Влияние возрастающих доз азотных удобрений на продуктивность полевых культур и калийный режим дерново-подзолистой почвы

Полный текст

ВВЕДЕНИЕ

Получение высоких и стабильных урожаев возделываемых культур – основная задача сельскохозяйственного производства, выполнение которой невозможно без грамотного применения удобрений. Объективную оценку потребности в удобрениях дают исследования в длительных опытах применительно к конкретным почвенно-климатическим условиям для каждой зоны России [1–3]. Использование любой системы удобрения имеет свои последствия относительно изменений плодородия почвы. К числу приоритетных и требующих пристального внимания направлений исследований в аграрной науке относится изучение калийного режима почв. Калий – важный элемент питания, который играет ключевую роль в различных физиологических и биохимических процессах растений [4–6]. При длительном некомпенсируемом выносе сельскохозяйственными культурами калия в почве нарушаются механизмы саморегуляции содержания почвенных калийных форм и происходит истощение их подвижных фракций, деградирует эффективное и потенциальное плодородие почвы [7–9]. Длительное применение удобрений оказывает влияние на изменение калийного фонда почвы, его направленность обусловлена генетическими свойствами почв, видами, дозами и длительностью внесения удобрений [8, 10, 11]. В некоторых работах отмечено, что в результате применения высоких доз (>90 кг д. в./га) минеральных удобрений (особенно физиологически кислых), а также при интенсивной механической обработке почвы происходит изменение (нарушение) минералогического и гранулометрического состава почвы [12–14]. В исследовании [12] наиболее существенные изменения отмечены при внесении высоких доз азотного, калийного и полного минерального удобрения. В результате кислотного гидролиза минералов произошло механическое дроб- ление почвенной массы и обеднение илом пахотного слоя, что вызвало заметное сокращение ближнего резерва калия и ослабление способности почвы к восполнению подвижной формы. Систематическое применение N120Р150K120 привело также к существенным изменениям в соотношении минеральных фаз и структуре слоистых силикатов, направленным в сторону необратимой трансформации и разрушения минеральной части почвы.

Цель работы – изучение влияния возрастающих доз азотных удобрений на продуктивность полевых культур полевого севооборота и калийный режим дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почвы.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

Исследование проводили в Пермском НИИСХ – филиале ПФИЦ УрО РАН в длительном опыте 1972 г. закладки. Схема опыта, варианты: 1 – без удобрений (контроль), 2 – P60K60 (фон), 3 – фон + N30, 4 – фон + N60, 5 – фон + N90, 6 – фон + N120. Размещение вариантов систематическое, повторность трехкратная. Общая площадь делянки 95 м². Исследование проводили в полевом 8-польном парозернопропашном севообороте с чередованием культур: чистый пар–озимая рожь–картофель–яровая пшеница с подсевом клевера–клевер 1-го года пользования (г. п.)–клевер 2-го г. п. – ячмень–овес. Опыт заложен на участке со следующими агрохимическими показателями: содержание гумуса – 2.3%, рН_KCl – 5.3, гидролитическая кислотность – 2.8, обменная кислотность – 0.028 и сумма поглощенных оснований – 18.8 мг-экв/100 г, степень насыщенности основаниями – 87%, содержание подвижного фосфора и калия – 115 и 170 мг/кг соответственно. Формы примененных удобрений – аммонийная селитра или мочевина, двойной или простой суперфосфат, калий хлористый. Удобрения вносили под зерновые культуры и картофель, в посеве клевера изучали последействие. Солому в опыте с 2013 г. не отчуждали с поля.

Почвенные образцы отбирали в конце 6-й ротации севооборота (2018–2019 гг.) по слоям 0–20, 20–40, 40–60 см. Отбор проводили буром в 5-ти точках на делянке, образцы смешивали. Основные агрохимические показатели почвы определяли в соответствии с ГОСТами и методиками ЦИНАО. Содержание различных форм калия изучали с использованием следующих методов: легкоподвижной – в 0.01 М СаСl₂ вытяжке, подвижной – по Кирсанову, необменной – по Гедройцу. Валовое содержание калия определяли после мокрого озоления в смеси концентрированной серной кислоты и пероксида водорода [15]. Статистическую обработку данных проводили по Б.А. Доспехову (1985) с использованием Microsoft Excel.

Исследование проводили в IV агроклиматическом районе Пермского края. В физико-географическом отношении район находится в подзоне южной тайги и хвойно-широколиственных лесов. Климат – умеренно-континентальный с холодной, продолжительной, снежной зимой и теплым коротким летом. Сумма средних суточных температур >10°С составляет 1700–1900°С. Переход среднесуточных температур воздуха через 10°С весной приходится на 2-ю декаду мая, осенью – на конец 1-й–начало 2-й декады сентября. Длительность периода активной вегетации в среднем составляет 115 сут, с температурой >15°C – 60 сут. Район относится к зоне достаточного увлажнения: средний ГТК = 1.4, осадков за год выпадает 470–500 мм, бóльшая часть которых приходится на теплое полугодие – с апреля по октябрь (66–77%). Число дней со снежным покровом в среднем составляет 176 [16].

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Анализ урожайности сельскохозяйственных культур в 6-й ротации севооборота (2013–2019 гг.) показал, что применение P60K60 обеспечило достоверное увеличение урожайности клубней картофеля на 27% и сена клевера лугового 2-го г. п. – почти в 2 раза (табл. 1).

Таблица 1. Изменение урожайности полевых культур и продуктивности севооборота при длительном применении возрастающих доз азотных удобрений (6-я ротация, 2013–2019 гг.)

Использование азотных удобрений в дозе 30 кг д. в./га на фоне P60K60 привело к росту урожайности яровых зерновых культур (пшеницы, ячменя, овса) на 16–26%, клубней картофеля – на 43% и сена клевера лугового 2-го года пользования (г.п.) – в 2 раза относительно контрольного варианта. Дальнейшее увеличение дозы азотных удобрений не оказало существенного влияния на урожайность яровой пшеницы, ячменя, овса и клевера лугового. Отмечены тенденции к уменьшению урожайности озимой ржи что, по-видимому, было связано с полеганием культуры. Более отзывчивой культурой на увеличение дозы азотных удобрений на фоне P60K60 оказался картофель. Выделился вариант N60P60K60, в котором урожайность клубней составила 28.4 т/га (на 54% больше контроля).

Максимальная продуктивность полевого 8-польного севооборота (4.19 т з. е./га/год) и окупаемость 1 кг д. в. удобрений (8.7 кг з. е.) в опыте получена при использовании дозы азотных удобрений N30 на фоне P60K60. Наименьшая продуктивность севооборота (3.80 т з. е./га/год) и окупаемость удобрений (2.8 кг з. е.) отмечена в варианте N120P60K60.

Баланс калия в почве в вариантах в 6-й ротации севооборота варьировал от –31 до –52 кг/га (табл. 2).

Таблица 2. Хозяйственный баланс калия в полевом восьмипольном севообороте (6-я ротация)

* С удобрениями и семенами.

Внесение калия хлористого в дозе 60 кг д. в./га под зерновые культуры и картофель обеспечило интенсивность баланса 51–57%. Солому в опыте в 6-й ротации с поля не отчуждали. За 48 лет ведения опыта (с учетом выноса соломой в 1–5-й ротациях) сельскохозяйственные культуры в зависимости от варианта потребили из почвы от 3.3 до 4.9 т K₂O/га.

Содержание в почве легкообменных, подвижных и необменных соединений калия при длительном внесении P60K60 сохранилось на уровне контрольного варианта (табл. 3).

Таблица 3. Изменение содержания легкообменных, подвижных и необменных соединений калия по профилю почвы при длительном применении возрастающих доз азотных удобрений (6-я ротация), мг/кг

Применение азотных удобрений на фоне P60K60 привело к увеличению подвижности калия в почве. Достоверное увеличение (относительно фона) содержания легкообменных и подвижных соединений калия отмечено при внесении азотных удобрений от 60 до 120 кг д. в./га в слое 0–20 см почвы в 1.5–1.9 и 1.2–1.3 раза соответственно. Повышение количества легкообменных соединений калия (относительно фона) наблюдали также в слое 40–60 см в 1.8–1.9 раза при применении высоких доз азотных удобрений N90 и N120. При длительном использовании минимальной дозы азотных удобрений N30 отмечены только тенденции к увеличению содержания легкообменных (в 1.3 раза) и подвижных (в 1.1 раза) соединений калия в почве. Полученные результаты могли быть обусловлены не только наименьшим влиянием азотных удобрений при их низкой дозе на растворимость калийных соединений, но и максимальным выносом калия растениями за ротацию в данном варианте N30P60K60. Внесение максимальной дозы азотных удобрений N120P60K60 привело к достоверному увеличению необменных соединений калия в 1.1 раза в слое 0–20 см почвы.

Валовое содержание калия в дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почве при длительном применении фосфорно-калийных удобрений и возрастающих доз азотных удобрений относительно контрольного варианта существенно не изменилось (табл. 4).

Таблица 4. Изменение валового содержания калия по профилю почвы при длительном применении возрастающих доз азотных удобрений (6-я ротация)

Изучение динамики содержания подвижного калия в ротациях севооборота показало, что влияние более высоких доз азотных удобрений (N90P60K60 и N120P60K60) на его содержание наблюдали с 4-й ротации (рис. 1).

Рис. 1. Изменение содержания подвижных калийных соединений в пахотном слое почвы в ротациях севооборота, мг/кг.

Содержание подвижных соединений калия в пахотном слое почвы (0–20 см) в данных вариантах в 4–6 ротациях было больше исходного уровня в 1.2–1.3 раза. Сравнение вариантов P60K60 и N60P60K60 показало, что поддержание содержания подвижных соединений калия на исходном уровне при применении полного минерального удобрения происходило в большей степени за счет влияния азотных удобрений на растворимость и доступность калийных соединений.

Содержание подвижного калия в почве (слой 0–20 см) в ротациях в варианте без удобрений было меньше исходного уровня (170 мг/кг) на 10–25%. Не установлено четкой закономерности уменьшения содержания подвижных соединений калия от ротации к ротации, что свидетельствовало об участии в питании растений других форм калия, более прочно связанных с минеральным скелетом почвы. Считается, что содержание подвижного калия в почвах при длительном некомпенсируемом выносе сельско- хозяйственными культурами постепенно достигает определенного “минимального” уровня, который впоследствии практически не изменяется, несмотря на продолжающееся потребление культурами почвенного калия [17, 18].

Полученные данные о влиянии азотных удобрений на показатели калийного режима почвы в первую очередь были связаны с изменением ее кислотности. Длительное применение азотных удобрений (N30–120P60K60) привело к уменьшению показателя рН_KCl в слое 0–20 см почвы с 4.6 (фон) до 4.3–4.5 ед. рН и увеличению гидролитической кислотности с 3.1 (фон) до 3.3–3.4 мг-экв/100 г (рис. 2).

Рис. 2. Изменение показателей рН_KCl (ед.рН) (а) и гидролитической кислотности (мг-экв/100 г) (б) в слое 0–60 см почвы при длительном применении возрастающих доз азотных удобрений (6-я ротация).

Увеличение гидролитической кислотности почвы при использовании высоких доз азотных удобрений (N90P60K60 и N120P60K60) наблюдали также в слое 40–60 см, что согласовалось с данными об изменении содержания легкообменных соединений калия. Установлены высокая и очень высокая корреляционные зависимости между содержанием в почве подвижных, легкообменных соединений калия и показателями кислотности почвы (для pH_KCl r = –0.87–0.93, для Н_г r = 0.78–0.87).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, показано, что применение P60K60 на дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почве в климатических условиях Предуралья обеспечило увеличение урожайности клубней картофеля на 27%, сена клевера 2-го г. п. – почти в 2 раза. Наиболее эффективной дозой азотных удобрений для применения под яровые зерновые культуры оказалась доза N30 (N30P60K60), под картофель – N60 кг (N60P60K60). Урожайность культур в этих вариантах увеличилась на 16–54%. Максимальная продуктивность полевого 8-польного севооборота (4.19 т з. е./га/год) и окупаемость 1 кг д. в. удобрений (8.7 кг з. е.) получена при внесении N30P60K60.

Выявлено, что применение азотных удобрений приводило к увеличению подвижности соединений калия в почве. Установлен достоверный рост содержания легкообменных соединений калия относительно фона P60K60 в слое 0–20 см почвы в 1.5–1.9 раза при внесении N60–120, в слое 40–60 см – в 1.8–1.9 раза при внесении N90–120. Повышение количества подвижных соединений калия (относительно фона) наблюдали только в слое 0–20 см в 1.2–1.3 раза при использовании азотных удобрений в дозах N60–120 кг. Применение максимальной дозы азотных удобрений (N120P60K60) привело к увеличению содержания необменных соединений калия в 1.1 раза, что возможно свидетельствовало о разрушении минеральной части почвы.

Не установлено существенного влияния длительного применения фосфорно-калийных удобрений в дозе P60K60 и возрастающих доз азотных удобрений на валовое содержание калия в дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почве.

Об авторах

М. Т. Васбиева

Автор, ответственный за переписку.
Email: vasbieva@mail.ru
Россия, 614532, Пермский край, ул. Культуры, Пермский р-н, с. Лобаново, 12

Список литературы

Дополнительные файлы

Доп. файлы

Действие

1. JATS XML

Скачать

2. Рис. 1. Изменение содержания подвижных калийных соединений в пахотном слое почвы в ротациях севооборота, мг/кг.

Скачать (64KB)

Метаданные

3. Рис. 2. Изменение показателей рНKCl (ед.рН) (а) и гидролитической кислотности (мг-экв/100 г) (б) в слое 0–60 см почвы при длительном применении возрастающих доз азотных удобрений (6-я ротация).

Скачать (125KB)

Метаданные