1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Агрохимия
  4. № 7, 2021

Агрохимия, 2021, № 7, стр. 3-12

Изменение фракционного состава минеральных фосфатов, содержания подвижного фосфора и степени подвижности фосфатов по профилю дерново-подзолистой почвы при длительном применении удобрений

М. Т. Васбиева *

Пермский научно-исследовательский институт сельского хозяйства Пермского федерального исследовательского центра УрО РАН
614532 Пермский район, Пермский край, с. Лобаново, ул. Культуры, 12, Россия

* E-mail: vasbievamt@gmail.com

Поступила в редакцию 23.10.2020
После доработки 03.03.2021
Принята к публикации 10.04.2021

Полный текст (PDF)

Аннотация

Изучено влияние применения органических (навоз КРС, осадки сточных вод (ОСВ)) и минеральных удобрений на фракционный состав минеральных фосфатов (метод Гинзбург–Лебедевой), содержание подвижного фосфора и степень подвижности фосфатов в дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почве. Исследования проведены в условиях длительного стационарного опыта, заложенного в 1976 г., в 1-метровом слое почвы. Установлено, что внесение ОСВ достоверно повысило в пахотном горизонте почвы содержание всех фракций фосфатов в 1.2–1.6 раза. Увеличение содержания фосфатов кальция наблюдали до глубины 80 см, содержания алюмо- и железофосфатов – до 100 см. Применение навоза КРС в меньшей степени повлияло на минеральный состав фосфатов, чем ОСВ. Внесение NРК в течение 5-ти ротаций полевого 7-польного севооборота повысило в пахотном горизонте почвы содержание всех групп минеральных фосфатов в 1.4–3.6 раза. Отмечено увеличение фосфатов кальция по всему 1-метровому слою почвы, содержания Fe-P – в слое 0–40 см. Содержание Al-P с глубиной снизилось на 27–32%. Длительное внесение органических и минеральных удобрений оказало положительное влияние на содержание в почве подвижного фосфора и степень подвижности фосфатов. Отмечено существенное увеличение запасов подвижного фосфора в пахотном горизонте почвы и 1-метровом слое.

Ключевые слова: дерново-подзолистая почва, фракционный состав, минеральные фосфаты, подвижный фосфор, степень подвижности фосфатов, навоз, осадки сточных вод, минеральные удобрения.

ВВЕДЕНИЕ

Фосфор является одним из наиболее важных и дефицитных элементов минерального питания растений. Хорошая обеспеченность фосфором при оптимальном соотношении с другими макро- и микроэлементами способствует получению высоких урожаев сельскохозяйственных культур и улучшению качества продукции. Недостаток доступных растениям форм фосфора в мире наблюдается на половине площадей почв сельскохозяйственного назначения на фоне истощения легкодоступных месторождений этого элемента [1, 2]. В Пермском крае, по данным государственного центра агрохимической службы “Пермский”, в 2019 г. площадь пахотных угодий с содержанием подвижного фосфора <100 мг/кг составила 67% (очень низкое и низкое содержание (<50 мг/кг) – 34%, среднее (50–100 мг/кг) – 33%). Средневзвешенная обеспеченность фосфором >100 мг/кг отмечена только в 9-ти из 33-х районов края [3]. С 1996 г. в некоторых районах произошло уменьшение доли пашни с высоким и очень высоким содержанием в почве фосфора в 1.5–2.0 раза [4]. В отличие от азота в природе не существует естественных источников пополнения запаса фосфора в почве. Поэтому основной путь поддержания оптимального питания растений фосфором – внесение минеральных и органических удобрений. За последние 10 лет в Пермском крае насыщенность пашни органическими удобрениями составила 1.1 т/га, минеральными – 12.1 кг д.в., из них на долю фосфора пришлось от 20 (под зерновые) до 30% (под картофель). По сравнению с 1980–1990 гг. применение минеральных удобрений снизилось в 8–9 раз, органических – в 3–4 раза, объемы фосфоритования уменьшились в 21 раз.

Систематическое изучение применения удобрений в длительных стационарных опытах позволяет разработать механизм их рационального применения и обеспечить сохранение почвы, ее основных свойств как особого природного тела, имеющего исключительно важное значение в поддержании жизни на Земле.

Природные запасы фосфора в почве и их распределение по профилю определяется содержанием фосфора в материнской породе и характером почвообразовательного процесса. Фосфор уникален по количеству форм и соединений, в виде которых он содержится в почве. Процессы, происходящие между внесением удобрений и образованием конечных продуктов, зависят от множества факторов. Охарактеризовать фосфатный режим почвы в полной степени позволяет определение фракционного состава минеральных фосфатов, который отражает генетические особенности почвы и влияние длительного внесения удобрений на закрепление остаточных фосфатов минеральной частью почвы [5–7].

Цель работы – изучение группового состава минеральных фосфатов, содержания подвижного фосфора и степени подвижности фосфатов дерново-подзолистой почвы Предуралья по профилю и оценка степени влияния длительного применения удобрений на процессы накопления, миграции и трансформации соединений фосфора в почве.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

Исследование проводили на базе длительного стационарного опыта, заложенного в 1976 г. Схема опыта, варианты: 1 – контроль, 2 – навоз КРС, 3 – осадок сточных вод (ОСВ), 4 – NPK (фон), 5 – фон + навоз, 6 – фон + ОСВ. Почва опытного участка – дерново-мелкоподзолистая тяжелосуглинистая. Агрохимическая характеристика почвы на момент закладки опыта была следующей: Сорг – 1.28%, рНKCl – 4.8, Нг – 3.7 и S – 18.1 смоль(экв)/кг, подвижный P2O5 и обменный K2O (по Кирсанову) – 154 и 170 мг/кг.

Наблюдения проводили в полевом 7-польном севообороте с чередованием культур: чистый или занятый пар – озимая рожь – яровая пшеница с подсевом клевера – клевер 1-го года пользования (г.п.) – клевер 2-го г.п. – ячмень – овес. Органические удобрения вносили 1 раз в ротацию севооборота в пару. Осадки сточных вод натуральной влажности вносили в течение 1–5-й ротаций (1–2-я ротация – по 20 т/га, 3–5-я ротации – по 40 т/га). Вариант с навозом 40 т/га был введен с 3-й ротации севооборота. Минеральные удобрения (1-я ротация – N120P120K120, 2-я ротация – N90P90K90, 3–5-я ротации – N60P60K60) вносили под все зерновые культуры севооборота под предпосевную культивацию в виде Nаа или Nм, Pc, Pсд и Kх. Повторность вариантов в опыте трехкратная, расположение делянок систематическое. Общая площадь делянки 47.5 м2. В опыте использовали ОСВ биологических очистных сооружений г. Перми. Агрохимическая характеристика ОСВ и навоза представлена в табл. 1. ОСВ, примененный в опыте, по агрохимическим показателям и содержанию ТМ соответствовал требованиям ГОСТ Р. 17.4.3.07-2001. ОСВ применяли после выдержки на иловых площадках не менее 3-х лет, в результате чего происходило его обеззараживание, и он соответствовал требуемым микробиологическим и паразитологическим показателям (СанПиН 2.1.7.573-96).

Таблица 1.

Агрохимическая характеристика ОСВ и навоза (усредненные данные)

Удобрение Влажность, % рНKCl Сорг Nобщ Pобщ Kобщ
% от абсолютно сухого вещества
ОСВ 68 6.5 64 1.5 3.1 0.5
Навоз 72 7.3 73 1.5 2.2 1.0

Для выполнения поставленной цели в конце 5-й ротации (2012–2013 гг.) осенью был проведен отбор почвенных образцов в 1-метровом слое почвы по слоям 0–20, 20–40, 40–60, 60–80, 80–100 см. Групповой состав фосфатов почвы определяли по Гинзбург–Лебедевой [8], подвижный фосфор – по Кирсанову [9], степень подвижности фосфатов – по Карпинскому и Замятиной [10]. Лабораторные исследования проводили в воздушно-сухих образцах почвы. Статистическую обработку данных проводили, используя дисперсионный и корреляционный анализы.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Метод Гинзбург–Лебедевой позволяет выделить 5 фракций минеральных почвенных фосфатов: Al-P, Fe-P и 3 фракции фосфатов кальция (Са-РI, Са-РII, Са-РIII), различающихся по основности, степени окристаллизованности и, следовательно, по растворимости и доступности растениям: Са-РI – фосфаты щелочных и щелочноземельных металлов, аммония, Са-РII – разноосновные фосфаты кальция (магния), Са-РIII – труднорастворимые высокоосновные фосфаты кальция типа апатита. Выделение из почвы отдельных минеральных форм фосфора, различающихся по химическому составу, растворимости и доступности растениям, позволяет получить представление о соотношении лабильных и труднодоступных форм фосфора в почве и предвидеть их превращения [11].

Исследования фракционного состава минеральных фосфатов дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почвы показали, что наибольшую долю в составе минеральных фосфатов (контрольный вариант) по всему профилю занимали фосфаты железа (Fe-P) (43–60%), что характерно для почв подзолистого типа (табл. 2). Высокое содержание Fe-P объясняется повышенным содержанием железа в данных почвах [5–7, 11, 12]. Следующей шла фракция высокоосновных фосфатов кальция (Са-РIII) – 17–34%. Фосфаты кальция 2-й группы (Са-РII) и фосфаты алюминия (Al-P) составили 12–13 и 8–9% от общего содержания минеральных фосфатов. Фосфаты кальция 1-й группы (Са-РI), самой доступной для растений, занимали всего 1–2%. Характер распределения каждой фракции по профилю имел свои особенности. Содержание Fe-P и Са-РI вниз по профилю почвы снижалось, количество Са-РIII увеличивалось. Содержание Са-РII и Al-P в 1-метровом слое почвы изменялось незначительно и находилось примерно на одном уровне.

Таблица 2.

Влияние длительного применения удобрений на содержание фракций минеральных фосфатов дерново-подзолистой почвы, мг/кг

Вариант Слой почвы, см
0–20 20–40 40–60 60– 80 80–100
Са-РI
Контроль 26 21 18 13 15
Навоз 43 19 14 12 9
ОСВ 42 30 15 13 14
NPK (фон) 95 68 85 87 80
Фон + навоз 184 90 77 82 75
Фон + ОСВ 228 159 144 92 80
НСР05 12 5 5 2 4
Са-РII
Контроль 152 155 156 165 164
Навоз 216 215 210 161 164
ОСВ 185 187 170 167 174
NPK (фон) 241 191 199 190 211
Фон + навоз 186 200 185 189 188
Фон + ОСВ 323 224 213 213 201
НСР05 8 19 14 6 16
Al-P
Контроль 116 121 102 101 108
Навоз 138 119 110 106 115
ОСВ 179 156 152 138 140
NPK (фон) 167 123 85 83 77
Фон + навоз 145 84 74 72 73
Фон + ОСВ 185 137 107 105 93
НСР05 14 6 10 6 10
Fe-P
Контроль 771 722 596 596 540
Навоз 857 704 642 642 540
ОСВ 991 788 662 641 657
NPK (фон) 1106 1140 493 592 605
Фон + навоз 774 790 606 534 626
Фон + ОСВ 880 761 707 650 700
НСР05 90 96 24 38 44
Ca-PIII
Контроль 224 260 335 406 422
Навоз 206 254 334 372 441
ОСВ 283 350 395 434 379
NPK (фон) 334 379 452 421 487
Фон + навоз 292 348 392 468 472
Фон + ОСВ 286 313 358 404 470
НСР05 22 51 43 28 70
Сумма минеральных фосфатов
Контроль 1290 1280 1210 1280 1250
Навоз 1460 1310 1310 1290 1270
ОСВ 1680 1510 1390 1390 1360
NPK (фон) 1940 1900 1310 1370 1460
Фон + навоз 1580 1510 1330 1350 1430
Фон + ОСВ 1900 1590 1530 1460 1540
НСР05 110 100 100 50 70

Длительное систематическое применение удобрений привело к существенному изменению долей всех групп минеральных фосфатов. Внесение органических удобрений (навоз КРС, ОСВ) повысило содержание наиболее доступных для растений групп Са-РI и Са-РII. Положительное действие органических веществ, внесенных с удобрениями, на увеличение подвижности фосфатов выражается уменьшением сорбции фосфора почвами, а также мобилизацией фосфора из труднорастворимых соединений [13–16]. Кроме этого, поступление в почву органических удобрений обеспечивает нормальное функционирование почвенных микроорганизмов, что является важнейшим условием оптимизации фосфатного питания растений [17].

Увеличение содержания Са-РI в варианте с навозом наблюдали в пахотном горизонте почвы (в 1.6 раза), в варианте с ОСВ – в пахотном и подпахотном слоях почвы (в 1.4–1.6 раза). Достоверное увеличение содержания фракции Са-РII в результате применения органических удобрений наблюдали до глубины 60 см (в 1.1–1.4 раза).

При внесении ОСВ во всем 1-метровом слое повысилось содержание фракций Al-P (в 1.3–1.5 раза) и Fe-P (в 1.1–1.3 раза). Применение навоза КРС в меньшей степени повлияло на содержание фосфатов, связанных с полуторными оксидами. Отмечено увеличение содержания Al-P в пахотном горизонте (в 1.2 раза), Fe-P – в слоях 0–20, 40–60 и 60–80 см почвы (в 1.1 раза). Внесение ОСВ достоверно повысило в почве содержание Са-РIII до глубины 80 см. Применение навоза не оказало существенного влияния на изменение группы высокоосновных фосфатов кальция, либо были отмечены тенденции к снижению содержания данной группы фосфатов в некоторых слоях почвы. Полученные результаты возможно связаны с разным химическим и качественным составом примененных органических удобрений. Минеральная часть осадков представлена в основном соединениями кальция, алюминия, железа и кремния. При внесении ОСВ в течение 5-ти ротаций в почву поступило ≈1800 кг фосфора, с навозом в почву было внесено ≈750 кг фосфора.

Общее количество минеральных фосфатов при внесении навоза достоверно возросло только в пахотном слое почвы (на 170 мг/кг или в 1.1 раза), при этом остаточный фосфор удобрения (расчеты проведены разностным методом по сравнению с контрольным вариантом) распределился между следующими фракциями: 46% – Fe-P, 34% – Са-РII, 11% – Al-P и 9% – Са-РI. Применение ОСВ повысило общее количество минеральных фосфатов во всем профиле: в верхних слоях почвы – на 18–30, в нижних – на 9%. Остаточный фосфор удобрения распределился между следующими фракциями: 28–74% – Fe-P, 15–39% – Са-РIII, 15–33% – Al-P, 2–14% – Са-РII и 1–4% – Са-РI (в среднем в горизонтах: 47% – Fe-P, по 22% Са-РIII и Al-P, 8% – Са-РII и 1% – Са-РI).

Внесение NРК в течение 5-ти ротаций полевого 7-польного севооборота (1-я ротация – N120P120K120, 2-я ротация – N90P90K90, 3–5-я ротации – N60P60K60) достоверно повысило содержание в почве фракций фосфатов, связанных с кальцием во всем 1-метровом слое: Са-РI – в 3.2–6.8 раза, Са-РII – в 1.2–1.6 раза, Са-РIII – в 1.2–1.5 раза. Наиболее существенное увеличение отмечено для Са-РI, их доля в составе минеральных фосфатов возросла с 1–2% (контрольный вариант) до 4–6%. Содержание Al-P возросло в верхнем слое (0–20 см) почвы, а затем было отмечено снижение содержания данной группы минеральных фосфатов до глубины 100 см. Количество Fe-P существенно возросло в пахотном и подпахотном слоях почвы (в 1.4–1.6 раза). В слое 0–40 см почвы остаточные фосфаты закрепились в большей степени в виде Fe-P и Ca-PIII, в слое 40–100 см – в виде всех 3-х групп Ca-P. Сумма минеральных фосфатов возросла во всем 1-метровом профиле, максимальное увеличение отмечено в пахотном и подпахотном слоях на 621–654 мг/кг (на 49–51%).

Результаты наших исследований по влиянию минеральных удобрений на фосфатный режим почвы несколько отличаются от результатов других авторов и больше сопоставимы для пахотного слоя почвы. По данным работ [6, 18–20], при длительном внесении фосфорных удобрений как с известкованием, так и без него, остаточный фосфор удобрений в большей степени превращался в фосфаты оксидов железа и алюминия в результате подкисления почвы, тогда как регулярное применение навоза создавало условия для образования высокоосновных фосфатов кальция. В работах [6, 21, 22] отмечали, что внесение водорастворимых фосфорных удобрений обеспечило увеличение доли фосфатов алюминия. Возможно, полученные нами результаты связаны с генетическими особенностями почвы. Почвообразующей породой является желто-бурая некарбонатная покровная глина. Характерной особенностью почвы, сформированной на богатых в минералогическом отношении пермских глинах, является высокое содержание обменных форм кальция и магния, которое, как и сумма поглощенных оснований, увеличивается с глубиной. По данным [11], в почвах с высокой насыщенностью основаниями бóльшая часть внесенного фосфора переходит во фракцию Ca-P. Другой причиной может являться временнóй фактор (опубликованные исследования проводили на различных агрохимических фонах, сложившихся во времени).

Устойчивость различных минеральных соединений фосфора (ортофосфатов Ca, Al, Fe) в значительной степени зависит от почвенных условий, в частности, от величины кислотности почвенного раствора. Установлено, что фосфаты кальция наиболее устойчивы в условиях щелочной или близкой к нейтральной реакции среды, а растворимость этих соединений увеличивается с ее подкислением [5–7]. Длительное применение минеральных удобрений в условиях нашего длительного стационарного опыта привело к существенному подкислению почвы во всем 1-метровом профиле [23], что также могло повлиять на увеличение в этом варианте содержания фосфатов, связанных с кальцием.

Применение навоза КРС при применении минеральных удобрений оказало существенное влияние на изменение содержания фракции Ca-PI. Отмечено увеличение самой доступной для растений фракции фосфора, связанной с щелочными и щелочноземельными металлами, в слое 0–20 см почвы в 1.9 раза, в слое 20–40 см – в 1.3 раза по сравнению с вариантом внесения минеральных удобрений. Внесение ОСВ совместно с минеральными удобрениями достоверно повысило содержание в почве Са-РI и Са-РII. Изменения отмечены до глубины 80 см. Содержание Са-РI возросло в 1.1–2.4 раза, Са-РII – в 1.1–1.3 раза. Максимальное накопление отмечено в пахотном и подпахотном слоях почвы.

Применение разных видов органических удобрений (навоза, ОСВ) в сочетании с минеральными по-разному сказалось на закреплении остаточных фосфатов. При совместном внесении навоза и NPK остаточные фосфаты закрепились в виде групп Са–Р (Са-РI – 30–54%, Са-РII – 13–23% и Са-РIII – 27–45%). Сочетание ОСВ и минеральных удобрений привело в большей степени к закреплению фосфатов в группах Са-РI (22–44%), Са-РII (13–28%) и Al-P (12–54%).

Длительное применение удобрений привело к существенному увеличению в дерново-подзолистой почве доли подвижных фракций фосфатов (суммы Са-РI и Са-РII) с 14 (контрольный вариант) до 17–29%. Полученные результаты подтверждены исследованиями других авторов [6, 11, 24]. При внесении минеральных удобрений и совместном применении органических и минеральных отмечено увеличение доли подвижных фосфатов в 1-метровом слое почвы, при внесении навоза – до глубины 60 см.

Об особенностях фосфатного режима почв можно судить по соотношению суммы фосфатов кальция Са-РI + Са-РII и суммы фосфатов полуторных оксидов (Al-P + Fe-P). Чем больше эта величина, тем доступнее фосфор растениям [25]. По нашим данным, величина соотношения в контрольном варианте пахотного горизонта составила 0.20 и увеличивалась вниз по профилю до 0.28. Длительное внесение навоза, минеральных удобрений повысило это соотношение в пахотном горизонте почвы до 0.26, применение органо-минеральной системы удобрения (навоз +  NPK, ОСВ + NPK) обеспечило увеличение величины соотношения до 0.40–0.52. При внесении минеральных удобрений в чистом виде и их сочетании с органическим наблюдали повышение данного соотношения во всем метровом профиле, в варианте с навозом – до глубины 60 см. В варианте с ОСВ соотношение суммы фосфатов кальция Са-РI + Са-РII и суммы фосфатов Al-P +  Fe-P сохранилось на уровне контроля во всех слоях почвы.

Установлена прямая сильная и средняя корреляционная зависимость фракций Са–РI, Са-РII и Al-P с содержанием органического углерода в почве как в пахотном горизонте почвы, так и в метровом слое (r = 0.5–0.9) (табл. 3). Отмечена обратная связь содержания фосфатов кальция 1-й и 2-й группы с кислотностью почвы (r = 0.6–0.8).

Таблица 3.

Закономерности изменения фосфатного режима в зависимости от агрохимических свойств почвы (коэффициент корреляции)

Показатель Сорг, % рНKCI S V P2O5, мг/кг
смоль(экв)/кг
слой почвы, см
0–20 0–100 0–20 0–100 0–20 0–100 0–20 0–100 0–20 0–100
Са-РI, мг/кг 0.9 0.6 –0.8 –0.7 0.1* –0.4 –0.7 –0.5 0.9 0.6
Са-РII, мг/кг 0.7 0.5 –0.6 –0.6 0.0* –0.4 –0.5 –0.5 0.7 0.4
Al-P, мг/кг 0.6 0.7 –0.4* 0.0* 0.6 –0.6 –0.2* –0.6 0.7 –0.2*
Fe-P, мг/кг –0.2* 0.7 –0.2* –0.5 0.5 –0.7 –0.1* –0.8 0.3 –0.1*
Ca-PIII, мг/кг 0.3* –0.7 –0.7 0.1* 0.6 0.8 –0.7 0.7 0.8 0.6
Сумма минеральных фосфатов, мг/кг 0.5 0.7 –0.7 –0.6 0.5 –0.6 –0.6 –0.7 0.8 0.4
P2O5, мг/кг 0.8 –0.1* –0.8 –0.4 0.4* 0.2* –0.8 0.1* – –
Степень подвижности фосфатов, мг/л 0.9 0.7 –0.8 –0.5 0.0* –0.5 –0.8 –0.6 0.9 0.4

* Несущественно.

Изучали влияние длительного применения удобрений на содержание подвижного фосфора в почве и степень подвижности фосфатов (рис. 1). Содержание подвижного фосфора в контрольном варианте увеличивалось вниз по профилю со 126 (0–20 см) до 305 мг/кг (80–100 см). Количество подвижного фосфора в пахотном горизонте соответствовало повышенному уровню – 100–150 мг/кг. Известно, что внесение удобрений в первую очередь увеличивает содержание подвижных, доступных для растений форм фосфора в почве [26, 27], что подтвердили результаты и наших исследований. Внесение ОСВ существенно повысило содержание подвижного фосфора в почве до глубины 60 см (на 66–130 мг/кг), с увеличением глубины степень влияния ОСВ снижалась. Содержание подвижного фосфора в пахотном горизонте составило 233 мг/кг, что соответствовало высокому уровню (150–250 мг/кг). Запасы подвижного фосфора в пахотном слое почвы увеличились с 0.3 (контрольный вариант) до 0.6, в 1-метровом слое – с 3.1 до 3.9 т/га.

Рис. 1.

Влияние длительного применения удобрений на содержание подвижного фосфора и степень подвижности фосфатов дерново-подзолистой почвы. Варианты: 1 – контроль без удобрений, 2 – навоз, 3 – ОСВ, 4 – NPK – фон, 5 – фон + навоз, 6 – фон + ОСВ.

Осадки сточных вод содержат значительное количество фосфора и поэтому их можно рассматривать как возможный альтернативный источник данного элемента [28–31]. При правильном выборе доз ОСВ длительное время могут обеспечивать бездефицитный баланс фосфорного питания [28, 32, 33]. Содержание общего фосфора в сухой массе ОСВ может достигать 8%. Доступность фосфора в различных осадках не одинакова. Доля биологически и химически связанного фосфора зависит от технологий, применяемых на очистных сооружениях и вида ОСВ. По данным [34], во вторичном и сброженном иле фосфор был на 92 и 63% представлен минеральной формой, в первичном иле – на 72% органической формой. Содержание биодоступного фосфора было больше во вторичном и сброженном иле в 3–4 раза, чем в первичном. В работе [35] отмечено, что в сырых ОСВ фосфор более доступен для растений, чем после его подсушивания на иловых картах. Извлечение фосфорных соединений из ОСВ является предметом многочисленных научных исследований, разработано множество технологий (окисление озоном, химическое осаждение, нанофильтрация, термическая обработка, ультразвуковое растворение и др.). В статье [36] представлен способ низкотемпературной обработки ОСВ при различном насыщении кислородом (20, 60, 100%), который обеспечивает увеличение общего содержания фосфора в зольном остатке на 45.6%, повышение биодоступности фосфора в 3 раза. Исследования [37] показали, что при извлечении фосфора из ОСВ эффективно применение нанофильтрации. После кислотного растворения ОСВ и фильтрации на специально разработанной мембране извлекали до 90% от исходного содержания фосфора. Однако, учитывая их сложность и высокую стоимость, большинство технологий были протестированы только в лабораторных условиях или существуют в качестве пилотных проектов [30, 31].

При внесении навоза отмечены только тенденции к повышению содержания подвижного фосфора в почве в пахотном и подпахотном слоях на 32–40 мг/кг. Запасы подвижного фосфора в пахотном слое почвы увеличились до 0.4, в 1-метровом слое – до 3.4 т/га.

Важный показатель оценки обеспеченности сельскохозяйственных культур фосфором – степень подвижности фосфатов (концентрация фосфат–ионов, находящихся в почвенном растворе) [10]. По данным [38], минимальная концентрация фосфора, при которой растения могут его усваивать, составляет 0.01–0.03 мг Р2О5/л.

Степень подвижности фосфатов в пахотном горизонте дерново-подзолистой почвы контрольного варианта составила 0.03 мг/л, что соответствовало низкому уровню содержания легкодоступного фосфора для растений (<0.04 мг/л). Степень подвижности фосфатов уменьшалась с глубиной и составила 0.01 мг/л в слое 80–100 см. Применение навоза и ОСВ достоверно повысило степень подвижности фосфатов только в пахотном слое с 0.03 до 0.06 и до 0.09 мг/л соответственно. В результате почва перешла в разряд средней обеспеченности доступным фосфором для растений.

Длительное внесение минеральных удобрений (всего в почву поступило ≈2 т фосфора) способствовало существенному увеличению в пахотном слое дерново-подзолистой почвы содержания подвижного фосфора до 331 мг/кг (очень высокое содержание >250 мг/кг), его количество увеличилось на 205 мг/кг почвы.

Как указывали в работе [19], несмотря на то что в почве основная часть неиспользованного фосфора минеральных удобрений превращалась со временем в фосфаты оксидов железа и алюминия, в систематически удобряемой почве резко возрастает степень подвижности фосфатов и, следовательно, доступность их для растений. По результатам наших исследований, степень подвижности фосфатов при длительном внесении NPK возросла в 15 раз (до 0.45 мг/л), что соответствовало высокому уровню обеспеченности растений легкодоступным фосфором.

Влияние минеральных удобрений на содержание подвижного фосфора и степень подвижности фосфатов наблюдали до глубины 100 см. Запасы подвижного фосфора возросли до 0.8 т/га, в 1-метровом слое – до 4.8 т/га.

Применение органо-минеральной системы удобрения в большей степени оказало влияние на степень подвижности фосфатов, чем содержание подвижного фосфора. Степень подвижности фосфатов достоверно возросла во всем 1-метровом профиле при совместном внесении минеральных удобрений и ОСВ (по сравнению с вариантом минеральных удобрений). Максимальное увеличение отмечено в пахотном слое с 0.45 до 1.28 (в 2.8 раза) и подпахотном – с 0.04 до 0.17 мг/л (в 4.3 раза). Применение навоза совместно с минеральными удобрениями достоверно повысило степень подвижности фосфатов в пахотном и подпахотном слоях до 0.78 и 0.15 мг/л. Содержание подвижного фосфора возросло при совместном внесении минеральных удобрений и ОСВ только в верхнем слое (0–20 см) почвы, его количество увеличилось до 398 мг/кг. Дополнительное применение навоза на фоне применения NPK не оказало существенного влияния на изменение данного показателя. Установлена прямая сильная корреляционная связь между степенью подвижности фосфатов и содержанием подвижного фосфора в пахотном горизонте почвы (r = 0.9) и средняя (r = 0.4) для 1-метрового слоя.

Результаты длительного стационарного опыта свидетельствовали об изменении фосфатного режима дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почвы в результате применения минеральных удобрений и ОСВ до глубины 1 м. В соответствии со сложившимся представлением, фосфор обладает низкой способностью к миграции вследствие быстрой абиотической фиксации фосфора в труднорастворимых минеральных соединениях [5, 7], фосфор слабо передвигается из пахотного слоя в нижележащие слои [39, 40]. Однако есть исследования, которые показали, что фосфор способен к перемещению вниз по профилю, и в первую очередь это связывают с интенсивным и систематическим применением удобрений [41–45]. Миграция фосфора может быть как пассивной (в составе частиц ила, физической глины), так и активной в растворе почвенной влаги [6]. Перемещение фосфора вниз по профилю может быть связано с миграцией органических соединений, с механическим воздействием (обработкой почвы, ростом корневых систем) [21, 43]. В работах [46–48] отмечено, что в кислых почвах при повышенной фосфатной нагрузке образуются соединения фосфора, связанные с железом и алюминием, обладающие повышенной миграционной способностью. По данным [49], анионы фосфорных удобрений (суперфосфата) оказывают разрушающее воздействие на находящиеся с ними в контакте глинистые минералы, происходит деструктирование слоистых силикатов и образование более мобильных металлоорганических соединений фосфора.

ВЫВОДЫ

1. В дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почве Предуралья в составе минеральных фосфатов фракция Fe-P занимала 43–60, Ca-P – 31–48, Al-P – 8–9%. В фосфатах кальция 56–70% приходилось на фракцию Са-РIII – труднорастворимых высокоосновных фосфатов типа апатита. Фосфаты кальция первой группы – самой доступной для растений – занимали всего 1–2% от общего количества минеральных фосфатов. Содержание фракций Fe-P и Са-РI вниз по профилю почвы снижалось, количество Са-РIII увеличивалось. Содержание Са-РII и Al-P изменяется незначительно.

2. Внесение нетрадиционного органического удобрения осадка сточных вод (ОСВ) достоверно повысило в пахотном слое почвы содержание всех фракций фосфатов в 1.2–1.6 раза, сумма минеральных фосфатов возросла на 30%. Увеличение количества фосфатов кальция наблюдали до глубины 80 см, содержания алюмо- и железофосфатов – до 100 см. Применение ОСВ повысило общее количество минеральных фосфатов во всем профиле. Внесение навоза КРС в меньшей степени повлияло на минеральный состав фосфатов. Достоверные изменения отмечены в пахотном слое почвы. Содержание фракций Са-РI, Са-РII, Al-P и Fe-P возросло в 1.1–1.6 раза, количество минеральных фосфатов – на 13%. Полученные результаты в первую очередь обусловлены разным химическим составом изученных органических удобрений. Также следует отметить, что остаточный фосфор удобрения при внесении ОСВ в большей степени закрепился в виде Fe-P, Al-P и Са-РIII, при использовании навоза – в виде Fe-P и доступных для растений фракций Са-РII, Са-РI.

3. Длительное внесение NРК повысило в пахотном слое почвы содержание всех групп минеральных фосфатов в 1.4–3.6 раза. Отмечено увеличение содержания фосфатов кальция во всем 1-метровом слое почвы, содержания Fe-P – в слое 0–40 см. Содержание Al-P с глубиной снизилось на 27–32%. В слое 0–40 см почвы остаточные фосфаты закрепились в виде Fe-P и Ca-PIII, в слое 40–100 см – в виде всех 3-х групп Ca-P. Применение навоза КРС совместно с минеральными удобрениями существенно повысило содержание в почве фракции Ca-PI, внесение ОСВ – Са-РI и Са-РII. Максимальное увеличение наблюдали в пахотном и подпахотном слоях почвы.

4. Длительное внесение органических и минеральных удобрений оказало положительное влияние на содержание в почве подвижного фосфора и степень подвижности фосфатов. Отмечено увеличение запасов подвижного фосфора в пахотном слое почвы и в 1-метровом слое.

5. При систематическом внесении удобрений в почве происходило существенное накопление остаточного пула фосфора, который может быть потенциально мобилизован с помощью различных технологий.

Список литературы

  1. Cramer M.D. Phosphate as a limiting resource // Plant Soil. 2010. V. 334. № 1. C. 10. https://doi.org/10.1007/s11104-010-0497-9

  2. Богдевич И.М., Путятин Ю.В., Станилевич И.С., Ломонос О.Л. Изменение обеспеченности фосфором пахотных и луговых почв Беларуси // Почвовед. и агрохим. 2019. № 2. С. 68–78.

  3. Кайгородов А.Т., Пискунова Н.И. Современное состояние почвенного плодородия пахотных земель Пермского края // Достиж. науки и техн. АПК. 2017. Т. 31. № 4. С. 22–26.

  4. Мудрых Н.М. Динамика агрохимических показателей плодородия пахотных почв Пермского края // Рос. журн. прикл. экол. 2019. № 2. С. 27–31.

  5. Андрианов С.Н. Формирование фосфатного режима дерново-подзолистой почвы в разных системах удобрений. М.: ВНИИА, 2004. 296 с.

  6. Титова В.И., Шафронов О.Д., Варламова Л.Д. Фосфор в земледелии Нижегородской области. Н. Новгород: ВВАГС, 2005. 219 с.

  7. Сычёв В.Г., Кирпичников Н.А. Приемы оптимизации фосфатного режима почв в агротехнологиях. М.: ВНИИА, 2009. 176 с.

  8. Гинзбург К.Е., Лебедева Л.С. Методика определения минеральных форм фосфатов почвы // Агрохимия. 1971. № 1. С. 125–136.

  9. Практикум по агрохимии: Учеб. пособ. / Под ред. Минеева В.Г. М.: Изд-во МГУ, 2001. 639 с.

  10. Карпинский Н.П., Замятина В.Б. Фосфатный уровень почвы // Почвоведение. 1958. № 11. С. 27–39.

  11. Гинзбург К.Е. Фосфор основных типов почв СССР. М.: Наука, 1981. 244 с.

  12. Соколов А.В. Агрохимия фосфора. М.: Изд-во АН СССР, 1950. 150 с.

  13. Донских И.Н., Копылова Л.А. Влияние высоких доз органических удобрений на фракционный состав фосфатов в дерново-подзолистых почвах // Агрохимия. 1982. № 4. С. 55–63.

  14. Rogova O.B., Kolobova N.A., Ivanov A.L. Phosphorus sorption capacity of gray forest soil as dependent on fertilization system // Euras. Soil Sci. 2018. V. 51. № 5. P. 536–541. https://doi.org/10.1134/S1064229318050101

  15. Menezes-Blackburn D., Giles C., Darch T., George T.S., Blackwell M., Stutter M., Shand C., Lumsdon D., Cooper P., Wendler R. Opportunities for mobilizing recalcitrant phosphorus from agricultural soils: a review // Plant and Soil. 2018. V. 427(1–2). P. 5–16. https://doi.org/10.1007/s11104-017-3362-2

  16. Szara E., Sosulski T., Szymanska M. Soil phosphorus sorption properties in different fertilization systems // Plant Soil Environ. 2019. V. 65(2). P. 78–82. https://doi.org/10.17221/696/2018-PSE

  17. Фокин А.Д., Раджабова П.А. Биологическая мобилизация фосфора из минеральных соединений // Изв. ТСХА. 1994. Вып. 2. С. 72–79.

  18. Никифоренко Л.И., Лебединская В.Н. Формы и подвижность фосфатов в серой оподзоленной почве в связи с длительным применением удобрений // Агрохимия. 1983. № 10. С. 89–96.

  19. Хлыстовский А.Д., Князева К.П. Влияние длительного применения различных форм фосфорных удобрений на фракционный состав минеральных фосфатов дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почвы // Агрохимия. 1969. № 6. С. 15–21.

  20. Хлыстовский А.Д., Касицкий Ю.И. Последействие фосфора, оптимальные фосфатные уровни в дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почве и применение фосфорных удобрений // Агрохимия. 1987. № 5. С. 10–14.

  21. Носко Б.С., Христенко А.А. Влияние состава и свойств почв на результаты определения содержания подвижного фосфора химическими методами // Агрохимия. 1996. № 4. С. 86–94.

  22. Лыскова И.В., Рылова О.Н., Веселкова Н.А., Лыскова Т.В. Влияние удобрений и извести на агрохимические показатели и фосфатный режим дерново-подзолистой среднесуглинистой почвы // Аграр. наука Евро-Северо-Востока. 2015. № 2(45). С. 27–31.

  23. Васбиева М.Т. Изменение агрохимических показателей дерново-подзолистой почвы Предуралья при длительном применении удобрений // Почвоведение. 2021. № 1. С. 90–99. https://doi.org/10.31857/S0032180X21010135

  24. Li C.L., Zhang P., Zhang J.J., Zhu P., Wang L.C. Forms, transformations and availability of phosphorus after 32 years of manure and mineral fertilization in a Mollisol under continuous maize cropping // Arch. Agron. Soil Sci. 2020. V. 66. P. 552–558. https://doi.org/10.1080/03650340.2020.1787385

  25. Ubugunov L.L., Merkusheva M.G., Enkhtuyaa B. The content of available mineral phosphorus compounds in chestnut soils of Northern Mongolia upon application of different forms of phosphorite // Euras. Soil Sci. 2015. V. 48. № 6. P. 634–642. https://doi.org/10.1134/S1064229315060113

  26. Касицкий Ю.И. Общие вопросы установления оптимального содержания подвижного фосфора в почвах // Агрохимия. 1988. № 10. С. 129–140.

  27. Минеев В.Г., Гомонова Н.Ф. Действие и последействие удобрений на плодородие дерново-подзолистой среднесуглинистой почвы // Агрохимия. 2005. № 1. С. 5–13.

  28. Пахненко Е.П. Осадки сточных вод и другие нетрадиционные органические удобрения. М.: БИНОМ, Лаборатория знаний, 2007. 311 с.

  29. Ott C., Rechberger H. The European phosphorus balance // Resources, Conservation and Recycling. 2012. V. 60. P. 159–172. https://doi.org/10.1016/j.resconrec.2011.12.007

  30. Gao M., Qiu L.P., Xie K., Zhang S.B., Wang J.B. Phosphorus recovery from excess sludge: Possibility and future. Proceedings of the 2015 4th International conference on sustainable energy and environmental engineering // Adv. Engin. Res. 2016. V. 53. P. 488–491.

  31. Kecskesova S., Imreova Z., Kozarova B., Drtil M. Phosphorus recovery from the sewage sludge and sewage sludge ash // Chemicke listy. 2020. V. 114. № 5. P. 341–348.

  32. Стратегия использования осадков сточных вод и компостов на их основе в агрикультуре / Под ред. Милащенко Н.З. М.: Агроконсалт, 2002. 140 с.

  33. Vasbieva M.T., Kosolapova A.I. Changes in fertility parameters and contents of heavy metals of soddy-podzolic soils upon the long-term application of sewage sludge // Euras. Soil Sci. 2015. V. 49. P. 518–523. https://doi.org/10.1134/S1064229315030138

  34. Zhang S.X., Cui W.Z., Liu D.F., Huang W.L. Identification of phosphorus species and bio-availability in primary, secondary and digested sludge // Appl. Ecol. Environ. Res. 2019. V. 17. Is. 6. P. 14391–14402. https://doi.org/10.15666/aeer/1706_1439114402

  35. Покровская С.Ф., Касатиков В.А. Использование осадков городских сточных вод в сельском хозяйстве. М.: ВНИИТЭИ агропром, 1987. 56 с.

  36. Meng X.D., Huang Q.X., Gao H.P., Tay K.R., Yan J.H. Improved utilization of phosphorous from sewage sludge (as fertilizer) after treatment by low-temperature combustion // Waste Manag. V. 80. P. 349–358. https://doi.org/10.1016/j.wasman.2018.09.034

  37. Thong Z.W., Cui Y., Ong Y.K., Chung T.S. Molecular design of nanofiltration membranes for the recovery of phosphorus from sewage sludge // ACS Sustain. Chem. Engin. 2016. V. 4(10). P. 5570–5577. https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.6b01299

  38. Клечковский В.М. Об усвоении растениями поглощенных почвой фосфатов // Докл. ТСХА. 1945. № 11. С. 11–14.

  39. Афанасьев Р.А., Мёрзлая Г.Е. Динамика подвижных форм фосфора и калия в почвах длительных опытов // Докл. РАСХН. 2013. № 3. С. 30–33.

  40. Brogowski Z., Chojnicki J. Distribution of phosphorus in granulometric fractions of cambisol developed from morainic loam // J. Elementol. 2020. V. 25. Is. 1. P. 181–191. https://doi.org/10.5601/jelem.2019.24.3.1902

  41. Ciapparelli I.C., de Iorio A.F., Garcia A.R. Phosphorus downward movement in soil highly charged with cattle manure // Environ. Earth Sci. 2016. V. 75. Is. 7. № P. 568. https://doi.org/10.1007/s12665-016-5284-3

  42. Бойко В.С., Гавар С.П., Морозова Е.Н., Тимохин А.Ю. Фосфатный режим длительно орошаемой лугово-черноземной почвы в лесостепи Западной Сибири // Агрохимия. 2015. № 3. С. 10–16.

  43. Шустикова Е.П., Шаповалова Н.Н. Азотный режим чернозема обыкновенного и продуктивность сельскохозяйственных культур в последействии различных доз азотных удобрений // Агрохимия. 2014. № 2. С. 20–25.

  44. Кириллова Г.Б., Жуков Ю.П. Изменение фосфатного режима дерново-подзолистой суглинистой почвы при сельскохозяйственном использовании // Агрохимия. 2004. № 9. С. 26–31.

  45. Минеев В.Г., Гомонова Н.Ф. Значение фосфора в улучшении свойств дерново-подзолистой почвы при действии и последействии длительного применения минеральных удобрений // Пробл. агрохим. и экол. 2009. № 2. С. 3–9.

  46. Кудеярова А.Ю., Алексеева Т.В. Трансформация соединений Al и Fe при зафосфачивании кислых почв как фактор, определяющий миграцию фосфора // Агрохимия. 2012. № 2. С. 25–36.

  47. Kudeyarova A.Yu. Changes in the system of chemical bonds in gibbsite under the impact of NH4H2PO4 solutions of different concentrations // Euras. Soil Sci. 2016. V. 49. P. 519–528. https://doi.org/10.1134/S1064229316050094

  48. Аргунова В.А. Исследование форм и миграции фосфора в подзолистых почвах: Автореф. дис. … канд. с.-х. наук. М., 1974. 18 с.

  49. Chizhikova N.P., Godunova E.I., Kubashev S.K. Changes in clay minerals of vertic chernozems under the impact of different ameliorants in a model experiment // Euras. Soil Sci. 2008. V. 41. P. 1124–1134. https://doi.org/10.1134/S1064229308100153

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска содержание выпуска

Агрохимия

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал