Калийное состояние почвы и урожайность картофеля при внесении бесхлорных калийных удобрений

Funding: this work was carried out under RSF-Buryatia Project No. 24-26-20061, "The Impact of Chlorine-Free Potassium-Containing Fertilizers Based on Synnyrites on the Yield and Quality of Agricultural Crops in Buryatia".

Введение. Известно, что источником пополнения почвенного раствора и поглощающего комплекса калием являются минералы. В нас– тоящее время одной из центральных задач современной прикладной агроэкологии является поиск и внедрение экологически и экономически обоснованных методик повышения урожайности агрокультур посредством использования альтернативных источников минерального питания. В условиях глобального изменения климата и нарастающего дефицита традиционных минеральных ресурсов, а также в контексте устойчивого развития сельского хозяйства возникает необходимость в применении нетрадиционных источников минерального питания для растений. В качестве источника для получения новых бесхлорных калийных удобрений рассматри- ваются калийсодержащие агроруды Сынныр-ского массива (Северо-Байкальский район Республики Бурятия) [1–3].

Сынныриты – ультракалиевые алюмосиликатные породы (K 2 O 18–21 %), состоящие из калиевого полевого шпата (65–80 %) и химически активного кальсилита (20–25 %).

Рис. 1. Сыннырский массив, участок Калюмный Synnyr massif, Kalyumny section

Минеральный состав сыннырита позволяет при глубокой его переработке получать растворимые соли калия и глинозем [4, 5]. Однако предлагаемые схемы являются при применении дорогостоящими и пока не находят практического применения.

Для достижения максимальной эффективности калийных удобрений необходимо хорошее обеспечение растений достаточным количеством азота и фосфора. На почвах, обедненных этими элементами, применение одних только калийных удобрений не даст положительного эффекта [6]. Сбалансированное применение калийных удобрений на каждый килограмм К 2 О обеспечивает в среднем получение следующего количества товарной продукции, кг/га: сахарной свеклы 35–40, картофеля 20–33 и т. д. Окупаемость единицы калия возрастает на легких и торфянистых почвах. Внесение калийных удобрений в регионах России остается на низком уровне – менее 10 кг К 2 О/га, а значительная часть регионов вносит менее 5 кг/га калийных удобрений. Почвы Бурятии характеризуются высоким содержанием валового калия по сравнению с Западно-Сибирской и Европейской территориями России. Это свойство почв обусловлено уникальным минералогическим составом подстилающих пород, богатых полевыми шпатами и слюдами [7, 8, 11].

Ранее [9] в микрополевом опыте были получены результаты прямого воздействия сынны-рита, и сочетания его с различными дозами и соотношениями минеральных удобрений показали положительное влияние на продуктивность столовой свеклы . В в егетационном опыте (вегетационный домик БГСХА им. Филиппова ) было изучено действие и последействие удобрений на продуктивность и питательную ценность райграса пастбищного. Выявлен пролонгированный эффект действия сынныритов на райграсе перед сернокислым калием в вегетационных условиях.

Цель исследования – определение влияния удобрений на основе сынныритов на урожайность картофеля и калийное состояние данной почвы в условиях сухой степи на каштановой супесчаной почве.

Объекты и методы. В 2023–2025 гг. проведены микрополевые исследования на каштановой почве в сухостепной зоне Иволгинского района Республики Бурятия. Географические координаты участка: 51.751955° с.ш., 107.418332° в.д. Площадь учетной делянки – 2,1 м², 4-кратная повторность. Все агротехнические работы проводились вручную в соответствии с общепринятыми в практике подобного рода требованиями.

Проводились исследования по изучению эффективности использования калийсодержа- щих удобрений и сынныритов под картофель сорта Гала (Solanum tuberosum) как культуры высокого выноса калия в сухостепной зоне Бурятии на каштановой почве. В качестве опытной культуры применяли картофель сорта «Гала», сорт немецкой селекции, среднераннего срока созревания, столового назначения. В Государственном реестре селекционных достижений данный сорт картофеля зарегистрирован в 2008 г. Товарная урожайность 216–263 ц/га, максимальная урожайность – 390 ц/га.

Схема опыта включала следующие варианты: 1 – без удобрений (контроль); 2 – N 120 P 60 (фон); 3 – N 120 P 60 + К 2 SO 4 (Кс); 4 – N 120 P 60 + Сыннырит (С 1 ); 5 – N 120 P 60 + Сыннырит + окисленный бурый уголь (3 : 1) (С 2 ). В опытах применялись следующие удобрения: простой суперфосфат, аммиачная селитра, сернокислый калий. Фосфор (простой суперфосфат), азот (селитра аммиачная) вносили из расчета N 120 P 60 кг/га. В качестве калийного удобрения применяли сернокислый калий (Кс), измельченный сынны-рит (С 1 ) и органоминеральное удобрение (С 2 ) из расчета K 150 кг/га.

Испытуемые варианты удобрения с сынны-ритами вносились виде порошка. Органическое удобрение не вносили. Удобрения в опыте ежегодно вносили весной в почву осенью с посадкой картофеля в безветренную погоду. Высадку картофеля проводили во второй декаде мая на глубину 8–10 см, схема высадки 25 × 70 см, посадочный материал средней массой (50–80 г).

Учет и уборку урожая проводили в сентябре, во второй декаде месяца в теплую сухую погоду. Почвенные образцы на анализ отбирали во время уборки урожая. Определение агрохимических свойств почв проведены общепринятыми методами. Содержание подвижного и водорастворимого калия определяли пламенно-фотометрический методом. Урожайность оценивали сплошным весовым методом с учетной площади каждой делянки. Математическая обработка результатов исследования выполнена методом дисперсионного анализа по Б.А. Доспехову [10] с использованием программного обеспечения MS Eхcel.

Годы проведения исследований различались по температурному режиму (табл. 1), количеству осадков и их распределению в период вегетации культуры. Вегетационный период 2023 г. (май) характеризовался сухой и прохладной погодой: количество выпавших осадков наполовину ниже (– 50 %). Среднемесячная температура воздуха была ниже на 0,4 °С по сравнению со средними многолетними значениями. В июне и июле был зафиксирован дефицит атмосферных осадков. Основное количество осадков, составившее более 50 % от их суммарного объема за вегетационный период, выпало в августе, Температурный режим характеризовался повышением среднемесячных значений на 0,8–3,2 °С по сравнению с климатической нормой по региону, без возврата поздних летних и ранних осенних заморозков.

Таблица 1

Условия увлажнения и теплообеспеченности вегетационного периода за 2023–2025 гг.

Conditions of moisture and heat supply during the growing season for 2023–2025

Год	Показатель	Период	Месяц					За вегетационный период
			Май	Июнь	Июль	Август	Сент.
Среднее многолетнее	Осадки, мм	Месяц	10,4	40,1	62,9	55,1	28,9	197,4
	Температура, °С	Месяц	9,5	16,1	18,6	16,9	8,5	13,9
2023 г.	Осадки, мм	I дек.	2,3	1,9	18,4	82,4	24,1	248,5
		II дек.	2,8	13,1	17,4	25,5	0,9
		III дек.	0	6,6	21,8	18,4	12,9
		Месяц	5,1	21,6	57,6	126,3	37,9
		±, мм от средн.	–5,3	–18,5	–5,3	71,2	9,0	51,1
	Температура, °С	I дек.	8,7	16,8	19,3	19,3	14,4	15,3
		II дек.	7,1	16,8	21,0	17,4	11,2
		III дек.	11,6	19,3	20,9	16,3	9,4
		Месяц	9,1	17,6	20,4	17,7	11,7
		±, °С от средн.	–0,4	1,5	1,8	0,8	3,2	1,4
2024 г.	Осадки, мм	I дек.	4,2	9,7	3,6	15,7	2,3	275,7
		II дек.	1,2	18,8	16,1	25,2	2,7
		III дек.	34,8	28,7	92,8	19,9	0
		Месяц	40,2	57,2	112,5	60,8	5
		±, мм от средн.	29,8	17,1	49,6	5,7	–23,9	78,3

Окончание табл. 1

2024 г.	Температура, °С	I дек.	9,1	16	24	19,7	13,2	16,0
		II дек.	13	18,3	21,6	20	7,9
		III дек.	14,5	18	21,6	16,5	6,9
		Месяц	12,2	17,4	22,4	18,7	9,3
		±, °С от средн.	2,7	1,3	3,8	1,8	0,8	2,1
2025 г.	Осадки, мм	I дек.	0,1	7,5	2,3	17	22	216,9
		II дек.	0,9	3,4	5,3	54	2,0
		III дек.	14	26	15	45	2,4
		месяц	15	36,9	22,6	116	26,4
		±, мм от средн.	4,6	–3,2	–40,3	60,9	–2,5	19,5
	Температура, °C	I дек.	9,7	14,3	20,6	19,5	12	15,6
		II дек.	8,6	18,1	22,3	17,2	10,1
		III дек.	14,5	22,9	18,3	16,3	11
		Месяц	11	18,4	20,4	17,6	11
		±, °С от средн.	1,5	2,3	1,8	0,7	2,5	1,9

В 2024 г. температура воздуха была выше по всем месяцам на 1,3–3,8 °С. За май – сентябрь выпало 275,7 мм осадков, что на 78,3 мм больше, чем в среднем по годам. Наибольшее количество осадков выпало в июле и составило 112,5 мм. В сентябре всего выпало 5 мм, что ниже на 23,9 мм среднемноголетних данных.

Вегетационный период 2025 г. сложился крайне неблагоприятно, недостаток осадков наблюдался в мае–июле. В июне и июле выпало 36,9 и 22,6 мм осадков соответственно, что меньше нормы на – 40,3 мм от среднемноголетних значений. За вегетационный период выпало 216,9 мм осадков, что на 58,8 мм меньше, чем в среднем по годам. В августе 2025 г. Министерством сельского хозяйства и продовольствия

Таблица 2

Характеристика исходного уровня плодородия почвы (2023 г., перед закладкой микрополевого опыта) Characteristics of the initial level of soil fertility (2023, before the micro-field experiment)

Республики Бурятия был объявлен режим чрезвычайной ситуации на территориях большинства муниципальных образований из-за сильнейшей почвенной засухи.

Почвенный покров экспериментального опытного участка однородный. Почва типичная каштановая мучнистокарбонатная, по гранулометрическому составу – супесчаная с низким содержанием гумуса (2,0 %), рН – нейтральная, обеспеченность фосфором низкая (14,6 мг/кг), обменным калием – средняя (110 мг/кг) по Мачигину. Сумма поглощенных оснований – высокая, с преобладанием катиона Са над Мg (табл. 2). По агропочвенному районированию территория Иволгинского района отнесена к сухостепной зоне.

Cлой почвы, см	рН, ед. (КСl)	Гумус,%	N-NO 3	Р 2 О 5	К 2 О	Ca2+	Mg2+	Содержание фракций, % размер, мм
			мг/кг почвы			мг-экв/100 г почвы		< 0,01	< 0,001
0–20	6,7	2,0	0,81	14,6	110	17,5	6,4	20	8

Изучаемый сыннырит c Калюмного месторождения Сыннырского массива и сыннырит с окисленным бурым углем с Гусиноозерского месторождения [5] имели следующие характеристики, представленные в таблице 3.

Алюмокалиевые породы (сыннырит) содержит 50 % микроклина, ортоклаза до 18,7 % из группы калиевых полевых шпатов K[AlSi 3 O 8 ] и 21,8 % кальсилита K[AlSiO 4 ] (табл. 3). Минералогический и химический составы сынныритов позволяют их рассматривать в качестве агроруды.

В опыте применялся измельченный сынны-рит класса крупности – 0,071 мм с содержанием лимонно-растворимого калия 7,0 % и общего калия К 2 О – 18,6 %, а также удобрение на основе сыннырита – удобрительная смесь, полученная в процессе совместной механоактивации сыннырита с окисленным бурым углем (ОБУ) Гусиноозерского месторождения в соотношении 3 : 1. Данная удобрительная смесь с содержанием окисленного угля 25 % содержала калия общего К 2 О 14,5 %, лимонно-растворимого К 2 О (ЛР) – 5,5 % и гуминовых веществ – 20 %.

Таблица 3

Минералогический и химический состав сыннырита Калюмного месторождения Mineralogical and chemical composition of the sonnithite from the Kalyumnoye deposit

Минерал							Содержание, %
Калиевый полевой шпат (микроклин, ортоклаз) K[AlSi 3 O 8 ]							68,7
Кальсилит K[AlSiO 4 ]							21,8
Калийсодержащий нефелин Na,K[AlSiO 4 ]							8,4
Магнетит Fe 3 O 4							0,8
Биотит K(Mg, Fe) 3 [Si 3 AlO 10 ][OH, F] 2							0,3
Содержание, %
Al 2 O 3	SiO 2	K 2 O	Na 2 O	MgO	CaO	TiO 2	Fe 2 O 3	P 2 O 5	Rb 2 O
22,70	55,19	18,60	0,80	0,10	0,30	0,05	2,10	0,07	0,09

Использованный окисленный бурый уголь характеризовался слабокислой реакцией среды, со значительным содержанием гуминовых кислот (до 90 %), небольшим содержанием влаги (9 %). Элементный состав окисленного бурого угля и гуминовых кислот Гусиноозерского месторождения приведены в таблице 4.

Технический и элементный состав окисленного бурого угля и гуминовых кислот Гусиноозерского месторождения, %

Technical and elemental composition of oxidized brown coal and humic acids from the Gusinoozersk deposit, %

Содержание тяжелых металлов (Pb, Cu, Ni, Co, Mo, Cr, Zn, Mn, Cd) в окисленном буром угле (в пересчете на общую массу угля) Гусиноозерского месторождения не превышало токсикологические показатели для органических удобрений [5, 17].

Таблица 4

Образец	Технический анализ, масс. %		Элементный анализ, масс. %
	Ad	Wa	C daf	Hdaf	N daf	S daf	O*
OБУ	22,0	9,0	67,1	3,1	1,3	0,5	28,0
ГК	3,0	–	50,5	3,5	1,9	1,0	43,1

Содержание кислорода вычислено по разности; W^a – влажность аналитическая .

Результаты и их обсуждение. Анализ данных таблицы 5 показал, что выход товарной продукции на контрольном варианте за трехлетний период составил в среднем 20,9 т/га, максимальная урожайность получена на варианте с применением сыннырита с ОБУ С 2 – 27,9 т/га. Положительное действие на урожайность картофеля в 2023 г. оказывали все удобрения, так как температурный режим и вла-гообеспеченность были благоприятнее, чем в последующие два года. Атмосферная засуха, даже при поливах, обусловила снижение эффективности минеральных удобрений в вегетационные сезоны 2024–2025 гг. по сравнению с 2023 г. Фоновое удобрение (азот, фосфор) показало достаточно низкую агрономическую эффективность: прибавка к контролю в среднем за 3 года составила 0,7 т/га, или 3,3 %. Внесение сернокислого калия (Кс) сформировало прибавку урожайности на 17,2 % к контролю и на 13,4 % по отношению к фону. Варианты С 1 и С 2

также показали прибавку в урожайности: дополнительно было получено от 4 до 7 т/га, или от 20,1 до 33,4 % товарной продукции по отношению к контролю, прибавка к фону составило от 16,2 до 29,1 % соответственно.

Наибольшая прибавка урожайности, полученная на варианте С 2 , вероятнее всего, обусловлена не только действием сыннырита, но и действием органической части бурого угля (гуминовых кислот).

Продуктивность растений напрямую зависит от уровня питательных веществ в почве. Калийный режим почв во многом зависит не только от природных факторов почвообразования, но и от антропогенных воздействий, в т. ч. от уровня агротехники, выращивания сельскохозяйственных культур, системы применения удобрений, севооборотов и системы мелиорации. Вышеперечисленные факторы воздействия на почвы создают новые условия функционирования почв [11–14].

Таблица 5

Вариант	Урожайность, т/га			В среднем за 3 года	Прибавка к контролю		Прибавка к фону		Прибавка к К 2 SO 4
	2023 г.	2024 г.	2025 г.
					т/га	%	т/га	%	т/га	%
К	25,9	21,4	15,4	20,9	–	–	–	–	–	–
Фон	27,4	25,5	12,0	21,6	0,7	3,3	–	–	–	–
Кс	30,9	25,6	17,0	24,5	3,6	17,2	2,9	13,4	–	–
С 1	32,7	27,8	15,0	25,1	4,2	20,1	4,2	16,2	0,6	2,4
С 2	36,1	30,3	17,5	27,9	7,0	33,4	6,3	29,1	3,4	13,8
НСР 0,5 т/га	4,01

Влияние удобрений на урожайность товарной продукции картофеля, т/га Effect of fertilizers on the yield of marketable potato products, t/ha

Каштановые почвы Забайкалья характеризуются высоким содержанием калия (2,57– 3,19 %), что связано с минералогическим составом почвообразующих пород. Это в два раза больше, чем в каштановых почвах центральных районов России. Таким образом, все калийсодержащие минералы могут, в той или иной степени, служить непосредственными источниками калийного питания растений. Наибольшее количество калия зафиксировано в крупных гранулометрических частицах, минимум его зафиксирован в илистой фракции [1, 7, 8, 18].

Уровень калийного питания растений в почве определяется преимущественно по содержанию в ней обменного калия. В настоящее время имеется большой объем экспериментальных данных, свидетельствующих о низкой и средней обеспеченности почв Бурятии подвижными формами калия при его высоком содержании в валовом составе. Калий находится в силикатной трудно или практически недоступной форме для растений [11].

Большая часть калия удобрений закрепляется физико-химически и находится в обменнопоглощенном состоянии. Он способен переходить в почвенный раствор при вытеснении его другими катионами как самой почвы, так и вносимых удобрений. Однако передвижение калия происходит значительно медленнее, чем нитратов и хлоридов, что обусловлено особенностями калийного состояния почвы [7, 19, 20].

Подвижность содержания обменного калия в пахотном слое почвы показывает его изменчивость не только в период вегетации, но и в течение всего исследования. На рисунке 2 представлено изменение содержания обменного калия в слое почвы (0–20 см). Обеспеченность подвижным калием в исходном образце почвы находится на низком уровне – 110 мг/кг. За последующий трехлетний период исследования наблюдалось увеличение содержания обменно- го калия в пахотном слое почвы. По фону (NP) обменный калий (Кобм) увеличился на 1,2 раза относительно контрольного варианта. При внесении сернокислого калия произошло увеличение Кобм на 1,6 раза, на 2,5 раза – на варианте с сынныритовой мукой, на 1,4 раза – на варианте с сынныритом, обогащенным углем. В 2024 г. наблюдается максимальное количество содержания Кобм до 377 мк/кг почвы – это в 3,4 раза больше, чем на контроле. За 2 года внесения калийных удобрений наблюдалось увеличение содержания Кобм с низкой обеспеченности до повышенной. В 2025 г. довольно сильному иссушению подверглась вся толща верхнего слоя. Растительность сильно страдала от недостатка влаги, вследствие чего задерживалась их вегетация. Вероятнее всего, жесткий гидротермический режим почвы являлся причиной низкого уровня образования обменных форм калия на всех вариантах опыта. Весной и в начале лета поверхностные слои почвы (вплоть до глубины 0–50 см) сильно иссушались и влажность их, даже в период повышенного увлажнения, падала до величины ВЗ–ВРК [8].

В калийном питании растений участвуют все формы калия (обменный и необменный, водорастворимый, структурный), формирующие актуальные и потенциальные его запасы. Значительные запасы калия в почвах и динамическое равновесие между различными его формами затрудняют выбор показателей, характеризующих способность почвы обеспечить калийное питание растений. Реальную картину обеспеченности растений калием дает содержание в почве обменной и необменной форм этого элемента. Изменение содержания форм калия в почвах агроценозов при различной интенсивности калийного баланса, связь этих показателей с продуктивностью выращиваемых культур представлены в ряде работ [7, 14–16].

В таблице 6 показаны результаты содержа- необменной формы калия в почве после трех-ния валовой, водорастворимой, обменной и летнего внесения удобрений.

Рис. 2. Содержание обменного (подвижного) калия (по Мачигину) в пахотном слое по годам исследований на картофеле, мг/кг

Exchangeable (mobile) potassium content (according to Machigin) in the arable layer by year of research on potatoes, mg/kg

Таблица 6

Содержание форм калия (К 2 О) в исследуемой почве в слое 0–20 см после 3 лет внесения удобрений под картофель, мг/100 г

Content of potassium forms (K 2 O) in the studied soil in the 0–20 cm layer after 3 years of fertilization for potatoes, mg/100 g

Номер варианта	Вариант	Калий
		Валовой	Водорастворимый	Обменный	Необменный
1	Исходная почва	1990	0,38	11,0/–	2075/–
2	К	1700	0,20	10,1/–0,9*	1792/–283*
3	Фон	1450	0,41	13,7/+2,7	1539/–536
4	К с	2170	0,25	18,4/+7,3	2271/+196
5	С 1	1924	0,25	27,8/+16,6	2038/–37
6	С 2	2830	0,33	15,1/+4,0	2188/+113
	НСР 0,5	41	0,01	4,75	243,0

* Увеличение или уменьшение форм калия относительно исходной почвы опытного поля.

Водорастворимый калий поглощается картофелем [7], так как картофель – культура высокого выноса этого элемента. В связи с этим в испытуемых вариантах содержание калия водорастворимой форме не достигает 1 мг/100 г почвы. Максимальное значение по водорастворимому калию было достигнуто в варианте с фоном – 0,41 мг/100 г почвы, что даже превышает значение исходной почвы (0,38 мг/100 г почвы), а минимальное значение – в варианте без внесения удобрений К – 0,20 мг/100 г почвы.

Невнесение удобрений (контроль) снизило количество всех форм калия в почве, тогда как на вариантах Кс и С2 фиксация Кнеобм существенно возрастает. В вариантах с Кс и С2 прои- зошла фиксация Кнеобм с положительным балансом +196 и +113 соответственно, в варианте С1 отмечается незначительный отрицательный баланс (до –37), на вариантах с контролем и фоновым внесением NP удобрений снижение баланса – до –283 и –536 соответственно. Проявление фиксирующей способности почвы на варианте с внесением сыннырита, обогащенного окисленным бурым углем, может быть обусловлено влиянием характера взаимодействия органического вещества с минеральной частью почвы.

Заключение. В микрополевых опытах, проведенных на каштановой почве сухостепной зоны в Иволгинском районе Республики Бурятия, была установлена не только агрономичес- кая эффективность от применения калийных удобрений на основе сыннырита, но и процесс накопления доступных форм калия в почве.

Тонкоизмельченный сыннырит по влиянию на урожай не уступает стандартному калийному удобрению. Наибольшая эффективность по урожайности картофеля достигается в вариантах С 1 и С 2 с применением сынныритовой муки и сыннырита, обогащенного окисленным бурым углем от 4,2 до 7 т/га, или от 20,1 до 33 %, по сравнению с контролем. Прибавка урожайности к фону на вариантах с сынныритами составила от 16,2 до 29,1 %, а по отношению к сернокислому калию – от 2,4 до 13,8 %.

Во всех вариантах содержание водорастворимого калия не достигало значения 1 мг/100 г почвы, так как интенсивно поглощалось картофелем. Дефицит обменного калия наблюдается в контрольном варианте, максимальное накопление происходит на варианте с сынныритовой мукой С 1 .

Таким образом, результаты проведенных исследований на картофеле показали, что удобрения на основе сыннырита доказывают перспективность дальнейших исследований в целях практического их применения.