Агроресурсы

couple.su
Меню

Каталог предприятий

Вход
НЦ Агроресурсы

КРУГОВОРОТ БИОГЕННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ, ПЛОДОРОДИЕ ПОЧВЫ И ПРОДУКТИВНОСТЬ СЕВООБОРОТОВ

Показан уровень рециркуляции азота, фосфора и калия при традиционных и альтернативных системах удобрения, в т.ч. при внесении в почву соломы, биомассы сидеральных культур, всей побочной продукции, средних и высоких доз навоза. Освещена роль бобовых культур в севообороте с точки зрения оптимизации баланса азота. Раскрыты особенности влияния длительного применения различных систем удобрения на трансформацию органического вещества, основные показатели плодородия дерново-подзолистой почвы, чернозёма оподзоленного, чернозёма типичного, продуктивность зерно-картофельного и зерно-свекловичных севооборотов, уровень урожайности культур и основные показатели качества продукции.


Идеальными моделями систем ведения сельскохозяйственного производства являются модели, базирующиеся на замкнутых производственных циклах с высоким уровнем рециркуляции биогенных элементов, когда отходы одного технологического процесса являются сырьем для следующего, что в конечном итоге обеспечивает существенное снижение затрат ресурсов техногенного происхождения. В этом отношении важное значение имеет межотраслевая оптимизация животноводства и растениеводства поскольку значительная часть основной и особенно побочной продукции растениеводства является основой для развития животноводства. В свою очередь используемые на удобрение отходы животноводства обеспечивают многократное повторное использование элементов питания и органического углерода в агроэкосистемах. При этом важнейшим условием устойчивого развития современных сельскохозяйственных производственных систем является достижение бездефицитного баланса органического вещества путём применения достаточного количества органических удобрений [1-5], производство которых возможно при наличии соответствующего поголовья сельскохозяйственных животных. В этом отношении особенно ценным является крупный рогатый скот, способный поедать практически любую растительную биомассу. При достаточной насыщенности землепользования животными, например 1 условная голова (у.г.) на 1 га пашни, в кругооборот возвращается до 50 %, а при 2 у.г. - соответственно около 100% биогенных элементов от их общего выноса, что безусловно существенно уменьшает потребность в минеральных удобрениях.
Особое значение животноводство имеет в регионах с низким уровнем плодородия почв. Например, в Полесье животных нередко содержали не столько для производства молока и мяса, сколько для накопления органических удобрений. Это связано с тем, что большая часть биогенных элементов концентрировалась через животных в виде навоза из других экосистем, в т.ч. луговых и лесных, для последующего их использования в земледелии.
Таким образом, для устойчивого и экологически безопасного развития агроэкосистем, повышение их конкурентоспособности важное значение имеет оптимизация соотношения отраслей растениеводства и животноводства, которая состоит в создании стабильного звена субуровня, которое было бы уравновешено потоками энергии, кругооборотом органических и минеральных веществ, поддерживало стабильность и динамическое равновесие всех звеньев агроэкосистемы. Реализуются эти положения при условии поддержания плодородия почв на оптимальном уровне путем управления малым биологическим круговоротом (МБК) веществ в агроэкосистемах [6,7].
С целью поиска путей оптимизации МБК в агроэкосистемах Полесья и Лесостепи Украины в период с 1995 по 2002 г. нами были проведены специальные исследования в длительных агротехнических стационарных опытах (табл. 1) научно-исследовательских учреждений, которые входят в научно-методический центр (НМЦ) “Агроэкология”:
· в Полесье (Черниговский институт агропромышленного производства) на дерново-подзолистой почве с исходными показателями содержания гумуса – 1,02%, легкогидролизуемых соединений азота (Nг) – 82, подвижного фосфора – 180, обменного калия – 70 мг/кг почвы, рНсол. – 4,8, Нг – 2,5 мг-экв./100 г почвы. Севооборот: клевер, пшеница озимая, кукуруза на силос, ячмень, люпин на зеленую массу, рожь озимая, картофель, овес.
· в западной Лесостепи (Хмельницкая опытная станция) на черноземе оподзоленном с исходными показателями: содержание гумуса в слое 0-20 см – 4,19%, слое 20-40 см – 4,0%, Nг – 147 мг/кг почвы, доступного фосфора – 162, обменного калия – 85 мг/кг почвы, рНсол. – 6,3, Нг – 1,6 мг-экв. на 100 г почвы. Севооборот: горох, пшеница озимая, свекла сахарная, ячмень, кукуруза на зерно.
· в Левобережной Лесостепи (Полтавская ОС) на черноземе типичном с исходными показателями содержания гумуса в слое 0-20 см – 5,22%, слое 20-40 см – 4,49%, легкогидролизуемого азота – 102, подвижного фосфора – 99, обменного калия – 139 мг/кг почвы, рНсол. – 7,2, Нг – 0,5 мг-экв./100 г почвы. Севооборот: горох, пшеница озимая, кукуруза на зерно, кукуруза на силос, пшеница озимая, свекла сахарная, ячмень.
Каждый из вариантов опытов рассматривался как модель агроэкосистемы с определённой специализацией производства и соответствующим круговоротом биогенных элементов. Так, варианты с применением навоза имитируют СУ для интенсивных зернопропашных севооборотов, размещенных вблизи ферм, а также землепользования с животноводческой специализацией. Для них характерны высокие показатели продуктивности, повторное использование (рециркуляция) биогенных элементов на уровне 80–100%, а также воспроизводство гумусового состояния почвы. Растениеводческая специализация предусматривает освоение СУ с применением соломы, всей побочной продукции на удобрение, а также биомассы сидеральных культур. Они отличаются низкой рециркуляцией элементов питания, не обеспечивают воспроизводство гумусного состояния почвы, имеют невысокую


Таблица 1. Принципиальная схема стационарных опытов

Вариант системы удобрения (СУ) Сокращенные обозначения
Дерново–подзолистая почва (1992 г.)
1.Без удобрений (контроль) 1.К
Органическая СУ
2.Сидераты (Сд), 4 т/га 2.Сд
3.Побочная продукция (ПП), 3 т/га 3.ПП
4.Навоз (2Нв), 20 т/га (2 у.г./га)* 4.2Нв
Минеральная СУ
5.N68P64K86 5.1NPK
6.N68P64K86 + Са 6.1NPK+Ca
Органо–минеральная СУ
7.Нв, 10 т/га (1 у.г./га)+N68P64K86 7.1Нв+1 NPK
8.ПП, 2.8 т/га+N68P64K86 8.ПП+NPK
9.Нв, 10 т/га +N68P64K86+ПП, 3,0 т/га 9.1Нв+NPK+ПП
10.Нв, 10 т/га+N68P64K86+ПП, 3,0 т/га+Сд, 4 т/га 10.1Нв+NPK+ПП+Сд
Чернозем оподзоленный (1991 г.)
1.Без удобрений (контроль) 1.К
Органическая СУ
2.Сидераты (Сд), 9 т/га 2.Сд
3.Солома (Сл), 2 т/га 3.Сл
4.Солома, 2 т/га и сидераты, 9 т/га 4.Сл+Сд
5.Навоз (Нв), 24 т/га (2,4 у.г./га) 5.2Нв
Минеральная СУ
6.N110P106K98 (двойная доза) 6.2NPK
Органо–минеральная СУ
7. Солома (Сл), 2 т/га +N110P106K98 7. Сл+2NPK
8.Нв, 12 т/га (1,2 у.г./га)+ N55P53K49 8.1Нв+1NPK
9.Нв, 12 т/га+Сл, 2 т/га+Сд, 9 т/га+N55P53K49 9. 1Нв+1NPK+Сл+Сд
Чернозем типичный (1987 г.)
1.Без удобрений (контроль) 1.К
Органическая СУ
2.Навоз (Нв), 10 т/га (1 у.г./га) 2.1Нв
3.Солома (Сл), 1,1 т/га+N11 3.Сл+N10
4.Побочная продукция (ПП), 4,2 т/га+N42 4.ПП+N10
Органо–минеральная СУ
5.Сл, 1,1 т/га + N11+N50P52K54 5.Сл+N10+1NPK
6.ПП, 4,2 т/га + N42+ N50P52K54 6.ПП+N10+1NPK
7.Нв, 10 т/га + N50P52K54 7.1Нв+1NPK
* условно принято, что годовой выход навоза от 1 у.г. составляет 10 т
продуктивность
Органо-минеральные СУ, базирующиеся на внесении 150–170 кг/га севооборота NPK в различных сочетаниях с навозом, побочной продукцией и сидерацией, как правило, обеспечивают восстановление плодородия почвы, имеют высокую продуктивность, но характеризуются невысоким уровнем рециркуляции элементов питания и значительной энергоёмкостью.
Результаты исследований показали, что применяя традиционные и альтернативные СУ можно достаточно эффективно регулировать питательный режим почвы, её физико-химические параметры (табл. 2). Так, на дерново-подзолистой почве за ротацию севооборота при применении минеральной СУ и сидератов произошло снижение рНсол. до критического уровня – 4,3-4,6, при гидролитической кислотности пахотного слоя 2,8-3,1 мг-экв./100 г почвы. Известкование обеспечило снижение обменной кислотности до уровня рНсол 5,9, гидролитической – до 1,5 мг-экв./100 г почвы. При сочетании органических и минеральных удобрений рНсол. составлял 4,9-5,2, Нг – 1,9-2,2, что свидетельствует о необходимости известкования дерново-подзолистой почвы при всех СУ.
Содержание легкогидролизуемых фракций азота (Nг) в дерново-подзолистой почве снизило до 45 мг/кг почвы. При раздельном применении 20 т/га навоза (2Нв), побочной продукции (ПП) и NPK количество Nг увеличилось
в 1,5 раза. На фоне органо-минеральных СУ в связи усиления гидролитических процессов, содержание Nг повысилось до 106-117 мг/кг почвы. В севообороте с клевером и люпином запасы азота на контроле были достаточно высокими и составляли 31 кг/га, под воздействием Сд они возрастали в 2,5 раза, 2Нв – втрое, а при внесении ПП – почти не изменялись.
На фоне органо-минеральных СУ обеспеченность минеральным азотом была высокой и колебалась от 71 при применении ПП+NPK до 160 кг/га при Нв+NPK+ПП+Сд. Систематическое внесение удобрений удваивало содержание фосфора и утраивало калия в почве.
На черноземе оподзоленном за две ротации 5–польного зерно-свекловичного севооборота при высоких дозах минеральных удобрений (2NPK) рНсол. снизился до 5,2, на фоне 24 т/га навоза (2Нв), и 1Нв+1NPK этот показатель составлял 5,5-5,6, что свидетельствует о целесообразности применения поддерживающего известкования. Чернозем оподзоленный имеет высокую азотмобилизирующую способность. За 14 дней компостирования содержание NО3 на контроле возросло с 13,4 до 39,1 мг/кг, на фоне 2Нв этот показатель увеличился вдвое, а при других СУ – в 1,5 раза. Накопление фосфора и калия при всех СУ было высоким.
На черноземе типичном азотный режим был лучшим при внесении соломы или побочной продукции с компенсирующей дозой азота. Эффективно регулировать азотный режим почвы можно изменением соотношения разных видов органических и минеральных удобрений. Количество подвижного фосфора и обменного калия при органических СУ отвечало средней обеспеченности, а на фоне органо-минеральных – высокой.
Таким образом, наиболее благоприятный пищевой режим дерново-

Таблица 2. Изменение агрохимических показателей почв при длительном применения различных СУ
Вариант Содержание гумуса, % Nг Р2О5 К2О рН сол. Нг, мг-экв./100 г почвы
мг/кг почвы
Дерново-подзолистая почва
К 0,89 42 160 56 4,6 2,4
Сд 0,88 155 228 62 4,8 2,9
ПП 1,06 84 210 56 5,0 2,4
2Нв 1,20 80 213 68 5,2 2,1
NРК 0,87 88 207 70 4,4 2,8
NРК+СаСО3 1,06 178 198 60 5,8 1,7
1Нв+NPK 1,09 96 227 128 5,1 2,2
ПП+NРК 1,09 142 230 112 5,3 2,1
1Нв+NРК+ПП 1,26 152 244 180 5,2 1,9
1Нв+NРК+ПП+Сд 1,18 168 249 185 5,2 1,8
Чорнозем оподзоленый
К 3,85 110 125 69 6,1 1,2
Сд 3,85 119 130 97 5,9 2,0
Сл 3,90 106 129 76 6,5 0,9
Сл+Сд 4,10 119 135 98 6,1 1,4
2Нв 4,45 140 191 170 5,5 3,6
2NPK 3,75 110 186 125 5,2 3,8
Сл+2NPK 4,05 124 218 154 6,1 4,4
1Нв+1NPK 4,15 121 258 136 5,6 2,7
1Нв+1NPK+Сл+Сд 4,48 112 264 155 6,2 1,6
Чернозем типичный
К 4,39 118 105 78 6,0 2,4
Нв 4,69 129 118 110 6,3 2,7
Сл+N10 4,61 118 105 80 6,8 1,7
ПП+N10 4,79 124 139 98 6,1 2,8
Сл+N10+NPK 4,77 126 172 96 6,3 2,9
ПП + N10 + NPK 4,62 122 141 95 6,4 2,6
Нв+NPK 4,61 144 195 108 5,9 2,9

подзолистой почвы, чернозема оподзоленного и чернозема типичного формируется под влиянием высоких доз навоза и органо-минеральных СУ. Традиционное сочетание Нв+NPK и совместное применение ПП+NPK можно считать равноценным.
Оценка различных СУ с точки зрения уровня рециркуляции биогенных элементов, а также оптимизации соотношения их выноса и поступления проводилась на основе балансовых исследований. При этом исходили из следующих положений [8]:
· на каждую тонну урожая сухого вещества многолетние бобовые травы фиксируют 30, люпин – 25 и горох – 15 кг/га биологического азота;
· несимбиотическая азотфиксация на дерново-подзолистой почве и черноземе оподзоленном составляют 5 кг/га, на черноземе типичном – 15 кг/га;
· вынос биогенных элементов урожаем определяется величиной урожая и содержанием в нем питательных веществ;
· потребность в биогенных элементах для оптимизации питательного режима почвы зависит от показателей её плодородия.
Круговорот азота. В Полесье на дерново-подзолистой почве рециркуляция азота при использовании на удобрение нетоварной части урожая всех культур зерно-картофельного севооборота составляет 10-11 кг/га или 9 % от общего выноса с основной и побочной продукцией (106-122 кг/га) (табл. 3).
При внесении 10 т/га навоза в почву возвращается 48 кг азота при выносе 115-124 кг/га. При такой СУ рециркуляция составляет 39-42%. Соответственно удвоение дозы навоза позволяет повторно использовать 96 кг/га азота или 78% от его выноса. Одинарная доза навоза в сочетании с нетоварной частью урожая на удобрение компенсирует половину отчуждаемого азота .
В Левобережной Лесостепи на черноземе оподзоленном в зерно-свекловичном севообороте за счет соломы озимой пшеницы и ячменя возвращается 5-8 кг/га азота, с 24 т/га навоза – 115, а при сочетании 12 т/га навоза и соломы – 58-65 кг/га. Это обеспечивает замкнутый круговорот от 4 до 74% этого элемента. На черноземе типичном в аналогичном севообороте рециркуляция азота с 10 т/га навоза составляет 48 кг/га, что компенсирует 40-46% его выноса с урожаем. Очевидно, что в случае внесения его двойной дозы
возместиться 80-85% потерь азота. Со всей нетоварной частью урожая в почву возвращается лишь пятая часть от выноса.
Таким образом, использование побочной продукции на удобрение обеспечивает довольно низкий уровень рециркуляции азота, что требует дополнительного внесения минеральных удобрений. При наличии развитой отрасли животноводства и внесении высоких доз навоза рециркуляция азота перекрывает три четверти и более его отчуждения урожаем.
В Полесье в севообороте с клевером и люпином накопление биологического азота колеблется по вариантам от 42 кг/га на контроле до 57 кг/га при совместном внесении навоза, побочной продукции и минеральных удобрений, что покрывает 42-46% его выноса. В зерно-свекловичных севооборотах с горохом фиксация биологического азота составляет 8-14 кг/га.
Общее количество биологического азота поступающего в почву с органическими удобрениями и за счет азотфиксации достигает в севообороте с клевером и люпином 148 кг/га, что позволяет обеспечить положительный азотный баланс без применения минеральных удобрений. В Лесостепи в зерно-свекловичных севооборотах без трав за счет биологического азота компенсируется только 54-82% от выноса.

Таблица 3. Круговорот азота при различных СУ

Вариант Вынос Минудоб-рения Рециркуляция Азот-фиксация Биоазот, всего ИБ,% х)
кг/га % кг/га %
Дерново-подзолистая почва
К 91 0 0 0 42 42 46 46
Сд 104 0 0 0 47 47 45 45
ПП 106 0 10 9 46 56 53 53
1Нв 115 0 48 42 52 100 87 87
2Нв 123 0 96 78 52 148 121 121
NPK 109 68 0 0 45 45 41 103
NPK+Ca 124 68 0 0 52 52 42 96
ПП+NPK 122 68 11 9 49 60 49 105
Сд+ПП+NPK 119 68 11 9 49 60 51 107
1Нв+NPK 124 68 48 39 49 97 78 132
1Нв+NPK+ПП 136 68 60 44 57 117 86 136
1Нв+NPK+ПП+Сд 132 68 60 45 55 115 87 138
Чернозем оподзоленный
К 115 0 0 0 9 9 8 8
Сд 127 0 0 0 10 10 8 8
Сл 121 0 5 4 10 15 12 12
Сл+Сд 132 0 6 4 10 16 12 12
2Нв 155 0 115 74 12 127 82 82
2NPK 149 110 0 0 11 11 7 81
Сл+2NPK 187 110 8 4 14 21 11 70
1Нв+1NPK 164 55 58 35 12 70 42 76
1Нв+1NPK+Сл+Сд 158 55 65 41 12 77 49 83
Чернозем типичный
К 96 0 0 0 8 8 8 8
Нв 105 0 48 46 8 56 54 54
Сл+N10 111 11 6 5 8 14 13 23
ПП+N10 122 42 23 18 9 31 26 60
Сл+N10+NPK 123 61 6 5 9 15 13 62
ПП+N10+NPK 123 83 23 18 9 31 25 93
Нв+NPK 120 50 48 40 9 57 47 89

Необходимо учитывать, что при содержании гумуса в почве на уровне 1% оптимальная интенсивность баланса (ИБ) азота составляет около 105% при минимальной и максимальной величине этого показателя соответственно 100 и 115%. На черноземных почвах с содержанием гумуса не менее 3% оптимальный уровень ИБ составляет 90-95, минимальный – 70-80 и максимальный - около 100%.
На дерново-подзолистых почвах близким к оптимальному уровень поступления азота отмечен на фоне минеральных СУ, а также при сочетании NPK с побочной продукцией. При других органо-минеральных СУ поступление азота в почву превышает его вынос на 32-38%, что, как правило, является нецелесообразным.
На черноземе оподзоленном при раздельном внесении двойных доз навоза и NPK, а также при сочетании их половинных доз, в почву поступает максимальное количество азота. ИБ при этом составляет 70-83%, что свидетельствует о целесообразности увеличения доз азотных минеральных удобрений в данном севообороте. В на черноземе типичном только при совмещении полного минерального удобрения с навозом или со всей побочной продукцией ИБ близка к оптимальной.
Круговорот фосфора. Вынос фосфора единицей урожая намного меньше, чем азота и калия. Соответственно дозы органических и минеральных удобрений, обеспечивающие бездефицитный баланс этого элемента, значительно ниже. При этом в зерно-картофельном севообороте всей нетоварной частью урожая покрывается незначительная часть выноса. При внесении 10 т/га навоза возврат составляет половину от выноса, а удвоение дозы навоза обеспечивает полную компенсацию отчуждённого фосфора. При совмещении 10 т/га навоза с побочной продукцией повторно используется 58-59% вынесенного фосфора (табл. 4).
Сходная закономерность отмечена и в зерно-свекловичных севооборотах. С соломой в почву возвращается 8-11% фосфора, со всей побочной продукцией
– 35, с одинарной дозой навоза – 71, при сочетании навоза и соломы - 64%. Только 20-24 т/га навоза обеспечивают полный возврат этого элемента.
На контроле содержание доступного фосфора в дерново-подзолистой почве и черноземе оподзоленном составляет соответственно 160 и 125 мг/кг. При такой обеспеченности его ИБ должна составлять примерно 130%. При содержании подвижного фосфора 200-250 мг/кг на фонах органо-минеральных СУ фактически можно ограничиться только компенсацией его выноса. Близкая ИБ имеет место только при внесении 20-24 т/га навоза. При других комбинаций удобрений ИБ значительно превышает оптимальный уровень и колеблется в пределах 145-235%. Аналогичная ситуация имеет место в левобережной Лесостепи на черноземе типичном. Это свидетельствует о том, что при систематическом применении удобрений со временем их дозы необходимо корректировать.
Круговорот калия. В зерно-картофельном севообороте в Полесье использование на удобрение всей нетоварной части урожая позволяет возвратить в почву 21-25 кг/га калия или 22-23% от его выноса с урожаем. Совместное применение 10 т/га навоза и побочной продукции обеспечивает повторное использование 76 кг/га калия - 62% от его общего отчуждения. Иолько при внесении двойной дозы навоза обеспечивается почти полная рециркуляция калия (табл. 5).
Аналогичная закономерность наблюдается в условиях западной

Таблица 4. Круговорот фосфора при различных СУ
СУ Вынос с урожаем Мин-удобрения Рециркуляция ИБ, %
кг/га %
Дерново-подзолистая почва
К 30 0 0 0 0
Сд 36 0 0 0 0
ПП 36 0 5 13 13
1Нв 40 0 22 56 56
2Нв 43 0 44 102 102
NPK 38 64 0 0 168
NPK+Ca 44 64 0 0 145
ПП+NPK 43 64 5 12 160
Сд+ПП+NPK 42 64 5 13 165
1Нв+NPK 44 64 22 50 194
1Нв+NPK+ПП 48 64 28 58 190
1Нв+NPK+ПП+Сд 47 64 28 59 195
Чернозем оподзоленный
К 34 0 0 0 0
Сд 37 0 0 0 0
Сл 36 0 3 10 10
Сл+Сд 39 0 4 9 9
2Нв 47 0 53 113 113
2NPK 45 106 0 0 235
Сл+2NPK 57 106 5 8 194
1Нв+1NPK 50 53 26 53 159
1Нв+1NPK+Сл+Сд 48 53 31 64 174
Чернозем типичный
К 28 0 0 0 0
Нв 31 0 22 71 71
Сл+N10 33 0 4 11 11
ПП+N10 37 0 13 35 35
Сл+N10+NPK 37 52 4 11 151
ПП+N10+NPK 37 52 13 35 174
Нв+NPK 36 52 22 74 206

Лесостепи. При использовании в зерно-свекловичном севообороте соломы озимой пшеницы и ячменя на удобрение в почву поступает 16-24 кг/га калия или около 30% его выноса. Дополнительное внесение 12 т/га навоза обеспечивает возврат 81 кг/га этого элемента. И только при заделке 24 т/га навоза поступление калия превышает его вынос почти на 20 кг/га.
На черноземе типичном ни одна из органических СУ не обеспечивает полной рециркуляции калия. С соломой озимой пшеницы в почву возвращается только 13-14 кг/га калия при выносе 82-90 кг/га, со всей побочной продукцией

Таблица 5 Круговорот калия при различных CУ
Вариант Вынос с урожаем Минудобре-ния Рециркуляция ИБ, %
кг/га %
Дерново-подзолистые почвы
К 79 0 0 0 -
Сд 93 0 0 0 -
ПП 94 0 21 22 22
1Нв 102 0 50 49 49
2Нв 110 0 100 91 91
NPK 98 86 0 0 88
NPK+Ca 111 86 0 0 78
ПП+NPK 109 86 25 22 101
Сд+ПП+NPK 107 86 24 23 104
1Нв+NPK 113 86 50 44 120
1Нв+NPK+ПП 122 86 76 62 133
1Нв+NPK+ПП+Сд 119 86 76 64 137
Чернозем оподзоленный
К 78 0 0 0 -
Сд 85 0 0 0 -
Сл 82 0 16 20 20
Сл+Сд 88 0 18 20 20
2Нв 102 0 120 117 117
2NPK 99 98 0 0 99
Сл+2NPK 123 98 24 19 99
1Нв+1NPK 109 49 60 55 100
1Нв+1NPK+Сл+Сд 104 49 81 78 125
Чернозем типичный
К 71 0 0 0 -
Нв 78 0 50 64 64
Сл+N10 82 0 13 16 16
ПП+N10 91 0 42 46 46
Сл+N10+NPK 90 54 14 15 76
ПП+N10+NPK 91 54 42 46 106
Нв+NPK 89 54 50 56 117

– 42 кг/га при выносе 91 кг/га, с 10 т/га навоза - 50 кг/га при выносе 78-89 кг/га. Очевидно, что для обеспечения полной рециркуляции калия необходимо 10 т/га навоза сочетать со всей нетоварной частью урожая или удвоить его дозу.
На дерново-подзолистой почве при содержании обменного калия 60-80 мг/кг на контроле, на фоне побочной продукции, минеральных удобрений и даже высоких доз навоза ИБ этого элемента должна составлять около 130% при фактическом уровне 90-100%. Это свидетельствует о целесообразности некоторого увеличения поступления калия в почву на этих вариантах. На фоне совместного внесения навоза, побочной продукции и минеральных удобрений при ИБ на уровне 130-140% со временем происходит накопление обменного калия в почве, что даёт возможность при необходимости сокращать дозы калийных удобрений. При этом очевидно, что наиболее благоприятное соотношение поступления и выноса калия складывается при сочетании навоза и минеральных удобрений.
Содержание калия в черноземе оподзоленном колеблется от 7-10 мг/кг на контроле и при запашке соломы и сидерата до 125-150 на минеральных и органо-минеральных фонах, с максимальным показателем 170 мг/кг при внесении двойной дозы навоза. По этой обеспеченности ИБ должна быть соответственно 90-100, 75-80 и 70% при фактических показателях на фоне соломы – 20%, при других системах удобрения 100-125% .
В черноземе типичном на контроле содержание калия составило 78 мг/кг почвы и максимального содержания 110 мг/кг почвы достигло на фоне систематического применения 10 т/га навоза. Соответственно, оптимальная величина ИБ по обменному калию находится в пределах 85-95%. Исходя из этого из представленных наиболее приемлемыми можно считать органо-минеральные СУ. Можно также предположить, что удвоение дозы навоза по действию на калийный режим чернозема типичного будет аналогичным.
Таким образом, в результате длительного применения различных СУ агрохимические параметры плодородия почв существенно изменяются, что со временем приводит к необходимости уточнения доз удобрений. По всем биогенным элементам, кроме азота, полная рециркуляция обеспечивается только при внесении 20-24 т/га навоза. Баланс азота в севообороте значительно улучшается за счёт симбиотической азофиксации. Прямое применение побочной продукции на удобрение заметно не улучшает питательный режим почвы. Длительное применение различных СУ приводит к существенному изменению агрохимических параметров почв, что целесообразно учитывать с использованием показателя оптимальной ИС применительно к фактическому уровню обеспеченности. Освоение биологических, ресурсосберегающих систем земледелия обуславливается наличием развитого животноводства.
Специфика метаболизма и функциональная деятельность микроорганизмов определяет направленность процессов гумусообразования, количество и качество органического вещества почвы. Применение удобрений заметно повышало общую биологическую активность (БА) всех почв (табл. 6). Самым высоким этот показатель был на фоне навоза и применения органо-минеральных СУ с использованием по Нв+NPК, соломы и сидерата. Однако внесение соломы резко угнетало активность азотмобилизирующей микрофлоры. Минеральная СУ, особенно на дерново-подзолистой почве, ингибировала практически все группы микроорганизмов, кроме грибов и

Таблица 6. Влияние удобрений на состав и количество микроорганизмов в почве под пропашными культурами
Варианты Грибы, тис. на 1 г почвы КАА/МПА Акти-номи-цеты Фос-формо-билизи-рующие Азо-тобак-тер, % Общая БА, бал

млн. на 1 г почвы
Дерново-подзолистая почва, поле картофеля, 1998 г.
К 28,3 8,0 0,6 4,2 0 23,9
Сд 85,7 6,3 1,8 10,0 0 65,0
ПП 59,7 3,4 0,3 6,9 0 36,7
2Нв 61,7 6,3 1,6 10,1 0 64,2
NРК 88,7 13,3 0,2 3,1 0 11,0
NРК+СаСО3 95,0 5,0 0,7 9,0 0 35,0
Нв+NРК 108,3 13,0 1,0 7,6 0 60,0
ПП+NРК 66,7 5,6 0,2 3,9 0 49,3
Нв+NРК+ПП 90,3 7,3 0,3 22,0 0 33,1
Нв+NРК+ПП+Сд 104,7 19,5 4,0 8,9 0 57,6
Чернозем оподзоленный, поле сахарной свеклы, 1999 г.
К 27 1,39 4,9 1,3 96 27
Сд 75 1,89 8,6 1,7 86 53
Сл 45 0,80 3,2 0,9 73 20
Сл+Сд 51 1,20 5,7 2,1 100 73
2Нв 100 1,39 8,0 1,9 100 74
2NPK 62 3,5 8,9 1,4 100 67
1Нв+1NРК 70 1,89 9,8 1,8 100 68
1Нв+1NРК+Сл 79 0,90 8,0 1,8 100 71
1Нв+1NРК+Сл+Сд 94 1,17 9,5 2,0 100 89
Чернозем типичный, поле сахарной свеклы, 2000 г.
К 4,6 0,75 отсутст-вуют 1,6 28,7 20,3
Нв 49,7 8,30 2,8 9,7 42,4 45,5
Сл+N10 47,3 1,86 0,4 10,7 30,7 30,2
ПП+N10 42,7 2,78 0,6 16,2 88,5 48,7
Сл+N10+NРК 47,3 6,80 3,3 24,6 55,9 69,1
ПП+N10+NРК 53,3 17,4 4,8 25,3 94,0 95,7
Нв+NРК 44,0 12,60 4,0 19,7 44,0 50,7

бактерий на КАА. Наиболее низким Км органического вещества (по КАА/МПА) оказался на фонах Сл и ПП. Минеральные удобрения, даже при сочетании с различными органическими удобрениями, значительно усиливали минерализационные процессы. Например, на дерново-подзолистой почве на фоне ПП Км составлял 3,4, при сочетании ПП и NPK – 5,6, при внесении Нв+NPK – 7,3. Лишь на фоне NPK Км составлял 13,3.
На интенсивность минерализационных процессов положительно влияла сидерация, при использовании которой Км относительно ПП удвоился. В результате сужения соотношение С:N с 33 до 18 наиболее интенсивно минерализация происходила при Сд по фону Нв+NPK+ПП с увеличением Км с 7,3 до 19,5.
Аналогичную закономерность наблюдали и на черноземе типичном. Так, при внесении по ПП+N10 полного минерального удобрения соотношение С:N сузилось с 30 до 16, а Км увеличивался с 2,8 до 17,4. Под влиянием минеральных СУ усиливались процессы гумификации (Кг) при снижении минерализации органического вещества почвы.
Таким образом, традиционная органическая СУ с применением Нв, с точки зрения создания благоприятных условий для развития микробного ценоза, уравновешенности процессов минерализации и гумификации на всех типах почв оказалась экологически оптимальной. Сочетание Нв и NPK резко усиливало процессы минерализации. Дополнение Нв+NPK соломой или всей побочной продукцией, а также сочетание Сл+NPK и ПП+N10 направляет микробиологические процессы в сторону гумификации органического вещества. Минеральная СУ для микробного ценоза почвы оказалась экологически неблагоприятной.
На дерново-подзолистой почве под влиянием 2Нв продуктивность зерно-картофельного севооборота повысилась в сравнении с контролем на 46% и достигла 51,6 ц к.е./га. Эффективность Сд и ПП была значительно ниже – 45,4-46,7 ц к.е./га. Органо-минеральные СУ по выходу урожая существенно превосходили органические. Так, на варианте 1Нв+NPK продуктивность зерно-картофельного севооборота возросла относительно контроля на 51%. Наиболее высокий эффект получен при дополнении традиционной органо-минеральной СУ (1Нв+NPK) побочной продукцией. Под влиянием минеральных удобрений продуктивность севооборота повысилась на 27%, а при их сочетании с СаСО3 – на 47%, что свидетельствует об исключительной важности известкования кислых дерново-подзолистых почв (табл. 7). Выход продукции на уровне 45-46 ц к.е./га обеспечивает применение Сд или ПП, 49 – NPK, 55-58 – 2Нв, NPK+Са, 1Нв+NPK, ПП+NPK и 61-63 ц к.е./га – 1Нв+NPK+ПП, 1Нв+NPK+ПП+Сд. При последней СУ урожай культур севооборота составлял: озимой пшеницы по клеверу – 47, картофеля – 266, ржи – 43, овса – 40, клевера – 352, кукурузы на з/м - 563 ц/га.
На черноземе оподзоленном в условиях достаточного увлажнения при высокой азот- и фосформобилизирующей активности почвы обеспечивался достаточно высокий уровень продуктивности зерно-свекловичного севооборота даже на неудобреном фоне – 43,4 ц к.е./га. В результате применения органической СУ (2Нв) выход продукции возрос на 46%, а под действием Сл, Сд и их сочетания - соответственно на 6, 12 и 18Совместное внесение одинарных доз NPK и Нв по выходу продукции значительно превышало их раздельное применение в двойных дозах. При такой СУ продуктивность севооборотов увеличилась на 51% по сравнению с контролем, а при ее дополнении Сл и Сд – на 75%. Таким образом, в зависимости от имеющихся

Таблица 7. Влияние СУ на продуктивность севооборотов, 1996–2001 гг.
Варианты Урожайность культур, ц/га В среднем по севообор., ц/га к.е. Прибавка к контролю, к.е.
кле-вер пше-ницаозимая карто-фель овес рожь лю-пин яч-мень куку-руза
ц/га %
Дерново-подзолистая почва (Черниговский ИАПП)
К 196 30,0 138 21,9 28,2 295 14,6 343 38,5 - -
Сд 236 32,5 273 27,5 32,5 307 17,7 424 45,4 6,9 18
ПП 236 33,4 199 28,6 32,8 315 18,0 427 46,7 8,2 21
2Нв 310 42,2 253 33,4 34,3 312 29,2 505 56,1 15,6 41
NРK 223 37,5 212 28,8 34,8 304 21,4 464 49,0 10,5 27
NРК+Са 281 43,4 244 38,2 41,6 327 26,0 499 56,6 17,8 46
1Нв+NРK 359 43,6 266 33,1 42,4 309 31,1 542 58,0 19,5 51
ПП+NРК 255 42,4 256 37,2 42,1 325 24,0 473 55,5 17,0 44
1Нв+NРК+ПП 352 47,7 260 39,8 42,1 336 31,0 563 63,2 24,7 64
1Нв+NРК+ПП+Сд 322 47,3 266 37,9 43,4 329 30,9 559 61,3 22,8 59
НИР0,95, ц/га 14,6 2,6 18 1,8 2,1 14,4 1,6 25,0 – – –
Чернозем оподзоленный (Хмельницкая ОС)
Система удобрения Урожайность культур, ц/га Среднее, ц к.е./га К.е.± к контролю
пшеницаозимая сахарная свекла ячмень куку-руза горох
ц/га %
К 34,8 275 23,5 45,5 15,8 43,4 – –
Сд 38,6 309 26,7 49,2 19,1 48,5 5,1 12
Сл 36,6 293 25,3 48,1 17,4 46,2 2,8 6
Сл+Сд 40,5 325 29,4 50,4 20,5 51,0 7,6 18
2Нв 47,0 402 40,9 61,1 27,2 63,4 20,0 46
2NPK 46,8 365 38,7 55,5 23,7 58,9 15,5 35
2NPK +Сл 49,9 388 41,6 65,8 25,6 62,8 19,4 45
1Нв+1NPK 50,9 444 41,5 62,3 29,1 65,7 22,3 51
1Нв+1NPK+Сл 54,6 463 45,5 68,5 30,7 71,3 27,9 64
1Нв+1NPK+Cл+Сд 56,3 491 47,8 71,0 32,8 76,1 32,7 75
HИP 0,95 ц/га 3,59 41,9 3,50 2,02 3,30 – – –
Чернозем типичный (Полтавская ОС)
Система удобрения Урожайность культур, ц/га Сред-нее ц к.е./га к.е. ± к контролю
куку-руза на з/м пшеница озимая по саха-рная свек-ла яч-ме-нь ку-ку-ру-за го-рох
куку-рузе го-роху ц/га %
К 249 14,3 25,8 248 14,7 46,5 17,1 36,4 - -
Нв 293 16,5 27,3 300 18,6 50,1 18,2 41,5 5,1 14
Сл+N10 273 20,3 33,1 333 22,8 50,7 18,3 44,7 8,3 23
ПП+N10 346 24,6 34,4 374 26,2 54,1 21,1 50,6 14,2 39
Сл+N10+1NPK 327 28,8 34,9 390 27,1 48,3 20,9 50,7 14,3 39
ПП+N10+1NPK 333 28,6 34,1 391 25,6 52,3 20,7 51,0 14,6 40
Нв+1NPK 324 26,5 34,8 373 25,1 50,6 20,0 49,4 13,0 36
HИP0,95 20,1 2,8 3,4 34,3 2,9 4,8 2,8 - - -

ресурсов органических и минеральных удобрений можно получить продуктивность на уровне 46-51 ц к.е./га при совместном и раздельном применении Сл и Сд, 59-65 – при 2Нв, 2NPK, Сл+2NPK, 1Нв+NPK и 71-76 ц к.е./га при 1Нв+NPK+Сл или 1Нв+NPK+Сл+Сд. Максимальная урожайность культур севооборота составила: 56,3 ц/га озимой пшеницы, 491 – сахарной свеклы, 47,8 – ячменя, 71 - кукурузы и 32,8 ц/га – гороха.
Продуктивность зерно-свекловичного севооборота на черноземе типичном составила: на фоне 10 т/га навоза - 41,5, Сл+N10 - 44,7 ц к.е./га, что превышает контроль на 14-23%. Сбор урожая на уровне 49-51 ц к.е./га обеспечили СУ: ПП+N10; Сл+N10+NPK; Нв+NPK и ПП+N10+NPK. Урожай культур севооборота при этих СУ составлял: пшеницы озимой по гороху – 34,4-34,8, кукурузы – 45-54, свеклы сахарной – 373–391 ц/га.
Таким образом, продуктивность севооборота на уровне 50 ц к.е./га характерна для широкого спектра комбинаций органических и минеральных удобрений, что может свидетельствовать о наличии одного или нескольких лимитирующих факторов.
Минеральные и органические СУ повышали содержания протеина в зерне колосовых культур на 1-2%, кукурузы – на 3-4%, крахмала в клубнях картофеля – на 1,5-2.3%, сахара в корнеплодах свеклы сахарной – на 0,5-2,2%.
Для уточнения зависимости между уровнем поступления в почву элементов питания, показателями плодородия и продуктивностью севооборотов проведен корреляционный анализ. Установлена тесная связь между уровнем поступления в почву питательных веществ и продуктивностью севооборотов (табл. 8). При этом необходимое количество азота на запланированный урожай можно установить по нижеследующим уравнениям регрессии.
y = -0,0131x3 + 2,1089x2 - 104,68x + 1693, R2 = 0,924
y = -0,163x2 + 24,222x - 760,02, R2 = 0,898
y = 8E-10x6,5008, R2 = 0,7824
Для определения доз фосфорных и калийных удобрений предлагаются уравнения, которые представлены ниже:
y = -0,0096x3 + 1,4989x2 - 72,783x + 1124,4, R2 = 0,8226
y = -0,1478x2 + 20,883x - 647,36, R2 = 0,7427
y = -0,0069x3 + 1,0728x2 - 50,223x + 742,33, R2 = 0,4845
y = -0,0112x3 + 1,8365x2 - 90,958x + 1418, R2 = 0,9068
y = -0,0136x3 + 2,3365x2 - 126,05x + 2181,2, R2 = 0,9594
y = 0,0621x3 - 8,0779x2 + 352,15x – 5109, R2 = 0,5515
Установлена также тесная зависимость между продуктивностью севооборотов, гумусным состоянием почв и уровнем поступления органического углерода. Необходимое количество органического углерода для получения запланированного урожая определяется с помощью следующих уравнений:
y = 1,5932x3 - 17,059x2 + 61,343x - 20,897, R2 = 0,6564
y = -1,1062x3 + 10,363x2 - 23,001x + 64,109, R2 = 0,5945
y = 35,69x0,3005, R2 = 0,4959

Таблица 8. Корреляционные зависимости между уровнем поступления в почву элементов питания, показателями плодородия и продуктивностью севооборотов
Корреляционная зависимость Дерново-подзолистая почва Чернозём оподзолен-ный Чернозём типичный Общая закономерность
Поступление N и продуктивность 0,95 0,90 0,83 0,77
Поступление Р и продуктивность 0,90 0,80 0,69 0,78
Поступление К и продуктивность. 0,94 0,93 0,74 0,82
Поступление NPK и продуктивность 0,94 0,90 0,77 0,81
Содержание N и продуктивность 0,61 0,34 0,35 0,30
Содержание . Р и продуктивность 0,76 0,95 0,71 0,76
Содержание К и продуктивность 0,69 0,66 0,42 0,65
Поступление Сорг и продуктивность 0,78 0,75 0,70 0,63
Запасы гумуса и продуктивность 0,86 0,74 0,67 -
Биологическая активность (БА) и продуктивность 0,34 0,84 0,76 -
Поступление Сорг и запасы гумуса 0,90 0,98 0,81 -
Поступление Сорг и БА 0,54 0,72 0,54 0,46
Содержание гумуса и БА 0,37 0,66 0,45 0,29
Поступление и содержание N 0,61 0,34 0,35 -
Поступление и содержание Р 0,62 0,83 0,87 -
Поступление и содержание К 0,73 0,95 0,72 -

Необходимо отметить важность показателя биологической активности почв, значительное влияние её на гумусное состояние чернозёмов и проуктивность севооборотов. Наблюдается также тесная связь между уровнем поступления биогенных элементов и накопление их подвижных форм в пахотном слое почвы. Таким образом, установленные зависимости позволили уточнить пути повышения плодородия дерново-подзолистых и чернозёмных почв с учётом специализации производства и урожайности сельскохозяйственных культур.





Выводы
Эффективным приёмом улучшения баланса биогенных элементов в агроэкосистеме является межотраслевая специализация, подразумевающая максимальную рециркуляцию вещества, реализацию потенциала азотфиксации и соответствующее снижение доз минеральных удобрений. Относительно непродолжительное применение различных систем удобрения заметно изменяет питательный режим почв, что приводит к необходимости их корректировки с учётом интенсивности баланса. Установлена тесная зависимость между уровнем поступления в почву элементов питания, показателями плодородия и продуктивностью севооборотов, что даёт возможность эффективно регулировать плодородие различных типов почв применительно к условиям Полесья и Лесостепи Украины.
Библиография
1. Орлов Д.С., Лозановская И.Н., Попов П.Д. Органическое вещество почв и органическое удобрение. - Г.: Изд-во МТУ, 1985. - С.
2. Бацула О.О., Скрильник С.В., Кравец Т.Ф. Влияние удобрений и растительных остатков на гумусное состояние почв // Агрохимия и почвоведение. - 1998. - Вып. 55. - С. 115-121.
3. Лыков А.М. Воспроизводство органического вещества почвы в современных системах земледелия. // Земледелие. - 1988. - №9. - С. 20-22.
4. Чесняк Г.Я. Закономерности содержания гумуса и пути обеспечения его бездефицитного баланса в черноземах типичных при интенсификации земледелия // Агрохимия и почвоведение. – 1982. – Вып. 43. – С. 18-23.
5. Щербаков А.П., Штемпе Г., Гарц И. Последействие многолетнего применения навоза на плодородие почв и урожай с.-х. культур // Почвоведение. – 1981. – № 1. – С. 86-93.
6. Захарченко И.Г., Пироженко Г.С., Шилини Л.И., Чуприна Л.В. Круговорот и баланс питательных элементов в районах Полесья и Лесостепи Украины / Повышение плодородия почв и продуктивности сельского хозяйства при интенсивной химизации. – М.: Наука, 1983. – С. 178-192.
7. Круговорот и баланс азота в системе почва – удобрение – растение и вода. – М.: Наука, 1979. – С. 334.
8. Нормативы почвозащитных контурно-мелиоративных систем земледелия. – К.,1998. – 158 с.




The level of a recirculation of nitrogen, phosphorus both kalium is shown at traditional and alternate systems of fertilizer, including at importation in ground of straw, biomass сидеральных of cultures, all secondary production, medial and high doses навоза. The role of bean cultures in севообороте irradiated from the point of view of optimization of balance of nitrogen. The singularities of influence of long-lived application of traditional and alternate systems of fertilizer on the basic indexes of fertility дерново-подзолистой of ground, чернозёма оподзоленого, чернозёма typical and efficiency typical севооборотов are uncovered.




[ info@couple.su ]

© Copyright 2006
ООО "Экоплан". Все права защищены.
Условия использования информации сайта
Адрес: 03022, Киев, Васильковская 37, оф. 522
e-mail: info@couple.su
Тел.: 8(044) 490-9548
Факс: 8(044) 257-4001(для НЦ "Агроресурсы")