Влияние различных систем удобрения на продуктивность и качество культур звена севооборота на супесчаной дерново-подзолистой почве в условиях Северо-Запада России

В ходе развития подзолообразовательного процесса происходит разрушение почвенного поглощающего комплекса в верхней, элювиальной части профиля, вследствие чего обменные катионы с нисходящим током почвенной влаги перемещаются в нижележащие горизонты. Как в пахотных, так и в целинных дерново-подзолистых почвах наиболее значительному выносу подвергаются обменные формы кальция и магния [1–3].

Песчаные почвы, сформированные на кислых озёрно-ледниковых песчаных отложениях и характеризующиеся низким содержанием гумуса и физической глины, обладают небольшой ёмкостью катионного поглощения. Это связано с незначительным количеством почвенных коллоидов и высоким содержанием первичного кварца в составе почвообразующей породы [4–5].

Несмотря на фундаментальное положение агрохимии о сопоставимой доступности для растений элементов минерального питания, поступающих из органических и минеральных удобрений, их продолжительное применение оказывает неодинаковое влияние на агрохимические свойства почвы и формирование её плодородия [6–7].

Особенно заметны различия в воздействии данных видов удобрений на кислотно-основное состояние почвы. Результаты многолетних исследований свидетельствуют о том, что систематическое внесение навоза способствует определённой стабилизации величины рНсол. дерново-подзолистых почв. В среднем за ротацию полевого севооборота значение данного показателя повышается на 0,2–0,4 единицы. Одновременно внесение органических удобрений способствует более существенному накоплению в почвенном поглощающем комплексе обменных оснований [8].

Данное положение подтверждается результатами многолетних исследований профессора И.А. Шильникова (1994), согласно которым для восполнения потерь обменных оснований, обусловленных их инфильтрационным выносом из почвенного профиля, необходимо ежегодное внесение навоза в количестве не менее 25–30 т/га.

По данным И.А. Иванова (2001), реакция почвенного раствора в пахотном горизонте характеризуется значительной сезонной вариабельностью. В течение вегетационного периода величина рН может существенно изменяться: от весеннего к осеннему периоду её значения способны снижаться с 6,24 до 4,2. Почвы, способные резко изменять рН, характеризуются малой буферной способностью, увеличением кислотности во влажное время года.

Подкисляющее действие азотных и других видов минеральных удобрений преимущественно обусловлено не увеличением интенсивности образования кислот в почве, а усилением выноса обменных оснований вследствие их продуктивных и непродуктивных потерь [9–11].

Методы исследования. Объектом исследования служила дерново-слабоподзолистая супесчаная почва, сформированная на моренном песке. Полевой опыт проводили на опытном поле «Майкино» в Великолукском районе Псковской области. Целью исследований являлась оценка влияния различных систем удобрения на кислотно-основные свойства почвы и продуктивность сельскохозяйственных культур.

Исследования продолжались в 2021–2024 гг. в рамках длительного полевого опыта. Схема включала четыре варианта: 1) контроль -без удобрений; 2) органическая система - навоз 40 т/га + сидерат; 3) органоминеральная система - навоз 40 т/га + сидерат + N₁₂₀P₉₀K₁₂₀; 4) минеральная система - N₁₂₀P₉₀K₁₂₀.

Сопоставление указанных вариантов позволяло оценить как са- мостоятельное, так и комплексное воздействие органических и минеральных удобрений на агрохимические свойства почвы и продуктивность сельскохозяйственных культур.

Полевой опыт был проведён в трёхкратной повторности. Площадь каждой опытной делянки составляла 24 м², при этом учётная площадь – 23,6 м². Уборку урожая проводили сплошным методом с последующим взвешиванием полученной продукции на технических весах.

Исходное агрохимическое состояние почвы характеризовалось содержанием гумуса 1,9 %, подвижного фосфора - 141 мг/кг и обменного калия - 121 мг/кг почвы. Значение рНKCl составляло 5,15, гидролитическая кислотность - 1,4 ммоль/ 100 г почвы, сумма обменных оснований (S) - 6,5 ммоль/ 100 г, степень насыщенности основаниями (V) - 82 %. Таким образом, почва опытного участка имела относительно невысокое содержание гумуса, среднюю обеспеченность подвижными формами фосфора и калия и слабокислую реакцию среды.

В течение периода исследований в опытном севообороте последовательно выращивали четыре культуры. В 2021 г. возделывали горчицу белую, используемую в качестве сидерата, в 2022 г. – озимую пшеницу, в 2023 г. – картофель, а в 2024 г. – яровую пшеницу.

Для формирования различных систем удобрения в опыте использовали органические и минеральные удобрения. В опыте в качестве минеральных удобрений использовали аммиачную селитру, двойной суперфосфат и хлористый калий, а органических - полуперепревший навоз крупного рогатого скота. Навоз вносили под основную обработку почвы перед возделыванием пропашной культуры. Минеральные удобрения вносили ежегодно в соответствии со схемой опыта.

Метеоусловия 2021-2024 г.г. по температурному режиму были близкими. Особенность метеоусловий в годы исследований - долгая и затяжная весна в 2021 году. В целом метеорологические условия в период проведения исследований соответствовали климатическим особенностям Северо-Западного региона России, хотя в отдельные периоды наблюдались определённые отклонения от многолетних значений. Сложившиеся погодные условия в целом были благоприятными для роста и развития исследуемых сельскохозяйственных культур, что обеспечило формирование достаточно высокого уровня их продуктивности.

Обсуждение результатов. Для значительной части дерновоподзолистых почв характерно неблагоприятное состояние кислотноосновных свойств, которое может существенно ограничивать уровень их эффективного плодородия.

Одним из основных агрохимических приёмов регулирования кислотности таких почв является известкование с использованием различ- ных известковых материалов, в том числе известняковой муки. Наряду с известкованием, определённое влияние на формирование и стабилизацию кислотно-основного состояния почвы оказывает систематическое применение органических удобрений, способных выступать дополнительным фактором регулирования её агрохимических свойств [12–14].

За период исследований на контрольном варианте отмечалось некоторое увеличение показателей кислотности почвы. Величина обменной кислотности возросла в среднем на 0,3 ед., тогда как гидролитическая кислотность увеличилась на 0,02 ммоль/ 100 г почвы. В варианте с применением только минеральных удобрений также не наблюдалось снижения обменной кислотности, при этом повышение гидролитической кислотности было незначительным и составило около 0,03 ммоль/ 100 г почвы. Выявленные изменения, в определённой степени, могли быть обусловлены поступлением в почву пожнивно-корневых остатков.

Внесение полуперепревшего навоза в дозе 40 т/га как в самостоятельном варианте, так и в сочетании с минеральными удобрениями, обеспечивало существенное улучшение кислотно-основного состояния почвы. Полученные результаты свидетельствуют о положительном влиянии органической составляющей системы удобрения на агрохимические свойства дерново-подзолистой почвы.

В течение исследуемого периода величина обменной кислотности почвы изменялась под влиянием, как применяемых систем удобрения, так и погодных условий отдельных лет. Существенное влияние на динамику данного показателя могли оказать повышенные объёмы атмосферных осадков, отмечавшиеся в 2023 и 2024 гг., способствовавшие более интенсивному перемещению подвижных форм оснований по почвенному профилю.

Положительное влияние навоза на кислотно-основное состояние почвы связано с его близкой к нейтральной реакцией и содержанием кальция и магния, поступление которых способствует нейтрализации почвенной кислотности и улучшению физико-химических и структурных свойств почвы [15]. В 2021–2024 гг. на вариантах с органической системой удобрения обменная кислотность снизилась до 5,8–5,9 ед., что может быть связано с последействием внесённого навоза. Аналогичная тенденция отмечалась и на органоминеральном фоне, где значение обменной кислотности достигало 6,9 ед. Положительное влияние на данный показатель оказывало последовательное поступление в почву органического вещества в составе навоза и последующее внесение сидеральной культуры (таблица 1).

Таблица 1 - Динамика изменения кислотно-основных свойств дерново-подзолистой под влиянием различных видов удобрений, среднее 2021-2024 г.г.

Вариант	Обменная кислотность 2021г. 2024г.		Нг, ммоль/100г 2021г. 2024г.		ЕКО ммоль/100г 2021г 2024г.		V,% 2021г. 2024г.
Без удобрений	5,2	4,9	1,44	1,46	5,15	4,90	76,9	72,8
Н, 40 т/га	5,6	5,9	1,10	1,14	5,65	5,88	79,0	92,3
Н, 40 т/га + NPK	5,9	6,9	1,10	1,09	5,88	6,92	82,0	91,6
NPK	5,6	5,8	1,24	1,32	5,55	5,75	80,0	82,7

В варианте с минеральной системой удобрения отмечалась лишь незначительная тенденция к изменению кислотности почвы. При этом значения показателя оставались на 0,9 ед. выше, чем в контрольном варианте. Полученные результаты не позволяют однозначно подтвердить распространённое представление о выраженном подкисляющем воздействии минеральных удобрений в условиях данного опыта. Определённую роль в поддержании кислотно-основного равновесия почвы могли играть пожнивно-корневые остатки, поступающие в почву после уборки культур и являющиеся дополнительным источником кальция.

Гидролитическая кислотность (Нг) является одним из основных показателей, характеризующих кислотно-основное состояние дерново-подзолистых почв. В условиях опыта её динамика отражала положительное влияние органической составляющей систем удобрения. Внесение навоза способствовало снижению Нг с 1,46 до 1,10–1,14 ммоль/100 г почвы при органической и органоминеральной системах. Данный эффект связан, в частности, с поступлением кальция с органическим удобрением: в 2023 г. его количество достигало 1,09 ммоль/100 г почвы, что способствовало нейтрализации почвенной кислотности.

В 2024 Нг стабилизировалась на уровне 1,1 ммоль/100 г. К 2024 году увеличения значений гидролитической кислотности не наблюдается на удобренных вариантах с полуперепревшим навозом (2 и 3 варианты). На 4 варианте с минеральным фоном увеличение её составило 0,08 ммоль/100 г почвы (табл.1). Таким образом, результаты проведённых исследований свидетельствуют о существенной роли органических удобрений в регулировании кислотно-основного состояния дерново-подзолистой почвы. Их систематическое применение способствовало снижению величины обменной и гидролитической кислотности, что указывает на выраженное нейтрализующее воздействие органической составляющей системы удобрения.

В качестве объекта исследования была выбрана дерново-подзолистая почва со средней степенью окультуренности. На начальном этапе проведения опыта величина ёмкости катионного обмена составляла 5,15 ммоль/100 г почвы, а степень насыщенности основаниями – 76,9 %, что характеризовало исходное состояние почвенного поглощающего комплекса.

На контрольном варианте, где удобрения не применялись, в динамике исследований прослеживалась тенденция к снижению ёмкости катионного обмена. Подобное изменение может быть связано с постепенным выносом из почвы обменных катионов кальция (Ca² ⁺ ) и магния (Mg² ⁺ ) с урожаем возделываемых сельскохозяйственных культур, а также их последующим удалением с территории опытного участка (табл. 1).

Применение минеральных удобрений не привело к существенным изменениям ёмкости катионного обмена (ЕКО). В органическом и органоминеральном вариантах, напротив, за период 2021–2024 гг. отмечалось увеличение данного показателя соответственно на 0,23 и 1,04 ммоль/100 г почвы. Полученные данные свидетельствуют о положительном влиянии органической составляющей системы удобрения на состояние почвенного поглощающего комплекса. Это согласуется с результатами ранее проведённых исследований, согласно которым навоз, не являясь непосредственным источником значительных количеств обменного кальция, способен оказывать опосредованное влияние на его содержание и перераспределение в почве.

Аналогичные изменения отмечены и по степени насыщенности основаниями (V). За 2021–2024 гг. на контроле её значение снизилось на 4,1 %, а при использовании минеральной системы - на 2,7 %. Снижение показателя, вероятно, обусловлено выносом обменных оснований с урожаем сельскохозяйственных культур.

Внесение навоза под картофель в 2023 г. способствовало повышению степени насыщенности основаниями на 13,3 % в органическом варианте. На органоминеральном фоне показатель, напротив, снизился на 9,6 % относительно уровня 2021 г., что может быть связано с более высоким исходным значением и повышенным выносом элементов питания с урожаем.

Таким образом, полученные данные (таблица 1) свидетельствуют о положительном влиянии органической и органоминеральной систем удобрения на кислотно-основное состояние дерново-подзолистой супесчаной почвы. Наиболее выраженное улучшение основных агрохимических показателей отмечено при сочетании органических и минеральных удобрений. В данном варианте величина обменной кислотности достигала 6,9 ед., гидролитическая кислотность снижалась до

1,1 ммоль/100 г почвы, а степень насыщенности основаниями повышалась до 91,6 %.

Выявленные изменения кислотно-основных характеристик почвы свидетельствуют о положительном воздействии органической составляющей системы удобрения на состояние почвенного поглощающего комплекса. Улучшение показателей кислотности и повышение степени насыщенности основаниями создают более благоприятные агрохимические условия для роста и развития сельскохозяйственных культур, что потенциально способствует повышению их продуктивности и качества получаемой растениеводческой продукции.

Формирование урожайности горчицы белой в 2021 г. определялось совокупным воздействием погодных условий вегетационного периода и применяемых систем удобрения. Использование органической системы удобрения (вариант 2) обеспечило существенное повышение урожайности зелёной массы горчицы белой по сравнению с неудобренным контрольным вариантом. Существенная прибавка урожая сидерата отмечена и на органоминеральной и минеральной системах удобрения культуры. Причём, органическая и органоминеральная системы удобрения культуры несущественно различались между собой (таблица 2).

Таблица 2 - Влияние различных систем удобрения на урожайность горчицы белой, 2021г.

Варианты	Средняя урожайность, т/га	Прибавка т/га      %
Контроль	24
Н**	43	19,0	79
Н**+ N 120 P 90 K 120	46	22,0	92
N 120 P 90 K 120	38	14,0	58
НСР 05		0,49

Примечание. Н ** - 2 год последействия навоза

Применение органических удобрений оказывает положительное влияние не только на величину урожайности сельскохозяйственных культур, но и на показатели качества получаемой продукции, что подтверждается результатами ряда исследований [16–19].

В варианте с органоминеральной системой удобрения, где учитывалось последействие ранее внесённого навоза и сидерата, была получена наиболее высокая прибавка урожайности по сравнению с другими вариантами опыта. Её величина достигала 92 % относительно контрольного варианта.

Расчёт агрономической эффективности применения удобрений также показал преимущество органоминеральной системы. Несмотря на последействие навоза и сидеральной культуры, данный вариант характеризовался более высоким показателем агрономической эффективности по сравнению с остальными вариантами опыта; превышение составило 78 % (таблица 3).

Таблица 3 – Влияние различных систем удобрения на урожайность озимой пшеницы в 2022 г. (предшественник - сидерат)

Вариант	Средняя урожайность, т/ га	Пр т/га	ибавка %	Содержание белка, %
Контроль	1,91	-	-	13,1
Н*** Сидерат	2,70	0,79	41	15,6
Н***Сидерат + N 120 P 90 K 120	3,40	1,49	78	15,0
N 120 P 90 K 120	2,94	1,03	54	14,0
НСР 095		0,27		0,24

Примечание. Н ***3 год последействия навоза

При возделывании озимой пшеницы применение минеральных удобрений обеспечило более высокую прибавку урожайности по сравнению с их последействием навоза. По отношению к контролю прирост составил соответственно 54 и 41 %. Наиболее высокое содержание белка в зерне отмечено при органической и органоминеральной системах удобрения - 15,6 и 15,0 % соответственно.

Результаты учёта урожайности картофеля свидетельствуют о высокой эффективности применения исследуемых систем удобрения, которая проявлялась, как в увеличении продуктивности культуры, так и в улучшении качественных характеристик клубней. При этом, последействие навоза обеспечивало меньшую прибавку урожайности по сравнению с органоминеральной и минеральной системами удобрения. В последних двух вариантах увеличение урожайности относительно контроля составило соответственно 65 и 44 % (табл. 4). На контрольном фоне содержание крахмала составило 15,4%. (табл. 4)

Таблица 4 – Влияние различных систем удобрения на урожайность картофеля, 2023 г.

Вариант	Средняя урожайность, т/га	Прибавка т/га %		Содержание крахмала, %	Сбор крахмала, ц/га	Содержание N-NO3, мг/кг
Контроль	26,3	-	-	15,4	20,02	123
Навоз 40т/ га	34,1	7,8	30	16,4	39,19	153
Навоз 40т/га + N PK	43,3	17,0	65	17,5	38,53	102
N 120 P 90 K 120	37,9	11,6	44	16,1	26,08	146
Н 1 С 2 Р 00590 120		1,9		0,28		24
ПДК, мг/кг						250

Наибольшая массовая доля крахмала в клубнях картофеля отмечена при применении органической и органоминеральной систем удобрения и составила соответственно 16,4 и 17,5%. Максимальный сбор крахмала с единицы площади был получен в варианте с органической системой удобрения - 39,2 ц/га. По сравнению с контрольным вариантом прибавка составила 20,0 ц/га, или 95%. Применение других систем удобрения также обеспечивало существенное увеличение сбора крахмала. В зависимости от варианта опыта данный показатель находился в пределах 26,1 – 38,5 ц/га, что свидетельствует о положительном влиянии исследуемых систем удобрения на продуктивность картофеля и выход крахмала. Содержание нитратов в клубнях картофеля не превысило ПДК (таблица 4).

При возделывании яровой пшеницы применение удобрений обеспечивало увеличение урожайности даже с учётом последействия ранее внесённого навоза. В варианте с органической системой удобрения прибавка относительно контроля составила 30 %. Более выраженный эффект наблюдался при использовании минеральной и органоминеральной систем, где прирост урожайности достигал 63–84 % соответственно (таблица 5).

Таблица 5 – Влияние различных систем удобрения на урожайность яровой пшеницы, 2024 г.

Вариант	Средний урожай, ц/га	Прибавка, ц/га %		Содержание N, %	Содержание белка, %
Контроль	19,3	-	-	2,1	11,97
Навоз *40т/га	25,1	5,8	30	2,21	12,59
Навоз*40т/га + N P K	35,5	16,2	84	2,51	14,31
N   P 120 K 90 120	31,4	12.1	63	2,43	13,85
Н 1 С 2 Р 00590 120		2,89		0,015

Примечание. Н*- навоз, 1 год последействия

Все выявленные прибавки урожайности имели статистическую достоверность, что подтверждено результатами математической обработки экспериментальных данных. Наиболее существенное увеличение урожайности зерна яровой пшеницы по сравнению с другими вариантами опыта обеспечила органоминеральная система удобрения. Прибавка относительно контрольного варианта составила 16,2 ц/га.

Полученные результаты (табл. 2–5) подтверждают достоверное влияние применяемых систем удобрения на продуктивность сельскохозяйственных культур на дерново-подзолистой супесчаной почве. Наибольшие прибавки урожайности отмечены при использовании органоминеральной системы и составили 78 % у озимой пшеницы, 65 % у картофеля и 84 % у яровой пшеницы относительно контроля. Минеральная система также обеспечила существенный прирост урожайности - соответственно 54, 44 и 63 %. Последействие навоза в общем урожае увеличивало её показатели на 30 %.

Экономическое обоснование является одним из важнейших критериев оценки полученных в ходе научных исследований результатов (табл.6).

Анализ результатов экономических расчётов, представленных в таблице 6, показывает, что наиболее благоприятное соотношение производственных затрат и получаемого экономического результата при возделывании озимой пшеницы на зерно отмечено при использовании горчицы белой в качестве сидеральной культуры в сочетании с минеральными удобрениями в дозе N₁₂₀P₉₀K₁₂₀. Данный вариант характеризуется более высоким уровнем экономической эффективности по сравнению с другими исследуемыми системами удобрения (табл. 6).

Таблица 6 - Экономическая эффективность применения различных систем удобрения при возделывании сельскохозяйственных культур

Вариант	Без удобрений	Горчица-сидерат + последействие навоза	Горчица-сидерат + последействие навоза + NPK	N 120 P 90 K 120
Рентабельности озимой, %	17,5	30,3	54,4	37,0
Вариант	Без удобрений	Навоз 40т/га	Навоз 40 + N 120 P 90 K 120	N 120 P 90 K 120
Рентабельность картофеля, % по навозу	73,65	113,03	113,79	182,69
Вариант	Без удобрений	Навоз *40т/га	Навоз* + N 120 P 90 K 120	N 120 P 90 K 120
Рентабельность яровой пшеницы, %	36,97	126,90	141,07	74,34

Анализ экономической эффективности производства картофеля при использовании различных систем удобрения показал, что наибольшее увеличение урожайности обеспечивалось применением органоминеральной и минеральной систем. Наибольшая прибавка урожайности картофеля отмечена при сочетании 40 т/га навоза с минеральными удобрениями в дозе N₁₂₀P₉₀K₁₂₀, а также при самостоятельном применении минеральной системы N₁₂₀P₉₀K₁₂₀. В указанных вариантах урожайность составила соответственно 43,2 и 38,0 т/га, при этом уровень рентабельности достиг 113,79 и 182,69 % соответственно (табл. 9).

При расчете экономической эффективности на яровой пшенице учитывались работы по подготовке почвы, посев, комплекс работ по уходу за посевами, затраты на внесение минеральных удобрений, так как навоз изучался в последействии удобрения. Прибавка составила 1,62 т/га, а рентабельность - 141%.

Таким образом, проведенные расчеты по экономическим показателям дают возможность предлагать производству внесение органоминеральной системы удобрения в зернопропашном севообороте и получать уровень рентабельности 54,4% - 141% на зерновых и от всех удобренных вариантах 113 - 182 % на картофеле.

Заключение. За период исследований обменная кислотность почвы на не удобренном варианте имела тенденцию к увеличению на 0,3 ед., а гидролитическая кислотность почвы на 0,02 ммоль/ 100г. почвы.

Наибольшее воздействие на обменную и гидролитическую кислотность оказали органоминеральная и органическая система удобрения: за ротацию севооборота рНсол. уменьшилась на 1,0 - 0,3 ед., а гидролитическая, в основном, не изменялась. При несении навоза рНсол. снизилась до 5,9 и 6,9 ед.

Для снижения отрицательного баланса Ca и Mg в первую очередь необходимо применять известкование. В качестве дополнительного приёма можно использовать навоз в дозе 40 т/га в звене севооборота, увеличивающий ЕКО на 0,23–1,04 ммоль/ 100 г почвы.

Наибольшие показатели прибавки урожая получены от органоминеральной системы удобрений: 92% на горчице белой, 78% - на озимой пшенице, 65% - на картофеле и 84% - на яровой пшенице по отношению к контрольному варианту. Внесение минеральных удобрений превысило действие навоза в последействии, а прибавка составила 58,6%, 54, 44 и 63% соответственно.

Проведённые расчёты по экономическим показателям дают возможность предлагать производству внесение органоминеральной системы удобрения в зернопропашном севообороте и получать уровень рентабельности 54,4 – 141% на зерновых и 114% на картофеле во всех удобренных вариантах.