Агрохимия, 2021, № 2, стр. 37-46
Изменение физико-химических свойств чернозема выщелоченного и урожайности сахарной свеклы при длительном применении удобрений в ЦЧР
О. А. Минакова 1, *, Л. В. Александрова 1, Т. Н. Подвигина 1
1 Всероссийский научно-исследовательский институт сахарной свеклы и сахара им. А.Л. Мазлумова
396030 Воронежская обл., Рамонский р-н, пос. ВНИИСС, 86, Россия
* E-mail: olalmin2@rambler.ru
Поступила в редакцию 17.07.2020
После доработки 31.08.2020
Принята к публикации 10.11.2020
Аннотация
Изменение физико-химических свойств почвы при применении различных доз минеральных удобрений в сочетании с навозом 25–50 т/га выражалось в повышении относительно варианта без удобрений гидролитической кислотности, содержания обменного Mg2+ и незначительном снижении степени насыщенности основаниями, а также изменении величины pHKCl. Наибольшую буферность почвы в области слабокислых величин обеспечивало применение N45P45K45 + навоз 25 т/га, сильнокислых – N45P45K45 + навоз 50 т/га. Для содержания гумуса и подвижных форм NPK в почве не выявлено сильной зависимости от величины показателей состояния почвенного поглощающего комплекса. Высокие дозы минеральных удобрений в сочетании с навозом 25–50 т/га обеспечивали максимальную продуктивность сахарной свеклы, почвенная кислотность не лимитировала ее урожайность.
ВВЕДЕНИЕ
Сахарная свекла – высокопродуктивная культура, широко возделываемая в Российской Федерации. По своим биологическим особенностям она требовательна к реакции почвенной среды, оптимальная реакция почвенного раствора для нее – 7.0 ед. рН, допустимая – 6.0–8.0 ед., более высокие показатели наиболее благоприятны для почв с высоким содержанием илистых частиц, более низкие — для песчаных легких почв [1, 2]. Основные отрицательные последствия повышенной кислотности: снижение доступности основных элементов питания (особенно P2O5), кальция и микроэлементов, изменение состава микробного ценоза почвы [2, 3].
В настоящее время отмечено повсеместное подкисление пахотных земель. В Российской Федерации кислые почвы (рНKCl < 5.5) занимают 34.8 млн га, в лесостепной зоне кислые почвы составляют 49.8% [4–7]. В ЦЧР доля кислых почв равна 48.5% [8]. Масштабное подкисление пахотных почв отмечается и для черноземов [9–11].
Физиологическая кислотность высоких доз минеральных удобрений [2, 12], выпадение кислотных дождей (pH = 3.0–4.0) [13], низкий уровень внесения органических удобрений (в 2019 г. в РФ навозом удобряли только 9.4% пашни, под сахарную свеклу вносили 2.2 т/га) [14], ризодепозиты сахарной свеклы (корневые экссудаты, слизи, ферменты, а также корневой опад) изменяют кислотность почв [15, 16].
Высокие урожаи сахарной свеклы обеспечиваются внесением значительных доз удобрений, т.к. культура требовательна к уровню обеспеченности элементами питания. Научно рекомендованными дозами в ЦЧР являются N90–150P120–150K90–150 [17], уровень применения минеральных удобрений на сахарной свекле в РФ достаточно высок (в отличие от большинства сельскохозяйственных культур). Например, в 2018 г. применяли 305 кг д.в./га посевов сахарной свеклы [18], из них 43.6% составляли азотные удобрения [19]. В условиях стационарных опытов доказано, что длительное применение повышенных доз минеральных удобрений изменяло физико-химические свойства почвы [20–23]. Внесение органических удобрений, известкование, применение научно обоснованных доз удобрений сдерживают нарастание кислотности, а зачастую и оптимизируют ее [5, 20, 24].
Цель работы – изучение изменения кислотных свойств чернозема выщелоченного лесостепной зоны ЦЧР в стационарном опыте, заложенном в 1936 г.
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
Исследование проводили в стационарном опыте по изучению влияния применения удобрений на почвенное плодородие и урожайность культур в севообороте с сахарной свеклой (год закладки – 1936 г., продолжается по настоящее время). Годы проведения исследования – 2009–2017 гг. Почва опытного участка – чернозем выщелоченный малогумусный среднемощный тяжелосуглинистый на тяжелом карбонатном суглинке. Опыт заложен в трехкратной повторности в 9-польном зернопаропропашном севообороте со следующим чередованием культур: черный пар – озимая пшеница – сахарная свекла – ячмень с подсевом клевера – клевер 1-го года использования – озимая пшеница – сахарная свекла – травосмесь горох + овес – овес. Изучали почву и продукцию в следующих вариантах опыта: контроль (без удобрений), N45P45K45 + навоз 25 т/га, N90P90K90 + + навоз 25 т/га, N135P135K135 + навоз 25 т/га, N45P45K45 + навоз 50 т/га, N120P120K120 + навоз 50 т/га, N190P190K190. Удобрения вносили только под сахарную свеклу с осени под зяблевую вспашку, навоз КРС – в черном пару. Минеральные удобрения применяли в основном в виде НАФК. Агротехника возделывания культур была общепринятой для зоны. В почвенных образцах определяли следующие показатели: pHKCl (ГОСТ 26483-85), содержание гумуса по Тюрину в модификации ЦИНАО (ГОСТ 26213-91), содержание обменного Ca2+ (ГОСТ 26487-85), обменного Mg2+ (ГОСТ 26428-85), величину гидролитической кислотности по Каппену (ГОСТ 26212-91), степень насыщенности основаниями – расчетным методом, содержание N-NO3 (ГОСТ 26951-86), P2O5 и K2O (ГОСТ 26204-91). В посевах сахарной свеклы проводили учет урожайности весовым методом (учетных делянок) с пересчетом по методике ВНИС [25]. Статистическую обработку данных и корреляционный анализ производили по [26].
Установлено, что черноземы выщелоченные во всех изученных вариантах полевого опыта имели благоприятные основные показатели плодородия (содержание гумуса, физические свойства почвы) [27].
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Урожайность корнеплодов сахарной свеклы в паровом звене в 9-й ротации севооборота после более чем 80 лет применения удобрений была наиболее высокой в вариантах N135P135K135 + + навоз 25 т/га, N120P120K120 + навоз 50 т/га, N45P45K45 + навоз 50 т/га и N190P190K190 (39.4–40.6 т/га) (табл. 1). Эти системы удобрения повышали урожайность культуры на 49.8–54.4% (на 13.7–14.3 т/га), т.е. обеспечивали более интенсивное выделение в почву ионов H+ относительно контроля, где урожайность составила 26.3 т/га. Низкие прибавки были отмечены в вариантах N45P45K45 + навоз 25 т/га и N90P90K90 + навоз 25 т/га (11.6 и 10.7 т/га соответственно), увеличение относительно контроля – на 40.7–44.1%, что возможно, было связано с недостатком доступных форм NPK для такой высокопродуктивной культуры как сахарная свекла.
Таблица 1.
Без удобрений | N45P45K45 + + навоз 25 т/га | N90P90K90 + + навоз 25 т/га | N135P135K135 + навоз 25 т/га | |
---|---|---|---|---|
26.3 | 37.9 | 37.0 | 40.3 | |
N45P45K45 + + навоз 50 т/га | N120P120K120 + + навоз 50 т/га | N190P190K190 | НСР05 фактора А | НСР05 фактора Б |
39.4 | 40.6 | 40.0 | 2.00 | 5.67 |
Примечание. Фактор А – навоз КРС, фактор Б – минеральные удобрения. То же в табл. 2, 3.
Оценивая действие удобрений на содержание NPK в почве, следует отметить, что более всего оно проявилось для содержания N-NO3 (увеличение в удобренных вариантах относительно контроля в слое 0–20 см составило 20.4–98.6%, в слое 20–40 см – 26.8–103%) (табл. 2), несколько меньше – P2O5 (22.6–77.3% и 18.1–74.3% соответственно), менее всего – K2O (11.1–28.6% и 18.9–35.6% соответственно). Наиболее высокое содержание N-NO3 было отмечено в варианте N190P190K190, при этом внесение минеральных удобрений совместно с навозом 50 т/га не обеспечивало его значительного повышения. Максимальное содержание P2O5 обеспечивало применение N135P135K135 + навоз 25 т/га, а системы N90P90K90 + навоз 25 т/га навоза, N120P120K120 + + навоз 50 т/га, N45P45K45 + навоз 50 т/га навоза и N190P190K190 также способствовали значительному росту содержания данного элемента относительно контроля. Наибольшее содержание K2O отмечено при применении N90P90K90 + навоз 25 т/га и N45P45K45 + навоз 25 т/га, внесение навоза 50 т/га не способствовало повышению содержания элемента относительно минеральной системы (N190P190K190).
Таблица 2.
Глубина, см | Содержание, мг/кг почвы | ||
---|---|---|---|
N-NO$_{3}^{ - }$ | P2O5 | K2O | |
Контроль | |||
0–20 | 14.2 | 106 | 153 |
20–40 | 13.8 | 105 | 132 |
N45P45K45 + навоз 25 т/га | |||
0–20 | 17.1 | 130 | 197 |
20–40 | 17.5 | 124 | 177 |
N90P90K90 + навоз 25 т/га | |||
0–20 | 25.2 | 180 | 191 |
20–40 | 25.3 | 163 | 179 |
N135P135K135 + навоз 25 т/га | |||
0–20 | 24.8 | 188 | 141 |
20–40 | 23.9 | 183 | 169 |
N45P45K45 + навоз 50 т/га | |||
0–20 | 22.8 | 162 | 170 |
20–40 | 23.5 | 144 | 176 |
N120P120K120 + навоз 50 т/га | |||
0–20 | 24.4 | 152 | 181 |
20–40 | 27.6 | 148 | 158 |
N190P190K190 | |||
0–20 | 28.2 | 157 | 172 |
20–40 | 28.0 | 145 | 157 |
НСР05 фактора А | |||
0–20 | 3.5 | 20 | – |
20–40 | 3.1 | – | 14 |
НСР05 фактора Б | |||
0–20 | 4.2 | 16 | 11 |
20–40 | 7.6 | 14 | 5.5 |
Длительно применяемые удобрения повышали градацию обеспеченности N-NO3 с низкой в контроле до средней и повышенной в вариантах с удобрениями, P2O5 и K2O – с повышенной до высокой (кроме вариантов N45P45K45 + навоз 25 т/га для P2O5 и N135P135K135 + навоз 25 т/га, N45P45K45 + навоз 50 т/га и N190P190K190 для K2O). Повышение содержания NPK обеспечивало увеличение урожайности сахарной свеклы (как и других сельскохозяйственных культур в подобных исследованиях [29]) и, соответственно, способствовало дополнительному выделению ионов H+ в почву, проявившегося вследствие обмена на ионы K+ [28].
Изученный чернозем характеризовался относительно невысоким содержанием гумуса (в слое 0–20 см – от 4.83 до 5.27%, в слое 20–40 см – 5.00–5.65%, в целинном аналоге – 6.10 и 5.60% соответственно) (табл. 3). Снижение гумусности в контроле относительно целинного участка (расположенного в непосредственной близости от опыта) составило 1.27 абс.% в слое 0–20 см и 0.60 абс.% в слое 20–40 см, в удобренных вариантах – 0.83–1.40 и 0.24–0.77% соответственно, наименьшее снижение в слое 0–20 см было отмечено в вариантах N45P45K45 + навоз 50 т/га и N120P120K120 + навоз 50 т/га вследствие поступления органического вещества повышенных доз навоза (50 т/га). Системы удобрения с навозом 25 и 50 т/га не обеспечивали повышение содержания гумуса относительно N190P190K190 в слое 0–20 см, но в слое 20–40 см было отмечено достоверное увеличение его содержания на 0.52% при внесении N135P135K135 + навоз 25 т/га и на 0.23% – при применении N45P45K45 + навоз 50 т/га. В целом применение удобрений сдерживало уменьшение содержания гумуса как за счет поступления органического вещества с навозом, так и дополнительного объема растительных остатков, образуемого прибавкой урожая культур при внесении минеральных удобрений. Значительное снижение содержания гумуса в верхнем слое почвы было связано с его распадом в аэробных условиях, складывавшихся при постоянной отвальной вспашке и обработке междурядий культуры.
Таблица 3.
Глубина, см | Гумус, % | Hг, ммоль/100 г почвы | pHKCl | Ca2+ | Mg2+ | Ca2+ + Mg2+ | V, % | |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
май (1-й период) | июль (2-й период) | ммоль/100 г почвы | ||||||
Без удобрений | ||||||||
0–20 | 4.83 | 2.98 | 5.42 | 5.32 | 20.7 | 3.57 | 24.3 | 89 |
20–40 | 5.00 | 2.71 | 5.36 | 5.30 | 19.9 | 3.60 | 23.5 | 90 |
N45P45K45 + навоз 25 т/га | ||||||||
0–20 | 4.70 | 3.41 | 5.32 | 5.30 | 20.4 | 3.83 | 24.2 | 88 |
20–40 | 4.87 | 3.68 | 5.37 | 5.35 | 21.0 | 3.97 | 25.0 | 87 |
N90P90K90 + навоз 25 т/га | ||||||||
0–20 | 5.02 | 2.63 | 5.31 | 5.24 | 21.2 | 3.57 | 24.8 | 87 |
20–40 | 5.17 | 3.33 | 5.40 | 5.16 | 21.4 | 3.40 | 24.8 | 88 |
N135P135K135 + навоз 25 т/га | ||||||||
0–20 | 5.20 | 3.41 | 5.37 | 5.00 | 21.3 | 3.83 | 25.1 | 88 |
20–40 | 5.65 | 3.50 | 5.30 | 5.13 | 20.6 | 3.87 | 24.5 | 87 |
N45P45K45 + навоз 50 т/га | ||||||||
0–20 | 5.27 | 2.89 | 5.42 | 5.32 | 21.0 | 3.88 | 24.9 | 90 |
20–40 | 5.36 | 2.89 | 5.33 | 5.37 | 21.6 | 3.60 | 25.2 | 91 |
N120P120K120 + навоз 50 т/га | ||||||||
0–20 | 5.22 | 3.59 | 5.23 | 5.22 | 21.2 | 4.05 | 25.2 | 87 |
20–40 | 5.17 | 3.24 | 5.31 | 5.32 | 20.6 | 3.75 | 24.3 | 88 |
N190P190K190 | ||||||||
0–20 | 5.17 | 3.94 | 5.18 | 5.01 | 20.7 | 3.82 | 24.5 | 86 |
20–40 | 5.13 | 3.76 | 5.22 | 5.04 | 20.0 | 3.75 | 23.7 | 86 |
НСР05 фактора А | ||||||||
0–20 | 0.08 | 0.20 | 0.05 | – | – | 0.04 | – | – |
20–40 | – | 0.29 | – | – | – | – | – | 1.0 |
НСР05 фактора Б | ||||||||
0–20 | 0.06 | 0.60 | 0.03 | – | – | 0.06 | 0.3 | 2.2 |
20–40 | 0.16 | 0.55 | – | – | – | – | 0.8 | 0.8 |
Сопоставление содержания гумуса в почве вариантов с удобрениями и в контроле выявило, что его повышение в слое 0–20 см составило 0.19–0.44%, в слое 20–40 см – 0.13–0.65%: в верхнем слое наиболее значительно влияло внесение N45P45K45 + навоз 50 т/га, N120P120K120 + навоз 50 т/га, N190P190K190, в нижележащем – N45P45K45 + навоз 50 т/га и N135P135K135 + навоз 25 т/га. В относительном выражении это составило 3.93–9.11% в слое 0–20 см и 2.60–13.0% в слое 20–40 см.
Гидролитическая кислотность почвы вариантов с внесением удобрений в слое 0–20 см составила 2.63–3.94 ммоль/100 г почвы в слое 0–20 см и 2.71–3.76 ммоль/100 г почвы в слое 20–40 см (в контроле – 2.98 и 2.71 ммоль/100 г почвы соответственно). Во всех вариантах с удобрениями она возрастала относительно контроля как в верхнем, так и нижнем слое, наибольшее увеличение (на 0.61–0.96 ммоль /100 г почвы) было отмечено при применении N190P190K190 и N120P120K120 + + навоз 50 т/га в слое 0–20 см и на 0.97–1.05 ммоль/100 г почвы при N45P45K45 + навоз 25 т/га и N190P190K190 в слое 20–40 см. Наиболее низкая Hг в слое 0–20 см (2.63 и 2.89 ммоль/100 г почвы) отмечена в вариантах N45P45K45 + навоз 50 т/га и N90P90K90 + навоз 25 т/га, наиболее высокая (3.41–3.94 ммоль/100 г почвы) – в вариантах N190P190K190, N135P135K135 + навоз 25 т/га и N120P120K120 + навоз 50 т/га, что, очевидно, свидетельствовало об определяющем влиянии минеральных удобрений на повышение этого показателя и подтверждено данными дисперсионного анализа. Системы с навозом в дозе 25 т/га уменьшали данный показатель относительно системы только с минеральными удобрениями на 0.53–1.31 ммоль/100 г почвы в слое 0–20 см, на 0.26–0.43 – в слое 20–40 см, а системы с навозом в дозе 50 т/га – на 0.35–1.05 и 0.52–0.87 ммоль/100 г почвы соответственно, возможно, вследствие подщелачивающего действия навоза, что подтверждено данными дисперсионного анализа (НСР05 навоза = 0.05, НСР05 минеральных удобрений = 0.03).
Изучение динамики pHKCl почвы под сахарной свеклой в начале вегетации выявило, что данный показатель менялся в слое 0–20 см от 5.18 до 5.42, в слое 20–40 см – от 5.22 до 5.40, в почве вариантов с применением удобрений отмечено его снижение на 0.05–0.24 в слое 0–20 см и 0.04–0.18 в слое 20–40 см относительно контроля. Наибольшие показатели pHKCl были отмечены в слое 0–20 см – в контроле и в варианте N45P45K45 + навоз 50 т/га, в слое 20–40 см – также и при внесении N45P45K45 + навоз 25 т/га, наименьшие – при применении N190P190K190, N120P120K120 + + навоз 50 т/га и N135P135K135 + навоз 25 т/га соответственно. Разница в величине pHKCl систем c применением навоза 50 т/га и систем с навозом 25 т/га составила 0.04–0.14 в слое 0–20 см и 0.03–0.09 в слое 20–40 см, системы N190P190K190 и вариантов с навозом 25 т/га – 0.13–0.19 и 0.08–0.18 соответственно. Наибольшее различие показателей pHKCl в слое 0–20 см было отмечено между вариантами с применением навоза 50 т/га и N190P190K190 – 0.05–0.24, что свидетельствовало о наибольшем подкисляющем влиянии дозы N190P190K190 относительно варианта с высокой дозой навоза КРС, имевшего щелочную реакцию. Разница в величинах pHKCl вариантов с применением навоза 50 т/га и N190P190K190 в слое 20–40 см была несколько меньше и составила 0.09–0.11.
Величина рHKCl в почве под сахарной свеклой в период активного роста (июль) менялась от 5.00 до 5.32 в слое 0–20 см и от 5.04 до 5.37 в слое 20–40 см, применение минеральных удобрений и навоза вызвало тенденцию к снижению ее относительно контроля на 0.02–0.32 и 0.14–0.34 соответственно. Наибольшие величины pHKCl были отмечены в обоих слоях при внесении N45P45K45 + навоз 25 т/га и N45P45K45 + навоз 50 т/га, а в слое 0–20 см – также и в контроле. Наиболее низкими величины pHKCl были при применении N190P190K190 и N135P135K135 + навоз 25 т/га как в слое 0–20, так и 20–40 см, в слое 0–20 см также в варианте N120P120K120 + навоз 50 т/га, в слое 20–40 см – в варианте N90P90K90 + навоз 25 т/га. В этот период отмечена тенденция к увеличению разницы показателей pHKCl между вариантом N190P190K190 и вариантами применения навоза 50 т/га, что составило 0.21–0.31 ед. в слое 0–20 см и 0.28–0.32 ед. – в слое 20–40 см, относительно вариантов с навозом 25 т/га отмечена также тенденция к снижению показателей рН на 0.23–0.29 и 0.09–0.31 ед. соответственно. В слое 20–40 см при действии N90P90K90 + навоз 25 т/га и N135P135K135 + навоз 25 т/га выявили тенденцию к снижению pHKCl на 0.16–0.19 ед. относительно варианта N120P120K120 + навоз 50 т/га.
Сезонная динамика показателя pHKCl показала снижение на 0.02–0.37 ед. в слое 0–20 см и на 0.02–0.24 ед. в слое 20–40 см, что видимо было следствием поглощения сахарной свеклой кальция и других ионов щелочной природы из почвы и удобрений (или проявлением физиологической кислотности удобрений [2, 11]), а также увеличения корневых выделений культуры, имеющих кислую природу [16], и вследствие поглощения культурой K+ путем обмена его ионов на ионы Н+, что также подкисляло почву [29]. С увеличением доз минеральных удобрений как на навозном, так и безнавозном фонах, выявлено повышение разницы между показателями pHKCl в мае и июле, в слое 0–20 см оно проявилось в наибольшей степени, что было связано с бóльшим влиянием корневой системы культуры и ее агротехники, заключавшейся в многократных рыхлениях верхнего слоя и создании постоянных аэробных условий.
Содержание обменного Ca2+ в почве опытного участка как в слое 0–20 см, так и 20–40 см, имело тенденцию к повышению, но достоверно не изменялось. В вариантах применения N90P90K90 + + навоз 25 т/га, N135P135K135 + навоз 25 т/га, N120P120K120 + навоз 50 т/га в слое 0–20 см и N90P90K90 + навоз 25 т/га, N45P45K45 + навоз 50 т/га в слое 20–40 см обнаружили наибольшее содержание данного элемента.
Влияние длительно вносимых удобрений на увеличение содержания обменного Mg2+ (на 0.26–4.80 ммоль/100 г почвы или на 7.00–13.4% относительно контроля) достоверно проявилось в слое 0–20 см в наибольшей степени в вариантах N120P120K120 + навоз 50 т/га, N45P45K45 + навоз 50 т/га, N135P135K135 + навоз 25 т/га, минеральные удобрения в большей степени способствовали изменению данного показателя. В слое 20–40 см не было отмечено достоверных изменений, выявлена только тенденция к увеличению содержания этой формы элемента в вариантах N45P45K45 + навоз 25 т/га и N135P135K135 + навоз 25 т/га.
Было показано достоверное влияние минеральных удобрений на величину содержания суммы Ca2+ + Mg2+ в почве стационарного опыта: в слое 0–20 см увеличение на 0.5–0.9 ммоль/100 г почвы отмечено в вариантах N135P135K135 + навоз 25 т/га, N120P120K120 + навоз 50 т/га, N45P45K45 + навоз 50 т/га, в других вариантах этот показатель оставался на уровне контроля, не проявляя тенденцию к снижению. В слое 20–40 см также было выявлено увеличение этого показателя на 0.8–1.7 ммоль/100 г почвы, в наибольшей степени в вариантах N45P45K45 + навоз 50 т/га, N45P45K45 + навоз 25 т/га, N90P90K90 + навоз 25 т/га, а система N190P190K190 не способствовала изменению содержания суммы Ca2+ + Mg2+.
В слое 0–20 см отмечена высокая – 86–90% – степень насыщенности основаниями, что не требовало известкования почвы. В слое 0–20 см было отмечено снижение степени насыщенности основаниями (V) на 2–3%, минеральные удобрения в составе систем N90P90K90 + навоз 25 т/га, N120P120K120 + навоз 50 т/га, а также минеральная система N190P190K190 оказывали влияние на этот показатель. Данный показатель достоверно снизился относительно контроля в слое 20–40 см на 2–4%. При внесении N190P190K190 разница между этими вариантами была максимальной и составила 4%, а минимальной она была между вариантами с применением навоза 50 т/га и контролем (1%). Под влиянием N45P45K45 + навоз 50 т/га отмечена тенденция к повышению V как в слое 0–20, так и в слое 20–40 см почвы.
Сравнение буферности почвы разных вариантов выявило, что при добавлении щелочи разной концентрации наиболее низкий pH почвенной вытяжки отмечен в варианте N190P190K190, что свидетельствовало о дополнительном выделении ионов кислой природы в раствор из почвенного поглощающего комплекса. Наиболее высокий pH в области щелочных величин был отмечен при действии систем удобрения N45P45K45 + навоз 50 т/га и N90P90K90 + навоз 25 т/га, что свидетельствовало о самом малом выделении подобных ионов из почвы этих вариантов. Разница в кислотности почвы разных вариантов в щелочной области составила 0.69–0.88, ее сокращение отмечено при добавлении 4 и 6 мл щелочи (табл. 4).
Таблица 4.
Добавлено 0.1 щелочи/кислоты, мл | Контроль | N90P90K90 + + навоз 25 т/га | N135P135K135 + + навоз 25 т/га | N45P45K45 + + навоз 50 т/га | N190P190K190 | Песок |
---|---|---|---|---|---|---|
10 | 9.07 | 9.62 | 9.02 | 9.08 | 8.75 | 11.2 |
8 | 8.32 | 8.58 | 8.70 | 9.20 | 8.99 | 11.3 |
6 | 8.22 | 8.35 | 8.32 | 8.74 | 8.05 | 11.3 |
4 | 7.60 | 8.08 | 7.64 | 7.63 | 7.26 | 11.0 |
2 | 6.84 | 7.64 | 7.17 | 6.96 | 6.75 | 10.3 |
0 | 6.92 | 6.81 | 6.22 | 6.67 | 6.18 | 8.3 |
2 | 5.70 | 6.00 | 5.60 | 5.50 | 5.40 | 2.7 |
4 | 4.53 | 4.73 | 4.59 | 4.40 | 4.02 | 2.6 |
6 | 3.84 | 3.91 | 4.11 | 3.85 | 3.57 | 2.1 |
8 | 3.39 | 3.53 | 3.53 | 3.80 | 3.20 | 1.8 |
10 | 2.99 | 3.13 | 3.06 | 2.77 | 2.84 | 1.7 |
При добавлении кислоты в почвенную вытяжку разница в величине pH в вариантах опыта составила 0.36–0.71, при приливании большего количества кислоты разница сокращалась, меньшего – расширялась. Наиболее высокий pH был отмечен в основном в варианте N90P90K90 + навоз 25 т/га, и в меньшей степени – в вариантах N45P45K45 + навоз 50 т/га и N135P135K135 + навоз 25 т/га, наиболее низкий – в варианте N190P190K190.
В ходе исследования выявлена сильная связь (r ~ 0.4–0.8) содержания суммы Ca2+ + Mg2+, а также содержания Ca2+ с содержанием гумуса в слое 0–20 см (табл. 5). Зависимость этих показателей была прямая, наиболее тесной она была для суммы Ca2+ + Mg2+. Зависимость величины pHKCl во 2-й срок отбора (июль), а также содержания обменного Mg2+ с содержанием гумуса была средней степени, прямая – для Mg2+ и обратная – для pHKCl, в первом случае она была более выражена. Эти зависимости проявились только в слое 0–20 см, в слое 20–40 см их не выявили. Такие показатели, как pHKCl в начале вегетации, емкость катионного обмена и сумма обменных оснований не зависели от содержания гумуса ни в слое 0–20, ни в слое 20–40 см.
Таблица 5.
Показатель физико-химического состояния почв | Уравнение (коэффициент парной корреляции) | Показатель физико-химического состояния почв | Уравнение (коэффициент парной корреляции) |
---|---|---|---|
Ca 2+ + Mg2+ | y = 1.486x + 17.1 (0.833) | V | – |
Ca2+ | y = 1.111x + 15.3 (0.723) | pHKCl в 1-й срок отбора | – |
Mg2+ | y = 0.401x + 1.765(0.510) | pHKCl во 2-й срок отбора | y = –0.300x + 6.72 (0.469) |
ЕКО | – | Hг | – |
В ходе исследования выявлена связь (r ~ 0.4–0.6) содержания основных элементов питания (N-NO3 – в обоих слоях и K2O – в слое 0–20 см) с величиной обменной кислотности (табл. 6). Зависимость была отрицательная, с повышением кислотности снижалось содержание NPK, в наибольшей степени – K2O в слое 0–20 см, в наименьшей – N-NO3 в том же слое. Обменная кислотность не оказывала влияние на содержание подвижных форм P2O5 как в слое 0–20, так и 20–40 см, а K2O – только в слое 20–40 см.
Таблица 6.
Содержание основных элементов питания | Уравнение (коэффициент парной корреляции), слой 0–20 см | Уравнение (коэффициент парной корреляции), слой 20–40 см |
---|---|---|
N-NO3 | y = –2.049x + 13.1 (0.420) | y = –3.78x + 22.3 (0.483) |
P2O5 | – | – |
K2O | y = –13.5x + 89.3 (0.580) | – |
Отрицательная зависимость содержания NPK и pHKCl в опыте, при том, что в литературе имеются противоположные данные [2, 4], объясняется изменением кислотности в небольшом интервале, в котором NPK почвы в значительной степени доступны растениям, тогда как с ростом доз удобрений содержание NPK изменялось гораздо более значительно. Установлено, что урожайность корнеплодов сахарной свеклы имела отрицательную зависимость от pHKCl и положительную – от гидролитической кислотности. Наиболее тесная связь урожайности отмечена с величиной Hг в слое почвы 20–40 см, наименее – Hг в слое 0–20 см (табл. 7). В целом урожайность в средней степени зависела от pHKCl и Hг, что свидетельствовало о том, что обменная и потенциальная кислотность в незначительной степени определяли уровень урожайности основной культуры севооборота, возможно, вследствие невысоких их величин, не оказывавших негативного влияния на развитие сахарной свеклы.
Таблица 7.
Слой | Уравнение (коэффициент парной корреляции), x соответствует Hг | Уравнение (коэффициент парной корреляции), x соответствует pHKCl, 1-й срок | Уравнение (коэффициент парной корреляции), x соответствует pHKCl, 2-й срок |
---|---|---|---|
0–20 см | y = 4.85x + 21.5 (0.434) | y = –28.1x + 187 (–0.509) | y = –17.7x + 129 (–0.489) |
20–40 см | y = 8.17x + 10.4 (0.632) | y = –37.5x + 277 (–0.437) | – |
ВЫВОДЫ
1. Внесение минеральных удобрений совместно с навозом 50 т/га в пару, а также N190P190K190 и N135P135K135 + навоз 25 т/га обеспечивало наиболее высокую урожайность корнеплодов сахарной свеклы и способствовало дополнительному выделению H+ в почву корнями растений. Различные формы почвенной кислотности не оказывали значительного влияния на величину урожая культуры.
2. Удобрения в большей степени влияли на содержание NPK в почве, чем на кислотные свойства почвы. Более всего действие удобрений проявилось на содержании N-NO3 (увеличение в удобренных вариантах относительно контроля в слое 0–20 см составило 20.4–98.6, в слое 20–40 см – 26.8–103%), несколько меньше – P2O5 (22.6–77.3% и 18.1–74.3% соответственно), менее всего – K2O (11.1–28.6% и 18.9–35.6% соответственно).
3. Длительное применение удобрений изменяло физико-химические свойства чернозема выщелоченного относительно варианта без удобрений: повышало гидролитическую кислотность в слое 0–20 см на 0.61–0.96 ммоль/100 г почвы, в слое 20–40 см – на 0.97–1.05 ммоль/100 г почвы, содержание обменного Mg2+ в слое 0–20 см – на 0.26–4.80 ммоль/100 г почвы, сумма Ca2+ и Mg2+ в слоях увеличивалась на 0.5–0.9 и 0.8–1.7 ммоль/100 г почвы соответственно, но снижало степень насыщенности основаниями в слое 0–20 см на 2–3 и в слое 20–40 см – на 2–4%, pHKCl в начале вегетации – на 0.05–0.24 ед. в слое 0–20 см.
4. Удобрения оказывали наибольшее воздействие на величину pHKCl в слое 0–20 см в начальный период развития культуры, на этот показатель в большей степени влияло внесение навоза в пару, чем минеральных удобрений под сахарную свеклу. В течение вегетации отмечено снижение величины pHKCl на 0.10–0.37 ед., как в слое 0–20 (в меньшей степени), так и 20–40 см (в большей степени) вследствие увеличения корневых выделений культуры (при внесении удобрений динамика показателя была более выражена вследствие увеличения обменного поглощения ионов K+ и H+).
5. Оптимальные показатели физико-химических свойств чернозема выщелоченного обеспечивала применяемая в севообороте более 80 лет система N45P45K45 + навоз 50 т/га.
6. Оценка буферности чернозема выщелоченного позволила установить, что наибольшее содержание оснований, препятствующих подкислению, отмечено в почве варианта N90P90K90 + + навоз 25 т/га, в области сильнокислых величин – также и при действии систем N45P45K45 + навоз 50 т/га и N135P135K135 + навоз 25 т/га.
7. Содержание гумуса в почве удобренных вариантов увеличивалось относительно контроля и проявляло значительную зависимость от содержания обменного кальция, а также суммы Ca2+ и Mg2+.
8. Не отмечено тесной математической связи величины pHKCl и содержания NPK в почве вследствие небольшой степени снижения кислотности и значительного повышения содержания элементов питания. Изменения кислотности при внесении удобрений происходили в области слабокислых величин, при которых NPK почвы были наиболее подвижны.
Список литературы
Шпаар Д., Сушков М. Выращивание сахарной свеклы. М.: ИК “Родник”, 1996. 144 с.
Минеев В.Г. Агрохимия: Учебник. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Изд-во МГУ, Колос, 2004. 720 с.
Девятова Т.А. Ферментативная активность чернозема выщелоченного при длительном систематическом применении удобрений // Агрохимия. 2006. № 1. С. 12–15.
Агрохимическая характеристика пахотных почв природных сельскохозяйственных зон и провинций России (по данным агрохимического обследования). Бюл. Географ. сети опытов с удобрениями. Вып. 9. М.: ВНИИА, 2010. 33 с.
Сычев В.Г. Инновационные аспекты совершенствования агрохимического обслуживания сельскохозяйственного производства // Инновационно-технологические основы развития земледелия. Сб. докл. Всерос. научн.-практ. конф. Курск: ВНИИЗи ЗПЭ, 2006. С. 15–19.
Сычев В.Г., Кузнецов А.В., Павлихина А.В., Лобас Н.В. Содержание гумуса, подвижного фосфора, обменного калия и степень кислотности пахотных почв Российской Федерации // Плодородие. 2008. № 3 (42). С. 1–3.
Шильников И.А., Аканова Н.И. Вопросы известкования почв в современных условиях // Плодородие. 2011. № 3. С. 22–24.
Сычев В.Г., Аристархов А.И., Державин Л.М. Плодородие почв сельскохозяйственных земель и эффективность применения удобрений на черноземах центральной России // Черноземы центральной России: генезис, география, эволюция. Мат-лы Международ. конф., посвящ. 100-летию П.Г. Адерихина. Воронеж: Изд-во ВГУ, 2004. С. 501–506.
Зезюков Н.И., Дедов А.В., Девятова Т.А. Снижение почвенной кислотности черноземных почв // Проблемы экологии в сельском хозяйстве. Тез. докл. научн. конф. Пенза: Приволж. дом научн.-техн. пропаганды, 1993. С. 74–75.
Макеева Т.Ф., Наконечный А.Г., Казьмин В.М. Мониторинг уровня кислотности в пахотных почвах Орловской области // Rus. Agricult. Sci. Rev. 2015. Т. 6. № 6–1. С. 166–172.
Мацнев И.Н., Арзыбов Н.А. Изменение уровня гумусированности и кислотности почв Тамбовской области //Вестн. МичуринскГАУ. 2006. № 1. С. 79–81.
Макаров В.И. К физиологической кислотности азотных удобрений // Вестн. АлтайГАУ. 2013. № 8 (106). С. 027–030.
Рэуце К., Кырстя С. Борьба с загрязнением почв. Пер. с румынского. М.: Агопромиздат, 1986. 220 с.
Россия в цифрах. 2019: Крат. стат. сборник. M.: Росстат, 2019. 549 с.
Звягинцев Д.Г., Бабьева И.П., Зенова Г.М. Биология почв. М.: Академия, 2004. 248 с.
Стахурлова Л.Д., Свистова И.Д., Щеглов Д.И. Биологическая активность как индикатор плодородия черноземов в различных биоценозах // Почвоведение. 2007. № 6. С. 769–774.
Система ведения агропромышленного производства Воронежской области до 2010 года / Под ред. Хицкова И.Ф. Воронеж: Центр духовного возрождения Черноземного края, 2005. 464 с.
Рынок минеральных удобрений – 2019 год. [Электр. ресурс] // dcenter.hse.ru URL: https://dcenter.hse.ru/data/2019/12/26/1524652323/Рынок%20минеральных%20удобрений.2019.pdf. (дата обращения: 29.02.2019).
Основные направления исследований по агрохимии азота в современном земледелии. Бюл. Географ. сети опытов с удобрениями. Вып. 6. М.: ВНИИА, 2009. 76 с.
Бурдуковский М.Л., Голов В.И., Ковшик И.Г. Изменение агрохимических свойств основных пахотных почв юга Дальнего Востока при длительном сельскохозяйственном использовании // Почвоведение. 2016. № 10. С. 1244–1250.
Матвеева К.Н. Оптимизация повышенной кислотности почвы путем использования органических удобрений // Актуал. научн. исслед-я в совр. мире. 2016. № 8–1(16). С. 31–34.
Жеряков Е.В. Регулирование физико-химических свойств черноземных почв // Агрохимические приемы повышения плодородия почв и продуктивности сельскохозяйственных культур в адаптивно–ландшафтном земледелии. Мат-лы научн. конф. М.: ВНИИА, 2006. С. 33–35.
Ореховская А.А., Навольнева Е.В., Соловиченко В.Д., Ступаков А.Г., Ореховская Т.А., Куликова М.А., Беспаленко А.С. Влияние доз удобрений на кислотные свойства чернозема типичного // Актуальные проблемы почвоведения, экологии и земледелия. Сб. докл. научн.-практ. конф. с международ. участием Курского отделения МОО “Общество почвоведов им. В.В. Докучаева”. Курск: ФГБНУ ВНИИЗиЗПЭ, 2016. С. 226–229.
Волынкин В.И., Копылов А.Н., Волынкина О.В. Влияние минеральных удобрений на урожайность культур и агрохимические свойства выщелоченного чернозема // Плодородие. № 6. 2014. С. 14–16.
Барнштейн Л.А., Гизбуллин Н.Г. Методика исследований по сахарной свекле. Киев: ВНИС, 1986. 262 с.
Доспехов Б.А. Методика полевого опыта (с основами статистической обработки результатов исследований) М.: Книга по Требованию, 2012. 352 с.
Королев В.А., Громовик А.И., Боронтов О.К. Изменение основных показателей плодородия чернозема выщелоченного при разных способах основной обработки // Почвоведение. 2016. № 1. С. 107–114.
Окорков В.В., Фенова О.А., Окоркова Л.А. Влияние запасов минеральных форм азота на продуктивность севооборота // Агрохимия. 2016. № 1. С. 17–26.
Окорков В.В., Окоркова Л.А., Фенова О.А. Изменение физико-химических свойств серых лесных почв Ополья при длительном применении удобрений // Докл. РАСХН. 2015. № 3. С. 34–38.
Дополнительные материалы отсутствуют.