Агрохимия, 2021, № 1, стр. 3-11

ВВЕДЕНИЕ

Низкое содержание подвижного Р₂О₅ в почве ухудшает использование растениями азота как из почвенных запасов, так и удобрений. При этом существенно снижается продуктивность культур, т.к. потребление растениями азота и фосфора находится в тесном взаимодействии [1, 2]. Повышение обеспеченности фосфором пшеницы и других культур требует определенных экономических вложений, величина которых определяется заданным уровнем содержания подвижного Р₂О₅ в почве. Есть несколько методов контроля наличия в почве подвижного фосфора. В работе [3] отмечено, что все методы определения Р₂О₅ достаточно жесткие, поскольку основаны на кислотных вытяжках, а такой кислотности в почве не бывает. В агрохимической службе принят метод Чирикова (вытяжка 0.5 н. HCl). В исследованиях Курганского НИИСХ наряду с этим методом применяют еще и более чувствительный к изменениям, происходящим в почве, метод Францесона (0.002 н. раствор H₂SO₄). Для обыкновенных черноземов, особенно карбонатных, используют метод Мачигина (1%-ная углеаммонийная вытяжка). Шкалы обеспеченности растений фосфором, установленные авторами этих методов, удобны для пользования практиками. На основе изучения действия доз фосфорного удобрения в местных условиях они могут быть частично откорректированы.

Срок отбора почвы может менять показатель содержания Р₂О₅. В исследованиях в лесостепи Приобья [4] установлено, что от весны к осени происходило изменение показателей содержания подвижного фосфора. В 30-летнем опыте СибНИИЗХима установлено наиболее заметное их возрастание на фоне глубокой безотвальной обработки (на 70%), при минимальной обработке – на 41% и на фоне вспашки – на 22%.

В вопросе о необходимом количестве фосфорного удобрения для запланированного повышения обеспеченности растений фосфором мнения ученых расходятся. Д.Н. Прянишников [5], анализируя результаты опытов Геосети ВНИИА, считал, что дозы фосфора должны быть равны величине выноса элемента культурой или быть чуть меньше выноса. Вынос фосфора пшеницей и кукурузой при урожайности, которая формируется на среднесуглинистом выщелоченном черноземе Центрального опытного поля Курганского НИИСХ при частых июньских засухах, не превышает 12–17 кг/га на фонах без удобрений и 16–22 кг/га – при их внесении (при том, что солому не отчуждают с поля).

Зная, что в России доля почв с низким содержанием подвижного фосфора равна 22.7% [6], ученые предлагают приемы его увеличения. В работе [7] для некарбонатных черноземов показаны дозы Р50–120, которые способны поднять содержание Р₂О₅ на 10 мг/кг. В работе [8] отмечено, что для увеличения содержания Р₂О₅ на 10 мг/кг на выщелоченном черноземе требуются дозы Р100–110. Авторы показали, что в 1991–2015 гг. применение фосфора в земледелии России ограничивалось дозой Р23 с отрицательным балансом –12 мг Р₂О₅/кг.

В карбонатном черноземе Ставрополья [9] дозы фосфора Р30–90–150 на азотно-калийном фоне за первые 6 лет повысили содержание Р₂О₅ по Мачигину с исходной величины 13 мг/кг до 21, 26, 58 мг/кг соответственно. С продолжением внесения этих доз за следующие 18 лет показатели увеличились до 28, 52, 76 мг/кг, еще через 12 лет – до 30, 54, 70 мг/кг. Насколько это было экономически выгодным? В первом шестилетии сбор зерновых единиц (з.е.) в севообороте составил 27.7 ц/га в контроле и 34.3, 35.2, 35.7 ц/га на 3-х удобренных фонах. Похожими были результаты и в последующие сроки опыта. Везде существенная прибавка урожайности была получена от первой дозы фосфора, дальнейшее ее повышение было в пределах ошибки опыта.

Подобные данные приведены в работе [10] в зависимости от уровней прироста урожайности озимой пшеницы на выщелоченном черноземе Центрального округа РФ. При содержании Р₂О₅ в почве <50 мг/кг от доз Р30–45–60–90–120 получены следующие прибавки: соответственно 3.8, 4.2, 4.5, 4.7, 4.5 ц/га к контролю, где урожайность составила 17.4 ц зерна/га. На почвах с наличием подвижного фосфора 51–75 мг/кг урожайность в контроле была намного больше – 28.0, а прибавки варьировали в пределах 1.7–2.0 ц/га. В дальнейшем прибавки были < 1.0 ц/га, но урожайность в контроле при содержании подвижного фосфора в почве 76–100 мг/кг достигала уже 33.9 ц/га, при 101–150 мг/кг – 39.5, >150 мг/кг – 40.7 ц/га. Следовательно, в условиях Центрального округа удвоение содержания Р₂О₅ в почве пашни вело к удвоению урожая, а утроение его содержания дало дополнительно лишь 5 ц зерна/га. При обогащении почвы подвижным фосфором наблюдали последействие вновь созданных фонов, на которых новые порции фосфорного удобрения были малоэффективными.

В работе [11] для систематического применения удобрений на южном малогумусном тяжелосуглинистом черноземе Саратовской обл. предложили дозу фосфора Р19 с совместным внесением N33К9.

В Белгородской обл. [12] поступление фосфора с минеральными и органическими удобрениями составляло 17, 21, 32 кг д.в./га в 3-х первых циклах определения, в 4-м и 5-м циклах оно увеличилось до 62 и 53 кг д.в./га, а далее уменьшилось до 18, 12, 22 кг д.в./га. Соответственно, средневзвешенное содержание Р₂О₅ в этих 8-ми циклах менялось таким образом: 55, 72, 86, 103, 119, 131, 121, 116 мг/кг. Даже после достижения столь высокого показателя (131 мг/кг) снижение поступления фосфора с удобрениями вызвало в дальнейшем уменьшение содержания Р₂О₅. Вполне очевидно, что в поддержании высоких показателей имело место последействие прежнего применения фосфора, которое продлилось определенное число лет, после чего такой размер поступления, как 12 кг Р₂О₅/га, приведет к снижению содержания подвижного фосфора в почве.

В Курганской обл. применение минеральных удобрений было удовлетворительным в 1980-х гг. прошлого века – до NPK40–50. В 1990-х гг. оно резко снизилось до NPK5–6, в последние годы составляло NPK12–17, причем большей частью преобладали азотные удобрения, в то время как в среднем в структуре пашни насчитывали 62% почв с низким содержанием Р₂О₅. Лишь несколько развитых сельскохозяйственных предприятий применяют аммофос и сложные удобрения. Средневзвешенное количество подвижного фосфора на 2017 г. менялось в 24 районах области в основном в пределах 14–49 мг Р₂О₅/кг, и только в 4-х районах области эти показатели были больше – 56–62 мг/кг [13].

Цель работы – по данным Центрального опытного поля Курганского НИИСХ оценить изменчивость содержания подвижного фосфора в пахотном слое чернозема выщелоченного под влиянием удобрений и времени, оценить затраты на формирование высокой обеспеченности почвы подвижным Р₂О₅ с низким исходным его содержанием (38–40 мг Р₂О₅/кг по Чирикову).

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

Исследование выполнено в Курганском научно-исследовательском институте сельского хозяйства – филиале УрФАНИЦ УрО РАН в лабораториях агрохимии и земледелия в 2-х стационарных экспериментах. Почва – выщелоченный чернозем маломощный малогумусный среднесуглинистый: рН_KCl 6.2–6.5 – при закладке опытов и 5.2–5.5 – в настоящее время, гумус (по Тюрину) – 4.4%, общий азот – 0.20%, общий фосфор – 0.07%, сумма поглощенных Ca²⁺ и Mg²⁺ (по Каппену) – 20–22 мэкв/100 г. Содержание подвижного фосфора и обменного калия (по Чирикову) в слое 0–20 см почвы на участке под опытом – 40–50 и 250–350 мг/кг соответственно.

Стационарные эксперименты 1 и 2 заложены В.И. Волынкиным в 1971 г. на Центральном опытном поле Курганского НИИСХ. В настоящее время исполнители исследований – О.В. Волынкина и Е.В. Кириллова. Агротехника в опыте 1 предусматривала соблюдение севооборота: кукуруза–2 пшеницы–овес с осенней вспашкой в течение 7-ми ротаций в 1971–1998 гг. После этого стали выращивать бессменную пшеницу после стерневого фона, который в области оставляют с осени на 40% пашни. В опыте 2 исследования вели в зернопаровом севообороте: пар–2 пшеницы–овес при ежегодной вспашке также в 7-ми ротациях в 1971–1998 гг. С отменой вспашки севооборот был преобразован: пар–3 пшеницы. Посев зерновых культур в севооборотах в годы отвальной обработки вели дисковой сеялкой СЗ-3.6, кукурузы – сажалкой СУПК. Во второй период исследования в опытах 1 и 2 с осени оставляли стерневой фон, после которого посев вели стерневой сеялкой СКП-2.1 с сошником культиваторного типа. Исключением была первая культура после пара, которую сеяли после 5-летних мелких обработок почвы. В опытах использовали районированные сорта культур. Солому оставляли на поле с 1978 г. со времени проведения уборочных работ комбайном Sampo-500.

Метеоусловия в центральной зоне Курганской обл.: годовое количество осадков – 350–369 мм, продолжительность периода с температурой >10°С – 130–134 сут. Отмечено, что во 2-й период опытов количество засушливых лет увеличилось.

Удобрения – N_аа и K_х (калий вносили под кукурузу). Фосфорное удобрение – Р_сд40 в первом периоде опытов, АФ – во 2-м. Способ внесения – весеннее локальное врезание дисковой сеялкой СУК-24 до посева на глубину 4–5 см. Дозы азота в севообороте в опыте 1 под кукурузу – N40–80–120, под зерновые – N20–40–60, в среднем в севообороте – N25–50–75, во 2-м периоде опыта в посевах бессменной пшеницы – N20–40–60. В опыте 2 дозы удобрений были следующими: Р20–40, N40 (вносили в 3-м поле) и N60 (вносили в 4-м поле). В среднем в этом севообороте дозы были равны N25Р15–30, на посевной площади севооборота – N33Р20–40.

Общая площадь делянок в опыте – 270–300 м² (6 × 45–50 м), учетная – 90–100 м² (2 × 40–50 м). Повторность трехкратная. Учет урожая пшеницы – напрямую комбайном Sampo-500 с отбором образца для определения влажности и чистоты бункерной массы зерна.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

В зернопаровом севообороте (опыт 2) сравнили изменчивость содержания подвижного Р₂О₅ в почве под влиянием удобрений по двум методам его определения. Показана тесная их взаимосвязь при коэффициентах корреляции 0.92 и 0.95 (табл. 1).

Влияние фосфорного удобрения и величины его доз на содержание подвижного Р₂О₅ в почве особенно ярко показано в вариантах запасного применения суперфосфата. В запас фосфор был внесен в 1971 и 1975 гг. дозами Р120–180–360. В сумме дозы составили Р240–360–720. Эти три фона были повторены дважды. На первых фонах следили за последействием фосфора, на вторых – стали вносить Р20, чтобы уловить срок проявления эффекта от добавления Р20. К 1983 г. после закладки опыта в 1971 г. прошло 13 лет и после добавления в 1975 г. второй дозы фосфора – 8 лет. За это время содержание Р₂О₅ на первых фонах повысилось до 5.47, 6.50, 8.65 мг/100 г почвы по сравнению с контролем (4.82 мг/100 г почвы). Еще заметнее повысилось содержание Р₂О₅ при внесении Р20 на данных фонах. Оно стало равным 5.80, 6.12, 9.42 при той же величине в контроле 4.82 мг/100 г почвы (табл. 1).

При сравнении варьирования показателей содержания Р₂О₅ при весеннем и осеннем сроках отбора почвы бóльшими были изменения при использовании метода Францесона. Не случайно, как более стабильный, для агрохимической службы взят метод Чирикова. В рассмотренном исследовании использовали оба метода. Есть мнение, что наиболее объективным является средний результат определения в течение 3-х лет при отборе почвы в один и тот же срок одним и тем же методом [14].

В опыте 1 в зернопропашном севообороте кукуруза–2 пшеницы–овес изучали дозы азота как без внесения фосфора, так и на его фоне. Прослежено за изменениями содержания подвижного фосфора под влиянием фосфорного фона в дозе Р40. Этот вариант выбран в 1971 г., когда еще не испытывали дозы фосфора при систематическом применении, что было сделано позднее и показало, что достаточно вносить Р15–20 [15]. Но завышенная доза дала ценную информацию о длительности ее последействия, в 2019 г. она составила 24 года.

В годы действия фосфорных удобрений уже ко 2-й ротации севооборота в 1975–1978 гг. при весеннем сроке отбора образцов до внесения удобрений фосфорный фон существенно улучшил питание растений. Содержание Р₂О₅ в слое почвы 0–20 см к контролю заметно повысилось. Показано постепенное увеличение его содержания в связи с внесением новых доз суперфосфата (табл. 2).

Насколько улучшение фосфорного питания растений на выщелоченном черноземе с низким содержанием Р₂О₅ повышало продуктивность культур севооборота, видно по результатам учета урожайности во 2-й ротации севооборота (табл. 3). Следует отметить, что приведенные в табл. 3 данные отразили действие удобрений при недостатке влаги. Особенно засушливыми были 1975 и 1976 гг. В целом за 7 ротаций зернопропашного севооборота уровень прибавок урожайности был значительно больше. Закономерность существенного преимущества азотно-фосфорного удобрения перед применением одного азота сохранялась все годы (табл. 4).

В табл. 3 и 4 не показано действие удобрений в комбинации NРК, оно было достаточно близким к влиянию NР. После 7-ми ротаций севооборота в опыт была введена бессменная пшеница. В ее посев 12 лет не вносили фосфорное удобрение и пользовались хорошо проявленным его последействием в вариантах NР и NРK. Следующие 12 лет в комбинации NРK продолжили учитывать последействие фосфора, а в комбинации NР с 2008 г. стали применять фосфор в дозе Р20. Считаем, что в последействии РK положительное влияние оказывал в основном фосфор. Доказательством служит очень высокое содержание обменного K₂О в почве участка под опытом – 250–350 мг/кг. Последействие проявлялось в течение 24-х лет, при подсчете оплаты удобрения прежние затраты на удобрение РК не взяты в расчет. Наличие подвижного фосфора сделало фон окультуренным. Количество фосфора, примененного в севообороте в вариантах с фоном РK (Р1000), поделенное на 49 лет опыта, равно среднегодовой дозе Р20. В комбинации NP внесение Р20 начато 12 лет назад – в 2008 г., и количество внесенного за 49 лет фосфора равно Р1240, на год приходилось Р25. Сравнение этих вариантов показало все еще проявляемое последействие ранее примененного суперфосфата с небольшим преимуществом фона Р25 перед Р20 (табл. 5).

Наличие подвижного фосфора в почве в варианте последействия обеспечило более заметные изменения. На фоне Р20 установлено постепенное снижение содержания Р₂О₅. Отчетливо показано, что многолетнее применение одного азота было способно привести к усилению дефицита подвижного фосфора. Фон Р20 отстал по этому показателю от фона Р25 в среднем за 11 лет на 20 мг/кг при содержании Р₂О₅ 60 и 80 мг/кг соответственно (табл. 6).

В опыте 2 образцы почвы проанализировали перед закладкой севооборота, содержание Р₂О₅ (по Чирикову) было равно 38–40 мг/кг. Зернопаровой севооборот пар–2 пшеницы–овес был заложен в 1971 г., в течение 7 ротаций вели вспашку. После 7-ми ротаций более урожайный овес был заменен пшеницей, была устранена вспашка. Показано, что преимущественное влияние на урожайность 1-й культуры после пара оказывал фосфор. При удалении посева от пара больше действовал азот, но прибавки от одного азота были меньше, чем от сочетания его с фосфором. Положительная роль азотного удобрения, которое вносили в посевы 2-й и 3-й культур после пара, обеспечила величину прибавок ≈3 ц/га в 1-й период опыта при ежегодной вспашке и 4–5 ц/га при минимизации обработки почвы. Добавление к азоту фосфора в дозе Р20 способствовало дальнейшему росту урожайности. Прибавка увеличивалась еще на 2 ц/га в годы применения вспашки и на 1.0–1.6 ц/га – в период минимальной обработки почвы.

Применение более высокой дозы фосфора Р40 повышало содержание Р₂О₅ в почве с 76 мг/кг при Р20 до 102 мг/кг в среднем за период минимизации обработки почвы, но удвоение дозы не приносило удвоения прибавки урожайности пшеницы после пара. В остальных полях севооборота повышенная доза Р40 не давала эффекта при увеличении затрат на дорогостоящий аммофос в 2 раза (табл. 7). При цене аммофоса 2900 руб./ц и с расходами на применение доза Р20 обходилась в 1660, доза Р40 – в 2820 руб./га.

В вариантах с запасным фосфорным удобрением среднегодовое количество внесенного фосфора за все 48 лет опыта в 36 посевах варьировало от Р6.6 до Р40. Наибольшие прибавки урожайности были получены при средней дозе Р20 в варианте N33Р720, ежегодное добавление к которой еще Р20 в основном было неэффективным, особенно в поле овса (табл. 8).

В ротациях севооборота проследили за сроком ослабления последействия 3-х суммарных доз фосфора Р240–360–720, внесенных в запас в половинном количестве за 2 года в 1971 и 1975 гг. Уменьшение последействия 1-й суммарной дозы Р240 произошло на 27-й год. В этот срок средняя доза фосфора за год составила Р9. При такой же средней величине Р9 последействие Р360 перестало происходить на 39-й год опыта и Р720 – на 45-й год при среднегодовой дозе Р16. Исключая годы с паром и первые 5 лет, когда формировались фоны, число посевов, выращенных за счет последействия доз Р240–360–720, было равно 15, 20, 28 соответственно. При снижении среднегодовой дозы фосфора до Р9–16 возникла необходимость улучшения условий фосфорного питания пшеницы путем возобновления ежегодного внесения фосфора в дозах Р15–20 локальным способом.

Обобщение результатов в целом в зернопаровом севообороте за 48 лет опыта дало возможность оценить изученные приемы по окупаемости 1 кг д.в. дополнительным урожаем. При переходе дозы от Р20 к Р40 оплата единицы удобрения прибавкой резко снижалась (табл. 9).

Наблюдения и учеты, проведенные в 2-х опытах, обосновали следующее заключение: совместно с ориентацией на неустаревшую картограмму содержания подвижного фосфора в почве на конкретном поле надо знать историю применения удобрений на нем в предыдущие годы. Длительность последействия фосфора можно выявлять, точно зная величину суммарной дозы примененного ранее удобрения и числа лет, за которые эта суммарная доза была использована культурами севооборота. Необходимо вновь применять фосфорное удобрение, если в среднем на год приходидось менее Р18–20.

На основании результатов опытов с фосфорными удобрениями В.И. Волынкиным была откорректирована шкала Чирикова для слоя 0–20 см почвы и для местных условий. Предложена следующая оценка уровней содержания подвижного фосфора (мг/кг): очень низкое – до 20, низкое – 20–45, среднее – 45–60, повышенное – 60–80 и высокое – >80.

Насколько надежно полученную информацию можно распространять в центральной зоне Курганской обл.? Надо сказать, что в пределах ОПХ “Садовое”, на землях которого заложено Центральное опытное поле, есть и другой подтип почвы – обыкновенный солонцеватый чернозем с еще более низким содержанием подвижного фосфора (28 мг/кг по Чирикову). Тем более, в центральной зоне этот подтип почвы встречается наряду с выщелоченным черноземом. В течение 3-х лет был проведен опыт с дозами фосфора на обыкновенном солонцеватом черноземе в Альменевском р-не Курганской обл. (центральная зона). Содержание Р₂О₅ по Чирикову в этом случае было равно 36 мг/кг. В этом опыте экономически выгодной оказалась доза Р15 (табл. 10). Стоит подчеркнуть, что опыты были краткосрочными, на сменяющихся участках. При систематическом применении доз на одном поле результаты еще более значимо доказывали бы, что для припосевного способа внесения фосфора достаточно дозы Р15, для локального предпосевного – доза Р20.

ВЫВОДЫ

1. При решении о применении фосфорного удобрения под зерновые культуры вполне надежно пользоваться неустаревшей картограммой содержания подвижного фосфора на конкретном поле и шкалой для метода Чирикова, откорректированной для местных условий.

2. В условиях центральной зоны Курганской обл. на почвах с содержанием подвижного Р₂О₅ по Чирикову, равного 28–36–40 мг/кг, дозы фосфора под пшеницу Р15–20 в рядки при посеве являлись оптимальными на фонах с хорошей обеспеченностью растений азотом. Одно фосфорное удобрение с удалением от пара при ухудшении условий азотного питания действовало слабее, что было проверено в 3-м и 4-м полях зернопарового севооборота.

3. Наряду с учетом показателя картограммы не менее важно знание истории удобренности поля. Суммарную дозу примененного ранее фосфора следует поделить на число лет ее использования. При снижении этого показателя менее Р18–20 необходимо вновь применять фосфорное удобрение в дозе не более Р15–20 в рядки при посеве.