Агрохимия, 2022, № 9, стр. 26-30
Влияние дефеката на агрохимические свойства и буферную способность чернозема выщелоченного Предуральской степной зоны республики Башкортостан
Д. Х. Фазыльянов 1, *, Ф. И. Назырова 1, Г. А. Гималетдинова 2
1 Уфимский институт биологии УфИЦ РАН
450054 Уфа, просп. Октября, 69, Россия
2 Центр агрохимической службы “Башкирский”
450059 Уфа, ул. Рихарда Зорге, 19/1, Россия
* E-mail: nazyfli@mail.ru
Поступила в редакцию 13.01.2022
После доработки 22.04.2022
Принята к публикации 10.06.2022
- EDN: IVAKZK
- DOI: 10.31857/S0002188122090046
Аннотация
Изучили влияние известкового материала – дефеката свеклосахарного производства на агрохимические свойства чернозема выщелоченного и кислотно-основную буферность почвы в полевом производственном опыте. Внесение дефеката сахарного производства (в дозе 6.5 т/га) в паровое поле в чернозем выщелоченный способствовало снижению кислотности почвы и значительному увеличению буферной площади в кислотном интервале. Заметно возросло количество обменного кальция в почве и повысилась урожайность озимой пшеницы.
ВВЕДЕНИЕ
Повышение плодородия деградированных почв, в том числе черноземов выщелоченных, улучшение их физико-химических свойств, нейтрализация излишней кислотности почв остаются актуальными агрохимическими задачами при выращивании агрокультур. Преобладающими в почвенном покрове пахотных почв Башкортостана являются черноземы выщелоченные, которые занимают 2006 тыс. га (14% общей площади республики). Под сельскохозяйственные угодья занято 1723 тыс. га, в том числе под пашней – 1335, под лесом – 145 тыс. га. Им принадлежит ведущее место в почвенном покрове Предуральской степной зоны [1].
На плодородие почвы решающее влияние оказывают ее гумусное состояние и почвенно-поглощающий комплекс, которые являются определяющими в проявлении ее буферных свойств и кислотно-основного равновесия в ней. Кислотно-основную буферность почв при этом можно использовать в качестве интегрального показателя агроэкологического состояния почв. Ее параметры позволяют судить об устойчивости почвы к кислотным и щелочным воздействиям применяемых удобрений, в частности, и позволяют вычислить дозы внесения извести для нейтрализации кислотности почвы до необходимого или оптимального уровня ее реакции среды [2, 3]. Одним из эффективных методов снижения кислотности почв является использование дефеката сахарного производства в качестве более усвояемого удобрения, чем молотый известняк. В отличие от известковой муки, дефекат выделяется большей площадью поверхности мелких частиц, что делает его более реакционноспособным. При его внесении в почву может быть решено сразу 2 проблемы – повышение почвенного плодородия и утилизация дефеката как отхода производства [4, 5]. Дефекат складируют в отстойниках на территории заводов, что является источником загрязнения окружающей среды пылью карбоната кальция и других химических элементов в его составе. В настоящее время на заводах установлено современное фильтрационное оборудование, позволяющее получать дефекат с высоким содержанием сухих веществ – до 80%. Кроме нейтрализации кислотности, дефекат повышает содержание питательных веществ в почве. Дефекат эффективен в почвах с гидролитической кислотностью ≥2.0 мг-экв/100 г почвы и превосходит по эффективности известковую муку при внесении в эквивалентном по СаО количестве. Последействие дефеката отмечено на урожайность зерновых культур и сахарной свеклы на протяжении 10–12 лет [6]. По многим результатам исследований на черноземах выщелоченных, имеющих кислую реакцию среды, целесообразно сочетать применение минеральных удобрений с периодическим внесением дефеката [7–9]. Использование дефеката способствует уменьшению загрязнения окружающей среды за счет снижения объемов сбрасываемых отходов, более того, процесс их утилизации в виде внесения в почву в качестве известкового материала на близлежащих полях имеет более низкие энергозатраты, по сравнению с другими известьсодержащими мелиорантами. Производственный опыт в Чишминском р-не проводили в первую очередь в целях утилизации побочной продукции производства местного свеклосахарного производства.
Цель работы – изучение влияния известкования почвы дефекатом сахарного производства на фоне внесения минеральных удобрений на агрохимические свойства чернозема выщелоченного, его буферную способность в кислотно-основном интервале и продуктивность озимой пшеницы в условиях Предуральской степной зоны Республики Башкортостан.
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
Производственные опыты проводили в 2016–2020 гг. в Чишминском р-не на черноземе выщелоченном тяжелосуглинистом в зернопаровом севообороте: озимая пшеница–сахарная свекла–яровая пшеница–занятый пар (сидерат – горчица 30 т/га)–озимая пшеница. Образцы почв для анализа отбирали осенью 2019 г. перед внесением дефеката в паровое поле с последуюшим посевом озимой пшеницы сорта Новоершовская и осенью 2020 г. после уборки урожая. Варианты опыта: 1 – контроль N10Р26К26 (93 кг д.в./га при посеве в рядки) + КАС-28 (карбамидно-аммиачная смесь 42 кг д.в./га в подкормку), 2 – дефекат 5 т/га + + N10Р26К26 (93 кг д.в./га при посеве в рядки) + + КАС-28 (42 кг д.в./га в подкормку), 3 – дефекат 6.5 т/га + N10Р26К26 (93 кг д.в./га при посеве в рядки) + КАС-28 (42 кг д.в./га в подкормку). Общая площадь опытного поля – 660 000 м2, учетной делянки – 60 000 м2. Повторность опыта – трехкратная. Мощность гумусового горизонта – 45–60 см. Плотность почвы – 1.14 г/см.
Агрохимические показатели и физико-химические свойства изучали общепринятыми методами согласно руководствам по химическому анализу почв [10]: валовое содержание гумуса – по Тюрину, валовый азот – по Корнфильду, содержание фосфора и калия в почве – по Мачигину [11]. Степень подвижности калия и фосфора определяли по методу ЦИНАО, ОСТ 10–271, п. 5 “Определение легкоподвижного фосфора и калия в почве с использованием кальций-хлор вытяжки”. Для характеристики буферной способности в кислотно-основном интервале использовали метод непрерывного потенциометрического титрования (НПТ). Буферную площадь рассчитывали методом численного интегрирования по формуле трапеции [12].
Состав дефеката ОАО “Чишминский сахарный завод”: 56.8% СаСО3, 6.2% MgO, 10% органического вещества, 0.7% N, 0.55% Р2О5 и 0.46% K2О. Содержание микроэлементов, мг/кг: Cu – 2.86, Co – 0.29, Mn – 31.0, Zn – 2.85, Mo – 2.90. Массовая доля влаги – 22.9%. По проверенным показателям образцы соответствовали требованиям ТУ 9112-005-00008064-95, осадок фильтрационный II класса.
Посев озимой пшеницы проводили 4 сентября 2019 г. в благоприятных условиях, температура воздуха была в пределах среднемноголетней нормы, количество осадков за август было больше на 4.5% от нормы. В период весенней вегетации озимой пшеницы в 2020 г. май месяц характеризовался осадками меньше на 28.8% от нормы, температура воздуха была выше на 3.3°С. Норма высева семян в рядки составляла 170 кг/га при глубине заделки 4–5 см.
Основная характеристика агрохимических показателей почвенного покрова опытного участка до закладки опыта приведена в табл. 1. Степень подвижности фосфора и калия: Р2О5 – 0.15, K2О – 5.2 мг/л в 0.02 н. CaCl2. Статистическая обработка – определение ошибки разности средних независимых выборок проводили по критерию существенности разности: t = d/sd – достоверно различающиеся величины по отношению к контролю при уровне значимости Р = 0.05.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
При внесении в почву дефеката в дозе 6.5 т/га отмечено наиболее выраженное снижение кислотности: рН$_{{{{{\text{H}}}_{{\text{2}}}}{\text{O}}}}$ – на 0.6 ед., рНKCl – на 1.35 ед. (табл. 1). При этом количество обменно-поглощенного кальция повысилось на 2.5 смоль (экв)/100 г почвы. Наблюдали тенденцию к снижению гидролитической кислотности и количества Mg2+ в составе ППК. Таким образом, поглощающий комплекс чернозема выщелоченного (насыщенный основаниями на 93%) оставался стабильным, при этом соотношение обменного магния к количеству кальция, равное 1 : 4, не сужалось. Черноземы выщелоченные изначально характеризуются высоким содержанием гумуса и большой насыщенностью основаниями. Поэтому внесение дефеката в почву на содержание гумуса существенно не повлияло.
Уменьшение кислотности почвы положительно отразилось на повышении ее общей буферной способности в кислотном интервале. Относительно контрольного варианта буферная площадь исследованной почвы в этом же варианте с внесением в почву большей дозы дефеката в кислом диапазоне увеличилась на 10, в щелочном – уменьшилась на 4 см2. При внесении дефеката в почву в дозе 5 т/га буферная способность против подкисления заметно повысилась, в то время как против подщелачивания она осталась на уровне контроля.
Удобрение дефекатом не оказало существенного влияния на содержание общего гумуса в черноземе выщелоченном (табл. 2). Его среднее содержание генетически обусловлено в пределах степного Предуралья и характеризуется слабой подвижностью, хотя она и больше, чем у почв южной и северо-восточной лесостепи, в связи с различиями условий почвообразования. Почти 80% от суммы гуминовых кислот в них приходится на 2-ю фракцию, связанную с кальцием [13].
Таблица 2.
Вариант | Гумус, % | рHKCl, ед. рН | Hг, ммоль (экв)/100 г почвы | N | P2O5 | K2O | ||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
мг/кг почвы | ||||||||||||
1 | 2 | 1 | 2 | 1 | 2 | 1 | 2 | 1 | 2 | 1 | 2 | |
N10Р26К26 + КАС-28 (фон, контроль) | 7.5 | 7.6 | 5.4 | 5.4 | 3.9 | 4.1 | 174 | 102 | 108 | 123 | 97 | 110 |
Фон + дефекат 5.0 т/га | 7.6 | 7.7 | 5.5 | 6.4* | 3.9 | 1.3 | 168 | 113 | 129 | 124 | 101 | 108 |
Фон + дефекат 6.5 т/га | 7.8 | 7.8 | 5.3 | 6.8* | 3.8 | 0.7* | 175 | 124 | 127 | 125 | 115 | 101 |
НСР05 | 0.5 | 0.6 | 57 | 64 | 13 |
При внесении дефеката содержание фосфора оставалось стабильным. Содержание калия при внесении меньшей дозы дефеката 5.0 т/га было на уровне контрольного варианта, а при внесении дефеката в дозе 6.5 т/га его количество снизилось на 9 мг/кг (но разность средних оказалась несущественной по t-критерию Стьюдента при Р = 0.95). Изменение содержания элементов питания и баланс между фосфором и калием в черноземах выщелоченных после известкования могут быть различными в зависимости от их степени подвижности, а также степени ухудшения других параметров плодородия конкретной почвы. Уменьшение содержания калия в черноземе выщелоченном при известковании отмечали в своих опытах и другие исследователи. При этом для сохранения положительного баланса между фосфором и калием в почвах предложено при известковании вносить дополнительно более высокие дозы калийных удобрений [14–17].
Через год после внесения дефеката в почву наблюдали незначительное повышение подвижности калия (K2O): в контроле – 4.41, в варианте с внесением дефеката 5.0 т/га – 6.64, в варианте с дозой дефеката 6.5 т/га – 5.03 мг/л в 0.02 н. CaCl2. Количество подвижного фосфора возросло в 2 раза: 0.17, 0.44, 0.36 мг/л соответственно вариантам опыта. Именно данная группа фосфатов определяет условия питания растений, поскольку цикл их превращений в почве от времени внесения удобрений до поглощения растениями короче, чем для всех других форм фосфорных соединений [18]. В фосфатном фонде черноземов выщелоченных в регионе содержание фосфора невысокое – 2–5 мг/100 г почвы. Эти почвы преимущественно относятся к группе слабо обеспеченных подвижным фосфором. Учитывая это обстоятельство и исходя из аналитических данных подвижности фосфора можно утверждать, что внесение дефеката оправданно может способствовать увеличению количества доступных форм фосфора в почве.
По обеспеченности обменным калием до 70% площади пахотных почв отнесены в группу высоко- и среднеобеспеченных, его содержание меняется в широких пределах (7.8–17.9 мг/100 г почвы). Хотя повышение степени подвижности калия, выявленное в опыте, было статистически незначимым, его тенденция к возрастанию показала, что применение дефеката целесообразно для пополнения запасов быстроусвояемых форм калия.
Черноземы выщелоченные Предуралья характеризуются высоким содержанием общего азота в Апах – 0.40–0.60%, его запасы в слое 0–50 см составляют 18–24 т/га, а в слое 0–100 см – 27–33 т/га. До 90–95% соединений азота этих почв составляют органические формы, преобладающими среди них являются негидролизуемые и трудногидролизуемые соединения, содержание легкогидролизуемой фракции значительно меньше, ≈15% [13]. Усиление биологических процессов мобилизации труднодоступных форм азота в этом случае является первоочередной задачей агромелиорации. Результаты опыта показали, что содержание общего азота после известкования уменьшилось во всех вариантах опыта: в контроле – на 72, в варианте с внесением дефеката в дозе 5.0 т/га – на 55, в варианте с внесением дефеката 6.5 т/га – на 40 мг/кг. Эти изменения могли быть связаны как с вероятным усилением минерализационных процессов гумификации в почве после известкования, так и с потерей определенного количества азота в результате потребления растениями и выноса его урожаем.
Урожайность озимой пшеницы на фоне комплексных удобрений была статистически значимо больше в известкованных вариантах. При внесении дефеката в почву в дозе 5.0 т/га урожайность озимой пшеницы повысилась на 1.0, в дозе 6.5 т/га – на 2.6 ц/га (табл. 3).
Таблица 3.
Вариант | Зерно | Солома | ||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
урожайность, ц/га | сухое вещество | N | P2O5 | K2O | клейковина | протеин | ИДК, ед. прибора | урожайность, ц/га | сухое вещество | N | P2O5 | K2O | протеин | |
% | % | |||||||||||||
N10Р26К26 + КАС-28 (фон, контроль) | 59 | 87.6 | 2.06 | 0.28 | 0.71 | 24.7 | 12.9 | 67.2 | 77 | 92.3 | 0.33 | 0.04 | 1.76 | 2.06 |
Фон + дефекат 5.0 т/га | 60 | 87.8 | 2.11 | 0.27 | 0.68 | 25.2 | 13.1 | 68.2 | 78 | 94.7 | 0.33 | 0.04 | 2.06 | 2.11 |
Фон + дефекат 6.5 т/га | 62 | 88.5 | 2.16 | 0.32 | 0.66 | 25.9 | 13.5 | 68.2 | 80 | 93.8 | 0.45 | 0.05 | 2.23 | 2.52 |
НСР05 | 2 | 3 |
Содержание азота, фосфора и калия в зерне незначительно изменялось, и в вариантах опыта находилось примерно на одинаковом уровне. По индексу деформации клейковина была оценена в основном 1-й группой качества, а именно как хорошая с хорошей эластичностью в вариантах с внесением дефеката. Анализ сухого вещества соломы также подтвердил положительный эффект последействия удобрения почвы дефекатом на ее урожайность, содержание азота в ней через год после его внесения в почву.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Таким образом, внесение дефеката сахарного производства в паровое поле в дозе 6.5 т/га в чернозем выщелоченный способствовало снижению кислотности, повышению его буферной способности в кислотном диапазоне и повышению урожайности озимой пшеницы. Внесение дефеката в дозе 5.0 т/га также положительно повлияло на буферную способность против подкисления, в то время как в щелочном она осталась на уровне контроля. На содержание гумуса, азота, фосфора и калия существенного влияния использование дефеката не оказало, эти показатели оставались стабильными.
Данные производственного опыта позволили сделать вывод, что использование дефеката свеклосахарного производства ООО “НЕПАЛ Чишмы” в качестве известкового мелиоранта не оказало отрицательного влияния на агрохимические и физико-химические свойства чернозема выщелоченного. Целесообразность его применения в целях утилизации очевидна, особенно на обедненных кальцием и магнием кислых почвах Предуралья как в близлежащих, так и в отдаленных полях от местонахождения этого сахарного завода.
Список литературы
Хазиев Ф.Х. Почвы Республики Башкортостан и регулирование их плодородия. Уфа: Изд-во Гилем, 2007. 285 с.
Надточий П.П. Кислотно-основная буферность почвы – критерий оценки ее качественного состояния // Почвоведение. 1998. № 9. С. 1094–1102.
Кираев Р.С., Хабиров И.К., Чанышев И.О., Абдуллин М.М. Воспроизводство и оптимизация физико-химических свойств лесосостепных черноземов Башкортостана. Уфа: РИО РУНМЦ Госкомнауки РБ, 2000, 236 с.
Пигорев И.Я., Беседин Н.В., Недбаев В.Н., Малышева Е.В. Окультуривание зональных почв Черноземья отходами свеклосахарного производства // Вестн. Курск. ГСХА. 2017. № 1. С. 15–20.
Кожокина А.Н. Изменение агрохимических свойств чернозема выщелоченного под влиянием удобрений // Роль молодых ученых в решении актуальных задач АПК. Мат-лы Международ. научн.-практ. конф. молод. ученых и обучающихся, посвящ. 115-летию СПб. ГАУ. СПб., 2019. С. 12–15.
Известкование и применение дефеката на кислых почвах Орловской области. Орел: ВНИИЗБК, 2015. 56 с.
Кожокина А.Н. Динамика физико-химических свойств чернозема выщелоченного в звене зернопаропропашного севооборота под влиянием удобрений и известкования // Инновационные технологии и технические средства для АПК. Мат-лы Международ. научн.-практ. конф. молод. ученых СПб., 2019. С. 130–135.
Козловских В.А., Кириков Н.И., Кожокина А.Н. Кислотно-основные свойства чернозема выщелоченного при внесении удобрений // Роль молодых ученых и исследователей в решении актуальных задач АПК / Под ред. Бухтоярова Н.И., Дерканосовой Н.М., Гулевского В.А. 2016. С. 46–50; 2020. С. 44–47.
Осипов А.В., Жуков А.С., де Соуза Бело К.М. Влияние дефеката на агрохимические свойства чернозема выщелоченного Западного Предкавказья // Энтузиасты аграрной науки. Сб. ст. по мат-лам Всерос. научн.-практ. конф., посвящ. 100-летию кафедры почвоведения Кубан. ГАУ им. Трубилина и 80-летию члена-корр. РАН Кудеярова В.Н. 2019. С. 321–324.
Агрохимические исследования почв. М.: Наука, 1975. 656 с.
Аринушкина Е.Б. Руководство по химическому анализу почв. М.: Изд-во МГУ, 1970. 91 с.
Назырова Ф.И. Влияние удобрений на буферные свойства чернозема типичного карбонатного // Агрохимия. 2002. № 2. С. 5–12.
Хазиев Ф.Х., Кольцова Г.А., Рамазанов Р.Я. Почвы Башкортостана. Т. 1. Воспроизводство плодородия: зонально-экологические аспекты. Уфа: Изд-во Гилем, 1977. 309 с.
Берсенева А.О., Ломанцов А.А., Брехов П.Т. Влияние удобрений и извести на структуру урожая озимой пшеницы // Вестн. студ. научн. общ-ва. 2017. Т. 8. № 1. С. 43–44.
Мязин Н.Г., Кожокина А.Н. Влияние удобрений на изменение содержания элементов питания в почве, продуктивность и качество корнеплодов сахарной свеклы // Вестн. Воронеж. ГАУ. 2013. № 3 (38). С. 15–21.
Брехов П.Т. Влияние удобрений и извести на урожай и качество озимой пшеницы на черноземе выщелоченном // Современные проблемы сохранения плодородия черноземов. Мат-лы Международ. научн.-практ. конф., посвящ. 170-летию В.В. Докучаева / Под ред. Бухтоярова Н.И., Дерканосовой Н.М., Гулевского В.А. 2016. С. 46–50.
Берсенева А.О., Аникеева А.Ю., Брехов П.Т. Эффективность удобрений и извести на черноземе выщелоченном в стационарном опыте // Вестн. студ. научн. общ-ва. 2019. Т. 10. № 1. С. 12–14.
Глазунова Н.М. О равновесии между фосфатами почвы и солевым раствором // Бюл. ВИУА. 1976. № 28. С. 14–20.
Дополнительные материалы отсутствуют.