Агрохимия, 2021, № 8, стр. 3-8

ВВЕДЕНИЕ

Почвенный покров сухостепных территорий Республики Бурятия представлен в основном средне- и маломощными каштановыми почвами, которые занимают 1/3 пахотного клина. Между тем, в последние годы эти почвы массово выводят из обработки, что связано с низкой рентабельностью производства продукции растениеводства. Их низкое плодородие обусловлено сочетанием отдельных агрохимических, агрофизических свойств при неблагоприятном режиме увлажнения. Типичная весенне- и раннелетняя засуха и малое количество органического вещества вызывают в первую очередь дефицит азотного питания, во вторую – фосфорного [1–3].

Режим фосфатов каштановых почв Забайкалья изучали фрагментарно, в основном их валовое количество и содержание подвижного фосфора. По результатам ряда исследований, содержание валового фосфора в пахотном слое находится в пределах 1700–1900 мг/кг почвы, при содержании его минеральных форм на уровне 36–44% [4–8]. По данным последнего тура агрохимических обследований, 75% пашни в Республике Бурятия обеспечено содержанием подвижного фосфора от повышенного до очень высокого [9]. Подобная региональная особенность обусловлена высоким содержанием в почвообразующих породах фосфорсодержащих минералов – фторфосфатов кальция [10, 11].

Проблема фосфорного питания растений для степного земледелия Западного Забайкалья менее актуальна, нежели азотного. Между тем, при достаточной обеспеченности каштановых почв этим элементом, полевые культуры проявляли отзывчивость на внесение минеральных фосфатов с азотными и калийными удобрениями в составе двух- и трехкомпонентных смесей [12–14].

Антропогенное воздействие изменяет фосфатное состояние почв, условия минерального фосфорного питания. При этом наиболее существенное влияние на фосфатный режим почв оказывает внесение минеральных и органических удобрений. Для изучения различных аспектов применения удобрений на каштановых почвах в центральной сухой степи Бурятии в течение более 50 лет проводится длительный агрохимический опыт Бурятского НИИСХ. Цель работы – определить влияние систематического применения удобрений на фосфатный режим каштановой почвы в условиях длительного стационарного опыта. Изучение фосфатного фонда каштановых почв проводили для определения влияния длительного применения минеральной и органической систем удобрения на валовое содержание, групповой состав минеральных фосфатов почвы и содержание подвижного фосфора в пахотном слое.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

Изучение фосфатного фонда каштановых почв проводили в продолжающемся длительном полевом агрохимическом опыте Географической сети, заложенном в 1967 г. в центральной сухостепной зоне Бурятии по инициативе Г.П. Колмакова при методическом руководстве ВИУА им. Д.Н. Прянишникова. В качестве реперных вариантов были выбраны варианты: контроль – без удобрений, N40P40K40, навоз 40 т/га (N200P150K240). Минеральные удобрения (N_аа, Р_сд, K_х) вносили ежегодно под весеннюю вспашку, органические – под перепашку пара. Севооборот зернопаровой: пар–пшеница–овес–овес на зерносенаж. Учетная площадь делянок 100 м², повторность в опыте четырехкратная. Агротехника возделывания культур – общепринятая для сухостепной зоны Республики Бурятия [15].

Почва опытного участка – каштановая мучнисто-карбонатная среднемощная супесчаная. Плодородие почв – низкое, пахотный слой характеризовался близкой к нейтральной реакцией среды, низким содержанием гумуса и общего азота. Содержание подвижного фосфора изменялось в вариантах опыта от высокого в контроле до очень высокого в удобренных вариантах; калия – от среднего в контроле, до повышенного при применении N40P40K40 и высокого – в органическом варианте (табл. 1).

Климат зоны – резко континентальный, дефицит атмосферного и почвенного увлажнения является основным фактором, лимитирующим продуктивность культур. В период проведения опыта (1967–2016 гг.) в среднем за период с мая по сентябрь количество выпавших осадков составило 198.6 ± 9.1 мм. ГТК по Селянинову с мая по август возрастал соответственно от 0.7 в мае до 0.8 – в июне и 1.2 – в июле и августе. Территория характеризуется укороченным периодом биологической активности почв, с максимумом в период 2-я декада июля–2-я декада августа. В среднем, запасы продуктивной влаги в почве оценили как плохие или неудовлетворительные, весной в паровом поле они составляли 19.5 ± 1.8 мм (слой 0–20 см), 54.7 ± 4.5 мм (слой 0–50 см), 134.3 ± 6.8 мм (слой 0–100 см).

Содержание гумуса определяли по Тюрину, общий азот – по Кьельдалю, ${\text{p}}{{{\text{H}}}_{{{{{\text{H}}}_{{\text{2}}}}{\text{O}}}}}$ – потенциометрическим методом [16], валовое содержание фосфора в почве – фотометрическим методом с разложением почвы фтористоводородной кислотой (ГОСТ 26261-84). Актуальные и потенциальные возможности почв в снабжении растений фосфорным питанием определяли методом разделения минеральных фосфатов почвы по Чанг–Джексону в модификации Гинзбург–Лебедевой [17]. Количество остаточных фосфатов от применения удобрений в различных фракциях рассчитывали по разнице содержаний Р₂О₅ в удобренном варианте и в контроле. Содержание подвижного фосфора определяли в паровом поле до внесения удобрений по методу Чирикова (ГОСТ 26204-91). Статистическую обработку данных провели стандартными методами [18].

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Валовое содержание фосфора в каштановой почве при длительном систематическом применении удобрений (1967–2016 гг.) изменялось в зависимости от вида и доз удобрений. После 46 лет их внесения произошли существенные изменения количества валового фосфора (табл. 2).

В контрольном варианте отмечено значительное снижение содержания валового фосфора относительно исходного уровня, его содержание в слое 0–20 см почвы сократилось на 11.1%. За это время каждый гектар потерял 869 кг Р₂О₅, в основном за счет выноса фосфора растениями и выдувания пылеватых фракций, ила и органического вещества из пахотного горизонта. Внесение минеральных удобрений способствовало повышению содержания фосфора относительно контроля, однако полного его возмещения до исходного состояния при внесении дозы P40 в составе полного минерального удобрения не произошло (–4.4%). Увеличение содержания валового фосфора наблюдали при внесении органических удобрений, внесение в паровое поле навоза 40 т позволило повысить его содержание на 24.2% относительно контроля и на 10.4% от исходного состояния. Применение минеральных и органических удобрений приводило к накоплению остаточных фосфатов удобрений, закрепившихся в различных по подвижности фракциях минерального фосфора почвы (табл. 3).

Первые 3 группы фосфатов наиболее подвижны и образуют запас доступного растениям фосфора [10, 13]. Применение удобрений позволило повысить актуальные запасы фосфора относительно варианта без удобрений в ряду: контроль (11.3 мг/100 г) → N40P40K40 (17.6 мг/100 г) → навоз 40 т (22.3 мг/100 г). Подобный характер вовлечения фосфора удобрений для каштановых почв Бурятии при систематическом применении удобрений отмечен и ранее [7]. Значительная часть фосфора удобрений переходит в менее подвижную, но доступную растениям фракцию железофосфатов [19]. В этой фракции аккумулировалось 23.6 и 11.9% остаточных фосфатов минеральных и органических удобрений соответственно. Связывание в наименее доступные аморфные соединения фосфатов происходит тем масштабнее, чем больше остаточных фосфатов и чем дольше они находятся в почве. Ретроградация фосфорных удобрений более выражена для органических удобрений, чем для минеральных, доля связанных с этой фракцией остаточных фосфатов составляла соответственно 55.2 и 33.8%. Количество подвижного фосфора в почве в различных вариантах систематического применения удобрений динамично менялось в зависимости от остаточного количества фосфора удобрений, условий трансформации фосфатов, активности корневой системы растений [20, 21]. Вариабельность показателей была наименьшей в контроле и возрастала к минеральной и органической системам применения удобрений (табл. 4).

Применение удобрений существенно повышало содержание подвижного фосфора в пахотном слое почвы. Ежегодное внесение Р40 в составе NPK позволило повысить содержание Р₂O₅ на 35 мг/кг (на 14%), а среднегодовое внесение Р39 с навозом привело к увеличению подвижного фосфора на 86 мг/кг (на 47%). Подобное явление было связано с бóльшим количеством остаточных фосфатов в варианте применения органических удобрений, как следствие пролонгированного его последействия [7].

Динамика содержания подвижного фосфора зависела не только от его потенциальных запасов, но и ряда факторов биогенного и абиогенного происхождения. В условиях опыта наибольшее значение имели влажность почвы и урожай культур, извлекавший доступный растениям фосфор [7]. В условиях засухи коллоиды почвы адсорбируют фосфаты, что приводит к снижению их подвижности. При определении влияния продуктивной влаги в различных слоях почвы на содержание подвижного фосфора в пахотном слое было выявлено, что эти зависимости отличались в вариантах применения удобрений. В контрольном варианте была выявлена слабая прямая связь содержания Р₂O_5подв c величиной продуктивной влажности в слое 0–20 см (r = 0.22), с влажностью почвы в слоях 0–50 и 0–100 см весной перед отбором проб связь не отмечали. Применение минеральных фосфорных удобрений выявило среднюю по величине связь содержания подвижных фосфатов с содержанием продуктивной влаги в слое 0–100 см весной перед отбором проб и осенью предыдущего года (r = 0.41 и 0.45) соответственно. Аналогичные зависимости усиливались под влиянием применения органических удобрений (r = 0.60 и 0.70). Вероятно, подобное связано с размерами биогенной аккумуляции фосфатов с глубины 1 м к поверхности почвы. Условия увлажнения к моменту уборки культур определяли условия роста корневой системы в целом за вегетативный период. Отметим, что в каштановых почвах содержание водорастворимых и рыхлосвязанных фосфатов от поверхности с глубиной до слоя 70–80 см увеличивается [5, 6], при этом применение удобрений способствует росту этих запасов. Чем выше увлажнение, тем мощнее корневая система и соответственно активнее биологический перенос элементов к поверхности.

Влияние урожая предшествующей культуры на содержание подвижного фосфора перед посевом последующей культуры было очень слабым. Определение прогнозных сценариев содержания подвижного фосфора в слое 0–20 см основывается на выявленных сильных связях содержания Р₂O_5подв с количеством продуктивной влаги. Для варианта с применением минеральных удобрений модель имела вид логарифмической регрессии вида: у = 12.0 ln(х) – 38.43 (R² = 0.37), при внесении в пар навоза 40 т/га: у = 20.3 ln(х) – 72.4 (R² = 0.55), где у – содержание Р₂O_5подв весной перед посевом, мг/кг, х – продуктивная влага (мм) в 1-метровом слое осенью предыдущего года.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Фосфатный режим каштановых почв агрохимического стационара в Забайкалье характеризовался высоким содержанием валового и подвижного фосфора. Длительное возделывание полевых культур без удобрений сократило запасы общего фосфора на 11%, содержание суммы минеральных фосфатов – на 22% в основном за счет сокращения 5-й – наиболее консервативной фракции. Снижение содержания суммы подвижных I–IV фракций на 16% привело и к уменьшению количества подвижного Р₂О₅ в среднем на 46 мг/кг. Внесение минерального фосфора в дозе Р40 в составе полного минерального удобрения не позволило восстановить исходное содержание общего фосфора (–4%) и суммы минеральных фосфатов (–7%), но существенно сократило эти потери относительно контроля. Между тем, увеличивалась подвижность фосфатов почвы, содержание суммы I–IV фракций возросло на 58% относительно контроля, и содержание подвижного фосфора восстановилось до уровня исходной почвы. Органические удобрения в дозе 40 т навоза/га позволили повысить содержание валового фосфора на 10%. Длительное применение навоза 40 т/га привело к увеличению содержания суммы минеральных фосфатов на 42 и 20% относительно контроля и варианта с минеральными удобрениями, аналогичное повышение содержания подвижных фракций составило 88 и 19%. Соответственно этой тенденции повысилось и содержание подвижного фосфора, оно было максимальным в опыте и весной перед посевом пшеницы в среднем составляло 272 мг/кг.