Россия
УДК 631.86 Органические и биологические удобрения в целом
В статье приведены результаты многолетних исследований по влиянию минеральных и органических удобрений на снижение токсичности солей и урожайности хлопчатника на вторично засоленных почвах в условиях Хатлонской области Таджикистана. Установлено, что совместное внесение минеральных и органических удобрений на засолённых землях улучшает питательный режим, снижает концентрации токсичности солей, позволяет получать качественный и высокий урожай хлопчатника.
минеральные и органические удобрения, токсичность солей, хлопчатник, засоление, почва, урожайность
Введение
Таджикистан является древнейшей земледельческой страной. Вся Передняя Азия, Европа, а также Индия и Китай используют земледельческие культуры, зародившиеся в Таджикии, и дающие миру методы интенсивного земледелия и огромный набор пород и сортов возделываемых растений. Древняя Таджикия не только создала и развила многие земледельческие культуры, но довела некоторые из них до предельного совершенства [1]. Республика Таджикистан, занимая сравнительно небольшую територию (143,1 тыс. км2), имеет весьма сложное геологическое строение и рельеф. На территории республики на дневную поверхность выходят горные породы, образованные в различное время от архей-протерозоя до четвертичного периода. Горные породы представлены различными типами, как по своему генезису так и по их литологическим особенностям. Значительные площади территории республики занимают изверженные породы [2].
Орошаемое земледелие – самый продуктивный сектор сельскохозяйственного производства. В Таджикистане 90 % продукции сельского хозяйства получают на орошаемых землях. В сельском хозяйстве занято около 70 % экономически активного населения республики, и его доля в ВВП составляет около 25 %.
Растениеводство в речных долинах, богатых водными ресурсами, было развернуто в советское время за счет расширения сетей искусственного орошения. В результате площадь орошения увеличилась с 450 тыс. га в 1960 г. до 763 тыс. га в 2023 г. Общее количество пригодных для орошения земель в республике составляет 1,6 млн га, из них в настоящее время освоено 763 тыс. га. Орошаемая площадь Таджикистана за период 1930-2023 гг. увеличилась в 8,2 раза, а население – более, чем в 10 раз. Следовательно, год за годом уменьшается удельная площадь орошаемых земель на одного человека, и в настоящее время она составляет 0,07 га/чел.
По данным гидромелиоративной экспедиции Агентства мелиорации и ирригации при Правительстве Республики Таджикистан, на 1 января 2023 г. общая площадь засоленных почв в орошаемой зоне составила свыше 62 151 тыс. га. Из них 3222 тыс. га – сильнозасоленные почвы, 12 454 тыс. га – среднезасоленные и 46 475 тыс. га – слабозасоленные почвы. В осенне-зимний период 2022 г. осуществлена промывка засоленных почв на площади 12 409 га и на 22 541 га очищена коллекторно-дренажная сеть.
По республике на площади 21 281 га имеются земли с критической глубиной уровня (меньше 1 м) грунтовых вод и более 36 200 га орошаемых земель находятся в неудовлетворительном мелиоративном состоянии. Продовольственная проблема становится все более острой, и решать ее придется за счет повышения продуктивности существующих угодий, в основном орошаемых, и освоения новых орошаемых площадей, резерв которых в республике составляет порядка 837 тыс. га.
Задачей отрасли сельского хозяйства на период до 2025 г. и далее является обеспечение населения республики продуктами питания и сельскохозяйственным сырьем в объемах не ниже требуемых нормативов. Ожидается, что 40-84 % требуемого роста потребностей сельскохозяйственной продукции будет покрыто за счет роста урожайности сельскохозяйственных культур, остальная его часть должна будет решаться за счет привлечения (освоения) дополнительных земельных и водных ресурсов.
Цель настоящего исследования – выявление оптимальных норм внесения минеральных и органических удобрений, позволяющих снижать токсичность солей и повышать урожайность хлопчатника в условиях засоленных земель южного Таджикистана.
Материалы и методы
В полевой обстановке для изучения эффективности совместного влияния минеральных и органических удобрений в уменьшении токсичности остаточно-засоленных почв на урожайность хлопчатника заложены опыты на слабо- и среднезасоленных почвах с хлоридно-сульфатным типом засоления в дехканском хозяйстве «Хулафои Рошидин» Джалолидин Балхийского района Хатлонской области (Каралангский массив, Вахшская долина).
Опытный участок осенью 2018 г. был вспахан на глубину 35-40 см, а весной 2019 г., после предварительного внесения минеральных и органических удобрений, перед посевом произведена перепашка почвы. Минеральные удобрения вносились из расчета: азота 250 кг/га (в виде карбамида) и 200 кг/га Р2О5 (в форме суперфосфата). Навоз был внесен из расчета 20 и 30 т/га.
В период 2018-2020 гг. были проведены полевые опыты с хлопчатником согласно общепринятой методике.
Взятые почвенные, водные и растительные образцы подвергались химическим анализам, в частности в них определяли содержание гумуса (по методу Тюрина), общего азота (по методу Кельдаля), нитратного азота (по методу Шафферштейна, Липкинда и Савве), аммиачного азота (с помощью реактива Неслера), валового фосфора (по методу Гинзбурга и Щегловой), подвижного фосфора (по методу Мачигина), калия (по методу Протасова в 1 %-ной углеаммонийной вытяжке).
Результаты и их обсуждение
Результаты определения исходного содержания растворимых солей в начале вегетации показали, что наибольшая их концентрация наблюдается в пахотном слое 0-40 см и в 2 раза больше, чем в нижних горизонтах (табл. 1). Это свидетельствует о том, что в зоне светлых сероземов из-за небольшого количества осенне-зимних осадков не происходит вымывания солей из верхних слоев почвы в нижние. В данном случае заметен факт подтягивания солей вверх. По содержанию ионов хлора наиболее опресненными оказались горизонты 40-60 (0,021 %) и 60-80 см (0,020 %).
В табл. 1 приведены результаты исследований по влиянию нормы минеральных и органических удобрений на снижение концентрации токсичности солей в условиях засоленных почв южного Таджикистана. Как показали результаты исследований, после действия минеральных и органических удобрений на варианте N250P200 (Фон) содержание анионов хлора, сульфата и гидрокарбонатов относительно исходных значений уменьшилось в пахотном слое на 0,011, 0,190 и 0,008 %, соответственно, в подпахотном слое – на 0,005, 0,317 и 0,005 % соответственно. Такая картина наблюдается на варианте «Фон+20 т/га навоза».
Наибольшее влияние минеральных и органических удобрений на снижение токсичности солей наблюдается у варианта «Фон+30 т/га навоза», где содержание анионов хлора, сульфата и гидрокарбонатов уменьшилось на 0,017, 0,222 и 0,011 % относительно исходного их значения. Показано, что действия минеральных и органических удобрений в значительной степени снизили содержание токсичности солей (см. табл. 1).
Следует отметить, что при промывном режиме орошения высокой агротехникой и рациональном применении минеральных и органических удобрений такое содержание водорастворимых солей вряд ли может оказать сильное токсическое действие на хлопчатник.
В результате многолетних исследований по тканевой диагностике и хлоридному засолению почв содержание ионов хлора и натрия в тканях хлопчатника возрастает с увеличением степени засоления почв. Концентрация хлорид-ионов наиболее высокая в фазе 3-4 настоящих листьев, к концу вегетации она незначительно снижается. Количество же ионов натрия больше накапливается к концу вегетации.
Почвы исследуемой территории представлены светлыми серозёмами, которые характеризуются незначительным содержанием питательных веществ. В пахотном слое содержание гумуса составляет 1,0-1,3 %, азота – 0,062-0,040 %. Обеспеченность подвижными фосфатами в целом низкая, а калием – довольно хорошая.
На промытых хлоридных солончаках внесение минеральных удобрений обеспечивает получение относительно высокого урожая хлопка-сырца. Внесение навоза дает некоторую дополнительную прибавку урожая. На промытых гипсоносных солончаках без внесения удобрений и при внесении только минеральных удобрений урожай отсутствовал. Добавка навоза способствовала нормальному развитию растений и получению хорошего урожая хлопка-сырца. Эффективность удобрений на засоленных почвах и при освоении солончаков зависит от концентрации токсичных солей, находящихся в корнеобитаемом слое почвы в период вегетации. При избыточном засолении почвы невозможно ожидать того, что сильно угнетенные растения могут развиваться нормально и давать высокие урожаи только за счет улучшения условий минерального питания. Гораздо больше возможностей открывается при сочетании этого приема с мероприятиями по опреснению почв промывными поливами, или разбавлением концентрации почвенного раствора оросительной водой посредством регулирования режима орошения. Следует отметить, что для культурных растений, в том числе для хлопчатника, пределы колебания содержания вредных солей в почве весьма узкие, по сравнению с фактическими количествами солей, имеющихся в сильнозасоленных почвах и солончаках. Полученные нами результаты согласуются с данными других авторов [3–6].
Избыток соли – это стресс-фактор, на который большинство культур реагируют снижением урожайности. Засоление наносит вред сельскому хозяйству больше, чем засуха и морозы, так как действует постоянно. Даже при слабом засолении ежегодно теряется около 20 % урожайности, а на сильнозасоленных землях потери составляют 70–80 %. Например, согласно данным А. С. Лосевой и А. Е. Петрова-Спиридонова, на незасоленных почвах Узбекистана урожай хлопка-сырца достигал 40 ц/га, в то время как на засоленных – только 7–10 ц/га. При слабом засолении урожайность хлопка снижается на 20-30 %, кукурузы – на 40–50, пшеницы – на 50–60 %. На сильнозасоленных почвах урожайность хлопчатника уменьшается до 80 %, а пшеница угнетается и погибает [7]. На слабо- и среднезасолённых хлоридно-сульфатных почвах в условиях повышенной минерализации оросительной воды и маловодья, усиленные нормы минеральных и органических удобрений улучшают питательный режим почвы и способствуют получению сравнительно высоких урожаев хлопка-сырца (35,3-40,4 ц/га). Это больше, чем в хозяйствах, где нарушается баланс питательных веществ в почве [8].
Применение навоза значительно увеличивает урожайность хлопчатника. Так, от внесения 20 т/га и 100 т/га навоза можно получить 10,9 и 24,1 ц/га прибавки урожая хлопка-сырца соответственно, а на одну тонну навоза – 54,5 и 24,1 кг/га хлопка-сырца [9]. Это, по-видимому, связано с тем, что навоз – это богатое питательными элементами органическое удобрение, которое прежде всего улучшает азотное питание хлопчатника. По мнению Д. Н. Прянишникова, навоз важен для бедных почв со скудным поглощающим комплексом и при его внесении нет дефицита микроэлементов.
Для создания стартовых условий повышения плодородия все мелиорированные и рекультивированные новоорошаемые почвы в начальный период освоения нуждаются в применении высоких норм минеральных удобрений, превышающих нормы выноса питательных веществ хлопчатника в 1,5-2 раза. М. С. Султанов отмечает, что по мере достижения балансовых показателей, близких к нормальным условиям, через 3-5 лет освоения земель нормы минеральных удобрений можно снизить до уровня доз, создающих положительный баланс РК в системе «почва-растение» [10]. Поэтому в условиях слабозасоленных сероземно-луговых почв Северного Таджикистана для получения устойчивых и высоких урожаев хлопка-сырца, рекомендуется на фоне пленочной мульчи применять 200 кг/га азота, 200кг/га фосфора и 25 кг/га калия [11].
Известно, что высокая концентрация солей оказывает отрицательное действие, прежде всего, на корневую систему растений. Засоление приводит к нарушению соотношения между поглощением ионов натрия, калия и магния: интенсивное поглощение натрия снижает поглощение калия и магния [12]. Для получения высокого урожая хлопка-сырца порядка 35-40 ц/га и других культур на слабо- и среднезасоленных почвах можно поднять нижний предел токсичности по сухому остатку до 1 %, по хлору – 0,04 и по токсичным сульфатам – 0,12 %, вместо существующих 0,3, 0,02 и 0,05 % соответственно [13]. В этой связи назрела необходимость разработать новую классификацию засоленных почв для орошаемой зоны по пригодности их использования. Как показали наши результаты, опытный участок достаточно обеспечен содержанием гумуса, валового азота и фосфора и, тем самым, мало отличается от сероземов других зон (табл. 2). Содержание нитратного азота значительно увеличивается вниз по профилю, что тесно связано с нитратным характером засоления грунтовых вод. В отличие от нитратов, в почве опытного участка аммиак содержится лишь в подпахотном слое, а ниже отсутствует. Подвижного фосфора содержится больше в верхних слоях, что связано с ранее примененными удобрениями. Характер распределения подвижного калия по профилю почвы аналогичен содержанию нитратов.
Следует отметить, что по содержанию подвижного фосфора и калия в почве опытный участок относится к слабообеспеченной категории почв. Поэтому фосфорно-калийные удобрения должны способствовать накоплению питательных веществ в почве в период вегетации хлопчатника, о чем свидетельствуют данные табл. 3. Из результатов опыта первого года видно, что доминирующей формой азота в почве является нитрат. Под влиянием грунтовых вод, органических и минеральных удобрений количество нитратного азота в почве заметно увеличивается, особенно в слое 30-50 см. В последующие фазы развития хлопчатника наблюдается уменьшение содержания аммиачного азота, который полностью исчезает к фазе созревания растения.
Наблюдения за динамикой подвижных фосфатов в пахотном слое почвы опытных участков показали, что контрольный вариант содержит около 15 мг/кг Р2О5 и данный участок относится к сильно нуждающейся в фосфатах почве. На удобренных делянках содержание подвижного фосфора заметно увеличивается против контрольных как в пахотном, так и подпахотном слоях. Эта тенденция сохраняется по мере роста и развития хлопчатника на всех изученных участках. На этих участках в первом году опыта в течение вегетации растений содержание К2О подвергается незначительным колебаниям и к концу вегетации его становится немного больше, что связано с резкими уменьшениями выноса NPK (базового макроэлементного комплекса) хлопчатником. Результаты анализов питательных веществ в почве показывают (табл. 4), что хлопчатник свою вегетацию начал при наличии в почве большого количества как нитратного, так и аммиачного азота. Это особенно сильно заметно на удобренных вариантах. Заметное влияние навоза на минеральные удобрения обнаружено по содержанию подвижного фосфора в почве вначале вегетации хлопчатника. В результате минерализации навоза и внесения минеральных удобрений за вегетацию растения содержание нитратного азота и подвижного фосфора повышается к периоду созревания хлопчатника. Это является важным резервом для урожая будущего года, в особенности по фосфорному уровню. Содержание подвижного калия не показало заметных изменений по сравнению с первым годом опыта. Таким образом, выявлена тенденция накопления подвижных форм питательных веществ в почве опытного участка, что выражается в уменьшении пестроты и густоты стояния, улучшении роста и развития хлопчатника.
Уже с первых дней появления массовых всходов была отчетливо заметна большая разница в развитии растений между контрольным и удобренными вариантами. На удобренных участках появление всходов произошло синхронно, растения имели нормальный здоровый вид. В дальнейшем они развивались одинаково с приблизительно одновременным прохождением фаз. В контрольном варианте растения отставали по темпам роста и имели угнетенный вид, бледно-зеленую окраску и мелкие листья. Минеральные и органические удобрения положительно повлияли не только на вегетативные органы, но и на величину и количество генеративных органов на все процессы роста и развития растений хлопчатника. Показатели за ростом и развитием по фазам рельефно отражаются на урожайности хлопчатника, как в год действия, так и в год последействия.
Внесение хозяйственной нормы минеральных удобрений в 2019 г. (N250P200) резко повысило урожай хлопчатника против варианта без удобрений. Прибавка урожая хлопка-сырца от них составила 13,0 ц/га. Это указывает на большое значение минеральных удобрений в повышении урожайности хлопчатника на засоленных почвах. Высокий урожай хлопка-сырца – 35,6 ц/га – был получен на участке «Фон + 20 т/га навоза», а максимальный – 38,1 ц/га – у варианта «Фон + 30 т/га навоза» (табл. 5).
Полученные прибавки полностью окупают расходы на внесение навоза и способствуют поднятию плодородия почв. Наблюдения, проведенные на опытных участках в 2020 г. после внесения минеральных и органических удобрений, продемонстрировали, что действие удобрений в повышении урожая сельскохозяйственных культур и продуктивности на слабозасоленных почвах не ограничивается только одним годом, оно распространяется и на последующие годы. Выявлено (табл. 6), что действие удобрений на второй год после их внесения более значительно, чем прямое воздействие в год их внесения. На контрольном участке за два года средний урожай хлопчатника не изменился и составил 19-20,2 ц/га (табл. 5 и 6). На удобренных участках прибавка урожайности хлопка-сырца в последующий год после внесения навоза увеличилась до 15,3 (N250P200), 19,8 (Фон + 20 т/га навоза) и 23,6 (Фон + 30 т/га навоза) ц/га.
Таким образом, результаты опыта отчетливо демонстрируют значимую роль органических и минеральных удобрений (варианты «Фон + 20 т/га навоза» и «Фон + 30 т/га навоза») в снижении токсичности солей на засоленных почвах и повышении урожайности хлопчатника, что согласуется с работами других авторов [4–9, 11, 12].
Заключение
Действия минеральных и органических удобрений в значительной степени снижают содержание токсичности солей. На фоновом участке (N250P200) содержание анионов хлора, сульфата и гидрокарбонатов относительно исходных значений в пахотном слое уменьшилось на 0,011, 0,190 и 0,008%, в подпахотном слое – на 0,005, 0,317 и 0,005 % соответственно. У варианта «Фон+30 т/га навоза», относительно исходных значений, содержание анионов хлора, сульфата и гидрокарбонатов уменьшилось на 0,017, 0,222 и 0,011 %.
Засоленные почвы обладают неблагоприятными химическими и агрохимическими свойствами, препятствующими получению высоких урожаев хлопчатника. Применение минеральных и органических удобрений под хлопчатник в комплексе с агротехническими и мелиоративными мероприятиями является высокоэффективным способом повышения производительности и улучшения химических и агрохимических свойств засоленных почв.
Внесение 30 т/га навоза, совместно с N250P200 способствует увеличению урожайности хлопчатника на среднезасоленных почвах от 38,1 до 42,6 ц/га с прибавкой от 17,90-23,60 ц/га.
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
1. Горбунов, Н. П. Таджикская комплексная экспедиция / Н. П. Горбунов. – Ленинград : Госиздат, 1933. – с. 13.
2. Недзвецкий, А. П. Рельеф и геологическое районирование / А. П. Недзвецкий // Таджикистан. Природа и природные ресурсы. – [Б. м.] : Дониш, 1982. – 25 с.
3. Джуманкулов, Х. Дж. Тканевая диагностика степени хлоридного засоления почвы на посевах хлопчатника / Х. Дж. Джуманкулов, Л. Д. Макарова. – Доклады ТАСХН. – 2009. – № 4 (22). – С. 17–21.
4. Липкинд, И. М. Агрохимическая характеристика почв и применение удобрений в Вахшской долине / И. М. Липкинд // Почвы Вахшской долины и их мелиорация. – Душанбе : Госиздат ТаджССР, 1947. – С. 131–169.
5. Липкинд, И. М. Роль удобрения в развитии и продуктивности хлопчатника на почвах разной степени и характера засоления / И. М. Липкинд, И. М. Джумаева. – Труды ТаджНИИ почвоведения. – 1972. – Т. 15, вып. 2. – С. 15–21.
6. Липкинд, И. М. Избранные труды / И. М. Липкинд. – Душанбе, 1985. – 482 с.
7. Лосева, А. С. Устойчивость растений к неблагоприятным факторам среды / А. С. Лосева, А. Е. Петров-Спиридонов. – Москва : Изд-во МСХА, 1983. – С. 47.
8. Садридинов, А. А. Характеристика почвенного покрова. Светлые сероземы / А. А. Садридинов // Таджикистан. Природа и природные ресурсы. – [Б. м.] : Дониш, 1982. – 317 с.
9. Сангинов, С. Р. Комплексная диагностика минерального питания хлопчатника в условиях Таджикистана : автореф. ... доктора сельскохозяйственных наук / С. Р. Сангинов. – Ташкент, 1994. – 42 с.
10. Султанов, М. С. Агрохимические свойства и пути повышения плодородия мелиорированных новоорошаемых почв Таджикистана : автореф. ... доктора сельскохозяйственных наук / М. С. Султанов. – Душанбе, 1997. – 48 с.
11. Собиров, Д. А. Влияние возрастающих норм удобрения и мульчи на агрохимические свойства слабозасоленных сереземно-луговых почв и урожайность хлопчатника : дис. ... кандидата сельхозяйственных наук / Д. А. Собиров. – Душанбе, 2006. – 98 с.
12. Кабузенко, С. Н. Влияние засоления и экзогенных фитогормонов на рост и некоторые фиозиолого-биохимические функции растений на ранних этапах онтогенеза : автореф. ... доктора сельскохозяйственных наук: 03.00.12 / С. Н. Кабузенко. – Киев : ун-т им. Т. Шевченко, 1997. – 47 с.
13. Юлдашев, Х. К вопросу классификации засоленных почв / Х. Юлдашев // Материалы первого съезда почвоведов Таджикистана. – Душанбе, 2001. – С. 267–269.
