Влияние органических и минеральных удобрений на динамику питательных веществ в орошаемых серо-бурых почвах Апшеронского полуострова

Бюллетень науки и практики / Bulletin of Science and Practice

УДК 631.893; 631.895                                

Создание в почвах питательного режима, позволяющего не только формировать высокие и устойчивые урожаи сельскохозяйственных культур, но и длительно сохранять и даже повышать естественное плодородие почв является одной из важнейших задач современного земледелия [1–2].

Почвы, подходящие для выращивания сельскохозяйственных культур, считаются потенциально плодородными. Мобилизация или иммобилизация отдельных питательных веществ в значительной степени зависит от активности и направления химических, физикохимических и микробиологических процессов в почве, а также от биологических свойств растения, динамики поглощения катионов и анионов в течение вегетационного периода [3–4]. Для обеспечения высоких урожаев важно создать оптимальные условия питания в период вегетации, ведь недостаток одного из питательных веществ во время роста и развития приводит к значительному снижению такой урожайности, а также к ухудшению качества продукции [5].

Азот, фосфор и калий — важные питательные вещества для растений. При недостатке азота в почве замедляется рост растений, особенно развитие листьев и генеративных органов. В основе круговорота азота в почве лежит непрерывная минерализация и иммобилизация соединений азота, направление и интенсивность которых определяется характером гидротермических условий, агротехническими приемами, применяемыми к возделываемым культурам, и их биологическими свойствами [9]. Более информативным является показатель содержания нитратного азота в почве: он входит в состав аминокислот и ему принадлежит главная роль в ростовых процессах и повышении урожайности сельскохозяйственных культур [10]. Содержание аммонийного и нитратного азота в почве очень динамично и во многом зависит от микробиологической деятельности. Лишь многократное определение этих форм в течение вегетационного периода дает представление об азотном режиме почв [11]. Большой интерес представляют исследования по изучению не только запаса минерального азота в почве, но и закономерности его использования культурными растениями из отдельных слоев почвенного профиля [12].

Выращивание, развитие и конечная продуктивность сельскохозяйственных культур невозможны без внесения удобрений. Потребность в удобрениях варьируется в зависимости от стадии развития растений.

Одной из насущных задач агрохимии и одним из важнейших факторов системы земледелия считается оптимизация питания растений за счет применения расчетных доз удобрений. Дозы используемых удобрений предназначены обеспечить получение высоких урожаев с хорошим качеством и одновременно повысить и сохранить уровень почвенного плодородия, не представляя опасности для окружающей природной среды [6] Эффективность минеральных удобрений зависит от уровня почвенного плодородия, погодных условий вегетационного периода, агроэкологических характеристик культур и других факторов. Для того, чтобы разработать правильную систему удобрений, нужно также учитывать не только дозы и оптимальное соотношение питательных веществ, но и периодичность питания растений [7].

Целью данных исследований стало изучение динамики содержания питательных веществ в орошаемых серо-бурых почвах в зависимости от стадий развития овощных бобов путем внесения различных доз удобрений, для достижения увеличения урожайности овощных бобов за счет создания оптимального рациона.

Объект и методика исследований

Исследования проводились на базе НИИ Овощеводства МСХ Азербайджанской Республики, расположенной на Апшеронском полуострове. Опытный участок для посева овощной фасоли вспахивали осенью и внесли навоз и минеральные удобрения под основную вспашку (половину нормы азота, фосфора и калия), оставшуюся часть удобрений использовали в виде подкормки.

Опыты проводились в 4-х кратной повторности согласно стандартной методике [8].

Площадь одной делянки составляла 5×6=30 м². Схема опыта: I вариант — контроль (без удобрений), II вариант — органические удобрения (10 т/га), III вариант N 30 P 30 K 30 , IV вариант — N 60 P 60 K 30 , V вариант — N 90 P 60 K 60 .

При закладке опыта для азотного удобрения использовали NH 4 NO 3 (34%), фосфорного — Ca(H 2 PO 4 ) (20%), калийного — K 2 SO 4 (45%).

Агротехника возделывания овощной фасоли — общепринятая зональная для серобурых почв Апшеронского полуострова.

Анализ почвенных образцов проводили в соответствии с общепринятыми методами.

При проведении опытов использовали следующие методики:

проведение отбора почвенных образцов — ГОСТ-28168-89;

определение обменно-поглощенного аммония по методу ЦИНАО — ГОСТ 26489-85;

определение нитратного азота — ГОСТ-26951-86;

определение подвижных форм фосфора и обменного калия — ГОСТ 26205-91.

Данные обрабатывали статистически при помощи стандартных программ описательной статистики Microsoft Excel. Применен дисперсионный и корреляционный анализ [8].

Анализ и обсуждение

Результаты исследований, проведенных в 2018–2020 гг., показывают, что количество нитратов во всех вариантах при контроле и внесении удобрений под культуру овощных бобов составила 7,0–18,5 мг/кг — в слое 0–20 см, 6,1–16,8 мг/кг — в слое 20–40 см, Количество аммиака а в почве — 10,0–23,8 и 7,8–19,3 мг/кг соответственно.

Содержание нитратного азота в почве, по-видимому, отражает не только обеспеченность растений наиболее доступной формой азота в данный момент, но и направленность микробиологических процессов в почве, потенциальные возможности нитрификации на этом почвенном участке в предстоящий период вегетации [13].

Накопление аммиачного и нитратного азота определяется биологической активностью почвы и зависит от гидротермических условий вегетационного периода, вида выращиваемой культуры, предшественников [10].

Количество нитратов в слое почвы 0–40 см составило 10,7 мг/кг в контрольном варианте, 13,3 мг — в варианте навоза 10 т, 16,1 мг — в варианте N 30 P 30 K 30 , 18,0 мг — в варианте N 60 P 60 K 30 и 17,9 мг в варианте N 90 P 60 K 60 , 9,6 мг в фазе цветения соответственно; 11,0; 13,6; 14,7 и 15,5 мг/кг, минимизируя до 6,5 во время фазы полного созревания; 8,7; 10,5; 12,1 до 13,5 мг/кг. На всех этапах исследования нитратная форма азота была выше в посевном слое (0–20 см), чем в подпахотном слое почвы (20–40 см).

Нитратные формы азота не накапливаются в почве в больших количествах, так как потребляются растениями в течение всего вегетационного периода и используются микроорганизмами [10].

В адаптивном сельском хозяйстве важную роль играют бобовые культуры, способные за счет симбиотической азотфиксации обеспечивать питание растения и воспроизведение плодородия почвы [14].

Количество абсорбированного аммиака изменялось в виде азота в форме нитрата, которое уменьшалось к стадиям формирования проростков, цветения и полного созревания. Результаты исследования показывают, что количество абсорбированного аммиака в слое почвы 0–40 см под овощными бобами снизилось до 14,1 мг/кг в фазе цветения и 8,9 мг/кг — в фазе полного созревания, 18,1 мг — в 10 т навоза; 14,4 и 10,5 мг/кг в варианте N 30 P 30 K 30 — 19,1; 15,8 и 12,4 мг/кг, в варианте N 60 P 60 K 30 — 20,9; 17,5 и 14,5 мг/кг, в варианте N 90 P 60 K 60 — 21,2; 18,5 и 15,2 мг/кг.

Количество абсорбированного аммиака в среднем за 3 года составляло 10,7, 13,3, 16,1, 18,0 и 17,9 мг/кг во время фазы формирования проростков и 9,6 мг во время фазы цветения во всех изученных вариантах в слое 0–40 см; 11,0; 13,6; 14,7 и 15,5 мг/кг и 6,5 в фазе полного созревания; 8,7; 10,5; от 12,1 до 13,5 (Таблица 1).

Таблица 1.

ВЛИЯНИЕ УДОБРЕНИЙ НА КОЛИЧЕСТВО ЭЛЕМЕНТОВ ПИТАНИЯ

В ОРОШАЕМЫХ СЕРО-БУРЫХ ПОЧВАХ, МГ / КГ (СРЕД. за 2018–2020 гг.)

Варианты	NO 3			NH 4			P 2 O 5			K 2 O
	3 с Й?	ЛО ^	5 g о	3 о «5	^	о	3 о «5	g ЛО ^	5 g 5	=q	^	о
Контроль	10,7	9,6	6,5	13,8	10,5	8,8	6,9	5,8	4,6	202	179	163
10 т навоз	13,3	11,0	8,7	17,7	14,3	10,7	7,8	6,3	5,5	213	188	176
N 30 P 30 K 30	16,1	13,6	10,5	19,1	15,8	12,5	9,2	7,7	6,2	223	200	185
N 60 P 60 K 30	18,0	14,7	12,1	21,0	17,0	14,5	11,9	9,2	8,0	249	229	206
N 90 P 60 K 60	17,9	15,5	13,5	21,7	18,6	15,3	14,4	11,2	9,0	260	229	208

Из Рисунков 1–2 видно, что количество нитратов и аммиака, поглощенных почвой под овощными бобами, увеличивалось с увеличением количества удобрений в вариантах, но снижалось во всех вариантах до финальной стадии развития по фазам.

количество нитрата в почве, мг/кг

Рисунок 1. Зависимость количества азота в растении от количества нитратов в почве во время фазы куста.

Данные о динамике минерального азота по фазам развития культуры показывают, что его содержание на неудобренных вариантах ниже, чем на удобренных [15].

Наивысшая доза удобрений N 90 P 60 K 60 в данном варианте составляет 7,2 мг/кг (40,2%), 5,9 мг/кг (38,1%) в фазе цветения и 7,0 мг/кг (48,1%) в фазе полного созревания, что соответствует поглощенному аммиаку 8,7 мг/кг (40,1%), 7,4 мг/кг (40,0%) и 6,5 (42,3%).

Рисунок 2. Зависимость количества азота в растении от количества нитратов в почве во время фазы цветения.

По результатам исследований, проведенных в 2018–2020 годах, были рассчитаны окончательные пределы погрешности выборки с вероятностью 95% от среднего количества нитратов и аммиака в почве.

По результатам расчета количество нитрата составило 12,8 мг/кг, дисперсия — 1,65, стандартное отклонение — 1,285 мг/кг, коэффициент вариации — 10,0%, абсолютная ошибка — 0,287 мг/кг; относительная погрешность — 2,25% и пределы погрешности выборки 12,8 ± 0,600 (12,2 ^ 13,4) мг/кг, 15,4 мг / кг по количеству аммиака; 1965 мг/кг; 1,402 мг/кг; 9,08%; 0,313 мг/кг; 2,03% и 15,4 ± 0,654 (14,7 ^ 16,1) мг/кг.

Азот и фосфор являются важными макроэлементами, и, когда их не хватает в почве, они ограничивают урожайность и могут быть устранены с помощью неорганических удобрений [4].

Установлена корреляция между процентным содержанием азота в овощных бобах и количеством нитратов в почве, которая варьировала в зависимости от стадии развития растения. Эта зависимость находилась между r=0,923–0,965 и коэффициентом детерминации 0,852–0,931, в зависимости от фаз прорастания, цветения и полной зрелости растения (Рисунки 1–3).

По коэффициенту детерминации можно сказать, что 85–93% накопления азота в растениях обусловлено нитратами в почве, а 7–15% — другими факторами. Среди этих зависимостей уравнения корреляции-регрессии в зависимости от фаз развития растения определены и представлены следующим образом:

–фаза ветвления: y = 0,0689x + 0,362;

–фаза цветения: y = 0,0725x + 0,1536;

–фаза полного созревания: y = 0,0947x + 1,7226.

Рисунок 3. Зависимость количества азота в растении от количества нитратов в почве во время фазы созревания.

Можно сделать вывод, что в зависимости от стадии развития овощных бобов в растении образуется 0,0689–0,0947% азота за счет 1 г нитрата в почве.

Таким образом, существует большая потребность в питательных веществах, особенно в нитратных и аммиачных формах азота, для накопления азота в растении, который обеспечивается данным удобрением.

Азот и фосфор — важные питательные вещества для всех живых организмов. Они являются определяющими факторами роста и продуктивности растений, поэтому растениям требуются относительно большие количества этих элементов [16].

Соотношение между фракциями органических и минеральных форм фосфора, их качественный и количественный состав в различных типах почв неодинаков и характерен для данных почвенных условий [17, 19].

Содержание подвижного фосфора в почве к лету и осени, к концу вегетации растений снижается в 1,5–2,0 раза. Это объясняется двумя причинами: потреблением фосфора растениями и уменьшением влажности почвы. Между содержанием влаги в почве и подвижных фосфатов имеется прямая зависимость [13].

Содержание подвижного фосфора в почве, в первую очередь, обуславливалось уровнем применения минеральных удобрений [18].

В период формирования проростков количество P 2 O 5 между вариантами составляло 8,0–16,4 в слое 0–20 см, 6,9–13,7 мг/кг — в фазе цветения и 5,7–9,6 мг/кг — в фазе полного созревания и 6,1–13,0 мг/кг — в слое 20–40 см. Колебания от 5,0–9,7 до 3,8–8,2 мг/кг (Таблица).

В течение периода исследования количество подвижного фосфора варьировалось от 4,6 до 6,9 мг/кг в зависимости от фазы развития в варианте без удобрений, 5,5–7,8 мг/кг — в варианте с 10 т навозом, 6,2–9,2 мг/кг — в норме удобрения N 30 P 30 K 30 , 8,0–11,9 мг/кг — в варианте N 60 P 60 K 30 и 9,0–14,4 мг/кг — в варианте N 90 P 60 K 60 .

Внесение удобрений увеличило среднее количество фосфора за 3 года на 52,1% в варианте N 90 P 60 K 60 , на 48,2% в фазе цветения и 48,9% — в период полного созревания во время формирования проростков.

С развитием растения, формированием вегетативных и генеративных органов и формированием продуктивности потребность в питательных веществах возрастала. Поэтому использование подвижного фосфора растениями усилилось. Минимальное количество подвижного фосфора наблюдалось при полном созревании бобов.

Для расчета конечных пределов ошибки выборки с вероятностью 95% для количества подвижного фосфора были получены следующие цифры: среднее за 3 года количество подвижного фосфора составило 8,2 мг/кг, дисперсия — 2,33, стандартное отклонение — 1,527 мг/кг, коэффициент вариации — 18,6%, абсолютная погрешность — 0,342 мг/кг; относительная погрешность составила — 4,15%, а конечные пределы погрешности выборки составили 18,2 ± 0,714 (7,5÷8,9) мг/кг.

По коэффициенту детерминации можно сказать, что 63–75% накопления фосфора в растениях происходит за счет подвижного фосфора в почве, а 25–37% — за счет других факторов. Среди этих зависимостей уравнения корреляции-регрессии в зависимости от стадий развития растения определены и представлены следующим образом:

–фаза ветвления: y = 0,0573x + 0,8348;

–фаза цветения: y = 0,0762x + 0,5514;

–фаза полного созревания: y = 0,1031x + 1,8648 (Рисунки 4–6).

количество подвижного фосфора в почве, мг/кг

Рисунок 4. Зависимость количества фосфора в растении от количества подвижного фосфора в почве во время фазы куста.

Рисунок 5. Зависимость количества фосфора в растении от количества подвижного фосфора в почве во время фазы цветения.

Бюллетень науки и практики / Bulletin of Science and Practice Т. 6. №12. 2020

Рисунок 6. Зависимость количества фосфора в растении от количества подвижного фосфора в почве во время фазы созревания.

Существует определенная зависимость между количеством основных питательных веществ в почве и образующимся продуктом, а также его качеством, которое также варьируется в зависимости от плодородия почвы [18, 20].

Уровень обеспеченности сельскохозяйственных культур калием можно более объективно рассматривать с точки зрения количества его метаболической формы в почве [3, 5].

В динамике изучено количество обменного калия — одного из основных элементов питания растений на орошаемых серо-бурых почвах, на которых выращивают овощные бобы в 2018–2020 гг. Как и в случае азота и подвижного фосфора, количество метаболического калия меняется в динамике в зависимости от фазы развития бобов.

За годы исследований количество обменного калия в почве в контрольном варианте составило 23 мг/кг относительно фазы цветения, 39 мг/кг — относительно фазы полного созревания, 25 и 37 мг/кг — в варианте 10 т навоза, 23 и 38 кг/мг — в норме удобрения N 30 P 30 K 30 ; 20 и 40 мг/кг — в варианте N 60 P 60 K 30 , 31 и 52 мг/кг — в варианте N 90 P 60 K 60 .

Количество обменного калия в фазе бутонизации составляло 58 мг/кг в варианте N 90 P 60 K 60 по сравнению с контролем, 57 мг/кг — в фазе цветения и 45 мг/кг — в фазе полного созревания. Количество обменного калия в почве было на 26 мг/кг больше в фазе цветения, чем в фазе цветения, и на 43 мг/кг больше, чем в фазе полного созревания.

По количеству обменного калия окончательные пределы ошибки выборки были рассчитаны с вероятностью 95%, а среднее трехлетнее среднее значение составило 208 мг/кг, дисперсия — 126,84, стандартное отклонение — 11,262 мг/кг, коэффициент вариации — 5,41%, абсолютная ошибка — 2,52 мг/кг; относительная погрешность — 1,210%, а конечные пределы погрешности выборки находились в пределах 203–213 мг/кг.

По сравнению с фазой бобового куста количество обменного калия было высоким, и этот показатель изменился в сторону уменьшения в связи с увеличением потребности в развитии растений и интенсивной ассимиляции растением до конца вегетационного периода.

В результате внесения удобрений среднее количество обменного калия в варианте N 90 P 60 K 60 увеличилось на 22,3% во время формирования проростков, на 24,9% — в фазе цветения и на 21,6% — в течение полного периода созревания по сравнению с контролем за три года.

Установлено, что внесение азотных, фосфорных, калийных и органических (навоз) удобрений значительно обогащало почву усвояемыми формами этих элементов [21].

При выращивании овощных бобов связь между фазами калия в растении и обменом калия в почве определялась в фазах бутонизации (r=0,793), цветения (r=0,899) и полного созревания (r=0,892), причем корреляция между этими показателями была достаточно надежной. В зависимости от фазы развития растений между этими показателями зависимости выражаются следующими уравнениями регрессии:

–в фазе куста: у=0,0082x-0,1668;

–в фазе цветения: у= 0,0072x-0,2838;

–в фазе полного созревания: у = 0,0096x-0,3153 (Рисунок 7–9).

Рисунок 7. Зависимость количества калия в растении от количества обменного калия в почве во время фазы куста.

Рисунок 8. Зависимость количества калия в растении от количества обменного калия в почве во время фазы цветения.

количество обменного калия в почве, мг/кг

Рисунок 9. Зависимость содержания калия в растениях от количества обменного калия в почве во время фазы созревания.

Повышение метаболического калия в почве на 1 мг/кг, в зависимости от фазы развития овощных бобов процент увеличения количества калия в растении составил 0,0072–0,0096%.

Таким образом, количество элементов питания в почве было больше в удобренных вариантах, чем в контроле, и во всех вариантах количество элементов питания изменялось в сторону уменьшения фаз от цветения куста до полной зрелости. Соотношение между количеством питательных веществ в растениях и почве оказалось довольно надежным.

Выводы

Выявлено, что в результате внесения навоза и различных норм удобрений под овощные бобы количество элементов питания в орошаемых серо-бурых почвах изменялось в динамике в зависимости от стадий развития растений. Количество нитратов и абсорбированного аммиака, подвижного фосфора и обменного калия в орошаемых серобурых почвах увеличивалось с увеличением нормы удобрений.

В почвах под овощными бобами количество питательных веществ было максимальным на ранних стадиях фазы развития растений, а их количество в почве уменьшилось из-за увеличения потребности в питательных веществах, используемых в почве, с образованием вегетативных и генеративных органов.

Взаимосвязь между количеством питательных веществ в почве и питательными веществами в растении варьировала в зависимости от стадии развития растения, и эта зависимость была довольно высокой.