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

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

РГАУ - МСХА им. К.А.Тимирязева

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

Федулова А.Д.

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

удобрение почва урожайность овес

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.

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: pHkcl - 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.

Размещено на Allbest.ru