Запасы и групповой состав фосфатов почв предгорной зоны Илийского Алатау и их изменение при длительном использовании

По данным РГУ “Агрохимслужба” МСХ РК за 2010–2016 гг. более 56% пахотных земель Казахстана очень бедны фосфором, а 18–20% мало обеспечены (Отчет о деятельности РГУ…, 2016) .

В настоящее время требуемое количество фосфорных удобрений под те или иные культуры преимущественно рассчитывается на основе определения содержания подвижных фосфатов в почве. Однако простой анализ зависимости урожайности культур от содержания фосфора в почве не всегда отражает реальную картину.

Отсутствие современных экспериментальных данных по изучению состава фосфора органических соединений и их трансформации при длительном применении удобрений еще в большей степени усугубляет проблему. При этом вопрос изучения фосфора органических соединений в питании растений применительно к почвенным разностям Казахстана является абсолютно новым. Решение данного вопроса позволит по-новому пересмотреть существующие схемы удобрений. Определение структуры фосфатного фонда в условиях севооборота в сравнении с таковым в бессменном посеве сахарной свеклы позволит корректировать обеспеченность почв подвижным фосфором.

В условиях интенсификации сельского хозяйства существенно возрастают проблемы управления почвенным плодородием и разработки приемов его расширенного воспроизводства. Как считают многие исследователи, фосфатный уровень почв является показателем их плодородия и его повышение свидетельствует об окультуренности почв (Синягин, 1968; Хейфец, 1948; Бурангуло ва, 1957; Гриндель, Зырин, 1965; Козыбаева, 1974; Вильдфлуш, 1975; Иванов, Елешев, 1990; 1991; Иванов, 1991; Гринец 2009, Гринец и др., 2019) .

Изучение трансформации элементов питания, в частности фосфора, в зависимости от типов почв в различных климатических условиях, агротехнических приемов, применения удобрений является весьма актуальным.

Известно, что фосфорорганические соединения составляют значительную часть валового фосфора почвы. По данным И.И. Синягина на их долю в пахотном слое приходится около 30‒ 85% общего содержания фосфора в почве (Синягин, 1968) .

В 70-х годах прошлого столетия существовали различные мнения относительно форм органических фосфатов в почве. Одни исследователи считали, что фосфор находится в форме неспецифических органических соединений индивидуальной природы: фитин, фосфатиды, нуклеиновые кислоты и др. (Хейфец, 1948; Бурангулова, 1957), ‒ другие отмечали его наличие в составе спе- цифических гумусовых веществ (Гриндель, Зырин, 1965; Виль-дфлуш, 1975).

Применение минеральных и органических удобрений в разных типах почв приводило в одних случаях к повышению содержания органических фосфатов (Минеев и др., 1993; Фокин, Синха, 1969) , а в других оно оставалось неизменным или даже снижалось (Меренова, 1955) .

Несмотря на высокое содержание фосфора, связанного с органическим веществом (30‒50% от валового содержания), он слабо поглощается растениями (Душечкин, 1929) . В то же время другие исследователи (Дмитриенко, 1957) считают, что органическое вещество, разлагающееся под влиянием микроорганизмов и химических процессов, является одним из постоянных источников питания растений, в том числе и фосфорного.

Отдельные ученые (Дурасов, 1960; Ратнер, Самойлова, 1955; Кривоносова, Супруненко, 1971; Пономарева, 1970; 1971) отмечают увеличение количества органических фосфатов при внесении удобрений, тогда как в других исследованиях (Левенец, Кри воносова, 1974; Касицкий, 1979) минеральные удобрения и даже органические не повышали, а иногда снижали их содержание. Так, наибольшее количество фосфора приходится на долю неспецифических соединений: в черноземе мощном ‒ около 50%, а в черноземе оподзоленном ‒ около 30% от суммы органических фосфатов. В том и другом случае отмечалось некоторое увеличение количества фосфора фульвокислот, особенно в мощном черноземе, при одновременном уменьшении количества фосфора гуминовых кислот. Внесение минеральных удобрений в различной степени изменяло содержание Р 2 О 5 во фракциях фосфорсодержащих органических соединений, а именно способствовало уменьшению количества фосфора неспецифических соединений.

Решение проблемы регулирования фосфатного режима связано с определением уровня, до которого целесообразно повышать содержание растворимых фосфатов в зависимости от типа почв, содержания природного фосфора, особенностей поглощения и закрепления его в почве, состава возделываемых культур и других показателей (Касицкий, 1979; Носко, 1983, 1985; Чумаченко, 1969; Рахимгалиева, 2010; Чиркова, Козыбаева, 1978, 1980; Могханм,

2011; Умбетов, 2016; Османьян, 2009) .

Как отмечает И.Н. Чумаченко (1969) , большую роль в питании растений благодаря своей мобильности при определенных условиях играют неспецифические органические фосфаты почвы. Им установлено, что применение фосфорных удобрений практически не повлияло на увеличение содержания органических фосфатов на изучаемых орошаемых сероземах Средней Азии (светлый, типичный, темный, староорошаемый). Это подтверждает и Сущеница Б.А. (1978) , говоря о том, что особое место в этих почвах занимают органофосфаты, являющиеся близким резервом фосфорного питания в неудобренной почве, их содержание превышает сумму подвижных минеральных фосфатов почти в два раза. Трехлетняя люцерна, хорошо удобренная фосфором, способствовала семикратному увеличению фосфатов органического происхождения.

Количество органических соединений индивидуальной природы (нуклеиновые кислоты, фитин, фосфатиды) в почвах не превышает 10‒15% общего запаса гумуса (Кононова, 1963; Бацула, Кривоносова, 1973) . Их источниками являются растительные остатки и продукты обмена и синтеза микроорганизмов.

Макаров М.И. и др. (1997) , изучая распределение Р орг по гранулометрическим фракциям дерново-подзолистых, серых лесных и черноземных почв, пришли к заключению, что свыше 70% Р орг гумусовых горизонтов приходилось на долю илистых и мелкопылеватых фракций. В тонкодисперсных фракциях было аккумулировано органическое вещество, относительно обогащенное фосфором, что обусловливало уменьшение в них величины отношения С : Р.

В исследованиях Хейфец Д.М и др. (Хейфец, 1948; Макаров, 1997; 2005) показано, что количество фосфора, связанного с органическим веществом в изученных почвах различно и составляет от 9 до 50% от валового содержания для разных почв.

Результаты этих исследований (Макаров и др., 1999; Макаров, 2005; Макаров, Малышева, 2006; Макаров, Леошкина, 2009) подтверждают, что количественная неопределенность понятия “фосфор фульвокислот” следует из высокой зависимости концентрации Р в фульвокислотах от методики выделения этой группы соединений.

Органические и минеральные фосфаты неразрывно связаны и постоянно находятся в процессе взаимопревращения, при этом органофосфаты являются резервом непосредственно доступных для растений форм фосфора (Иванов и др., 2012) .

В целом обилие публикаций по трансформации органических фосфатов говорит о достаточной изученности этого вопроса в странах СНГ и дальнего зарубежья. В различных почвенно-климатических условиях Казахстана подобных исследований проводилось мало, поэтому для предгорной зоны Илийского Алатау вопрос участия органического фосфора в питании растений является на сегодня весьма актуальным.

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ

Объекты исследования – почвы предгорной пустынностепной зоны (пояс предгорных светло-каштановых почв до высоты 750–850 м) и почвы зоны предгорной степи (от 700–800 до 1200–1400 м): пояса предгорных темно-каштановых почв до высоты 850–1000 м, предгорных черноземов до высоты 750–850 м.

Территория стационара Казахского НИИ земледелия и растениеводства, где проводился полевой опыт с сахарной свеклой, расположена у подножья горных хребтов Илийского Алатау на высоте 700–800 м над уровнем моря. Почвенный покров опытного участка представлен предгорными светло-каштановыми почвами. Почвообразующими породами являются лёссовидные суглинки, глубоко подстилаемые галечниковыми отложениями. Грунтовые воды залегают на глубине 10 м и более.

Светло-каштановые почвы опытного участка имеют хорошо развитый профиль: гумусовый горизонт (Ап + А 1 ) оструктурен, слабо уплотнен, поэтому вполне благоприятен для возделывания многих сельскохозяйственных культур. Содержание гумуса – 2.27–2.35%, валовых форм азота – 0.171–0.182%, фосфора – 0.200– 0.210% и калия – 1.62–1.75%. Содержание подвижных форм питательных элементов в пахотном горизонте составило соответственно 23.1–24.8, 20.2–27 и калия – 424–455 мг/кг почвы.

Решение поставленных задач осуществлялось посредством закладки ключевых участков на различных типах почв (чернозе- мы, темно-каштановые и светло-каштановые) вертикальной зональности Илийского Алатау, а также на участке многолетнего полевого опыта восьмипольного свекловичного севооборота и бессменного посева сахарной свеклы.

Реализация поставленных задач осуществлялась в многолетнем (с 1961 г.) стационарном опыте в севообороте и на бессменном посеве сахарной свеклы.

Всего за 56 лет под бессменные посевы сахарной свеклы на светло-каштановой почве внесено:

Одинарная доза фосфора – N 5600 P 3360 K 3360 ;

Полуторная доза – N 5600 P 5040 K 3360 ;

Двойная доза – N 5600 P 6720 K 3360 .

Схема опыта:

• 1.    Без удобрений (контроль)

• 2. NK-фон

• 3.    NK + P 1 (одинарная доза)

• 4.    NK + P 1.5 (полуторная доза)

• 5.    NK + P 2 (двойная доза)

• 6.    NPK + 60 т навоза

Повторность опыта 4-кратная, площадь делянки – 216 м ² . В качестве азотных удобрений использовали мочевину (46% д.в.), фосфорных – двойной суперфосфат (47% д.в.), калийных – хлористый калий (60% д.в.). Ежегодная одинарная доза Р 2 О 5 – 90 кг/га, полуторная – 135 кг/га и двойная доза – 180 кг/га.

Агрохимические свойства изучаемых почв (гумус, содержание NPK, рН и др.) определяли общепринятыми классическими методами; общее содержание органических фосфатов – методом Мета в модификации Гинзбурга; состав минерального фосфора – по Гинзбург-Лебедевой; подвижные фосфаты – по методу Мачи-гина.

Химические анализы почв выполнены в лабораториях кафедры “Почвоведения и агрохимии” Казахского национального аграрного университета, Казахского НИИ Почвоведения и агрохимии им. У.У. Успанова, Казахского НИИ земледелия и растениеводства и Почвенного института им. В.В. Докучаева (г. Москва).

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Результаты определения общих агрохимических свойств почв представлены в таблице 1.

Запасы и групповой состав фосфатов почв предгорной зоны Илийского Алатау (черноземы и каштановые почвы) и их изменение при длительном использовании

Исследования показали, что в верхней части гумусового профиля основных типов почв количество валового фосфора колеблется от 1880 до 2330 мг/кг почвы (табл. 2).

Светло-каштановая почва содержит 1880, пахотные темнокаштановые – 2130, целинные темно-каштановые – 1720, пахотные горные черноземы – 2050, целинные горные черноземы – 2330 мг/кг фосфора. Таким образом, максимальный запас фосфора отмечается в целинных горных черноземных почвах.

В профиле всех типов почв отчетливо выражено уменьшение содержания фосфора с глубиной, что объясняется биологической аккумуляцией данного элемента в верхней части профиля и закреплением некоторой доли фосфатов, поступающих в пахотный слой с удобрениями.

Содержание общего фосфора в верхних горизонтах исследуемых почв также зависело от типа почв. Так, светло-каштановая почва содержит 1096, пахотные темно-каштановые – 1126, целинные темно-каштановые – 1005, пахотные горно-черноземные почвы – 1052, целинные черноземные почвы – 1007 мг/кг почвы.

Таблица 1. Агрохимическая характеристика обследованных целинных и пахотных почв

Илийского Алатау (2018 г.)

Table 1. Agrochemical characteristics of surveyed virgin and arable soils of Ili Alatau (2018)

Почва	Глубина горизонта, см	Гумус, %	Азот, %	Фосфор, %	Калий, %	рН	СО 2 , %	Подвижные формы, мг/кг
								N л.г.	Р 2 О 5	К 2 О
Темнокаштановая почва, пашня	0–30	2.33	0.140	0.224	2.75	8.27	-	30.8	53.0	360
	30–47	1.62	0.126	0.224	3.00	8.14	-	30.8	18.0	220
	47–80	1.08	0.070	0.212	2.87	8.52	1.50	28.0	5.0	180
	80–100	0.98	0.064	0.198	2.65	8.61	2.10	26.3	4.8	170
	100–128	0.82	0.052	0.176	2.48	8.70	2.82	20.4	4.5	149
Темнокаштановая почва, целина	0–10	3.11	0.224	0.178	3.06	8.42	1.17	33.6	14.0	710
	10–38	2.33	0.226	0.148	3.00	8.48	0.33	33.6	10.0	610
	38–54	1.25	0.126	0.176	2.75	8.68	3.51	30.8	10.0	460
	54–98	0.71	0.084	0.148	2.19	8.88	-	28.0	5.0	110
	98–117	0.68	0.075	0.130	2.03	8.89	-	25.0	4.8	105

Почва	Глубина горизонта, см	Гумус, %	Азот, %	Фосфор, %	Калий, %	рН	СО 2 , %	Подвижные формы, мг/кг
								N л.г.	Р 2 О 5	К 2 О
Чернозем горный, пашня	0–25	3.34	0.196	0.196	2.69	8.51	4.18	33.6	20.0	250
	25–55	1.18	0.098	0.168	2.19	8.72	11.14	39.2	5.0	90
	55–95	0.88	0.084	0.148	2.25	8.84	9.43	36.4	3.0	90
	95–130	0.72	0.072	0.135	2.17	8.86	9.61	33.6	3.2	84
Чернозем горный, целина	0–10	5.07	0.518	0.212	2.75	6.62	-	53.2	41.0	850
	10–38	2.23	0.434	0.200	2.75	6.80	-	50.4	27.0	590
	38–58	3.75	0.196	0.148	2.88	7.21	-	47.6	10.0	300
	58–90	2.30	0.126	0.160	2.00	8.72	11.51	39.2	5.0	90
	90–117	2.15	0.115	0.151	1.96	8.76	12.40	36.7	5.3	84
Светлокаштановая почва, пашня	0–33	1.65	0.0098	0.200	2.50	8.61	1.95	28.0	12.0	290
	33–51	1.32	0.084	0.204	2.56	8.68	3.25	25.2	10.0	230
	51–68	1.45	0.126	0.200	2.50	8.60	3.57	28.0	6.0	190
	68–96	1.31	0.118	0.196	2.41	8.62	3.64	24.0	5.5	185
	96–132	1.22	0.109	0.180	2.30	8.64	3.80	20.0	5.2	175

Максимальное содержание общего фосфора (1126 мг/кг) обнаружено в пахотном слое темно-каштановых почв (табл. 2).

Количество минерального фосфора зависит от типа почв и изучаемого горизонта и колеблется от 715.5 до 1145 мг/кг. Максимальное содержание минерального фосфора в верхнем горизонте обнаружено в пахотной светло-каштановой почве – 1093 мг/кг, а минимальное содержание – 983 мг/кг – в пахотной темно каштановой почве.

Таблица 2. Формы и содержание фосфора целинных и пахотных почвах Илийского Алатау (2018 г.)

Table 2. Forms and content of phosphorus in virgin and arable soils of Ili Alatau (2018)

Тип почвы	Глубина горизонта, см	Фосфор в мг/кг почвы
		Валовый	Общий	Минеральный
Темнокаштановая почва, пашня	0–30	2130	1126	983
	30–47	2120	1062	933
	47–80	2080	1029	982
Темнокаштановая почва, целина	0–10	1720	1005	998
	10–38	1490	792	771
	38–54	1540	915	913
Чернозем горный, пашня	0–25	2050	1052	1050
	25–55	1400	907	906
Чернозем горный, целина	0–10	2330	1007	1004
	10–38	2180	763	760
	38–58	1910	716	715,5
Светлокаштановая почва, пашня	0–33	1880	1096	1093
	33–51	1730	1147	1145
	51–68	1880	965	964

Следует отметить, что содержание валового фосфора значительно превышает содержание “общего” в связи с тем, что первый определяли методом рентгенофлуоресцентного анализа, позволяющим определить все формы соединений элемента, независимо от их устойчивости к тем или иным химическим агентам, в том числе фосфор, находящийся в составе алюмосиликатов или устойчивых органических соединений, последний же определялся после извлечения его серной кислотой при нагревании, что не гарантирует полноту экстракции.

Исследования группового состава фосфатов показали, что содержание рыхлосвязанных фосфатов (Са-Р I ) в пахотном слое (0– 30 см) изучаемых почв колеблется от 26.5 до 36.0 мг Р 2 О 5 на 1 кг почвы. По профилю почв содержание фосфатов этой фракции постепенно снижается (табл. 3).

Несмотря на полученную незначительную (порядка 10–15%) разницу между суммой фракций минеральных фосфатов в таблице 3 и содержанием фосфора минеральных соединений в таблице 2, обусловленную суммированием аналитических погрешностей при фракционном анализе, тенденция одинакова. Фракции разноосновных фосфатов кальция (Са-Р ІІ ) в почвах содержится значительно больше, чем фракции Са-Р I . Наиболее высокое содержание фракции Са-Р ІІ наблюдается в пахотном слое темнокаштановой почвы (320 мг/кг), в черноземных почвах содержится 270–280 мг/кг, а в светло-каштановой почве – 262 мг/кг разноосновных фосфатов. Уменьшение по профилю почв содержания фракции разноосновных фосфатов (Са-Р ІІ ) более постепенное, в сравнении с фракциями рыхлосвязанных фосфатов. Различие почв по содержанию фракций разноосновных фосфатов кальция (Са-Р ІІ ) остается стабильным по всей глубине (табл. 3).

Высокоосновные фосфаты кальция занимают значительное место в фоне “активных” минеральных фосфатов, но доступность их крайне ограничена, так как они представлены в основном первичными минералами типа аппатита. В черноземных почвах в верхнем горизонте содержание высокоосновных фосфатов (Са-Р ІІІ ) составляет 715–855 мг/кг, темно-каштановыых – 747–758, светлокаштановых – 742 мг/кг и с глубиной постепенно уменьшается. Максимальное содержание этой группы фосфатов (855 мг/кг) отмечено на целинных черноземных почвах.

Таблица 3. Состав и содержание фракций минеральных фосфатов целинных и пахотных почв Илийского Алатау (2018 г.)

Table 3. Composition and fractions of mineral phosphates in virgin and arable soils of Ili-Alatau (2018)

Почва	Глубина горизонта, см	Фракции минеральных фосфатов, мг/кг
		Подвижный фосфор, мг/кг	Са-P I	Са-PII	Al-P	Fe-Р	Са-PIII	Сумма
Темнокаштановая почва, пашня	0–30	53.0	34.5	345	34.5	36.7	747	1197.7
	30–47	18.0	28.5	272	36.5	44.7	680	1061.7
	47–80	5.0	25.0	287	21.5	36.3	667	1036.8
	80–100	4.8	22.5	255	30.0	40.5	683	1031.0
	100–128	4.5	16.0	247	40.0	44.7	690	1037.7
Темнокаштановая почва, целина	0–10	14.0	30.0	310	36.5	38.7	758	1173.2
	10–38	10.0	26.0	247	36.3	40.3	701	1050.6
	38–54	10.0	23.8	240	32.0	42.0	703	1040.8
	54–98	5.0	22.5	227	41.2	43.3	697	1031.0
	98–117	4.8	18.7	220	34.7	41.0	680	994.4

Почва	Глубина горизонта, см	Фракции минеральных фосфатов, мг/кг
		Подвижный фосфор, мг/кг	Са-P I	Са-PII	Al-P	Fe-Р	Са-PIII	Сумма
Чернозем горный, пашня	0–25	20.0	28.0	280	38.3	43.3	715	1104.6
	25–55	5.0	25.0	260	40.0	48.0	687	1060.0
	55–95	3.0	23.0	240	34.8	42.2	670	1010.0
	95–130	3.2	20.0	183	28.5	46.7	645	923.2
Чернозем горный, целина	0–10	41.0	36.0	287	44.3	38.7	855	1261.0
	10–38	27.0	31.5	267	40.7	44.7	738	1121.9
	38–58	10.0	26.3	233	38.0	43.3	713	1053.6
	58–90	5.0	24.7	218	36.7	47.8	689	1016.2
	90–117	5.3	22.8	213	37.0	48.5	667	988.3
Светлокаштановая почва, пашня	0–33	12.0	26.5	262	48	90	742	1168.5
	33–51	10.0	22.0	251	47	95	731	1146.0
	51–68	6.0	18.3	243	49	97	713	1120.3
	68–96	5.5	16.0	224	45	94	695	1074.0
	96–132	5.2	15.2	189	42	93	691	1030.2

По мере увеличения карбонатности почв количество (относительное) высокоосновных фосфатов кальция типа аппатита (Са-Р ІІІ ) возрастает. Содержание фракции фосфатов алюминия и железа в зависимости от типа почв составляет: черноземная почва – 80–85 мг/кг, темно-каштановая почва – 70–75 мг/кг, светлокаштановая почва – 130 мг/кг почвы (табл. 3).

Сумма минеральных фосфатов также зависит от типа исследуемых почв. Так, на целинных черноземных почвах сумма минеральных фосфатов в верхнем горизонте составляет – 1261.0 мг/кг, пахотных черноземах – 1104.6 мг/кг, на целинных темнокаштановых почвах – 1173.2 мг/кг, пахотных темно-каштановх – 1197.7 мг/кг, пахотных светло-каштановых – 1168.5 мг/кг.

Черноземные почвы отличаются от каштановых высоким содержанием малоподвижных и низким содержанием наиболее подвижных фракций минеральных фосфатов.

Процессы трансформации фосфора органических и минеральных соединений при длительном применении удобрений на посевах сахарной свеклы

На сегодняшний день стало возможным выделение четырех групп процессов, влияющих на трансформацию фосфатов в почве: геохимические, биологические, химические и антропогенные. Каждая из выделенных групп имеет свою специфику и приводит к достаточно своеобразным формопроявлениям соединений фосфора в почве.

Длительное применение удобрений в севооборотах вызывает значительные изменения физико-химических свойств почвы, ее биологической активности и питательного режима. Особое место в вопросах длительного применения удобрений занимает фосфор, что связано как с большим значением этого элемента для жизни растений, так и со спецификой его поведения в почве. Обладая высокой реакционной способностью, фосфор активно участвует в различных почвенных процессах, что обусловливает возникновение разнообразных фосфорных соединений как минеральных, так и органических. Сравнительно низкий процент усвоения фосфора из удобрений, особенно в вариантах с высокими дозами фосфорных удобрений, способствует его значительному накоплению в почве.

Внесенный в почву фосфор трансформируется, в результате чего его подвижность с течением времени изменяется, поэтому сравнение многолетней динамики различных форм фосфатов при длительном и систематическом применении удобрений, в частности фосфорных, представляет научный интерес (Пономарева, 1980; 1989; Иванов, Елешев, 1990; 1991; Иванов, 1991) .

В других исследованиях (Басибеков, Торшина, 1975, 1978, 1981; Елешев, 1980; Иванов, Елешев, 1990; 1991; Иванов, 1991) длительное применение удобрений на слабовыщелоченном черноземе способствовало значительному накоплению в почве сравнительно легкорастворимых фосфатов щелочных и щелочноземельных металлов, увеличивало содержание фракции фосфатов железа и алюминия, значительно изменяло содержание фракции высокоосновных фосфатов кальция.

Накопление и использование остаточных фосфатов в большей мере отражается на содержании минеральных фосфатов по сравнению с органическими. Фосфор удобрений переходит в состав всех групп минеральных фосфатов, из которых в первую очередь используются фосфаты фракций Аl-P и Са-Р, а железофосфаты – в меньшей степени. Систематическое внесение фосфорных удобрений приводит к значительному увеличению подвижности почвенных фосфатов. Основными формами наиболее подвижных соединений являются фосфаты, извлекаемые 0.5 н. NН 4 F, 0.1 н. NаОН и 0.5 н. Н 2 SО 4 . Увеличение норм фосфорных удобрений способствует возрастанию массы наиболее подвижных соединений фосфора только до нормы Р 90 и Р 120 . При применении Р 150 и Р 180 возрастания подвижных фракций фосфора не происходило (Елешев, Есполов, 1982) .

Значительную часть валовых запасов фосфора почвы составляют фосфорорганические соединения. Они играют важную роль в почвенных биохимических процессах и обеспечении растений доступным фосфором в процессе минерализации. Исследования Елешева Р.Е. (Елешев, 1984; Елешев, Иванов, 1986) показали, что почвы предгорной зоны Илийского Алатау содержат 0.15– 0.16% фосфора. В верхней части гумусового профиля основных типов почв количество валового фосфора колеблется от 130 до 200

мг/100 г почвы. Так, сероземы содержат 130–150 мг/100 г почвы, каштановые – 187–200 мг/100 г почвы , а запасы валового фосфора в метровом слое составляют 16–18 и 17–23 т/га соответственно.

Результаты наших исследований на светло-каштановой почве показали, что содержание подвижного фосфора в почве под сахарной свеклой зависит от нормы внесенного фосфора и биологической особенности культуры, которая потребляет много фосфора при формировании урожая.

В 2018 г. при возделывании в севообороте сахарной свеклы внесение полного минерального удобрения, где одинарная доза фосфора составила 90 кг/га, обеспечило повышение подвижного фосфора в почве в фазу 5–6 листьев в слое 0–20 см до 49.0 мг/кг, тогда как в контрольном варианте и в варианте NK (фон) содержание подвижного фосфора не превышало 20.7 и 23.7 мг/кг почвы. При внесении полуторной (Р 1.5 ) и двойной дозы фосфорного удобрения, содержание подвижного фосфора в 0–20 см слое почвы увеличилось до 51.9 и 59.0 мг/кг почвы соответственно. Там, где применялось полное минеральное удобрение и 60 т навоза (вариант 6), содержание подвижного фосфора в верхнем горизонте (0–20 см) составило 58.3 мг/кг. С глубиной (20–40) содержание подвижного фосфора существенно уменьшается (табл. 4).

При бессменном возделывании сахарной свеклы внесение минеральных удобрений также увеличивает содержание подвижного фосфора в почве. Внесение полного минерального удобрения, где одинарная доза составила 90 кг/га, обеспечило повышение подвижного фосфора в фазу 5–6 листьев в слое 0–20 см до 55.9 мг/кг почвы, в то время как в контрольном варианте и в варианте NK (фон) содержание подвижного фосфора составило 44.0 и 46.2 мг/кг почвы соответственно. При применении полуторной дозы (Р 1.5 ) фосфорных удобрений содержание подвижного фосфора увеличилось до 56.4 мг/кг почвы. Совместное внесение полной дозы NРK и 60 т навоза увеличивало содержание подвижного фосфора в пахотном слое до 58.6 мг/кг почвы. В подпахотном слое (20–40 см) содержание подвижного фосфора в контрольном варианте и в варианте NK снижалось до 39.0 и 41.7 мг/кг соответственно, а в удобренных вариантах составило 47.1–50.6 мг/кг почвы (табл. 5).

Содержание подвижного фосфора осенью (уборка корнеплодов) заметно уменьшается, это связано с его потреблением и выносом растениями сахарной свеклы в процессе формирования биологического урожая культуры.

Изучение фракционного состава светло-каштановой почвы по методу Гинзбург-Лебедевой показало, что длительное и систематическое внесение фосфорных удобрений в севообороте и бессменных посевах сахарной свеклы привело к увеличению содержания суммы “активных фосфатов”. Количество рыхлосвязанных (Са-Р I ) и разноосновных (Са-Р ІІ ) фосфатов кальция возросло не только в абсолютном, но и в относительном выражении к валовому фосфору.

В севообороте на посевах сахарной свеклы в фазе 5–6 листьев в 0–20 см слое одинарная норма фосфора (Р 90 ) увеличивала содержание рыхлосвязанных (Са-Р I ) и разноосновных (Са-Р ІІ ) фосфатов до 89 и 265 мг/кг соответственно, или 6.7 и 19.9% от суммы фракций фосфатов. Полуторная норма (Р 135 ) увеличивала содержание рыхлосвязанных (Са-Р I ) и разноосновных (Са-Р ІІ ) фосфатов до 104 и 296 мг/кг соответственно, или 7.4 и 21.1% от суммы фракций (табл. 4).

На бессменных посевах сахарной свеклы в верпхнем (0–20 см) слое почвы в фазе 5–6 листьев содержание рыхлосвязанных (Са-Р I ) и разноосновных (Са-Р ІІ ) фосфатов в варианте с одинарной нормой (Р 90 ) фосфорных удобрений составило 94.0 и 279.0 мг/кг соответственно, или 6.8 и 20.3% от содержания фракций. В варианте с полуторной нормой (Р 135 ) содержание фракций Са-Р I и Са-Р ІІ составило 106.0 и 297.0 мг/кг соответственно, или 7.5 и 20.9%, а в варианте, где применялась полная норма NPK и 60 т навоза – 102.0 и 285 мг/кг или 7.3 и 20.4% соответственно (табл. 5). Эти же показатели в слое почвы 0–20 см в контрольном и фоновом вариантах (NK) не превышали в севообороте 25–34 и 223–333 мг/кг, а на бессменных посевах сахарной свеклы – 32–40 и 238–245 мг/кг почвы (табл. 5).

Таблица 4. Состав и содержание минеральных фосфатов в зависимости от длительного применения удобрений на посевах сахарной свеклы в севообороте (фаза 5–6 листьев, 2018 г.)

Table 4. Composition and mineral phosphates content depending on the long-term fertilizers application for sugar beet cultivation in crop rotation (the phase of 5–6 leaves, 2018)

Почва	Глубина горизонта, см	Подвижный фосфор, мг/кг	Фракции минеральных фосфатов, мг/кг					Сумма
			Са-P I	Са-PII	Al-P	Fe-Р	Са-P III
Контроль (б/у)	0–20	20.7	25.0	223	45	90	785	1168
	20–40	15.9	22.0	217	43	98	776	1156
NK-фон	0–20	23.7	34.0	233	48	96	795	1206
	20–40	22.6	30.0	226	45	100	802	1203
NK + P 1 (одинарная доза)	0–20	49.0	89.0	265	56	100	821	1331
	20–40	36.2	78.0	257	62	97	825	1319
NK + P 1.5 (полуторная доза)	0–20	51.9	97.0	289	58	98	835	1377
	20–40	38.3	91.0	275	61	101	841	1369
NK + P 2 (двойная доза)	0–20	59.0	104.0	296	60	96	846	1402
	20–40	39.1	95.0	287	63	99	853	1397
NPK + 60 т навоза	0–20	58.3	98.0	274	59	97	830	1358
	20–40	45.2	91.0	260	61	98	836	1346

Таблица 5. Состав и содержание минеральных фосфатов в зависимости от длительного применения удобрений на посевах бессменной сахарной свеклы (фаза 5–6 листьев, 2018 г.)

Table 5. Composition and mineral phosphates content depending on the long-term fertilizers application for sugar beet continuous cropping (the phase of 5–6 leaves, 2018)

Почва	Глубина горизонта, см	Подвижный фосфор, мг/кг	Фракции минеральных			осфатов, мг/кг		Сумма
			Са-P I	Са-PII	Al-P	Fe-Р	Са-PIII
Контроль (б/у)	0–20	44.0	32.0	238	48	92	788	1198
	20–40	39.0	28.0	233	46	97	783	1187
NK-фон	0–20	46.2	40.0	245	50	98	808	1241
	20–40	41.7	35.0	238	49	102	818	1247
NK + P 1 (одинарная доза)	0–20	55.9	94.0	279	58	98	846	1375
	20–40	47.1	82.0	272	62	94	853	1363
NK + P 1.5 (полуторная доза)	0–20	56.4	106.0	297	62	100	857	1422
	20–40	50.6	95.0	206	60	105	864	1410
NPK + 60 т навоза	0–20	58.6	102	285	61	99	852	1399
	20–40	41.7	95	272	62	102	859	1390

Если первые две фракции минеральных фосфатов (Са-Р I + Са-Р ІІ ) играют важную роль в питании растений, и их динамика в течение вегетации сахарной свеклы может изменяться от весны до осени, то содержание и динамика высокоосновных (Са-Р IІІ ) минеральных фосфатов остается в начале вегетации неизменной. Осенью (при определении к уборке свеклы) содержание высокоосновных (Са-Р IІІ ) минеральных фосфатов может увеличиваться, что связано, по-видимому, с переходом легкорастворимых форм фосфора в труднорастворимые двух- и трехкальциевые соли, которые осаждаются в почве. Их количества всегда выше, чем первых двух фракций.

В светло-каштановой почве в севообороте на посевах сахарной свеклы в фазе 5–6 листьев количество высокоосновных фосфатов в верхнем (0–20 см) слое почвы увеличилось на удобренных вариантах от одинарных, полутоных и двойных норм фосфора до 821–835–846 мг/кг почвы соответственно. Эти показатели в контрольном и фоновом вариантах (NK) составили 785 и 795 мг/кг (табл. 4). В бессменных посевах эти показатели следующие: одинарная доза удобрений – 846 мг/кг, полуторная доза – 857 мг/кг почвы. В контрольном и фоновом (NK) вариантах – 788 и 808 мг/кг или 65.8 и 65.1% (табл. 5).

Таким образом, длительное и систематическое применение минеральных удобрений, в частности фосфорных, повышает содержание в почве валового фосфора. Определение фракционного состава минеральных фосфатов в севообороте и бессменных посевах сахарной свеклы показало, что содержание наиболее растворимых фракций фосфатов кальция (Са-Р I + Са-Р ІІ ) и высокоосновных фракций фосфатов (Са-Р IІІ ) увеличились от длительного и систематического применения одинарной, полуторной и двойной норм фосфорных удобрений. К моменту уборки урожая сахарной свеклы снижается содержание первых двух фракций, а содержание высокоосновных фракций кальция увеличивается, что объясняется тем, что первые фракции рыхлосвязанных и разноосновных форм фосфатов были использованы для создания биологического урожая и сухой биомассы. Увеличение же содержания высокоосновных форм минеральных фосфатов произошло за счет перехода легкорастворимых форм фосфора в труднодоступную форму.

Рост, развитие и продуктивность сахарной свеклы в зависимости от состава и форм фосфора органических соединений почвы

Уровень урожайности сельскохозяйственных культур является главным критерием оценки эффективности применения удобрений. Исследования, проведенные в течение длительного времени разными исследователями показывают, что продуктивность сельскохозяйственных культур, в частности сахарной свеклы, определяется параметрами почвенного плодородия, видами севооборота и условиями их минерального питания.

Результаты исследований показывают, что продуктивность сахарной свеклы как в севообороте, так и в бессменных посевах зависела от уровня фосфатного фонда почв.

Таблица 6. Влияние фосфатного фонда почвы на урожайность сахарной свеклы в севообороте (2018 г.)

Table 6. Influence of soil phosphate stock on sugar beet yield in crop rotation (2018)

Варианты опыта	Средняя урожайность, ц/га	Прибавка, ц/га
Контроль (б/у)	196.7	-
NK-фон	276.7	80.0
NK + P 1 (одинарная доза)	533.3	336.6
NK + P 1.5 (полуторная доза)	576.7	380.0
NK + P 2 (двойная доза)	562.3	365.6
NPK + 60 т навоза	613.7	417.0
НСР 0.5 , ц/га Р, %	35.3 4.6

При выращивании сахарной свеклы в севообороте урожайность в контрольном варианте составила 196.7 ц/га, в фоновом варианте только с азотно-калийными удобрениями – 276.7 ц/га. От внесения одинарной дозы фосфорных удобрений Р90 на фоне азот-но-калийных урожайность корнеплодов сахарной свеклы возросла до 533.3 ц/га и обеспечила прибавку урожайности 336.6 ц/га. В варианте с полуторной дозой фосфорного удобрения в сочетании с азотно-калийными удобрениями получена наибольшая (среди вариантов с минеральными удобрениями) урожайность корнеплодов сахарной свеклы – 576.7 ц/га, и прибавка составила 380.0 ц/га. При увеличении дозы фосфорного удобрения (двойная доза) урожайность составила 562.3 ц/га, а прибавка – 365.6 ц/га. Максимальная урожайность корней сахарной свеклы (613.7 ц/га), прибавка (417.0 ц/га) получена в варианте, где применялось полное минеральное удобрение с органическим – NPK + 60 т навоза (табл. 6).

Аналогичная закономерность по урожайности корнеплодов сахарной свеклы наблюдается при бессменном ее возделывании (табл. 7). Так, в контрольном варианте урожайность корнеплодов составила 310.7 ц/га, в фоновом варианте урожайность увеличивалась до 326.7 ц/га, и прибавка составила 16.0 ц/га. Улучшение условий фосфорного питания способствовало резкому увеличению урожайности корнеплодов до 503.3 и 575.7 ц/га, прибавки колебались в пределах 192.6–265.0 ц/га.

Таблица 7. Влияние фосфатного фонда почв на урожайность сахарной свеклы при бессменном ее возделывании (2018 г.)

Table 7. Influence of phosphate stock in soil on sugar beet yield when continuous cropping is used (2018)

Варианты опыта	Средняя урожайность, ц/га	Прибавка, ц/га
Контроль (б/у)	310.7	-
NK-фон	326.7	16.0
NK + P 1 (одинарная доза)	503.3	192.6
NK + P 1.5 (полуторная доза)	561.3	250.6
NPK + 60 т навоза	575.7	265.0
НСР 0,5 , ц/га Р, %	24.7 3.8

Максимальные урожаи 561.3–575.7 ц/га корнеплодов сахарной свеклы обеспечило внесение полуторной дозы фосфорных удобрений на фоне NK и NРК + 60 т навоза, прибавка составила 250.6 и 265.0 ц/га (табл. 7).

Таким образом, максимальные урожаи корнеплодов сахарной свеклы порядка 560–570 ц/га как в севообороте, так и на бессменных посевах обеспечиваются при внесений полуторной дозы фосфорных удобрений на фоне NK (561.3–576.7 ц/га) и при применении органо-минеральной системы удобрения (575.7–613.7 ц/га). Совместное внесение полного минерального удобрения с навозом лишь незначительно превышает урожайность варианта NK + P 1.5 , это свидетельствует о том, что минеральные удобрения эффективнее повышают урожайность сахарной свеклы, а при органо-минеральной системе удобрения питание растений фосфором частично обеспечивается органическими соединениями навоза.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

• 1.    В различных типах почв предгорной зоны Илийского Алатау антропогенное воздействие в течение длительного времени привело к заметному снижению основного показателя плодородия – содержания гумуса: в горном черноземе – с 5.07% на целине до 3.34% в пашне; в темно-каштановой почве – с 3.11% на целине до 2.33% в пашне; в светло-каштановой почве – до 1.65% в пашне.

• 2.    Наибольшее количество валового фосфора (2330 мг/кг) содержится в горном черноземе на целинном участке, и данный показатель снижается в условиях пашни (2050 мг/кг). В то время как в темно-каштановых почвах количество валового фосфора, наоборот, выше на пашне, используемой под овощные культуры (2130 мг/кг), чем в условиях целины (1720 мг/кг). Наименьшее количество валового фосфора в светло-каштановой почве на пашне (1880 мг/кг).

• 3.    Большую часть общего количества потенциально доступного фосфора в исследуемых почвах составляет фосфор минеральных соединений (771–1145 мг/кг). Содержание минеральных форм фосфора в верхнем горизонте целинного горного чернозема составило 1004 мг/кг, на пашне – 1050 мг/кг, в целинной темнокаштановой почве – 998 мг/кг, на пашне – 983 мг/кг и на пашне в светло-каштановой почве – 1145 мг/кг соответственно. Содержание валового и органического фосфора с глубиной постепенно уменьшается.

• 4.    Продуктивность сахарной свеклы в зависимости от приме-

• нения фосфорных удобрений показало, что в условиях длительного применения удобрений (57 лет) наиболее эффективным является комплексное органо-минеральное питание. Наибольшая урожайность сахарной свеклы получена в варианте с внесением полного минерального удобрения совместно с навозом (NPK + 60 т навоза) и в варианте с внесением полуторной нормы фосфора на фоне применения азотно-калийных удобрений (NK + Р1,5), обеспечивающими в севообороте урожай корнеплодов 613.7 и 576,.7 ц/га соответственно, при их величине в контрольном варианте (без удобрений) – 196.7 ц/га, а в фоновом (NK) – 276.7 ц/га. При бессменном возделывании эти величины были соответственно 575.7 и 561.3 ц/га, 310.7ц/га, 326.7 ц/га.