Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК 631.81.095.337

¹Институт почвоведения и агрохимии им. А.Н. Соколовского, г. Харьков, Украина

²Институт сельского хозяйства степной зоны, г. Днепропетровск, Украина

Содержание микроэлементов в черноземах степной зоны Украины и их изменения при длительном применении удобрений в севообороте

А.И. Фатеев¹, В.И. Чабан², О.Ю. Подобед²

Summary

микроэлемент чернозем степной удобрение

Change of the content of microelements in chernozem of a steppe zone of Ukraine at the prolonged use of fertilizers in crop rotations is studied. It is established that the gross and acid forms of microelements are characterized by stability of indexes, although trend is marked of increasing Mn in gross plowing and subarable soil layers and gross Zn - in subarable at the typical chernozem. The content of the acid soluble forms Zn, Cu, Co, Ni, Pb in a subarable layer of soil was decreased against the background of elevated and high doses of mineral fertilizers. The reliable increase of Mn mobility in the plowing layer of the typical chernozem was established. Mobility of Zn, Mn and Cu was decreased on the ordinary chernozem at plowing straw. MAC excess of total and mobile forms of microelements in chernozem of the region wasn't established.

Содержание питательных веществ в почве является одним из критериев оценки агроэкологических условий при выращивании сельскохозяйственных культур [1]. Наряду с макроэлементами, большое значение в питании растений принадлежит микроэлементам (МЭ). Обеспеченность почв МЭ обусловлена факторами почвообразования, гранулометрическим составом почвообразующих пород и самой почвы, содержанием органического вещества, а в промышленных регионах - и воздействием техногенной нагрузки [2].

Современное земледелие характеризуется интенсивным использованием почвенного покрова и сопровождается изменениями водного, воздушного, питательного режимов, мобилизацией почвенных ресурсов, что приводит к нарушению природного кругооборота биофильных веществ. Установлено, что с традиционными удобрениями в почву поступает незначительное количество МЕ. В этой связи, их влияние на микроэлементный состав почвы осуществляется не столько за счет привнесения МЭ с туками, сколько от изменения агрохимических свойств почвы: реакции почвенного раствора, содержания гумуса, соотношения элементов в ППК [3-9]. Поэтому изучение трансформации элементного состава почв является важным условием оценки состояния, прогноза изменений и поиска путей их улучшения.

Почвоведение и агрохимия № 1(54) 2015

Цель исследования - установить изменения микроэлементного фонда черноземов степной зоны Украины при длительном применении удобрений в севообороте.

Методика и объекты исследования

Объект исследований - черноземы северной Степи Украины. Исследования проводили в стационарных опытах лаборатории почвенного плодородия (Красноградская опытная станция, Харьковская обл.), а также лаборатории севооборотов и природоохранных систем обработки почвы (Эрастовска опытная станция, Днепропетровская обл.) Института сельского хозяйства степной зоны НААН Украины. Почвенный покров, соответственно объектов исследований - чернозем типичный тяжелосуглинистый на лессе с содержанием гумуса 4,8- 5,0%, валовых азота - 0,28-0,30%, фосфора - 0,13-0,14%, калия - 2,1-2,2%; чернозем обыкновенный малогумусный тяжелосуглинистый на лессе с содержанием гумуса 4,0-4,2%, валовых азота - 0,21-0,23%, фосфора - 0,11- 0,12%, калия - 2,0-2,2%. Реакция почвенного раствора близкая к нейтральной (рН 6,5-6,9).

На Красноградской опытной станции опыт заложен в 1984 г. и представляет собой пятипольный зерновой севооборот: горох, озимая пшеница, кукуруза на зерно, кукуруза на зерно, ячмень. Из 18 вариантов различного насыщения севооборота удобрениями для обсуждения выбраны: без удобрений (контроль); навоз 12 т/га; N₄₈P₄₈K₄₈; навоз 6 т/га + N₂₄P₂₄K₂₄; навоз 6 т/га + N₄₈P₄₈K₄₈; навоз 6 т/га + N₇₂P₇₂K₇₂; навоз 6 т/га + N₉₆P₉₆K₉₆. На Эрастовской опытной станции опыт заложен в 1991 г. Севооборот восьмипольный зерно-паро-пропашной: черный пар, озимая пшеница, кукуруза на зерно, ячмень, кукуруза на зерно, горох, озимая пшеница, подсолнечник. В опыте изучались следующие системы удобрений: без удобрений (контроль); органическая (навоз, 12,5 т/га); биологическая (заделка побочной продукции зерновых колосовых культур); органо-минеральная (навоз 7 т/га + N₃₄P₃₈K₂₆); минеральная (N₆₈P₄₈K₄₈); минеральная (N₆₈P₄₈K₄₈) на фоне заделки побочной продукции.

Удобрения применяли согласно схем опытов и использовали: органические - полуперепревший подстилочный навоз КРС, солому зерновых колосовых культур, минеральные - N_аа, P_сг, K_кс. Навоз вносили механизировано (РОУ-6), минеральные - вручную с последующей заделкой под основную обработку почвы. Размещение вариантов опытов систематическое. Площадь делянки в стационаре на Красноградской опытной станции: посевной - 315, учетной - 100 м² при 3-кратной повторности; на Эрастовской - соответственно 105 и 56 м² при 4-кратной повторности. Агротехника выращивания сельскохозяйственных культур в опытах - рекомендованная для зоны.

Почвенные образцы отбирали в заключительных полях севооборотов по окончанию III ротации на Красноградской и I ротации на Эрастовской опытных станциях из пахотного и подпахотных слоев. В почве определяли содержание валовых форм (последовательное кипячение с азотной кислотой, обработкой концентрированным пероксидом водорода по методике ЦИНАО), прочносвязанных форм (вытяжка 1 н НCl по МВВ 31-497058-015) и подвижных форм (вытяжка ацетатно-аммонийным буферным раствором с рН 4,8 по ДСТУ4770.1-9) Zn, Mn, Cu, Co, Ni, Pb, Cd. Содержание микроэлементов определяли атомноабсорбционным методом в пламени ацетилен-воздух на спектрофотометре С-115М1.

Результаты исследований и их обсуждение

Систематическое внесение органических и минеральных удобрений, при различном уровне насыщения севооборота, практически не оказывало влияния на валовое содержание Mn, Zn, Cu, Nі, Co, Pb, Cd в почве. Это в одинаковой мере относится, как к пахотному, так и подпахотному слоям. Их значения на контроле и удобренных вариантах были близкими и находились в пределах ошибки опыта. Так, после завершения I ротации севооборота, в черноземе обыкновенном колебания в содержании МЭ по вариантам опыта составляли: марганца - 374-386; цинка - 39,3-42,5; меди - 14,3-15,2; кобальта - 8,00-8,60; никеля - 19,7-21,0; свинца - 11,0-12,5 мг/кг почвы (табл. 1).

Таблица 1 Содержание валовых форм микроэлементов в черноземе обыкновенном в зависимости от системы удобрений, мг/кг

Примечание. Над чертой - содержание МЭ в пахотном слое, под чертой - в подпахотном.

В то же время, на черноземе типичном, при более длительном периоде применения удобрений, отмечается большее варьирование содержания отдельных МЭ (табл. 2). В конце III ротации зернового севооборота на удобренных вариантах проявлялась устойчивая тенденция к увеличению количества валовых форм Mn, в сравнении с контролем: в пахотном слое на 5-11%, в подпахотном - на 4-13%. Более заметные изменения (9-11%) его содержания зафиксированы в вариантах с раздельным использованием минеральных удобрений (N₄₈P₄₈K₄₈) и органических (навоз, 12 т/га). Также, отмечена тенденция увеличения на 7-20% содержания валовых форм Zn в подпахотном слое во всех удобренных варианта. Данный факт, объясняется более активным поступлением данных элементов в почву с пожнивно-корневыми остатками.

Почвоведение и агрохимия № 1(54) 2015

Таблица 2 Содержание валовых форм микроэлементов в черноземе типичном в зависимости от насыщения севооборота удобрениями, мг/кг

Примечание. Над чертой - содержание МЭ в пахотном слое, под чертой - в подпахотном.

Следует отметить, что даже при длительном насыщении севооборота повышенными и максимальными нормами туков (N_72-96P_72-96K_72-96) на фоне навоза (6 т/га), превышения ПДК валовых количеств Mn, Zn, Cu, Nі, Pb в пахотном и подпахотном слоях чернозема типичного не зафиксировано.

Отсутствие существенных различий содержания валовых форм МЭ в черноземах региона под воздействием удобрений подтверждает количественную стабильность данных показателей и отражает границы их природного варьирования.

Обеспеченность почв микроэлементами оценивается и по содержанию их прочносвязанных форм (вытяжка 1 н НCl). Их доля, от валового содержания элементов в черноземе типичном, довольно высокая и составляет: до 20% для Zn; до 50% для Cu, Nі, Co, Pb; до 70% для Mn. Оценка уровня их содержания в почве в вариантах опыта свидетельствует, что концентрации Mn, Zn, Cu, Co, Nі, Cd и Pb, несмотря на превышение регионального фона, соответствуют средним показателям для черноземов и находятся в пределах естественных колебаний, свойственных данному типу почв.

Длительное применение удобрений в севообороте оказывало некоторое влияние на количественные показатели соответствующих форм МЭ (табл. 3). Полученные данные свидетельствуют, что содержание большинства кислоторастворимых форм МЭ в черноземе типичном в вариантах опыта находилось в близких пределах и составляло: Mn - 186-232; Zn - 5,10-6,57; Cu - 4,83-5,78; Co - 3,19-3,70; Ni - 8,43-9,20; Pb - 6,49-7,71; Cd - 0,159- 0,175 мг/кг почвы. Вместе с тем, достаточно четко проявлялись тенденции изменения содержания потенциально доступных Mn и Zn в пахотном и подпахотном слоях.

Таблица 3 Содержание кислоторастворимых (вытяжка 1 н НCl) форм микроэлементов в черноземе типичном в зависимости от насыщения севооборота удобрениями, мг/кг

Примечание. Над чертой - содержание МЭ в пахотном слое, под чертой - в подпахотном.

Так, наблюдается незначительное (на 7-8%), по сравнению с контролем, накопление кислоторастворимого Mn в пахотном слое в вариантах с максимальным насыщением севооборота минеральными удобрениями (N₉₆P₉₆K₉₆) на фоне 6 т/га навоза и с внесением органических удобрений (12 т/га). В то же время, при использовании умеренных доз минеральных удобрений (N₄₈P₄₈K₄₈) для подпахотного слоя проявлялась обратная зависимость - снижение его содержания до 186 мг/кг при 206 мг/кг на контроле, т.е. на 10%.

Обращает на себя внимание и тенденция к снижению на 5-10% количества кислоторастворимых форм Zn в обоих слоях почвы на вариантах с насыщением минеральными удобрениями в пределах 72-96 кг/га д.в. азота, фосфора и калия на фоне навоза. Аналогичная закономерность для подпахотного слоя почвы проявляется и при внесении N₄₈P₄₈K₄₈.

При повышенном и высоком насыщении севооборота минеральными удобрениями (N_72-96P_72-96K_72-96), также прослеживается тенденция к снижению кислоторастворимых форм меди и кобальта в нижнем горизонте почвы на 5-10% относительно не удобренного варианта. Факт уменьшения содержания Mn, Zn, Cu и Co в подпахотном слое почвы связан с процессом перехода элементов в подвижные формы, что повышает его доступность растениям и, следовательно, вынос урожаями.

Содержание подвижных форм МЭ в почве подвержено более существенным колебаниям в зависимости от использования удобрений, микробиологической активности, величины поглощения элементов растениями в процессе вегетации и т.д.

Полученные нами результаты показали, что несмотря на довольно высокие значения валовых и кислоторастворимых форм элементов, количество их подвижсоединений незначительное, а их доля от валового содержания составляет:

Таблица 3 Содержание кислоторастворимых (вытяжка 1 н НCl) форм микроэлементов в черноземе типичном в зависимости от насыщения севооборота удобрениями, мг/кг

Примечание. Над чертой - содержание МЭ в пахотном слое, под чертой - в подпахотном.

Так, наблюдается незначительное (на 7-8%), по сравнению с контролем, накопление кислоторастворимого Mn в пахотном слое в вариантах с максимальным насыщением севооборота минеральными удобрениями (N₉₆P₉₆K₉₆) на фоне 6 т/га навоза и с внесением органических удобрений (12 т/га). В то же время, при использовании умеренных доз минеральных удобрений (N₄₈P₄₈K₄₈) для подпахотного слоя проявлялась обратная зависимость - снижение его содержания до 186 мг/кг при 206 мг/кг на контроле, т.е. на 10%.

Обращает на себя внимание и тенденция к снижению на 5-10% количества кислоторастворимых форм Zn в обоих слоях почвы на вариантах с насыщением минеральными удобрениями в пределах 72-96 кг/га д.в. азота, фосфора и калия на фоне навоза. Аналогичная закономерность для подпахотного слоя почвы проявляется и при внесении N₄₈P₄₈K₄₈.

При повышенном и высоком насыщении севооборота минеральными удобрениями (N_72-96P_72-96K_72-96), также прослеживается тенденция к снижению кислоторастворимых форм меди и кобальта в нижнем горизонте почвы на 5-10% относительно не удобренного варианта. Факт уменьшения содержания Mn, Zn, Cu и Co в подпахотном слое почвы связан с процессом перехода элементов в подвижные формы, что повышает его доступность растениям и, следовательно, вынос урожаями.

Содержание подвижных форм МЭ в почве подвержено более существенным колебаниям в зависимости от использования удобрений, микробиологической активности, величины поглощения элементов растениями в процессе вегетации и т.д.

Полученные нами результаты показали, что несмотря на довольно высокие значения валовых и кислоторастворимых форм элементов, количество их подвижсоединений незначительное, а их доля от валового содержания составляет:

Почвоведение и агрохимия № 1(54) 2015

Cu, Zn - 1,1-1,5%; Nі - 3,0-4,0%, Mn, Co, Pb, Cd - 6,5-9,5%. Согласно градаций Важенина (экстрагент ААБ рН 4,8) чернозем типичный характеризовался высокой обеспеченностью Mn и Со, средней - Cu, низкой - Zn для культур невысокого выноса МЕ. Недостаток меди и цинка может сказываться на развитии растений и формирование полноценного урожая.

Систематическое применение удобрений в севообороте вызывали определенные изменения физико-химических свойств чернозема типичного и прежде всего реакции почвенного раствора, что отразилось на содержании, прежде всего подвижного Mn (табл. 4). Так, во всех вариантах, где согласно схемы опыта предусматривалось внесение минеральных удобрений, установлено достоверное его увеличение в пахотном слое почвы. По мере нарастания насыщения севооборотной площади туками с 24 до 96 кг/га содержание Mn поступательно увеличивалось: 27,1 - 28,3 - 30,6 - 32,7 мг/кг почвы, при 20,6 мг/кг на контроле. Увеличение концентрации Mn в первую очередь связано с подкислением почвенного раствора в удобренных вариантах, что подтверждается наличием тесной корреляционной связи между подвижностью элемента и рН почвенного раствора (r = -0,86). При снижении показателя рН на 0,35-0,46 единицы, количество подвижного Mn увеличивалось в 1,5-1,6 раза.

Таблица 4 Влияние длительного применения удобрений в севообороте на содержание подвижных форм микроэлементов (ААБ рН 4,8) в черноземе типичном, мг/кг

Примечание. Над чертой - содержание МЭ в пахотном слое, под чертой - в подпахотном.

В то же время длительное применение органических и минеральных удобрений не приводило к существенному изменению содержания подвижных форм Zn, Cu, Co, Nі, Pb - различия между вариантами опыта были незначительными.

И только в вариантах с усиленным минеральным питанием (N_72-96P_72-96K_72-96) на фоне органики, проявлялась тенденция увеличения подвижности Cd в пахотном и подпахотном слоях почвы на 10-14% в сравнении с контролем. Отсутствие четкой зависимости между уровнем использования удобрений и содержанием подвижформ меди, кобальта, никеля связано с химическими свойствами данных элементов, сравнительно небольшим количеством их в удобрениях в качестве примесей, а также с высокой буферной способностью черноземов.

С экологической и природоохранной точки зрения концентрации элементов первой группы опасности (цинк, свинец, кадмий) в черноземе типичном отвечают санитарно-гигиеническим нормам и значительно ниже ПДК.

Содержание подвижных форм Zn, Mn, Cu в черноземе обыкновенном Эрастовской опытной станции почти в два раза выше по сравнению с черноземом типичным, и наоборот, подвижных форм Nі и Cd - в два раза ниже. При этом на одном уровне находится содержание Со и Pb (табл. 5). Результаты исследований свидетельствуют, что в буферный раствор ААБ рН 4,8 переходит 2-3% Zn, Cu; 8-10% - Co, Nі, Pb, Cd; 15-17% Mn от их валового содержания.

Установлено, что на удобренных вариантах наблюдалось снижение подвижности таких биогенных элементов, как Zn, Mn и Cu. В зависимости от системы применения удобрения степень ее проявления разная. Так, содержания марганца в пахотном и подпахотном слоях почвы наиболее существенно (на 20-29%) снижалось относительно контроля в вариантах, где система питания базировалась на минеральных удобрениях либо присутствовали туки (вар. 4, 5, 6). Снижение подвижности Mn на удобренных вариантах можно объяснить более высокой продуктивностью культур севооборота в этих вариантах и, естественно, и большей потребностью растений в элементе, а также стабильностью рН почвенного раствора.

Таблица 5 Влияние длительного применения удобрений в севообороте на содержание подвижных форм микроэлементов (ААБ рН 4,8) в черноземе обыкновенном, мг/кг

Примечание. Над чертой - содержание МЭ в пахотном слое, под чертой - в подпахотном

Для цинка и меди проявлялось заметное уменьшение (на 30-40%) их концентраций в вариантах предусматривающих заделку нетоварной части урожая зерновых культур сплошного посева (вар. 3, 6). Установленная закономерность связана с тем, что поступление значительного количества растительных остатков в почву в большей степени способствует увеличению ее микробиологической активности. В связи с чем, количественное снижение элементов происходит за счет активного их поглощения микрофлорой чернозема.

Почвоведение и агрохимия № 1(54) 2015

Концентрации токсичных элементов (Pb, Cd) в почве, хотя и возрастали на удобренных вариантах в 1,5-3 раза, но их значения находятся значительно ниже ПДК, что позволяет констатировать отсутствии угрозы избыточного их накопления в черноземе обыкновенном.

Выводы

На основании полученных результатов исследований можно сделать следующие выводы:

1. Содержания валовых и кислоторастворимых форм МЭ в черноземах региона характеризуется стабильностью показателей и в большей степени отражают границы их природного варьирования.

2. При более длительном применении удобрений на черноземе типичном проявлялась тенденция к увеличению на 5-13% валовых форм Mn в пахотном и подпахотном слоях почвы и на 7-20% - валового Zn, в подпахотном. Для содержания кислоторастворимых форм Zn, Cu, Co, Nі, Pb была характерна противоположная тенденция - снижение на 5-10% в подпахотном слое почвы при насыщении зернового севооборота, повышенными и высокими нормами минеральных удобрений на фоне навоза (6,0 т/га + N72-96Р72+96К72-96).

3. Установлено достоверное увеличение (в 1,5-1,6 раза) подвижности Mn в пахотном слое чернозема типичного при систематическом применении минеральных удобрений. В то же время, на черноземе обыкновенном, на удобренных вариантах подвижность биогенных элементов (Zn, Mn и Cu) снижалась. В большей степени это проявлялось в вариантах с запашкой соломы.

4. Не установлено превышения ПДК валовых и подвижных форм микроэлементов в черноземах региона при длительном насыщении севооборотов органическими и минеральными удобрениями. Вместе с тем, при использовании повышенных и высоких доз минеральных удобрений, сохраняется необходимость проведения мониторинга за содержанием МЭ даже на почвах, не подверженных интенсивной техногенной нагрузке.

Список литературы

1. Агроэкологическая оценка земель Украины и размещение сельскохозяйственных культур / Под ред. В.В. Медведева. - К.: Аграрная наука, 1997. - 164 с.

2. Фоновое содержание микроэлементов в почвах Украины / Под ред.

А.И. Фатеева, Я.В. Пащенко. - Харьков, 2003. - 120 с.

3. Ильин, В.Б. К оценке массопотока тяжелых металлов в системе почва-сельскохозяйственная культура / В.Б. Ильин // Агрохимия. - 2006. - № 3. - С. 52-59.

4. Кабата-Пендиас, А. Проблемы современной биогеохимии / А. Кабата-Пендиас, пер. з польс. А. В. Пуховського // Рос. хим. ж. - 2005. - Т. XLIX, № 3. - С. 15-19.

5. Карпова, Е.А. Роль удобрений в циклах микроэлементов в агроэкосистемах / Е.А.Карпова // Рос. хим. ж. - 2005. - Т. ХLІХ, № 3. - С. 20-25.

6. Агроэкологические аспекты применения разных форм фосфорных удобрений, содержащих примеси тяжелых металлов и токсичных элементов / Ю.И. Касицкий [и др.] // Агрохимия. - 2002. - № 11. - С. 56-64.

7. Минеев, В.Г. Экологические функции агрохимии в современном земледелии / В.Г. Минеев // Агрохимия. - 2000. - № 5. - С. 5-13.

8. Мірошниченко, М.М. Агрогеохімія мікроелементів у ґрунтах України / М.М. Мірошниченко, А.І. Фатєєв // Агрохімія і ґрунтознавство. Спец. Вип. до VIІІ з'їзду УТГА. - Харків, 2010. - Кн. 1. - С. 98-107.

9. Никифорова, Е.М. Эколого-геохимическая оценка последствий химизации почв западного Подмосковья / Е.М. Никифорова, Л.И. Горбунова // Почвоведение. - 2001. - № 1. - С.105-117.

Размещено на Allbest.ru