1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Агрохимия
  4. № 4, 2019

Агрохимия, 2019, № 4, стр. 54-59

ПОЧВЕННАЯ КИСЛОТНОСТЬ, СТЕПЕНЬ УДОБРЕННОСТИ И УРОЖАЙНОСТЬ ЯРОВОЙ ПШЕНИЦЫ В СЕВЕРНОЙ ПОЛОСЕ ЛЕСОСТЕПНОЙ ЗОНЫ РЕСПУБЛИКИ ТАТАРСТАН

И. Д. Давлятшин 1, *, А. А. Лукманов 1, Р. Р. Гайров 1

1 Центр агрохимической службы “Татарский”
420059 Казань, Оренбургский тракт, 120, Россия

* E-mail: davlytshin39@gmail.com

Поступила в редакцию 10.08.2018
После доработки 19.09.2018
Принята к публикации 12.01.2019

Полный текст (PDF)

Аннотация

На примере одного из муниципальных районов Республики Татарстан, расположенном в подзоне светло-серых лесных почв, проанализировали парную и множественную корреляции между средневзвешенным содержанием подвижных форм фосфора (Р2О5), калия (K2О), доли кислых почв (Дкп) в составе почвенного фонда пахотных угодий и урожайностью яровой пшеницы (Уфакт) за период 1970–2016 гг. Выявлена зависимость между уровнем содержания элементов питания в почве и продуктивностью агроценоза: положительные коэффициенты корреляции составили ≈0.60. Напротив, зависимости между Дкп и Уфакт, содержанием Р2О5, К2О характеризовались отрицательными коэффициентами – –0.60…–0.76. Получены параметры множественной связи между проанализированными факторами и урожайностью яровой пшеницы.

Ключевые слова: почвенная кислотность, степень удобренности, урожайность, яровая пшеница, северная полоса лесостепной зоны, Республика Татарстан.

ВВЕДЕНИЕ

В число ведущих агрохимических показателей, определяющих уровень почвенного плодородия и используемых Агрохимической службой РФ, входит обменная кислотность почв. Для ее качественной оценки величины рНKCl группируют по 6 градациям [1].

Почвенная кислотность оказывает разностороннее влияние на физические (плотность), физико-химические (состав и емкость катионного обмена), биологическую активность почв, доступность и поглощение макроэлементов питания, эффективность минеральных удобрений, что влияет на уровень почвенного плодородия, продуктивность агроценозов и определяет интенсивность и скорость обмена веществ и энергии [1–12].

Почвенная кислотность относится к фундаментальным свойствам, которым характерен низкий уровень варьирования в пределах одной почвенной таксономической единицы – типа, подтипа, рода, вида и разновидности [13]. Цель работы – оценка доли участия кислых почв пахотных угодий на формирование урожайности (Уфакт) яровой пшеницы, выявление возможности использования параметров ее связи с другими агрохимическими факторами в прогнозировании продуктивности агроценозов на примере пахотных почв северной части лесостепной зоны одного из районов Республики Татарстан, имеющих пестрый почвенный покров.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

Исследование проводили для временных рядов данных агрохимических показателей и урожайности яровой пшеницы за период 1970–2016 гг., полученных в Атнинском муниципальном р-не РТ (ранее входил в состав Арского р-на). Ряды представлены основными агрохимическими показателями – содержанием подвижных форм фосфора (Р2О5), калия (K2О) и обменной кислотности. Информация получена в ходе агрохимического обследования муниципального района. Средняя урожайность яровой пшеницы по годам представлена для муниципального района в целом. Фактическим материалом служили данные агрохимического обследования пахотных почв Атнинского р-на (ранее входил в состав Арского р-на), за этот период проведено 10 туров обследования с интервалом 5–8 лет. Агрохимические данные конкретных годов между турами получены методом интерполяции. Сведения об отчетной урожайности яровой пшеницы получены из Министерства сельского хозяйства и продовольствия, статистического управления Республики Татарстан.

Отбор образцов почв и лабораторные анализы проводили по принятой в агрохимической службе РФ методике, в том числе определение рНKCl – по методу ЦИНАО (ГОСТ 26483-85). В группу кислых пахотных почв вошли: очень сильнокислые, сильнокислые, среднекислые и слабокислые почвы, как доли (в %) (Дкп) от общей площади пашни. Возможно, что такое суммирование является упрощением, т.к. слабая кислотность меньше влияет на урожайность. Содержание подвижных форм фосфора и обменного калия определяли по методам Кирсанова, Чирикова, Мачигина в модификации ЦИНАО: ГОСТ 26207-91, ГОСТ 26204-91, ГОСТ 26205-91. Наличие разных методов определяет некоторую условность для средневзвешенных по площади величин. Временнóй ряд урожайности яровой пшеницы, агрохимических свойств почв обработан с помощью программы “МS Exell 2003” и прикладного пакета STATISTICA 5.0.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Исследованные временные ряды представлены в табл. 1. Урожайность яровой пшеницы и содержание подвижных форм фосфора и калия в основном изменялись поступательно, имели положительную динамику от первого срока наблюдения к последним годам, а имевшиеся ее изменения были связаны в том числе с варьированием метеорологических показателей, особенно атмосферных осадков. Обеспеченность пахотных почв подвижным фосфором и обменным калием также улучшалась, максимальные показатели были отмечены в 1990–1999 гг., минимальные – в начале наблюдения.

Таблица 1.

Временнóй ряд урожайности яровой пшеницы (Уфакт), обеспеченности элементами питания и почвенной кислотности пахотных почв Атнинского р-на РТ

Год Уфакт Подвижные, мг/кг Доля кислых почв, % от общей площади пашни Год Уфакт Подвижные, мг/кг Доля кислых почв, % от общей площади пашни
Р2О5 K2О Р2О5 K2О
1970 12.0 64.2 99.8 72.8 1994 36.2 160 130 56.1
1971 13.8 70.3 97.4 70.4 1995 29.9 158 130 58.0
1972 10.1 76.4 95.0 68.0 1996 37.3 157 131 56.1
1973 8.7 82.5 92.6 65.7 1997 63.2 156 131 54.3
1974 10.5 84.7 95.9 65.8 1998 26.9 154 132 52.5
1975 8.8 86.8 99.2 65.9 1999 9.9 153 132 50.7
1976 10.6 89.0 103 66.0 2000 27.9 151 130 51.5
1977 14.5 91.2 106 66.1 2001 48.0 150 129 52.3
1978 18.9 93.4 109 66.2 2002 36.6 148 127 53.2
1979 13.1 95.5 112 66.3 2003 42.1 146 126 54.0
1980 15.7 103 114 65.8 2004 30.7 145 126 54.8
1981 6.8 111 116 65.2 2005 39.3 144 125 55.6
1982 17.3 118 117 64.7 2006 35.8 142 123 56.4
1983 13.6 126 119 64.2 2007 27.2 141 122 57.3
1984 16.6 134 120 63.6 2008 48.4 139 121 58.1
1985 24.0 141 122 63.1 2009 46.7 138 120 56.4
1986 24.7 141 122 62.7 2010 9.3 138 119 54.7
1987 10.9 141 119 62.3 2011 23.6 137 119 53.0
1988 10.5 141 117 61.4 2012 27.7 136 118 51.7
1989 15.5 141 115 61.6 2013 21.8 135 118 49.6
1990 20.2 141 115 61.2 2014 36.4 135 117 47.9
1991 17.9 146 118 59.8 2015 39.6 138 116 46.1
1992 22.7 150 122 58.0 2016 27.8 141 116 44.4
1993 23.7 155 126 56.1  

Доля кислых почв (в %) в составе пашни, наоборот, в основном уменьшалась от первого срока наблюдения к последнему году (от 72.8 до 44.4%). Динамика кислотности пахотных почв муниципального района представлена в табл. 2. В начале наблюдения преобладала группа слабокислых почв, второе место занимала группа среднекислых. В начале наблюдения сумма кислых почв (сильнокислые (I), среднекислые (II) и слабокислые (III)) в составе пашни занимала 79.8% от общей площади пашни. В VII туре суммарная доля кислых почв (I + II + III) занимала 50.7%, доля IV + V групп – 49.3%. К X туру обследования преобладали почвы IV + V групп. Под влиянием известкования доля кислых почв постепенно снижалась, в почвах пашни уже преобладали нейтральные и близкие к нейтральным почвы за счет трансформации более кислых почв в менее кислые.

Таблица 2.

Динамика изменения кислотности пахотных почв, % от площади обследования

Туры–годы–площадь, тыс. га Группы кислотности Средневзвешенная величина рНKCl
I II III IV V Дкп, %
I–1967–183 1.6 28.9 49.3 13.5 6.7 79.8 5.2
II–1973–47.6 2.5 19.9 43.3 14.3 20.0 65.7 5.3
III–1979–47.8 1.4 22.0 42.9 21.6 12.1 66.3 5.3
IV–(1985–1986)–48.6 0.8 22.2 40.1 25.3 11.6 63.1 5.9
V–(1989–1990)–48.2 2.9 25.5 32.8 24.7 14.1 61.2 5.4
VI–1994–48.0 5.6 25.9 25.3 19.6 20.6 59.8 5.3
VII–1999–49.1 3.1 19.1 28.5 26.9 22.4 50.7 5.5
VIII–(2006–2010)–47.5 4.6 18.3 35.1 24.7 17.3 58.0 5.4
IX–(2010–2013)–44.8 3.3 19.4 29.0 25.6 22.7 51.7 5.5
X–(2010–2014)–44.3 3.7 15.0 25.8 26.7 28.8 44.4 5.5

Примечание. Группы кислотности почв: I – сильнокислая (рН < 4.5), II – среднекислая (рН = 4.6–5.0), III – слабокислая (рН = 5.1–5.5), IV – близкая к нейтральной (рН = 5.6–6.0), V – нейтральная (рН > 6.0).

Такое изменение кислотно-основных свойств почв было обеспечено за счет известкования пахотных угодий. В Атнинском муниципальном р-не его осуществляли с 1977 г. за счет средств государства (табл. 3). С этого времени по 1984 г. площадь ежегодного известкования составляла 11.0–16.2 тыс. га, в период интенсивной химизации (1985–1989 гг.) – 20.0–31.9 тыс. га, в период перестройки она варьировала от 1.7 до 7.9 тыс. га с общей тенденцией к уменьшению к концу наблюдения. За 40 лет средняя площадь ежегодного известкования составила 9.86 тыс. га при общей площади пашни 394.2 тыс. га. Под влиянием известкования увеличились средневзвешенные показатели рН от 5.2 до 5.5 (табл. 2).

Таблица 3.

Темпы известкования кислых пахотных почв в районе

Год СаСО3, т/га Год СаСО3, т/га Год СаСО3, т/га Год СаСО3, т/га
1977 15.8 1988 31.9 1999 4.8 2010 3.3
1978 16.2 1989 29.0 2000 6.2 2011 3.8
1979 15.2 1990 30.1 2001 4.5 2012 3.5
1980 11.9 1991 6.6 2002 4.4 2013 1.7
1981 13.1 1992 6.5 2003 5.1 2014 2.2
1982 13.0 1993 6.5 2004 2.9 2015 2.4
1983 13.0 1994 7.4 2005 3.5 2016 1.9
1984 15.5 1995 5.5 2006 4.8 Сумма 394
1985 20.0 1996 7.7 2007 3.1 Среднее 9.86
1986 26.0 1997 7.9 2008 4.2 Min–Max 1.7–31.9
1987 26.6 1998 3.6 2009 2.9

Почвенная кислотность, как правило, снижает урожайность сельскохозяйственных культур, что подтверждено результатами многочисленных опытных площадок [1, 4]. Соответственно, многие культуры имеют оптимальный диапазон параметров рН среды от слабокислой до слабощелочной [6]. Для яровой пшеницы этот диапазон составляет 6.6–7.5–8.5 ед. рН.

Показатели урожайности яровой пшеницы, содержания подвижных элементов питания – фосфора и калия и величины доли кислых почв в составе пахотных угодий были связаны между собой. При этом величина урожайности яровой пшеницы имела тенденцию к росту во времени, хотя были изменения из-за чередования типичных, благоприятных по увлажнению и засушливых сельскохозяйственных годов [14]. Средневзвешенное содержание подвижного фосфора и обменного калия в пахотных почвах также имело тенденцию к увеличению во времени за счет применения минеральных и органических удобрений. Таким образом, показатели обеспеченности почв основными макроэлементами питания и урожайности яровой пшеницы временнóго ряда имели одно векторное направление, и связь между ними характеризовалась положительными коэффициентами корреляции – 0.59–0.60. В отличие от содержания макроэлементов доля кислых почв пашни от первых сроков наблюдения к последнему году уменьшалась, т.е. она изменялась разнонаправленно с урожайностью пшеницы, соответственно связь между ними была отрицательной (табл. 4).

Таблица 4.

Коэффициенты парной корреляции между показателями агрохимических свойств почв и урожайностью яровой пшеницы

Показатель Уфакт Р2О5 K2О Дкп, %
Фактическая урожайность (Уфакт) 1 0.59 0.60 –0.60
Содержание подвижного фосфора (Р2О5)   1 0.90 –0.76
Содержание обменного калия (K2О)     1 –0.62

Установлены связи между действующими факторами и величиной урожайности: коэффициенты парной корреляции изменялись от –0.76 до 0.90 и были статистически достоверными при уровнях значимости α = 0.05 и 0.01, где критическими коэффициентами являлись величины r = = 0.29 и 0.45. Содержания подвижного фосфора и обменного калия имели парный коэффициент корреляции между собой, равный 0.90, что указывало на однотипные источники пополнения фонда этих макроэлементов. Можно предположить, что меньший коэффициент корреляции между Уфакт и содержанием Р2О5, равный 0.59, указывал на достаточную обеспеченность этим элементом культуры для данного уровня урожайности пшеницы, а более высокие показатели коэффициента корреляции для содержания К2О – об его недостатке.

Множественная корреляция между исследованными показателями представлена в табл. 5. Для 3-х факторов (содержание Р2О5, К2О и Дкп) и урожайности пшеницы множественная связь имела коэффициент корреляции, равный 0.67, что лишь несколько больше, чем отдельные парные показатели. При этом t-коэффициент Стьюдента для содержания Р2О5 был равен 0.599, для содержания К2О и Дкп – соответственно 2.086 и 2.154. Это позволило исключить Р2О5 из расчетов. Рассчитанный коэффициент множественной корреляции не уменьшился (r = 0.67).

Таблица 5.

Показатели множественной корреляции между параметрами факторов, влияющих на продуктивность и величиной урожайности (Уфакт) яровой пшеницы

Уфакт Факторы Коэффициент t-критерий Стьюдента Разница Уфакт – Урасч, %
r r2
Р2О5, К2О, Дкп 0.673 0.453 5.90 37.6
К2О, Дкп 0.668 0.447 5.89 38.2
Уравнения регрессии
Уфакт = 10.85 – 11.06 × Р2О5 + 0.671 × К2О – 0.865 × Дкп
Уфакт = 11.39 + 0.471 × К2О – 0.721 × Дкп

Для 3-х факторов множественной корреляции рассчитано уравнение регрессии, что позволило получить расчетный ретропрогноз урожайности на основе конкретных показателей изученных факторов (табл. 6). Так как уравнение линейное, то этот прогноз отражает только тренд урожайности.

Таблица 6.

Прогнозирование фактической урожайности яровой пшеницы (Уфакт) на основе изменения содержаний подвижного Р2О5, обменного K2O и почвенной кислотности (%), ц/га

Год Уфакт, ц/га Разница Уфакт – Урасч Год Уфакт, ц/га Разница Уфакт – Урасч
эмпири-ческая расчетная ц/га, ± % эмпири-ческая расчетная ц/га, ± %
1970 12.0 7.7 4.3 35.7 1994 36.2 28.4 7.8 21.6
1971 13.8 7.5 6.3 45.6 1995 29.9 30.5 –0.6 2.0
1972 10.1 7.3 2.8 27.7 1996 37.3 32.7 4.6 12.4
1973 8.7 7.0 1.9 19.4 1997 63.2 34.7 28.5 45.1
1974 10.5 8.6 1.7 17.9 1998 26.9 36.8 –9.9 36.8
1975 8.8 10.8 –2.0 22.5 1999 9.9 38.9 –29.0 293.0
1976 10.6 12.7 –2.1 19.6 2000 27.9 37.5 –9.6 34.4
1977 14.5 14.4 0.1 0.5 2001 48.0 36.1 11.9 24.9
1978 18.9 16.4 2.4 13.0 2002 36.6 34.6 2.0 5.5
1979 13.1 18.3 –5.2 40.0 2003 42.1 33.2 8.9 21.2
1980 15.7 19.0 –3.3 21.1 2004 30.7 31.8 –1.1 3.6
1981 6.8 19.7 –12.9 189.6 2005 39.3 30.4 8.9 22.7
1982 17.3 20.3 –3.0 17.2 2006 35.8 28.8 6.9 19.4
1983 13.6 20.9 –7.3 54.0 2007 27.2 27.4 –0.2 0.8
1984 16.6 21.7 –5.1 30.7 2008 48.4 26.1 22.3 46.1
1985 24.0 22.3 1.7 7.1 2009 46.7 26.6 20.1 43.0
1986 24.7 21.7 3.0 12.1 2010 9.3 27.2 –17.9 192.0
1987 10.9 21.0 –10.1 92.9 2011 23.6 27.7 –4.1 17.3
1988 10.5 20.9 –10.4 98.7 2012 27.7 28.2 –0.5 1.9
1989 15.5 19.7 –4.2 27.0 2013 21.8 29.7 –7.9 36.3
1990 20.2 19.1 1.1 5.5 2014 36.4 31.2 5.2 14.3
1991 17.9 21.4 –3.5 19.7 2015 39.6 32.7 6.9 17.3
1992 22.7 23.7 –1.0 4.6 2016 27.8 34.0 –6.2 22.4
1993 23.7 25.9 –2.2 9.4   Среднее отклонение = 37.6%

Фактическая урожайность в 22-х случаях превышала расчетные величины, в 25-ти случаях, наоборот, расчетная урожайность была больше фактической. Абсолютная разница в 23-х случаях была больше 5.0 ц/га, в 24-х случаях – меньше на указанную величину. Серии лет с положительными и отрицательными отклонениями от тренда можно связать с погодным фактором – относительно высоким количеством атмосферных осадков и их распределением в период вегетации культуры. Превышение расчетной урожайности над фактической имело место в 25-ти случаях, что приходилось на засушливые сельскохозяйственные годы.

Различие между Уфакт и Урасч больше 10 ц/га повторялось 9 раз, а именно в 1981, 1987, 1988, 1997, 1999, 2001, 2008, 2009, 2010 гг. Среди них в 4-х случаях – Уфакт > Урасч, что означало благоприятные по условиям увлажнения годы, в 5-ти случаях, наоборот, Уф < Урасч, что подтвердили экстремальные условия увлажнения, особенно в период вегетации культуры.

Относительная разница (в %) между фактической и расчетной урожайностью варьировала от 0.8 (2007 г.) до 293% (1999 г.). На этом фоне в 16-ти случаях разница была >30%, в 31-м случае – <30%. Разница между Уфакт и Урасч >50% встречалась 6 раз, в том числе >100% – 3 раза, а именно: в 1981 г. (190%), 1999 г. (293%) и 2010 г. (192%).

Расчеты, выполненные по уравнению регрессии для 2-х факторов (содержание К2О и Дкп), дали аналогичный результат со средней разницей между фактической и расчетной урожайностью, равной 42.3%.

Исключение из матрицы экстремальных сельскохозяйственных годов уже апробировано в одном из муниципальных районов РТ [15], оно показало существенное укрепление статистических связей между факторами, влияющими на продуктивность культуры, и величиной урожайности яровой пшеницы, следовательно между величинами фактической и расчетной урожайности яровой пшеницы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Многолетние ряды урожайности яровой пшеницы в одном из муниципальных районов Республики Татарстан, средневзвешенных содержаний в пахотных почвах подвижных фосфора и калия, доли кислых почв в пашне проанализированы в виде парных корреляций между указанными показателями и в виде линейной (трендовой) зависимости урожайности от этих показателей. Отклонения от тренда можно интерпретировать в том числе как отклонения погодных условий в благоприятную и в неблагоприятную сторону.

Список литературы

  1. Сычев В.Г. Тенденции изменения агрохимических показателей плодородия почв европейской части России / Под ред. Минеева В.Г. М.: ЦИНАО, 2000. 187 с.

  2. Небольсин А.Н., Небольсина З.П. Теоретические основы известкования почв. СПб., 2005. 252 с.

  3. Небольсин А.Н., Небольсина З.П. Источники почвенной кислотности // Мат-лы Всерос. конф., посвящ. 100-летию кафедры почвоведения им. Л.Н. Александровой. СПб., 2006. С. 60–63.

  4. Шильников И.А., Сычев В.Г., Зеленов Н.А., Аканова Н.И., Федотова Л.С. Известкование как фактор урожайности и почвенного плодородия. М.: ВНИИА, 2008. 340 с.

  5. Белицина Г.Д., Васильева В.Д., Гришина Л.А. Почвоведение / Под ред. Ковды В.А., Розанова Б.Г. Ч. 1. Почва и почвообразование М.: Высш. шк., 1988. 400 с.

  6. Ковда В.А. Основы учения о почвах. Кн. 1. М.: Наука, 1973. 448 с.

  7. Ильин В.Б. Элементный состав растений. Новосибирск: Наука, СО, 1985. 120 с.

  8. Кирюшин В.И. Экологические основы земледелия. М.: Колос, 1996. 376 с.

  9. Шильников И.А., Лебедева Л.А. Известкование почв. М.: Агропромиздат, 1987. 171 с.

  10. Ивойлов А.В. Влияние известкования и минеральных удобрений на продуктивность зернопропашного севооборота и плодородие выщелоченного чернозема: Автореф. дис. … канд. с.-х. наук. М., 1988. 20 с.

  11. Ивойлов А.В. Эффективность удобрения и известкования выщелоченных черноземов. Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 2015. 264 с.

  12. Шильников И.А. Агрохиммелиорация – основа применения удобрений // Плодородие. 2006. № 5. С. 24–26.

  13. Шишов Л.Л., Дурманов Д.Н., Карманов И.И., Ефремов В.В. Теоретические основы и пути повышения плодородия почв. М.: Агропромиздат, 1991. 304 с.

  14. Переведенцев Ю.П., Шерстюков Б.Г., Наумов Э.П., Верещагин М.А., Шанталинский К.М. Климатические условия и ресурсы Республики Татарстан / Под ред. Переведенцева Ю.П., Наумова Э.П. Казань: Изд-во Казан. гос. ун-та, 2008. 288 с.

  15. Давлятшин И.Д., Лукманов А.А. Агрохимические факторы, атмосферные осадки и урожайность яровой пшеницы в лесостепи Среднего Поволжья (на примере Пестречинского муниципального района Республики Татарстан) / Под ред. Ивойлова А.В. Казань: Изд-во Казан. гос. ун-та, 2016. 200 с.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Агрохимия

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал