Россия
УДК 631.445.25 Серая лесная почва
При проведении опыта в стационарных полевых условиях на подзолисто-дерновых и легкосуглинистых почвах детально проведено изучение степени эффективности минеральных, а также органических удобрений, в том числе – их сочетание. Проверялось воздействие на продуктивность картофеля. Кроме прочего анализировали дерново-подзолистую легкосуглинистую почву в рамках шестипольного кормового севооборота. Практика показала, что использование различных удобрений в их сочетании максимально эффективно влияет на аграрно-химические свойства почвы и продуктивность. Так, гумуса становилось больше примерно на 0.4 %, а подвижного фосфора – на 120 мг/кг. В то же время значительно понижается гидролитическая, а также обменная кислотность обменного калия. За счет комплексного применения минеральных и органических удобрений (если говорить о больших дозах) качество, а также средняя урожайность картофеля – возрастали. Так, средняя урожайность корнеплода была получена при использовании 80 т/га торфяно-навозного компоста и полной дозы удобрений (N60P30K180) в количестве 5.5 т/га сухого вещества максимального качества.
почва, кормовой севооборот, органические и минеральные удобрения, гумус, обменная кислотность, продуктивность, крахмал, нитраты
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. Заболоцкая, Т. Г. Северный подзол и удобрения / Т. Г. Заболоцкая, И. И. Юдинцева, А. В. Кононеко. - Сыктывкар, 1978. - 94 с.
2. Забоева, И. В. Почвы и земельные ресурсы Коми АССР / И. В. Забоева. - Сыктывкар : Коми книжное издательство, 1975. - 344 с.
3. Заболоцкая, Т. Г. Биологический круговорот элементов в агроценозах и их продуктивность / Т. Г. Заболоцкая. - Ленинград : Наука, 1985. - 179 с.
4. Чеботарев, Н. Т. Об эффективности использования удобрений при возделывании кормовых культур в условиях Республики Коми / Н. Т. Чеботарев // Кормопроизводство. - 2012. -№ 8. - С. 32-33. - URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=17890024 (дата обращения: 20.03.2023).
5. Мерзлая, Г. Е. Эффективность длительного применения органических и минеральных удобрений на дерново-подзолистой легкосуглинистой почве / Г. Е. Мерзлая, Г. А. Зябкина, Т. П. Фомкина, А. В. Козлова, О. В. Макшакова [и др.] // Агрохимия. - 2012. - № 2. - С. 37-46. - URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=17680660 (дата обращения: 20.03.2023).
6. Минеев, В. Г. Плодородие и биологическая активность дерново-подзолистой почвы при длительном применении удобрений и их последействии / В. Г. Минеев, Н. Ф. Гомонова, М. Ф. Овчинникова / Агрохимия. - 2004. - № 7. - С. 5-10. - URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=17256366 (дата обращения: 20.03.2023).
7. Лапа, В. В. Влияние органо-минеральной системы удобрения на продуктивность севооборотов и баланс гумуса в дерново-подзолистых почвах / В. В. Лапа, В. Н. Босак, Г. В. Пироговская // Агрохимия. - 2009. - № 2. - С. 40-44. - URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=11695580 (дата обращения: 20.03.2023).
8. Изместьев, В. М. Влияние длительного применения минеральных удобрений на продуктивность кормовых севооборотов / В. М. Изместьев, А. К. Свечников // Аграрная наука Евро-Северо-Востока. - 2015. - № 4. - С. 29-34. - URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=23857049 (дата обращения: 20.03.2023).
9. Чеботарев, Н. Т. Динамика плодородия и продуктивности дерново-подзолистой почвы под действием длительного применения удобрений в условиях Республики Коми / Н. Т. Чеботарев, А. А. Юдин // Достижения науки и техники АПК. - 2015. - № 2. - С. 11-13. - URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=23167327 (дата обращения: 20.03.2023).
10. Бакина, Л. Г. Влияние известкования на изменение состава гумуса дерново-подзолистых почв в зависимости от химических свойств их гуминовых кислот / Л. Г. Бакина, В. Ф. Дричко, З. П. Небольсина // Агрохимия. - 2012. - № 1. - С. 14-23. - URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=17356543 (дата обращения: 20.03.2023).
11. Мухамадьяров, Ф. Ф. Методическое пособие по определению энергозатрат при производстве продовольственных ресурсов и кормов для условий Северо-Востока европейской части Российской Федерации / Ф. Ф. Мухамадьяров, В. А. Фигурин, В. П. Ашихмин, С. Л. Коробицин, Т. П. Кокурин. - Киров : НИИСХ Северо-Востока, 1997. - 62 с.
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. Доспехов, Б. А. Методика полевого опыта (с основами статистической обработки результатов исследований) / Б. А. Доспехов. - Москва : Агропромиздат, 1985. - 315 с.
14. Золкина, Е. И. Влияние длительного применения удобрений на плодородие дерново-подзолистой почвы и продуктивности культур / Е. И. Золкина // Плодородие. - 2019. - № 5. - С. 20-23. DOI:https://doi.org/10.25680/S19948603.2019.110.06. - URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=41221407 (дата обращения: 20.03.2023).
15. Чеботарев, Н. Т. Влияние длительного применения органических и минеральных удобрений на продуктивность агроценозов Европейского Северо-Востока / Н. Т. Чеботарев, О. В. Броварова // Аграрная наука. - 2022. - № 5. - С. 87-92. DOI:https://doi.org/10.32634/0869-8155-2022-359-5-87-92. - URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=48663277 (дата обращения: 20.03.2023).
16. Ямалтдинова, В. Р. Влияние длительного применения систем удобрений на агрохимические и биологические показатели дерново-подзолистой почвы среднего Предуралья / В. Р. Ямалтдинова, Н. Е. Завьялова, М. Г. Субботина // Пермский аграрный вестник. - 2019. - № 3. - С. 95-102. - URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=41584568 (дата обращения: 20.03.2023).
17. Мерзлая, Г. Е. Эффекты последействия минеральных и органических удобрений на дерново-подзолистой почве / Г. Е. Мерзлая// Плодородие. - 2019. - № 1. - С. 15-17. DOI:https://doi.org/10.25680/S19948603.2019.106.04. - URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=37072819 (дата обращения: 20.03.2023).
