24:631.559
ВЛИЯНИЕ ИЗВЕСТКОВАНИЯ НА ПЛОДОРОДИЕ ДЕРНОВОПОДЗОЛИСТОЙ ПОЧВЫ И УРОЖАЙНОСТЬ ПОЛЕВЫХ КУЛЬТУР
Е.М. МИТРОФАНОВА, доктор сельскохозяйственных наук, ведущий научный сотрудник Пермский НИИСХ Россельхозакадемии E-mail: [email protected]
Резюме. В Нечерноземной зоне Российской Федерации больше половины почв имеет избыточную кислотность (рНКС1 ниже 5,5), причем их площадь, вследствие крайне низких объемов известкования, повсеместно возрастает. Исследования проводили с целью изучения влияния известкования на свойства дерново-поверхностноподзолистой почвы и урожайность полевых культур. Опыт заложен в 1980 г. в 7-польном севообороте (чистый пар, озимая рожь, яровая пшеница + клевер, клевер I-II г.п., ячмень, овес). Схема опыта включала сочетание возрастающих доз извести (от 0 до 2,5 г.к. с шагом 0,5 г.к.) на различных уровнях (фонах) минерального питания (0, NPK, 2NPK, 3NPK, насыщенность удобрениями в среднем на 1 га в год за 4 ротации на уровне NPkсоставила N - 22 кг, Р2О5 - 34, К2О - 37 кг). Известь оказывает длительное положительное влияние на плодородие исследуемой почвы: через 30 лет рНКС1 снижается на 7 %, Нг - на 16 %, в варианте с дозой извести 1,0 г.к. сохраняется положительный баланс кальция, улучшаются буферные свойства почвы в кислотном интервале (на 21 %, по сравнению с контрольным вариантом), происходит частичный переход труднорастворимых фосфатов полуторных оксидов в более растворимые, общая численность микроорганизмов возрастает в 2-10 раз. Повышение продуктивности пашни от доз СаСО3 0,5...1,0 г.к. в среднем за 4 ротации севооборота составило 0,09. 0,24 тыс. корм. ед./га в год. Следовательно, дерново-поверхностноподзолистые почвы, наряду с почвами большей степенью оподзоленности, нуждаются во внесении извести.
Ключевые слова: дерново-подзолистая почва, известкование, реакция почвенной среды, подвижный алюминий, баланс кальция, плодородие почвы, урожайность, продуктивность пашни.
В Нечерноземной зоне Российской Федерации больше половины почв имеет избыточную кислотность (рНКС| ниже 5,5), причем их площадь, вследствие крайне низких объемов известкования, постоянно возрастает. Согласно расчетам, площади кислых почв в Российской Федерации достигают 55...56 млн га [1]. На 1 января 2011 г. кислой реакцией среды характеризовались 77,5 % почв Пермского края [2].
Многочисленные исследования, касающиеся определения эффективности известкования кислых почв Предуралья, проведены на дерновосильноподзолистых почвах, где по действию на урожайность сельскохозяйственных культур и свойства почвы этот прием получил высокую агроэкономическую оценку.
Менее изучены вопросы известкования дерновоповерхностноподзолистых почв.
Цель наших исследований - определить влияние известкования на свойства дерново-поверхностноподзолистой почвы и урожайность полевых культур.
Условия, материалы и методы. Исследования проводили на базе длительного опыта, заложенного в 1980 г. в 1-м поле 7-польного севооборота (чистый пар, озимая рожь, яровая пшеница + клевер, клевер I-II г.п., ячмень, овес). Изучали последействие возрастающих доз извести (от 0 до 2,5 г.к. с шагом 0,5 г.к.) на различных уровнях минерального питания (0, NPK, 2NPK, 3NPK, насыщенность удобрениями в среднем на 1 га в год за 4 ротации на уровне NPK составила N - 22 кг, Р2О5 - 34, К2О - 37 кг). Почва опытного участка дерново-поверхностноподзолистая среднесуглинистая, сформированная на некарбонатной покровной глине, перед закладкой имела сильнокислую реакцию среды (рНКС| - 4,4...4,5), Нг - 5,1 ммоль/100 г, Ноб - 0,070...0,160 ммоль/100 г, повышенную степень насыщенности поглощенными основаниями (S - 17,0...19,0 ммоль/100 г, V - 77...79 %), среднюю обеспеченность подвижным фосфором и обменным калием (Р2О5 и К2О - 4,8... 8,6 и 8,6...10,6 мг/100 г соответственно), содержание гумуса варьировало от 2,49 до 3,12 %.
Агрохимические показатели определяли с использованием общепринятых методов: гумус - по Тюрину, рНКС| - потенциометрически, Нг - по Г. Каппену, Ноб - по А.В. Соколову, Al - по А.В. Соколову, S - по Каппену-Гильковицу, обменные Са и Mg - трилонометрически, подвижный фосфор и обменный калий - по А.Т. Кирсанову. Статистическую обработку данных осуществляли методами дисперсионного, корреляционного и регрессионного анализа с использованием пакетов прикладных программ для персональных компьютеров REGRM, Microsoft Excel 2007.
Результаты и обсуждение. Внесение извести в дозах, соответствующих 0,5...2,5 г.к., привело к существенному повышению показателя рНКС|, снижению обменной и гидролитической кислотности почвы в слоях почвы 0.20 и 20.40 см, на более глубокие горизонты почвы действие извести не распространялось.
Регрессионные уравнения, полученные в результате обработки фактических данных, показали значимость влияния извести на показатели кислотности почвы (табл. 1).
Нейтрализующее влияние первичного известкования на почвенную кислотность сохранялось в течение всего периода исследований (30 лет после
Таблица 1. Закономерности изменения показателей кислотности почвы в зависимости от доз извести и уровня минерального питания
Число лет после внесения извести
r теоре-
тических
Уравнение регрессии значении с sr
фактиче-
скими
Доля участия Са в изменении агрохимических показателей**
1
13
30
1
13
30
рН = 4,62 + 1,62Ca* - 0,37Ca2 0,98
pH = 4,47 + 0,33Са + 0,069Ca2 0,93
рН = 4,22 + 0,299Са 0,92
Нг = 4,85 -2,85 Ca + 0,37Ca2 0,97
Hr = 5,62 + 0,04(NPK)2 -1,32Ca 0,96
Нг = 5,20 - 0,992Ca 0,77
0,040
0,076
0,149
0,053
0,063
0,241
30
8
7
40
19
16
*Са - доза извести, выраженная в долях г.к., NPK - фон минерального питания (0; 1;
2; 3).
- в варианте с дозой извести 1,0 г.к. на фоне 1 NPK.
------------------------ Достижения науки и техники АПК, №5-2013
Рисунок. Влияние минеральных удобрений и извести на содержание обменного кальция в почве (конец М-ой ротации севооборота): Н - контроль; Щ - СаСО3 1,0 г.к.; Щ - 2 NPK
внесения). Однако его доля со временем ослабевала. Например, в варианте с дозой извести 1,0 г.к. по действию на рНКС| она снижалась с 30 % через 1 год до 7 % через 30 лет, на гидролитическую кислотность - с 40 до 16 %.
В конце первой ротации севооборота отмечено существенное влияние известкования почвы на содержание подвижного алюминия, которое распространялось до глубины 40 см. Спустя четыре ротации, действие извести в дозах 0,5...1,0 г.к. на величину этого показателя математически не доказано.
Внесение минеральных удобрений без извести в течение 4-х ротаций севооборота в дозах 2 ЫРК способствовало значительному повышению содержания подвижного алюминия в слоях почвы 0.20 и 20.40 см, по сравнению с неудобренным фоном (с 0,10 до 0,66 и с 0,31 до 0,84 мг/100 г соответственно).
Между реакцией почвенной среды и содержанием подвижного алюминия отмечено наличие тесной обратной корреляционной связи, которая при уровне значимости 0,001 отражается уравнением полинома второй степени: в конце первой ротации севооборота - А1 = 7,081 - 2,811рН + 0,279(рН)2, спустя четыре ротации - А1 = 8,954 - 3,879рН + 0,420(рН)2.
Корреляционно-регрессионный анализ показал, что содержание подвижного алюминия в исследуемой почве на 50.78 % зависит от величины рНКС|, остальная часть изменчивости обусловлена другими факторами.
Плодородие почв обеспечивается составом почвообразующих пород, в первую очередь, содержанием Са и Мд, и развивается по мере формирования почвенного поглощающего комплекса [3]. Дерново-подзолистые почвы, занимающие основную долю площади пашни Пермского края, сформировавшиеся на богатых в минералогическом отношении породах, производных пермских глин, отличаются от таких же почв центральной России повышенным содержанием гумуса и емкостью катионного обмена [4].
Исследование содержания обменных форм кальция и магния за 4 ротации севооборота показало, что даже в контрольном варианте сохраняется высокая обеспеченность обменным кальцием и повышенная -обменным магнием. Результаты балансовых расчетов свидетельствуют, что основная причина устойчивого содержания основных катионов почвенного поглощающего комплекса в
течение 4-х ротаций севооборота - большие запасы кальция и магния в профиле исследуемой почвы. Однако без внесения известковых удобрений складывается отрицательный баланс кальция (СаСО3).
Известь, внесенная перед закладкой опыта в дозе, рассчитанной по
1,0 г.к., сохраняла свой ресурс в течение четырех ротаций полевого 7-польного севооборота и более. Спустя 4 ротации положительный баланс кальция составил 2252.3293 кг/га (в зависимости от вариантов опыта), с учетом ежегодного расхода 200 кг/га положительное сальдо сохранится еще в течение 11 лет. В вариантах с половинной дозой извести положительный баланс кальция наблюдался в течение трех ротаций севооборота - 21 год.
Длительное применение минеральных удобрений (4 ротации) и последействие извести в опыте не повлияло на распределение обменных форм кальция и магния по профилю дерново-подзолистой почвы, их содержание в слоях почвы 40.60 см и глубже в 1,5-2 и 3 раза (см. рисунок) выше, чем в слоях 0.20 и 20.40 см, что, на наш взгляд, объясняется особенностями почвообразующей породы и промывным режимом увлажнения.
Известкование кислых почв, улучшая буферные свойства, повышает их устойчивость к подкислению на продолжительный период времени, о чем свидетельствует увеличение площади буферности в кислотном интервале за 29 лет после внесения извести в варианте с дозой 1,0 г.к. с 9,14 до 11,03 см2 (21 %, по сравнению с контролем). Установлены тесные корреляционные связи буферной площади с рНКС| (г= 0,89), Н (г= -0,85) и Ноб (г= -0,95). г
Известкование почвы в дозе 0,5 г.к. без применения минеральных удобрений способствовало существенному повышению содержания подвижного фосфора (с 56 до 78 мг/кг почвы). Вероятно, это связано с частичным переходом труднорастворимых фосфатов полуторных оксидов в более доступные формы. Влияние других изучаемых доз извести на величину этого показателя математически не доказано.
Реакция почвенной среды оказала наибольшее воздействие на содержание подвижного фосфора через 1 год после внесения извести (коэффициенты детерминации составили через 1 год - 0,58; 2 года - 0,40, 5 лет - 0,19). В последующие годы, из-за подкисления почв, оно ослабевало.
Таблица 2. Закономерности действия возрастающих доз извести в зави-
симости от уровня минерального питания на урожайность полевых культур М-ой ротации севооборота
Культура Уравнение регрессии Коэфф. коррел.с факт. знач Ошибка коэфф. коррел.
Озимая рожь* У= 27,22 +7,42^РК)0’5 - 1,73^РК) + 9,30Са0’5 -
3,05Са 0,87 0,106
Яровая пше- У = 20,34 + 7,89^РК)0!Ч,53^РК)+ 5,61Са°’5 -
ница 1,91Са 0,90 0,095
Клевер 1 г.п. У = 5,40 + 0,002 ^РК) + 0,71 Са05 0,95 0,123
Клевер 2 г.п. У = 6,96 + 1,48 ^РК)05 - 0,77 ^РК) +1,05Са05 0,94 0,126
Ячмень У =2,26+0,21 ^РК)05 +0,50Са0’5 - 0,13Са 0,90 0,091
Овес У =3,17 + 0,89 ^РК)05 - 0,19 ^РК)+ 0,02Са0’5 0,93 0,077
* Урожайность озимой ржи и яровой пшеницы приведена в ц/га, других культур - в т/га.
Таблица 3. Эффективность извести на фонах минерального питания за 4 ность клевера. Это вполне
ротации 7-польного севооборота
Показатели эффек- Дозы СаСО3. г.к.
без удобрений NPK 2NPK
0,5 1,0 О Т-* Ю сГ О Т-* Ю О
Средние ежегодные прибавки, тыс. корм. ед./га 0,09 0,24 0,16 0,20 0,09 0,04
От 1 т СаСО3 за 4 ротации, тыс. корм.ед./га 0,68 0,90 1,15 0,67 0,66 0,15
Результаты исследований свидетельствуют о преимуществе минеральных удобрений в изменении содержания обменного калия в почве.
Сочетание известкования с применением минеральных удобрений улучшало микробиологические свойства почвы. Общая численность микроорганизмов, по отношению к неизвесткованной почве, возрастала в 2-10 раз, существенно увеличивалась эмиссия углекислого газа, количество азотфикси-рующих, нитрифицирующих и целлюлозоразлагающих бактерий. Установлены высокие коэффициенты криволинейной зависимости между рНКС| и исследуемыми показателями биологической активности почвы (п=0,70...0,81).
Таким образом, положительное действие известкования на почвенные процессы настолько многообразно, что было бы большой теоретической и практической ошибкой отождествлять его с одной только нейтрализацией кислотности почвы, о чем писал еще в 1930 г. А.Т. Кирсанов [5]. Этот прием - средство коренного улучшения плодородия кислых почв.
Изменение урожайности культур от извести в опыте варьировало по годам исследований, ротациям севооборота и фонам минерального питания. Положительное влияние первично внесенной извести на урожайность культур сказывалось и в четвертой ротации севооборота. Применение минеральных удобрений повышало урожайность зерновых культур в большей мере, чем известь, в то время как клевер лучше отзывался на внесение извести. О чем свидетельствуют уравнения, полученные в результате регрессионного анализа данных (табл. 2).
Среди полевых культур в существенной зависимости от кислотности почвы находилась только урожай-
согласуется с общепринятым мнением - клевер, как бобовая культура, отличается повышенной требовательностью к почвенному плодородию.
Слабая зависимостьурожайности других культур севооборота от показателей кислотности, очевидно, объясняется особенностью исследуемой почвы, которая насыщена обменными основаниями, снижающими отрицательное действие ионов водорода в почвенном растворе.
Наибольшее увеличение продуктивности пашни от известкования произошло на фоне естественного плодородия почвы и при умеренных дозах минеральных удобрений ^РК), где средние ежегодные прибавки от доз 0,5...1,0 г.к. составили 0,09.0,24 тыс. корм. ед./га (табл. 3).
Выводы. Известь снижает кислотность почвы в течение длительного времени (30 лет после внесения), но эффективность ее постепенно ослабевает.
Длительное использование повышенных доз минеральных удобрений без известкования почвы привело к повышению содержания подвижного алюминия, как правило, сопутствующего кислым почвам и представляющего серьезную угрозу полевым культурам.
Известкование способствовало сохранению положительного баланса кальция, повышению устойчивости почвы к подкислению, улучшению фосфатного режима и биологических свойств почвы, тем самым, повышая её плодородие.
Улучшение плодородия почвы, вызванное последействием известкования, обеспечило ежегодные прибавки продуктивности пашни от доз СаСО3 0,5.
1,0 г.к. без удобрений и при внесении одинарной дозы NPK в среднем за 4 ротации севооборота 0,09. 0,24 тыс. корм.ед./га.
Дерново-поверхностноподзолистые почвы Преду-ралья, наряду с почвами большей степенью оподзолен-ности, нуждаются во внесении извести для сохранения их плодородия и выращивания бобовых культур (клевер луговой).
Литература.
1. Шильников И.А., Ермолаев С.А., Аканова Н.И. Баланс кальция и динамика кислотности пахотных почв в условиях известкования - М., 2006. - 157с.
2. Кайгородов А.Т. Плодородие не купишь//Край земли Пермский. - 2011. - № 11. - С. 44 - 45.
3. Алябина И.О. Закономерности формирования поглотительной способности почв. - М.: Рэфиа, 1998. - 46с.
4. Коротаев Н.Я. Почвы Пермской области. - Пермь: Пермское книжное издательство,1962. - 280с.
5. Кирсанов А.Т. Известкование как фактор урожайности. - М.: «Сельхозгиз»,1930. - 160с.
LIMING EFFECT ON SOD-PODSOLIC SOIL FERTILITY AND ARABLE CROPS YIELDS
E.M. Mitrofanova
Summary. Most soils in nonchernozem zone of Russian Federation has excess acidity (pHKCl below 5,5), the area of acid soils increases everywhere, due to extremely low amounts of liming. It is known that liming of sod strongly podzolic soil is a necessary technique to improve their fertility. Researches were conducted to study effect of liming on properties of sod-podzolic soil and field crops productivity. The experiment started 1980 in field rotation (fallow, winter rye, spring wheat + clover, clover 1 u 2 year of use, barley, oats). Scheme of the experiment includes combination of lime increasing doses (from 0 to 2,5 in increments of 0,5) on various mineral nutrition background (0, NPK, 2NPK, 3NPK). It was found that lime impact on soil fertility was significant: after 30 years pH was reduced by 7%, hydrolytic soil acidity - 16%, positive calcium balance in the variant with lime dose, calculated according hydrolytic soil acidity, maintained more than 30 years, buffering properties of the soil were improved in acidic range (21% compared to the control), promotes partial transition partly soluble phosphates sesquioxides in more soluble. Soil buffering capacity, phosphorus content also increased, total number of bacteria increases from 2 to 10 times. Increasing the productivity of arable land on the doses of CaCO3 0.5 - 1.0 an average of 4 crop rotation was 0,09 - 0,24 thousand feed units / ha per year. Consequently, shallow sod-podzolic soils need liming as well as more strongly podzolized soils.
Key words: sod-podzolic soil, liming, the reaction of the soil environment, flexible aluminum, calcium balance, soil fertility, productivity, productivity of arable land.
