Зависимость баланса элементов питания в системе «почва - удобрение - растение» от форм азотных удобрений в условиях юга Нечерноземья

Введение. Определение баланса элементов питания имеет большое значение при изучении закономерностей функционирования системы «почва - удобрение - растение», позволяя регулировать плодородие почвы и являясь при этом критерием экологической нагрузки на почву и окружающую ее среду [11-13].

Количественные расчеты баланса питательных веществ в конкретных условиях необходимы [1], так как именно в этом показателе находят отражение знания о сложных связях удобрений с почвой [8], растением и окружающей средой, ими же оценивается система удобрений в севообороте [10]. Из известных методов балансовых расчетов (биологический, хозяйственный, дифференцированный и эффективный) в агрохимической практике научных исследований наиболее широко применяется хозяйственный баланс. Он характеризует не только долю участия удобрения в малом биологическом круговороте [2–5, 14], обеспеченности сельскохозяйственных культур элементами питания[7,15], но и изменения их содержания в почве, позволяет количественно прогнозировать тенденции изменения плодородия почв [9].

Цель исследований. Научное обоснование применения различных форм азотных удобрений и оценка их результативности на серых лесных тяжелосуглинистых почвах.

Объекты и методы исследований. Для решения задач в научно-исследовательской работе авторами использованы исходные сведения предшественников, а также личные материалы, полученные при постановке стационарного опыта на кафедре агрохимии, почвоведения и физиологии растений ФГБОУ ВПО РГАТУ, который был заложен в 1962 году (тема «Эффективность длительного бессменного применения форм азотных удобрений на серой лесной тяжелосуглинистой почве») на опытном поле учхоза «Стенькино» (в настоящее время Опытная агротехнологическая станция, которая является структурным подразделением Управления международной и инновационной деятельности ФГБОУ вПо РГАТУ и входит в состав учебно-научного инновационного центра «Агротехнопарк»). Данный стационарный опыт, по Б.А. Доспехову, относится к группе агротехнических, подгруппе однофакторных. По длительности проведения - к группе многолетних. По числу экспериментов опыт является массовым.

Рельеф участка опыта ровный. Размер делянки 210 кв. м, длина 30 м, ширина 7 м, повторность 3-кратная.

Исследования проводились в севообороте: однолетние травы, яровая пшеница, картофель, ячмень. В опыте имеются вариант без удобрений и вариант РК-фон (контроль), на делянках которого вносятся фосфорные и калийные удобрения в виде суперфосфата простого гранулированного (21,8% Р 2 О 5 ) и хлористого калия (59,6% К 2 О). На данном фоне изучались различные формы азотных удобрений: аммиачная селитра (34,4% N), кальциевая селитра (14,6%), натриевая селитра (15,1% N), аммоний сернокислый (21,7% N) и хлористый (24,9% N), аммиачная вода (20,2 % N) и мочевина (46% N).

Удобрения вносились поделяночно вручную, под основную обработку – фосфорные и калийные, под предпосевную – азотные.

Баланс азота, фосфора и калия рассчитывался согласно методическим указаниям по составлению баланса азота и зольных элементов в земледелии [6].

Результаты исследований и их обсуждение. Результативность форм азотных удобрений в опыте оценивалась при помощи хозяйственного баланса в системе «удобрение–почва–растение». Фактический баланс элементов питания в почве через 3, 5 и 10 ротаций, рассчитанный по средневзвешенному выносу элементов питания культурами и насыщенности севооборота формами азотных удобрений, складывался следующим образом.

Через три ротации севооборота баланс азота на всех вариантах опыта был отрицательным. Через пять ротаций севооборота баланс азота на всех вариантах опыта был по-прежнему отрицательным. Сорокапятилетнее применение азотных удобрений не исправило ситуацию. Так, если отрицательный баланс азота в вариантах без удобрений и РК – фон – контроль является закономерностью (так как в данных вариантах урожай сельскохозяйственных культур формировался длительное время за счет почвенного азота и частично атмосферного), то отрицательный баланс в вариантах с применением азотных удобрений указывает на недостаток нормы вносимого удобрения, даже при условии ежегодного наложения. Полиномиальная линия тренда (см. рис. 3) имеет восходящую направленность при еще более низких фактических значениях, которые изменяются в зависимости от варианта от -3,394 до -2,026 т/га, что лишний раз подтверждает зависимость баланса азота, прежде всего от наличия азотных удобрений. При этом дефицит азота в вариантах без применения азотных удобрений колеблется в пределах 90,9–92,6 %, а в вариантах с азотом от 41,1 % (РК + NH 4 Cl) до 48,2 % (РК + СО(NH 2 ) 2 ), а интенсивность не превышает 100 % и находится в пределах 52,2 % (РК + СО(NH 2 ) 2 ) – 59,6 % (РК +NH 4 Cl), т.е. баланс азота является пассивным и его пассивность усугубляется с каждой ротацией.

Рис. 1. Баланс азота через десять ротаций севооборота

При составлении баланса азота мы пренебрегли дополнительными статьями прихода и расхода его в почве. Но для ясности отметим, что за 45 лет опыта с семенами в почву было внесено 0,2 т/га азота, поступило с атмосферными осадками около 0,18 т/га и за счет фиксации атмосферного азота свободноживущими микроорганизмами и клубеньковыми бактериями бобовых культур примерно 0,25 т/га. Таким образом, дополнительный приход азота в почву составил 0,63 т/га. Если принять потери азота из внесенных азотных удобрений за счет образования газообразных окислов 20 % (0,59 т/га) и от вымывания 1–1,2 % (0,04 т/га), то в результате эти дополнительные статьи прихода и расхода азота в почве взаимно компенсируются.

Через три ротации севооборота баланс фосфора на всех вариантах опыта, кроме неудобренного, был положительным с высоким уровнем интенсивности (234,2–363,1 %). Через пять ротаций севооборота баланс фосфора на всех вариантах с использованием удобрений остался положительным. По истечении 10 ротаций севооборота положительный баланс фосфора при использовании минеральных удобрений подчеркнул закономерность данного явления. Отрицательный баланс фосфора в неудобренном варианте также является закономерностью, так как в данном варианте урожай сельскохозяйственных культур формировался длительное время за счет почвенных фосфатов. Полиномиальная линия тренда (рис.2) имеет восходящую направленность при еще более низких фактических значениях, которые изменяются в зависимости от варианта от 0,682 до 1,186 т/га, что лишний раз подтверждает зависимость баланса фосфора, прежде всего от наличия фосфорных удобрений. При этом интенсивность превышает 100 %, т.е. баланс фосфора является активным и его активность укрепляется с каждой ротацией.

Рис. 2. Баланс фосфора за 10 ротаций севооборота

Баланс по фосфору при поступлении данного элемента в почву был положительным, а на варианте без удобрений – отрицательным. Оценка коэффициента возврата и балансового коэффициента использования удобрений свидетельствует, что применение удобрений в изучаемых дозах (от 60 до 100 кг д. в-ва) не повышает вероятность возникновения неблагоприятных экологических последствий.

Рис. 3. Баланс калия за 10 ротаций севооборота

Через три ротации севооборота баланс калия, практически так же, как и азота на всех вариантах опыта, кроме фонового, был отрицательным. Через пять ротаций севооборота баланс калия остался на тех же позициях, что и через три ротации. По истечении 10 ротаций севооборота отрицательный баланс калия по всем вариантам опыта заставляет задуматься над вопросом о необходимости длительного бессменного применения данной формы калийного удобрения, а также обеспеченности растений калием за счет применяемого удобрения в указанной дозе. Отрицательный баланс калия в неудобренном варианте является закономерностью, так как в данном варианте урожай сельскохозяйственных культур формировался длительное время за счет калия калийсодержащих минералов. Полиномиальная линия тренда (см. рис.3) имеет восходящую направленность при еще более низких фактических значениях, которые изменяются в зависимости от варианта от -2,505 до - 0,398т/га, что лишний раз подтверждает зависимость баланса калия, прежде всего от наличия калийных удобрений. При этом интенсивность не превышает 100 %, т.е. баланс калия является пассивным.

Выводы

• 1.    Баланс по азоту и калию практически на всех вариантах опыта был отрицательным. Причем отрицательный баланс по калию может привести к деградации почвы по данному показателю (хотя, как показывает многолетняя динамика содержания подвижных форм калия, пока этого не происходит).

• 2.    По фосфору – баланс был положительным при условии внесения фосфорных удобрений.