Изучение фосфорных удобрений и фосфатного состояния почв

В рамках реализации научных исследований кафедра активно сотрудничает с МГУ им. М.В. Ломоносова, РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева, ВНИИ агрохимии им. Д.Н. Прянишникова, ВНИИ органических удобрений и торфа РАСХН, факультетом агроэкологии Белорусской ГСХА и др. Подтверждением действенности творческих связей кафедры с научными коллективами России и зарубежья может служить международная научно-практическая конференция «Агрохимия и экология: история и современность», посвященная 80-летию со дня рождения профессора Ю.П. Сиротина, которая была проведена в 2008 г. при поддержке Министерства сельского хозяйства и продовольственных ресурсов Нижегородской области, Россельхознадзора по Нижегородской области, Центра агрохимической службы «Нижегородский», регионального Нижегородского отделения «Фо-сагро» - ООО «Регион-Агро-Волга» и других предприятий области. В конференции участвовало более 60 человек, среди которых 35 - гости из Польши, Белоруссии, Украины и разных уголков России (Владимир, Ижевск, Йошкар-Ола, Казань, Калининград, Красноярск, Киров, Курск, Москва, Пущино, Рязань, Самара, Санкт-Петербург, Саранск, Саратов, Смоленск, Ульяновск, Уфа и др.). По результатам работы конференции опубликован сборник трудов в 3 томах, представленный 250 статьями (около 50 усл. п.л.).

На сегодняшний день кафедра агрохимии и агроэкологии активно развивается, занимает лидирующие позиции в академии, продолжая научные традиции своих Учителей, что подтверждается присуждением сотрудникам почетных званий, наград и государственных премий.

М.Б. Терехов, д.с.-х.н., профессор, ректор Нижегородской ГСХА В.В. Ивенин, д.с.-х.н., профессор, проректор по НИР Нижегородской ГСХА

УДК 631.85:631.95

ИЗУЧЕНИЕ ФОСФОРНЫХ УДОБРЕНИЙ И ФОСФАТНОГО СОСТОЯНИЯ ПОЧВ

В.И. Титова, д.с.-х.н., Л.Д. Варламова, д.с.-х.н., Е.В. Дабахова, д.с.-х.н., А.В. Бахарев

Нижегородская ГСХА, e-mail:titovavi@yandex.ru

Рассмотрено изучение проблемы фосфора в земледелии. Особое внимание уделено фосфатному состоянию почв с гипервысоким содержанием подвижных фосфатов, прилегающих к животноводческим и птицеводческим предприятиям. Установлено, что на фоне многолетней утилизации высоких доз органических удобрений происходит увеличение валового содержания фосфора и возрастание доли его доступных форм. Предложен методический подход к оценке техногенного зафосфачивания почв.

Ключевые слова: фосфор, фосфоритная мука, фосфатное состояние, содержание подвижных фосфатов, фракционный состав фосфатов по Чангу-Джексону, техногенное зафосфачивание почв, дерново-подзолистые почвы.

STUDY OF PHOSPHOROUS FERTILIZERS AND THE PHOSPHATE CONDITION OF SOILS V.I. Titova, L.D. Varlamova, E.V. Dabakhova, A.V. Bakharev

There has been examined the study of phosphorus problem in agriculture. Special attention is paid to the phosphate state of soils with hyper-high content of mobile phosphates, adjacent to cattle-breeding and poultry-breeding enterprises. It was established that the gross content of phosphorus and the portion of its accessible forms increases on the background the long-standing utilization of the high doses of organic fertilizers. There has been proposed the methodological way of evaluation of anthropogenic soil phosphatization.

Key words: phosphorus, ground phosphate rock, phosphate state, the content of mobile phosphates, the fractional composition of phosphates according to Chang-Jackson, anthropogenic soil phosphatization, sod-podzolic soils.

Проблема фосфора в земледелии интересовала агрохимиков практически с момента становления агрохимии как науки. И это вполне обоснованно. Во-первых, общее содержание данного элемента в подавляющем большинстве почв ниже, чем азота, и несопоставимо меньше, чем калия. Во-вторых, вследствие химической природы элемента, наряду с невысоким содержанием, он характеризуется очень низкой подвижностью в почве, то есть слабой доступностью для растений. В третьих, запасы фосфатного сырья для производства удобрений весьма ограничены, причем часть из них практически непригодна

для промышленной переработки с целью получения водорастворимых удобрительных материалов (суперфосфатов, аммофосов и т.п.).

Вопросы изучения возможности использования и эффективности применения фосфоритной муки, полученной из разных отечественных и зарубежных месторождений, составляли особый интерес сотрудников кафедры агрохимии на протяжении многих лет. Признанным авторитетом в этой области, причем не только в Советском Союзе, но и далеко за его пределами, был заведующий кафедрой (1963-1994 гг.) проф. Ю.П. Сиро-

тин. Решение вопросов использования фосфоритной муки для фосфоритования почв и в качестве удобрения сельскохозяйственных культур было основным направлением его научной деятельности, успешным итогом которого была защита докторской диссертации [1]. Целая плеяда учеников Ю.П. Сиротина работала совместно с ним над изучением вопросов эффективного использования фосфоритной муки. Так, В.Г. Уточкиным было установлено, что эффективность фосфоритной муки повышается с увеличением тонины помола, при этом целесообразным был помол, когда вся масса удобрения проходит через сито 0,07 мм [2]. Л.А. Кокориным была выявлена высокая эффективность фосфоритной муки на некоторых типах лугов, при этом выяснилось, что необязательна обработка дернины плугом, а достаточно внести фосмуку под неглубокую (5-7 см) обработку фрезой [3]. К.Н. Березина установила, что гетерогенность почвы и неоднородность ее перемешивания с известковыми материалами не исключают возможности одновременного использования двух мелиоративных приемов - известкования и фосфоритования [4]. В.Г. Бусор-гиным отмечено, что совместное использование фосфоритной муки с торфонавозными компостами не повысило ее эффективность, а с жидкой фракцией свиного навоза - увеличило и урожайность опытных культур, и содержание в продукции фосфора [5]. Т.А. Мартынова проводила сравнительную оценку эффективности фосфоритов разных месторождений и занималась поиском химических методов оценки агрономического качества фосфоритной муки [6]. Л.Д. Варламова изучала агроэко-логическую характеристику фосфоритной муки ряда отечественных и зарубежных месторождений. Установлено, что в агрономическом отношении фосфориты существенно различаются, но в экологическом плане изучаемые месторождения отечественных фосфоритов являются безопасными [7].

В последние десятилетия проблема фосфора в агро-экосистеме, наряду с традиционными направлениями, получила новое развитие - изучение фосфатного состояния почв с гипервысоким содержанием подвижных фосфатов, что имеет огромное значение для территорий, прилегающих к животноводческим и птицеводческим комплексам промышленного типа, почв городов и поселений. До недавнего времени увеличение содержания подвижных фосфатов в почве до очень высокого уровня трактовалось однозначно как положительное явление. Между тем, по мере развития экологических знаний стало очевидным, что это серьезнейшая проблема, свидетельствующая о грубом нарушении распределения и миграции данного элемента в биосфере. Последствия этого процесса достаточно многоплановы: увеличение непроизводительных и безвозвратных потерь фосфора с территорий с аномально высоким его содержанием, негативное влияние на поверхностные водные объекты (эвтрофикация), образование нетипичных для естественных почв фосфорсодержащих соединений, отрицательное влияние избыточного содержания фосфора на состояние фитоценоза и т.д. В связи с этим изучение специфики фосфатного состояния почв с аномально высоким содержанием данного элемента особенно актуально.

Кафедрой агрохимии и агроэкологии проведено изучение фосфатного фонда почв, прилегающих к крупнейшим объектам промышленного птицеводства и жи-

вотноводства - ОАО «Агрофирма «Птицефабрика Сей-мовская» и ОАО «Ильиногорское» [8]. Территория, где расположены эти предприятия, относится к зоне дерново-подзолистых почв. Насыщенность птичьим пометом в среднем составляет 20 т/га, а жидкими отходами механический и биологической очистки стоков свиноводческого комплекса (далее - свиной навоз) - 200 т/га. Среднее содержание фосфора, извлекаемого 0,2н HCl, в почвах, где утилизируются отходы данных предприятий, превышает 1200 мг/кг, а на отдельных участках значение показателя достигает 3000-4000 мг/кг.

Установлено, что при определенном накоплении фосфора в тканях растений отмечается резкое снижение прироста биомассы, при содержании 400-1000 мг подвижных фосфатов на 1 кг почвы может наступить депрессия фитоценоза, а при 4000 мг/кг - его гибель [9, 10]. Поэтому при изучении продуктивности растений, выращиваемых на почвах с избыточным содержанием подвижных фосфатов, в программу исследований кафедры входило решение следующих задач:

- определение максимального содержания подвижных фосфатов в почве, которое позволяет получать высокий урожай удовлетворительного качества (или иными словами - содержания, которое не оказывает отрицательного влияния на состояние фитоценоза);

- оценка размеров потребления фосфора растениями, в т.ч. определение коэффициента использования элемента из почвы;

- изучение влияния азотных и калийных минеральных удобрений на продуктивность культур, возделываемых на почвах с очень высоким содержанием подвижных фосфатов;

- анализ фосфатного состояния почв.

Исследования проводили в серии вегетационных и

многолетних вегетационно-полевых опытов, заложенных на почвах с очень высоким уровнем содержания подвижных фосфатов, созданным как длительным внесением органических удобрений, так и моделированием с помощью минеральных солей. В качестве опытных использовали зерновые и кормовые культуры, среди которых был и ряд новых для Нижегородской области -свербига, левзея сафлоровидная и др. [11-13].

Обобщая результаты, можно отметить, что даже при очень высоком содержании фосфатов (до 2200 мг/кг), в десятки и более раз превышающим нормальное, угнетения растений не происходило. Ежегодный сбор кормовых единиц с 1 га был на уровне 66-84 ц. Существенных различий между содержанием фосфора в испытуемых растениях и среднестатистическими значениями не выявлено. Коэффициент использования фосфора из почвы и содержание подвижных фосфатов связаны обратной зависимостью. Минимальные значения коэффициента (0,4-0,5%) соответствовали вариантам с максимальным уровнем содержания элемента (2200 мг/кг). Применение азотных и калийных удобрений на зафосфаченных почвах способствовало существенному увеличению продуктивности опытных культур. Вынос фосфора урожаем и коэффициент использования его при этом увеличивался в 2-4 раза.

Результаты определения валового содержания и фракционного состава фосфатов этих почв свидетельствуют, что длительное (несколько десятков лет) применение высоких доз птичьего помета и свиного навоза су-

щественно изменило фосфатное состояние дерново-подзолистой почвы. Прежде всего, необходимо отметить значительное увеличение общих запасов данного элемента (рис. 1). Так, валовое содержание фосфора в почвах, на которых длительное время утилизировали помет и навоз, в 2,5-4,0 раза выше, чем на контрольных участках. На фоне применения навоза количество минеральных и органических фосфатов возрастало пропорционально, а соотношение между данными группами осталось практически неизменным. При внесении птичьего помета относительный прирост минерального фосфора на дерново-подзолистых суглинистых почвах несколько опережал увеличение содержания органофосфатов.

Анализ фракционного состава по Чангу-Джексону показал, что применение органических отходов во всех случаях привело к абсолютному и относительному (% минерального фосфора) увеличению фракции рыхлосвя-занных фосфатов, что свидетельствует о возрастании подвижности данного элемента (рис. 2-3). Данный факт подтверждают и результаты определения степени подвижности по Карпинскому-Замятиной и Скофилду, ко-

торая в зафосфаченных почвах на порядок и более выше, чем в обычных. Сопоставление общего содержания фосфатов и их количества, извлекаемого 0,2н HCl по Кирсанову, свидетельствует, что на долю последнего в контрольных участках приходится в среднем около 16%; на почвах, удобряемых птичьим пометом, она возрастает до 45%, свиным навозом - до 32% валового содержания.

Таким образом, на фоне длительной утилизации органических удобрений происходит возрастание валового содержания фосфора, а также увеличение доли его подвижных форм (рыхлосвязанных фосфатов по Чангу-Джексону, подвижных форм по Кирсанову, по Карпинскому-Замятиной и Скофилду). Это приводит к существенной миграции элемента по почвенному профилю. Полученные данные свидетельствуют, что нехарактерно высокое содержание подвижных фосфатов в отдельных случаях обнаруживается во всем почвенном профиле (вплоть до подстилающей породы).

Серьезной проблемой являются вопросы оценки допустимости антропогенного воздействия, связанного с зафосфачиванием (техногенной фосфатизацией) почв.

Рис. 1. Фосфатное состояние дерново-подзолистой почвы при систематическом применении органических удобрений [6]

Рис. 2. Фракционный состав фосфатов при систематическом внесении птичьего помета

Рис. 3. Фракционный состав фосфатов при систематическом внесении свиного навоза

Критерии техногенной фосфатизации почвы

Показатель трансформации Степень трансформации

0 1 2 3 4

Кратность увеличения (содержание фосфора) <1,5 1,5-2,5 2,6-5,0 5,1-10,0 >10,0

Нормативов, позволяющих определить допустимый предел нагрузки, не разработано. В связи с этим, на основании многолетних исследований почв с повышенным содержанием подвижных фосфатов, нами был предложен методический подход, позволяющий отчасти решить данную задачу [14]. В рамках этого подхода уровень нагрузки предлагается определять по степени техногенной трансформации (применительно к рассматриваемой проблеме - фосфатизации) почвы, определяемого по кратности увеличения содержания подвижных форм фосфора по сравнению с исходной или фоновой характеристикой (таблица).

В зависимости от степени трансформации можно предложить следующие меры, позволяющие в большей или меньшей степени нормализовать обстановку в агро-экосистеме: 1 степень (слабая трансформация) - установление источников воздействия, осуществление периодического контроля за динамикой диагностического показателя в почве и состоянием водоемов, прогнозирование развития ситуации; 2 (средняя трансформация) -установление источников воздействия и разработка мероприятий, позволяющих частично снизить уровень воздействия, осуществление постоянного контроля за динамикой диагностического показателя в почве и состоянием водоемов, прогнозирование развития ситуации; 3 (сильная трансформация) - установление источников

воздействия и их устранение, осуществление постоянного контроля за динамикой диагностического показателя в почве и состоянием водоемов, прогнозирование развития ситуации; 4 (очень сильная трансформация) - установление источников воздействия и их устранение, разработка специальных мероприятий, позволяющих снизить непроизводительные потери фосфора из почвы, осуществление постоянного контроля за балансом фосфора в почве и состоянием водоемов.

Следует учитывать, что данные рекомендации пригодны лишь в том случае, когда конкретный источник воздействия можно идентифицировать и устранить. В основном это касается случаев, когда источником избыточного количества фосфора в почве являются органические и минеральные удобрения, отходы производства. Если же процесс приурочен к техногенным аномалиям крупных городов, из вышеперечисленного может иметь место лишь разработка мероприятий, позволяющих снизить непроизводительные потери фосфора из почвы.

На кафедре агрохимии и агроэкологии Нижегородской ГСХА начато изучение особенностей кремниевого состояния зафосфаченных почв, влияния кремний-содержащих препаратов на усвоение фосфора растениями, влияния барды послеспиртовой и других органических фосфорсодержащих отходов на фосфатный режим почв.

Литература

1. Сиротин Ю.П. Проблема использования на удобрение фосфоритов СССР: дисс. д.с.-х.н. - Горький, 1981. - 419 с.

2. Уточкин В.Г. Влияние фосфоритной муки различного помола на урожай зерновых культур в условиях светлосерых лесных почв Горьковской области: автореф. дисс. к.с.-х.н. - Горький, 1969. - 22 с.

3. Кокорин Л.А. Эффективность фосфорных удобрений на некоторых типах лугов Горьковской области: автореф. дисс. к.с.-х.н. - Горький, 1969. - 22 с.

4. Березина К.Н. Эффективность фосфоритной муки на известкованной почве в условиях микрополевого опыта // Труды Горьковского СХИ. - Т. 119. - Горький, 1987. - С. 47-50.

5. Бусоргин В.Г. Исследования эффективности совместного внесения фосфорных и органических удобрений на урожайность сельскохозяйственных культур: автореф. дисс. к.с.-х.н. - М., 1984. - 17 с.

6. Мартынова Т.А. Исследования агрономической ценности фосфоритной муки разных месторождений: автореф. дисс. к.с.-х.н.: 06.01.04. - Пермь, 1970. - 17 с.

7. Варламова Л.Д. Сравнительная агроэкологическая оценка фосфоритной муки разных месторождений: автореф. дисс. к.с.-х.н. - Немчиновка, 1996. - 23 с.

8. Титова В.И. Оптимизация питания растений и эколого-агрохимическая оценка применения удобрений на почвах с высоким содержанием подвижных соединений фосфора: дисс. д.с.-х.н. - Н. Новгород, 1998. - 325 с.

9. Кудеяров В.Н. и др. Экологические проблемы применения минеральных удобрений - М.: Наука, 1984. - 214 с.

10. Изерская Л.А. и др. Агроэкологическое состояние почв, орошаемых сточными водами животноводческого комплекса // Агрохимия. - 2003. - № 5. - С. 55-62.

11. Гейгер Е.Ю. Действие жидкого свиного навоза на продуктивность агрофитоценоза и состояние экосистемы в зоне влияния свинокомплекса: дисс. к.с.-х.н. - Н. Новгород, 2003. - 212 с.

12. Караксин В.Б. Влияние предприятия промышленного свиноводства на компоненты окружающей среды и оптимизация функционирования региональной экосистемы: дисс. д.с.-х.н. - Н. Новгород, 2003. - 308 с.

13. Титова В.И. и др. Фосфор в земледелии Нижегородской области. - Н. Новгород: Изд-во ВВАГС, 2005. - 219 с.

14. Дабахова Е.В. Научное обоснование использования органических удобрений промышленного птицеводства в агроэкосистеме: дисс. д.с.-х.н. - Н. Новгород, 2005. - 409 с.