Агрохимия, 2019, № 4, стр. 3-10

ВВЕДЕНИЕ

Комплексное агрохимическое окультуривание почв России показало, что за счет повышения степени обеспеченности их доступным азотом, подвижными формами фосфора и калия, а также снижения кислотности (где это требовалось) происходило увеличение урожайности озимой пшеницы на основных почвенных разновидностях в 3.5–4.0 раза. Эти данные показывают, что урожайность озимой пшеницы >30 ц/га можно получить во всех почвенно-клинических зонах страны только на высокоокультуренных почвах [1]. Первые результаты агрохимического обследования сельскохозяйственных угодий Государственной агрохимической службой свидетельствовали о том, что большинство почв России недостаточно обеспечены подвижным фосфором, их значительная часть – подвижным калием (Нечерноземная зона), больше половины площади пашни характеризовалась повышенной кислотностью. Определение баланса азота, фосфора и калия, выполненное в целом в России за 1967 г. показало, что отчуждение этих питательных веществ урожаем намного превышало их поступление в почву с удобрениями. Дефицит азота составил 43, фосфора – 29 и калия – 63%. В это же время в Англии, Голландии, Швейцарии и других странах Западной Европы с минеральными и органическими удобрениями вносили больше элементов питания, чем отчуждалось с товарной продукцией [2].

В последующие годы применение минеральных и органических удобрений постепенно возрастало. В среднем за 1986–1990 гг. внесли в почву в 3.6 раза больше азотных удобрений по сравнению с 1966–1970 гг., фосфорных – в 5.0 и калийных – в 3.3 раза. За этот же период поступление азота в почву увеличилось в 2.2 раза, фосфора и калия – в 2.3 раза. Благодаря этому стал улучшаться баланс питательных веществ в земледелии страны. Начиная с 1976 г., баланс азота стал положительным, т.е. его поступление в почву стало превышать вынос урожаями. Еще более благоприятной была ситуация с фосфором, внесение которого в почву с минеральными и органическими удобрениями превышало его вынос урожаями, уже начиная с 1971 г. Баланс калия за все годы исследований, исключая 1981–1985 гг., характеризовался как дефицитный. Возмещение выноса К₂О урожаями изменялось от 16 до 93%. Лишь в первой половине 1980-х гг. приходная статья баланса калия равнялась расходной.

В 1975 г. был закончен первый цикл агрохимического обследования пахотных почв, согласно которому 51% пашни характеризовался очень низким и низким содержанием подвижного фосфора, и его распределение по территории было крайне неравномерным. В Нечерноземной зоне Центрального федерального округа таких площадей насчитывали 62%, в Волго-Вятской зоне Приволжского федерального округа и на Северном Кавказе – 65%, в Уральском – 78% и в Дальневосточном – 83%. В то же время в Западной Сибири преобладали почвы с высоким содержанием подвижного фосфора (44%), с низкой обеспеченностью – только 17%.

Полученные результаты агрохимического обследования почв и данные о балансе питательных веществ стали научной основой для организации целенаправленной работы по повышению плодородия почв. С этой целью было разработано несколько целевых программ повышения плодородия почв, в которых особое внимание уделяли фосфатной проблеме. Ее решение осуществляли 2-мя способами. Во-первых, дифференциацией доз фосфора в зависимости от содержания Р₂О₅ в почвах. При их низкой и средней обеспеченности подвижным фосфором внесение фосфора удобрений должно было превышать вынос планируемым урожаем, при повышенной обеспеченности – равняться выносу, при высокой обеспеченности Р-удобрения не применять. Во-вторых, на почвах с низким содержанием подвижного фосфора и кислой реакцией почвенной среды рекомендовали вносить фосфоритную муку в дозах Р300–800 за один прием, что позволяло быстро повысить запас подвижных фосфатов в почве и довести их до намеченного уровня. Такой прием получил название фосфоритование и был широко использован при проведении работ по комплексному агрохимическому окультуриванию полей (КАХОП), что дало возможность в короткий срок перевести малоплодородные почвы в более высокую категорию.

В отличие от фосфора пахотные почвы страны характеризуются более высоким содержанием подвижного калия. Результаты первого цикла агрохимического обследования показали, что только 16% площадей относилось к категории низкообеспеченных, и основная их доля приходилась на почвы Нечерноземной зоны. По состоянию на 1 января 1971 г. таких площадей насчитывалось почти 40%. В связи с этим основной поток калийных удобрений был направлен в эту зону, что позволило создать за 25-летний период в земледелии данного региона положительный баланс калия и снизить удельный вес пашни с низким содержанием К₂О до 22%.

В этот период появился интерес к прогнозированию изменения агрохимических свойств почв в зависимости от интенсивности применения удобрений. Для установления закономерностей изменения степени обеспеченности почв этими питательными веществами стали использовать данные длительных полевых опытов с удобрениями и результаты повторного агрохимического обследования почв сельскохозяйственных предприятий. Исследования показали, что темпы накопления подвижных форм фосфора и калия в разных почвах значительно различались. Эти различия были ощутимы даже в пределах одного типа почв и зависели от множества факторов. С увеличением содержания в дерново-подзолистых почвах физической глины и гумуса остаточное количество подвижного фосфора уменьшалось в результате образования фосфорорганических соединений и прочных связей фосфора с минеральными частицами. Установлена тесная связь между остаточным содержанием подвижного фосфора, величиной рН и исходным запасом Р₂О₅ в почве до закладки опыта. По мере снижения кислотности увеличивалось остаточное количество подвижного фосфора в форме фосфатов кальция и снижалось содержание подвижного алюминия [3]. Для того чтобы дерново-подзолистую почву перевести из средней группы обеспеченности в повышенную, затрачивалось 60–96 кг Р₂О₅/га на 10 мг/кг почвы, а из повышенной в высокую – почти в 2 раза меньше [4].

В длительных полевых опытах систематическое внесение калийных удобрений коренным образом меняло калийный режим почв, увеличивало содержание водорастворимого, обменного и труднодоступного калия [5–7], изменения в калийном режиме почв были тесно связаны с интенсивностью баланса калия и генетическими свойствами почв [8].

Результаты первого цикла агрохимического обследования показали, что почвы с недостаточным содержанием подвижного фосфора занимали в целом по России 80%, подвижным калием – 36% [9], т.е. нуждались в улучшении. Для организации работы по программе КАХОП на научной основе потребовалась разработка соответствующей нормативно-справочной основы, которая была подготовлена ВНИПТИХИМ на базе длительных полевых опытов с искусственно созданными фосфатными и частично калийными фонами и были разработаны “Временные нормативы затрат удобрений на проведение работ по комплексному агрохимическому окультуриванию полей” [10]. В этом документе были представлены дозы фосфора и калия, которые надо внести сверх выноса урожаями для увеличения содержания подвижных форм фосфора и калия на 10 мг/кг или 1 мг/100 г почвы. Эти дозы дифференцированы по основным типам почв и их гранулометрическому составу (табл. 1).

Эти данные были использованы при составлении прогноза содержания подвижного фосфора на примере областей бывшего Центрального экономического района на 1985 г. Сравнение прогнозных величин с фактическими показало хорошую сходимость результатов. Это дало возможность применения представленных данных для составления прогноза изменения средневзвешенного содержания подвижного фосфора на региональном уровне при положительно складывающемся балансе Р₂О₅ в земледелии [11].

Начиная с 1991 г., применение удобрений в России резко снизилось, и баланс питательных веществ стал отрицательным, т.е. их вынос урожаями превышал поступление в почву с минеральными и органическими удобрениями, что рано или поздно должно было повлечь за собой снижение содержания элементов питания в почвах.

Для того, чтобы представить масштабы этого процесса и составить соответствующий прогноз, нужны иные нормативы, предоставляющие собой величины выноса, снижающие содержание питательных веществ в почвах на 10 мг/кг или на 1 мг/100 г. Эти данные были получены в длительных полевых опытах Геосети ВНИИА в Нечерноземной зоне в вариантах, где вынос фосфора и калия превышал и поступление в почву. Согласно полученным данным, на величину выноса оказывали влияние тип почвы и ее гранулометрический состав (табл. 2).

Расчеты, выполненные для Центральной части Нечерноземной зоны на 2010 г. дали удовлетворительный результат, поскольку прогнозные и фактические величины были достаточно близкими [12]. Вместе с тем следует отметить, что прогнозирование проводили на региональном уровне, и величины доз удобрений и выноса питательных веществ на “сдвиг” содержания подвижных форм фосфора и калия для каждого региона определяли по средневзвешенным показателям, исходя из типа и гранулометрического состава почв.

Возникает вопрос, правомерно ли использовать данные, приведенные в табл. 1, 2 для прогнозирования изменения содержания подвижных форм фосфора и калия на отдельных полях, поскольку, как уже упоминалось, что на величину расхода удобрений и выноса питательных веществ на “сдвиг” в ту или иную сторону влияют также и другие факторы: реакция почвенной среды, содержание гумуса и исходное содержание Р₂О₅ и К₂О.

Из рассмотренных материалов представилась возможность получить некоторую информацию, по которой можно было рассчитать затраты фосфорных и калийных на “сдвиг” содержания Р₂О₅ и К₂О на 10 мг/кг почвы, как в сторону увеличения и в некоторых случаях в сторону уменьшения (табл. 4, 5). Однако принципиально нового из этой информации почерпнуть не удалось и не было возможности расширить базу уже имеющихся данных, приведенных в табл. 1, 2.

Кроме того, представленные опыты в подавляющем большинстве проведены в Нечерноземной зоне, для черноземных почв подобные данные отсутствуют, что затрудняет прогноз динамики плодородия почв обширной территории.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

Для получения нормативно-справочной информации, использование которой позволяет прогнозировать содержание подвижных форм фосфора и калия в почвах различной интенсивности ведения земледелия, необходим единый методический подход. Рассмотрим это на примере одного из длительных полевых опытов. Исследования проведены в полевом опыте ВНИИА на дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почве, в котором в течение 6 лет за счет внесения различных доз фосфорных удобрений были созданы различные уровни содержания подвижного фосфора в почве, а затем в течение 10 лет изучали последействие удобрений, т.е. фосфорные удобрения не вносили. Это позволило создать участки почвы, которые характеризовались различной степенью обеспеченности Р₂О₅ (табл. 5).

После прекращения внесения фосфорных удобрений постепенно стали наблюдать снижение содержания подвижного фосфора, и за 10 лет произошли заметные перемены, которые в большей степени коснулись вариантов с более высокой степенью обеспеченности почвы Р₂О₅. За этот период содержание подвижных фосфатов на участках с повышенным и высоким их содержанием снизилось более чем в 2 раза. Известкование почвы снижало скорость перехода фосфатов удобрений в менее растворимые формы, содержание подвижного фосфора в менее кислых почвах стабилизировалась на более высоком уровне, чем в кислых. Располагая данными о выносе фосфора урожаями и снижению содержания подвижного фосфора в почве, нетрудно определить величину выноса Р₂О₅, которая уменьшает содержание подвижного фосфора на 10 мг/кг почвы. Данные табл. 5 показали, что при высокой обеспеченности почвы подвижным фосфором скорость ее снижения очень высокая. При очень низком содержании Р₂О₅ практически наступает стабилизация его содержания. Статистическая обработка экспериментальных данных показала, что величина выноса фосфора, которая снижает удельное содержание подвижных фосфатов в почве, находится в прямой зависимости от уровня обеспеченности Р₂О₅, определенного методом Кирсанова. Корреляционное отношение при этом составило 0.97 при 0.001%-ном уровне значимости. Установленная зависимость представлена в табл. 6, из которой следует, что по мере увеличения запаса подвижного фосфора снижается величина выноса Р₂О₅, понижающая его удельное содержание в почве.

Аналогичная закономерность также выявлена на черноземах карбонатных Краснодарского края. При определении подвижного фосфора по методу Мачигина вынос фосфора урожаями в 220 кг/га за минусом внесения снизил запас подвижных фосфатов на 10 мг/кг почвы, а при обеспеченности 25 мг/кг – 307 кг/га. Это авторы объясняют тем, что величина выноса, снижающая удельное содержание подвижного фосфора в черноземе карбонатном, находится в обратно пропорциональной зависимости от обеспеченности почв подвижными фосфатами.

Таким образом, приведенные материалы свидетельствуют о том, что прогнозирование содержания подвижных форм фосфора и калия с помощью балансового метода обеспечило получение удовлетворительного результата в Нечерноземной зоне. В других природно-климатических зонах подобные исследования не проводили.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Как уже отмечно, применение минеральных удобрений резко сократилось. Баланс питательных веществ в земледелии страны стал складываться со значительным превышением выноса над их поступлением в почву. За 25 лет с 1991 по 2015 г. дефицит азота составит –56 млн т, фосфора – –12, калия – –76, всего – –144 млн т или 40 кг/га/год (табл. 7). Это означает, что больше половины получаемого в настоящее время урожая формируется за счет почвенных запасов, и уже наметилась тенденция к снижению содержания питательных веществ в пашне России. В масштабе страны это еще не так заметно. Однако в отдельных регионах изменения довольно существенные. В первую очередь это касается Нечерноземной зоны, где в отдельных ее регионах снижение степени обеспеченности почв питательными веществами вполне очевидно.

Особую озабоченность вызывает ситуация, которая сложилась с балансом фосфора, поскольку за последние 25 лет вынос этого элемента урожаем превысил его поступление в почву более чем на 12 млн т, что является предпосылкой к снижению содержания подвижного фосфора в почвах.

В первую очередь, это касается регионов Нечерноземной зоны, где распространены менее буферные почвы, которые быстрее по сравнению с черноземами реагируют на “сдвиг” как в сторону увеличения, так и снижения запасов подвижных форм фосфора. По данным длительных полевых опытов Геосети ВНИИА, вынос из дерново-подзолистых почв сверх поступления каждых 50–100 кг фосфора/га приводит к снижению содержания Р₂О₅ на 10 мг/кг почвы, для серых лесных почв аналогичный показатель составляет 80–125 кг/га, для карбонатных черноземов в зависимости от исходного содержания подвижного фосфора – 102–511 кг/га [22]. Уже наметилась устойчивая тенденция в целом в России увеличения доли пахотных почв, недостаточно обеспеченных подвижным фосфором и соответственно сократилась доля достаточно обеспеченных. Причем подобная тенденция проявляется не только в зоне распространения дерново-подзолистых почв, но и в регионах, где преобладают черноземы. Например, в Тульской обл., в которой 56% пашни расположено на черноземных почвах, по результатам 10-го цикла обследования среднее содержание подвижного фосфора снизилось на 16 мг/кг [23], в Ставропольском крае в 15-ти районах уменьшилась степень обеспеченности почв Р₂О₅ и в 12-ти – К₂О [24]. В республике Хакассия во всех регионах к настоящему времени зафиксирована убыль запасов подвижных форм фосфора и калия по сравнению с первым туром обследования [25].

Согласно долгосрочному прогнозу социально-экономического развития РФ на период до 2030 г., намечено значительное увеличение производства зерна. Этот прогноз разработан с учетом 3-х сценариев: инерционного, базисного и оптимистического [26]. Инерционный сценарий базируется на сохранении достигнутого уровня почвенного плодородия, базовый ориентирован не только на сохранение, но и на повышение плодородия почв, оптимистический предполагает дальнейшее воспроизводство почв, что позволило бы получить среднегодовой валовой сбор зерна 145–150 млн т.

Согласно оптимистическому сценарию развития АПК, предполагается воспроизводство почвенного плодородия, поскольку без этого невозможно будет получать урожайность зерновых культур ≈32 ц/га. В связи с тем, что в настоящее время значительная часть пахотных почв нуждается в агрохимическом окультуривании, потребность в удобрениях должна определяться как в расчете на планируемую урожайность, так и на повышение содержания питательных веществ в почве. Потребность зерновых культур в минеральных удобрениях составляет 7.4 млн т, в том числе 3.2 – азотных, 2.1 – фосфорных и 2.1 млн т – калийных. Исходя из этого, был составлен прогноз баланса питательных веществ в земледелии России к 2030 г. (табл. 8). Внесение фосфорных удобрений при значительном превышении поступления над выносом позволяет постепенно перевести почвы с низким и средним содержанием Р₂О₅ в более высокую категорию, небольшой дефицит калия будет способствовать повышению калийного режима почв Нечерноземной зоны, т.к. предполагают основную часть калия направить именно в этот регион.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Для получения 150 млн т зерна необходимо целенаправленная работа по повышению плодородия почв, которую можно реализовать, используя научно обоснованные данные о регулировании фосфатного и калийного режимов основных почвенно-климатических зон нашей страны. Подробную информацию можно получить в длительных полевых опытах. Это должно стать одной из приоритетных задач Географических опытов с удобрениями.