Агрохимия, 2023, № 3, стр. 53-59

ВВЕДЕНИЕ

Известно, что плодородие почв определяет продуктивность агроценозов и поддержание экологического равновесия в природе [1, 2]. Увеличение продуктивности агроценозов дерново-подзолистых почв Севера невозможно без совершенствования воспроизводства плодородия почв, а также возделывания сельскохозяйственных культур, адаптированных к региональным почвенно-климатическим условиям [3–5].

Для Республики Коми (РК) характерны прохладное и короткое лето, поздние весенние и ранние осенние заморозки, что ослабляет рост растений и снижает потребление питательных веществ [4]. Пахотные угодья РК представлены в основном дерново-подзолистыми почвами, для которых характерно очень низкое естественное плодородие [6]. При резком сокращении объемов применения удобрений и химических мелиорантов они быстро подвергаются деградационным процессам, что сопровождается снижением содержания почвенного органического вещества (ПОВ), питательных веществ и ухудшением физико-химических свойств. Для широкого воспроизводства продуктивности агроценозов РК требуются: совершенствование технологий сохранения и воспроизводства плодородия почв, возделывание сельскохозяйственных культур, адаптированных к региональным почвенно-климатическим условиям [7–9], переход от зональной системы земледелия к адаптивно-ландшафтному земледелию и биологизированному кормопроизводству [8, 10–13].

В связи с недостаточными ресурсами органических удобрений и высокой стоимостью минеральных в повышении плодородия почв возрастает роль севооборотов с высокой насыщенностью однолетними и многолетними травами, позволяющими без значительных затрат повышать продуктивность культур [14–17] при высоком качестве сельскохозяйственной продукции [18]. Наиболее полно изучить возможность применения таких севооборотов и оценить влияние вносимых доз удобрений на их продуктивность и качество продукции, рациональное использование материальных ресурсов и возмещение в почву элементов питания и органического вещества позволяют длительные полевые опыты [15, 19–21], один из которых, заложенный на землях Института агробиотехнологий ФИЦ Коми НЦ УрО РАН, послужил основой для проведения данного исследования. Изучение применения органических и минеральных удобрений в кормовом севообороте проводят более чем 40 лет [8, 15]. Такой подход является важным резервом обеспечения воспроизводства плодородия и продуктивности дерново-подзолистых почв в адаптивно-ландшафтной системе земледелия Республики Коми, сохранения и поддержания его гумусового статуса.

В связи с этим цель работы – изучение влияния комплексного применения удобрений на плодородие пахотных почв, продуктивность и качество культур в 6-польном кормовом севообороте в условиях европейского Севера и выявление закономерностей трансформации почв сельскохозяйственных угодий.

Задачи исследования: оценка продуктивности однолетних трав – 5-го поля кормового севооборота, применения органических и минеральных удобрений, почвенных параметров, а также анализ качества растениеводческой продукции (однолетних трав), его соответствия нормативам (содержание сухого вещества, сырого протеина, фосфора, калия и кальция), оценка изменения агрохимических показателей дерново-подзолистой почвы при выращивании однолетних трав в 6-польном кормовом севообороте.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

Комплексные исследования пахотных почв, их физико-химических особенностей, продуктивности однолетних трав выполняли на землях Института агробиотехнологий ФИЦ Коми НЦ УрО РАН, где начиная с 1978 г., проводится длительный полевой опыт с удобрениями в кормовом севообороте согласно методике ВИУА им. Д.Н. Прянишникова и Географической сети опытов с удобрениями. Почва опытного участка – сильноподзолистая легкосуглинистая на покровных суглинках. На начало эксперимента (1978 г.) содержание гумуса варьировало в пределах 2.0–2.5%, pH_KCl 4.8–5.6, сумма поглощенных оснований – 10.3–16.8 ммоль/100 г почвы, содержание подвижных форм фосфора – 190–240, калия – 146–190 мг/кг почвы.

В 1978–2019 гг. изучали влияние различных доз минеральных удобрений (расчетная, 1/3 и 1/2 от расчетной) и действия 2-х доз органических удобрений (торфо-навозный компост (ТНК) 40 и 80 т/га) на плодородие дерново-подзолистой почвы, рост и развитие однолетних трав в 6-польном кормовом севообороте со следующим чередованием культур: картофель–однолетние травы + + многолетние травы–многолетние травы 1 года пользования (г.п.)–многолетние травы 2 г.п.–однолетние травы–картофель. Органические удобрения вносили осенью в период с 1977–2018 г. в чистом виде и на фоне действия минеральных удобрений. Также в 2018 г. для снижения обменной и гидролитической кислотности проведено известкование известняковой муки по полной гидролитической кислотности (8.0 т/га). Расчетные дозы NPK под однолетние травы на запланированный урожай (20.0 т/га) составили: N13P11K39 (1/3 дозы), N20P16K58 (1/2 дозы), N40P32K116 (полная расчетная доза). Площадь опытной делянки 100 м² (12.5 × 8 м), повторность опыта четырехкратная, площадь участка под опытом 4800 м².

Схема опыта, варианты:

Полевые и лабораторные исследования (фенологические наблюдения в фазах развития растений, учет урожая однолетних трав в фазе полного цветения вики, определение сухого вещества и сырого протеина (по результатам химического анализа растений) в урожае однолетних трав) выполняли по методикам, принятым в агрохимической службе и почвоведении, по рекомендациям [9, 13, 20, 21]. Отбор почвенных образцов в пахотном горизонте на опытных делянках проводили после уборки однолетних трав.

На станции химизации “Сыктывкарская” и Институте агробиотехнологий им. А.В. Журавского в растениях вики и овса определии: азот общий – фотоколометрическим методом, фосфор – по ГОСТу 26657-97 фотометрическим методом, калий – методом пламенной фотометрии после сухого озоления, кальций – трилонометрическим методом, сырой протеин – расчетным методом, нитратный азот – ионометрическим методом.

В образцах почв определение величины рН водной и солевых вытяжек проводили ионометрическим методом, обменной кислотности – по Соколову. Содержание фосфора определяли колориметрическим методом по Кирсанову, калия – методом пламенной фотометрии, обменных катионов кальция и магния – в ацетатно-аммонийной вытяжке (рН 7.0) с последующим определением на атомно-эмиссионном спектрофотометре ICP-Spectro ciros. Содержание гумуса определяли по Тюрину, фракционно-групповой состав гумуса – методом Тюрина в модификации Пономаревой–Плотниковой [9].

Математическая обработка полученных данных выполнена методами дисперсионного анализа с использованием пакета программ MicrosoftExcel и Statistica.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Применение различных доз органических и минеральных удобрений и их совместное использование в длительных исследованиях оказало существенное влияние на агрохимические показатели дерново-подзолистой среднеокультуренной почвы (табл. 1). Длительное применение органических и минеральных удобрений и их совместное внесение в различной степени воздействовали на агрохимические показатели дерново-подзолистой почвы.

Использование 3-х доз минеральных удобрений в течение длительного времени обеспечивало среднее содержание гумуса до 2.3–2.7%, совместное применение ТНК 40 т/га + 3 дозы NPK – 2.4–2.5%, ТНК 80 т/га + 3 дозы NPK – 2.3–2.7% и 2-х доз органических удобрений – 2.6%. В контрольном варианте среднее содержание гумуса составило 2.1%. Накопление гумуса в почве происходило прежде всего за счет трансформации органических удобрений, а также корне-пожнивных остатков культур, особенно бобово-злаковых травосмесей под действием почвенных микроорганизмов.

Исходная кислотность почвы (1978 г.) составляла 4.8–5.6. В течение длительного времени удавалось сохранить обменную кислотность на уровне 5.0–5.5, но к 2013 г. она повысилась до уровня рН_KCl 4.4–5.3, поэтому в 2018 г. было проведено известкование опытного участка по полной гидролитической кислотности (8.0 т/га), что позволило снизить обменную кислотность. Средняя обменная кислотность за годы исследования при применении 3-х доз NPK составила 4.9–5.0, 2-х доз ТНК – 5.2 ед. рН_KCl. Применение 3-х доз NPK на фоне ТНК 40 т/га снижало обменную кислотность до 4.9–5.0, на фоне ТНК 80 т/га она составила 5.2–5.3.

Органические и минеральные удобрения, а также корне-пожнивные остатки растений и их трансформация под воздействием почвенных микроорганизмов способствовали накоплению в почве подвижного фосфора. Наиболее значительные количества подвижного фосфора накапливались при совместном применении органических и минеральных удобрений (291–234 мг/кг почвы), а также при использовании двух доз ТНК (280 и 306 мг/кг почвы). В варианте без удобрений его количество составило 213 мг/кг почвы.

Обменный калий в почве накапливался в меньшей степени, чем подвижный фосфор. Наименьшее его количество отмечено в 2013 г. (66–98 мг/кг почвы), но после проведения известкования в 2019 г. его объемы повысились до 105–136 мг/кг. Незначительное накопление обменного калия в почве объяснялось его высоким выносом растениями и вымыванием по профилю почвы.

Научные исследования в течение 42 лет (7 ротаций севооборота – 1978–2019 гг.) показали высокую эффективность комплексного применения удобрений (табл. 2). Наибольшая средняя урожайность сухого вещества однолетних трав получена в варианте ТНК 80 т/га + 1 NPK и составила 4.9 т сухого вещества (с.в.)/га и на 96.4% превышала контроль (2.5 т с.в./га). В вариантах ТНК 40 т/га + 1/3 и 1/2 NPK урожайность была равна 3.7 и 4.0 т/га и на 48.0 и 60.1% превышала контрольный вариант, а при использовании ТНК 80 т/га + 1/3 NPK и 1/2 NPK урожайность трав равнялась 4.0 и 4.5 т с.в./га и на 68.2 и 80.2% превышала контроль.

Применение 3-х доз NPK (1/3, 1/2 и 1 NPK) повышало урожайность однолетних трав до 3.4–3.9 т/га (на 36.0–56.2% больше контроля) и была значительно меньше, чем при использовании комплексного применения удобрений.

Среднее содержание сухого вещества в продукции однолетних трав значительно различалось. С повышением доз минеральных удобрений оно снижалось на 1–3%. Наименьшее его количество отмечено в варианте ТНК 80 т/га + 1NPK и составило 19.5% тогда как в варианте без удобрений оно равнялось 22.5%.

Количество сырого протеина в однолетних травах варьировало от 10.8 до 14.7%. Наиболее значительное количество сырого протеина получено в продукции трав, выращенных при комплексном применении удобрений и было равно 12.1–14.7%, в контроле – 11.1%. Содержание фосфора изменялось от 0.33 до 0.39%, калия – от 2.3 до 3.0% и кальция – от 0.50 до 0.60%, в контроле – 0.31, 2.3 и 0.48% соответственно.

Нитратный азот важен для питания растений, но в то же время представляет опасность: в нашем исследовании количество нитратного азота варьировало от 34 до 194 мг/кг сырой массы, и это не представляло угрозы загрязнения нитратами биомассы однолетних трав, т.к. его ПДК составляет 500 мг/кг сырой массы, а содержание нитратного азота в биомассе растений было значительно меньше.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате длительного (1978–2019 гг.) использования органических и минеральных удобрений в посевах однолетних трав установлено, что комплексное длительное применение удобрений положительно влияло на содержание гумуса в почве. При использовании NPK на фоне внесения торфо-навозного компоста (ТНК) в дозах 40 и 80 т/га повышалось количество гумуса в почве до 2.3–2.7%, в контроле – 2.1%. Минеральные удобрения повышали его количество до 2.3–2.4, органические – до 2.6%. Подобная закономерность отмечена и для обменной и гидролитической кислотности. Наиболее низкая обменная и гидролитическая кислотность установлена при внесении ТНК 80 т/га + 1 NPK и составила 5.2–5.3 ед. рН_KCl и 3.4–3.6 ммоль/100 г почвы соответственно. Подобная закономерность отмечена и для содержания подвижного фосфора, калия и кальция в почве.

Установлена высокая эффективность комплексного длительного применения удобрений. Наибольшая урожайность однолетних трав получена при совместном применении органических и минеральных удобрений (3.7–4.9 т сухого вещества/га) при использовании 3-х доз NPK – 3.4–3.9 т/га и 2-х доз ТНК (40 и 80 т/га) – 3.2 и 3.5 т сухого вещества/га.

Отмечено, что наиболее эффективно на качество однолетних трав влияло совместное применение органических и минеральных удобрений, особенно в высоких дозах. Совместное применение ТНК 80 т/га и 1 NPK снижало содержание сухого вещества до 19.5% (в контроле – 22.5%), повышало содержание сырого протеина в однолетних травах до 14.7% (в контроле – 11.1%), увеличивало содержание фосфора, калия и кальция в биомассе.

Установлено, что оптимальным приемом удобрения однолетних трав в кормовом севообороте Республики Коми является внесение ТНК 80 т/га (под картофель) и полной дозы NPK (N40P32K116), что позволяет получать максимальные урожаи трав высокого качества.