Агрохимия, 2021, № 5, стр. 14-20

ВВЕДЕНИЕ

Считается, что содержание подвижного фосфора в почве является признаком ее уровня плодородия, а повышение обеспеченности Р₂О₅ – показателем роста окультуренности. В Нечерноземной зоне России 62% пахотных почв расположены на дерново-подзолистых почвах, которые характеризуются низким естественным плодородием, они имеют небольшую мощность пахотного слоя, низкое содержание гумуса и питательных веществ. Вместе с тем дерново-подзолистые почвы отличаются хорошими условиями увлажнения, поэтому при достаточном обеспечении растений питательными веществами на них можно получить высокие и устойчивые урожаи сельскохозяйственных культур.

В 1971 г. был закончен первый цикл агрохимического обследования пахотных почв зоны, согласно которому 90% пашни характеризовались недостаточным уровнем содержания подвижного фосфора. Благодаря планомерной и целенаправленной работе по повышению плодородия почв в период интенсивной химизации, в зоне наметилась устойчивая тенденция к улучшению фосфатного режима почв. Баланс фосфора в земледелии стал положительным. C 1971 по 1995 г. было внесено в почву с удобрениями сверх выноса урожаями 675 кг Р₂О₅/га, что позволило за короткий срок снизить долю пашни, низкообеспеченную подвижным фосфором, с 64 до 16%. При этом одновременно возрастал удельный вес почв с повышенным, высоким и очень высоким содержанием Р₂О₅. Как правило, более высокому уровню применения удобрений соответствовал также и прирост содержания подвижного фосфора. Например, за этот период в Московской обл. на каждый 1 га пахотной площади вносили в 2 раза больше минеральных и органических удобрений, что оказало соответствующее влияние на продуктивность пашни и повышение содержания подвижного фосфора. Вследствие более высокой урожайности вынос фосфора в Московской обл. в 1.5 раза превышал таковой в среднем в Нечерноземной зоне (табл. 1). Наряду с этим, благодаря более значительному превышению выноса фосфора над его внесением темпы обогащения почв подвижным фосфором оказались более высокими по сравнению со среднезональными. По состоянию на 1 января 1971 г. в области насчитывали 82% пашни с недостаточной степенью обеспеченности Р₂О₅, т.е. почти столько же, что и в целом в Нечерноземной зоне (табл. 2). Через 25 лет доля недостаточно обеспеченных почв подвижным фосфором снизилась до 12%, а средневзвешенное содержание Р₂О₅ достигло 211 мг/кг.

Начиная с 1990-х гг. прошлого столетия положение изменилось коренным образом. Применение минеральных и органических удобрений резко сократилось, баланс питательных веществ в земледелии Нечерноземной зоны стал складываться со значительным превышением выноса над их поступлением в почву (табл. 1), что повлекло за собой снижение содержания подвижного фосфора в почве, наметилась тенденция к увеличению удельного веса почв с очень низким и низким содержанием Р₂О₅ и снижению площадей высокообеспеченных этим питательным веществом. В отдельных областях, таких как Костромская, Орловская, Рязанская, средневзвешенное содержание подвижного фосфора перешло из группы повышеннообеспеченных в среднюю. Это означало, что продукционная способность таких почв снизалась примерно на 30–40% [1].

Результаты агрохимического обследования пахотных почв свидетельствовали о том, что в Нечерноземной зоне >8 тыс. га нуждались в повышении фосфатного уровня. В Московской обл., несмотря на достаточно высокое средневзвешенное содержание подвижного фосфора ≈100 тыс. га характеризовались недостаточной степенью обеспеченности пашни Р₂О₅. В связи с этим возникла необходимость, с одной стороны, принимать меры по повышению фосфатного уровня почв, с другой, – прогнозировать снижение степени обеспеченности почв подвижным фосфором вследствие превышения выноса Р₂О₅ над поступлением его в почву.

Для организации этой работы на научной основе нужна надежная нормативно-справочная информация. В годы интенсивной химизации для выполнения работ по комплексному агрохимическому окультуриванию полей были использованы “Временные нормативы затрат удобрений на проведение работ по комплексному агрохимическому окультуриванию полей” [2]. В этом документе были представлены дозы фосфора, которые надо внести сверх выноса урожаями для увеличения содержания Р₂О₅ на 10 мг/кг или 1 мг/100 г почвы. Эти данные были использованы также при составлении прогноза содержания подвижного фосфора на примере областей центральной части Нечерноземной зоны. Сравнение прогнозных величин с фактическими показало хорошую сходимость результатов при прогнозировании средневзвешенного содержания Р₂О₅ на региональном уровне, когда баланс этого питательного вещества в земледелии складывался положительно [3].

Для того чтобы прогнозировать изменения содержания подвижного фосфора в почве при отрицательном балансе, нужны иные нормативы, которые должны представлять собой величины выноса, снижающие содержание Р₂О₅ в почвах на 10 кг/кг или 1 мг/кг. Такие данные были получены при обобщении длительных полевых опытов Геосети ВНИИА, в которых на величину выноса Р₂О₅ оказывали влияние тип почвы и ее гранулометрический состав [4]. Использование этих данных для прогнозирования изменения содержания подвижного фосфора в почвах центральных областей Нечерноземной зоны дало положительный результат.

Вместе с тем следует иметь в виду, что величину расхода удобрений и выноса питательных веществ на “сдвиг” в ту или иную сторону могут оказать и другие факторы: реакция почвенной среды, содержание гумуса, виды и формы удобрений, исходное содержание Р₂О₅ в почве. Следовательно, для управления фосфатным режимом почв нужна более совершенная нормативно-справочная база, в которой необходимо учесть приведенные выше показатели.

Цель работы – установление влияния агрохимических свойств дерново-подзолистых почв на изменение в них содержания подвижного фосфора в зависимости от интенсивности применения фосфорсодержащих удобрений.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

Для решения поставленных задач был использован метод математического моделирования. Исходной информацией для этого послужили данные длительных полевых опытов ВНИИА, ДАОС и других научно-исследовательских учреждений, входящих в Географическую сеть ВНИИА. Влияние изученных факторов, влияющих на “сдвиг” содержания подвижного фосфора в почвах, оценивали по величинам коэффициентов корреляции (r) и корреляционных отношений (η). По величинам коэффициентов детерминации и индексов детерминации оценивали долю изменчивости выходной величины, которую определяли изменения изученных факторов.

Результаты опытов были объединены в 3 выборки в зависимости от гранулометрического состава почв и уровня применения фосфоросодержащих удобрений. В первую и вторую выборки были включены опыты, в которых применение фосфора превышало его вынос урожаями. Вместе с тем эти выборки различались по гранулометрическому составу почв, в первой из них была тяжелосуглинистая почва, во второй – супесчаная. В третьей выборке изучали последействие фосфорных удобрений, т.е. удобрения не вносили, и поэтому имелась возможность изучить влияние выноса Р₂О₅ урожаем на снижение содержания подвижного фосфора в почве.

Расход фосфоросодержащих удобрений, внесенных сверх выноса урожаями, на увеличение содержания Р₂О₅ на 10 мг/кг или 1 мг/100 г почвы определяли по формуле (1):

где, Р – расход удобрений сверх выноса на увеличение содержания питательного вещества на 10 мг/кг, или на 1 мг/100 г, кг/га; Д – доза питательного вещества, кг/га; В – вынос питательного вещества урожаем, кг/га; С_ув – величина роста содержания питательного вещества в почве, мг/кг; 0.1 – поправочный коэффициент.

Величину выноса фосфора, снижающую его содержание в почве на 10 мг/кг или 1 мг/100 г, устанавливали по формуле (2):

где, Н – норма выноса питательного вещества, снижающая его содержание в почве на 10 мг/кг, кг/га; В и Д – то же , что и в формуле (1); С_ум – снижение содержания питательного вещества в почве, мг/кг; 0.1 – поправочный коэффициент.

Характеристика выборок для изучения связи между агрохимическими свойствами почв, балансом фосфора и изменением содержания Р₂О₅ в почвах свидетельствовала о том, что число наблюдений было вполне достаточным для выполнения цели исследования. Диапазон изменений содержания подвижного фосфора в почвах охватывал практически все классификационные группы, которые могут встретиться в условиях производства. Реакция почвенной среды варьировала менее заметно, но все-таки достаточно ощутимо. Изменения содержания гумуса наиболее отчетливо проявились только в супесчаной почве (табл. 3).

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Результаты корреляционного анализа показали, что связь между содержанием подвижного фосфора и затратами фосфорных удобрений на увеличение содержания Р₂О₅ в дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почве носила линейный, а между затратами и величиной рН – криволинейный характер (табл. 4). Установление тесноты связи между расходованием фосфорных удобрений на увеличение содержания Р₂О₅ в почве и содержанием гумуса не имело смысла, поскольку его запас в выборке менялся незначительно. Все это послужило основанием для расчета величин затрат фосфорных удобрений на увеличение содержания Р₂О₅ в почве только в зависимости от исходной степени обеспеченности почвы подвижными фосфатами и степени кислотности. Для этого были составлены соответствующие уравнения регрессии. Расчеты выполняли согласно градациям, установленным для агрохимической службы при проведении массового обследования сельскохозяйственных угодий нашей страны. При этом расчеты содержания подвижного фосфора были сделаны для 5-ти классификационных групп: очень низкой, низкой, средней, повышенной и высокой степени обеспеченности, которые в дальнейшем были скорректированы, исходя из данных, полученных по уравнению регрессии для величины рН (табл. 5).

Согласно приведенным данным, наибольшие затраты фосфорных удобрений выявлены при очень низкой обеспеченности данной почвы подвижным фосфором и очень высокой степенью кислотности. При увеличении исходного содержания подвижного фосфора и снижении кислотности почвы постепенно снижался расход фосфорных удобрений на увеличение удельного содержания Р₂О₅. В почве, высокообеспеченной подвижными фосфатами, и с реакцией среды, близкой к нейтральной, затраты снижались в 4 раза по сравнению с почвой, низкообеспеченной фосфатами, и с очень сильной степенью кислотности.

В выборке, которая была сформирована по данным длительных опытов, проведенных на дерново-подзолистых супесчаных почвах, в отличие от рассмотренной выше выборки, представилась возможность оценить влияние не только его исходного содержания и степени кислотности, но также и содержания гумуса, на расход фосфорных удобрений на “сдвиг” в сторону увеличения содержания Р₂О₅. Статистическая обработка выборки показала, что связь между затратами удобрений, содержанием Р₂О₅ и гумуса была линейной, а между затратами и величиной рН – криволинейной (табл. 6). Это позволило учесть влияние 3-х факторов в единой системе на расход фосфорных удобрений на увеличение содержания Р₂О₅ в дерново-подзолистой почве. Принцип расчета был аналогичен предыдущему примеру, т.е. за основу были взяты данные, полученные при оценке действия содержания подвижного фосфора на результативный признак. Затем полученные данные корректировали, исходя из соответствующих уравнений регрессии (табл. 7).

Результаты исследования показали, что наибольшее влияние на расход удобрений, увеличивающих содержание Р₂О₅ в дерново-подзолистой супесчаной почве, оказывало содержание гумуса. Это вполне объяснимо, т.к. с приростом гумусированности возрастает буферная способность почв, и фосфор удобрений в таких почвах образует прочные фосфорорганические соединения [5]. Весьма заметное влияние на величину расхода фосфорных удобрений на увеличение содержание Р₂О₅ в супесчаной почве оказывала также ее исходная степень обеспеченности подвижным фосфором. С возрастанием запаса Р₂О₅ от очень низкого до высокого затраты удобрений снижались в 2 раза. Величина рН хотя и оказывала определенное влияние, но оно было невысоким.

Одной из проблем современного земледелия Нечерноземной зоны является превышение выноса фосфора урожаями над его поступлением в почву, что приводит к обеднению почв подвижными фосфатами. Вместе с тем исследований в длительных полевых опытах, изучающих влияние отрицательного баланса фосфора на скорость снижения содержания подвижных фосфатов, крайне мало. Тем не менее, подобные исследования проведены ВНИИА на дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почве, что позволило оценить величину выноса фосфора урожаями, снижающую содержание подвижных фосфатов на 10 мг/кг или 1 мг/100 г почвы.

Статистическая обработка данных показала, что исходная степень обеспеченности почв подвижным фосфором оказывала весьма существенное воздействие на величину выноса фосфора, снижающего его удельное содержание. Наряду с этим изменение данного показателя в сторону снижения немаловажное влияние оказывала величина рН. Влияние содержания гумуса на величину выноса фосфора выявить не представилось возможным, т.к. его содержание в выборке было практически одинаковым (табл. 8).

Расчеты, выполненные по уравнениям регрессии, показали, что скорость снижения содержания подвижного фосфора в дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почве в равной степени зависела как от исходного содержания Р₂О₅, так и степени кислотности почвы.

Выявленная закономерность была такова: чем выше содержание подвижных фосфатов и ниже степень кислотности, тем быстрее происходит обеднение почвы этим питательным элементом (табл. 9). Для того, чтобы снизить содержание Р₂О₅ на 10 мг/кг почвы или на 1 мг/100 г в очень кислой почве с низкой обеспеченностью Р₂О₅ надо, чтобы вынос фосфора урожаем был >900 кг Р₂О₅/га, тогда как при высокой обеспеченности и слабокислой реакции почвенной среды он должен быть в несколько раз меньше.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Результаты исследования показали, что в годы интенсивной химизации сельского хозяйства благодаря планомерной и целенаправленной работе по повышению плодородия почв в Нечерноземной зоне наметилась устойчивая тенденция к улучшению фосфатного режима пашни. В период с 1971 по 1995 г. было внесено в почву с удобрениями сверх выноса урожаем до 675 кг Р₂О₅/га, что позволило за короткий срок снизить долю пашни, низкообеспеченную подвижным фосфором, с 64 до 16%. Более интенсивное применение фосфорсодержащих удобрений в Московской обл. позволило еще быстрее перевести почвы с низкой степенью обеспеченности Р₂О₅ в более высокую категорию и довести средневзвешенное содержание до 211 мг Р₂О₅/кг.

В настоящее время в Нечерноземной зоне резко сократилось применение удобрений, баланс фосфора стал складываться со значительным превышением его выноса урожаями над поступлением в почву, что повлекло за собой снижение содержания подвижного фосфора в пахотных почвах зоны. В связи с этим возникла необходимость, с одной стороны, принимать меры по повышению фосфатного уровня почв, с другой, – прогнозировать снижение степени обеспеченности подвижным фосфором вследствие превышения выноса Р₂О₅ над его поступлением в почву.

Для организации этой работы на более совершенной нормативно-справочной основе был обобщен материал нескольких длительных опытов, проведенных на дерново-подзолистых почвах научными учреждениями, входящими в Географическую сеть ВНИИА. Результаты этих исследований показали, что в дерново-подзолистых тяжелосуглинистых почвах при увеличении исходного содержания подвижного фосфора и снижении их кислотности постепенно снижался расход фосфорных удобрений на увеличение удельного содержания Р₂О₅. В почве, высокообепеченной подвижными фосфатами и с реакцией среды, близкой к нейтральной, затраты снижались в 4 раза по сравнению с почвой, низкообеспеченной фосфором, и с очень сильной степенью кислотности. Скорость снижения содержания подвижного фосфора в дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почве в равной степени зависела от исходного содержания Р₂О₅ и величины кислотности.

В супесчаных почвах наибольшее влияние на расход удобрений, увеличивающих содержание Р₂О₅, оказывала величина содержания гумуса, а также исходная степень обеспеченности фосфатами.

Таким образом, полученные результаты представляют собой более совершенную нормативно-справочную основу, которую можно использовать при научно обоснованном формировании фосфатного режима дерново-подзолистых почв и прогнозировании динамики содержания Р₂О₅ в почвах в зависимости от интенсивности применения фосфорсодержащих удобрений.

Наряду с этим считаем, что подобные исследования необходимо проводить не только в Нечерноземной зоне, но и в других почвенно-климатических условиях.