Изменение элементов плодородия агрочернозема выщелоченного при длительном использовании минеральных удобрений в условиях лесостепной зоны Зауралья

Минеральные удобрения приводят к серьезному изменению питательного режима пахотных земель, что благоприятно отражается на урожайности сельскохозяйственных культур и продуктивности пашни [1, 2, 3]. Однако, до настоящего времени нет единого мнения о влиянии минеральных удобрений на свойства почвы, особенно при их использовании на протяжении десятилетий.

В современных условиях агропромышленные предприятия используют минеральную систему питания, так как она существенно эффективнее в плане увеличения урожайности, при снижении экономических затрат [4]. Практически полный отказ от органических удобрений и севооборотов привел к резкому ухудшению плодородия почв, поэтому использование минеральных удобрений должно быть основано на научно-обоснованном подходе.

Условия проведения иметодика исследований.

Исследования проводились на опытном поле Государственного аграрного университета Северного Зауралья. Изучалось влияние возрастающих доз минеральных удобрений на агрохимические и агрофизические свойства старопахотного чернозема выщелоченного.

Опыты проводились с 1995 по 2015 год. Удобрения согласно схеме опыта вносятся весной под предпосевную культивацию, в форме диаммофоски и аммиачной селитры. Посевная площадь делянки 100, а учетная — 50 м². Повторность четырехкратная. Агротехника выращивания зерновых была общепринятой для Западной Сибири.

Почва опытного участка — тяжелосуглинистый выщелоченный чернозём. Средняя мощность гумусового горизонта составляет 30–35 см, содержание гумуса в слое 0–20 см составляет 6,00 %, в слое 20–40 см — 3.77 %. Содержание нитратного азота перед закладкой опыта в слое 0–20 см — 5.0 мг/кг, в слое 0–40 см — 4.5 мг/кг почвы. Подвижного фосфора и обменного калия в слое 0–20 см — 9.7 и 22.3 мг/100 г почвы соответственно, а в слое 0–40 см — 7.3 и 14.8 мг/100 г почвы.

В почве определяли азот нитратов (дисульфофеноловым методом), подвижный фосфор и обменный калий по Чирикову. Математическая обработка урожайных данных проведена с помощью программного продукта «Odn1», разработанного на кафедре ЭММ и ВТ нашего университета.

Изучение агрохимических свойств выщелоченного чернозема показало, что систематическое применение удобрений оказывает существенное влияние практически на все показатели плодородия почвы. Прежде всего, следует отметить устойчивое повышение содержание в корнеобитаемом слое почвы азота нитратов (табл.1).

Таблица 1

Снижение содержания нитратного азота на 44 % за вегетацию было отмечено на варианте без удобрений. На остальных вариантах количество азота увеличилось. Содержание нитратного азота перед уборкой, при планировании урожайности яровой пшеницы 4.0 т/га повышалось на 25 % относительно содержания его перед внесением удобрений. При внесении минеральных удобрений под планируемую урожайность 6.0 т/га нитратного азота удвоилось, а по сравнению с контролем содержание его увеличилось почти в 4 раза. Наибольшее количество нитратного азота, отмечалось и зависело от гидротермических условий года. После посева яровой пшеницы, то есть в период максимальной биологической активности и относительно небольшого потребления его растениями. К фазе цветения содержание азота в почве очень сильно снижалось по всем вариантам. Это связано с более интенсивным потреблением нитратного азота растениями пшеницы и снижением биологической активности в пахотном слое из-за ухудшения влагообеспеченности и высокой температуры, что отрицательно повлияло на биологическую активность.

При систематическом внесении полного удобрения под яровую пшеницу происходит обогащение почвы легкоподвижными соединениями фосфора, причем в большей степени, чем выше доза фосфорных удобрений. Так, в среднем за вегетацию при дозе удобрений на планируемую урожайность 4.0 т/га, содержание подвижного фосфора в почве увеличилось на 1 мг. При планировании урожайности в 6.0 т/га содержание фосфора увеличивается на 5.0–5.5 мг/100 г почвы. На контроле, содержание этого элемента ежегодно к концу вегетации снижалось более чем в два раза. Однако, за осенне-зимний период он частично восполняется, за счет перехода недоступного для растений трифосфата, в ди- и моно-фосфат.

В целом, изменения динамики содержания подвижного фосфора в течение вегетационного периода были значительно слабее, чем в содержании нитратного азота. На протяжении всех опытов с минеральными удобрениями нами не была обнаружена миграция подвижного фосфора. Даже в дождливое лето вымывания фосфора из корнеобитаемого слоя не отмечалось.

Минеральные удобрения также повлияли на накопление обменного калия в почве. С повышением нормы удобрений количество калия в почве ежегодно увеличивалось в среднем на 25–30 %. В сезонной динамике содержание обменного калия снижается лишь в период цветения-налива зерна. Ежегодное внесение калийных удобрений увеличивает содержание обменного калия в почве.

Почвенное плодородие определяется не только питательным режимом для растений, но и водным, воздушным и тепловым режимами. Последние в свою очередь в сильной степени зависят от плотности почвы. В Западной Сибири над определением оптимальной плотности для сельскохозяйственных растений в различных почвах работали многие ученые. По данным В. Ф. Трушина, Э. Ф. Крылова оптимальная плотность чернозёма для большинства возделываемых культур составляет 1,20–1,26 г/см3. Для лучшего восприятия изменения плотности почвы лучше воспользоваться коэффициентом интенсивности уплотнения, показывающим во сколько раз уплотнилась почва с момента посева до кущения зерновых культур.

Таблица 2

Плотность сложения пахотного слоя выщелоченного чернозема, г/см³, среднее за 1995–2015гг.

В исследованиях на вариантах с использованием минеральных удобрений и без применения, отмечается практически одинаковая скорость уплотнения пахотного слоя в период от посева до фазы кущения — выхода в трубку яровой пшеницы. За исключением вариантов с планируемой урожайностью 4.0 и 6.0 т/га, где минимальная скорость усадки была на варианте с планируемой урожайностью 4.0 т/га, что на 4 % меньше контроля, а максимальная — на варианте с планируемой урожайностью 6.0 т/га, где этот коэффициент был 1.13, что на 2 % больше контроля.

Перед уборкой, наибольшая плотность достигла на вариантах, где планировалась урожайность 5.0 и 6.0 т/га и составила 1.22, 1.27 соответственно, против 1.11 г/см³, однако, плотность почвы находилась в пределах оптимальной для развития зерновых культур.

Анализ структурного состояния в нашем опыте проводился в первый год ротации под пшеницей на глубину 0–30 см. В 2015 году было проведено повторное обследование структуры почвы (табл. 3).

Структурно-агрегатное состояние старопахотного чернозема выщелоченного

За три года внесения минеральных удобрений структура почвы ухудшилась по всем вариантам. Полное отсутствие минеральных и органических удобрений, за исключением соломы, привело к увеличению фракции с диаметром частиц менее 0.25 мм на 2.2 %. Необходимо отметить, уменьшение фракции на 4.9 % с диаметром частиц от 5 до 3 мм. Анализируя таблицу 3, можно отметить тенденцию снижения количества агрономически ценной структуры с увеличением уровня химизации посевов зерновых культур.

Заключение.

Таким образом, в наших исследованиях установлено, что увеличение норм минеральных удобрений увеличивает содержание питательных веществ в слое 0–40 см. При планировании урожайности свыше 4.0 т/га, резко увеличиваются потери нитратного азота. Миграции подвижного фосфора и обменного калия за пределы корнеобитаемого слоя не обнаружено.

Минеральные удобрения не оказали существенного влияния на плотность почвы. На всех вариантах, она оставалась в пределах оптимальной — 1.0–1.2 г/см³.

Структурное состояние за три года внесения минеральных удобрений на планируемую урожайность свыше 4,0 т/га несколько ухудшилось. Отсутствие органических и минеральных удобрений также отрицательно повлияло на структуру почвы.

Литература:

1. Абрамов Н. В. Азот текущей нитрификации и хозяйственный вынос как факторы программирования урожайности яровой пшеницы в условиях Северного Зауралья // Н. В. Абрамов, Д. И. Еремин / Сибирский вестник сельскохозяйственной науки. 2009. № 2. С. 25–29.
2. Ерёмин Д. И. Оптимизация азотного питания яровой пшеницы для получения продовольственного зерна / Д. И Ерёмин, Г. Т. Притчина // Зерновое хозяйство. 2005. № 7. С. 11.
3. Шахова О. А. Особенности минерального питания яровой пшеницы в условиях внедрения ресурсосбереающих технологий в лесостепной зоне Северного Зауралья / О. А. Шахова, Д. И. Еремин // Вестник Красноярского ГАУ. – 2007. – № 1. – С. 149–152.
4. Абрамов Н. В., Ерёмина Д. В., Ерёмин Д. И. Агроэкономическое обоснование применения минеральных удобрений под яровую пшеницу в Северном Зауралье // Сибирский вестник сельскохозяйственной науки. – 2010. – № 5. – С. 11–17.