Агроэкологические аспекты длительного применения органических и минеральных удобрений на дерново-подзолистой почве

Размещено на http://www.allbest.ru/

Агроэкологические аспекты длительного применения органических и минеральных удобрений на дерново-подзолистой почве

**ВНИИ агрохимии имени Д.Н. Прянишникова

Аннотация

В работе представлены результаты исследований на многолетнем полевом опыте в Смоленской области. Приведены результаты по учету урожайности зерна овса сорта Скакун, возделываемого в зернотравяном севообороте, содержание биофильных элементов в зерне и соломе овса, биологическая активность дерново-подзолистой легкосуглинистой почвы в зависимости от применения минеральных и органических удобрений в различных вариациях в последействии.

Ключевые слова: АГРОХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА, ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТАЯ ЛЕГКОСУГЛИНИСТАЯ ПОЧВА, СИСТЕМА УДОБРЕНИЙ, ОВЁС, ПОСЛЕДЕЙСТВИЕ, КАЧЕСТВО ПРОДУКЦИИ, БИОЛОГИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ ПОЧВЫ, УРОЖАЙНОСТЬ, ТЯЖЕЛЫЕ МЕТАЛЛЫ

Введение

Важнейшим приемом повышения продуктивности сельскохозяйственных культур является эффективное применение органических, минеральных удобрений, а также их сочетаний. Особый интерес представляют исследования длительного действия удобрений в системе почва-растение, их влияния на биологические свойства почвы и продуктивность возделываемых сельскохозяйственных культур [1-3]. Основная цель данного полевого опыта: экологическое обоснование решения в выборе наиболее эффективной системы удобрения при возделывании овса как зерновой культуры в условиях дерново-подзолистой почвы в западной части Нечерноземной зоны России [4].

Методика

Полевой стационарный опыт был заложен в 1978 г. в Смоленском районе Смоленской области (п. Ольша). В течение 30 лет в опыте в системе севооборота на протяжении четырех ротаций изучали действие органических, азотных, фосфорных, калийных минеральных удобрений в различных дозах на двух полях. Единичная доза удобрений под овёс составляет по 30 кг/га N, P и K. Единичная доза органических удобрений (Н₁) - 3 т/га. сорт овес удобрение урожайность

Начиная с 2009 г., систематическое внесение удобрений было прекращено, но при этом исследования в опыте вели при использовании весенней азотной подкормки в низкой дозе N₄₅.

Площадь опытной делянки - 112 м². Схема опыта - факториальная, предусматривает изучение четырех факторов: азотного, фосфорного, калийного минеральных удобрений и навоза. Каждый из четырех факторов опыта представлен в 6 градациях (0, 1, 2, 3, 4, 5 единичных доз). Повторность опыта - трехкратная. Агротехника в опыте - общепринятая для региона [4, 5].

Почва опытного участка - дерново-подзолистая, легкосуглинистая, окультуренная. Перед закладкой опыта в слое 0-20 см имела следующие агрохимические показатели: pH_kcl - 5,5-6,4, содержание органического углерода - 1,3-1,45 %, подвижного фосфора (P₂O₅) (по Кирсанову) - 110-209 мг/кг, калия (K₂O) - 115-146 мг/кг почвы.

В течение вегетации овса проводили фенологические наблюдения и биометрические учеты. Учет урожая осуществляли в соответствии с методикой полевых исследований. Для определения биологической активности почвы использовали аппликационный метод [6].

Органические удобрения применяли в виде навоза крупного рогатого скота с небольшим количеством подстилки и компоста из навоза и торфа, которые в среднем имели влажность 70% и содержали 0,46% общего азота, 0,21% фосфора (P₂O₅), 0,66% калия (K₂O), 59% органического вещества. Отношение C:N равно 19, валовое содержание тяжёлых металлов в навозе невысокое: Cd - 0,1, Cr - 1, Ni - 1, Cu - 0,6, Zn - 7 мг/кг сухой массы.

Климат Смоленской области умеренно-континентальный со сравнительно теплым и влажным летом и умеренно холодной зимой. В районе расположения опытного участка среднемноголетняя сумма осадков за апрель-сентябрь составляет 441 мм, среднегодовая температура воздуха 12,9С, гидротермический коэффициент 1,8-1,9.

Севооборот зернотравяной: однолетние травы - озимая рожь - ячмень яровой - многолетние травы 1 г.п. - многолетние травы 2 г.п. - яровая пшеница - овёс. Насыщенность севооборота зерновыми культурами - 57%, многолетними травами - 29%.

В данной работе рассматриваются результаты исследований по обоснованию последействия удобрений в контрастных вариантах опыта при возделывании овса, который является завершающей пятую ротацию культурой, в 2015 г. и 2016 г., соответственно на первом и втором поле.

Результаты и обсуждение

Полученные в ходе многолетнего опыта данные во многом зависели от температурного режима и количества осадков, выпавших за вегетационный период. Суммы выпавших осадков за вегетационный период в 2015 и 2016 гг. значительно разнятся, показатель 2015 г. составляет 159 мм, в 2016 г. - 521 мм. Данные по месяцам представлены в таблице 1.

Таблица 1. Температура и количество осадков в Смоленской области в 2015-2016 гг. за вегетационный период

В зависимости от систем удобрения, в полевом опыте определяли биологическую активность почвы по интенсивности разложения льняного полотна (рис. 1).

На плодородие почвы существенно влияет биоразнообразие и интенсивность активности биохимической деятельности почвенных микробиотических сообществ. Именно такие сообщества в почве влияют на скорость разложения сложных органических соединений с высвобождением в доступной для растений форме солевых ионов азота, калия и фосфора, что в конечном итоге раскрывает потенциал эффективного плодородия [2, 7].

Одним из показателей биологической активности почвы является деятельность целлюлозоразрушающих микроорганизмов, которая характеризуется степенью и скоростью разложения льняного полотна (экспозиция определяется с учетом количества выпавших осадков в период применения аппликационного метода) [6].

В 2015 г. в полевом опыте на посевах овса по результатам учета массы льняных полотен степень биологической активности почвы была отмечена как «очень сильная» только в контрольном варианте, «сильная» - в последействии односторонне вносимых азотных, калийных, фосфорных удобрений в трехкратных дозах и навоза, а также органо-минеральной системы в двух- и трехкратных дозах, «средняя» - в варианте органо-минеральной системы в единичных дозах, «слабая» - в последействии органо-минеральной системы удобрения в высоких четырех- и пятикратной дозах.

Рис. 1. Степень разложения льняного полотна в зависимости

от систем удобрения в 2015 году, %

Проведенные исследования показали, что урожайность зерна овса сорта Скакун в контрольном варианте была самой низкой в опыте (табл. 2) и составила в среднем по двум полям 17,7 ц/га с изменениями по годам от 15,1 до 20,4 ц/га. Внесение полного минерального удобрения обеспечило практически такую же прибавку урожая, как и использование органо-минеральной системы в трехкратных дозах: 6,8 и 6,4 ц/га, соответственно. При использовании только органической системы удобрения урожайность зерна овса в среднем по двум полям за 2015-2016 гг. составила 21,3 ц/га, прибавка составила 3,6 ц/га. Существенной прибавки к урожаю не было получено и при применении азотных, фосфорных, калийных удобрений в трехкратных дозах. Минимальной она была при внесении азотных удобрений и составила 1,6 ц/га по отношению к контрольному варианту, но достоверно значимой - при внесении калийных удобрений, что составило 3,6 ц/га. В среднем по двум полям прибавка была минимальной при внесении одних азотных удобрений и составила 1,6 ц/га (9%) по отношению к контрольному варианту. Влияние калийных удобрений при одностороннем внесении на урожайность овса было различным, прибавка составила 7,2 и 0,1 ц/га, соответственно.

Таблица 2. Урожайность овса в зависимости от системы удобрения, ц/га

Анализ урожайности овса в среднем за годы исследований по системам удобрений показал, что в последействии при применении органо-минеральной системы урожайность овса оказалась достоверно выше, начиная с двухкратных доз, и прибавка к контролю составляла от 29,6 до 65,5 %. Наиболее эффективным прирост урожайности был в варианте четырехкратных доз удобрений - 55,3%, дальнейшее увеличение дозы до пятикратной является уже более затратным и экологически нецелесообразным. Минеральная система удобрения (3N3P3K) давала примерно такую же урожайность овса, что и органо-минеральная в трехкратных дозах. Органическая система по урожайности овса находилась на уровне минеральной, но в то же время уступала органо-минеральной в четырехкратных дозах.

Как известно, растения очень отзывчивы на содержание подвижных форм питательных элементов в почве [8, 9]. Применение различных систем удобрения прямо влияет на химический состав основной и побочной продукции овса сорта Скакун (табл. 3). Химический анализ зерна овса показал увеличение содержания азота (N) с ростом доз органо-минеральных удобрений, а также при внесении трехкратных доз азотных и минеральных удобрений. Содержание азота в зерне изменялось от 0,9% (3K) до 1,35% (5N5P5K+5H) на массу сухого вещества. Подобной тенденции не прослеживалось относительно содержания фосфора (P₂O₅), значения варьировали от 0,62 до 0,79 % в основной продукции овса, наиболее высокие показатели были достигнуты в вариантах с минеральной системой удобрения и при применении фосфорных удобрений, что составляет 0,79 и 0,78 %, соответственно. Содержание калия (К₂О) в зерне овса значительно увеличилось в вариантах в последействии четырех- и пятикратных доз органо-минеральных удобрений. Значения варьировали от 0,30% в контрольном варианте до 0,45% в четырехкратной дозе органо-минеральных удобрений.

Таблица 3. Содержание биофильных элементов в зерне и соломе овса сорта Скакун в 2015 г., %

Значения азота (N) в соломе овса варьировали от 0,46 до 0,82 %, максимальное количество азота в соломе было отмечено при применении самой высокой дозы органо-минеральных удобрений. Содержание фосфора (P₂O₅) в соломе овса, как и в зерне, варьирует в зависимости от вариантов использования системы удобрения (0,17-0,26 %). Существенно проявилась зависимость содержания калия (K₂O) в соломе овса от дополнительного внесения удобрения в почву. Минимальное значение калия отмечено в почве контрольного варианта и составляет 1,11%, максимальное - при применении органо-минеральных удобрений в пятикратной дозе - 2,28%.

Таблица 3. Валовое содержание тяжелых металлов в почве, мг/кг

Анализ представленных результатов по определению валового содержания тяжелых металлов (ТМ) в пахотном слое (0-20 см) по вариантам опыта, который был проведен в 2017 году, позволяет выделить следующие закономерности и различия: общее содержание металлов не превышает ПДК для дерново-подзолистых легкосуглинистых почв, и поэтому нами не проводился дополнительный анализ по содержанию ТМ в конечной продукции.

В то же время содержание ТМ в почве опытных вариантов указывает на некоторые особенности накопления металлов в пахотном слое в зависимости от типа удобрения и дозы. Интересно отметить, что в контрольном варианте содержание тяжелых металлов превышает аналогичные показатели по всем вариантам кроме конечного, где использовалась пятикратная доза комплексного внесения минеральных и органических удобрений. При анализе содержания кадмия в почве обращает на себя внимание тот факт, что на фоне применения тройной дозы калия отмечено превышение в данном варианте по кадмию, а на фоне применения тройной дозы азота выявлено снижение содержания по всем анализируемым металлам, что, вероятно, объясняется в варианте с тройной дозой азота полученным более высоким урожаем зерна по сравнению с контролем (табл. 2), отсутствием дополнительного внесения фосфора и калия и тем самым замещением некоторой доли питательных элементов рядом тяжелых металлов, которые поступают в растения овса.

Напротив, в варианте с тройной дозой фосфора по результатам таблицы 3 отмечаем, что наблюдается увеличение содержания тяжелых металлов в почве пахотного слоя, что, вероятнее всего, связано с особенностью фосфорного питания и антагонизмом между ионами ортофосфорной кислоты и свободными катионами тяжелых металлов на фоне избирательного поглощения корневой системой овса биофильных элементов, в частности, фосфора из почвенного раствора. Аналогичная тенденция прослеживается по содержанию ТМ в почве на фоне варианта с 3N3P3K.

В заключение анализа таблицы 3 следует отметить, что на фоне применения органо-минеральной системы удобрения отмечено возрастание содержания ТМ в почве пахотного слоя, но оно существенно не превышает данные контрольного варианта, и только при пятикратной дозе всех вносимых органических и минеральных удобрений достигнуто достоверное возрастание (+0,5 по свинцу; +2,7 по цинку; +22,5 по кадмию) при сравнении с контролем по валовому содержанию ТМ, что связано уже с особенностью поступления и накопления биофильных элементов в зерне и соломе опытных растений и достигнутым наибольшим урожаем. Следует отметить, что по меди и никелю не получено результатов, указывающих на увеличение этих металлов в последействии в данном варианте. Но в отношении заключительного варианта (5N5P5K+5H) необходимо подчеркнуть, что содержание кадмия в этом варианте в почве уже находится в такой концентрации, когда любое дополнительное внесение ТМ может привести к существенному возрастанию этого металла в корнеобитаемом слое, поэтому, если рассматривать пролонгированно такую систему применения удобрения, существует вероятность загрязнения кадмием конечной продукции, с одной стороны, а с другой - поступление при вертикальной или боковой миграции с подземным стоком ионов кадмия в грунтовые воды.

Таким образом, изучение рассматриваемых систем удобрения в последействии с агроэкологических позиций дает нам основание рекомендовать следующее: с целью получения высокого урожая экологически безопасной продукции обосновано использование на дерново-подзолистых почвах на западе Смоленской области органо-минеральной системы в тройной и четырехкратной дозах от установленного минимального эквивалента по внесению каждого биофильного элемента.

Выводы

Биологическая активность почвы по интенсивности разложения льняного полотна оказалась максимальной в контрольном варианте в 2015 г. и минимальной - при применении максимальных доз удобрений, что, вероятно, связано с особенностями последействия химических форм минеральных удобрений на активность микробного сообщества в пахотном слое дерново-подзолистой почвы.

Возделывание овса сорта Скакун без удобрений малоэффективно, т.к. урожайность зерна овса в среднем за годы исследований не превышала 17,7 ц/га, т.е. была наименьшей в опыте. Органическая система удобрения при использовании тройной дозы на 15% уступала минеральной по урожайности овса, но при этом способствовала достаточно интенсивному разложению льняного полотна, которое составляло более 60% в 2015 году, что, в свою очередь, подтверждает экологическую значимость органических удобрений в традиционном и альтернативном земледелии.

Содержание биофильных элементов в основной и побочной продукции овса напрямую зависит от содержания доступных форм элементов в почвенном растворе.

Содержание тяжелых металлов в почве не превышало допустимых норм, но в варианте с последействием (5N5P5K+5H) зафиксировано содержание кадмия, близкое к ПДК. Для получения экологически безопасной продукции с высокой продуктивностью рекомендовано применение органо-минеральной системы удобрений в тройной и четырехкратной дозах.

Список использованных источников

1. Минеев В.Г. Агрохимия и биосфера. - М.: Колос. - 1984. - 245 с.

2. Прянишников Д.Н. Избранные сочинения. Т. 1. Агрохимия. - М.: Колос. - 1965 - 767 с.

3. Сычёв В.Г. Основные ресурсы урожайности сельскохозяйственных культур и их взаимосвязь. - М.: ЦИНАО. - 2003. - 228 с.

4. Козлова А.В., Мерзлая Г.Е., Зябкина Г.А., Фомкина Т.П., Понкратенкова И.В. Урожайность и качество зерна овса при возделывании в севообороте и длительном применении органических и минеральных удобрений // Плодородие. - 2014, № 1 (76). - С. 10-12.

5. Лукин С.М., Мерзлая Г.Е. Сравнительная оценка различных систем удобрения при длительном их применении в севооборотах // Плодородие. - 2016, № 5 (92). - С. 42-47.

6. Микробиология: учебник для вузов / Под ред. В.Т. Емцева, Е.Н. Мишустина. 6-е изд., испр. - М.: Дрофа. - 2006. - 445 с.

7. Кислов А.В., Байтлюк Т.Ж., Савчук С.В. Экологические и технологические проблемы развития растениеводства в современных условиях // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. - 2009, т. 3, № 23-1. - С. 7-9.

8. Берестецкий О.А., Возняковская Ю.М., Доросинский Л.М. Биологические основы плодородия почвы. - М.: Колос. - 1984. - 287 с.

9. Церлинг В.В. Диагностика питания сельскохозяйственных культур. - М.: Агропромиздат. - 1990. - 235 с.

Цитирование:

Федулова А.Д., Мерзлая Г.Е., Постников Д.А. Агроэкологические аспекты длительного применения органических и минеральных удобрений на дерново-подзолистой почве // АгроЭкоИнфо. - 2018, №2. - http://agroecoinfo.narod.ru/journal/STATYI/2018/2/st_220.doc.

Размещено на Allbest.ru