Агрохимия, 2022, № 10, стр. 14-18

ВВЕДЕНИЕ

Калийное состояние почв определяется минералогическим и гранулометрическим составом почвообразующих пород, а также степенью деструкции калийсодержащих минералов в различных ее горизонтах. Антропогенное воздействие на калийный статус выражается в изменении содержания различных форм калия под воздействием обработки почв, возделывания культур и применения удобрений. При этом фактор удобрений обладает наиболее значимым влиянием [1, 2].

Пахотные каштановые почвы Бурятии в любой части профиля характеризуются большим количеством валового калия (K_вал), превышающим в абсолютном большинстве случаев 3%. Столь высокое содержание калия, не свойственное аналогичным почвам в европейской части страны, объясняется минералогическим составом пород и гранулометрическим составом почв. В питании растений участвуют обменный (K_обм) и необменный (K_необм) формы калия, формирующие актуальные и потенциальные его запасы. Содержание K_необм составляет от 2.0 до 8.9% от K_вал, постепенно снижаясь с глубиной [3, 4]. Содержание K_обм значительно уступает содержанию необменных форм, при этом зачастую с глубиной эта разница увеличивается. Обменный калий варьируют в пределах от 6 до 22 мг/100 г почвы, достигая максимального содержания в слое почвы 0–30 см. В старопахотных каштановых почвах Бурятии содержание обменной формы оценивают по методу Чирикова как повышенное [5]. Данный метод определения был принят в начале 1970-х гг. Агрохимслужбой “Бурятская” как стандартный метод определения обменного калия в каштановых почвах региона.

Калийное состояние почв обусловлено своеобразием почвообразующих факторов. Антропогенные воздействия как обработка почвы, выращивание культурных растений, внесение удобрений, севообороты создает новые условия функционирования почв [6–8].

Цель работы – в длительном стационарном полевом опыте в сухостепной зоне Бурятии определить закономерности изменения валового содержания, обменных и необменных форм калия при различных вариантах применения удобрений.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

Калийное состояние почв в агроценозе изучали в стационарном полевом опыте, заложенном в 1967 г. на типичной каштановой мучнисто-карбонатной среднемощной супесчаной сезонно-мерзлотной почве, обладающей низким потенциальным плодородием.

Опыт размещен на опытном поле Бурятского НИИСХ в южной сухостепной зоне Республики Бурятия. Для изучения калийного состояния почв из общей схемы опыта были выделены варианты: контроль (без удобрений), N40P40K40, навоз 20 т/га, навоз 40 т/га, навоз 10 т/га + + N50P25K60. Минеральные удобрения (N_aa, P_сд, K_х) вносили ежегодно под весеннюю вспашку, органические (полуперепревший навоз КРС) и органо-минеральные – один раз в ротацию под перепашку пара. В качестве исходной почвы принят почвенный образец длительной залежи (1968–2019 гг.) на территории размещения длительного агрохимического опыта. Учетная площадь делянок 100 м², повторность в опыте четырехкратная. Агротехника возделывания культур – общепринятая для сухостепной зоны Республики Бурятия [8].

Почвенные образцы на анализ отбирали весной в паровом поле. Содержание калия в почве определяли: валового – разложением почвы фтористоводородной кислотой [9], необменный – по Пчёелкину [9], обменный – по Чирикову [9]. Статистическая обработка данных проведена стандартными методами, эмпирическое моделирование проводили на основе корреляционного анализа и построения парных моделей на основе метода наименьших квадратов [10].

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Валовое содержание калия в каштановых почвах является наиболее стабильным показателем калийного состояния почв. Подобное связано с тем, что >90% калия находится в минеральном скелете почв, наиболее консервативном пуле почвенного калия. Длительное экстенсивное использование почв, возделывание сельскохозяйственных культур при отрицательном балансе калия приводит с уменьшению содержания более подвижных форм калия – обменной и необменной [1, 7, 11]. В целом за весь период исследования валовое содержание калия изменялось в соответствии с его балансом в севообороте (табл. 1), связь между этими показателями была очень сильной (r = 0.93).

Описательная модель влияния баланса калия в севообороте (Б_K, кг/га) на содержание валового калия в различных вариантах опыта наиболее адекватно определялась линейным трендом (1):

Достоверное снижение содержания валового калия от исходного отмечено в неудобренном варианте, а превышение – при применении органических удобрений – навоз в дозах 20 и 40 т/га в паровое поле.

Длительное внесение K40 в составе полного минерального удобрения и органо-минеральной системы, с внесением навоза 10 т/га + N50P25K60 позволило сохранить исходное содержание K_вал.

Систематическое применение удобрений влияло на содержание обменного и необменного калия в зависимости от систем удобрения (табл. 2). Возделывание полевых культур без удобрений привело к существенному снижению, а их применение – к сохранению или увеличению исходного количества обменного калия в пахотном слое почвы. Наибольшее содержание K_обм отмечено при внесении навоза 40 т/га, превышение над контролем составило 112, а над исходной почвой – 50%. Относительно меньший прирост показало внесение калия в составе минеральных трехкомпонентных удобрений, а также органических удобрений в дозе навоз 20 т/га. Обеспеченность растений калием в этих вариантах находилась на уровне высокого (по Чирикову). Наименьшие показатели содержания обменного калия на уровне средней обеспеченности отмечены в контроле. Другие варианты достоверно превышали контрольный и находились в градации повышенной обеспеченности обменным калием. При ранжировании по возрастанию содержания K_обм в слое 0–20 см почвы варианты опыта размещались в ряду: контроль → навоз 10 т/га + N50P25K60 → → навоз 20 т/га → N40P40K40 → навоз 40 т/га.

Подпахотный горизонт также активно участвовал в калийном питании растений. Этот горизонт более уплотнен и в меньшей степени обеспечен влагой, вносимые удобрения попадают в этот слой вследствие миграции солей калия по профилю [12]. Обеспеченность обменным калием в слое 20–40 см была на уровне средних показателей, лишь в варианте навоз 40 т/га – повышенной. В отличие от пахотного горизонта применение удобрений не позволило достичь порога исходного содержания обменного калия. В целом ранжирование вариантов по обеспеченности обменным калием в слое 20–40 см повторяло аналогичное ранжирование в слое 0–20 см.

Ближний резерв калийного питания (K_необм) участвует в питании растений в результате перехода в обменное и водорастворимое состояние, поэтому тенденция к его распределению в вариантах опыта также зависела от баланса калия в севообороте. При отрицательных его показателях расходовался калий удобрений и обменный калий почвы, происходила интенсивная его мобилизация из необменной формы [13].

Снижение исходного содержания K_необм в почве пашни было столь интенсивным, что его запасы в слое 0–20 см не могли восполнить ни минеральные, ни органические удобрения. Даже при положительном балансе калий удобрений повышал содержание обменной формы и лишь снижал потери необменной. Максимальное количество K_необм отмечено в варианте применения навоза 40 т/га, минимальное – в контроле. При ранжировании по возрастанию содержания K_необм в слое 0–20 см варианты опыта размещались в ряду: контроль → N40P40K40 → навоз 20 т/га → навоз 10 т/га + N50P25K60 → навоз 40 т/га.

В подпахотном горизонте в отличие от пахотного наблюдали увеличение содержания K_необм относительно исходного состояния. Соотношение K_необм : K_обм в исходной почве составляло 19 в слое 0–20 см и 12 – в 20–40 см. Длительное возделывание почв снизило его до 11–16 в пахотном горизонте, но увеличило до 20–25 в подпахотном. В этой связи отметили тенденцию к накоплению калия удобрений в необменном состоянии в слое 20–40 см и интенсивное его извлечение из слоя 0–20 см. Размеры использования запасов K_необм из пахотного горизонта были больше, чем из подпахотного.

При сравнении равных по действующему веществу и срокам внесения (в паровое поле) систем удобрения (органической, навоз 20 т/га и органо-минеральной, навоз 10 т/га + N50P25K60) выявлено, что органический вариант удобрения накапливал больше обменного и необменного калия в различных слоях почвы.

В опыте выявлено, что внесенные удобрения повышали в большей степени содержание обменной формы калия, чем необменной. При увеличении баланса доля необменного калия в общей сумме K_обм + K_необм снижалась, а обменного – увеличивалась, т.е. темпы приращения обменной формы были больше, чем необменной.

Корреляционный анализ позволил установить сильное и достоверное влияние баланса калия в севообороте и запасов K_необм на содержание K_обм в пахотном и подпахотном горизонтах почвы (табл. 3).

Большая выборка позволила создать эмпирические модели определения основных форм калия каштановых почв в зернопаровом севообороте под воздействием удобрений. Эмпирическая модель совместного воздействия значимых факторов на содержание обменного калия имело вид множественной регрессии (2, 3):

Общие тренды зависимости содержания калия в почве были довольно стабильными и зависели от баланса поступления/выноса калия в почве. Между тем амплитуды краткосрочных изменений в определенные периоды были приурочены к вариациям гидротермических условий, которые изменяли не только размеры калийного питания, но и кинетику обменной и необменной адсорбции и десорбции, влияя на скорость трансформации элемента между различными формами [14, 15].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, содержание различных форм калия в каштановых почвах Бурятии при длительном применении удобрений изменялось в соответствии с балансом этого элемента в севообороте. Снижение валового количества калия отмечено в варианте без удобрений, сохранение исходного содержания – при применении K40 в составе полного минерального удобрения и органо-минерального удобрения навоз 10 т/га + + N50P25K60, увеличение – при внесении органических удобрений в дозах 20–40 т навоза/га.

Обменный калий интенсивно расходовался из пахотного и подпахотного горизонтов, его содержание при применении удобрений зависело от баланса элемента в севообороте и содержания необменного калия. Изменение баланса на 1 кг/га и содержания необменного калия на 1 мг/кг сопровождалось изменением содержания обменной формы соответственно на 0.09 и 0.14 мг/кг в слое 0–20 см почвы. В слое 20–40 см эти показатели составляли 0.44 и 0.02 мг/кг. Максимальное количество обменного калия в пахотном горизонте каштановых почв отмечено при внесении дозы навоза 40 т/га.

Необменный калий интенсивно расходовался из пахотного слоя почвы. Систематическое применение удобрений не позволило восстановить исходного уровня его содержания. Наименьшие его потери относительно исходного содержания отмечены в варианте с внесением 40 т навоза/га (–224 мг/кг), наибольшее – в контроле (–825 мг/кг). В подпахотном горизонте, напротив, отмечено увеличение содержания K_необм относительно исходного состояния при применении удобрений. Максимальное приращение содержания этой формы происходило в варианте применения навоза 40 т/га, минимальное – в контроле.