1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Почвоведение
  4. № 11, 2022

Почвоведение, 2022, № 11, стр. 1415-1425

Изменение агрохимических свойств дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почвы при длительном применении азотных, фосфорных и калийных удобрений в условиях Предуралья

М. Т. Васбиева a, *, Н. Е. Завьялова a, Д. Г. Шишков a

a Пермский федеральный исследовательский центр
614532 Пермский край, Пермский район, с. Лобаново, ул. Культуры, 12, Россия

* E-mail: vasbievamt15@gmail.com

Поступила в редакцию 27.02.2022
После доработки 16.05.2022
Принята к публикации 25.05.2022

Полный текст (PDF)

Аннотация

Изучено влияние длительного применения азотных, фосфорных и калийных удобрений на изменение в дерново-подзолистой почве (Albiс Retisol (Abruptic, Aric)) содержания органического углерода, минерального азота, подвижных форм фосфора и калия, показателей почвенно-поглощающего комплекса. Исследования проведены в метровом слое почвы в условиях многолетнего стационарного опыта, заложенного в Пермском крае в 1978 г. Направление, характер и интенсивность изменений агрохимических свойств почвы зависели от вида и сочетания удобрений (N, P, K, NP, NK, PK и NPK). В опыте применяли аммиачную селитру или мочевину, двойной или простой суперфосфат и калий хлористый. Доза удобрений – 90 кг д. в./га. Установлено, что длительное применение азотных удобрений (N90) привело к существенным потерям в почве органического углерода до глубины 40–60 см, запасы Сорг в метровом слое уменьшились почти на 30%. Длительное применение калия хлористого (К90) способствовало увеличению содержания Сорг в метровом слое почвы, запасы возросли на 40%. Длительное одностороннее внесение суперфосфата (Р90) не оказало существенного влияния на изменения Сорг по профилю почвы. Азотные удобрения, как при одностороннем внесении, так и в сочетании с фосфором и калием (NP, NK, NPK), способствовали существенному подкислению почвы. Уменьшение показателя рНKCl и увеличение гидролитической кислотности наблюдали до глубины 40–60 см или в метровом слое почвы. В данных вариантах отмечено увеличение содержания минерального азота в почве. Интенсивность миграции минерального азота по профилю зависела от сочетания видов удобрений. Калий хлористый в сочетании с суперфосфатом (P90K90, N90P90K90) способствовал миграции фосфора по профилю. Отмечено увеличение содержания подвижных соединений фосфора до глубины 60–80 см или в метровом слое почвы. Суперфосфат нивелировал влияние азотных или калийных удобрений на показатели плодородия почвы.

Ключевые слова: минеральные удобрения, органический углерод, кислотность почвы, минеральный азот, подвижные соединения фосфора, подвижные соединения калия

ВВЕДЕНИЕ

Нерациональное использование почв в сельском хозяйстве ведет к деградации их плодородия. По данным ФАО, в мире потеряно около 2 млрд га продуктивных почв, что существенно ограничивает возможности регенеративного растениеводства [9, 14]. Происходят заметные изменения в сложившихся природных циклах углерода, азота, фосфора и калия [16, 28, 31, 36]. В результате отсутствия применения удобрений или нерационального их использования в почве наблюдается уменьшение общего содержания основных элементов питания растений и их подвижных форм или, наоборот, избыточное накопление, что приводит к загрязнению сопредельных сред. Оптимизация круговоротов веществ в агроэкосистемах, сохранение плодородия почв или его расширенное воспроизводство посредством применения удобрений, продолжают оставаться актуальными для решения задач по конструированию агроэкосистем, устойчивых к антропогенным нагрузкам. Основой для создания рациональных и сбалансированных систем удобрений являются результаты исследований в длительных опытах, которые позволяют выявить направленность изменения плодородия почв под влиянием систематического применения агрохимикатов, что представляет большую научную ценность [6, 8, 21, 22, 28].

Цель исследований – оценить влияние видов и соотношений минеральных удобрений на показатели плодородия дерново-подзолистой почвы по профилю.

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ

Полевой стационарный опыт был заложен в 1978 г. на опытном поле Пермского НИИСХ (филиала ПФИЦ УрО РАН) на дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почве (Albiс Retisol (Abruptic, Aric, Loamic)). Постановка полевого опыта была проведена по неполной факториальной схеме 1 /9 (6 × 6 × 6). Для исследований были выбраны варианты: без удобрений – контроль; N90; Р90; K90; (NР)90; (NК)90; (РК)90; (NРК)90. В опыте использовали аммиачную селитру или мочевину, простой или двойной суперфосфат и хлористый калий. Исследования проводили в восьмипольном севообороте со следующим чередованием культур: чистый пар, озимая рожь, картофель, пшеница, клевер 1 года пользования (г. п.), клевер 2 г. п., ячмень, овес. Минеральные удобрения вносили под зерновые культуры и картофель, на клевере изучали последействие. Перед закладкой опыта проводили известкование по 1.0 гидролитической кислотности (Нг). Органические удобрения в опыте не использовали. Общая площадь делянки – 120 м2, учетная – 76.4 м2. Размещение вариантов в опыте рандомизированное. В I–V ротациях солома при уборке отчуждалась с поля, в VI ротации изменился технологический процесс уборки, солому измельчали и запахивали.

Отбор образцов почвы в опыте проводили систематически, осенью, после окончания ротации и уборки последней (замыкающей) культуры севооборота. В начале VI ротации для исследований осенью после уборки сельскохозяйственных культур по профилю отбирали индивидуальные образцы в трех точках на каждой делянке по слоям, через каждые 20 см до глубины 1 м. На момент отбора образцов по профилю в почву в зависимости от варианта было внесено N, P и K – по 2440 кг д. в./га. Основные агрохимические показатели почвы определяли в соответствии с ГОСТами и методиками ЦИНАО. Запасы органического углерода и элементов питания рассчитывали через массу пахотного слоя [24].

Исследования проводили в IV агроклиматическом районе Пермского края. В физико-географическом отношении район находится в подзоне южной тайги и хвойно-широколиственных лесов. Климат умеренно-континентальный с холодной, продолжительной, снежной зимой и теплым коротким летом. Сумма средних суточных температур выше 10°С составляет 1700–1900°С. Переход среднесуточных температур воздуха через 10°С весной приходится на вторую декаду мая, осенью на конец первой – начало второй декады сентября. Длительность периода активной вегетации в среднем составляет 115 дней. С температурой выше 15°С – 60 дней. Район относится к зоне достаточного увлажнения: средний ГТК составляет 1.4; осадков за год выпадает 470–500 мм, большая часть приходится на теплое полугодие – с апреля по октябрь (66–77%). Число дней со снежным покровом в среднем составляет 176 [1].

Максимальная продуктивность полевого восьмипольного севооборота в среднем за пять ротаций получена при внесении (NРК)90 – 3.3 т к. ед./га в год, что на 32% достоверно больше контрольного варианта. Минимальный прирост продуктивности отмечен при внесении Р90, K90 и (РK)90 [10].

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

При длительном экстенсивном возделывании сельскохозяйственных культур в полевом севообороте отмечена тенденция сокращения содержания органического углерода (Сорг) в пахотном слое с 1.24 до 1.12% (табл. 1, рис. 1), запасы на начало шестой ротации уменьшились на 3 т/га. Аналогичное уменьшение содержания Сорг в дерново-подзолистой почве до 32% от исходного было отмечено в работах [18, 37]. По данным Завьяловой [11], Замятина [12], Козловой [15], Куликовой [17] наличие двух полей клевера в севообороте замедляет процессы дегумификации в почве.

Таблица 1.

Изменение содержания Сорг по профилю почвы при длительном применении минеральных удобрений

Вариант Содержание Сорг, % Запасы Сорг, т/га
перед закладкой,
0–20 		VI ротация перед закладкой,
0–20 		VI ротация
0–20 20–40 40–60 60–80 80–100 0–20 0–40 0–100
Без удобрений 1.24 1.12 0.76 0.42 0.28 0.19 32 29 50 77
N90 1.28 1.10 0.30 0.24 0.24 0.15 33 29 37 56
Р90 1.24 1.20 0.65 0.33 0.25 0.16 32 31 49 71
К90 1.32 1.38 0.81 0.57 0.59 0.50 34 36 59 110
(NР)90 1.29 1.29 0.78 0.49 0.46 0.38 34 34 55 96
(NК)90 1.27 1.28 1.07 0.58 0.49 0.46 33 33 62 109
(РК)90 1.08 1.07 0.76 0.58 0.57 0.41 28 28 49 96
(NРК)90 1.29 1.33 0.86 0.57 0.45 0.39 34 34 58 101
НСР05 – 0.19 0.23 0.18 0.20 0.25 – 5 6 20
Рис. 1.

Изменение содержания Сорг в дерново-подзолистой почве (0–20 см) при длительном применении различных видов и соотношений минеральных удобрений, %.

Длительное одностороннее применение азотных удобрений (N90) не способствовало сохранению Сорг на исходном уровне, оно, как и в контрольном варианте, уменьшилось на 14%. Аналогичные результаты отмечены в работе Иванова [13]. Следует отметить, что в варианте без удобрений наблюдали постепенное уменьшение содержания Сорг по ротациям севооборота, а при применении азотных удобрений максимальные потери отмечены в первой ротации севооборота, далее происходило поддержание содержания Сорг примерно на одном уровне. Полученные результаты можно объяснить тем, что даже при применении азотных удобрений, 50–60% своих потребностей в этом элементе растения удовлетворяют за счет его органически связанных соединений, переходящих в доступную форму в результате минерализации [19].

При одностороннем применении фосфорных и калийных удобрений в первые ротации были отмечены тенденции к уменьшению содержания Сорг, что могло быть как аналитической ошибкой, так и связано с выносом растениями азота. Однако в IV–VI ротациях наблюдали небольшое увеличение содержание Сорг и выравнивание с исходным уровнем. Возможно, улучшение калийного и фосфатного режимов повлияло на количество и качество послеуборочных остатков [20] и привело к стабилизации содержания Сорг в почве. Известно, что калий усиливает азотфиксацию и способствует формированию клубеньков на корнях бобовых [4, 25, 26]. В работе Якименко [32] показано, что фиксация аммония почвой в сильной степени зависела от ее калийного состояния; в почве с истощенными запасами калия содержание необменного аммония заметно уменьшилось (вероятно, до минимального уровня), тогда как при бездефицитном калийном балансе в агроценозе количество фиксированного аммония в почве значительно увеличилось. Фосфаты способствуют росту корневой системы и ускоряют развитие растений [27].

При внесении азотно-калийных, фосфорно-калийных, азотно-фосфорных удобрений и полного минерального удобрения (NPK) отмечено варьирование содержания Сорг по ротациям, что скорее всего связано с динамикой урожайности сельскохозяйственных культур.

Распределение запасов Сорг по профилю является одним из важнейших показателей генезиса почвы и ее окультуренности. Запасы Сорг в корнеобитаемом слое определяют производительность почв и в большой мере способствуют устойчивости урожаев сельскохозяйственных культур благодаря способности органического вещества к накоплению и сохранению почвенной влаги во время засухи и поддержанию благоприятного воздушного режима в период избыточного увлажнения. Кроме того, запас Сорг по профилю определяет интенсивность биологической активности всего корнеобитаемого слоя почвы, способствующей высвобождению необходимых для растений элементов питания и закреплению их избытка с последующей мобилизацией в зависимости от потребности растений и почвенной биоты [29].

Установлено, что длительное одностороннее применение азотных удобрений в опыте, получение высоких урожаев культур в данном варианте и соответственно высокий вынос азота привели к истощению почвы нижележащих горизонтов. Отмечено достоверное уменьшение содержания Сорг в слоях почвы 20–40 и 40–60 см, в результате запасы Сорг в слое 0–100 см уменьшились с 77 (контрольный вариант) до 56 т/га (на 27%).

В вариантах с односторонним применением хлористого калия, а также сочетаний NK отмечается тенденция увеличения Сорг по метровому слою почвы. Запасы Сорг в слое 0–100 см при длительном одностороннем внесении хлористого калия и азотно-калийных удобрений возросли до 110 т/га (на 40%). Влияние хлористого калия на изменение содержания Сорг в почве, возможно, связано не столько с положительным влиянием калия, сколько с хлорид-ионом, содержащимся в данном виде удобрений.

Следует отметить, что хлор, наряду с калием, относится к необходимым элементам минерального питания растений. Этот элемент участвует в общих физиологических процессах поддержания гомеостаза [2, 33, 34]. Хлорид-ион обладает высокой растворимостью и миграционной способностью. По данным Якименко [34] длительное внесение KCl приводит к существенному возрастанию концентрации хлора по всему профилю почвы. Хлорид-ион, благодаря своей подвижности, может легко мигрировать по профилю почвы и постепенно превращаться в устойчивые к разложению хлорорганические вещества; в верхних горизонтах почвы возможно при участи микроорганизмов, в более глубоких слоях – абиотическим путем [5].

Хлорированию почвенного органического вещества способствуют минеральные удобрения. Природные хлорорганические соединения гораздо менее подвижны по сравнению с ионами Cl– и представляют неотъемлемую часть органического вещества естественных экосистем [5, 38]. Хлорорганические соединения устойчивы к выщелачиванию [35].

При внесении полного минерального удобрения (NPK) существенных изменений Сорг по профилю почвы не наблюдали, что, возможно, связано с влиянием фосфора на изменение условий питания растений или характер почвенных процессов.

При длительном экстенсивном возделывании сельскохозяйственных культур в опыте выявлена тенденция к подкислению почвы и уменьшению суммы обменных оснований относительно исходного уровня (табл. 2). Подкислению почвы и уменьшению суммы обменных оснований способствует вынос с урожаем сельскохозяйственных культур кальция, магния, калия. Подкисление почвы также может быть связано с загрязнением окружающей среды, выпадением кислотных дождей.

Таблица 2.  

Изменение кислотности почвы, суммы обменных оснований и степени насыщенности почв основаниями по профилю при длительном применении минеральных удобрений (Нг – гидролитическая кислотность, S – сумма обменных оснований, V – степень насыщенности почвы основаниями)

Вариант Перед закладкой,
0–20 		VI ротация
0–20 20–40 40–60 60–80 80–100
рНKCl
Без удобрений 5.7 5.2 4.9 4.8 4.8 6.0
N90 5.7 4.9 4.5 4.5 4.9 5.6
Р90 5.9 5.1 5.1 4.9 4.9 5.7
К90 6.0 5.5 5.1 4.7 4.7 5.7
(NР)90 5.5 4.5 4.3 4.2 5.0 6.0
(NК)90 5.5 4.6 4.6 4.3 4.5 4.9
(РК)90 6.0 5.2 4.7 4.5 4.7 5.7
(NРК)90 5.9 4.7 4.6 4.5 4.5 4.7
НСР05   0.3 0.4 0.3 0.3 0.5
Нг, смоль(экв)/кг
Без удобрений 2.2 2.5 2.7 2.8 2.8 1.4
N90 2.4 3.5 3.7 3.3 2.6 1.7
Р90 2.1 2.6 2.9 3.1 2.7 1.7
К90 1.9 1.6 2.4 2.7 2.7 1.6
(NР)90 2.5 3.8 3.9 4.0 2.8 1.3
(NК)90 2.8 3.9 3.3 3.6 3.1 2.2
(РК)90 2.8 2.6 2.7 3.0 2.6 1.3
(NРК)90 2.0 4.0 3.5 3.5 2.9 2.5
НСР05 – 0.2 0.4 0.5 0.3 0.4
S, смоль(экв)/кг
Без удобрений 20.0 17.0 18.3 24.0 27.7 40.7
N90 21.0 18.7 22.5 25.7 28.5 38.3
Р90 20.8 19.1 19.3 24.6 26.7 38.1
К90 21.8 18.6 21.6 23.8 25.7 36.0
(NР)90 19.3 15.9 18.8 22.8 26.9 43.0
(NК)90 18.0 13.6 15.0 22.0 24.5 26.1
(РК)90 17.0 16.8 20.2 22.6 24.9 36.6
(NРК)90 21.5 15.7 18.5 23.0 25.7 29.6
НСР05 – 3.4 2.8 1.9 3.1 7.0
V, %
Без удобрений 90 87 87 90 91 97
N90 90 84 85 88 92 96
Р90 91 88 87 89 91 96
К90 92 92 90 89 90 96
(NР)90 89 80 83 85 91 97
(NК)90 87 78 82 86 89 92
(РК)90 86 87 88 88 90 96
(NРК)90 91 79 84 87 90 92
НСР05   3 3 2 2 2

Почвообразующая порода почвы в опыте – желто-бурая некарбонатная покровная глина. Характерной особенностью почвы, сформированной на богатых в минералогическом отношении пермских глинах, является высокое содержание обменных форм кальция и магния, которое увеличивается с глубиной, как и сумма обменных оснований [7], что объясняет нейтральную актуальную кислотность почвы и низкое значение гидролитической кислотности в слое 80–100 см контрольного варианта опыта.

Длительное применение азотных удобрений как при одностороннем внесении, так и в сочетании с фосфором и калием (NP, NK, NPK) способствовало существенному подкислению почвы. Увеличение кислотности почвы наблюдали относительно контрольного варианта и исходного уровня при закладке опыта. При длительном внесении N90 и (NР)90 отмечено уменьшение показателя рНKCl и увеличение гидролитической кислотности до глубины 60 см, при внесении (NK)90 и (NPK)90 по метровому слою. В зависимости от варианта и слоя почвы уменьшение показателя рНKCl варьировало от 0.3 до 1.2 единиц, гидролитическая кислотность увеличилась на 0.4–1.5 смоль(экв)/кг (в 1.3–1.8 раза). Длительное внесение калийных удобрений способствовало поддержанию кислотности почвы на исходном уровне. Применение фосфорных удобрений не оказало существенного влияния на показатели кислотности почвы, изменения находились на уровне варианта без удобрений.

В вариантах (NK)90 и (NPK)90 отмечено наибольшее уменьшение суммы обменных оснований относительно исходного уровня (на 24–27%). При внесении азотно-калийных удобрений одновременно с увеличением показателей кислотности почвы отмечено уменьшение по всему профилю суммы обменных оснований в 1.1–1.6 раза. В варианте (NPK)90 достоверное уменьшение суммы обменных оснований по профилю отмечено только в слое 80–100 см. Уменьшение суммы обменных оснований в этих вариантах в первую очередь происходило из-за выщелачивания обменных катионов в результате сильного подкисления почвы за пределы метрового слоя. Однако в вариантах N90 и (NР)90 не наблюдали уменьшение показателей суммы обменных оснований, что, по-видимому, связано с тем, что складывающееся соотношение N : P : K в почве по-разному влияло на почвенные процессы. Степень насыщенности почвы основаниями в вариантах (NK)90 и (NPK)90 уменьшилась по всему метровому слою, в вариантах N90 и (NР)90 – до глубины 40–60 см.

Содержание обменных соединений кальция и магния в опыте по профилю увеличивалось с глубиной: с 13.4–16.9 (0–20 см) до 26.2–32.4 смоль(экв)/кг (80–100 см) и с 1.9–2.6 до 3.8–7.1 смоль(экв)/кг соответственно. Для пахотного слоя почвы не выявлено существенных закономерностей изменения содержания обменных форм кальция и магния в результате длительного внесения удобрений. Большие запасы валового содержания кальция и магния в исследуемой дерново-подзолистой почве могут являться основной причиной устойчивого содержания их обменных форм [23].

Важнейшим показателем окультуренности почв, обязательным условием высокой продуктивности сельскохозяйственных культур и их устойчивости к неблагоприятным факторам является степень обеспеченности почв азотом, фосфором и калием.

Содержание минерального азота в почве, его нитратной и аммонийной форм, содержание подвижных соединений калия с глубиной по профилю в контрольном варианте опыта уменьшалось, содержание подвижных соединений фосфора возрастало (табл. 3, 4).

Таблица 3.

Изменение содержания минерального азота по профилю почвы при длительном применении минеральных удобрений

Вариант Содержание, мг/кг Запасы, кг/га
0–20 20–40 40–60 60–80 80–100 0–20 0–40 0–100
Nмин
Без удобрений 10.3 7.7 5.1 4.5 3.9 27 47 89
N90 20.3 13.5 11.2 26.6 11.9 53 89 242
Р90 10.0 10.1 5.4 10.9 4.3 26 53 117
К90 7.8 8.3 5.0 4.6 5.4 20 43 89
(NР)90 21.4 13.6 9.3 7.8 12.9 56 92 185
(NК)90 18.6 24.4 7.6 6.5 6.5 48 114 177
(РК)90 8.3 6.4 4.9 4.9 6.3 22 39 88
(NРК)90 29.9 11.8 10.0 6.8 6.2 78 110 179
НСР05 8.3 5.8 3.2 9.0 3.6 20 38 53
N-NO3
Без удобрений 5.0 5.3 4.0 3.0 2.6 13 27 57
N90 12.3 8.1 6.4 5.4 5.2 32 54 106
Р90 4.0 3.8 2.7 2.3 2.1 10 21 42
К90 3.9 3.0 1.4 1.3 1.6 10 18 31
(NР)90 14.2 7.9 5.4 5.4 7.9 37 58 116
(NК)90 10.7 6.8 4.0 3.8 3.8 28 46 82
(РК)90 4.1 3.3 2.0 1.6 2.5 11 19 38
(NРК)90 13.3 6.5 5.5 3.5 3.6 34 52 90
НСР05 7.2 2.6 1.9 1.4 1.7 18 30 39
N-NH4
Без удобрений 5.3 2.4 1.1 1.5 1.3 14 20 32
N90 8.0 5.4 4.8 21.2 6.7 21 35 136
Р90 6.0 6.3 2.8 8.6 2.2 16 33 74
К90 3.8 5.3 3.6 3.3 3.8 10 24 57
(NР)90 7.2 5.7 4.0 2.3 5.0 19 34 69
(NК)90 7.9 17.7 3.6 2.7 2.7 21 68 96
(РК)90 4.2 3.1 2.9 3.3 3.8 11 19 50
(NРК)90 16.7 5.3 4.5 3.3 2.6 43 58 89
НСР05 2.6 7.2 3.1 9.9 3.8 30 33 57
Таблица 4.  

Изменение содержания подвижных соединений фосфора и калия по профилю почвы при длительном применении минеральных удобрений

Вариант Содержание, мг/кг Запасы, т/га
перед закладкой,
0–20 		VI ротация перед закладкой,
0–20 		VI ротация
0–20 20–40 40–60 60–80 80–100 0–20 0–40 0–100
Р2О5
Без удобрений 240 192 167 139 236 376 0.6 0.5 0.9 3.3
N90 198 188 110 175 283 337 0.5 0.5 0.8 3.2
Р90 169 461 225 243 300 419 0.4 1.2 1.8 4.8
К90 152 235 194 166 207 361 0.8 0.6 1.1 3.4
(NР)90 203 397 153 140 250 330 0.5 1.0 1.4 3.7
(NК)90 138 185 122 119 246 410 0.4 0.5 0.8 3.2
(РК)90 177 397 172 188 408 526 0.5 1.0 1.5 5.0
(NРК)90 194 371 225 188 328 428 0.5 1.0 1.6 4.5
НСР05 – 123 41 48 91 100 – 0.3 0.3 0.8
К2О
Без удобрений 190 129 116 98 91 82 0.49 0.34 1.0 2.6
N90 157 112 101 100 90 79 0.41 0.29 0.8 2.5
Р90 159 108 95 102 103 82 0.41 0.28 0.8 2.5
К90 156 217 129 107 94 85 0.41 0.56 1.3 3.0
(NР)90 169 109 100 112 104 85 0.44 0.28 0.8 2.5
(NК)90 158 218 135 124 108 91 0.41 0.57 1.3 3.3
(РК)90 162 195 110 107 88 72 0.42 0.51 1.1 2.7
(NРК)90 185 230 140 122 102 98 0.48 0.60 1.4 3.3
НСР05 – 17 13 18 Fф<Fт Fф<Fт – 0.05 0.1 0.2

Длительное применение азотных удобрений как при одностороннем внесении, так и в сочетании с фосфорными и калийными удобрениями (NK, NP, NPK) способствовало существенному накоплению минерального азота в почве. Однако различное сочетание N, P, K в вариантах по-разному влияло на количественные изменения и глубину миграции минерального азота. Длительное внесение азотных удобрений в чистом виде увеличило содержание нитратного азота в почве по всему метровому слою в 1.5–2.5 раза, аммонийного – в 1.5–14.6 раза, в сумме минерального – в 1.8–5.9 раза. Запасы минерального азота в почве в слое 0–20 см выросли в 2 раза, слое 0–100 см – почти в 3 раза.

Накопление минерального азота в почве в вариантах (NP)90, (NK)90 и (NPK)90 проходило с меньшей интенсивностью. При внесении (NP)90 отмечено достоверное увеличение содержания в метровом слое почвы только нитратной формы азота. В варианте (NK)90 накопление минерального азота за счет обеих его форм отмечено только в пахотном и подпахотном слоях почвы, при внесении полного минерального удобрения (NPK)90 – до глубины 40–60 см. Запасы минерального азота в вариантах (NP)90, (NK)90 и (NPK)90 в слое 0–20 см увеличились в 2–3 раза, в слое 0–100 см – в 2 раза. Максимальное накопление минерального азота в пахотном слое почвы наблюдали при внесении полного минерального удобрения.

При длительном внесении калийных и фосфорно-калийных удобрений отмечено достоверное уменьшение содержания нитратного азота с глубины 40–60 см. Возможно, это связано с увеличением потребления нитратного азота растениями, что сократило его естественные потери в нижележащие слои почвы в сравнении с контрольным вариантом. В работе [32] отмечается, что оптимизация калийного состояния почвы привела к усилению потребления растениями нитратов.

В варианте без удобрений доля нитратного азота в составе минерального с глубиной возрастала, а аммонийного уменьшалась. Длительное применение удобрений привело к увеличению доли аммонийного азота с глубиной. Только внесение полного минерального удобрения (NPK)90 способствовало сохранению близкого к контрольному варианту соотношения двух форм азота по профилю.

Содержание подвижных соединений фосфора в пахотном слое почвы при длительном экстенсивном возделывании сельскохозяйственных культур (без удобрений) уменьшилось на 20%, что связано с выносом урожаем. В варианте N90 отмечено сохранение подвижных соединений фосфора на исходном уровне, в вариантах K90 и (NK)90 – отмечены тенденции к увеличению этого показателя в 1.3–1.5 раза. Полученные результаты не согласуются с хозяйственным балансом фосфора. Баланс фосфора в контрольном варианте опыта, при внесении K90, N90, и (NK)90 был на одном уровне и составил минус 19–21 кг/га в год. Устойчивость различных минеральных соединений фосфора в значительной степени зависит от величины кислотности почвенного раствора [3, 30]. Подкисление почвы в результате длительного применения азотных и азотно-калийных удобрений могло увеличить растворимость некоторых минеральных соединений фосфора и повлиять на увеличение содержания его подвижной формы. Также в вариантах N90 и (NK)90 отмечено достоверное уменьшение содержания подвижных соединений фосфора в подпахотном горизонте (20–40 см) на 30–35%, поэтому, возможно, на слой 20–40 см приходились основные потери фосфора. Создание высокого калийного фона при длительном внесении калийных удобрений могло привести к замещению или вытеснению фосфора из его труднодоступных соединений. Тенденции увеличения содержания подвижных соединений фосфора в почве в варианте K90 наблюдаются с IV ротации севооборота.

Длительное внесение фосфорных удобрений в чистом виде и в сочетании с азотом и калием (NP, PK, NPK) обеспечило повышение уровня исходного содержания подвижных соединений фосфора в 1.9–2.7 раза, что подтвержается расчетами баланса фосфора (+34–37 кг в год). Максимальное накопление в пахотном слое почвы отмечено в варианте Р90, запасы увеличились с 0.4 до 1.2 т/га. Длительное односторонне внесение фосфорных удобрений привело к достоверному увеличению содержания подвижных соединений фосфора в почве до глубины 40–60 см, (NPK)90 – до глубины 60–80 см. Фосфорно-калийные удобрения способствовали увеличению содержания подвижной формы фосфора в слое 0–20, 40–60, 60–80 и 80–100 см. Запасы в метровом слое почвы в данных вариантах возросли относительно контрольного варианта с 3.3 до 4.5–5.0 т/га (в 1.4–1.5 раза). Сочетание фосфорных удобрений с азотными привело к увеличению содержания подвижных соединений фосфора только в верхнем слое почвы (0–20). Полученные результаты свидетельствуют, что калий хлористый в сочетании с суперфосфатом способствовал миграции фосфора из удобрений по профилю.

Длительное экстенсивное использование пашни без удобрений, а также внесение только азотных и фосфорных удобрений (N, P, NP) привело к уменьшению содержания подвижных соединений калия в пахотном слое почвы относительно исходного уровня на 29–36%. Почва по обеспеченности подвижными соединениями калия перешла из групп “высокое и повышенное содержание” в группу “среднее содержание”. В вариантах N90, P90 и (NP)90 отмечено уменьшение количества подвижных соединений калия и в подпахотном слое почвы, что связано с более высокой урожайностью культур и соответственно более интенсивным выносом калия по сравнению с контролем. В результате запасы подвижных соединений калия в почве в слое 0–40 см уменьшились с 1.0 в контрольном варианте до 0.8 т/га (на 20%).

Длительное применение калийных удобрений как при одностороннем внесении, так и в сочетании с азотными и фосфорными, обеспечило увеличение содержания подвижных соединений калия в пахотном слое почвы относительно исходного уровня на 20–40%. Длительное внесение калия хлористого в чистом виде увеличило содержание подвижной формы калия в пахотном и подпахотном слоях почвы, в вариантах (NK)90 и (NPK)90 – до глубины 40–60 см. В результате запасы подвижных соединений калия в метровом слое почвы увеличились в 1.2–1.3 раза. Внесение фосфорно-калийных удобрений оказало влияние только на пахотный слой почвы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Соотношение N : P : K в почве по-разному влияло на показатели плодородия почвы, что говорит о сложности происходящих в ней процессов, о наличии множества зависимостей между показателями и влиянии сопутствующих условий среды.

Длительное одностороннее применение азотных удобрений (N90) на дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почве в течение 40 лет привело к существенным потерям содержания органического углерода в слое почвы 0–60 см, запасы Сорг в метровом слое уменьшились почти на 30%. В слое 0–60 см наблюдали подкисление почвы. Отмечено увеличение содержания минерального азота в метровом слое, запасы возросли почти в 3 раза. Это свидетельствует об усилении процессов минерализации органического вещества в почве и непроизводительных потерях азота. Установлено достоверное уменьшение содержания подвижных соединений фосфора в подпахотном слое и подвижных соединений калия в слое 0–40 см, запасы уменьшились на 10–20%.

Длительное внесение фосфорных удобрений (P90) обеспечило на начало VI ротации поддержание содержания органического углерода в пахотном слое почвы на исходном уровне, не оказало существенного влияния на показатели почвенного поглощающего комплекса и на изменение количества минерального азота. Отмечено уменьшение содержания подвижных соединений калия в слое 0–40 см, запасы сократились на 20%. Увеличение содержания подвижных соединений фосфора отмечено в слое 0–60 см. Максимальное накопление подвижной формы фосфора отмечено в пахотном слое, запасы возросли в 3 раза.

Длительное применение калия хлористого (K90) способствовало увеличению содержания Сорг в метровом слое почвы, запасы возросли на 40%. Отмечены тенденции уменьшения гидролитической кислотности в пахотном слое относительно исходного уровня. Наблюдали уменьшение содержания нитратного азота в почве с глубины 40–60 см. Увеличение содержания обменных соединений калия в 1.2 раза наблюдали в пахотном и подпахотном слоях почвы.

Применение сочетания азотных удобрений с калием хлористым (NK)90 по сравнению с применением только азотных удобрений привело к более сильному подкислению почвы, уменьшению суммы обменных оснований и степени насыщенности почвы основаниями. Достоверное накопление минерального азота отмечено только в слое 0–40 см. По сравнению с применением только калия хлористого наблюдали более сильную миграцию подвижных соединений калия – до глубины 40–60 см.

Внесение суперфосфата совместно с азотными удобрениями ((NP)90) стабилизировало содержание органического углерода в почве. Уменьшения его содержания по профилю почвы как при применении только азотных удобрений, не наблюдали. Также отмечена более слабая интенсивность миграции минерального азота по профилю, что свидетельствует об уменьшении его непроизводительных потерь. Изменение показателей кислотности почвы, суммы обменных оснований, содержания подвижных соединений калия происходило аналогично варианту внесения только азотных удобрений. Совместное внесение суперфосфата и азотных удобрений привело к увеличению содержания подвижной формы фосфора только в пахотном слое в 2 раза. Миграции по профилю подвижных соединений фосфора как при внесении только азотных удобрений не наблюдали. Хозяйственный вынос и баланс этого элемента в обоих случаях одинаков (+37 кг/га), что говорит о закреплении фосфора при внесении (NP)90 в других более труднодоступных формах.

Сочетание суперфосфата с калием хлористым ((PK)90) или калием хлористым и азотными удобрениями ((NPK)90), как и в случае с азотно-фосфорными удобрениями, стабилизировало содержание органического углерода в почве. Не наблюдали увеличения этого показателя по профилю, как при внесении калия хлористого в чистом виде или его уменьшения, как при внесении азотных удобрений. Калий хлористый в сочетании с суперфосфатом ((PK)90) и (NPK)90) способствовал миграции фосфора из удобрений по профилю. Отмечено увеличение содержания подвижных соединений фосфора до глубины 60–80 см или в метровом слое почвы.

Список литературы

  1. Агроклиматические ресурсы Пермской области: справочник. М.: Гидрометеоиздат, 1979. 156 с.

  2. Алехина Н.Д., Балконин Ю.В., Гавриленко В.Ф. Физиология растений. М.: Академия, 2005. 640 с.

  3. Андрианов С.Н. Формирование фосфатного режима дерново-подзолистой почвы в разных системах удобрений. М.: ВНИИА, 2004. 296 с.

  4. Беляев Г.Н. Калийные удобрения из калийных солей Верхнекамского месторождения и их эффективность. Пермь: Перм. кн. изд-во, 2005. 304 с.

  5. Водяницкий Ю.Н., Макаров М.И. Хлорорганические соединения и биогеохимический цикл хлора в почвах (обзор) // Почвоведение. 2017. № 9. С. 1065–1073. https://doi.org/10.7868/S0032180X17090118

  6. Гамзиков Г.П. Cостояние и перспективы исследований в длительных стационарных опытах с удобрениями в Cибири // Плодородие. 2016. № 5. С. 6–9.

  7. Глазовская М.А., Кречетов П.П., Черницова О.В. Общие закономерности накопления и возобновления запасов элементов-органогенов в дерново-подзолистых почвах хвойно-широколиственных лесов // Почвоведение. 2004. № 12. С. 1430–1439.

  8. Гомонова Н.Ф., Минеев В.Г. Динамика гумусного состояния и азотного режима дерново-подзолистой среднесуглинистой почвы при длительном применении удобрений // Агрохимия. 2012. № 6. С. 23–31.

  9. Доклад Продовольственной и сельскохозяйственной организаций Объединенных Наций “Состояние знаний о биоразнообразии почв” // https:// www.fao.org/biotech/biotech-news/ru/

  10. Завьялова Н.Е., Васбиева М.Т., Шишков Д.Г., Казакова И.В. Влияние минеральных удобрений на трансформацию калийного фонда дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почвы // Агрохимия. 2022. № 1. С. 3–9. https://doi.org/10.31857/S0002188122010136

  11. Завьялова Н.Е., Широких И.Г., Васбиева М.Т., Фомин Д.С. Влияние различных типов землепользования на прокариотные сообщества и стабилизацию органического вещества дерново-подзолистой почвы // Почвоведение. 2021. № 2. С. 232–239. https://doi.org/10.31857/S0032180X21020167

  12. Замятин С.А., Изместьев В.М. Влияние культур севооборота на среднегодовое поступление растительных остатков за ротацию севооборотов // Вестник Марийского гос. ун-та. Сер. Сельскохозяйственные науки. Экономические науки. 2016. Т. 2. № 1(5). С. 18–22.

  13. Иванов А.И., Воробьев В.А., Иванова Ж.А. Современные деградационные процессы в хорошо окультуренных дерново-подзолистых почвах // Проблемы агрохимии и экологии. 2015. № 3. С. 15–19.

  14. Карпухин М.Ю., Байкин Ю.Л., Батыршина Э.Р. Анализ современного состояния агроландшафтов и пути повышения их секвестрационного потенциала при сельскохозяйственном использовании на среднем Урале // Вестник Курганской ГСХА. 2021. № 4(40). С. 3–8. https://doi.org/10.52463/22274227_2021_40_3

  15. Козлова Л.М., Носкова Е.Н., Попов Ф.А. Оптимизация полевых севооборотов, как фактор сохранения почвенного плодородия и экологизации земледелия // Теоретическая и прикладная экология. 2020. № 3. С. 147–153. https://doi.org/10.25750/1995-4301-2020-3-147-153

  16. Кудеяров В.Н. Баланс азота, фосфора и калия в земледелии России // Агрохимия. 2018. № 10. С. 3–11. https://doi.org/10.1134/S0002188118100101

  17. Куликова А.Х. Дифференциация севооборотов по влиянию на режим органического вещества почвы // Вестник Ульяновской гос. сельскохозяйственной академии. 2011. № 2(14). С. 27–33.

  18. Литвинский В.А., Муравин Э.А., Черников В.А., Грицевич Ю.Г., Игнатов В.Г., Хлыстовский А.Д. Продуктивность севооборота с клеверным паром и агрохимические свойства дерново-подзолистой почвы в длительном опыте Д.Н. Прянишникова № 2 на Долгопрудной агрохимической опытной станции // Агрохимия. 2010. № 9. С. 19–30.

  19. Лыков А.М., Еськов А.И., Новиков М.Н. Органическое вещество пахотных почв Нечерноземья. М.: Рос. акад. с.-х. наук, 2004. 630 с.

  20. Медведев И.Ф., Деревягин С.С., Губарев Д.И., Бузуева А.С., Азарова К.А. Влияние почвенно-агрохимических показателей на формирование корневой системы яровой мягкой пшеницы (Triticum aestivum L.) в различных погодных условиях на черноземах южных // Проблемы агрохимии и экологии. 2014. № 3. С. 8–13.

  21. Мерзлая Г.Е. Эффективность длительного применения биологизированных систем удобрения // Агрохимия. 2018. № 10. С. 27–33. https://doi.org/10.1134/S0002188118100113

  22. Минеев В.Г., Гомонова Н.Ф. Значение фосфора в улучшении свойств дерново-подзолистой почвы при действии и последействии длительного применения минеральных удобрений // Проблемы агрохимии и экологии. 2009. № 2. С. 3–9.

  23. Митрофанова Е.М. Кальций и магний в дерново-подзолистых почвах Предуралья // Аграрный вестник Урала. 2011. № 2(81). С. 9–11.

  24. Практикум по агрохимии: учеб. пособие. М.: Изд-во Моск. ун-та, 2001. 639 с.

  25. Прокошев В.В., Дерюгин И.П. Калий и калийные удобрения. М.: Ледум, 2000. 185 с.

  26. Пухальская Н.В., Сычев В.Г., Собачкин А.А., Павлова Н.И. Особенности калийного питания сельскохозяйственных растений в оптимальных и неблагоприятных условиях. М.: ВНИАА, 2009. 192 с.

  27. Соколов А.В. Агрохимия фосфора. М.: Изд-во Академии наук СССР, 1950. 152 с.

  28. Сычев В.Г., Шафран С.А., Виноградова С.Б. Плодородие почв России и пути его регулирования // Агрохимия. 2020. № 6. С. 3–13. https://doi.org/10.31857/S0002188120060125

  29. Сычев В.Г., Шевцова Л.К., Беличенко М.В. Влияние длительного применения различных систем удобрения на органопрофиль основных зональных типов почв. Сообщение 1. Дерново-подзолистые почвы // Плодородие. 2019. № 2(107). С. 3–7. https://doi.org/10.25680/S19948603.2019.107.01

  30. Титова В.И., Шафронов О.Д., Варламова Л.Д. Фосфор в земледелии Нижегородской области. Н. Новгород: Изд-во ВВАГС, 2005. 219 с.

  31. Чупрова В.В. Биологический круговорот углерода и азота в агроэкосистемах Средней Сибири. Автореф. дис. … докт. биол. н. Новосибирск, 1994. 35 с.

  32. Якименко В.Н. Влияние длительного применения калийных удобрений на агрохимические свойства почвы // Агрохимия. 2012. № 12. С. 41–46.

  33. Якименко В.Н., Конарбаева Г.А. Влияние калийных удобрений на содержание макроэлементов и галогенов в картофеле // Агрохимия. 2015. № 1. С. 50–56.

  34. Якименко В.Н. Накопление компонентов калийных удобрений в почве длительного полевого опыта // Плодородие. 2019. № 3(108). С. 36–39. https://doi.org/10.25680/S19948603.2019.108.11

  35. Montelius M., Thiry Y., Marang L., Ranger J., Cornelis J.-T., Svensson T., Bastviken D. Experimental evidence of large changes in terrestrial chlorine cycling following altered tree species composition // Environ. Sci. Technol. 2015. V. 49. P. 4921–4928. https://doi.org/10.1021/acs.est.5b00137

  36. Reichle D. The global carbon cycle and climate change. 1st Edition. Elsevier, 2019. 388 p.

  37. Sychev V.G., Naliukhin A.N., Shevtsova L.K., Rukhovich O.V., Belichenko M.V. Influence of Fertilizer Systems on Soil Organic Carbon Content and Crop Yield: Results of Long-Term Field Experiments at the Geographical Network of Research Stations in Russia // Eurasian Soil Science. 2020. V. 53. № 12. P. 1794–1808. https://doi.org/10.1134/S1064229320120133

  38. Winterton N. Chlorine: the only green element – towards a wider acceptance of its role in natural cycles // Green Chem. 2000. V. 2. P. 173–225. https://doi.org/10.1039/B003394O

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Почвоведение

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал