Агрохимия, 2019, № 1, стр. 5-10

ВВЕДЕНИЕ

Результаты агроэкологического мониторинга дерново-подзолистых почв Предуралья показали, что за последние 10 лет на половине реперных участков произошло снижение содержания гумуса и азота в пахотных почвах края [1]. Возникла проблема восстановления плодородия нарушенных почв. Процесс увеличения этих показателей в почве длителен, требует регулярного ежегодного применения удобрений.

При совместном использовании органических и минеральных удобрений улучшается комплекс агрохимических параметров, а именно: устанавливается оптимальная для растений кислотность среды, значительно повышается содержание гумуса и биогенных элементов в почве, что обеспечивает высокую продуктивность пашни. По данным Министерства сельского хозяйства и продовольствия Пермского края, в последнее время вносят: органические удобрения ≈1 т/га и минеральные – 12–15 кг д.в./га. Для воспроизводства параметров плодородия необходимо внесение только органических удобрений ≈8–10 т/га. Переход к адаптивному ландшафтному земледелию является наиболее перспективным направлением сохранения и воспроизводства плодородия почв, ресурсосбережения, охраны природы, повышения урожайности сельскохозяйственных культур [2, 3].

Главная роль в адаптивно-ландшафтном земледелии принадлежит правильно организованным и биологически ориентированным севооборотам, являющимся важнейшим средством регулирования почвенных режимов, накопления в почве пожнивно-корневых остатков и биологического азота, снижения дефицита гумуса в почвах, регулирования влагообеспеченности растений, борьбы с сорняками, болезнями и вредителями сельскохозяйственных культур [4, 5]. При этом научно обоснованное размещение культур в севооборотах, разработанное на основе рационального использования природных, химических, биологических факторов с соблюдением технологий их возделывания, позволяет оптимизировать функционирование системы земледелия, обеспечивая ее адаптивную устойчивость [6, 7].

Для Пермского края необходимо определить оптимальные параметры содержания и качественного состава гумуса, азота и других элементов питания при разном уровне интенсификации сельскохозяйственного производства, обеспечивающие получение высоких и стабильных урожаев. Решение этой проблемы возможно только при проведении систематических исследований в длительных полевых опытах, которые являются фундаментальной базой для изучения воздействия сельскохозяйственного использования земель на различные аспекты плодородия почв, урожайность сельскохозяйственных культур и окружающую среду.

Цель работы – изучение влияния бессменных посевов и севооборотов на трансформацию агрохимических свойств и азотного режима пахотных дерново-подзолистых тяжелосуглинистых почв Предуралья.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

На дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почве полевого стационарного опыта, заложенного в 1977 г., осенью 2017 г. на 2-х несмежных повторениях были отобраны почвенные образцы в слое 0–20 см в следующих вариантах опыта: 1 – чистый пар бессменно, 2 – ячмень бессменно, 3 – озимая рожь бессменно, 4 – севооборот (0% бобовых): ячмень – озимая рожь – яровая пшеница – ячмень – овес, 5 – севооборот (типичный, 28.6% бобовых): унавоженный чистый пар – озимая рожь – пшеница яровая + клевер – клевер 1-го года пользования (г.п.) – клевер 2-го г.п. – ячмень – овес, 6 – севооборот (42.9% бобовых, вариант введен в 1993 г.): сидеральный пар (клевер 1-го г.п.) – озимая рожь – яровая пшеница + клевер – клевер 1-го г.п. – клевер 2-го г.п. – ячмень – овес + клевер, 7 – залежь, которая представляет собой в настоящее время злаково-разнотравный луг и находится в данном режиме использования с 1977 г.

В опыте использовали N_aa и K_х по 60 кг д.в./га под зерновые культуры, Р_с – 60 кг д.в./га (до 1992 г.) и 30 кг д.в./га (с 1993 г. по настоящее время), подстилочный навоз – 40 т/га пашни в паровом поле типичного севооборота. На момент закладки опыта почва имела следующие агрохимические показатели: рН_KCl 5.2–5.3, гидролитическая кислотность – 2.1–2.3, обменная – 0.029–0.035, сумма поглощенных оснований – 14.0–15.5 мг-экв/100 г почвы, содержание гумуса (по Тюрину) – 1.9%, подвижных форм фосфора в пахотном слое – 225–240, калия (по Кирсанову) – 196–204 мг/кг почвы. Общий азот определяли по методу Кьельдаля, трудногидролизуемый и легкогидролизуемый азот – по методике [8].

Повторность опыта трехкратная, размещение вариантов последовательное. Агротехника культур в опыте – общепринятая для центральной зоны Пермского края. Общая площадь делянки – 75 м², учетной – 48 м² . Отбор почвенных образцов проводили на глубину 0–20 см с 2-х несмежных повторений в 3-х точках на каждом.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Проведение систематических исследований в длительных стационарных полевых опытах при соблюдении всех агротехнических приемов позволяет изучить направление трансформации основных параметров плодородия при различном землепользовании и применении удобрений. Полевой опыт интересен наличием вариантов с бессменными посевами зерновых культур, севооборотов с различным насыщением бобовыми травами, а также с бессменным чистым паром и залежью. Через 40 лет ведения опыта залежная почва по своим характеристикам (по кислотности почвенного раствора, содержанию гумуса и другим параметрам плодородия) стала соответствовать целинной [9]. В 2017 г. в ней определено характерное для дерново-подзолистых почв Предуралья содержание гумуса – 2.35% (табл. 1). Минимальный уровень содержания гумуса отмечен в бессменном чистом пару – 1.34%. Эта величина на 30% меньше, чем перед закладкой опыта. Уровень содержания гумуса, установившийся за 40 лет в бессменном пару (1.34%), условно принят за минимальное содержание гумуса в дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почве Предуралья [10].

Бессменное возделывание ячменя и озимой ржи без удобрений и при внесении NPK способствовало поддержанию агрохимических параметров почвы на уровне, близком к исходному. Ведение традиционного севооборота с двумя полями клевера, применением органической и органо-минеральной систем удобрения привело к улучшению комплекса агрохимических параметров. Кислотность почвы изменилась от кислой (рН_КСl 4.8) до слабокислой (рН_КСl 5.3–5.4), содержание гумуса увеличилось с 1.90 до 2.51–2.53%, подвижного фосфора – до 537.5–732.5 мг/кг). Возделывание сельскохозяйственных культур в севообороте с долей бобовых 42% без внесения органических удобрений обеспечило исходный уровень гумуса в почве, не ухудшая другие агрохимические свойства. Севооборот с высоким насыщением бобовыми был развернут в 1993 г. после длительного возделывания на этом участке севооборота с насыщением зерновыми до 72%, поэтому на данном участке опытного поля почва имела более низкое содержание гумуса, чем в типичном севообороте. Закономерных изменений содержания обменного кальция и магния в опыте не установлено.

Азотный фонд почвы является важнейшей характеристикой ее плодородия и отражает как биоклиматические особенности природной зоны, так и особенности приемов землепользования [11, 12]. Под воздействием различных агротехнических приемов отмечены количественные изменения в содержании органического и минерального азота почвы.

Содержание общего азота в слое 0–20 см исследованной почвы было минимальным в варианте бессменного чистого пара и составляло на момент обследования 980 мг/кг, что, по-видимому, было связано с высокой скоростью минерализации органического вещества при интенсивной механической обработке почвы (табл. 2). Многолетнее возделывание ячменя и озимой ржи на одном поле без внесения удобрений и с применением NPK поддерживало уровень азота в почве в интервале 1440–1620 мг/кг. Ведение зернового севооборота (0% бобовых) истощало дерново-подзолистую почву, содержание азота снизилось до 1280–1300 мг/кг.

В связи со значительным выносом азота культурами севооборота с высоким насыщением бобовыми (высокая урожайность зерновых – 22–30 ц з.е./га, интенсивная минерализация органического материала при оптимальном соотношении С : N) его содержание было меньше, чем в почве типичного севооборота, и составило 1430 мг/кг. Обогащение почвы азотом отмечено только при наложении органо-минеральной системы удобрения в типичном 7-польном севообороте, где содержание общего азота достигло уровня 1730–2060 мг/кг. Залежь характеризовалась типичным для естественных дерново-подзолистых почв уровнем азота – 1550 мг/кг [13, 14].

Основные запасы азота почвы представлены в органической форме. Полученные экспериментальные данные свидетельствовали о том, что в слое 0–20 см исследованной дерново-подзолистой почвы азот представлен преимущественно негидролизуемыми и трудногидролизуемыми формами. Содержание негидролизуемого азота варьировало от 402 до 1180 мг/кг и составляло 43–57% от общего азота в почве. Следует отметить, что внесение минеральных удобрений уменьшало долю негидролизуемого азота и увеличивало долю его гидролизуемых фракций, т.е. делало азотный фонд почвы более подвижным [15, 16]. Возделывание сельскохозяйственных культур в севообороте с высоким (43%) насыщением бобовыми культурами также способствовало уменьшению негидролизуемой фракции азота. Доля трудногидролизуемого азота составила 28.7–40.4% от общего. Закономерных изменений его содержания от внесения удобрений или типа севооборота не установлено.

Среди органических соединений азота наиболее ценной в агрономическом отношении является фракция легкогидролизуемого азота (N_лг), являющегося ближайшим резервом питания растений [17–19]. Отмечена тенденция к увеличению содержания данной фракции азота при внесении минеральных удобрений. Севооборот (0% бобовых) характеризовался низким содержанием легкогидролизуемого азота в почве, увеличение доли бобовых не привело к накоплению этой фракции. В почве бессменного пара содержание N_лг соответствовало почве севооборотных полей и бессменных культур. По абсолютному содержанию этой фракции выделялась залежная почва – 300 мг N_лг/кг почвы.

Фракция минерального азота представлена аммиачным и нитратным азотом и составляла 0.3–0.7% от общего азота. Закономерных изменений в ее содержании не установлено. Максимальную величину этот показатель имел в севообороте (28.6% бобовых), в варианте навоз + NPK (10.8 мг/кг). Относительное содержание минерального азота было больше в почве бессменного чистого пара – 0.75%, что связано, скорее всего, с повышенной аэрацией почвы, которая вызывала ускорение процессов разложения органических соединений азота.

Таким образом, азотный фонд дерново-подзолистой почвы длительного стационарного опыта представлен на 43–57% негидролизуемыми и на 28–40% – трудногидролизуемыми формами азота. Длительное применение полного минерального удобрения (NPK) привело к увеличению содержания гидролизуемых форм азота, повысило абсолютное содержание легкогидролизуемой фракции. Севооборот с двумя полями клевера, внесением навоза и минеральных удобрений обеспечивал максимальное накопление доступных для растений фракций азота. Бессменное парование и возделывание культур в зерновом севообороте истощали почву. Различные приемы землепользования не изменили соотношение фракций в составе азота, характерное для дерново-подзолистых почв Предуралья.

ВЫВОДЫ

1. Интенсивная механическая обработка (вариант бессменного чистого пара), отсутствие поступающего органического материала привели к уменьшению содержания гумуса на 30% и обеднению элементами питания дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почвы. Возделывание культур в севообороте (28.6% бобовых) с применением органо-минеральной системы удобрения способствовало увеличению содержания гумуса до 2.5%, фосфора – до 537–732 мг/кг. Увеличение доли бобовых до 42.9% в севообороте обеспечило сохранение исходного уровня содержания гумуса и других агрохимических показателей в почве.

2. Почва, находящаяся в состоянии залежи 40 лет, содержала общего азота 1550 мг/кг. При длительном паровании его содержание уменьшилось до 980 мг/кг. Бессменное возделывание ячменя и озимой ржи не способствовало накоплению азота в почве. Накопление азота большее, чем в целинных почвах, обеспечил севооборот с 2-мя полями клевера и применением органо-минеральной системы удобрения – до 2060 мг/кг. Длительное применение минеральных удобрений привело к увеличению содержания гидролизуемых, потенциально доступных растениям, фракций азота.