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 %.