Агрохимия, 2021, № 2, стр. 31-36

ВВЕДЕНИЕ

В последние годы в мировом земледелии возник интерес к органическому земледелию ввиду его кажущейся экологической безопасности для природы и населения. Вместе с тем ведущий агрохимик современной России академик В.Г. Минеев с зарубежными коллегами утверждал, что правильное применение минеральных удобрений не приводит к негативным экологическим последствиям [1, 2], тем более, что во многих странах продолжается возрастающее применение минеральных удобрений, обеспечивающих рост продуктивности сельскохозяйственных культур, о чем свидетельствуют работы [3]. Еще ранее [4] было установлено, что в Западной Европе повышение продуктивности земледелия было вызвано началом массового применения минеральных удобрений (конец 19 в. и начало 20 в.). За какие-нибудь 2 десятилетия с начала массового применения минеральных удобрений урожайность пшеницы почти удвоилась, достигнув, например, в 1910–1913 гг. в Голландии 2.6 т/га в среднем для всей страны, в Бельгии – 2.5, в Германии – до 2.2 т/га.

В настоящее время в мировом земледелии при использовании 175.5 млн т действующего вещества минеральных удобрений компенсируется >52% выноса NPK урожаями, т.е. >90 млн т. Эти данные свидетельствуют о значимости для сельскохозяйственного производства минеральных удобрений, не исключая целесообразности применения органических удобрений и других средств повышения урожайности сельскохозяйственных культур. За счет комплексного использования агрохимических средств среднегодовая урожайность зерновых культур в ряде европейских стран повысилась до 6–8 т/га, а в отдельных хозяйствах и более этого. Таким образом, развитие современного земледелия в основном базируется на преимущественном использовании минеральных удобрений в сочетании с применением органических удобрений и других агрохимических средств [5, 6]. Для изучения действия минеральных, органических удобрений и их сочетания в России и за рубежом проведен ряд длительных и краткосрочных полевых экспериментов. Ниже изложены результаты длительного полевого опыта, который позволил объективно оценить эффективность различных систем удобрения на продуктивность сельскохозяйственных культур в условиях Нечерноземной зоны РФ.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

Схемой полевого опыта предусмотрено изучение 3-х основных систем применения удобрений в севообороте с сельскохозяйственными культурами, распространенными в западной части Нечерноземной зоны РФ, такими как озимая рожь, озимая и яровая пшеница, ячмень, овес, картофель, однолетние и многолетние травы, а также смесь гороха с овсом. Набор и чередование этих культур менялось в течение определенных ротаций севооборота за время проведенного исследования. Одна ротация определенного севооборота включала в основном 6–7 из перечисленных культур. Опыт проводили в течение 37 лет с 1979 г. по 2015 г., из которых первые 30 лет было отведено на изучение действия систем удобрения на агроценозы и 7 лет – на их последействие. Исследование в опыте проводили общепринятыми методами [7–9].

Опыт был заложен на дерново-подзолистой легкосуглинистой почве, характерной для западной части Нечерноземной зоны, со следующими агрохимическими показателями: содержание гумуса (по Тюрину) – 1.4% С, общего азота – 0.13%, подвижного фосфора (P₂O₅) (по Кирсанову) – 159 мг/кг, обменного калия (по Масловой) (K₂O) – 139 мг/кг, рН_KCl 5.6. В целом по уровню плодородия почва характеризовалась как слабокислая, достаточно гумусированная, с повышенным содержанием подвижного фосфора и обменного калия. Повторность опыта трехкратная с площадью опытной делянки 112 м² (7 × 16 м). Схемой опыта предусмотрены варианты: 1 – контроль (без удобрений), 2 – органическая система удобрения (подстилочный навоз крупного скота натуральной влажности в среднегодовой дозе 9 т/га), 3 – минеральная система удобрения (среднегодовая доза N76.5P76.5K76.5), 4 – органо-минеральная система удобрения (подстилочный навоз в среднегодовой дозе 3 т/га + N25.5P25.5K25.5). В органической системе среднегодовая доза питательных веществ составляла N43.4P19.8K6.1, в сумме – 125.3 кг NPK, в минеральной системе – N76.5P76.5K76.5, в сумме 229.5 кг NPK, в органо-минеральной – N39.8P32.1K46.2, в сумме 118.1 кг NPK. В действующих веществах наибольшее количество элементов питания было внесено в варианте минеральной системы, а в вариантах органической и органо-минеральной систем различие в суммарных дозах NPK было в целом незначительным и равнялось всего лишь 7.2 кг/га. За 37-летний период исследования было выполнено 5 ротаций севооборота, из которых в 4-х ротациях изучали действие, а в 5-й ротации – последействие внесенных ранее удобрений на фоне применения N_aa100 во всех вариантах опыта, включая контрольные.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Примененные системы удобрения оказали определенное влияние на продуктивность севооборота (табл. 1). В среднем за первые 4 ротации севооборота наибольшая продуктивность (3.19 т з.е./га) отмечена в варианте минеральной системы удобрения, на 44.4% превышавшей контроль. В органо-минеральной системе продуктивность аналогичного севооборота равнялась 2.88 т з.е./га, что на 30.4% превышало контроль. Продуктивность органической системы составила в среднем 2.73 т з.е./га, или на 23.6% больше контроля. Отмеченное в 4-й ротации снижение урожайности сельскохозяйственных культур по сравнению с первыми 3-мя ротациями в значительной мере было обусловлено общим снижением плодородия почвы в связи с проявлением отрицательного баланса питательных веществ и переходом их, видимо, в менее доступное для растений состояние. По величине НСР₀₅ все системы удобрения в действии и последействии в ротациях достоверно отличались от контрольного варианта, а из них наибольшее отличие имела минеральная система.

В то же время примененные системы удобрения по-разному отразились на окупаемости NPK полученной продукцией. При этом в среднем за первые 4 ротации наибольшая окупаемость 1 кг NPK – 5.7 кг з.е. отмечена при применении органо-минеральной системы, при минеральной и органической систем – соответственно 4.3 и 4.2 кг з.е. В 5-й ротации, в которой изучали последействие удобрений, различие в продуктивности примененных ранее систем заметно снизилось. При этом наименьшее последействие удобрений на урожайность культур проявилось у минеральной системы, наибольшее – у органо-минеральной.

Системы удобрения вызвали также изменения в биохимическом составе растительной продукции, в частности в содержании сырого белка в зерне злаковых культур (рис. 1) и крахмала в картофеле (рис. 2). Например, в 1-й ротации севооборота минеральная система удобрения повышала практически во всех зерновых культурах содержание белка заметно больше (до 12.3%), чем органическая (до 10.8%) и органо-минеральная (до 11.1%). Отмечнга высокая положительная корреляция доз внесенных удобрений в разных системах удобрения с продуктивностью севооборота при r = 0.98 и содержанием белка в зерне – r = 0.92.

Рис. 1.

Влияние систем удобрения на содержание сырого белка в зерне в 1-й ротации севооборота.

Рис. 2.

Влияние систем удобрения на содержание крахмала в клубнях картофеля в 1-й ротации севооборота.

Примененные системы удобрения не оказали большого влияния на содержание крахмала в клубнях картофеля: в контроле и при применении разных систем оно менялось в пределах 19.5–20.2% при максимуме в контроле и с тенденцией к снижению в вариантах других систем применения удобрений. Отмечена отрицательная корреляция содержания крахмала в клубнях с дозами удобрений при применении разных систем – r = –0.39 и продуктивностью севооборота, т.е. с  урожайностью этой культуры при r = –0.57. Иначе говоря, с повышением урожайности картофеля снижалось его потребительское качество.

Длительное действие и последействие систем удобрения оказали заметное влияние на коэффициенты использования NPK сельскохозяйственными культурами (табл. 2). В течение 4-х ротаций севооборота азот удобрений лучше использовался в минеральной и органо-минеральной системах (на уровне 34–36%), тогда как в органической – в 1.7–1.8 раза меньше. Фосфор удобрений, наоборот, эффективнее использовали сельскохозяйственные культуры в варианте органической системы, калий – в варианте органо-минеральной системы. С учетом последействия коэффициенты использования ранее внесенных удобрений (КИУ) возросли при сохранении отмеченных выше соотношений. В целом коэффициенты использования фосфора и калия значительно превышали уровни, установленные ранее, а КИУ азота соответствовали этим показателям [10, 11].

Среднегодовой баланс питательных веществ (NPK за 4 ротации севооборота) показал, что для азота и калия он во всех вариантах был отрицательным, для фосфора – в вариантах органической и органо-минеральной систем, в контроле – для всех элементов. При этом наименьший отрицательный баланс NPK отмечен в варианте минеральной системы удобрения, в котором суммарное количество внесенных питательных веществ превышало другие системы.

Действие и последействие различных систем удобрения повлияло на агрохимические показатели почвенного плодородия (табл. 3). На кислотность почвы наибольшее негативное воздействие оказала минеральная система удобрения. В действии в среднем в вариантах всех исследованных систем удобрения в почве снижалось содержание гумуса с 1.4 до 1.13%, калия – со 139 до 108 мг/кг при незначительном изменении содержания подвижного фосфора со 159 до 153 мг/кг. При этом наибольшее относительное снижение содержания почвенного гумуса отмечено в контроле – на 39% и в варианте минеральной системы удобрения – на 29%. На содержание обменного калия в почве системы удобрения влияли неоднозначно, повышая его в варианте органической системы и снижая в вариантах минеральной и органо-минеральной систем. В последействии удобрений в почве продолжалось снижение содержания гумуса и фосфора (за исключением минеральной системы), а также обменного калия в целом при применении всех исследованных систем удобрения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В длительном полевом опыте, проведенном на дерново-подзолистой легокосуглинистой почве, в котором за 4 ротации севооборота в течение 30 лет изучали действие органической, минеральной и органо-минеральной систем удобрения и в 5-й ротации в течение 7 лет их последействие, установлены определенные различия их влияния на урожайность и качество сельскохозяйственных культур, а также на плодородие почвы.

В период действия удобрений наибольшее влияние на продуктивность сельскохозяйственных культур оказала минеральная система, при которой за годы исследования получено в среднем 3.19 т з.е./га, наименьшее – органическая система при продуктивности 2.37 т з.е./га. Среднее положение занимала органо-минеральная система с продуктивностью сельскохозяйственных культур 2.88 т з.е./га. В последействии по продуктивности выделялась органо-минеральная система – 2.57 т з.е./га, второе место заняла органическая – 2.44 и третье – минеральная (2.26 т з.е./га). В среднем за годы действия и последействия удобрений в опыте максимальная урожайность (2.72 т з.е./га) получена при применении органо-минеральной и минеральной систем, в варианте органической системы – 2.4 т з.е./га, при продуктивности 2.0 т з.е./га в контроле.

По величине содержания сырого белка в зерне всех злаковых культур ведущее положение занимала минеральная система удобрения, из культур – озимая пшеница и ячмень. При применении других систем удобрения содержание сырого белка в зерне ячменя и овса не превышало контрольный вариант.

Различия в содержании крахмала в клубнях картофеля в контроле и в вариантах разных систем применения удобрений находились на уровне тенденции в пределах 19.6–20.2% со снижением последовательно от контроля к вариантам органической, минеральной и органо-минеральной систем. С повышением урожайности данной культуры заметно снижалось ее потребительское качество по этому показателю.

Влияние действия различных систем удобрения на плодородие пахотного слоя почвы проявилось в повышении кислотности почвенной среды при снижении рН за ротации в среднем в опыте с 5.6 до 4.9 ед., но особенно это было заметно в вариантах минеральной системы удобрения. В среднем во всех вариантах в почве снижалось содержание гумуса с 1.40 до 1.13% при наибольшем его сохранении в варианте органо-минеральной системы – 1.28% и наименьшем в варианте органической системы – 1.04%. При применении всех систем удобрения в почве повысилось содержание подвижного фосфора со 155 до 178 мг/кг при значительном снижении его в почве контрольного варианта. Содержание обменного калия за 4 ротации также снижалось как в контроле, так и в вариантах минеральной и органо-минеральной систем удобрения, несколько повысившись в варианте органической системы. К концу 5-й ротации в удобренных ранее вариантах опыта отмечено некоторое повышение рН почвенного раствора, дальнейшее снижение содержания гумуса, подвижного фосфора (за исключением варианта минеральной системы) и обменного калия.

За 37-летний период исследования действия и последействия различных систем удобрения на продуктивность полевых севооборотов, качество продукции и плодородие дерново-подзолистой легкосуглинистой почвы наибольший эффект достигался при использовании органо-минеральной системы, превосходящей по комплексу показателей минеральную и еще более – органическую системы удобрения.