Агрохимия, 2022, № 4, стр. 3-10

ВВЕДЕНИЕ

Понятия окультуривание и окультуренность почв впервые были высказаны в начале ХХ века в работах М.А. Егорова, Н.П. Карпинского, В.А. Францессона и других ученых. Под термином окультуренность почв понимались совокупность изменения их свойств под воздействием протекающих в ней процессов в результате вовлечения ее в сельскохозяйственное производство. Уровнем плодородия почв, по общепринятому в литературе мнению, является количественная характеристика продуктивности почв, выраженная в урожае тех или иных сельскохозяйственных культур и отражающая степень окультуренности почвы в конкретных условиях [1].

Известно, что на урожайность сельскохозяйственных культур оказывает влияние множество факторов, среди которых особое место занимают удобрения. По данным ФАО, в мировом производстве сельскохозяйственной продукции 40% приходится на удобрения [2]. В связи с этим весьма актуальной является изучение эффективного их применения в зависимости от физико-химических и других свойств почв. Для того, чтобы минеральные удобрения могли более рационально использоваться, в 1964 г. в нашей стране была создана Государственная агрохимическая служба, основной задачей которой являлось проведение работ по массовому агрохимическому обследованию сельскохозяйственных угодий и обеспечение всех сельскохозяйственных предприятий результатами в виде картограмм или паспортов полей. К 1971 г. закончился первый цикл обследования почв Нечерноземной зоны, а к 1976 г. – во всей стране, что позволило решить ряд первоочередных задач по снижению кислотности почв и повышению их фосфатного уровня. К концу 70-х гг. прошлого столетия в России стали разворачиваться работы по комплексному агрохимическому окультуриванию полей, цель которых заключалась в переводе малоплодородных почв в более высокую категорию. Для организации этой работы на научной основе были разработаны “Временные нормативы затрат удобрений на комплексное агрохимическое окультуривание полей” [3], в которых были приведены не только затраты фосфорных и калийных удобрений на формирование оптимального содержания подвижных форм фосфора и калия в основных типах почв, но и урожайность зерновых культур, которую можно получить при достижении этих показателей. Научной основой для разработки данного документа послужили результаты полевых опытов с искусственно созданными фосфатными фонами, проведенными учреждениями Геосети ВИУА и агрохимической службы, что стало одной из первых попыток установления зависимости между агрохимическими свойствами почв и продуктивностью сельскохозяйственных культур.

Создание в стране агрохимической службы позволило систематически контролировать динамику плодородия почв по определенным показателям. В начале это были степень кислотности, содержание подвижных форм фосфора и калия на всех уровнях управления производством: сельскохозяйственное предприятие, административный район, область (край, республика) и страна в целом. Эти показатели давали основание для проведения целенаправленной работы по известкованию и фосфоритованию почв, по снабжению субъектов страны минеральными удобрениями. Вместе с тем эти сведения не позволяли оценить уровень плодородия, поскольку перечисленные показатели каждый в отдельности могли находиться на различных уровнях по отношению к влиянию на величину урожайности. Например, содержание подвижного фосфора относится к высокой группе обеспеченности, а калия – к низкой и т.п. Это дало основание для разработки комплексного (интегрального) показателя, характеризующую степень плодородия почв и уровень их окультуренности. Определение коэффициента окультуренности основано на установлении зависимости варьирования урожая от агрохимических свойств почв, а также на их комплексном действии на продуктивность растений [1].

Авторами было предложено определять индекс окультуренности по каждому агрохимическому показателю по формуле:

где Хфакт – фактическая величина агрохимического показателя, Хопт и Хмин – оптимальная и минимальная величины для данной почвы.

В то же время авторами не были обоснованы минимальная и оптимальная величины параметров, что вызывало определенные сомнения в использовании их при расчетах.

К настоящему времени накоплен большой экспериментальный материал, отражающий влияние комплекса агрохимических свойств различных почв на урожайность основных сельскохозяйственных культур, возделываемых в нашей стране. Обобщение результатов этих опытов и их статистическая обработка позволили разработать нормативы эффективности минеральных удобрений, внесенных под ведущие культуры. В этих нормативах отражены данные, характеризующие вклад агрохимических свойств почв в формирование урожайности. Одной из таких разработок явились региональные “Нормативы окупаемости минеральных удобрений прибавкой урожая зерновых культур” [4], для этого было использовано 3488 наблюдений, охватывающих основные почвенные разновидности.

В нашем исследовании была поставлена цель – разработать индексы агрохимической окультуренности различных почв для зерновых культур.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

Научной основой для разработки индексов агрохимической окультуренности почв послужили упомянутые нормативы, в которых представлены данные, отражающие влияние содержания подвижных форм фосфора и калия в различных сочетаниях по группам обеспеченности. Низкому содержанию подвижного фосфора соответствовало 3 группы содержания калия – низкое, среднее и повышенное, средней степени обеспеченности фосфором соответствовали также 3 группы содержания калия, повышенному содержанию фосфора также соответствовали эти 3 группы по степени обеспеченности K₂О. В этих случаях схема состояла из 9 вариантов; если на величину урожая ряда культур (например, озимая пшеница) заметное влияние оказывала реакция почвенной среды (дерново-подзолистые и серые лесные почвы), учитывали также величину рН.

В опытах с озимой пшеницей и озимой рожью представилась возможность учесть в расчетах содержание в почвах минерального азота, определенного перед внесением азотных удобрений. В такой ситуации число вариантов достигало 27-ми и даже 54-х.

Выборки при разработке нормативов формировались по типам и подтипам почв в пределах федеральных округов. В тех случаях, когда выборки по какому-либо объекту не были достаточно представительными, их объединяли с таким же типом или подтипом почв соседнего округа.

Принцип расчета индексов окультуренности заключался в сопоставлении максимальной урожайности, полученной в вариантах с наиболее высоким содержанием элементов питания и благоприятной реакцией почвенной среды. Максимальная урожайность оценивалась в 100 баллов. Расчет проводили по формуле:

где Инд – индекс агрохимической окультуренности, баллы; Ув – урожайность варианта, ц/га; Умакс – максимальная урожайность, ц/га; 100 – коэффициент пересчета в баллы.

Подобные расчеты проводили в тех случаях, когда коэффициенты агрохимической окультуренности определяли по содержанию подвижных форм фосфора и калия, а также степени кислотности.

При установлении индексов агрохимической окультуренности почв с учетом содержания минерального азота в почвах сначала расчеты выполняли по вышеописанной формуле для данных со средней степенью обеспеченности N_мин. Затем с помощью разработанных коэффициентов определяли индексы для групп почв с низкой и повышенной степенью обеспеченности минеральным азотом. Эти коэффициенты варьировали в зависимости от типа почв от 0.49 до 0.78 при попадании индекса агрохимической окультуренности в низкую группу обеспеченности и от 1.23 до 1.43 – в повышенную.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Результаты исследования показали, что индексы агрохимической окультуренности варьируют в широких пределах в зависимости от степени обеспеченности подвижными формами фосфора и калия. Подобную закономерность наблюдали для всех без исключения типов почв, на которых проводили исследования. Вместе с тем отмечено, что размах изменений между изученными объектами в отдельных случаях несколько различался. Например, для дерново-подзолистых почв, черноземов обыкновенных и южных разница в величине индекса агрохимической окультуренности для яровой пшеницы в варианте с низким содержанием Р₂О₅ и К₂О почти в 2 раза оказалось vtymiе по сравнению с вариантом, характеризовавшимся повышенной степенью обеспеченности почв этими питательными веществами (табл. 1). В то же время для других типов почв, несмотря на достаточно заметное уменьшение индекса окультуренности при снижении содержания Р₂О₅ и K₂О, разница между вариантами не превышала 30%.

Аналогичную ситуацию отмечали также для ячменя ярового и овса. Отличие состояло только в том, что исследование с этими культурами были проведены только на дерново-подзолистых и серых почвах. Тем не менее полученные результаты подчинялись той же закономерности, а именно, с повышением степени обеспеченности почв подвижными формами фосфора и калия возрастал индекс агрохимической окультуренности почв. При этом отмечали, что ячмень яровой лучше отзывался на повышение содержания Р₂О₅ и К₂О по сравнению с овсом на дерново-подзолистых почвах, что можно объяснить различными биологическими особенностями этих культур (табл. 2). На серых лесных почвах индексы окультуренности для ячменя ярового мало отличались от аналогичных показателей для яровой пшеницы.

Известно, что на урожайность сельскохозяйственных культур кроме фосфорных и калийных оказывают большое влияние азотные удобрения. Однако в силу высокой подвижности оценить степень обеспеченности почвы азотом, как это делается в отношении фосфора и калия с периодичностью в 5–10 лет, не представляется возможным. Для диагностики азотного питания растений необходимо ежегодное обследование, максимально приближенное ко времени внесения азота в почву. Для условий России наиболее приемлемым стало определение содержания минерального азота по содержанию нитратного азота в почве для установления нуждаемости в весенней подкормке озимых зерновых культур и во внесении азота под яровую пшеницу в условиях континентального климата (среднее Поволжье и Сибирь).

В период интенсивного применения минеральных удобрений и внедрения интенсивных технологий возделывания сельскохозяйственных культур в нашей стране было проведено большое количество полевых опытов, обобщение которых позволило установить зависимость между содержанием минерального азота в почве, урожайностью озимых зерновых культур и эффективностью азотных удобрений. Эти данные были использованы при разработке индексов агрохимической окультуренности почв озимых зерновых культур. Порядок расчетов в данном случае несколько отличался от определения индексов агрохимической окультуренности для яровых культур. Сначала устанавливали искомые показатели для почв, которые характеризовались средним содержанием минерального азота (5.1–10.0 мг/кг). При этом за 100 баллов принимали вариант с повышенной и высокой степенью обеспеченности Р₂О₅ и K₂О. Полученные данные с помощью специальных коэффициентов пересчитывали на низкую (≤5.0 мг/кг) и повышенную (>10.0 мг/кг) группу минерального азота. Наличие в нормативах исходной информации в разрезе федеральных округов позволило выявить влияние не только содержания питательных веществ на индекс окультуренности, но в определенной мере сопоставить результаты, полученные в различных природно-климатических зонах.

Согласно данным (табл. 3), видно, что увеличение содержания в почвах подвижных форм фосфора и калия более чем в 2 раза, способствовало приросту индекса окультуренности дерново-подзолистых почв независимо от их географического расположения. Наряду с этим степень обеспеченности почв минеральным азотом также положительно воздействовала на их окультуривание. Таким образом, комплексное влияние содержания доступных форм азота, фосфора и калия дает возможность в несколько раз увеличить индекс агрохимической окультуренности дерново-подзолистых почв и создать условия для получения урожаев озимой ржи в 4.5–5.0 раза превышающих аналогичные показатели низко окультуренных почв.

Аналогичные исследования были проведены и с озимой пшеницей на наиболее распространенных почвенных разновидностях. Ареал ее возделывания достаточно широк и охватывает 4 федеральных округа, среди которых имеются различные по генезису почвы. Наиболее представительными в общей выборке оказались данные для выщелоченных черноземов. Исследования, выполненные для данной почвенной разновидности, показали, что озимая пшеница несколько лучше реагировала на изменение содержания питательных веществ в почве по сравнению с озимой рожью. Однако индексы агрохимической окультуренности, как величина относительная, мало различались между этими культурами. В целом более высокие показатели индексов окультуренности отмечены для черноземов выщелоченных Центрального федерального округа (табл. 4).

Одновременное увеличение содержания минерального азота, подвижных форм фосфора и калия способствовало повышению индексов окультуренности черноземов выщелоченных Центрального округа в 3.9 раза, Южного и Северо-Кавказского – в 4.1, Приволжского – в 4.6 раза.

Для черноземов типичных и обыкновенных Центрального федерального округа прослежена аналогичная закономерность, т.е. с улучшением агрохимических свойств почв возрастала величина индексов их окультуренности (табл. 5). Разница в урожайности между этими подтипами почв оказалась незначительной. Однако в вариантах с низкой степенью обеспеченности почв фосфором и калием различия проявились более заметно. Например, для черноземов типичных индексы окультуренности составили 37, 52, 70 баллов, а для черноземов обыкновенных – 32, 45 и 64 балла. При переходе почв с низким содержанием Р₂О₅ и K₂О в группу повышенного содержания эти различия практически нивелировались.

В вышеописанных результатах исследования содержание подвижных форм фосфора и калия в почвах определяли по методу Кирсанова и Чирикова, в Южном и Северо-Кавказском федеральных округах для этих целей использовали метод Мачигина, градации которых заметно различаются между собой. В связи с этим данные, полученные в этих регионах, рассматривают отдельно. Тем не менее результаты исследования свидетельствовали о том, что была подтверждена та же закономерность, что и в предыдущих работах, т.е. увеличение содержания элементов питания в почвах способствовало повышению индекса агрохимической окультуренности черноземов обыкновенных и южных, черноземов карбонатных и каштановых почв (табл. 6).

Анализ результатов многочисленных полевых опытов, проведенных на дерново-подзолистых почвах, показал, что реакция почвенной среды является одним из главных факторов, ограничивающих урожайность многих сельскохозяйственных культур при величине рН в интервале очень низкой и низкой группы по степени кислотности. К таким культурам относится озимая пшеница [1]. В связи с этим при разработке нормативов окупаемости минеральных удобрений прибавкой урожая зерновых культур на дерново-подзолистых и серых лесных почвах было учтено данное обстоятельство, которому не было придано значения при обработке опытов с озимой рожью, т.к. эта культура в меньшей мере реагирует на изменения реакций почвенной среды.

Результаты исследования показали, что снижение почвенной кислотности дерново-подзолистых и серых лесных почв содействовало повышению урожайности озимой пшеницы во всех вариантах на 11–12%, достигая при этом на высоко окультуренных почвах сбора зерна 37 ц/га на обеих почвенных разновидностях без применения удобрений. В настоящее время в Московской обл., в которой средневзвешенные показатели агрохимических свойств пахотных почв находятся в пределах высокоокультуренных, урожайность зерновых культур в среднем за 2016–2020 гг. с внесением минеральных удобрений ≈60 кг/га составила 28.7 ц/га.

Анализ полученных данных индексов агрохимического окультуривания почв, показал, что снижение кислотности способствовало заметному их увеличению. Прирост индексов за счет перевода почв в более благоприятные условия обеспечивал прирост степени окультуренности дерново-подзолистых почв на 4–14 баллов, серых лесных – на 5–16 баллов (табл. 7). При этом разница в величинах индексов возрастала при увеличении содержания минерального азота в обеих почвах, а более высокий размах изменений этих величин отмечен для дерново-подзолистой разновидности. Комплексное агрохимическое окультуривание полей позволяет повысить плодородие дерново-подзолистых почв почти в 5 раз, серых лесных – в 4.3 раза.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, показано, что индексы агрохимического окультуривания для яровых зерновых культур варьируют в широких пределах в зависимости от степени обеспеченности различных почв подвижными формами фосфора и калия. Подобная закономерность отмечена для всех без исключения типов почв, на которых проводили исследования.

Вовлечение в расчеты данных содержания минерального азота в почвах для озимых зерновых культур позволило значительно расширить наши знания по исследованному вопросу. Влияние содержания минерального азота на продукционную способность проявилось весьма заметно, поскольку позволило повысить индекс окультуренности дерново-подзолистых почв для озимой ржи в 4.5–5.0 раза при повышенном и высоком содержании в них элементов питания по сравнению с низкой степенью обеспеченности.

В опытах с озимой пшеницей выявлена аналогичная закономерность. Одновременное увеличение содержания минерального азота, подвижных форм фосфора и калия способствовали повышению индексов окультуренности черноземов выщелоченных Центрального округа в 3.9 раза, Южного и Северо-Кавказского – в 4.1, Приволжского – в 4.6 раза. Подобная закономерность выявлена также и для других подтипов черноземов, даже в тех случаях, когда для диагностики питания растений использовали другие методы и градации, например, для черноземов карбонатных и каштановых почв.

В зоне распространения кислых почв немалое влияние на степень их окультуренности оказывает величина рН, от которой также зависит урожайность озимой пшеницы. Снижение кислотности увеличивает индекс окультуренности дерново-подзолистых почв на 4–14 баллов, серых лесных – на 5–16 баллов.

Таким образом, определение индексов агрохимической окультуренности почв предложенным методом позволяет оценить уровень плодородия основных почвенных разновидностей России для зерновых культур. Подобные расчеты можно выполнить на всех уровнях производства, начиная от поля и заканчивая страной, поскольку каждое сельскохозяйственное предприятие располагает и может располагать необходимыми данными. Вместе с тем подобные исследования должны продолжаться и совершенствоваться.