Агрохимия, 2019, № 3, стр. 30-36

ВВЕДЕНИЕ

Почти три десятилетия значительная часть активно используемых пахотных дерново-подзолистых почв Нечерноземья находится в процессе хронической, скрытой (определяемой инструментальными методами) деградации [1–5]. Особенно тяжелые риски для регионального земледелия, сопряженные с недобором урожая, ухудшением качества продукции и снижением экономической эффективности, связаны с ускоренным подкислением и утратой почвой подвижных соединений калия [6–9]. В длительных опытах на дерново-подзолистых почвах при этом фиксируют нежелательные изменения агрофизических свойств, прежде всего связанных с их структурным состоянием и водным режимом [2, 5, 9]. Ценовая недоступность минеральных удобрений, ограниченное применение навоза в результате сокращения поголовья крупного рогатого скота и его концентрации на мегафермах лишь усугубляют ситуацию [3, 5, 10]. В последние годы, в связи с интенсивным развитием птицеводства, все больше обращают внимание на необходимость рационального использования имеющихся ресурсов пометных удобрений [11, 12]. Выполнение весьма жестких экологических требований к ним делает необходимой технологическую переработку помета, гарантирующую получение продукта с благоприятными физическими, удобрительными и санитарно-гигиеническими свойствами [10–12].

В Ленинградской обл., ежегодно накапливающей до 1 млн т птичьего помета, ООО “Билавис” разработана энергосберегающая технология производства высококонцентрированного органо-минерального удобрения (ОМУ). Оно представляет собой гранулированную смесь сухого помета и золы, образовавшейся при сжигании части помета с целью высушивания основной его партии. Комплексную агроэкологическую оценку этого удобрения провели в Агрофизическом НИИ в серии полевых экспериментов с 2010 г. Цель работы – анализ результатов этого исследования, касающийся оценки возможностей ОМУ в оптимизации кислотно-основного состояния и ряда агрохимических свойств легкой дерново-подзолистой почвы, подвергшейся длительной скрытой деградации в полевом севообороте.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

Исследование проводили в 2012–2014 гг. на базе многолетнего стационарного опыта Меньковского филиала АФИ в полевом севообороте: пар сидеральный (люпиновый)–пшеница озимая–ячмень + многолетние травы 1-го года пользования – многолетние травы 2-го года пользования – многолетние травы 3-го года пользования – картофель–рапс яровой. Для сокращения срока оценки изученного удобрения микрополевой опыт в полиэтиленовых сосудах без дна площадью 1 м² формировали одновременно в 3-х закладках, относящихся к 3-м звеньям указанного севооборота: 1 – пар сидеральный–пшеница озимая–ячмень + многолетние травы, 2 – ячмень + + многолетние травы 1-го года пользования – многолетние травы 2-го года пользования – многолетние травы 3-го года пользования, 3 – картофель–рапс яровой–люпин узколистный.

Для набивки сосудов использовали пахотную супесчаную дерново-подзолистую почву контрольного варианта (без удобрений) стационарного опыта, подвергшуюся 30-летнему деградационному процессу [2]. Основные агрохимические свойства почвы: рН_KСl 4.74, гумус – 1.85%, P₂O_5HСl – 217 мг/кг, K₂O_HСl – 92 мг/кг (в 1982 г. при закладке длительного полевого эксперимента эти показатели составляли 5.60, 2.77%, 256 и 197 мг/кг соответственно).

Схема опыта включала 2 фактора:

А – минеральная система удобрения: контроль (без удобрений), N75P50K50, N100P75K75; Б – система применения ОМУ, включающая 7 вариантов с широким диапазоном доз стандартного ОМУ и легированной K_с (10 кг K₂О/т ОМУ) модификации: от малых (3 т/га под пшеницу озимую и 4 т/га под ячмень с подсевом трав и картофель), нацеленных главным образом на обеспечение потребностей растений в элементах питания, до средних (5 и 7 т/га) и высоких (7 и 10 т/га соответственно), рассчитанных и на воспроизводство, и повышение почвенного плодородия.

Партия ОМУ, изученная в данном опыте, имела: влажность – 2.2%, зольность – 25.6%, рН 9.0 и содержала: органического вещества – 74.4, N – 2.46, P₂O₅ – 4.51, K₂O – 3.36, CaO – 7.18, MgO –2.48%; Cu – 97, Zn – 484, Ni – 7.9, Pb – 21, Cd – 0.1 мг/кг. Его нейтрализующая способность достигала 20%, соотношение С_орг : N = 12.7, показатели санитарно-гигиенического состояния указывали на отсутствие жизнеспособных форм патогенных организмов. Удобрения вносили под предпосевную обработку почвы: во 2-м и 3-м звеньях севооборота – однократно под ячмень и картофель, в 1-м звене – дважды (под озимую пшеницу и через неполных 2 года – под ячмень). Остальные культуры возделывали при последействии изученных систем удобрения. Среднегодовые дозы ОМУ изменялись от 1.3–3.3 т/га во 2-м и 3-м звеньях до 2.3–5.7 т/га – в 1-м звене.

Повторность опыта четырехкратная. Учет урожая – сплошной весовой. Химические анализы выполняли в испытательной лаборатории и лаборатории методологии опытного дела АФИ по соответствующим стандартным методикам: определение обменной и активной кислотности – потенциометрическим методом, обменной кислотности и содержания подвижного алюминия – по Соколову, гидролитической кислотности – по Каппену, суммы обменных оснований – по Каппену–Гильковицу, содержание гумуса и легкогидролизуемого азота – по Тюрину, минерального азота (${\text{N - NH}}_{4}^{ + }$ + ${\text{N - NО }}_{3}^{ - }$) – потенциометрическим методом, подвижных соединений фосфора и калия – по Кирсанову, степень подвижности фосфатов – по Карпинскому–Замятиной, содержания легкорастворимого калия – по Дашевскому [13]. Статистическая обработка данных выполнена дисперсионным методом с использованием программного пакета Stat, расчет баланса NРК – по методике ЦИНАО [14].

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Была установлена высокая агрономическая эффективность ОМУ в заданных программой почвенных условиях (рис. 1). Трехкратным за ротацию внесением ОМУ в разовых дозах от 3 до 10 т/га достигали увеличение продуктивности полевого севооборота на 47–73%, при совместном применении с минеральными удобрениями – на 94–179%. Дополнение (легирование) ОМУ калием минерального удобрения обеспечивало повышение продуктивности севооборота на 18%. Эти показатели формировались как за счет прямого действия удобрений на урожайность первых культур, так и последействия в посевах многолетних трав, рапса и люпина. Лучшие результаты окупаемости действующего вещества ОМУ (6.8–11.6 з.е./кг NPK) соответствовали вариантам опыта с малыми и средними дозами. Однако будет неправильным называть эти дозы оптимальными без учета произошедших изменений свойств почвы, в частности, агрохимических.

Рис. 1.

Зависимость продуктивности полевого севооборота от системы удобрения (НСР₀₅: фактор А – 0.19, фактор Б – 0.28, взаимодействие факторов АБ – 0.47 з.е./м²).

Поскольку в каждой тонне ОМУ содержалось 130 кг кальция, калия и магния, причем в значительной степени в форме оксидов, гидрооксидов и гидрокарбонатов, его нейтрализующее действие на почвенную кислотность проявилось достаточно стабильно (табл. 1). В вариантах без удобрений и с одними минеральными удобрениями величина pH_KСl почвы пахотного слоя за 3 года не изменилась. Мало изменялись и другие показатели кислотно-основных свойств почвы. Напротив, действие средних и высоких доз ОМУ было существенным. В среднем в вариантах в расчете на внесенную 1 т ОМУ/га показатель pH_KСl повышался на 0.036 ед., сумма обменных оснований – на 0.045 ммоль(экв)/100 г, степень насыщенности основаниями – на 0.7%, а показатель гидролитической кислотности снижался на 0.047 ммоль(экв)/100 г. Согласно предлагаемым А.С. Фридом подходам и нормативам затрат извести для сдвига pH_KСl почвы на единицу [15, 16], нейтрализующее действие 1 т ОМУ соответствовало действию 257 кг СаСО₃. Это означало, что применением в полевых севооборотах ОМУ в среднегодовых дозах от 1.7 до 2.9 т/га можно предотвратить современный процесс подкисления пахотных дерново-подзолистых почв, а в дозе 4.1 т/га – и оптимизировать их кислотно-основные свойства.

Теоретические расчеты по методике ВНИПТИОУ [17] показали, что в севооборотах с многолетними травами на фоне применения средних и высоких доз ОМУ возможно поддержание бездефицитного баланса гумуса (табл. 2). В условиях опыта это достигалось в большей степени не за счет органического вещества ОМУ, а за счет возрастающей массы пожнивно-корневых остатков и заделываемого в почву сидерата.

Данные относительно влияния ОМУ на агрохимические свойства, определяющие питательный режим почвы, были менее оптимистичными. Возможно, это отчасти объясняется спецификой микрополевого эксперимента, в котором показатели выноса элементов питания урожаем значительно больше, чем в реальном производстве.

Среди основных макроэлементов острым дефицитом отличался хозяйственный баланс азота, особенно в вариантах совместного внесения с минеральными удобрениями (до 538 кг/га за 3 года). Очевидно, что фактические показатели биологического баланса этого элемента были лучше благодаря фиксации азота воздуха симбиотическими бактериями клевера и люпина. Однако факт дефицита баланса подтвержден и трансформацией показателей азотного режима почвы. В частности, содержание легкогидролизуемых соединений азота уменьшалось с исходных 103 до 89–58 мг/кг. При этом положительное относительно контрольного варианта влияние ОМУ на содержание и легкогидролизуемого, и минерального азота отмечено как наблюдениями в течение вегетации, так и по состоянию на конец исследования. Оно выразилось в повышении содержания легкогидролизуемых соединений азота в почве в среднем на 1.2 мг/кг в расчете на 1 т ОМУ /га.

Хозяйственный баланс фосфора складывался с бóльшим профицитом даже на фоне малых доз ОМУ, что указывало на особую ценность этого удобрения для слабоокультуренных, бедных подвижными фосфатами почв. Увеличение содержания в почве подвижного фосфора отмечено во всех вариантах с применением ОМУ (степени подвижности фосфатов – в основном в вариантах со средними и высокими дозами). При этом затраты остаточного фосфора удобрений на прирост содержания подвижного фосфора на 1 мг Р₂О₅ /кг почвы значительно превысили принятый в агрохимслужбе норматив (6.5 кг Р₂О₅/га) и составили в среднем в опыте 8 кг/га. Повышенная буферная способность высокообеспеченных фосфором почв относительно трансформации содержания в них подвижных фосфатов и ее природа были установлены в более ранних исследованиях [18–21].

Информация, касающаяся изменения калийного состояния почвы, подтвердила мнение ряда ученых [6, 22, 23] о недостаточной изученности процессов превращений в системе калий удобрения–калий почвы. Сложно объяснить, в частности, причину сохранения высокой доли легкорастворимого (по Дашевскому) калия в составе обменного при столь значительной степени деградации калийного состояния почвы за 30 предшествующих закладке опыта лет (уменьшение содержания подвижного калия со 197 до 92 мг/кг) [2]. Столь же трудно обосновать балансовыми расчетами незначительное снижение содержания обменного калия на фоне острого дефицита этого элемента почти во всех вариантах системы удобрения: в среднем в опыте с 92 до 85 мг/кг, или по 1 мг/кг в расчете на 190 кг/га дефицита баланса K₂О. В 3-х вариантах была обнаружена тенденция к увеличению содержания K₂О на 2–7 мг/кг при дефиците баланса от 7 до 252 кг/га. Все это могло быть следствием не поддающегося пока эффективному контролю процесса перехода катионов почвенного калия с более энергоемких позиций [6, 24–26].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Применение органо-минерального удобрения на основе куриного помета в разовых дозах от 3 до 7 т/га, или по 1.7–2.9 т/га в среднем в год обеспечило увеличение продуктивности полевого севооборота на частично утратившей плодородие дерново-подзолистой почве на 47–73%, в сочетании с минеральными удобрениями – в 1.9–2.8 раза. При этом компенсировалось подкисление и дегумификация почвы, улучшалось ее фосфатное состояние.

При увеличении среднегодовой дозы ОМУ до 4.1 т/га за 3-летний период достигалось повышение pH_KСl на 0.47 ед., суммы обменных оснований – на 0.58 ммоль(экв)/100 г, содержания подвижных фосфатов – на 60 мг/кг. Содержание гумуса и подвижного калия удавалось стабилизировать либо незначительно увеличить. В среднем дозе 1 т ОМУ/га соответствовало повышение pH_KСl на 0.036 ед., суммы обменных оснований – на 0.045 ммоль(экв)/100 г, содержания легкогидролизуемых соединений азота – на 1.2 мг/кг, подвижных фосфатов – на 6.0 мг/кг.

Применение ОМУ на фоне средних и повышенных доз минерального удобрения практически не изменяло характер его положительного влияния на кислотно-основные свойства почвы, но приводило к обострению дефицита баланса гумуса, азота и калия.