Калийный статус почв в зависимости от схем и длительности применения удобрений при возделывании чая в субтропиках России

Размещено на http://www.allbest.ru/

ВНИИ цветоводства и субтропических культур

Калийный статус почв в зависимости от схем и длительности применения удобрений при возделывании чая в субтропиках России

Козлова Н.В., Малюкова Л.С., Керимзаде В.В.

Аннотация

Изучены особенности формирования калийного статуса бурых лесных кислых почв (обеспеченность подвижным калием, содержание и соотношение комплекса форм) в 27-летнем 16-вариантном полевом опыте с удобрениями (NPK) на культуре чая в условиях Черноморского побережья РФ (г. Сочи). Фактором его регулирования является сочетание доз калия с дозами азота, определяющими продуктивность плантаций и подкисление почв, вынос с урожаем и мобильность калия в почве. Представлена многолетняя динамика, а также хозяйственный баланс калия в зависимости от сочетания и длительности применения доз NK. Относительно постоянный уровень подвижного калия, свойственный данной почве (30-40 мг/100 г), длительно поддерживается за счет динамического равновесия форм калия, расхода (накопления), в первую очередь, обменных и необменных форм, что затрудняет диагностику недостатка (избытка) элемента.

Ключевые слова: бурые лесные кислые почвы, чайные плантации, минеральные удобрения, динамика и формы калия, баланс элемента

Основная часть

Калий как важнейший биогенный элемент питания растений, обеспечивающий не только получение высокого урожая, но и устойчивость к неблагоприятным гидротермическим условиям, является обязательным элементом в системе минерального питания культуры чая. Вынос калия с урожаем относительно невысок (25-40 К₂О кг/га на 5-8 т/га зеленого чайного листа), а количество калия, закрепленное в скелетных частях растений чая (625 кг/га для полновозрастной плантации), соизмеримо с накоплением азота [1]. Бурые лесные кислые почвы, основные чаепригодные почвы Черноморского побережья России, характеризуются исходно высоким содержанием калия, что обусловлено их тяжелым гранулометрическим составом с большим количеством калийсодержащих минералов. Однако, вопреки мнению о неисчерпаемости запасов почвенного калия, целым рядом исследований установлено, что потери калия из почвы при экстенсивном способе хозяйствования могут протекать значительными темпами и по скорости превышать деградацию азотного и фосфорного состояния [2]. Несмотря на то, что, согласно зональной технологии возделывания чая [1, 3], калийные удобрения необходимо вносить ежегодно в дозах 50-150 кг д.в./га (в зависимости от возраста плантации и обеспеченности почв), последние 20-25 лет они практически не вносятся, что ведет к истощению запасов калия, особенно при моноазотной системе удобрений [4-6]. Нецелесообразно и избыточное внесение калия, ведущее к непроизводительным расходам. Системное изучение калийного статуса почв и его изменений в связи со схемами применения минеральных удобрений под чай (многолетнюю монокультуру) в режиме длительного мониторинга интересно с исследовательской точки зрения и необходимо для грамотного экологически и экономически обоснованного регулирования обеспеченности почв и растений калием в практике возделывания чая.

Калийный режим бурых лесных кислых почв в зависимости от схем удобрения и длительности возделывания чая изучали в 1986-2012 г.г. в многофакторном полевом опыте. Опыт был заложен на молодой плантации чая интенсивного сорта Колхида (г. Сочи, п. Уч-Дере, ЗАО «Дагомысчай»), включал 16 вариантов различных сочетаний доз NPK (в градациях 0, 1, 2, 3 единичные дозы): 000, 022, 002, 020, 111, 133, 113, 131, 200, 220, 202, 222, 331, 313, 311, 333. Повторность 2-кратная, опытные делянки - 50 м². Калийные удобрения изучали в диапазоне доз 0-150 кг д.в./га с единичной дозой 50 кг д.в./га; азотные - в диапазоне 0-600 кг д.в./га, где единичные дозы росли с шагом 70-90-120-200 кг д.в./га в 1986-1989-1993-2000 г.г. Единичная доза фосфора составляла 60 кг д.в./га (изучаемый диапазон - 0-180 кг д.в./га).

Анализировали, в первую очередь, динамику содержания подвижного калия (по Ониани) - одного из критериев обеспеченности чайных почв калием [1]. Образцы почвы отбирали ежегодно по вариантам в слоях 0-20 и 20-40 см в ранневесенний период. Обработку данных вели методами корреляционного и регрессионного анализов, описательной статистики в программах Microsoft Excel, «Агрохимия» (при Р = 0,95). В диаграммах представлено среднее + стандартное отклонение. Многоступенчатая динамика различных форм калия в почве определяет сложность диагностики калийного питания растений, оценки «калийснабжающей» способности почв и эффективности калийных удобрений [2]. В связи с этим для ряда вариантов опыта, в сравнении с контролем, на разных этапах полевого эксперимента изучали содержание комплекса форм калия [7]: кислоторастворимый (по Пчёлкину), обменный (по Масловой), необменный (по разнице кислоторастворимого и обменного), легкодоступный (0,005 н СаСl₂ выт-ка). Учитывали также хозяйственный баланс калия в модельных агросистемах чайных плантаций (вариантах опыта).

В отличие от азотного и фосфатного фондов почв чайных плантаций, формирование которых зависит, в первую очередь, от доз и длительности применения соответствующих минеральных удобрений (азотных, фосфорных) [8; 9], калийный статус почв определяется не только дозами калийных удобрений, но и тем, на каком фоне азотных они применяются [5]. Именно азотные удобрения определяют продуктивность чайных плантаций и, соответственно, вынос элементов питания (в том числе калия) с урожаем, а также, существенно повышая кислотность почвы, влияют на мобильность в ней калия. Связь содержания подвижного калия в почве с дозами удобрений, установленная на разных этапах опыта, показывает ослабевающую положительную корреляцию с калийными удобрениями и нарастающую отрицательную корреляцию с азотными (табл. 1). Поэтому динамика показателей представлена по группам вариантов сочетаний доз NK (с 0-180 кг д.в./га Р₂О₅), с разбивкой (усреднением) по 3-4-летним периодам (рис. 1).

удобрение калий почва чай

Таблица 1

Регрессионная и корреляционная связь содержания подвижного калия (К₂О, мг/100 г) в почве модельных чайных плантаций c дозами NPK

Примечание: NPK - 0, 1, 2, 3 одинарные дозы удобрений; F_факт. > F_теор.

Рис. 1 Многолетняя динамика подвижного калия в почве (0-20 см) в зависимости от соотношения доз азотных и калийных удобрений: а) фактическое содержание; б) различия с контролем

Для большинства модельных плантаций характерен довольно стабильный уровень обеспеченности почв подвижным калием в течение всего 27-летнего периода исследований (рис. 1). Так, при экстенсивном типе эксплуатации плантаций, в отсутствие азотных и калийных удобрений (группа N0K0 - 000 (контроль) и 020), он составлял в среднем 28-35 мг/100 г; при применении калийных и азотных удобрений в сочетаниях с равным количеством единичных доз (N1K1- 111, 131; N2K2 - 202, 222; N3K3 - 313, 333) был лишь несколько более высоким: в среднем около 40 мг/100 г. Повышенное содержание подвижного калия (в среднем близкое к 45 мг/100 г) характерно для вариантов с применением высоких доз калийных удобрений на фоне небольших доз азота (N1K3 - 113, 133). Уровень 40-50 мг/100 г соответствует высокой обеспеченности почв для культуры чая [1]. Тенденция постепенного снижения обеспеченности почв подвижным калием прослеживалась на фоне длительной эксплуатации почв без применения калийных удобрений, но с интенсивным азотным питанием (N2K0 - 200, 220), а также при внесении небольших доз калийных удобрений в сочетании с высокими дозами азота (N3K1 - 311, 331). И только применение калийных удобрений в отсутствие азотных (N0K2 - 022, 002) привело к 2-кратному росту его содержания (рис. 1).

Поскольку динамическое равновесие между различными формами калия минерального комплекса почв стремится поддерживать содержание подвижного калия на постоянном уровне [2], заметное отклонение от него (рост или снижение содержания) говорит о серьёзных изменениях калийного состояния почв, явном избытке или недостатке калийных удобрений.

В первую очередь, следует остановиться на вариантах с тенденцией к снижению уровня содержания подвижного калия относительно контроля (варианты группы N2K0 и N3K1, рис. 1). Так, при длительном интенсивном возделывании чая с применением двойных доз азотных удобрений (растущих с возрастом плантации от 140 до 400 кг д.в./га), но в отсутствие калийных удобрений (N2K0), высокая урожайность и, соответственно, повышенный вынос калия увеличили размер отрицательного баланса элемента в агроэкосистеме в 3-3,5 раза по сравнению с контролем (табл. 2, вар-ты 200 и 220).

Таблица 2

Хозяйственный баланс калия по вариантам опыта за период 1986-2010 гг., кг/га (1 - общий; 2 - среднегодовой)

Содержание потенциально доступных кислоторастворимых необменных форм в среднем снизилось на 25%, обменных и подвижных форм - до половины от контрольного уровня (рис. 2 и табл. 3; см. 2012 г. вар-ты 200, 220). Содержание легкодоступного калия также было ниже контроля и заметно ниже (в 2 раза и более), чем на удобряемых калием вариантах.

Рис. 2 Содержание различных форм калия в длительно удобряемых почвах чайных плантаций (код вариантов - количество одинарных доз NРK)

Скорость истощения калийного запаса почв при таких схемах удобрения плантаций можно представить при сравнении содержания и соотношения форм калия в 2003 и 2012 годах (рис. 2, табл. 3, вар-ты 200 и 220). Если в 2003 году (после длительного применения 140-240 кг д.в. N/га) было отмечено только снижение количества необменных форм при поддержании характерного для почвы уровня содержания обменного, подвижного и легкодоступного калия, то в 2012 году (после эксплуатации с применением 400 кг д.в. N/га, начиная с 2000 г.) истощение проявилось по всему комплексу форм. Потеря калия верхними почвенными слоями усугублялась повышением мобильности элемента на фоне прогрессирующей с годами ацидизации почв, связанной с нагрузкой азотными удобрениями. Так, было установлено, что длительное внесение двойных и тройных доз азотных удобрений привело в итоге к снижению рН_KCl в слое почвы 0-20 см в среднем на 0,7-0,9 единицы (в ряде случаев более чем на 1 единицу, где рН_KCl достигло 2,9), при средней скорости 0,1 единицы рН за 3-4 года, или 0,07-0,1 единицы рН на каждую внесенную тонну д.в. N/га [10].

Таблица 3

Изменение калийного статуса почв в зависимости от нагрузки удобрениями

В отличие от явно дефицитных по калию вариантов группы N2K0, на вариантах группы N3K1 с небольшим профицитом баланса калия в агросистеме (табл. 2, на примере варианта 311) снижение содержания подвижного калия, по-видимому, в первую очередь, связано с сильным подкислением почв на фоне длительного применения высоких доз азотных удобрений (210-600 кг д.в./га, в зависимости от возраста плантации) и, как следствие, с повышенным выносом калия за пределы корнеобитаемого слоя в результате роста его мобильности. Сопоставимые по балансу калия варианты группы N1K1 (табл. 2, на примере варианта 111), где на фоне невысоких доз азота (70-200 кг д.в./га) отмечено слабое подкисление почв [10], характеризовались содержанием подвижного калия и потенциально доступных форм заметно выше контроля (рис. 2, табл. 2 и 3, вар-т 111).

Явный рост содержания подвижного калия был отмечен для вариантов группы N0K2 (рис. 1). При низкой урожайности в отсутствие азотных удобрений чайными растениями потреблялась лишь незначительная часть ежегодно вносимых 100 кг д.в./га калия, что формировало существенный профицит его баланса (табл. 2, вар-ты 002 и 022) и привело к значительному обогащению почвы. Уже к 2003 году количество кислоторастворимого калия (обменного и необменного) в 2 и 1,5 раза превысило уровень контрольного варианта (в слоях 0-20 и 20-40 см, соответственно), с аналогичным ростом подвижных и легкоподвижных форм (рис. 2, табл. 3, вар-т 002).

Применение калийных удобрений в дозе 150 кг д.в./га в сочетании с относительно невысокими одинарными дозами азота (70-200 кг д.в./га, в зависимости от возраста плантации) также создало значительный профицит калия в агроэкосистемах плантаций группы N1K3, 6-ти кратно превышая его вынос урожаем (табл. 2, на примере варианта 113). Это привело не только к росту уровня обеспеченности почв подвижным и легкодоступным калием, но и к накоплению (+ 25% к контролю) потенциально доступных, в первую очередь, обменных форм (рис. 2 и табл. 3, вар-т 113). Рост необменных и обменных форм за счет фиксации калия удобрений был отмечен до глубины более 70 см почти на 40% по сравнению с почвами фона, контроля и варианта 111 [5]. В минералогическом составе илистой фракции почв был выявлен рост содержания иллитов при регулярном внесении 150 кг д.в./га калия за счет его фиксации лабильными структурами минералов монтмориллонитовой группы [11].

Несколько повышенное содержание подвижного калия на вариантах групп N1K1, N2K2, N3K3 (рис. 1) в целом отражало накопление калия, как правило, в обменной форме (рис. 2, табл. 3, 2012 г., вар-ты 111, 222, 202). Однако в случае варианта 333 оно поддерживалось за счет расхода необменных форм, что ещё раз подтверждает недостаточность диагностики калийного состояния почв по содержанию только подвижного калия.

Таким образом, многолетний мониторинг в условиях многофакторного полевого опыта показал, что калийный статус (содержание и соотношение форм калия) бурых лесных кислых почв под чаем регулируется сочетанием доз калийных и азотных удобрений, определяющих продуктивность плантаций и вынос элементов питания с урожаем, а также подкисление почв и мобильность калия. Повышение доз азота должно сопровождаться повышением доз калийных удобрений. За счёт динамического равновесия между формами почвенного калия обеспеченность бурых лесных кислых почв подвижным калием, как правило, поддерживается на относительно постоянном уровне, свойственном данной почве (30-40 мг/100 г). Повышенное содержание подвижного калия, как правило, является отражением роста потенциально доступных запасов (в первую очередь, в виде обменных форм), но может быть и результатом повышения мобильности элемента на фоне роста кислотности среды. В случае дефицита калия, ярко выраженного при внесении высоких доз азотных удобрений в отсутствие калийных, истощение запаса идет за счет расхода обменного и необменного калия при сохранении некоторое (довольно длительное) время уровня подвижного и легкодоступного калия, что затрудняет диагностику дефицита элемента. Внесение калийных удобрений в отсутствие азотных ведет к непроизводительному расходу калия.

Список использованных источников

1. Малюкова Л.С., Козлова Н.В., Притула З.В. Система удобрения плантаций чая в субтропиках России. Сочи: ВНИИЦиСК. 2010. 45 с.

2. Прокошев В.В., Дерюгин И.П. Калий и калийные удобрения. М. 2000. 184 с.

3. Алексеева Т.П. и др. Методические указания по технологии возделывания чая в субтропической зоне Краснодарского края. НИИ горного садоводства и цветоводства. Сочи. 1977. 47 с.

4. Козлова Н.В. Состояние бурых лесных кислых почв чайных плантаций при длительном применении минеральных удобрений в субтропиках России: автореф. дис. … канд. биол. наук. Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова (МГУ). М. 2008. 24 с.

5. Малюкова Л.С. Оптимизация плодородия почв и применения минеральных удобрений при выращивании чая в России. Сочи: ВНИИЦиСК. 2014. 416 с.

6. Козлова Н.В., Керимзаде В.В. Изменение калийного статуса почв чайных плантаций в постэксплуатационный период // Субтропическое и декоративное садоводство. 2017, № 62. С. 218-224.

7. Агрохимические методы исследования почв. М.: Наука. 1975. 656 с.

8. Козлова Н.В., Малюкова Л.С., Керимзаде В.В. Особенности азотного режима почв чайных плантаций субтропиков России // Субтропическое и декоративное садоводство. 2010, т. 43, № 1. С. 21-33.

9. Малюкова Л.С., Козлова Н.В. Эффективность применения фосфорных удобрений при выращивании чая в условиях Черноморского побережья России // Субтропическое и декоративное садоводство. 2013, т. 49. С. 332-340.

10. Козлова Н.В., Керимзаде В.В. Скорость агрогенной ацидизации бурых лесных почв чайных плантаций в условиях влажных субтропиков России // Плодоводство и ягодоводство России. 2017, № 51. С. 259-267.

11. Козлова Н.В., Малюкова Л.С., Соколова Т.А., Дронова Т.Я. Минералогический состав илистой фракции кислых бурых лесных почв чайных плантаций субтропиков России, испытывающих влияние длительного внесения минеральных удобрений // Вестник Московского университета. Серия 17: Почвоведение. 2008, № 4. С. 7-13.

Размещено на Allbest.ru