Проблемы совершенствования диагностики фосфатного состояния почв

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

ПЛОДОРОДИЕ ПОЧВ И ПРИМЕНЕНИЕ УДОБРЕНИЙ

103

Проблемы совершенствования диагностики фосфатного состояния почв

А.А. Христенко

А.П. Нешта

Национальная безопасность страны тесно связана с сохранением плодородия почв, поэтому значение агрохимической службы, отвечающей современным требованиям, существенно возрастает.

Агрохимическая паспортизация земель сельскохозяйственного назначения позволяет осуществлять государственный контроль изменения показателей плодородия и загрязнения почв токсичными веществами, достоверно оценить плодородие земель сельскохозяйственного назначения, наблюдать за динамикой показателей плодородия и разрабатывать рекомендации по эффективному, экологически безопасному применению агрохимикатов [1].

Проведенный нами системный анализ имеющихся данных показал, что использование большинства стандартов СССР, устанавливающих методы определения содержания подвижных соединений фосфора и калия, а иногда и азота в почвах Украины, во многих случаях приводит к значительным ошибкам.

Так, например, количество Р₂О₅, экстрагируемого растворами кислот (методы Чирикова или Кирсанова) в пахотном слое экстенсивно используемых почв страны может колебаться от 0,1 (сильнокислые буроземы) до 30 и более мг Р₂О₅/100 г почвы (черноземы типичные, лугово-черноземные почвы на лессовых породах). При этом параллельное определение фосфора одним из щелочных методов (ISO 11263, Мачигина) или солевым методом (Карпинского-Замятиной) показывает, что реальный фосфатный уровень данных почв соответствует границе между низкой и средней обеспеченностью, то есть 4-6 мг Р₂О₅/100 г в пересчете на кислотные методы.

То, что последний диагноз достаточно точен, подтверждают эмпирические данные многочисленных полевых опытов: на всех типах пахотных почв, с природным уровнем содержания NPK, эффективность минеральных удобрений, в том числе фосфорных, достаточно высокая.

Высокие требования нормативных документов к точности проведения химического анализа часто обесцениваются несовершенством группировок обеспеченности почв подвижными формами питательных веществ. Важность данного направления, на наш взгляд, сильно недооценена: имея ошибочные группировки, невозможно получить положительный результат.

Дело в том, что использование, так называемых, «жестких» кислотных, а иногда и щелочных методов, позволяет получить объективную оценку плодородия только тех почв, состав и свойства которых близки к составу и свойствам почв, на которых проводились исследования по разработке группировок их обеспеченности фосфором или калием.

Можно с большой степенью вероятности утверждать, что для метода Кирсанова данные группировки разрабатывались на почвах оподзоленного ряда России, имеющих значения рН_КСl в пределах 4,5-6,8, а также содержание фракции Са-Р 8-10 мг Р₂О₅/100 г почвы (метод Чанга-Джексона) и содержание физической глины в пределах 44-48 %. Во всяком случае, именно на почвах с такими свойствами использование метода Кирсанова позволяет почти идеально идентифицировать их фосфатное состояние.

Поскольку почвы Украинского Полесья, как правило, характеризуются легким гранулометрическим составом (менее 20 % физической глины), использование в Украине данных группировок обеспеченности почв фосфором и калием по методу Кирсанова ведет к искусственному занижению оценки обеспеченности почв этой зоны элементами питания растений.

Еще более проблематичной задачей является точная диагностика фосфатного состояния черноземных почв зон Лесостепи и Степи. Проблема в том, что черноземы на лессах тяжелого гранулометрического состава содержат повышенное количество апатитоподобных соединений. Большая часть фосфора, содержащегося в этих минералах, растениям недоступна. Тем не менее, этот фосфор частично экстрагируется растворами кислот, в частности 0,5 н уксусной кислотой (ГОСТ 26204-91), что ведет к существенному завышению оценки плодородия этих почв в отношении данного элемента питания [2, 3].

Цель работы - осветить состояние проблемы повышения точности диагностики фосфатного состояния почв Украины на примере Харьковской области.

Методика и объекты исследования

Харьковская область занимает северо-восточную часть Украины и находится на территории двух природных зон: лесостепной (северо-западная и северная части области) и степной (юго-восточная и южная части). Различия в природных особенностях привели к формированию различных в генетическом отношении почв, а также обусловили значительную пестроту их распространения.

Почвенный покров области включает как почвы оподзоленного ряда (серые лесные, темно-серые оподзоленные, черноземы оподзоленные), так и почвы дернового типа почвообразования (черноземно-луговые, черноземы типичные и обыкновенные).

Методы исследований.

Статистически-математический анализ. Анализ и обобщение материалов автоматизированного банка данных агрохимических свойств почв на основе СУБД Access 98. Банк содержит данные анализов около 2000 образцов почв Украины и других стран СНГ и включает как собственные, так и литературные материалы.

Вегетационный опыт. Из всех биологических методов только проведение вегетационного опыта позволяет получить объективную сравнительную оценку обеспеченности разных типов почв макроэлементами питания, поскольку при этом в наибольшей степени соблюдается принцип единственного различия.

Изучаемые почвы - чернозем оподзоленный тяжелосуглинистый (Харьковский район), чернозем типичный (Харьковский район) и чернозем обыкновенный (Красноградский район Харьковской области).

Схема вегетационного опыта:

Контроль - без удобрений

1. N₉₀K₉₀ - фон 1 6. N₉₀Р₉₀ - фон 2

2. Фон 1 + Р₃₀ 7. Фон 2 + К₃₀

3. Фон 1 + Р₆₀ 8. Фон 2 + К₆₀

4. Фон 1 + Р₉₀ 9. Фон 2 + К₉₀

Повторность вариантов опыта - 3-кратная. Вес почвы в сосуде - 5 кг. Всего 81 сосуд. Тестовая культура - овес на зеленую массу.

3. Химические анализы почв и растений. Анализы проводились согласно нормативным документам Украины (ДСТУ) и ГОСТа СССР. В почвенных образцах определяли: подвижные соединения фосфора по Чирикову (ГОСТ 26204-91), Мачигину (ДСТУ 4114-2002) и Карпинскому-Замятиной (ДСТУ 4727:2007). Определение общих форм азота, фосфора и калия в одной навеске растительного материала проводилось согласно МВВ 31?497058?024?2005.

Результаты исследований и их обсуждение

Ранее, одним из авторов [4], были установлены закономерности зависимости между содержанием апатитов и количеством Р₂О₅, извлекаемой раствором уксусной кислоты. Данная зависимость характеризуется следующим уравнением:

У = 0,56 + 0,40Х, r = 0,96, (1)

где У - содержание Р₂О₅ по Чирикову, мг/100 г почвы; Х - содержание фракции Са-Р, мг Р₂О₅/100 г почвы (метод Chang, Jackson, вариант Аскинази, Гинзбург, Лебедевой).

То есть, увеличение в почве количества высокоосновных фосфатов кальция на 1 мг/100 г почвы искусственно завышает содержание Р₂О₅ по Чирикову на 0,4 мг/100 г почвы.

Была предложена поправка на влияние этих соединений, которую можно сделать, используя формулу:

Ур = Уф + 4,9 - 0,4Х, (2)

где Уp - расчетное содержание Р₂О₅, мг/100 г почвы с поправкой на влияние Са-Р; Уф - фактическое содержание Р₂О₅, мг/100 г почвы, полученное по данным анализа; Х - содержание фракции Са-Р, мг/100 г почвы (Chang, Jackson, вариант Аскинази, Гинзбург, Лебедевой).

На рисунке 1 приведены данные о содержании подвижного фосфора (разными методами) в основных типах экстенсивно используемых пахотных почв Украины. При этом содержание Р₂О₅ по методу Чирикова (ГОСТ 26204) растет от очень низкого - 1,1 мг/100 г (связно-песчаная дерново-подзолистая почва) до очень высокого - 34,5 мг/100 г (лугово-черноземная тяжелосуглинистая почва).

И это несмотря на многовековую эксплуатацию почв, особенно черноземных, в режиме их постоянного «истощения» и «деградации». В данном случае увеличение содержания Р₂О₅ связано именно с увеличением содержания в почвах апатитоподобных соединений. То есть, кислоторастворимый фосфор, во всяком случае, большую его часть, в черноземах типичных и обыкновенных нельзя назвать подвижным (доступным растениям). Это просто определенная часть валового фосфора.

Ранее нами было установлено, что метод Чирикова позволяет получить наиболее объективную оценку фосфатного состояния почв с содержанием фракции Са-Р-13-15 мг Р₂О₅/100 г и имеющих значения рН_КСl в пределах 4,5-6,8.

1 - содержание апатитов (Р₂О_5, фракция Са-Р, метод Chang, Jackson); 2 - содержание Р₂О₅ по Чирикову (ГОСТ 26204); 3 - содержание Р₂О₅ по Olsen (ДСТУ ISO 11263); 4 - содержание Р₂О₅ по Карпинскому-Замятиной (ДСТУ 4727).

Рис. 1. Содержание Р₂О₅ в пахотном слое основных неудобренных почв Украины в зависимости от метода определения (стандарта СССР или стандартов Украины): 1-5 - дерново-подзолистые почвы; 6-13 - серые лесные, темно-серые оподзоленные и черноземы оподзоленные; 14-26 - черноземы типичные и обыкновенные

Поскольку областные филиалы «Института охраны почв Украины» количество апатитоподобных соединений в почвах не определяют, сделать поправку на влияние этого фактора в условиях производства просто невозможно. Поэтому применение кислотного метода Чирикова на почвах аккумулятивного типа почвообразования на лессах и лессовидных суглинках лесостепной и степной зон всегда будет приводить к большим ошибкам.

Вследствие этого, согласно национальному стандарту Украины, сфера использования метода Чирикова ограничена почвами оподзоленного ряда лесостепной зоны. Основные отличия нормативного документа Украины от ГОСТ СССР - это именно измененная сфера использования метода. Кроме того, целью снижения ошибки определения Р₂О₅ и К₂О, в ДСТУ включена таблица с поправками на влияние определенных значений гранулометрического состава почв. Это позволило существенно повысить точность диагностики фосфатного и калийного состояния почв Украины.

Тем не менее, анализ литературных данных показал, что до настоящего времени, для диагностики фосфатного состояния почв дернового типа почвообразования многие исследователи продолжают использовать ГОСТ 26204.

И это несмотря на то, что для оценки фосфатного состояния данных почв, согласно требованиям нормативных документов Украины, следует использовать такие стандарты: ДСТУ 4114 (метод Мачигина), ДСТУ 4727 (метод Карпинского-Замятиной) и ДСТУ ISO 11263 (метод Olsen).

С целью уточнения полученных ранее закономерностей и дальнейшего совершенствования почвенной диагностики в 2012-2014 гг. были проведены дополнительные исследования.

Изучение фосфатного состояния основных почв Харьковской области показало следующее.

Был подтвержден тезис о тесной связи количества Р₂О₅, экстрагируемого из образцов основных почв области раствором 0,5 н уксусной кислотой (ГОСТ 26204-91), с содержанием апатитоподобных соединений. Именно этот фактор и влияет на оценку обеспеченности растений фосфором: по данному методу она искусственно занижена в дерновых оподзоленных супесчаных почвах боровых террас и завышена в пахотном слое черноземов типичных и обыкновенных тяжелого гранулометрического состава (табл. 1).

Об этом, в частности, свидетельствуют данные анализов проведенные с использованием так называемых «мягких» методов. Содержание подвижного фосфора, определенного по национальным стандартам Украины (ДСТУ 4114 и ДСТУ 4727) изменялось только в пределах погрешности эксперимента. Это связано с тем, что слабощелочная (рН-9, метод Мачигина) и солевая вытяжка (рН-5,8, метод Карпинского-Замятиной) не извлекают из почв недоступные растениям соединения фосфора. В пахотном слое неудобренных почв содержание Р₂О₅ по данным последнего метода, как правило, находится в пределах 0,02-0,025 мг/100 г. Превышение этих значений в пахотном горизонте почв свидетельствует о наличие остаточных фосфатов удобрений.

Таблица 1. Содержание Р₂О₅ в неудобренных пахотных почвах Харковской области разного гранулометрического состава по данным разных методов

Проведенный перед закладкой вегетационного опыта химический анализ образцов трех черноземных почв Харьковской области показал следующее.

Количество Р₂О₅, извлекаемое по методу Чирикова, резко возрастает с увеличением содержания апатитоподобных соединений (табл. 2). По данным этого метода, обеспеченность фосфором возрастает от низких значений (3,5 мг Р₂О₅/100 г) до высоких (17,8 мг Р₂О₅/100 г). Использование формулы 2 (поправка на содержание фракции Са-Р) позволило установить, что реальная обеспеченность фосфором всех трех почв находится на границе низких и средних значений (4,8-6,4 мг Р₂О₅/100 г).

Таблица 2. Содержание Р₂О₅ в изучаемых почвах по данным разных методов

Анализ почв, проведенный по методу Карпинского-Замятиной подтвердил правильность расчетных значений: фосфатный уровень всех трех почв соответствовал границе низкой и средней обеспеченности этим элементом питания растений.

Тенденция к повышению содержания подвижного фосфора удобрений в черноземе обыкновенном (до 0,038 мг Р₂О₅/кг) связана с наличием незначительного количества остаточных фосфатов удобрений (предыдущей удобренностью). Для сравнения: высокая обеспеченность почв фосфором соответствует значению 0,18 мг Р₂О₅/100 г.

Безусловно, данные химического анализа почв позволяют получить важную информацию о состоянии плодородия почв, но «спросить мнение самих растений» позволяют лишь биологические методы.

Сопоставление данных химического анализа трех почв (контрольные варианты) и количества Р₂О₅, содержащегося в зеленой массе овса, показало следующее.

Резкое увеличение содержания Р₂О₅ по методу Чирикова с 3,5 мг/100 г в черноземе оподзоленном, до 17,8 мг/100 г в черноземе обыкновенном, то есть на 14,3 мг/100 г совершенно не отразилось на количестве фосфора, поступившего в растения (рис. 2). Для большей наглядности рисунка содержание Р₂О₅ по Чирикову выражено в мг/10 г почвы.

Рис. 2. Содержание фосфора в образцах изучаемых черноземов по данным кислотного и солевого методов, а также содержание Р₂О₅, поступившего в растения овса (вегетационный опыт, вариант 000)

1 - содержание Р₂О₅ в зеленой массе овса, %; 2 - содержание Р₂О₅ по Чирикову, мг/10 г почвы; 3 - содержание Р₂О₅ по Карпинскому-Замятиной, мг/кг почвы

Вместе с тем, как видно из этого же рисунка, динамика поступления Р₂О₅ в растения была практически идентичной динамике содержания фосфора по методу Карпинского-Замятиной.

В результате проведенной статистической обработки полученных данных (корреляционный анализ) установлены закономерности связи между содержанием Р₂О₅ в почвах по Чирикову (контрольные варианты трех почв) и поступлением фосфора в растения. Данная зависимость характеризируется следующим уравнением:

У = 0,53 + 0,003Х r = 0,82, (3)

где У - содержание Р₂О₅ в зеленой массе овса, %; Х - содержание Р₂О₅ по Чирикову (варианты 000), мг/100 г почвы.

Согласно полученной модели, сдвиг содержания Р₂О₅ в почвах (вариант 000) по методу Чирикова на 1 мг Р₂О₅ 100 г способствовал повышению Р₂О₅ в растениях всего на 0,003 %. А при увеличении содержания Р₂О₅ в почве на 14,2 мг/100 г (фактическое увеличение) содержание фосфора в растениях повысилось на 0,03 %, при значении НСР_0,95 равном 0,031 %. То есть, даже несмотря на наличие остаточных фосфатов в черноземе обыкновенном, отмеченное повышение Р₂О₅ в растениях находится в пределах ошибки опыта.

Совсем другая закономерность наблюдается на удобренных вариантах опыта (в ряду Р₀, Р₃₀, Р₆₀, Р₉₀):

У= 0,32 + 0,06Х₁ r = 0,93, (4)

где У - содержание Р₂О₅ в зеленой массе овса, %; Х₁ - содержание Р₂О₅ по Чирикову в черноземе оподзоленном (удобренные варианты), мг/100 г почвы.

У = 0,20 + 0,04Х₂ r = 0,99, (5)

где У - содержание Р₂О₅ в зеленой массе овса, %; Х₂ - содержание Р₂О₅ по Чирикову в черноземе типичном (удобренные варианты), мг/100 г почвы.

У₄= - 0,84 + 0,08Х₃ r = 0,89, (6)

где У - содержание Р₂О₅ в зеленой массе овса, %; Х₃ - содержание Р₂О₅ по Чирикову в черноземе обыкновенном (удобренные варианты), мг/100 г почвы.

Известно, что химические методы четко отражают удобренность почв в отношении фосфора.

На свежеудобренных вариантах всех изучаемых почв сдвиг содержания Р₂О₅ на единицу по методу Чирикова повышал содержание фосфора в растениях на 0,04-0,08 %. То есть, в этом случае интенсивность процесса поступления фосфора в растения увеличилась, в среднем, в 20 раз по сравнению с контролем (000). И это несмотря на тот факт, что содержание подвижного фосфора (мг Р₂О₅/100 г) по Чирикову повышалось незначительно: на первой почве - на 1,0, на второй - на 1,3 и на третьей - на 2,2.

Результаты опыта свидетельствует о том, что на неудобренных вариантах типичного и, особенно, обыкновенного черноземов большую часть фосфора, переходящего в 0,5 н СН₃СООН можно определить как кислоторастворимый фосфор.

Полученные данные еще раз свидетельствуют о том, что метод Чирикова малопригоден для оценки природной обеспеченности черноземных почв дернового типа почвообразования.

При последующем внесении удобрений и накоплении остаточных фосфатов негативное влияние апатитов на оценку обеспеченности данных почв фосфором не исчезнет. Поэтому ранее [5] предлагалось для метода Чирикова принять за оптимальный фосфатный уровень (в зависимости от выращиваемой культуры) накопление 4-8 мг Р₂О₅/100 г остаточных фосфатов удобрений сверх природного уровня.

Черноземы типичные и обыкновенные на лессовых породах тяжелого гранулометрического состава лесостепной и степной зон Украины содержат повышенное количество апатитоподобных соединений. Вследствие этого использование любых кислотных методов, в том числе ГОСТ 26204 (метод Чирикова), ведет к существенному искусственному завышению оценки фосфатного состояния данных почв.

Для диагностики их фосфатного состояния, согласно требованиям нормативных документов Украины, следует использовать следующие стандарты: ДСТУ 4114 (метод Мачигина), ДСТУ 4727 (метод Карпинского-Замятиной) и ДСТУ ISO 11263 (метод Olsen).

Список литературы

агрохимический паспортизация сельскохозяйственный земля

1. Греков, В.О. Сертифікація ґрунтів на землях сільськогосподарського призначення //Сучасний стан ґрунтового покриву України та шляхи забезпечення його сталого розвитку на початку 21-го століття :Тези доповідей Міжн. наук.-практ. конференції, присвяченої 50-річчю з дня створення Інституту ґрунтознавства та агрохімії імені О.Н. Соколовського / В.О. Греков, Л.В. Дацько, М.І. Майстренко. - Харків: КП Друкарня № 13. - 2006. - С. 3-5.

2. Христенк, А.О. Нормативні та методичні умови підвищення точності діагностики родючості ґрунтів / А.О. Христенко // Вісник аграрної науки. - 2011. - № 6. - С. 12-15.

3. Проблеми підвищення точності агрохімічної паспортизації земель сільськогосподарського призначення / А.О. Христенко [та iн.] // Агрохімія і грунтознавство. - 2012. - Вип. 78. - С. 71-75.

4. Христенко, А.О. Розробка стандарту України на методи визначення рухомих сполук фосфору і калію в грунтах / А.О Христенко // Вісник аграрної науки. - 2003. - № 6. - С. 9-13.

5. Носко, Б.С. Эволюция показателей почвенного плодородия и их оптимальные параметры в условиях интенсификации земледелия на Украине / Б.С. Носко, А.А. Христенко // Параметры плодородия основных типов почв. - М.: ВО Агропромиздат, 1988. - С. 237-253.

Размещено на Allbest.ru