Russian Federation
UDK 631.445.25 Серая лесная почва
The stationary field experiment in soddy-podzolic sandy loam verified the effect of organic and mineral fertilizers and their combinations on the potato productivity. Additionally, the properties of soddy-podzolic sandy loam in conditions of six-field fodder crop rotation were analyzed. The complex application of fertilizers was found to have the maximum effect on the agrochemical properties of the soil and its productivity. For example, the content of humus increased by 0.4 %, mobile phosphorus – by 120 mg/kg. Simultaneously, the exchangeable and hydrolytic soil acidity, as well as the amount of exchangeable potassium, decreased. The complex application of organic and mineral fertilizers, especially in high doses, increased average potato yields and quality. The average yield of 5.5 t potato dry matter of high quality/ha was obtained on the application of 80 t/ha of peat-manure compost and a full dose of mineral fertilizers (N60P30K180).
soil, fodder crop rotation, organic and mineral fertilizers, humus, exchangeablek acidity, productivity, starch, nitrates
Введение
Известно, что лето в Республике Коми (далее – РК) – достаточно короткое и холодное, а весной и осенью заморозки начинаются очень рано. Это приводит к тому, что темпы роста различных растений замедляются, понижается потребление питательных веществ [1]. В исследуемой местности пахотные угодья состоят из дерново-подзолистых почв, которые характеризуются значительным уровнем кислотности, что вызывает минимальные показатели по плодородию [2]. Когда объемы использования химикатов, удобрений резко сокращаются, то почвы тут же начинают деградировать. Это проявляется в снижении почвенного органического вещества (далее – ПОВ), а также питательных веществ. Наконец, ухудшаются химические, физические свойства почв. Для воспроизведения агроценозов в РК необходимо направить средства на совершенствование технологий хранения, а также воспроизводства почвенного плодородия. Рекомендуется также выращивать исключительно такие сельскохозяйственные культуры, которые приспособлены к климатическим, а также почвенным условиям региона [3, 4]. Не менее продуктивным мероприятием считается отказ от зонального земледелия в пользу ландшафтно-адаптивного. Производство кормов нужно биологизировать [5–7].
Принимая во внимание тот факт, что минеральные удобрения стоят достаточно дорого и их не всегда хватает, при увеличении почвенного плодородия нужно наращивать севообороты, которые имеют максимальную степень насыщенности одно- и многолетними травами. В таком случае без особых затрат при перестроении корневых пожнивных остатков можно повысить продуктивность агроценозов, а качество продукции будет высоким [8–12]. Проведенные исследования, связанные с анализом использования минеральных и органических удобрений в кормовом севообороте в рамках Института агробиотехнологий ФИЦ Коми НЦ УрО РАН (далее – Институт), проводятся вот уже более 40 лет [4, 9]. Считается, что данный подход весьма важный резерв в плане обеспечения воспроизводства, а также плодородия, продуктивности дерновых, подзолистых почв в плане адаптивно ландшафтной системы земледелия РК. В рамках земледелия центральный компонент – это севообороты, которые насыщаются одно- и многолетними травами; это основа, на базе которой осуществляются многочисленные агрономические мероприятия (удобрение, система обработки почвы; мероприятия, направленные на борьбу с почвенной эрозией и т. д.).
Цель настоящего исследования – определение воздействия от комплексного использования удобрений на плодородие вспахиваемых почв, а также качества и продуктивности культур в шестипольном кормовом севообороте в условиях Севера.
Материалы и методы
На землях Института проведены комплексные исследования. С 1978 г. ведется длительный эксперимент с удобрениями в кормовом севообороте по методике ВИУА имени Д. Н. Прянишникова – согласно географической сети опытов с удобрениями. Установлено, что на исследуемом участке почва сильно подзолистая легкосуглинистая, с включениями покровных суглинков. В 1978 г. эксперимент был начат, тогда зафиксировано 2.1–2.5 % гумуса; pHKCl – 4.8–5.6; общее количество поглощенных оснований составляло 10.3–16.8 ммоль/100 грамм почвы. Кроме того, подвижного фосфора и калия было 220 и 165 мг/кг почвы соответственно.
Специалисты с 1978 по 2022 г. проводили мониторинг и анализ воздействия различных доз минеральных удобрений и двух доз органических удобрений – 40 и 80 т/га, на плодородие почв и рост картофеля в кормовом шестипольном севообороте. В рамках проводимого исследования чередовали такие культуры, как картофель, одно- и многолетние травы. Органические удобрения в виде торфяно-навозного компоста (далее – ТНК) применяли с 1978 по 2018 г. По полученным результатам в 2018 г. отмечали снижение гидрологической и обменной кислотности на фоне использования минеральных удобрений. Кроме того, в почву вносили известняковую муку до состояния 100 % гидролитической кислотности в количестве 8 т/га.
Полученные расчетные показатели для картофеля при плановом уровне урожайности 15 т/га: N20P10K60 (1/3 дозы), N30P15K90 (1/2 дозы), N60P30K180 (полная расчетная доза) кг/га д.в. на 1 га. Площадь опытной делянки – 100 м2 (12.5х8), повторность опыта – четырехкратная, площадь участка под опытом – 4800 м2.
Лабораторные, а также полевые исследования
Проведение фенологических наблюдений по фазам развития растений; учет урожая картофеля в момент отмирания ботвы; определение кормовых веществ и сухого вещества (согласно итогам проведения химического анализа растений). При исследовании урожая картофеля работы велись согласно методикам, принятым в аграрно-химической службе. Энергетическую эффективность удобрений рассчитывали по рекомендациям [12, 13]. Выбор образцов почв с пахотного горизонта на опытных участках будут осуществлять после того, как с земли извлекут клубни картофеля. Сбор проводят на 80–85-й день от момента посадки.
На станции химизации «Сыктывкарская», а также в Институте в картофельных клубнях выявляли некоторые биохимические показатели. Так, сухое вещество определяли на основании термостатно-весового метода (105 ⁰С); крахмал – с помощью поляриметрического метода Эверса; количество общего азота установили благодаря фонометрическому индофенольному методу и т. д.
Параметры кислотности в почвенных образцах по солевым вытяжкам, гидролитической кислотности осуществляли ионометрическим способом с применением анализатора жидкости Эксперт 001. Обменную кислотность определяли с помощью титриметрического метода А. В. Соколова. Для определения количества гумуса задействован метод И. В. Тюрина с модификацией В. И. Симакова. Наконец, фракционно-групповой состав гумуса в ходе экспериментальной работы установили методом Пономаревой-Плотниковой.
Результаты и их обсуждение
При совместном использовании минеральных и органических удобрений на протяжении значительного промежутка времени установлено сильное воздействие на аграрно-химические параметры дерново-подзолистой среднеокультуренной почвы (табл. 1).
Применение трех доз минеральных удобрений на протяжении значительного промежутка времени помогает накопить гумус в почве до 2.5 %. Совместное использование ТНК 40 т/га + три дозы NPK – 2.6–2.7, ТНК 80 т/га + три дозы NPK – 2.8 % и двух доз органических удобрений – 2.6 и 2.8 %. Контрольное исследование показало содержание гумуса 1.9-2.2 % . Прежде всего, гумус накапливался от органических удобрений и корневых пожнивных остатков культур. Не обошлось без действия микроорганизмов, населяющих почву.
В 1978 г. на почве была зафиксирована исходная плотность – 4.8–5.6 ед. рН. Специалисты в течение длительного времени сохраняли ее показатель на уровне 5.0–5.5 ед. рН. Однако к 2013 г. рост показателя достиг отметки в 4.4–4.8 ед. рНKCL. Вот почему уже в 2018 г. осуществили процедуру известкования на опытном участке, согласно полной гидролитической кислотности – 8 т/га. Таким образом, обменная кислотность была понижена до 5.3–6. ед. рНKCL.
За все время исследований, когда использовали три дозы NPK, обменная кислотность составляла 5.1–5.2 ед. рНKCL, двух доз ТНК – 5.3–5.4 ед. рНKCL. Применение трех доз NPK на фоне 40 т/га ТНК снижало обменную кислотность до 5.1–5.2 ед. рНKCL, а на фоне 80 т/га ТНК она была 5.4–5.7 ед. рНKCL.
Минимальные параметры закономерности, зафиксированной в плане гидролитической кислотности, установлены в 2019 г.; так, с учетом использования трех доз NPK по фону 80 т/га, ТНК 0.6–1.9 ммоль/100 г почвы.
Как минеральные, так и органические удобрения, корневые пожнивные остатки растений, их переработка микроорганизмами – все это привело к тому, что в почве стал накапливаться подвижный фосфор. Наибольшее значение содержания подвижных форм фосфора было отмечено при совместном использовании минеральных и органических удобрений (303–386 мг/кг почвы), в том числе при применении двух доз ТНК (303 и 321 мг/кг почвы). При этом без удобрений было всего 221 мг/кг почвы.
Что касается обменного калия в почве, то отмечен его несущественный рост, нежели в случае с подвижным фосфором. Меньше всего зафиксировано в 2013 г. – 66–98 мг/кг почвы. Однако после того, как было проведено известкование, объем обменного калия повысился до 105–136 мг/кг почвы. Такую тенденцию можно наблюдать по причине значительного выноса растением микроэлемента, а также вымыванием.
Уже 45 лет проводят исследования (восемь ротаций севооборота – 1978–2022 гг.), которые демонстрируют значительную эффективность в плане комплексного применения удобрений (табл. 2).
Зафиксирован наивысший уровень урожайности картофеля по сухому веществу в варианте 80 т/га ТНК + 1 NPK, составивший 5.5 т/га, что на 83.3 % превышает контрольный вариант (3.0 т/га). В вариантах ТНК 80 т/га + 1/2 и 1/3 NPK урожайность была 4.9 и 5.2 т/га и на 63.3 и 73.3 % превышала контроль. Использование минеральных удобрений в трех дозах позволяет повысить урожайность картофеля до 3.6–4.4 т/га (на 20–46.7 % больше контроля). Применение трех доз NPK (1/3, 1/2 и 1.0) на фоне 40 т/га способствовало получению урожая клубней картофеля до 4.3–5.1 т/га (на 43.3–70.0 % выше контроля). Практика показала, что органические удобрения (варианты: ТНК 40 и 80 т/га) помогли получить урожай картофеля до 3.9 и 4.5 т/га (на 30.0 и 50.0 % больше контроля).
Наиболее низкие урожаи картофеля получены в 1995 г., они составили: ТНК 40 + три дозы NPK – 2.0–2.4; ТНК 80 т/га + три дозы NPK – 2.4–2.8 т/га; при использовании трех доз NPK – 1.2 – 2.1; органических удобрений (ТНК 40 и 80 т/га) – 1.4 и 1.7 т/га и контроле 0.6 т/га сухого вещества картофеля (табл. 2). Данные исследования делают ссылку на неблагоприятные метеоусловия в 1995 г. (посадки картофеля были угнетены за счет переувлажняемой почвы в первую половину вегетационного периода, понижения температуры в период клубнеобразования и оказали соответственно негативное отрицательное влияние на урожайность высаженных клубней картофеля). Точно такие же метеорологические условия отмечены и в 2020 г. В конечном счете, получен урожай картофеля на 30–40 % меньше, чем в среднем. За время вегетации среднесуточная температура составляла норму – 13.1 ⁰С выше нуля. Однако осадков было на 36 % меньше нормы. В частности, в начальные стадии вегетации картофеля осадков зафиксировано: в мае – 77 %; июне – 40, в июле – 45 %. В остальные годы проведения исследований от средних многолетних параметров температуры, а также количества осадков отклонений нет.
Количество сухого вещества картофеля понижается в случае увеличения доз минеральных удобрений – 2–3 %. Эти показатели отвечают прочим исследованиям, которые проводили с применением удобрений (табл. 3).
В среднем содержание в картофеле крахмала в том или ином варианте разнится. Например, при применении трех доз NPK среднее количество крахмала было на уровне 13 %; при двух дозах органических удобрений содержание крахмала – 12.9–13.6 %. Использование NPK на фоне 40 т/га ТНК повышало количество крахмала в клубнях картофеля до 12.6–13.0, применение доз NPK на фоне 80 т/га ТНК – до 11.0–12.6 %. Принимая во внимание тот факт, что крахмал – это центральный показатель качества картофеля, производитель, согласно содержанию элемента, может применять картофельные клубни в разных целях. Одни сорта используют для диетического питания людей, а другие – для корма животным, и т. д. Еще один важный показатель картофеля – содержание в нем витамина С. Больше всего его получено тогда, когда минеральные и органические удобрения вносили в количестве 15.7–25.5 мг%; лишь при минеральных удобрениях содержание витамина С было на уровне 14.1–21.8 мг%; при органических удобрениях – 17.5–21.8 мг%.
Практически все растения в развитии используют нитратный азот. Но как только соединение попадает в организм человека, оно превращается в нитритный азот (NO2), который несет колоссальную опасность. Исследования показали, что на нашем экспериментальном участке нитратного азота было от 27 до 194 мг/кг сырой массы. Такие дозы для человека опасности не представляют, ведь ПДК составляет 500 мг/кг сырой массы.
Заключение
Продолжительное применение удобрений положительным образом воздействует на содержание гумуса в почвенных массах. Когда используют NPK вместе с органическими удобрениями, то среднее содержание гумуса растет до 2.6–2.8 %; лишь NPK – до 2.4–2.5 %, при содержании гумуса в контроле – 2.2 %. В любом случае, удобрения понижали обменную кислотность у почвы; больше всего это наблюдали при применении NPK и ТНК до рНKCL 5.2–5.7, при рНKCL в контроле – 5.1. Точно такая же закономерность прослежена по гидролитической кислотности.
В среднем содержание подвижного фосфора росло, в частности, в случае совместного применения минеральных и органических удобрений, а также при двух дозах ТНК (303–386 мг/кг почвы). Говоря о содержании обменного калия в почве, то оно меняется в несущественной степени – 145–212 мг/кг в том или ином опытном варианте.
Исследования в течение восьми ротаций севооборота за 45 лет выявили достаточно высокую эффективность за счет комплексного внедрения удобрений. Максимальный размер средней урожайности в сухом веществе картофеля был получен в варианте 80 т/га+1 NPK, это составляло 5.5 т/га и превысило контрольное значение на 83.3 %. Минеральные удобрения повышали урожайность картофеля до 3.6–4.4 т/га (на 20.0–46.7 % выше контроля), органические – до уровня 3.9–4.5 т/га (на 30.0 и 50.0 % выше контроля).
С наращиванием дозировки минеральных удобрений количество сухого вещества понижается на 2-3 %. По количеству в картофеле крахмала расхождения были несущественными. С учетом внесения минеральных удобрений в размере 12.8–13.3 %, органических удобрений – 12.9–13 %, при значении NPK совместно с органическими удобрениями – 11.0–13.0 %. Количество витамина С в клубнях картофеля было достаточно высоким – 14.1–25.5 мг%. Содержание нитратного азота не превышало ПДК – 500 мг/кг сухой массы. Определено, что наши научные исследования согласуются с работами других авторов [4–6, 8, 9, 14–17].
1. Zabolotskaya, T. G. Severnyj podzol i udobreniya [Northern podzol and fertilizers] / T. G. Zabolotskaya, I. I. Yudintseva, A. V. Kononeko. - Syktyvkar, 1978. - 94 p.
2. Zaboeva, I. V. Pochvy i zemelnye resursy Komi ASSR [Soils and land resources of the Komi ASSR] / I. V. Zaboeva. - Syktyvkar : Komi Book Publishing House, 1975. - 344 p.
3. Zabolotskaya, T. G. Biologicheskij krugovorot elementov v agroczenozakh i ikh produktivnost [Biological cycle of elements in agrocenoses and their productivity] / T. G. Zabolotskaya. - Leningrad : Nauka, 1985. - 179 p.
4. Chebotarev, N. T. Ob effektivnosti ispolzovaniya udobrenij pri vozdelyvanii kormovykh kultur v usloviyakh Respubliki Komi [On the efficiency of fertilizers in the cultivation of fodder crops in the conditions of the Komi Republic] / N. T. Chebotarev // Kormoproizvodstvo [Fodder Production]. - 2012. - № 8. - P. 32-33. - URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=17890024 (date of access: 20.03.2023).
5. Merzlaya, G. E., Zyabkina G.A., Fomkina T.P., Kozlova A.V., Makshakova O.V., Voloshin S.P., Khromova O.M., Pankratenkova I.V. Effektivnost dlitelnogo primeneniya organicheskikh i mineralnykh udobrenij na dernovo-podzolistoj legkosuglinistoj pochve [The efficiency of long-term application of organic and mineral fertilizers on soddy-podzolic sandy loam soil] / G. E. Merzlaya, G. A. Zyabkina, T. P. Fomkina, A. V. Kozlova, O. V. Makshakova [et al.] // Agrokhimiya [Agrochemistry]. - 2012. - № 2. - P. 37-46. - URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=17680660.
6. Mineev, V. G. Plodorodie i biologicheskaya aktivnost dernovo-podzolistoj pochvy pri dlitelnom primenenii udobrenij i ikh posledejstvii [Fertility and biological activity of soddy-podzolic soil on the long-term application of fertilizers and their aftereffect] / V. G. Mineev, N. F. Gomonova, M. F. Ovchinnikova // Agrokhimiya [Agrochemistry]. - 2004. - № 7. - P. 5-10. - URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=17256366 (date of access: 20.03.2023).
7. Lapa, V. V. Vliyanie organo-mineralnoj sistemy udobreniya na produktivnost sevooborotov i balans gumusa v dernovo-podzolistykh pochvakh [Influence of organo-mineral fertilizer system on the crop rotation productivity and humus balance in soddy-podzolic soils] / V. V. Lapa, V. N. Bosak, G. V. Pirogovskaya // Agrokhimiya [Agrochemistry]. - 2009. - № 2. - P. 40-44. - URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=11695580 (date of access: 20.03.2023).
8. Izmestyev, V. M. Vliyanie dlitelnogo primeneniya mineralnykh udobrenij na produktivnost kormovykh sevooborotov [The effect of long-term use of mineral fertilizers on the productivity of fodder crop rotations] / V. M. Izmestyev, A. K. Svechnikov // Agrarnaya nauka Evro-Severo-Vostoka [Agrarian Science of the European North-East]. - 2015. - № 4.- P. 29-34. - URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=23857049 (date of access: 20.03.2023).
9. Chebotarev, N. T. Dinamika plodorodiya i produktivnosti dernovo-podzolistoj pochvy pod dejstviem dlitelnogo primeneniya udobrenij v usloviyakh Respubliki Komi [Dynamics of fertility and productivity of soddy-podzolic soil on the long-term use of fertilizers in the Komi Republic] / N. T. Chebotarev, A. A. Yudin // Dostizheniya nauki i tekhniki APK [Achievements of Science and Technology in the Agro-Industrial Complex]. - 2015. - № 2. P. 11-13. - URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=23167327 (date of access: 20.03.2023).
10. Bakina, L. G. Vliyanie izvestkovaniya na izmenenie sostava gumusa dernovo-podzolistykh pochv v zavisimosti ot khimicheskikh svojstv ikh guminovykh kislot [The effect of liming on the change in the humus composition of soddy-podzolic soils depending on the chemical properties of soil humic acids] / L. G. Bakina, V. F. Drichko, Z. P. Nebolsina // Agrokhimiya [Agrochemistry]. - 2012. - № 1. - P. 14-23. - URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=17356543 (date of access: 20.03.2023).
11. Mukhamadyarov, F. F. Metodicheskoe posobie po opredeleniyu energozatrat pri proizvodstve prodovolstvennykh resursov i kormov dlya uslovij Severo-Vostoka evropejskoj chasti Rossijskoj Federaczii [Methodological guide on determination of energy consumption for the production of food resources and forage in the conditions of the North-East of the European part of the Russian Federation] / F. F. Mukhamadyarov, V. A. Figurin, V. P. Ashikhmin, S. L. Korobitsin, T. P. Kokurin [et al.]. - Kirov : Research Institute of Agriculture of the North-East, 1997. - 62 p.
12. Dymov, A. A. Postagrogenic development of Retisols in the middle taiga subzone of European Russia (Komi Republic). / A. A. Dymov, Yu. A. Dubrovskiy, V. V. Startsev // Land Degradation & Development. - 2018. - № 3. - P. 495-505. DOI:https://doi.org/10.1002/Idr.2881. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=35456191.
13. Dospekhov, B. A. Metodika polevogo opyta (s osnovami statisticheskoj obrabotki rezultatov issledovanij) [Methodology of field experiment (with the principles of statistical processing of research results)] / B. A. Dospekhov. - Moscow : Agropromizdat, 1985. - 351 p.
14. Zolkina, E. I. Vliyanie dlitelnogo primeneniya udobrenij na plodorodie dernovo-podzolistoj pochvy i produktivnosti kultur [The effect of long-term use of fertilizers on the fertility of soddy-podzolic soil and crop productivity] / E. I. Zolkina // Plodorodie [Fertility]. - 2019. - № 5. - P. 20-23. DOI:https://doi.org/10.25680/S19948603.2019.110.06. - URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=41221407.
15. Chebotarev, N. T. Vliyanie dlitelnogo primeneniya organicheskikh i mineralnykh udobrenij na produktivnost agroczenozov Evropejskogo Severo-Vostoka [The effect of long-term use of organic and mineral fertilizers on the productivity of agrocenoses of the European North-East] / N. T. Chebotarev, O. V. Brovarova // Agrarnaya nauka [Agrarian Science]. - 2022. - № 5. - P. 87-92. DOI:https://doi.org/10.32634/0869-8155-2022-359-5-87-92. - URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=48663277.
16. Yamaltdinova, V. R. Vliyanie dlitelnogo primeneniya sistem udobrenij na agrokhimicheskie i biologicheskie pokazateli dernovo-podzolistoj pochvy srednego Preduralya [The effect of long-term use of fertilizer systems on agrochemical and biological indicators of soddy-podzolic soil of the middle Cis-Ural region] / V. R. Yamaltdinova, N. E. Zavyalova, M. G. Subbotina // Permskij agrarnyj vestnik [Perm Agrarian Bulletin]. - 2019. - № 3. - P. 95-102. - URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=41584568.
17. Merzlaya, G. E. Effekty posledejstviya mineralnykh i organicheskikh udobrenij na dernovo-podzolistoj pochve [Aftereffects of mineral and organic fertilizers on soddy-podzolic soil] / G. E. Merzlaya // Plodorodie [Fertility]. - 2019. - № 1. - P. 15-17. DOI:https://doi.org/10.25680/S19948603.2019.106.04. - URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=37072819.
