Агрохимия, 2021, № 4, стр. 3-8

ВВЕДЕНИЕ

Возделывание сахарной свеклы как рентабельной высокопродуктивной культуры сопряжено с применением большого количества удобрений [1]. Для комплексной оценки эффективности их внесения применяют такие показатели как коэффициенты использования питательных веществ из почвы и минеральных удобрений (КИП и КИУ), а возврат NPK в агроэкосистему оценивают с помощью коэффициента возмещения выноса (КВВ).

Коэффициенты использования питательных веществ из минеральных удобрений, навоза и почвы характеризуют особенности питания сельскохозяйственных культур. На данные показатели значительное влияние оказывают уровень удобренности севооборотной площади, вид возделываемой культуры, они раскрывают отношение культур к элементам питания и степень их накопления в почве [2]. При исчислении данных показателей производят расчет выноса элементов питания, который учитывает урожайность, содержание сухого вещества и NPK на единицу массы культуры [3].

Сахарная свекла характеризуется невысоким содержанием NPK на единицу сухой массы: азота в корнеплодах содержится 0.8–1.0%, в ботве – 1.75, P₂O₅ – 0.32 и 0.4%, K₂O – 2.5 и 1% соответственно, тогда как в зерне озимой пшеницы их содержание более значительно и составляет 2.8, 0.85 и 0.5% соответственно [3, 4]. Но в связи с тем, что урожайность корнеплодов сахарной свеклы высокая (50–60 т/га), вынос N составляет 160–260, P₂O₅ – 48–80 и K₂O – 220–400 кг/га [4, 5]. Улучшение питания культуры способствует увеличению выноса NPK урожаем [6, 7], как вследствие роста урожайности, так и повышения содержания NPK в единице сухого вещества [3, 8–12].

Средний КИП P₂O₅ сахарной свеклой – очень невысокий и составляет 7–10%, K₂O и N – в несколько раз больше (25–30 и 20–25% соответственно), КИУ данной культуры равен 15–20, 50–60 и 50–60% соответственно [12]. Средства химизации изменяют КИП [13]. Возрастающие дозы удобрений способствуют снижению коэффициента использования элементов питания из минеральных удобрений [14, 15].

Важным показателем экологического состояния агроценоза является коэффициент возврата (возмещения) выноса элементов питания (КВВ) – отношение прихода элементов к их расходу. Если оно >1, то баланс положительный количественно настолько, насколько КВВ >1.0, при КВВ = 1.0 – баланс нулевой, при КВВ <1.0 – баланс отрицательный [16]. Данный показатель также подвержен значительному воздействию уровня удобренности почвы. В исследованиях [13] он изменялся от 73 до 138%.

Возделывание сахарной свеклы в паровом и травяном звеньях длинно-ротационного севооборота обеспечивает получение разной урожайности корнеплодов [17]. Также возможны отличия в химическом составе сельскохозяйственной продукции вследствие дополнительного поступления азота с пожнивными и корневыми остатками клевера, возделываемого в звене клевер – озимая пшеница – сахарная свекла – однолетние травы – овес.

Цель работы – изучение динамики коэффициентов использования элементов питания из почвы, удобрений и коэффициента возмещения выноса в условиях длительного применения удобрений под сахарную свеклу в звеньях с паром и клевером зернопропашного севооборота в лесостепи ЦЧР.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

Исследование проводили в 2009–2017 гг. 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 – травосмесь горох + овес – овес на зерно. В 2017 г. закончилась 9-я ротация севооборота.

Климат района исследования – умеренно–континентальный с неустойчивым увлажнением, ГТК (гидротермический коэффициент увлажнения по Селянинову) меняется в пределах 0.9–1.3.

Почва опытного участка – чернозем выщелоченный малогумусный среднемощный тяжелосуглинистый. Агрохимическая характеристика почвы опытного участка: содержание гумуса – 4.89–5.61%, N-NO$_{3}^{ - }$ – 1.39–2.16 мг/100 г почвы, подвижного P₂O₅ – 10.6–18.8 мг/100 г почвы, K₂O – 10.2–15.2 мг/100 г почвы, H_г – 2.8–3.6 ммоль/100 г почвы, pH_KCl 4.9–5.4, V – 86–90%.

Минеральные удобрения вносили 2 раза за ротацию только под сахарную свеклу, навоз – 1 раз за ротацию в черном пару, остальные культуры использовали последействие удобрений.

Изучали влияние последействия удобрений на урожайность культур в вариантах N45P45K45 + + навоз 25 т/га в пару, N90P90K90 + навоз 25 т/га в пару, N135P135K135 + навоз 25 т/га в пару, N45P45K45 + навоз 50 т/га в пару, N120P120K120 + + навоз 50 т/га в пару, N190P190K190 и в контроле без удобрений. Определение урожайности сахарной свеклы производили методом пробных площадок в 3-х повторностях, посевная площадь делянки – 131.2 м², учетная – 10.8 м². Содержание NPK в сахарной свекле определяли по Куркаеву, вынос NPK, КИП, КИУ и КВВ – расчетным методом.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Установлено, что вынос N основной и побочной продукцией сахарной свеклы (корнеплодами и ботвой) в паровом звене составил 78.9–145, в клеверном – 88.5–145 кг/га, действие удобрений проявилось в повышении данного показателя относительно контроля на 30.1–83.3 и 25.4–63.8% соответственно (табл. 1). Наибольший вынос в обоих звеньях отмечен под влиянием системы удобрения N135P135K135 + + навоз 25 т/га, также в паровом звене – в варианте N120P120K120 + навоз 50 т/га, в клеверном звене – в варианте N190P190K190. На 8.08–12.2% больший вынос в звене с клевером (относительно парового звена) обеспечивался в контроле, при внесении N45P45K45 + навоз 25 т/га и N45P45K45 + навоз 50 т/га, в звене с паром – на 5.93% (относительно клеверного) – в варианте N190P190K190.

Вынос P₂O₅ основной и побочной продукцией сахарной свеклы в паровом звене составил 46.7–104, в клеверном – 53.6–96.5 кг/га, действие удобрений проявилось в повышении данного показателя относительно контроля на 48.4–122 и 24.8–80.0% соответственно. Наибольший вынос фосфора в обоих звеньях отмечен при внесении N135P135K135 + навоз 25 т/га и N190P190K190. Более высокий, на 14.4–14.8%, вынос P₂O₅ в клеверном звене был в контроле и при внесении N45P45K45 + навоз 50 т/га, в паровом звене вынос вырос на 14.7% в варианте N120P120K120 + навоз 50 т/га.

Вынос K₂O основной и побочной продукцией сахарной свеклы в паровом звене составил 166–285, в клеверном – 148–236 кг/га, действие удобрений проявилось в повышении данного показателя относительно контроля на 33.4–72.2 и 26.1–58.7% соответственно. Максимальный вынос в обоих звеньях отмечался при действии систем удобрения N135P135K135 + навоз 25 т/га и N190P190K190. Более высокий, на 11.6–37.3%, вынос K₂O в большинстве вариантов обеспечивался в звене с паром, дозы N135P135K135 + навоз 25 т/га, N45P45K45 + навоз 25 т/га, N190P190K190 содействовали наибольшему превышению выноса элемента в паровом звене относительно клеверного.

КИП азота под сахарной свеклой в звене с паром составил 97.7–124% (табл. 2), разница в вариантах – 9.93–30.0%, в звене с клевером – 102–132 кг/га и 6.95–21.4% соответственно. Величина КИП азота >100 свидетельствовала о дополнительном поступлении элемента (вследствие нитрификации, при разложении растительных остатков, дегумификации). КИП азота в обоих звеньях был практически сопоставим, кроме вариантов с внесением навоза 50 т/га, а также в контроле, где его превышение в звене с клевером относительно звена с паром составило 22.5–30.4%.

Сопоставление КИП основных элементов питания выявило, что для P₂O₅ почвы он был наиболее низким. В звене с паром он составил 13.4–21.0%, в вариантах с применением удобрений он возрастал на 8.96–56.7% относительно контроля, в звене с клевером КИП данного элемента составил 14.8–19.5%, разница в вариантах опыта – 8.11–32.4%. Увеличение этого показателя относительно контроля на 10.8–17.4% было отмечено только в вариантах с навозом 50 т/га и N190P190K190. В звене с клевером системы удобрения N190P190K190, N135P135K135 + навоз 25 т/га, N45P45K45 + навоз 50 т/га и в контроле обеспечивали более высокий, на 4.84–34.3% КИП P₂O₅ относительно парового звена, а дозы N90P90K90 + навоз 25 т/га и N120P120K120 + навоз 50 т/га – на 13.5–21.6% в звене с паром.

КИП K₂O в звене с паром составил 35.3–55.8%, в звене с клевером – 39.1–47.5%. Действие удобрений значительно повышало данный показатель относительно контроля: в звене с паром – на 10.8–58.1%, в звене с клевером – на 5.88–21.5%, системы N135P135K135 + навоз 25 т/га в пару и N120P120K120 + навоз 50 т/га оказывали наибольшее влияние на увеличение показателя в обоих звеньях, а в звене с паром – также в варианте N190P190K190. В звене с паром отмечен более высокий относительно клеверного звена, на 6.53–34.8% КИП K₂O в вариантах N135P135K135 + навоз 25 т/га, N120P120K120 + навоз 50 т/га и N190P190K190, в звене с клевером относительно парового звена – на 10.8–16.6% в контроле и при внесении N45P45K45 + навоз 25 т/га.

КИУ азота составил в звене с паром 27.5–40.7% (табл. 3), максимальная его величина отмечена в варианте N135P135K135 + навоз 25 т/га, минимальная – в варианте N45P45K45 + навоз 50 т/га. В звене с клевером КИУ азота составил 25.3–69.6%, максимальным он был при применении N45P45K45 + навоз 50 т/га, минимальным – N190P190K190, с увеличением доз удобрений произошло его повышение в паровом звене на 10.9–30.4% (кроме варианта N45P45K45 + навоз 50 т/га, где он снизился на 11.9%). В клеверном звене отмечено снижение этого показателя на 9.8–49.4% (кроме варианта N45P45K45 + навоз 50 т/га, где было отмечено повышение на 39.2%). Разница в вариантах каждого звена в первом случае составила 13.4–48.0 и во втором – 65.6–175% соответственно, а сравнение каждого варианта выявило, что этот показатель был выше в клеверном звене на 2.95–60.3% (кроме варианта N190P190K190). Наиболее высокой разница была при применении N45P45K45 + навоз 50 т/га, наиболее низкой – в варианте N135P135K135 + навоз 25 т/га.

КИУ P₂O₅ в звене с паром составил 24.3–39.5%, максимальной его величина была при применении N120P120K120 + навоз 50 т/га и N45P45K45 + навоз 25 т/га, минимальной – в варианте N190P190K190. В звене с клевером КИУ P₂O₅ был равен 21.1–68.2%, наиболее высоким он был при действии N45P45K45 + навоз 50 т/га, наиболее низким – в варианте N190P190K190. С увеличением доз удобрений произошло его снижение в паровом звене на 16.8–38.2% (кроме вариантов с навозом 50 т/га, где он оставался на уровне контроля). В клеверном звене была отмечена тенденция к его снижению до 28.7%. Только вариант N45P45K45 + навоз 50 т/га обеспечивал значительное повышение показателя на 130%. Разница в вариантах каждого звена составила 14.2–62.5 и 26.1–223% соответственно, а сравнение каждого варианта в разных звеньях выявило, что этот показатель был больше в паровом звене на 2.83–32.8% (кроме варианта N45P45K45 + навоз 50 т/га). Наиболее значительная разница была отмечена при действии N45P45K45 + навоз 50 т/га, наиболее низкая – в варианте N135P135K135 + навоз 25 т/га.

КИУ K₂O составил в звене с паром 46.3–128, в звене с клевером – 29.3–95.6%, максимальной его величина была при применении N45P45K45 + + навоз 25 т/га, минимальной – в варианте N190P190K190 в обоих звеньях. С увеличением доз удобрений произошло его снижение как в паровом, так и клеверном звеньях на 31.5–63.7 и 10.0–69.3% соответственно. Сравнение каждого варианта удобрений в разных звеньях выявило, что этот показатель был больше в паровом звене на 1.51–58.0%, максимальная разница была отмечена в варианте N190P190K190, минимальная – при применении N45P45K45 + навоз 50 т/га.

КВВ в паровом звене составил: N – 0.742–1.31, P₂O₅ – 0.830–2.04 и K₂O – 0.248–0.749, в клеверном звене – 0.376–1.39, 0.534–2.03 и 0.235–0.931 соответственно (табл. 4). Во всех вариантах опыта коэффициент возмещения выноса K₂O в обоих звеньях, N – в клеверном звене, а также P₂O₅ в обоих звеньях при внесении N45P45K45 + навоз 50 т/га и N45P45K45 + навоз 25 т/га не достигал 1, что свидетельствовало о неполноте их возврата в экосистему. Полный возврат с некоторым превышением при внесении большинства доз удобрений отмечался для N в паровом звене, а также для P₂O₅ как в паровом, так и в клеверном звене. Различия КВВ в вариантах в паровом звене были значительно меньше, чем в клеверном звене: для азота они составили 28.2–77.0, для P₂O₅ – 14.6–145, для K₂O – 30.6–131%, тогда как в клеверном звене они были равны 7.72–270, 26.0–202 и 100–296% соответственно. КВВ азота в паровом звене превышал таковой в клеверном звене на 21.8–164, P₂O₅ – на 5.37–77.9, K₂O – на 4.12–35.0 (кроме варианта N190P190K190).

ВЫВОДЫ

1. Более высокий вынос K₂O, в меньшей степени N и P₂O₅ основной и побочной продукцией сахарной свеклы отмечен в паровом звене. Удобрения, примененные в этом звене, способствовали более значительному увеличению выноса NPK, чем в клеверном звене, максимально возрастал вынос P₂O₅ (на 48.4–122 и 24.8–80.0% относительно контроля соответственно), минимально – K₂O (на 33.4–72.2 и 26.1–58.7%).

2. Высокие дозы удобрений (N135P135K135 + + навоз 25 т/га, N120P120K120 + навоз 50 т/га и N190P190K190), примененные как в паровом, так и в клеверном звеньях севооборота, способствовали наиболее значительному выносу на вынос N и P₂O₅. В звене с паром системы удобрения N135P135K135 + навоз 25 т/га, N120P120K120 + навоз 50 т/га в большей степени влияли на вынос K₂O, в звене с клевером – системы N135P135K135 + навоз 25 т/га, N120P120K120 + навоз 50 т/га и N190P190K190.

3. Применение удобрений способствовало повышению коэффициенту использования из почвы (КИП) основных элементов питания как в паровом (в большей степени), так и в клеверном звене (в меньшей степени). Сопоставление КИП вариантов удобрения в разных звеньях севооборота не выявило четкой закономерности его изменения, но при этом в клеверном звене был выявлен более высокий КИП азота в контроле, P₂O₅ и K₂O – при применении N45P45K45 + навоз 50 т/га, а в паровом звене система N120P120K120 + + навоз 50 т/га обеспечивала наиболее высокий КИП P₂O₅ и K₂O.

4. В клеверном звене отмечено более высокое использование азота минеральных удобрений, но более низкое – P₂O₅ и K₂O по сравнению с паровым звеном. В паровом звене был выявлен более высокий коэффициент использования из удобрений (КИУ) P₂O₅ (кроме варианта N45P45K45 + + навоз 50 т/га), чем в клеверном звене (24.3–39.5% и 21.1–31.8% соответственно) и K₂O (46.3–128% и 29.3–95.6% соответственно). Применение удобрений в паровом звене способствовало меньшему изменению КИУ относительно контроля, чем в клеверном. Более всего изменялась величина КИУ азота, в меньшей степени – P₂O₅. Максимальное использование P₂O₅ и K₂O в паровом звене обеспечивали системы удобрения N45P45K45 + навоз 50 т/га, N120P120K120 + навоз 50 т/га, N – N90P90K90 + навоз 25 т/га и N135P135K135 + навоз 25 т/га, последняя доза также способствовала созданию высокого КИУ K₂O.

5. Величина коэффициента возмещения выноса (КВВ) в паровом звене показала, что возврат азота в экосистему был больше на 21.8–164, P₂O₅ – на 5.37–77.9, K₂O – на 4.12–35.0%, чем в клеверном звене. Системы удобрения N135P135K135 + + навоз 25 т/га, N190P190K190 и N120P120K120 + + навоз 50 т/га способствовали полному возврату азота и P₂O₅ в обоих звеньях. Разница между удобренными вариантами в паровом звене в зависимости от величины КВВ была меньше, чем в клеверном звене, что свидетельствовало о более интенсивном пополнении баланса NPK в звене с паром.