Scientific journal
International Journal of Applied and fundamental research
ISSN 1996-3955
ИФ РИНЦ = 0,564

INFLUENCE OF FERTILIZER SYSTEMS IN LONG-TERM HOSPITALITY OF CROP ROTATION AND AGROCHEMICAL INDICATORS OF SOIL

Dzyuin A.G. 1
1 Udmurt Research of Agriculture – Structural subdivision of the Federal State Budgetary Institution of Science Udmurt Federal Research Center of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences
Stationary field experience in the Udmurt Research Institute of Agriculture bookmarks 1971-1972. was the main base for conducting fundamental agrochemical research. The information content of it, as shown by the results of 40 years of research, depends not only on the target program, but also on the duration of the hospital. During the period of passage of 5 rotations of the 8-field crop rotation, extensive information was obtained on chemical reclamation, the application of various fertilizer systems on sod-podzolic loamy soil. Revealed doses, methods, frequency of lime, mineral and organic fertilizers, providing increased soil fertility and crop rotation. The necessity of strict observance of crop rotation patterns, which allows to achieve high productivity of crop rotation with lower costs, has been established. On poorly cultivated soil, the starting high soil saturation with fertilizers did not provide an adequate steady increase in the productivity of crop rotation. Lime-organomineral fertilizer system, an average of 5 rotations with the introduction of N75 P70 K71 and the trace elements Cu, Co, Zn, B, Mo in 3-5 rotations, increased the productivity of the 8-field crop rotation by 71.7 % (4.67 tons grain unit / ha). The productivity of the organomineral and lime-organomineral fertilizer systems (3.27-3.34) was higher than the mineral and lime-mineral fertilizers (2.95-2.99 tons grain unit / ha). The content of mobile phosphorus in the soil increased by 118, exchangeable potassium –18–25 mg / kg of soil, and humus – by 0.33–053 %. Liming on 2 hydrolytic acidity reduced the acidity of the soil to a neutral level. Proved the possibility of using phosphate fertilizers in the reserve for 2-7 years.
Crop rotation
productivity
fertilizer systems
agrochemical indicators

Плодородие почвы – одно из условий повышения продуктивности сельскохозяйственных культур, действенным средством которого является применение систем удобрений [1]. Рыночные отношения привели к сокращению опытной работы с удобрениями, хотя именно опыты являются источником исходной информации для разработки рекомендаций [2]. Системы удобрений в севооборотах могут быть рациональными только в сочетании с местными агроэкологическими условиями и биологическими особенностями культур [3]. Стационарные полевые опыты – основная база фундаментальных агрохимических исследований [4]. Информативность их зависит, прежде всего, от целевых программ, качества проведения аналитических работ, своевременного выполнения агротехнических мероприятий. Длительные опыты со временем модифицируются, так как возникают новые направления и задачи перед исследователями.

Цель исследования: изучить и обобщить по некоторым основным показателям влияние систем удобрений на плодородие почвы и продуктивность восьмипольного севооборота за период прохождения пяти ротаций.

Материалы и методы исследования

В Удмуртском НИИСХ в 1971–1972 гг. заложен стационарный двух факторный опыт с восьмипольным севооборотом. Чередование культур в севообороте: 1 – пар чёрный; 2 – озимая рожь; 3 – картофель в 1–3 и кукуруза в 4–5 ротациях; 4 – яровая пшеница + клевер; 5 – клевер 1 г.п.; 6 – клевер 2 г.п.; 7 – озимая рожь; 8 – ячмень. Фактор А – фоны: 1. Навоз – внесли только под первую ротацию в дозе 40 т/га, после первой ротации – минеральная система удобрения (Н1 – 0). 2. Известь – внесли под первую ротацию по 1 г. к. (4 т/га) и под вторую ротацию по 2 г.к. (7,5 СаСО3) – известково-минеральная система удобрения (И2). 3. Навоз – вносили под каждую из пяти ротаций севооборота в дозах 40 + 60 + 60 + 60 + 60 т/га естественной влажности – органоминеральная система удобрения (Н5). 4. Известь + навоз – вносили так же, как в пунктах 2 и 3 – известково-органоминеральная система. Фактор В – минеральные удобрения с 11-ю вариантами. 1-й вариант – без удобрений, 2–4-й варианты – NP. NK. PK, 5-11-й – NPK. В 1–2 ротациях севооборота изучали способы и формы внесения удобрений, средняя их доза – N64P46K46 и N92P86K77 соответственно. В 3-й ротации изучали способы и уровни внесения: N56P46K46, N77P86K77. В 4-й ротации – уровни внесения: N30P28K17, N47P46K46, N64P63K74, N81P80K102. В 5-й ротации – дозы NPK по 10, 20, 40, 50, 60 кг д. в./га. Усредненные дозы за 5 ротаций составили N64Р60К60. В 3–5 ротациях 11-й вариант дополнили микроэлементами – Zn, Cо, Cu, B, Mo. В течение трех ротаций их вносили: под озимую рожь (кг д. в./га) – цинк сернокислый (3,0), кукурузу – кобальт хлористый (0,5), яровую пшеницу – медь сернокислый (3,0), клевер 1 и 2 г.п. – борно-датолитовую муку (1,0) и молибденово-кислый аммоний (1,0), озимую рожь – цинк сернокислый (3,0), и ячмень медь сернокислый (3,0). С третьей ротации севооборота в почву общим фоном заделывали солому озимой ржи. Повторность опыта – четырехкратная. Статистическую обработку результатов проводили методом дисперсионного анализа. Почва – дерново-среднеподзолистая среднесуглинистая с агрохимическими показателями: рНKCL – 5,0, Нг – 2,7, S – 14,8 ммоль/100 г почвы, Р2О5 – 52, К2О – 98 мг/кг почвы, гумус – 2,5 %.

Результаты исследования и их обсуждение

Минеральные удобрения повышали продуктивность севооборота по сравнению с данными до закладки опыта (табл. 1). В среднем за 5 ротаций минеральные удобрения с добавлением микроэлементов Cu, Co, Zn, B, Mo в 11 варианте увеличили продуктивность севооборота на 71,7 % (от 1,98 перед закладкой опыта до 3,40 т з. ед/га), а в сравнении с нулевым контролем – на 34,9 %.

Таблица 1

Влияние минеральных удобрений на продуктивность севооборота по ротациям севооборота (среднее по фонам и двум закладкам опыта), т з. ед/га

Ротация,

годы

1

0

2

NP

3

NK

4

PK

5

NPK

6

NPK

7

NPK

8

NPK

9

NPK

10

NPK

11

NPK

НСР05

Исходная продуктивность в среднем за 1968–1971 гг. – 1,98 т з. ед./га

Первая,

1971–1979

2,99

2,96

2,78

2,84

3,12

3,14

3,16

2,96

3,06

3,06

3,18

0,03

Вторая,

1979–1987

2,62

2,98

2,95

3,00

3,19

3,19

3,24

3,06

3,11

3,20

3,19

0,04

Третья,

1987–1995

2,18

2,95

2,73

2,76

3,40

3,43

3,61

3,35

3,59

3,70

3,82

0,02

Четвёртая,

1995–2003

2,79

3,37

3,34

3,26

3,48

3,65

3,72

3,68

3,78

3,75

3,86

0,03

Пятая,

2003–2011

2,04

2,54

2,37

2,39

2,63

2,66

2,74

2,77

2,85

2,92

2,95

0,08

Средняя

2,52

2,96

2,83

2,85

3,16

3,21

3,29

3,16

3,28

3,33

3,40

0,04

По ротациям эффективность комбинированного применения NPK и микроэлементов выразилась увеличением продуктивности: в третьей ротации до 3,82 (на 76,6 %) против 2,18 т. з ед/га, в четвертой ротации до 3,86 (на 38,4 %) против 2,79 т з. ед/га, в 5-й ротации до 2,95 (на 44,6 %) против 2,04 т з. ед/га. Эти данные свидетельствуют также, что продуктивность севооборота с повышением доз минеральных удобрений увеличивалась.

Из систем удобрений минеральная и известково-минеральная не отличались между собой по продуктивности – 2,95–2,99 т з. ед/га, что на 0,97–1,01 т/га выше, чем за четыре года в среднем до опытов (табл. 2). Аналогичная закономерность наблюдалось в каждой ротации севооборота, за исключением первой ротации, в которой отмечено достоверное снижение продуктивности по известково-минеральной системе удобрения. Такая тенденция сохранялась и в последующих ротациях. Органоминеральная и известково-органоминеральная системы увеличили продуктивность до 3,27–3,34 т з. ед/га. Наиболее высокая продуктивность получена в третьей и четвертой ротациях. Со снижением доз минеральных удобрений в пятой ротации его продуктивность снизилась. По ротациям меньше изменялась продуктивность на минеральной и известково-минеральной системах удобрений. Использование навоза под каждую ротацию севооборота обеспечивало увеличение продуктивности севооборота.

Таблица 2

Влияние систем удобрений на продуктивность севооборота (среднее по вариантам и двум закладкам опыта), т. з. ед/га

Система удобрения

Ротация севооборота

1

2

3

4

5

Среднее

Минеральная

(NPK)

3,05

3,07

3,02

3,26

2,53

2,99

Известково-минеральная

(Известь + NPK)

2,92

– 0,13

3,00

– 0,07

2,99

– 0,03

3,33

0,07

2,49

– 0,04

2,95

– 0,04

Органо-минеральная

(Навоз + NPK)

3,05

0

3,22

0,15

3,59

0,57

3,73

0,47

2,78

0,25

3,27

0,28

Известково-органоминеральная

(Известь + навоз + NPK)

3,00

– 0,05

3,12

0,05

3,83

0,81

3,85

0,59

2,87

0,34

3,34

0,35

Среднее

3,00

3,10

3,36

3,54

2,67

3,14

НСР05

0,08

0,10

0,15

0,07

0,08

0,10

Примечание. В числителе – продуктивность, в знаменателе – прибавка, т з. ед./га.

В первых двух ротациях применение двойного суперфосфата, фосфоритной муки и хлористого калия в запас на 2–7 лет обеспечило получение примерно одинаковой продуктивности по сравнению с ежегодным внесением. Умеренные их дозы увеличили продуктивность на 0,55–1,25 (до 2,73–3,43) т з. ед/га. Повышенные дозы способствовали росту продуктивности (3,59–3,70 т з. ед/га), при этом проявилось высокое положительное действие микроудобрений (4,67 т з. ед/га).

Систематическое применение минеральных удобрений увеличивало содержание фосфатов в почве. В первой ротации севооборота применение N64Р60К60 увеличило содержание Р2О5 на 29 мг/кг почвы в среднем по отношению к исходному содержанию (табл. 3). Во второй ротации при внесении N92P86K77 – на 97 мг/кг, в третьей ротации при той же дозе фосфора – на 155 мг/кг почвы. Как видно, шло накопление фосфатов в почве. В четвертой ротации севооборота его содержание по отношению к третьей несколько снизилось (на 33 мг/кг почвы в среднем), что объясняется выносом более высоким урожаем культур в данной ротации, и снижением легкодоступного фосфора при этом [5]. Однако накопление фосфатов в почве продолжалось, в пятой ротации их содержание увеличилось в 5,3 раза по сравнению с исходным содержанием. С аналогичной закономерностью изменялось содержание подвижных фосфатов при использовании отдельных систем удобрений.

Таблица 3

Влияние систем удобрений на содержание подвижного фосфора (Р2О5), мг/кг почвы (исходное содержание подвижного фосфора (Р2О5) – 52 мг/кг почвы)

Система удобрения

Ротация севооборота

Среднее

Прибавка, НСР05 – 32 мг/кг

1

2

3

4

5

Минеральная (NPK)

84

116

156

116

152

125

Известково-минеральная

(Известь + NPK)

70

150

195

160

214

158

33

Органоминеральная

(Навоз + NPK)

84

157

226

194

359

204

79

Известково-органоминеральная

(Известь + навоз + NPK)

87

172

250

224

378

222

97

Среднее

81

149

207

174

276

177

Прибавка к исходному содержанию

29

97

155

122

224

125

НСР05

7,9

18,5

17,0

15,7

48,5

17,2

Положительное действие на подвижность фосфатов оказало внесение минеральных удобрений в сочетании с известью и навозом. В среднем за 5 ротаций севооборота содержание Р2О5 при несении извести увеличилось на 33, при внесении навоза – на 79 мг/кг почвы. А совместное применение навоза и извести увеличило почти в 3 раза (на 97 мг/кг почвы) по отношению к минеральной системе.

Содержание обменного калия в почве, несмотря на использование удобрений, слабо возрастало (табл. 4). Даже на фоне навоза его содержание в среднем за 5 ротаций севооборота увеличилось всего на 14–38 кг/га. Значительное его количество, по нашим расчетам, закреплялось почвой. Исследованиями установлено, что обменный калий обладает различной прочностью связи с почвенно-поглощающим комплексом дерново-подзолистой почвы и разной степенью подвижности [6]. Следовательно, они располагают значительным резервом для обеспечения растений калием. При недостаточном его поступлении в почву с удобрениями культуры севооборота мобилизуют калий из обменного, а затем и необменного форм, в результате чего растения не испытывают недостатка в калии [7].

Таблица 4

Влияние систем удобрений на содержание обменного калия (К2О), мг/кг почвы (исходное содержание обменного калия (К2О) – 98 мг/кг почвы)

Система удобрения

 

Среднее

Прибавка, НСР05 – 22,6 мг/кг

1

2

3

4

5

Минеральная (NPK)

98

102

106

111

109

105

Известково-минеральная

(Известь + NPK)

93

100

105

123

113

107

2

Органоминеральная

(Навоз + NPK)

98

120

120

150

129

123

18

Известково-органоминеральная

(Известь + навоз + NPK)

103

124

117

161

144

130

25

Среднее

98

112

112

136

124

116

Прибавка к исходному содержанию

0

14

14

38

26

18

НСР05

8,7

10,5

12,4

17,5

25,7

15,4

С 2000 г. в республике наблюдается устойчивое подкисление почв. Верхним оптимальным значением рНКСL для полевых культур установлено 5,6. По данным агрохимслужбы в годы проведения интенсивной химизации (1970-1980) эта величина была достигнута. Нижняя граница оптимального значения рНКСL в севооборотах составляет 5,2 [8]. Процесс подкисления почвы идет непрерывно. В севообороте с минеральной и органоминеральной системами удобрений величина рНКСL в среднем за 4 ротации понизилась до 4,64 и 4,86 при исходной величине 5,0 (табл. 5). Под воздействием навоза по 60 т/га за каждую ротацию подкисление почвы замедлилось. Повторное внесение извести увеличило рНКСL до 6,8 ед., но к концу пятой ротации заметно снизилось. Снизилась гидролитическая кислотность с 3,8 до 0,83–0,98, увеличились сумма поглощенных оснований и степень насыщенности основаниями с 17,6 до 21,6–24,6 ммоль/100 г почвы и с 82,3 до 96–97 % соответственно.

Таблица 5

Влияние систем удобрений на изменение обменной кислотности (рНКСL) в почве (исходная величина рНКСL – 5)

Система удобрения

Ротация

Среднее

Отклонение

НСР05 – 0,16

2

3

4

5

Минеральная (NPK)

4,7

4,6

4,4

4,7

4,64

Известково-минеральная

(Известь + NPK)

6,8

6,6

6,6

6,4

6,28

1,64

Органоминеральная

(Навоз + NPK)

4,9

4,8

4,8

5,0

4,86

0,22

Известково-органоминеральная

(Известь + навоз + NPK)

6,6

6,6

6,3

6,1

6,10

1,46

Среднее

5,75

5,65

5,52

5,55

5,47

В повышении плодородия почвы большое значение придается содержанию гумуса в почве. В Удмуртской Республике за 20 лет наблюдений содержание гумуса в пахотных почвах уменьшилось на 0,4–0,9 % [9]. В стационаре Пермского НИИСХ за 40 лет его относительное содержание снизилось на 9,1 % [10]. В нашем опыте за 32 года на нулевом и известкованном фонах абсолютное содержание гумуса снизилось на 0,55 % от исходного. Не обеспечило поддержание гумуса на исходном уровне и применение навоза и навоза + извести – 2,38 и 2,33 %. Исследования показывают усиление минерализации органического вещества [11, 12]. И лишь внесение под каждую ротацию севооборота навоза и соломы озимой ржи обеспечило повышение содержания гумуса на 0,21–0,26 абс. %.

Выводы

1. Системы удобрений с внесением N64Р60К60 (в среднем за 40 лет) и микроэлементов (за 24 года) увеличили продуктивность севооборота на 71,7 %, обеспечив получение наибольшей продуктивности – 4,67 против 1,98 т з ед/га. Высокая продуктивность в севообороте (3,27–3,34 т з. ед/га) достигнута длительным использованием органоминеральной и известково-органоминеральной систем удобрений.

2. Систематическое применение фосфорных удобрений повышало содержание подвижного фосфора в почве в 5,3 раза, до 276 мг/кг почвы в пятой ротации севооборота по сравнению с исходным содержанием.

3. Содержание обменного калия в дерново-подзолистой почве не повышалось адекватно внесенному количеству калия с минеральными удобрениями, что связано с преимущественным закреплением его почвой.

4. Наибольшее подкисление почвы вызвала минеральная система удобрения. Навоз сдерживал подкисление. Повторное известкование во второй ротации севооборота снизило кислотность почвы до нейтрального уровня, и лишь в пятой ротации заметно подкисление.

5. В результате активной минерализации органического вещества содержание гумуса за 32 года на минеральной системе удобрений снизилось с 2,5 до 1,95 % и до 2,33 % на органоминеральной системе. Запахивание в почву растительных остатков, соломы повысило содержание гумуса: на фоне навоза до исходного (5,0 %), на фоне извести + навоза – с превышением этого уровня на 0,14 %.