Агрохимия, 2021, № 6, стр. 28-35

ВВЕДЕНИЕ

На сегодняшний день преобладающая часть пахотных почв Нечерноземья затронута деградационными процессами [1–5]. Особенно ощутимы негативные изменения кислотно-основных свойств и калийного режима прежних окультуренных дерново-подзолистых почв [5–9]. Это осложняет и без того непростую ситуацию с обеспечением хотя бы минимальной рентабельности полевого земледелия. В то же время в ряде областей Нечерноземья (и в частности, в Ленинградской обл.) неудовлетворительно используют немалые ресурсы для производства пометных удобрений [10, 11]. В значительной мере это определяется жесткими экологическими требованиями к применению последних, делающими практически обязательной предварительную промышленную переработку помета [11–14].

В Ленинградской области в ООО “Билавис” разработана энергосберегающая технология производства высококонцентрированного органо-минерального удобрения (ОМУ), представляющего собой гранулированную смесь сухого помета и золы. Последняя является продуктом сжигания части помета с целью высушивания основной его партии [15]. Цель работы – анализ основных данных завершенного многолетнего полевого опыта по агроэкологической оценке этого удобрения.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

Микрополевой опыт в полиэтиленовых сосудах без дна площадью 1 м² проводили в 2012–2018 гг. в Меньковском филиале АФИ на базе развернутого во времени полевого севооборота “пар сидеральный” (люпиновый)–пшеница озимая–ячмень + + многолетние травы–многолетние травы–многолетние травы–картофель–рапс яровой. С целью более объективной оценки влияния метеорологических условий опыт формировали одновременно в 3-х закладках, открывавшихся полями, в которых вносили ОМУ (пар под озимую пшеницу, ячмень с подсевом трав и картофель).

Для набивки сосудов использовали затронутую деградационным процессом супесчаную дерново-подзолистую почву контрольного (без удобрений) варианта стационарного опыта АФИ. Ее основные агрохимические свойства на этот момент были следующими: рН_KCl 4.74, гумус – 1.85%, Р₂О_5подв – 217 мг/кг, K₂О_подв – 92 мг/кг (в 1982 г. при закладке стационарного опыта рН_KCl 5.60, гумус – 2.77%, Р₂О_5подв – 256 мг/кг и K₂О_подв – 197 мг/кг).

Опыт выполняли по двухфакторной схеме: фактор А – минеральная система удобрения со средними (N75P50K50) и повышенными (N100P75K75) разовыми дозами (четырехкратное внесение за ротацию), фактор Б – дозы ОМУ: малые (3–4), средние (5–7) и высокие (7–10) т/га, в том числе с легированием калием K₂SO₄ из расчета 10 кг K₂О/т ОМУ (трехкратное внесение за ротацию севооборота). Более детальная характеристика методики дана в работе [16].

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Поскольку в 1 т ОМУ содержалось 130 кг кальция, магния и калия в значительной степени в форме оксидов, гидрооксидов и гидрокарбонатов, среди агрохимических свойств почвы наибольшие позитивные изменения соответствовали кислотно-основным (табл. 1). Ранее при анализе данных первых 3-х лет опыта [16], была отмечена несущественность влияния средних и повышенных доз полного минерального удобрения на кислотно-основное состояние почвы. Но в целом за ротацию севооборота негативные изменения стали вполне ощутимыми. На фоне среднегодовых доз N43P29K29 рН_KCl исходно среднекислой почвы снизился на 0.36 ед. при увеличении показателя гидролитической кислотности на 1.14 смоль(экв)/кг. Такие изменения носили критический характер для развития требовательных к почвенной реакции культур: пшеницы озимой, ячменя и рапса. Поэтому на их фоне в начале вегетации в условиях прохладной дождливой погоды резко увеличивалось (вплоть до внешних признаков токсикоза) содержание подвижного марганца (до 38–46 мг/кг), усугубляемое оптимизацией азотного режима за счет минеральных удобрений.

Нейтрализующее действие ОМУ коррелировало с его дозами. В среднем в опыте в расчете на 1 т ОМУ/га повышение показателей за ротацию севооборота составило: рН_KCl – на 0.041 ед., S_обм – на 0.068 смоль(экв)/кг, V – на 1.2%, снижение показателей – Н_обм – на 0.018 смоль(экв)/кг, Н_г – на 0.078 смоль(экв)/кг. Дополнение ОМУ калием минерального удобрения эту закономерность не изменяло. С учетом принятых нормативов затрат извести для сдвига рН_KCl почвы на единицу [17], нейтрализующее действие 1 т ОМУ/га можно оценить эквивалентным действию 293 кг СаСО₃/га. Анализ трансформации всех показателей кислотно-основного состояния почвы позволил считать, что применение изученного ОМУ в полевых севооборотах на дерново-подзолистых почвах в среднегодовых дозах от 1.6 до 2.7 т/га может компенсировать инфильтрационные потери оснований и остановить ставший сегодня хроническим процесс подкисления указанных почв, а в дозе 3.9 т/га – оптимизировать это состояние.

Не столь однозначны полученные в опыте данные относительно влияния ОМУ на гумусное состояние и питательный режим почвы. Хотя и в этом случае прослежена зависимость от величин баланса органического вещества и питательных элементов (табл. 2).

В условиях севооборота с 3-мя полями бобовых и одним полем пропашных культур в вариантах опыта без удобрений и с одними минеральными удобрениями исходное содержание гумуса (1.82–1.88%) сохранялось. Хотя теоретические расчеты (по методике ВНИПТИОУ [18]) указывали на значительный дефицит его баланса. Одностороннее применение средних и высоких доз ОМУ обеспечивало формирование положительного баланса гумуса, выразившееся повышением его содержания относительно исходного показателя в среднем на 0.20%. На фоне минеральных удобрений расчеты показывали ухудшение показателей баланса. Но фактически, при сочетании полного минерального удобрения со средними и высокими дозами ОМУ содержание гумуса в почве увеличилось в среднем на 0.3%. Вероятно, при этом происходило накопление большей массы пожнивно-корневых остатков.

Анализ данных показал также, что использованная в опыте система удобрения на основе ОМУ имела и существенный недостаток – значительный дисбаланс в поступлении и потреблении растениями основных макроэлементов. Особенно остродефицитным был хозяйственный баланс азота, что определило и низкое содержание в почве минерального азота в конце опыта. Естественно, что показатели биологического баланса были лучшими, поскольку 33% севооборотной площади занимали активные азотфиксаторы – клевер и люпин. Иначе был бы невозможен столь высокий агрономический эффект.

Напротив, вследствие высокого содержания в ОМУ фосфора (45 кг/т), интенсивность хозяйственного баланса этого элемента (особенно при высоких дозах) была необоснованно завышенной (до 248–363%). Конечно, при этом наблюдали значительное накопление в почве подвижных соединений фосфора (69 мг Р₂О₅/кг) в среднем в вариантах опыта с удобрениями (по 4 мг/кг в расчете на 1 т ОМУ/га). Для повышения содержания Р₂О₅ на 1 мг/кг затрачивалось, таким образом, остаточного фосфора удобрений 7.2 кг/га. В абсолютном контроле (без удобрений) содержание подвижного Р₂О₅ за 7 лет снизилось на 50 мг/кг, или по 1 мг/кг в расчете на каждые 4 кг/га дефицита баланса фосфора. Это свидетельствовало о резком снижении фосфатной буферной способности среднеокультуренных почв относительно их хорошоокультуренных аналогов [19], главным образом вследствие постепенного расходования их органической составляющей и ретраградации при подкислении. В целом трансформация показателей фосфатного состояния почвы под влиянием ОМУ указывала на обоснованность приоритетного использования этого нового удобрения на бедных фосфатами почвах.

Баланс калия в севообороте был дефицитным почти во всех вариантах опыта. Но снижение содержания его подвижных форм (на 8–10 мг/кг) произошло только в вариантах без применения ОМУ. На фоне тоже отрицательного баланса в вариантах с малыми дозами ОМУ содержание подвижного калия сохранилось на исходном уровне, а в вариантах со средними и высокими дозами даже повысилось (в среднем на 38 мг/кг). Установленная закономерность является очередным подтверждением обоснованности мнения ряда ученых [7, 8, 20] о недостаточной изученности процессов преобразования соединений калия в почве. Вероятно, в почвенно-агрохимических условиях обсуждаемых вариантов опыта имело место стимулирующее действие ОМУ в направлении мобилизации калия с более энергоемких позиций [7, 8, 21].

Внесение в почву NPK в составе ОМУ в количестве от 1133 до 2781 кг/га и органического вещества 8–20 т/га за ротацию севооборота сопровождалось улучшением не только агрохимических, но и агрофизических свойств почвы [15], следовательно и ее питательного и водно-воздушного режимов. Поэтому положительное действие этого удобрения на первых культурах отметили даже при визуальных наблюдениях уже в начальных фазах онтогенеза. Напротив, полное минеральное удобрение (а вероятнее, его азотный компонент) в условиях выраженного подкисления почвы на фоне прохладной дождливой погоды в начале вегетации вызывало и при повышении дозы усиливало признаки марганцевого токсикоза молодых растений озимой пшеницы, ячменя и даже требовательного к элементу рапса. Характер и остроту их проявления определяли погодно-климатические условия (степень переувлажнения почвы и продолжительность волны холода). При этом негативный физиологический эффект напрямую зависел от дозы минерального (в первую очередь азотного) удобрения. Обычно негативные последствия преодолевались молодыми посевами через 10–15 сут после наступления устойчиво теплой погоды, но полностью компенсировать возникающие таким образом издержки для продукционного процесса было уже невозможно. Прямым результатом этого стало не только снижение окупаемости удобрений в отдельные годы, но и резкое (в 2 раза) повышение с 21–26 до 33–58% временной вариабельности продуктивности этих культур под действием минеральной системы удобрения (рис. 1).

Рис. 1.

Временная вариабельность (коэффициент вариации) продуктивности полевых культур.

Агрономическая эффективность ОМУ в целом зависела от величины его доз, биологических особенностей сельскохозяйственных растений и погодных условий. Урожайность и озимой пшеницы, и ячменя, и картофеля закономерно увеличивалась по мере повышения доз ОМУ с 3–4 до 7–10 т/га, хотя при этом окупаемость 1 кг NPK снижалась. Средние для изученных доз прибавки урожайности зерновых культур составили 89, картофеля – 77% (вероятно, сказывалась более высокая отзывчивость пшеницы и ячменя на раскисление почвы). Сочетание ОМУ с полным минеральным удобрением обеспечивало как значительное повышение урожайности (до 5.2–6.4 т зерна и 60.5 т клубней картофеля на 1 га), так и увеличение оплаты 1 кг NPK зерновыми культурами с, 62 до 7.1 з.е., картофеля – с 7.7 до 11 з.е.

С учетом относительной обедненности ОМУ калием легирование его калийным удобрением было эффективным и в посадках картофеля, и в посевах зерновых: в расчете на 1 кг K₂О в составе K₂SO₄ было получено 20 и 9 з.е. соответственно. Исключение составил вариант, в котором высокие дозы ОМУ вносили на фоне повышенных доз минеральных удобрений.

Существенное влияние на агрономическую эффективность ОМУ оказывали погодные условия. Обычно в неблагоприятные по метеоусловиям годы относительные прибавки урожайности от этого удобрения оставались достаточно высокими, но значительно меньшими по абсолютной величине. Соответственно снижалась и окупаемость единицы действующего вещества. При этом степень благоприятности погодных условий определялась во многом биологическими особенностями культуры. Например, весна и лето 2012 г., характеризовавшиеся чередованием продолжительных периодов засухи и обильных осадков, оказались крайне неблагоприятными для ячменя (на 1 кг NPK в составе ОМУ было получено всего от 1.4 до 5.5 з.е.), но вполне благополучными для картофеля (оплата 1 кг NPK – от 6.2 до 14.7 з.е.).

В отличие от минеральных удобрений, дестабилизирующих в почвенно-климатических условиях опыта продуктивность требовательных к почвенной реакции культур, ОМУ снижало вариабельность в среднем в 1.2 раза, в сочетании с минеральными удобрениями – в 1.4 раза (рис. 1).

Поскольку в севообороте ОМУ вносили через 1–2 года, то агрономическая эффективность его в последействии в посевах многолетних трав, ярового рапса и даже малотребовательного однолетнего люпина была также существенной. В результате это обеспечило повышение продуктивности севооборота при внесении ОМУ в чистом виде на 36–72%, при сочетании с минеральными удобрениями – на 66–127% (табл. 3).

Как и урожайность первых культур, продуктивность севооборота стабильно возрастала по мере увеличения доз ОМУ, хотя оплата 1 кг NPK при этом снижалась с 7.9–9.1 (доза 11 т/га) до 7.2–7.3 (доза 19 т/га) и до 6.1–6.8 з.е. (доза 27 т/га). При совместном применении ОМУ с минеральными удобрениями оплата 1 кг NPK повышалась в среднем с 7.1 до 7.5 з.е.

Следует отметить, что применительно к продуктивности севооборота в целом ее временная вариабельность оказалась уже незначительной (коэффициент вариации в среднем в вариантах опыта составил 6%), в то время как по показателям урожайности отдельных культур в отдельных вариантах он доходил до 80%. Объясняется это и сглаживающим влиянием последействия удобрений (после лет ослабленного прямого действия, как правило, повышался эффект последействия) и неодинаковой реакцией разных культур на погодные условия. Это указывало на первостепенное значение севооборота в адаптации регионального земледелия к погодно-климатическим аномалиям. При этом положительный стабилизирующий характер имело действие минеральной системы удобрения, нового органо-минерального удобрения и их сочетания (коэффициент вариации продуктивности севооборота по годам снизился в 1.5, 1.7 и 3 раза соответственно).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Применение в полевом севообороте на деградированной дерново-подзолистой почве нового ОМУ в разовых дозах от 3 до 10 т/га (от 11 до 27 т/га за ротацию) сопровождалось улучшением большинства изученных агрохимических свойств почвы. Особенно существенные позитивные изменения достигались использованием средних и высоких доз ОМУ: повышение рН_КСl относительно исходного показателя на 0.89 ед., содержания обменных оснований – на 1.77 смоль(экв)/кг, гумуса – на 0.27%, подвижного фосфора – на 94 мг/кг, подвижного калия – на 39 мг/кг.

Произошедшее под влиянием удобрения улучшение свойств и режимов почвы обеспечило высокую эффективность ОМУ в прямом действии (увеличение урожайности картофеля и зерновых культур на 77–89%) и последействии. В результате продуктивность полевого севооборота возросла в среднем на 53% (с 2.51 до 3.84 з.е./м²), а при сочетании с минеральными удобрениями – на 102%, достигнув продуктивности 5.08 з.е./м². При этом вариабельность продуктивности культур и севооборота по годам сократилась в среднем в 1.2–1.4 и 1.7–3.0 раза соответственно. При использовании малых и средних доз эффективным было легирование ОМУ K₂SO₄ из расчета 10 кг K₂О/т ОМУ.

Есть основание прогнозировать повышение агроэкологической эффективности применения ОМУ на обедненных фосфатами почвах.