Влияние азотных и калийных удобрений на запасы азота и калия в почве вишневого сада и продуктивность деревьев

Введение. Вишня является важной плодовой культурой благодаря высоким вкусовым качествам плодов, скороплодности и урожайности. В последние 30 лет мировое производство вишни значительно возросло. В 2016 г. объем производства этой культуры увеличился по сравнению с 1986 г. на 17,1 % и составил 1 378 216 т [1]. Несмотря на то что Российская Федерация входит в состав стран-лидеров по производству вишни [1], в России производство этой культуры все еще находится в периоде депрессии. Это связано с плохим состоянием имеющихся насаждений вишни, недостаточным производством посадочного материала для закладки новых садов, отсутствием агротехнологий, адаптированных к почвенно-климатическим условиям РФ [2].

Вишня, как и все косточковые культуры, достаточно требовательна к почвенным условиям, поэтому важным элементом агротехники для нее является сбалансированная система удобрений. Наибольшую потребность растения вишни испытывают в азоте и калии [3].

Азот является компонентом энзимов, витаминов, молекулы хлорофилла, участвует в нуклеиновом обмене, синтезе аминокислот и белка, способствует увеличению роста и повышению урожайности плодовых растений. Азот часто находится в первом минимуме в почвах большинства почвенно-климатических зон России [4]. Запасы потенциально доступных растениям азотистых соединений характеризует содержание в почве легкогидролизуемого азота (Nлг). Фракция Nлг служит ближайшим резервом питания растений и является наиболее ценной в агрономическом отношении. В состав Nлг входят преимущественно подвижные органические соединения, которые при благоприятных условиях могут переходить в минеральные формы.

Среди питательных веществ, поглощаемых растениями из почвы, калий является вторым элементом по значимости после азота с точки зрения питания и удобрения плодовых садов. Являясь незаменимым макроэлементом, калий играет решающую физиологическую роль в развитии и функционировании плодовых растений. Он необходим для роста клеток, движения устьиц и активации ферментов при дыхании и фотосинтезе, оказывает влияние на транспорт асси-милятов по флоэме, играет фундаментальную роль в регуляции водного режима растений [5, 6]. Калий усиливает транслокацию сахаров в ткани плодов, увеличивая их размеры и повышая качество [7]. Для оценки обеспеченности растений калием наиболее информативным показателем является содержание в почве его обменной формы [8]. Показано, что при выращивании плодовых культур без применения удобрений значительное снижение уровня обменного калия в почве и урожайности деревьев может происходить уже через 6–8 лет эксплуатации сада [9, 10]. Таким образом, запасы калия в почве сада со временем истощаются и должны быть восполнены.

Детальная оценка динамики почвенного плодородия в садовых агроэкосистемах лежит в основе понимания процессов потребления элементов минерального питания плодовыми растениями. В настоящее время сведения об особенностях азотного и калийного режима почв под плодовыми культурами имеются в основном в зарубежных источниках и были получены в почвенных, климатических и агротехнических условиях, не вполне соответствующих российским [11–13]. Для вишни даже такие данные немногочисленны, они отражены лишь в отдельных публикациях.

Цель исследования . Изучить влияние минеральных азотных и калийных удобрений на запасы легкогидролизуемого азота и обменного калия в агросерой почве сада и продуктивность деревьев вишни в почвенно-климатических условиях Среднерусской возвышенности.

Объекты, методы и условия проведения исследований. Исследования проводились в полевом опыте с деревьями вишни сорта Турге-невка 2015 г. посадки. Опыт заложен в 2017 г. в садовом массиве ФГБНУ ВНИИСПК (Орловская область). Схема посадки 5×3 м.

Агросерая среднесуглинистая почва сада до начала опыта имела следующие агрохимические показатели в слое 0–20 см: рН KCl – 5,8; гумус – 4,8 %, содержание подвижного Р 2 О 5 – 383 мг/кг, обменного К 2 О – 120 мг/кг. Почва в междурядьях сада в период проведения исследований содержалась под черным паром, в рядах проводились обработки гербицидами.

Схема опыта включает возрастающие дозы азотных и калийных удобрений: 1. Контроль. 2. N30K40. 3. N60K80. 4. N90K120. 5. N120K160. Повторность опыта 3-кратная, в варианте 12 учетных деревьев. Расположение делянок рен-домизированное. Площадь делянки 36 м². Удобрения вносились ежегодно рано весной (апрель) в виде аммиачной селитры (N м ) и сульфата калия (K с ) на глубину 10–15 см.

Ежегодно в опыте измеряли биометрические показатели деревьев стандартными методами [14]. Учет урожая, начиная с 2018 г., проводили весовым методом с каждой делянки [14].

Для оценки запасов азота и калия в почве ежегодно в конце периода вегетации (начало октября) отбирали образцы почвы в ряду между деревьями в подкронной зоне на расстоянии 1,0–1,2 м от ствола дерева с глубины 0–20 и 20–40 см. В этих образцах определяли содержание легкогидролизуемого азота по Корнфил-ду [15] и обменного калия – по Кирсанову (ГОСТ 26207-91).

Статистическая обработка данных проводилась методом двухфакторного дисперсионного анализа [16].

Температура воздуха в периоды вегетации 2017–2019 гг. была или на уровне среднемноголетних данных, или превышала среднемноголетние значения на 1,3–3,6 °С. В период вегетации 2017 г. выпало самое большое количество осадков (на 59 мм больше среднемноголетних значений). Период вегетации 2018 г. был более засушливым и характеризовался контрастными условиями увлажнения, распределение осадков в 2019 г. было более равномерным, чем в 2018 г. (табл. 1).

Результаты и их обсуждение. Изучение динамики минеральных соединений азота в аг-росерой почве под насаждениями вишни показало, что достоверные различия в содержании аммония и нитратов между вариантами с разными дозами азотных удобрений наблюдаются преимущественно в первой половине вегетационного периода (май-июнь). Во второй половине вегетации эти различия постепенно сглаживаются, и к сентябрю уровень минерального азота в почве не зависит от количества внесенных удобрений [17, 18]. Легкогидролизуемые соединения являются более стабильной формой азота, поэтому существенные различия между ва- риантами нашего опыта по уровню Nлг наблюдались и в конце периода вегетации (табл. 2).

В течение трех лет эксперимента содержание N лг в слое 0–40 см неудобренной почвы (контроль) варьировало в пределах 91,0– 108,2 мг/кг (табл. 2), что соответствует низкому уровню обеспеченности растений [19]. При этом в неудобренной почве содержание N лг на глубине 20–40 см в 2017 и 2019 гг. было на 10 % ниже, чем в вышележащем слое.

Таблица 1

Месяц	Среднемесячная t воздуха, °С			Среднемноголетняя t воздуха, °С	Сумма осадков, мм			Среднемноголетняя сумма осадков, мм
	Год				Год
	2017	2018	2019		2017	2018	2019
Май	12,3	16,4	15,6	13,0	56,3	31,4	85,0	36,4
Июнь	16,0	17,0	20,5	16,9	59,6	18,2	20,7	65,1
Июль	18,6	19,9	17,4	18,5	75,0	119,9	49,8	88,0
Август	19,2	18,4	17,1	17,1	100,8	11,2	54,7	65,7
Сентябрь	13,0	14,9	12,5	11,7	65,7	45,5	50,2	43,2
Средние	15,8	17,3	16,6	15,4	Ʃ 357,4	226,2	260,4	298,4

Таблица 2

Влияние минеральных удобрений на содержание легкогидролизуемого азота в почве, мг/кг

Вариант (фактор А)	Год (фактор В)			Средние по фактору А
	2017	2018	2019
	Слой 0-20 см
Контроль	107,8	108,2	99,4	105,1
N30K40	105,5	105,4	106,4	105,8
N60K80	105,5	108,2	111,5*	108,4
N90K120	109,2	104,0	103,6	105,6
N120K160	107,3	108,7	103,6	106,5
Средние по фактору В	107,1	106,9	104,9
НСР 05 А = 6,1    НСР 05 В= 4,7   НСР 05 АВ =10,5
	Слой 20-40 см
Контроль	95,6	106,8	91,0	97,8
N30K40	109,6*	108,2	103,6	107,1*
N60K80	99,8	114,3	108,4*	107,5*
N90K120	103,1	96,6	99,9	103,4
N120K160	99,4	104,5	102,7	102,2
Средние по фактору В	101,5	106,1	101,1
НСР 05 А = 7,6   НСР 05 В= 5,9   НСР 05 АВ =13,2

Здесь и далее : * – различия с контролем достоверны при уровне значимости 5 %.

Метеоусловия периодов вегетации

Внесение в течение трех лет мочевины в дозах 30–120 кг/га д.в. незначительно повлияло на запасы N лг в слое 0–20 см. Только в 2019 г. значение этого показателя в верхнем слое почвы было достоверно выше контроля на 12,1 мг/кг (при НСР 05 = 10,5) в варианте с внесением N60K80 (табл. 2). В то же время наблюдалось увеличение под влиянием удобрений запасов легкогидролизуемого азота в слое 20–40 см, где в среднем за три года исследований достоверно более высокий уровень N лг был в вариантах с внесением N30K40 и N60K80 (107,1 и 107,5 мг/кг соответственно при 97,8 мг/кг в контроле; НСР 05 = 7,6).

Накопление азота в слое 20–40 см, по-видимому, связано с особенностями водного режима почвы в период проведения исследований. В 2017 г. сумма осадков за период вегетации на 59 мм превышала среднемноголетний уровень (см. табл. 1). Период вегетации 2019 г. отличался обильными осадками в мае и засушливым июнем, а количество осадков, выпавших в июле-сентябре, было примерно одинаковым (49,8–54,7 мм). В эти два сезона увеличение содержания N лг под действием удобрений отмечено на глубине 20–40 см. В июле 2018 г. был период ливней, когда 119 мм осадков выпали в течение 10 дней, и в этом году распределение N лг в изучаемом слое почвы было наиболее равномерным, а достоверные различия между вариантами не наблюдались.

Таблица 3

Влияние минеральных удобрений на содержание обменного калия в почве, мг/кг

Основным источником для восстановления в почвенном растворе уровня калия, снижающегося при потреблении культурами, является фонд его обменной формы [20]. Содержание обменного калия в почве контрольных делянок в течение 3 периодов исследований было в пределах 121,9–162,6 и 77,6–94,8, мг/кг в слоях 0– 20 и 20–40 см соответственно (табл. 3), значения показателя в разные годы исследований изменялись незначительно и находились в пределах среднего уровня обеспеченности калием, принятого для плодовых деревьев [21].

Внесение сульфата калия в дозах 40– 160 кг/га д.в. способствовало постепенному накоплению обменных форм калия в слое почвы 0–20 см. В среднем за три года проведения исследований содержание обменного калия в почве, стабильно превышающее контроль, обеспечивали дозы калийных удобрений 80 и 120 кг/га д.в. (табл. 3). Увеличение дозы удобрений свыше N90K120 не приводило к дальнейшему повышению уровня калия в почве: при внесении N120K160 значение показателя было достоверно ниже, чем в варианте N90K120. Это могло быть связано с более интенсивным потреблением калия растениями, так как в варианте N120K160 отмечена самая высокая продуктивность деревьев вишни (табл. 5).

Вариант (фактор А)	Год (фактор В)			Средние по фактору А
	2017	2018	2019
	Слой 0-20 см
Контроль	121,9	135,5	162,6	139,8
N30K40	148,2	162,0	216,5	175,6
N60K80	145,3	193,9	212,6	183,9*
N90K120	196,5*	221,8*	276,0*	231,4*
N120K160	126,4	179,8	200,8	169,0
Средние по фактору В	147,7	178,6	213,7
НСР 05 А = 37,7   НСР 05 В= 29,2   НСР 05 АВ =65,3
	Слой 20-40 см
Контроль	77,6	94,8	89,9	87,5
N30K40	91,0	128,1*	102,5	107,2*
N60K80	82,6	129,2*	100,0	103,9
N90K120	107,1	97,8	103,0	102,6
N120K160	81,3	92,2	95,2	89,6
Средние по фактору В	87,9	108,4	98,1
НСР 05 А = 19,1    НСР 05 В= 14,8   НСР 05 АВ =33,1

Калий наиболее активно фиксируется почвой в первые годы после внесения удобрений и при полном насыщении емкости фиксации, необменное поглощение катионов калия со временем снижается, а содержание его доступных растениям форм возрастает [8]. В нашем опыте при внесении сульфата калия в дозах 40–160 кг/га д.в. во всех вариантах с удобрениями запасы обменного калия в слое почвы 0–20 см достоверно увеличились в 2019 г. на 67,3–79,5 мг/кг (при НСР 05 = 65,3) по сравнению с уровнем 2017 г. (табл. 3).

Хотя калий менее подвижен в почве, чем азот, в 2018 г. в вариантах с удобрениями отмечено повышение уровня обменного калия и в слое 20–40 см, что свидетельствует о миграции калия в более глубокие слои почвы.

Различия в обеспеченности растений элементами питания в вариантах опыта отразились на росте и продуктивности деревьев вишни (табл. 4, 5).

Прирост диаметра штамба плодовых деревьев является интегральным показателем, отражающим их состояние и условия роста. В течение трех лет исследований в нашем опыте прирост диаметра штамба в вариантах с удобрениями был на 2–11 % выше, чем на контроле (табл. 4), но различия между вариантами были ниже НСР. При этом дополнительное минеральное питание оказало значимое влияние на динамику ростовых процессов вишни. Так, на контроле величина прироста диаметра штамба существенно не различалась в разные годы исследования, тогда как в вариантах с удобрениями значения показателя у неплодоносящих деревьев в 2017 г. были достоверно выше, чем в 2019 г., когда деревья дали урожай в пределах 7,77–10,11 кг/дерево. Таким образом, можно предположить, что внесение удобрений способствовало дополнительному перераспределению минеральных элементов и пластических веществ на формирование плодов, в результате чего ростовые процессы были менее интенсивными.

Таблица 4

Вариант (фактор А)	Год (фактор В)			Средние по фактору А
	2017	2018	2019
Контроль	1,99	1,85	1,73	1,85
N30K40	2,18	1,97	1,86	2,00
N60K80	2,22	2,03	1,77	2,00
N90K120	2,15	1,89	1,78	1,94
N120K160	2,21	1,95	1,82	1,99
Средние по фактору В	2,15	1,94	1,79
НСР 05 А = 0,18   НСР 05 В= 0,14 НСР 05 АВ =0,32

Увеличение диаметра штамба деревьев вишни, см

В 2020 г., на четвертый год проведения опы-  3,05). В среднем за 3 года исследований наи- та, достоверное увеличение продуктивности  большая продуктивность деревьев была в ва- деревьев по сравнению с контролем на 3,26 и рианте N120K160: 8,27 кг/дерево по сравнению 4,14 кг/дерево было установлено при внесении с 6,20 на контроле (НСР05 = 1,76) (табл. 5). соответственно N60K80 и N120K160 (НСР05 =

Таблица 5

Продуктивность деревьев вишни сорта Тургеневка, кг/дерево

Вариант (фактор А)	Год (фактор В)			Средние по фактору А
	2018	2019	2020
Контроль	4,38	8,24	5,97	6,20
N30K40	4,26	8,46	7,77	6,83
N60K80	3,90	8,67	9,23*	7,26
N90K120	5,12	7,01	8,88	7,00
N120K160	5,38	9,33	10,11*	8,27*
Средние по фактору В	4,61	8,34	8,39

НСР 05 А = 1,76   НСР 05 В = 1,36   НСР 05 АВ = 3,05

Таким образом, во вступающем в плодоношение вишневом саду, выращиваемом на агро-серой почве в климатических условиях Среднерусской возвышенности, наибольшую продуктивность вишни сорта Тургеневка на 4–6-й годы после посадки сада обеспечивало ежегодное внесение мочевины и сульфата калия в дозах N120K160.

Выводы

• 1.    В агросерой почве вишневого сада содержание легкогидролизуемого азота в течение трех периодов вегетации без применения азотных удобрений варьировало в пределах 91,0– 108,2 мг/кг. Внесение мочевины способствовало увеличению этого показателя преимущественно в слое почвы 20–40 см. После трех лет внесения N м и К с в дозах N30K40 и N60K80 запасы легкогидролизуемого азота в этом слое были на 10 % выше, чем на контроле.

• 2.    Без применения калийных удобрений содержание обменных форм калия в почве вишневого сада в течение трех лет было в пределах 77,6–162,6 мг/кг. При внесении сульфата калия в дозах 40–160 кг/га д.в. во всех вариантах с удобрениями запасы обменного калия в слое почвы 0–20 см достоверно увеличились в 2019 г. на 30–40 % по сравнению с уровнем 2017 г. В среднем за три года проведения исследований содержание обменного калия в почве, стабильно превышающее контроль, обеспечивали дозы К с 80 и 120 кг/га д.в.

• 3.    Улучшение обеспеченности азотом и калием способствовало усилению процессов вегетативного роста и увеличению продуктивности молодых деревьев вишни. Прирост диаметра штамба в вариантах с удобрениями был на 2–11 % выше контроля. Наибольшая продуктивность 10,11 кг/дерево (на 69 % выше контроля) отмечена на четвертый год проведения опыта при внесении удобрений в дозах N120K160, прибавка урожая составила 4,14 кг/дерево (НСР 05 = 3,05).