Оптимизация минерального питания козлятника восточного (Galega orientalis) на основе почвенной диагностики серой лесной почвы

Полевые опыты по изучению влияния различных доз и сочетаний минеральных удобрений на химический состав почвы и урожайность зеленой массы козлятника восточного проведены в 2013–2016 гг. на опытном поле отдела северного земледелия СибНИИСХ СО РАСХН, расположенном в подтаежной зоне Омской области. Почва опытного поля серая лесная маломощная, грунтово-глееватая тяжелосуглинистая, типичная для зоны, представляет основной зональный тип почв и занимает почти половину всей площади отдела земледелия. С целью высокоэффективного использования ограниченных ресурсов минеральных удобрений, для контроля за ростом, развитием и формированием урожая в исследованиях применялись различные оперативные методы диагностики [1]. К одним из самых распространенных относится почвенная диагностика, в ее основе систематическое определение относительно быстро меняющихся агрохимических почвенных показателей [2].

В данном опыте проводилось постоянное исследование почв на содержание элементов питания. Удобрения вносили под культивацию в первый год закладки опыта. Затем почвенные образцы отбирали через две недели после внесения удобрений (день появления первых всходов), во второй, третий и четвертый год жизни козлятника восточного – рано весной в фазу отрастания и летом в период проведения первого укоса. Образцы почв слоя 0–20 см для химического анализа отбирали для определения фосфора, калия и гумуса и в 40 см почвы – содержания нитратного и аммонийного азота почвы.

Объекты и методы

Закладка опытов с удобрениями и все наблюдения за состоянием посевов проведены по общепринятым методикам [3]. В соответствии с условиями проводимых исследований подобраны и специальные методы: полевые опыты с удобрениями, наблюдение за ростом и развитием растений, лабораторный анализ почв и растений, а также статистическая обработка данных. Опыты заложены однофакторные. Факторами, определяющими величину урожая в опыте, являлись разные дозы удобрений. Делянки располагались в соответствии со схемой, представленной в табл. 1. Площадь одной делянки 16 м2 (10 х 1,6 м). Повторность вариантов в опытах четырехкратная, размещение последовательное в один ярус. Применяли удобрения: карбамид (N – 46,0%), суперфосфат двойной (46%), калий сернокислый (52%).

Объект исследования – козлятник восточный, относящийся к Семейству Бобовые (Fabaceae), роду Галега (Galega L.). Сорт – Гале.

Экспериментальная часть

В результате улучшения условий питания козлятника восточного на серой лесной почве путем применения минеральных удобрений обеспечены прибавки урожая зеленой массы за 2013–2016 гг. с 13,1 до 45,3 т/га, или на 13,5–46,8% соответственно (табл. 1).

Четырехлетние исследования показывают, что козлятник восточный хорошо реагирует на фосфорные и калийные минеральные удобрения, применяемые в основное внесение. Необходимо было установить оптимальные дозы и сочетания вносимых удобрений, положительно влияющих на величину получаемой продукции вне зависимости от различных факторов окружающей среды. В результате статистического анализа данных экспериментов установлена высокая функциональная зависимость урожайности зеленой массы козлятника (У, т/га) от доз вносимых минеральных удобрений в почву (Х, кг д.в./га) (табл. 2, уравнения (1) и (2)).

Таблица 1

Урожайность зеленой массы козлятника восточного в сумме за 2013–2016 гг.

Вариант опыта	Урожайность, т/га				Сумма урожайности, т/га	Прибавка зел. массы
	2013	2014	2015	2016		т/га	%
Контроль (б/у)	2,4	22,3	30,6	41,4	96,7	–	–
N 45	3,4	24,2	33,0	49,2	109,8	13,1	13,5
N 45 P 180	3,9	25,2	44,9	57,3	131,3	34,6	35,8
N 45 P 360	3,8	24,4	45,0	61,0	134,2	37,5	38,8
N 45 P 540	3,8	25,1	34,3	51,6	114,8	18,1	18,7
N 45 P 180 K 180	4,3	27,1	31,2	58,0	120,6	23,9	24,7
N 45 P 360 K 180	5,9	27,1	39,0	59,4	131,4	34,7	35,9
N 45 P 180 K 360	9,0	27,8	42,0	63,2	142,0	45,3	46,8
НСР 05	0,55	1,07	1,43	1,56	4,61

Таблица 2

Эффективность влияния минеральных удобрений на урожайность зеленой массы козлятника восточного, полевые опыты 2013–2016 гг.

Вариант опыта		Сумма урожайности, зел. массы, т/га	Прибавка зел. массы к фону
			т/га	%
Э		фективность фосфорных удобрений
	Р 0	109,9	–	–
N 45	Р 180	131,3	21,4	16,5
	Р 360	134,3	24,4	22,2
Уравнение регрессии		УР 2 О 5 = 0,068Х + 112,5	r = 0,84	(1)
Эффективность калийных удобрений
	К 0	131,3	–	–
N 45 Р 180	К 180	131,4	0,1	0,1
	К 360	142,1	10,8	8,2
Уравнение регрессии		УК 2 О = 0,030Х + 129,50	r = 0,76	(2)

Из уравнения следует, что коэффициент интенсивности действия единицы поступившего фосфора (b 1 ) и калия (b 2 ) в почву (кг д.в./га) на формирование величины урожая зеленой массы козлятника восточного 0,067 и 0,030 т/га соответственно. Полученние нормативного показателя эффективности фосфорных удобрений позволяет на серых лесных почвах подтаежной зоны Западной Сибири проводить планирование прибавки урожая зеленой массы. Зная, что для получения 1 т/га зеленой массы козлятника восточного требуется 14,71 (^^~/^) кг действующего вещества фосфора и 33,3 ( _о О^/Гд_а ) кг действующего вещества калия, прибавку урожая можно рассчитать по формулам (3)–(4).

П т/га – прибавки от фосфорных (Др) и калийных (Дк) удобрений:

П т/га = Др, кг д.в./га / 14,71;(3)

П т/га = Дк, кг д.в./га / 33,3.(4)

Знания планируемой прибавки урожая (П, т/га) и коэффициентов интенсивности действия фосфора (b 1 = 0,068 т/га) и калия (b 1 = 0,030 т/га) позволяют спрогнозировать дозы внесения фосфора и калия (кг/га) под козлятник восточный по формуле

Д = 5Т.(5)

Например. При планировании прибавки зеленой массы козлятника восточного дозы фосфора и калия составят

Др = 24,4/0,068 = 359 кг д.в./га;(6)

Др = 10,8/0,030 = 360 кг д.в./га.(7)

В проводимых опытах фактическая прибавка в 24,4 т/га зеленой массы от удобрений получена при внесении фосфора в дозе 360 кг д.в./га, 10,8 т/га – при внесении калия в дозе 360 кг/га. Эти показатели подтверждаются и данными расчетами. Однако дальнейшее увеличение дозы фосфора до 540 кг/д.в. прибавки не дает, соответственно данная доза себя не оправдывает. Заметная прибавка от калийных удобрений в вариантах, где он применялся, была получена при внесении дозы 360 кг д.в./га.

Обеспечение растений питательными элементами и создание благоприятной среды для их возделывания достигаются в основном за счет внесения удобрений [4]. Их применение должно не только способствовать получению с наибольшим эффектом запланированного урожая, но и обеспечивать непрерывное повышение плодородия почвы. Значительно увеличить содержание доступных форм элементов питания в почве можно с помощью минеральных удобрений [5].

На серых лесных почвах средней обеспеченности растений элементами питания внесение одного азота под козлятник восточный способствовало увеличению азота на 1,4 мг/кг (на 15,6%), фосфора на 12,5 мг/кг (16,6%), калия на 5,0 мг/кг (7,9%) (табл. 3).

Таблица 3

Влияние минеральных удобрений на содержание в почве элементов питания мг/кг, за 2013–2016 гг.

Вариант	Доза вносимых удобрений				N-NO 3 , мг/кг	Р 2 О 5 , мг/кг	К 2 О, мг/кг
	N-NO 3	Р 2 О 5	К 2 О	Всего
Контроль (б/у)	0	0	0	0	9,4	75,4	63,3
N 45	45	0	0	45	10,8	87,9	68,3
N 45 P 180	45	180	0	225	10,2	115,9	72,4
N 45 P 360	45	360	0	405	11,0	135,9	78,4
N 45 P 540	45	540	0	585	17,4	162,9	81,6
N 45 P 180 K 180	45	180	180	405	16,1	156,9	94,5
N 45 P 360 K 180	45	360	180	585	15,7	155,9	89,7
N 45 P 180 K 360	45	180	360	585	15,2	150,2	116,7

Внесение фосфорных удобрений способствует увеличению в почве содержания подвижного фосфора (метод Кирсанова) примерно в два раза и незначительному увеличению азота и калия (табл. 3). При полном внесении удобрений повышается содержание всех элементов питания в почве.

Таблица 4

Взаимосвязь между вносимыми дозами Р 2 О 5 кг/га и содержанием подвижного Р 2 О 5 мг/кг в почве

Вариант	Доза Р 2 О 5 , кг д.в./га	Р 2 О 5 , мг/кг	Уравнение регрессии
N 45 P 0	0	87,9	y = 0,136х + 87,9       (8) r = 0,99
N 45 P 180	180	115,9
N 45 P 360	360	135,9
N 45 P 540	540	162,9

В табл. 4 представлены данные о взаимосвязи вносимых доз фосфорных удобрений (кг д.в./га – Х) с содержанием в почве подвижного фосфора (У, мг/кг). При высоком коэффициенте корреляции (r = 0,99) получено уравнение (8), которое указывает, что каждый килограмм вносимого фосфорного удобрения в почву увеличивает содержание доступного для растения фосфора в слое почвы 0–20 см на 0,136 мг/кг (b p ). Отсюда следует, что одному мг Р 2 О 5 /кг почвы (слой 0–20 см) соответствует эквивалентное количество 7,35 кг Р 2 О 5 фосфорных удобрений (1/0,136 = 7,35 кг).

Исследованиями установлено, что применение фосфорных и калийных удобрений под козлятник восточный сказывается положительно на развитии корневой системы, улучшает ее ветвистость, в результате на корнях больше образуется клубеньковых бактерий, приводя к увеличению содержания в почве нитратного азота на 61% (17,4 мг – 10,8 мг).

Согласно уравнению (9) нормативных показателей интенсивности действия внесения фосфорных удобрений на увеличение содержания подвижного фосфора в серой лесной почве («b р » = 0,136 мг/кг или 7,35 кг Р 2 О 5 удобрений) можно успешно рассчитать дозы Р 2 О 5 удобрений по формулам (9)–(10):

Д Р 2 О 5 = (С опт , мг/кг – С факт , мг/кг) / 0,136 кг/га, (9)

Д Р 2 О 5 = (С опт , мг/кг – С факт , мг/кг) ∙ 7,35 кг/га. (10)

На серых лесных почвах отмечается недостаток подвижного калия в почве, поэтому необходимо было установить взаимосвязи в системе «почва – удобрение – растение» в том числе с содержанием подвижного калия в слое почвы 0–20 см (табл. 5).

Таблица 5

Взаимосвязь между вносимыми дозами К 2 Окг д.в./га и содержанием в почве обменного К 2 О мг/кг. Средние данные за 2013–2016 гг.

Вариант	Доза К 2 О, кг д.в./га	К 2 О, мг/кг	Графическое изображение коэффициента корреляции и уравнение регрессии (11)
N 45 P 180	0	72,4	140 п 1 120 -                                        __* jioo -                _—-— 2 80 =                             v=0,12x + 72,4 1                             г=0,99 1 40 = 20 -и 0                                                                   ------Т------                    ------Т------                    ------! 0           100         200         300         400 Доза К2О, кг д.в./га
N 45 P 180 K 180	180	94,5
N 45 P 180 K 360	360	116,7

Из данных, приведенных в табл. 5, и уравнения (11) можно сделать выводы: чем выше доза внесенного калийного удобрения в почве (Х, кг д.в./га), тем больше в почве содержится обменного калия (У, мг/кг). Проведенные исследования дали возможность получить математические модели, отображающие зависимость содержания элементов питания в почве от доз вносимых удобрений в почву (коэффициент «b к » = 0,120). Математические модели позволяют связать конечный результат накопления элементов питания в почве («b» мг К 2 О/кг) с действующими величинами (дозами применяемых удобрений кг д.в./га) [6]. Выявленный средний нормативный показатель «b к » (0,120 мг/кг) интенсивности действия каждого килограмма поступившего в почву химического элемента Д (кг д.в. К 2 О/га) позволяет сделать гипотетический прогноз накопления элементов в почве.

Подобные задачи возможно решить с помощью модели прогнозирования элементов в почве (С, мг/кг) при внесении фосфорно-калийных удобрений в почву; формула (12)

С = С 1 + Д ∙ «b», (12) где С 1 – содержание элементов питания в почве до посева, мг/кг; Д – доза внесения элемента в почву, кг д.в./га; «b р » и «b к » – коэффициенты интенсивности действия единицы внесенного удобрения на содержание элемента в почве, мг/кг.

В табл. 6 показаны результаты полученных величин прогноза содержания фосфора и калия в почве от внесения доз удобрений по формуле (12).

Таблица 6

Внесено Р 2 О 5 , кг д.в./га	Содержание в почве, мг/кг		Ошибка прогноза, %	Внесено К 2 О, кг д.в./га	Содержание в почве, мг/кг		Ошибка прогноза, %
	фактическое	прогноз			фактическое	прогноз
N 45 P 0	87,9	–	–	N 45 P 180 К 0	72,4	–	–
N 45 P 180	115,9	112,4	3,0	N 45 P 180 К 180	94,5	94,0	0,5
N 45 P 360	135,9	136,8	0,96	N 45 P 180 К 360	116,7	115,6	1,1
N 45 P 540	162,0	161,3	1,56
«b р » = 0,136 мг/кг				«b к » = 0,120 мг/кг

Прогнозирование содержания подвижного фосфора и обменного калия в серой лесной почве слоя 0–20 см. Средние данные, 2013–2016 гг.

На основе полученных математических связей в системе «почва – удобрение» предложена формула расчета доз калийных удобрений под кормовую культуру козлятника восточного при возделывании на серой лесной почве (13)–(14) [5]:

Д К ₂ О = (С опт , мг/кг — С факт , мг/кг) / 0,120, кг/га,                  (13)

или Д К ₂ О = (С опт , мг/кг - С факт , мг/кг) • 8,3, кг/га.                  (14)

Таким образом, располагая агрохимическими характеристиками связи в системе «серая лесная почва – удобрение – урожай» возникает возможность диагностировать потребность в удобрениях с использованием различных доз фосфорно-калийных удобрений, тем самым отойти от простого эмпиризма с удобрениями и подняться до уровня научного прогноза.

Заключение

В результате проведенных исследований с удобрениями бобовой культуры козлятника восточного в условиях действия и последействия (3 года) удобрений установлено, что в почвенно-климатические условиях подтаежной зоны Западной Сибири можно получать до 142,1 т/га зеленой массы козлятника восточного. При этом обеспечивается прибавка урожая до 45,4 т/га, или 46,8%. Оптимальные уровни содержания элементов питания в серой лесной почве для возделывания козлятника восточного: азот – 12 мг, подвижный фосфор – 150 мг и обменный калий 116 мг/кг.

Yu.I. Ermokhin

Omsky State Agrarian University named after P.A. Stolypin Omsk

Omsky State Agrarian University named after P.A. Stolypin, Omsk; Station Agrochemical Service “Tarskaya”, Tara

Optimization of a mineral nutrition of a milk vetch east (galega orientalis) on the basis of soil diagnostic gray forest soils