Агрохимия, 2019, № 8, стр. 18-23

ВВЕДЕНИЕ

Основное внесение удобрений, примерно 80% от общего количества, служит для питания растений сахарной свеклы в течение всего периода вегетации, начиная с фазы 3–4 пар листьев и определяет уровень урожайности культуры [1]. Удобрения, внесенные под сахарную свеклу в дозах N90–140P90–150K80–140, в значительной степени повышают эффективное плодородие почвы и урожайность культуры [2–4]. Питательные элементы удобрений не способны полностью усвоиться культурой в первый год. Например, в первый год из минеральных удобрений потребляется 20% фосфора, 50% калия и 60% азота, во 2-й год – 15, 20 и 10%, из навоза – 30, 50, 25 и 25, 20 и 20% соответственно [1].

Последействие фосфорных удобрений проявляется особенно ярко [5, 6]. Практически весь фосфор удобрений остается в наиболее подвижных группах минеральных фосфатов (1–4 группы), которые доступны для поглощения растениями [7]. Высокая поглощающая способность почв увеличивает продолжительность последействия удобрений [8], и оно будет продолжаться, пока величина их содержания в почве не снизится до исходной [9]. Вследствие подтягивания вымывающихся нитратов к фронту промерзания почвы и передвижению в корнеобитаемый слой из нижележащих горизонтов на 2-й год отмечано усвоение культурами и достаточно большого количества нитратного азота [6].

Неиспользованные запасы удобрений способны повышать урожайность сельскохозяйственных культур, эффект зависит от биологии культуры, наиболее отзывчив ячмень [8]. Оплата 1 кг остаточных P₂O₅ приростом основной продукции равна 3.0–25.6 кг з.е., 1 кг K₂O – 3.3 кг зерна ячменя [5, 8]. Чем больше в почве остается неиспользованного фосфора и калия, тем выше урожайность: связь между содержанием подвижного P₂O₅ в почве и приростом урожайности, переведенная в зерновые единицы, характеризуется коэффициентом корреляции 0.8, K₂O – r = 0.90–0.98 [9].

Органические удобрения также способны к длительному последействию вследствие содержания элементов питания в связанной форме и постепенного их высвобождения при разложении. Чем больше элементов в органике в связанной форме, тем выше его последействие [10].

Цель работы – изучение влияния последействия удобрений и навоза при их длительном применении на урожайность зерновых культур и клевера в зерносвекловичном севообороте лесостепи ЦЧР и установление их связи с погодными условиями (среднегодовым количеством осадков и температурой).

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

Исследование проводили в стационарном опыте по внесению удобрений, который был заложен в 1936 г. и продолжается по настоящее время. Опыт представляет собой 9-польный зернопаропропашной севооборот, чередование культур в севообороте следующее: черный пар–озимая пшеница–сахарная свекла–ячмень с подсевом клевера–клевер 1-го года пользования–озимая пшеница–сахарная свекла–однолетние травы (горох + + овес)–овес. К настоящему времени закончилась 9-я ротация севооборота. Почва опытного участка – чернозем выщелоченный малогумусный тяжелосуглинистый.

Климат района исследования – умеренно-континентальный с неустойчивым увлажнением, ГТК (гидротермический коэффциент по Селянинову) равен 0.9–1.3.

Минеральные удобрения получала только сахарная свекла, навоз вносили в черном пару, остальные культуры использовали последействие удобрений.

Были проанализированы данные с 1964 по 2017 гг. (урожайность зерна озимой пшеницы в звене с клевером), с 1936 по 2017 гг. (урожайность озимой пшеницы в звене с черным паром, а также ячменя и зеленой массы клевера).

Изучали влияние последействия удобрений на урожайность культур в вариантах применения N45P45K45 + навоз 25 т/га, N90P90K90 + навоз 25 т/га, N135P135K135 + навоз 25 т/га, N45P45K45 + + навоз 50 т/га и в контроле без удобрений. Определение урожайности зерновых и клевера производили методом пробных площадок; посевная площадь делянки 162 м², учетная – 16.2 м² для зерновых и 4 м² – для клевера.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Наблюдения за среднегодовой температурой (за годы ротации) выявили, что в 9-й ротации она увеличивалась относительно 1-й ротации на 3.1°С (рис. 1а). Более всего увеличение температуры относительно предыдущей ротации отмечали в 6-й ротации (0.5°С), 7-й – (0.8°С), 8-й – (1.5°С), 9-й – (0.5°С), самый большой подъем произошел в период от 7-й к 8-й ротации (1.5°С).

Рис. 1.

Среднегодовая температура, °С – (а) и среднегодовое количество осадков, мм – (б) за ротацию, Рамонский р-н, Воронежская обл., 1936–2017 гг.

Среднегодовое количество осадков (за годы ротации) последовательно увеличивалось от 1-й к 6-й ротации на 158 мм (на 32.8%) (рис. 1б), в дальнейшем показатель стабилизировался на уровне 604–632 мм. Количество осадков, выпавшее в период 9-й ротации, превышало таковое в 1-й ротации на 25.3%.

В 1-й ротации увеличение урожайности зерна озимой пшеницы при последействии составило 15.6–18.0% по сравнению в звене с паром с контролем, во 2-й ротации – только в варианте N45P45K45 + навоз 50 т/га было отмечено повышение урожайности на 5.3% (рис. 2). В 3-й ротации урожайность зерна озимой пшеницы относительно контроля повышалась на 9.4–19.5%, в 4-й – на 37.0–43.0, в 5-й – на 27.7–40.5, в 6–8-й ротациях прибавки были меньше (в 6-й ротации – 21.8–28.7, в 7-й – 5.0–15.4, в 8-й – 9.3–11.6%), но в 9-й ротации они вновь стали высокими – 13.9–39.7%. Возможно, в первые 3 ротации последействие влияло слабо, максимум проявился в 5-й ротации, а затем влияние стабилизировалось, дальнейший подъем был отмечен лишь в 9-й ротации. Более всего последействие удобрений на урожайность пшеницы в звене с черным паром проявилось через 40 лет применения удобрений в севообороте. Наибольшее влияние оказывала на всем протяжении опыта доза N135P135K135 + навоз 25 т/га, несколько меньшее – доза N90P90K90 + навоз 25 т/га.

Рис. 2.

Урожайность озимой пшеницы в звене с черным паром (1–9-я ротации, 1936–2017 гг.), ц/га.

Максимальный размах урожайности (разница между минимумом и максимумом, отмеченная за 9 ротаций) озимой пшеницы в звене с черным паром отмечали в контрольном варианте – 5.2–73.0%, в удобренных вариантах зафиксировано уменьшение размаха, что было положительным фактом, т.к. свидетельствовало о стабильности величины урожая, минимальным размах был при применении N45P45K45 + навоз 50 т/га (3.3–49.3%), несколько больше – в вариантах N90P90K90 + навоз 25 т/га (10.5–56.3%), N45P45K45 + навоз 25 т/га (8.1–66.7%), N135P135K135 + навоз 25 т/га (9.5–68.1%). Вариант N45P45K45 + навоз 50 т/га обеспечивал наиболее стабильные урожаи культуры.

Урожайность зерна озимой пшеницы в звене с паром за 1936–2017 гг. повышалась относительно контроля в вариантах N45P45K45 + навоз 25 т/га на 15.8, N45P45K45 + навоз 50 т/га – на 16.5, N90P90K90 + навоз 25 т/га – на 19.6, N135P135K135 + + навоз 25 т/га – на 20.7%.

Последействие удобрений в посевах озимой пшеницы в звене с клевером проявилось в увеличении урожайности удобренных вариантов в 3-й ротации на 12.8–25.0, в 4-й – на 23.2–31.6, в 5-й – на 18.9–22.8, в 6-й – на 7.8–8.6, в 7-й – на 2.8–6.6, в 8-й – на 9.2–20.9, в 9-й – на 11.9–33.9% (табл. 1). Если от 3-й к 6-й ротации отмечали последовательное увеличение урожайности как в контрольном, так и в удобренных вариантах, то в 7–8-й ротациях урожайность была относительно стабильной, но в 9-й ротации она уменьшалась, особенно сильно в контроле. Последействие удобрений в посевах озимой пшеницы в звене с клевером достаточно быстро вышло на высокий уровень (к 4-й ротации повышение относительно контроля составило до 31.6%), затем оно было невысоким с последующим увеличением в 9-й ротации. С увеличением длительности опыта росли прибавки урожайности культуры. Наибольшее последействие оказала система удобрения N135P135K135 + навоз 25 т/га (кроме 6-й и 7-й ротаций, где также значительно влияла доза N45P45K45 + навоз 50 т/га).

Размах урожайности озимой пшеницы в звене с клевером составил в контрольном варианте 53.3–143%, в удобренных вариантах отмечали снижение размаха, минимальным он был в варианте N135P135K135 + навоз 25 т/га (64.3–112%), несколько больше – в вариантах N90P90K90 + + навоз 25 т/га (62.6–117%), N45P45K45 + навоз 25 т/га (46.0–125%), максимальным он был в варианте N45P45K45 + навоз 50 т/га (83.2–134%).

В среднем за все ротации влияние последействия N45P45K45 + навоз 25 т/га увеличивало урожайность зерна озимой пшеницы в звене с клевером на 12.9% относительно контроля, N90P90K90 + навоз 25 т/га – на 16.6, N135P135K135 + навоз 25 т/га – на 18.8, N45P45K45 + навоз 50 т/га – на 12.9%. Лучшее последействие проявила система удобрения N135P135K135 + навоз 25 т/га.

Повышение урожайности ячменя относительно варианта без удобрений в 1-й ротации составило 3.14–17.0, во 2-й – 15.7–31.5, в 4-й – 18.7–38.7, в 5-й – 25.7–46.6, в 6-й – 15.4–32.7, в 7-й –12.9–21.6, в 8-й – 28.2–53.7, в 9-й – 21.1–50.0% (табл. 2). Урожайность ячменя в удобренных вариантах повышалась от 1-й ротации к 4-й ротации, в дальнейшем также увеличивалась к 6–8-й ротациям и несколько снижалась в 9-й ротации, то же происходило и в контроле.

С увеличением длительности опыта росли прибавки урожайности: уже после 15 лет последействия были значительными, еще через 30 лет продолжалось их увеличение, в дальнейшем наступила стабилизация с подъемом в начале 2000 гг. и до настоящего времени. Урожайность ячменя сильно зависела от погодных условий, особенно от количества осадков, что подтверждено данными табл. 4.

Средняя урожайность ячменя в 9-ти ротациях повышалась относительно контроля в вариантах N45P45K45 + навоз 25 т/га на 18.4, N45P45K45 + + навоз 50 т/га – на 25.8, N90P90K90 + навоз 25 т/га – на 29.9, N135P135K135 + навоз 25 т/га – на 36.4% (лучшая доза в последействии).

Максимальный размах урожайности ячменя отмечен в варианте N45P45K45 + навоз 50 т/га (17.5–132%), несколько меньше – в вариантах без удобрений (8.9–114%), N90P90K90 + навоз 25 т/га (3.9–111%), N45P45K45 + навоз 25 т/га (3.1–119%), N135P135K135 + навоз 25 т/га (4.4–125%).

Максимальное последействие на урожайность зерна ячменя в 1-й, 2-й, 4-й, 9-й ротациях оказало применение N90P90K90 + навоз 25 т/га и N135P135K135 + навоз 25 т/га, в 5–8-й ротациях также N45P45K45 + навоз 50 т/га.

В 1-й ротации удобрения в последействии увеличивали урожайность зеленой массы клевера на 8.0–23.4, во 2-й – на 14.6–28.8, в 4-й – на 6.0–15.6, в 5-й – на 2.6–17.1, в 6-й – на 11.6–35.0, в 7-й – на 7.7–19.9, в 8-й – на 33.1–52.6, в 9-й – на 17.0–24.3% (табл. 3). От 1-й к 4-й ротации отмечено повышение урожайности и в контроле. В варианте N45P45K45 + навоз 25 т/га с 1-й по 5-ю ротацию урожайность снижалась, в дальнейшем она повышалась (кроме 7-й ротации). В вариантах N90P90K90 + навоз 25 т/га и N45P45K45 + навоз 50 т/га с 1-й по 5-ю ротацию также отмечали некоторое снижение урожайности, затем она была больше среднего в ротациях (кроме 7-й ротации). Последействие системы N135P135K135 + навоз 25 т/га снижало урожайность клевера во 2–4-й ротациях (относительно 1-й ротации), в дальнейшем отмечали увеличение этого показателя.

Наибольшие прибавки урожайности зеленой массы клевера в 1-й, 2-й, 4-й, 7-й, 8-й ротациях обеспечивало последействие N135P135K135 + навоз 25 т/га и N45P45K45 + навоз 50 т/га, в 5-й ротации – N45P45K45 + навоз 25 т/га и N135P135K135 + + навоз 25 т/га, в 6-й ротации – N45P45K45 + навоз 50 т/га, N135P135K135 + навоз 25 т/га, в 9-й ротации – N90P90K90 + навоз 25 т/га и N135P135K135 + + навоз 25 т/га.

Максимальный размах урожайности клевера отмечен в варианте N45P45K45 + навоз 50 т/га (43.2–149%), несколько меньший – в вариантах N90P90K90 + + навоз 25 т/га (32.6–145%) и N45P45K45 + навоз 25 т/га (14.7–117%), минимальный – в варианте N135P135K135 + навоз 25 т/га (20.2–104%).

Средняя за все ротации урожайность зеленой массы клевера повышалась относительно контроля в вариантах N45P45K45 + навоз 25 т/га на 21.2, N45P45K45 + навоз 50 т/га – на 28.3, N90P90K90 + навоз 25 т/га – на 19.7, N135P135K135 + навоз 25 т/га – на 40.9% (лучшая доза в последействии). Последействие удобрений в среднем за 81 год обеспечило повышение урожайности культуры на 19.7–40.9% относительно неудобренного варианта.

Более всего среднегодовое количество осадков оказало влияние на озимую пшеницу в звене с клевером и ячмень: с увеличением доз удобрений в последействии в первом случае зависимость снижалась, во втором – возрастала. Также возрастала зависимость урожайности озимой пшеницы от осадков в звене с черным паром (r = 0.463 в контроле, 0.762 – при последействии N90P90K90 + навоз 25 т/га) (табл. 4). Корреляционная связь между урожайностью культур и среднегодовой температурой была в основном слабой и средней (r = 0.128–0.593), с увеличением доз удобрений она повышалась. Также увеличивалась зависимость урожайности ячменя от величины ГТК (r = 0.727 в контроле, для вариантов последействия удобрений – r = 0.740–798).

ВЫВОДЫ

1. За 81 год длительного опыта с удобрениями климат района исследования стал более теплым и влажным (среднегодовая температура повысилась на 3.1°С, количество осадков возросло на 25.3%).

2. Отмечено значительное последействие удобрений, внесенных в течение более 80-ти лет, на урожайность зерновых культур и клевера в зернопаропропашном севообороте лесостепи ЦЧР.

3. Наибольшее влияние на среднюю урожайность ячменя, клевера и озимой пшеницы в обоих звеньях севооборота оказало последействие системы удобрения N135P135K135 + навоз 25 т/га в пару.

4. Более всего последействие удобрений повлияло на среднюю урожайность зеленой массы клевера: увеличение относительно контроля составило 19.7–40.9%, менее всего – озимой пшеницы в клеверном звене (12.9–18.8%).

5. Наименьший размах варьирования урожайности зерна озимой пшеницы в звене с клевером и зеленой массы клевера в ротациях опыта отмечали при последействии N135P135K135 + навоз 25 т/га, зеленой массы клевера – N90P90K90 + + навоз 25 т/га, озимой пшеницы в звене с паром – N45P45K45 + навоз 50 т/га.

6. Увеличение доз удобрений повышало в их последействии зависимость урожайности ячменя от осадков и температуры, клевера – от среднегодовой температуры, озимой пшеницы в звене с паром – от осадков, тогда как озимой пшеницы в звене с клевером – снижало зависимость от осадков.

7. Наиболее быстро последействие удобрений оказало влияние на урожайность ячменя (через 15 лет) и зеленой массы клевера (через 18 лет), наименее быстро – озимой пшеницы в звене с черным паром (через 40 лет).

8. Повышение урожайности зерновых культур при последействии удобрений в 8–9-й ротациях объяснялось также потеплением климата.