Влияние систем удобрения на содержание и вынос кальция и магния урожаем зеленой массы вико-овсяной смеси на разных фонах кислотности почвы

Кальций и магний – структурные элементы почвы, незаменимые элементы питания, оказывающие многогранное воздействие на рост и развитие растений, способствующие сохранению плодородия почвы, участвующие в агробиогеохими-ческом круговороте элементов в системе «почва – растение» (Шильников и др., 2012; Панасин, Рымаренко, 2014; Борисоч-кина и др., 2022).

Именно поэтому важно оценивать потери этих элементов из почвы в результате сельскохозяйственной деятельности. Стоит отметить, что оценка уровня выноса кальция и магния урожаем культур в Нечерноземной зоне практически не проводится. Между тем требуется актуализация норм выноса урожаем названных элементов, поскольку от этого зависит баланс кальция или магния, а значит содержание его в почве, которое влияет на уровень реакции почвенной среды и скорость биогеохимического цикла в системе «почва – растение» (Лапа и др., 2013; Небольсина и др., 2016; Аканова и др. 2017).

Вместе с тем важным фактором, влияющим на вынос элементов питания, являются системы удобрения, рассматривающиеся как надежный инструмент улучшения почвенного плодородия. Однако при изменении агрохимических параметров плодородия изменяется и уровень потребления растениями питательных элементов, в том числе кальция и магния (Васбиева, 2016; Иовик, Дашкевич, 2022).

Однолетние травосмеси – распространенный вид зеленого корма для молочного стада в Нечерноземной зоне. Чаще всего сельхозтоваропроизводители высевают двух-, трехкомпонентные смеси, состоящие как правило, из бобовой культуры (вика, горох, пелюшка и т. д.) и зерновой культуры (овес, ячмень, пшеница и т. д.). Кормосмеси являются хорошим предшественником для большой группы культур, таких как зерновые, картофель, овощи открытого грунта (Яковлева и др., 2017; Миникаев и др., 2022; Демиденко, 2024).

Однако, как и другие культуры, однолетние травы (смеси) предъявляют определенные требования к плодородию почвы, связанные с биологическими особенностями культур, входящих в состав травосмесей. В первую очередь это реакция почвенной среды (кислотность).

Согласно ряду исследований, проведенных в Нечерноземной полосе России, урожайность зеленой массы вико-овсяной смеси при известковании (снижении кислотности почвы на 0,5–0,7 ед. pH kcl ) увеличивалась на 13–96% (Налиухин и др., 2017; Налиухин и др., 2023; Чеботарев, Броваро-ва, 2023). Влияние известкования отчасти обусловлено тем, что на формирование 1 т зеленой массы однолетних трав требуется СаО + MgO от 2,3 до 2,8 кг; таким образом, при урожайности зеленой массы на уровне 250 ц/га совокупный вынос элементов из почвы составит 58–70 кг/га¹ (Цвирков, Босак, 2009).

Поскольку однолетние бобово-злаковые травосмеси являются одним из самых распространенных источников корма для молочного стада, оценка отчуждения элементов питания с урожаем необходима для более полного расчета баланса этих элементов в почве и должна учитываться при расчетах норм внесения мелиорантов.

Немаловажное значение в плане кормления молочного стада имеет содержание кальция и магния в корме. Так, по данным ученых «ФНЦ кормопроизводства и агроэкологии имени В. Р. Вильямса», при живой массе коровы 600 кг и молочной продуктивности 18–22 кг в сутки содержание кальция в рационе должно со- ставлять от 72 до 85 г/кг с. в. Содержание магния в рационе коров с такой же удойностью должно составлять 26–28 г/кг с. в. (Косолапов и др., 2019).

Научная новизна работы состоит в том, что на территории Северного Нечерноземья будет актуализирована норма выноса основных катионов (Са+2, Mg+2), содержание которых в почве определяет реакцию среды, с урожаем однолетних трав.

Практическая значимость: уточненные нормы выноса могут использоваться при расчете их баланса в почве в зависимости от основной применяемой системы удобрения и уровня кислотности пахотного слоя.

Цель исследования: изучить влияние традиционных систем удобрения на вынос кальция и магния зеленой массой вико-овсяной смеси на разных фонах кислотности почвы.

Задачи исследования:

– изучить влияние систем удобрений на урожайность сухого вещества вико-овсяной смеси на двух фонах кислотности;

– оценить изменение содержание кальция и магния в сухом веществе вико-овсяной смеси под действием систем удобрения и фона кислотности почвы;

– рассчитать вынос кальция и магния с урожаем вико-овсяной смеси в зависимости от систем удобрения и фона кислотности;

– предложить уточненную норму выноса элементов питания с урожаем на дерновоподзолистой почве в зависимости от ее кислотности и применяемой системы удобрения.

Материалы и методика исследований

Полевой двухфакторный опыт по влиянию систем удобрения (фактор В) и фона кислотности почвы (фактор А) на показатели плодородия и продуктивность зернотравяного севооборота был зало- жен в 2015 году на учебно-опытном поле ФГБОУ ВО «Вологодская молочнохозяйственная академия им. Н. В. Верещагина».

Опыт был развернут во времени и пространстве на трех последовательно вводимых полях (2015–2017 гг.) с одинаковым чередованием культур и уровнем плодородия. Вико-овсяная смесь была первой культурой в севообороте: вико-овсяная смесь – озимая пшеница – ячмень с подсевом клевера – клевер I г. п. – овес. Смесь выращивали в 2015–2017 гг. (I ротация севооборота) и 2020, 2022 гг. (II ротация севооборота). Таким образом, в статье рассматриваются многолетние данные (5 лет).

Показатели плодородия дерново-подзолистой легкосуглинистой почвы перед закладкой опыта следующие (в среднем по трем полям): pH kcl = 5,1–5,2 ед., содержание подвижного фосфора (по Кирсанову) = 251–296 мг/кг, содержание подвижного калия (по Кирсанову) = 116 – 48 мг/кг, содержание органического вещества – 2,57– 3,21%, содержание Са – 5,84–6,21 ммоль (экв.) / 100 г, Mg – 1,59–2,05 ммоль (экв.) / 100 г (Ерегин, 2024).

Для создания уровня кислотности почвы, равного pH kcl = 5,7–5,9 ед., использовали известняковую муку с содержанием действующего вещества (СаСО 3 ) 95–98%. Мелиорант вносили в дозе 5,0–5,5 т/га (физического веса) при перепашке непосредственно под вико-овсяную смесь.

Площадь опытной делянки – 100 м2, учетной – не менее 80 м2, расположение делянок – систематическое.

Во все годы исследования высевался сорт вики яровой ( Vicia sativa L.) «Льговская 22», овса посевного ( Avéna satíva L.) «Лев», за исключением 2022 года, когда высевался сорт «Яков». Отношение при смешивании семян вики и овса поддерживали на уровне 40:60, при норме высева от 200 до 230 кг/га (в зависимости от качества семян). Посев вико-овсяной смеси производили не позже второй декады мая.

Обработку почвы проводили по стандартной технологии, принятой в зоне исследования: вспашка (18–22 см), культивация в 2 следа (12–15 см).

Предметом исследования в опыте являлись следующие системы удобрения²: 1) без удобрения (контроль); 2) органическая (навоз, 50 т/га); 3) минеральная (N 30 P 30 K 30 ); 4) первая органо-минеральная (навоз, 25 т/га + N 15 P 15 K 15 ); 5) вторая органоминеральная (навоз, 50 т/га + N 30 P 30 K 30 ).

В качестве органического удобрения использовали соломистый навоз КРС влажностью не ниже 80%, с содержанием питательных веществ (в среднем по годам исследования): N = 0,29%, P 2 O 5 = 0,26%, К 2 O = 0,42%. Из минеральных удобрений под вико-овсяную смесь применяли NPK (15:15:15) или диаммофоску (ДАФК 10:26:26) в сочетании с аммиачной селитрой (Na 34%). Органические удобрения вносили под перепашку, а минеральные – под культивацию.

Содержание кальция и магния в зеленой массе вико-овсяной смеси определяли при помощи БИК-спектрометрии, содержание сухого вещества – гравиметрическим методом (ГОСТ 31640-2012).

Таблица 1. Агрометеорологические показатели вегетационного периода

Статистические характеристики	Май		Июнь			Июль			Август
	декада
	II	III	I	II	III	I	II	III	I	II
	Среднесуточная температура, °С
X max	13,1	16,4	16,1	16,9	18,0	19,8	19,5	21,6	20,1	19,5
X min	5,9	8,2	10,0	14,1	12,8	13,6	13,8	16,6	16,1	13,3
X ср.	9,5	11,8	13,3	15,5	16,1	17,0	17,2	18,4	17,6	16,4
	Осадки, мм
X max	57	43	48	92	36	76	52	51	38	26
X min	14	8	3	6	2	14	9	6	4	1
X ср.	33	21	19	35	16	36	27	28	17	16

Источник:

Статистическую обработку урожайности вико-овсяной смеси проводили при помощи дисперсионного анализа, используя пакет статистических программ МS Excel.

Для более полной оценки основных агрометеорологических параметров (осадки и среднесуточная температура) за длительный срок эксперимента в табл. 1 приведены пределы их варьирования: максимальный показатель (X max ), минимальный показатель (X min ), среднее значение (X ср. ).

Стоит отметить, что колебания температур за пятилетний период были наименьшие во II декаде июня, когда различие между граничными параметрами составило всего 2,8 °С. Наибольшее различие в температуре воздуха (двукратное) фиксировали в III декаде мая.

Количество осадков за период исследования варьировало более значимо, чем температура воздуха, разница между крайними показателями достигала 26 раз (II декада августа).

Результаты исследования

Стоит отметить, что содержание сухого вещества по вариантам опыта за годы исследования было различным и колебалось в достаточно широких пределах (рис. 1) .

Так, наименьшее изменение за пятилетний период отмечали в варианте без удобрения (контрольный), на слабокислом фоне реакции почвенной среды (pH kcl = 5,1–5,2 ед.); наибольшее – в варианте с органической системой удобрения (2 вариант), на фоне кислотности почвы, близкой к нейтральной (pH kcl = 5,7–5,9 ед.).

Впрочем, стоит отметить, что колебания границ значений содержания сухого вещества в вариантах опыта, расположенных на фоне без известкования (слабокислая реакция почвенной среды), были более значительны, чем на известко-

%

pHkcl = 5,1–5,2 ед.                                                                 pHkcl = 5,7–5,9 ед.

Рис. 1. Изменение содержания сухого вещества в зеленой массе вико-овсяной смеси под влиянием систем удобрения на разных фонах кислотности почвы, %

Планки – размер относительной погрешности измерения.

Источник: данные авторов.

ванном фоне (близкая к нейтральной реакция почвенной среды). В среднем за 5 лет содержание сухого вещества по опыту на слабокислом почвенном фоне составило 21,4%, а на фоне кислотности, близкой к нейтральной, – 20,9%.

Фон кислотности пахотного слоя не во все годы оказал статистически значимое воздействие на сбор сухого вещества с единицы площади, тогда как системы удобрения оказали на него значимое влияние на уровне 95% вероятности вне зависимости от агрометеорологических условий вегетационного периода (года исследования; табл. 2 ).

Наибольшую урожайность сухого вещества как на фоне известкования, так и на неизвесткованном фоне получали при применении второй органо-минеральной системы удобрения (5 вариант). Прибавка урожайности к варианту без удобрения (контрольному, 1 вариант) по годам исследования на слабокислом фоне колебалась от 28% (2022 год) до 69% (2020 год), а на фоне, близком к нейтральной реакции почвенной среды, – от 51% (2015 год) до 88% (2022 год).

Стоит отметить, что наибольшую урожайность в среднем по опыту фиксировали в 2016 году, а наименьшую – в 2015 году. Различие между показателями составило 3,7 т/га, или 70%.

В целом по опыту урожайность сухого вещества достаточно сильно колебалась по годам исследования, однако в вариантах с системами удобрения (2–5 варианты) никогда не снижалась ниже 5,0 т/га. Это свидетельствует, что обеспечение растений питательными элементами в доступной форме позволяет регулировать урожайность на заданном уровне, в минимальной зависимости от погодных условий вегетационного периода.

На рис. 2 представлена полученная прибавка урожайности сухого вещества в зависимости от системы удобрения к варианту без удобрения (контрольному) в среднем за 5 лет исследований. За 100% взята урожайность в контрольном варианте, уровень прибавки рассчитан в относительных единицах.

Прибавка урожая от систем удобрения на фоне кислотности, близкой к нейтральной (pH kcl = 5,7–5,9 ед.), в среднем

Таблица 2. Влияние систем удобрения на урожайность сухого вещества вико-овсяной смеси на разных фонах кислотности почвы, т/га

Фактор В – системы удобрения	Кислотность почвы (pHkcl), ед.	Фактор А – известкование					Среднее по фактору В
		2015	2016	2017	2020	2022
1. Контроль (без удобрений)	5,1–5,2	4,1	6,3	4,7	5,2	5,4	5,2
	5,7–5,9	4,1	7,3	4,5	5,8	4,0	5,1
	среднее	4,1	6,8	4,6	5,5	4,7	5,1
2. Органическая	5,1–5,2	5,4	9,2	5,2	7,1	6,2	6,6
	5,7–5,9	5,0	9,8	5,3	6,9	5,4	6,5
	среднее	5,2	9,5	5,3	7,0	5,8	6,5
3. Минеральная	5,1–5,2	5,3	8,2	5,5	7,5	5,5	6,4
	5,7–5,9	5,9	8,7	5,6	8,3	4,9	6,7
	среднее	5,6	8,4	5,5	7,9	5,2	6,5
4. Первая органо-минеральная	5,1–5,2	5,2	9,5	5,7	7,8	6,4	6,9
	5,7–5,9	5,4	10,7	7,8	8,4	7,1	7,9
	среднее	5,3	10,1	6,8	8,1	6,8	7,4
5. Вторая органо-минеральная	5,1–5,2	6,3	9,3	7,2	8,8	6,9	7,7
	5,7–5,9	6,2	11,3	7,1	10,1	7,5	8,4
	среднее	6,3	10,3	7,2	9,5	7,2	8,1
Среднее по фактору А	5,1–5,2	5,3	8,5	5,7	7,3	6,1	6,6
	5,7–5,9	5,3	9,5	6,1	7,9	5,8	6,9
	среднее	5,3	9,0	5,9	7,6	5,9	6,7
НСР05 фактора А		Fф.	0,5	Fф.	0,6	Fф.	0,3
НСР05 фактора В		1,0	0,7	1,0	1,5	1,0	0,5
НСР05 част. различий		1,4	1,0	1,4	2,1	1,4	0,8
Источник: данные авторов.

■ контроль (без удобрений)

■ прибавка урожая

Рис. 2. Прибавка урожайности сухого вещества к контролю в зависимости от системы удобрения, %

Источник: данные авторов.

по вариантам опыта составила 45%, тогда как на слабокислом фоне (pHkcl = 5,1– 5,2 ед.) – 33%. Наибольшую прибавку урожайности сухого вещества на обоих фонах кислотности отмечали в варианте со второй органо-минеральной системой удобрения. В варианте с органической системой удобрения (2 вариант) изменение фона кислотности почвы не отразилось на величине прибавки.

Содержание кальция (СаО) в зеленой массе вико-овсяной смеси в среднем по опыту на фоне известкования (pHkcl = 5,7– 5,9 ед.) составило 0,82%, а на неизвестко- ванном фоне (pHkcl = 5,1–5,2 ед.) – 0,84%. Таким образом, изменение кислотности почвы на 0,6–0,8 единицы незначительно повлияло на уровень содержания кальция в зеленой массе вико-овсяной смеси (рис. 3).

Однако нужно отметить, что колебания в уровне содержания СаО в зеленой массе на слабокислом фоне (без известкования) были выше, чем на фоне кислотности почвы, близкой к нейтральной (с известкованием).

Что же касается систем удобрения, то наименьшее содержание кальция в зеленой массе фиксировали в варианте без удобрения (контрольном) – 0,79% в сред- нем по фонам кислотности. По вариантам систем удобрения (2–5 вариант) содержание кальция (в среднем по фонам кислотности) колебалось от 0,82 до 0,86%, достигая наибольшего значения в варианте с первой органо-минеральной системой удобрения (4 вариант).

Содержание магния (MgO) в зеленой массе вико-овсяной смеси, как и кальция, незначительно изменялось от уровня кислотности почвы, составив в среднем по опыту на фоне pH kcl = 5,1–5,2 ед. (слабокислый) 0,36%, а на фоне pH kcl = 5,7–5,9 ед. (близкий к нейтральному) – 0,35% (рис. 4) .

Рис. 3. Влияние систем удобрения на содержание кальция в зеленой массе вико-овсяной смеси (в среднем за 5 лет), % сухого вещества

Планки – размер относительной погрешности измерения.

Источник: данные авторов.

Рис. 4. Влияние систем удобрения на содержание магния в зеленой массе вико-овсяной смеси (в среднем за 5 лет), % сухого вещества

Планки – размер относительной погрешности измерения.

Источник: данные авторов.

Влияние систем удобрения на содержание элемента питания также было незначительным, но выделялся 4 вариант (первая органо-минеральная система удобрения), в котором в среднем по фонам кислотности содержание магния было на 15% (в относительных единицах) выше, чем в варианте без удобрения (1 вариант, контроль).

Таким образом, изменение кислотности почвы практически не влияет на уровень содержания кальция и магния в растительной массе вико-овсяной смеси, а под влиянием систем удобрения больше изменяется содержание СаО, чем MgO.

Несмотря на вышеизложенные промежуточные выводы, стоит заметить, что непосредственно вынос элементов питания с урожаем с единицы площади изменялся в зависимости от применяемых систем удобрения и практически не зависел от уровня кислотности почвы (табл. 3) .

Изменение количества вынесенных элементов (СаО + MgO), в зависимости от системы удобрения произошло в сторону увеличения от варианта без удобрения (контроль, 1 вариант) к варианту со второй органо-минеральной системой удобрения (5 вариант). Разница в уровне выноса между этими вариантами составила 63%, что в первую очередь связано с различием в урожайности (см. табл. 1), а не с изменением содержания элементов в зеленой массе.

Стоит отметить, что на практике вынос с единицы площади рассчитывается крайне редко, поскольку требуется учитывать как урожайность, так и изменение почвенного плодородия под действием удобрений, несмотря на то, что данный метод дает более точные результаты по выносу элементов питания и позволяет, в первом приближении, оценить скорость расхода Са и Mg, содержащихся в почве, на формирование урожая в зави-

Таблица 3. Вынос кальция и магния с урожаем зеленой массы вико-овсяной смеси в зависимости от систем удобрения и уровня кислотности почвы

Системы удобрения – фактор В Элемент Уровни кислотности – фактор А вынос, кг/га вынос 1 т сена, кг 5,1–5,2 ед. 5,7–5,9 ед. среднее 5,1–5,2 ед. 5,7–5,9 ед. среднее 1. Без удобрений (контроль) СаО 40,0 41,3 40,7 4,5 4,7 4,6 MgO 17,5 17,2 17,4 1,9 2,0 2,0 сумма 57,5 58,5 58,1 6,4 6,6 6,5 2. Органическая СаО 54,8 52,0 53,4 4,8 4,6 4,7 MgO 21,8 22,4 22,1 1,9 2,0 2,0 сумма 76,6 74,4 75,5 6,7 6,6 6,7 3. Минеральная СаО 53,8 57,0 55,4 4,9 4,9 4,9 MgO 23,3 23,3 23,3 2,1 2,0 2,1 сумма 77,1 80,3 78,7 7,0 6,9 7,0 4. Первая органо-минеральная СаО 61,4 64,8 63,1 5,1 4,7 4,9 MgO 26,9 30,0 28,5 2,3 2,2 2,3 сумма 88,3 94,8 91,6 7,4 6,9 7,2 5. Вторая органо-минеральная СаО 66,2 67,2 66,7 5,0 4,6 4,8 MgO 29,4 27,0 28,2 2,2 1,9 2,1 сумма 95,6 94,2 94,9 7,2 6,5 6,9 В среднем по опыту СаО 55,2 56,5 55,9 4,9 4,7 4,8 MgO 23,8 24,0 23,9 2,1 2,0 2,1 сумма 79,0 80,5 79,8 7,0 6,7 6,9 Источник: данные авторов. симости от уровня плодородия и применяемой системы удобрения.

На практике при расчете выноса элементов питания как на уровне хозяйства, так и на более высоких уровнях (муниципальном, региональном) используют т. н. коэффициент удельного выноса, т. е. выноса с единицей продукции. В случае с однолетними травосмесями урожай зеленой массы переводят в условное сено при помощи коэффициента 0,25, принятого как в статистической службе, так и в Агрохимслужбе, утвержденного Приказом Минсельхоза РФ № 7923. Урожайность зеленой массы вико-овсяной смеси по годам исследования представлена в работах (Налиухин и др., 2023; Ерегин, 2024).

По итогу нашей работы не удалось обнаружить значимых различий в выносе кальция и магния с единицей продукции (условное сено) как по фонам кислотности, так и в зависимости от применяемой системы удобрения. Однако расчет показал, что количественно СаО + MgO выносилось с 1 т условного сена на уровне 6,7–7,0 кг. Данное значение отличается от принятого на сегодняшний день для расчета – 4,6 кг/т4.

В связи с этим предлагаем использовать уточненный коэффициент, равный 6,9, для расчета выноса карбонатов с урожаем однолетних смесей для территории Вологодской области. Это позволит более объективно оценивать скорость изменения содержания элементов питания в пахотном слое и рассчитывать срок действия известкового материала (как источника обогащения Са и Mg пахотных почв).

Выводы

В результате проведенного исследования выявлено, что снижение кислотности пахотного слоя дерново-подзолистой почвы на 0,6–0,8 ед. pH kcl под действием известкования не всегда обеспечивало статистически значимую прибавку урожайности, однако на уровне наблюдаемой тенденции увеличивало ее на 5% по сравнению с неизвесткованным фоном.

Содержание кальция в зеленой массе вико-овсяной смеси не зависело от изменения кислотности почвы, но повышалось при применении систем удобрения, по сравнению с вариантом без удобрения, до 0,89% с. в.

Содержание магния мало изменялось под действием известкования (снижения кислотности почвы), однако и применение систем удобрения не способствовало значительному увеличению показателя по отношению к контролю (без удобрения).

В результате расчетов вынос с единицы площади кальция и магния в совокупности более значительно изменялся при применении системы удобрения, чем при изменении кислотности пахотного слоя дерново-подзолистой почвы, и в среднем по опыту составил 79,8 кг/га.

Удельный вынос элементов (вынос с единицей урожая) практически не изменялся под действием систем удобрения и фона кислотности, в среднем по опыту он составил 6,9 кг на 1 т условного сена. Данный показатель рекомендуем использовать при расчетах выноса карбонатов из почвы с урожаем сена однолетних бобовозлаковых смесей на территории Вологодской области вместо применяющегося коэффициента 4,6 кг.