Мониторинг плодородия дерново-подзолистых и серых лесных почв

УДК: 631.82

МОНИТОРИНГ ПЛОДОРОДИЯ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ И СЕРЫХ ЛЕСНЫХ ПОЧВ В. И. Комаров, канд. с.-х. наук; Н. А. Комарова, канд. с.-х. наук, ФГУЦАС «Владимирский» В. Н. Темников, канд. с.-х. наук, ФГУП «Главный вычислительный центр МСХ РФ», т. (8492)-21-56-13

Дана агроэкологическая оценка длительного применения фосфоритной муки на дерново-подзолистых и серых лесных почвах в земледелии Владимирской области. Выявлены наиболее эффективные дозы удобрения, обеспечивающие повышение продуктивности сельскохозяйственных растений. Определена окупаемость 1 кг Р2О5 фосфорных удобрений сельскохозяйственной продукцией в длительном последействии удобрения и содержания подвижного фосфора в почве.

Ключевые слова: фосфоритная мука, урожайность, эффективность, окупаемость, доза удобрения.

Являясь одним из важнейших показателей плодородия почв, фосфатный режим оказывает решающее влияние на продуктивность сельскохозяйственных культур и эффективность всей системы удобрений севооборотов. Фосфор - стратегический элемент, отвечающий за энергетический баланс в биосфере, дефицит которого нарушает процессы как синтеза, так и распада органических веществ в почве.

Основной составляющей проблемы фосфатного режима является уровень применения фосфорных удобрений и обеспеченности почв доступными соединениями фосфора. В настоящее время эта проблема в земледелии резко обострилась, так как на поля вносится в среднем не более 2 кг Р2О5, что как минимум в 60 раз меньше в сравнении со странами Европы. Такие дозы удобрений не могут обеспечить положительный баланс фосфора и оптимизацию фосфатного режима, обеспечивающего максимальную продуктивность севооборота.

Данные научных учреждений и практика сельского хозяйства показывают, что

урожайность сельскохозяйственных культур и продуктивность севооборотов находятся в прямой зависимости от уровня почвенного плодородия, одним из основных признаков которого для дерново-подзолистых и серых лесных почв является обеспеченность подвижными соединениями фосфора. На территории Российской Федерации 8061 тыс. га, или 26,3 %, площади пашни приходится на почвы с очень низким и низким (до 50 мг Р2О5 на кг почвы) содержанием подвижного фосфора. Они, как правило, характеризуются еще и повышенной кислотностью, что исключает получение устойчивых высоких урожаев сельскохозяйственных культур.

В условиях оптимального фосфатного режима, эффективность применение повышенных доз азотных и калийных удобрений повышается в 2...2,5 раза (Сдобни-кова О. В., Илларионова Э. С., 1979, Чума-ченко И. Н., 2005). По результатам обобщения данных полевых опытов Геосети, выявлено, что наиболее благоприятным фосфатным уровнем в дерново-подзолис-

тых почвах является содержание подвижного фосфора 100...150 мг/кг (по Кирсанову). По мнению Кулаковской Т. Н. (1982), оптимум содержания подвижного фосфора в дерново-подзолистых суглинистых -250...300 мг/кг, супесчаных - 220...260, песчаных - 180...200 и торфяно-болотных -600...1000 мг/кг почвы.

Однако повышение фосфатного уровня почв достигается лишь при использовании фосфорных удобрений в дозах, превышающих вынос фосфора урожаем, то есть при положительном балансе этого элемента. Производство фосфорных удобрений базируется на двух видах сырья - апатитах и фосфоритах. Простым размолом фосфоритов получают фосфоритную муку. На низкоплодородных почвах она не только не уступает суперфосфату, но даже иногда превосходит его по эффективности. Исследования по влиянию фосфоритной муки проводятся в нашей стране и за рубежом уже многие десятки лет, но предстояло выявить эффективность ее как удобрения в производственных условиях при широкомасштабном известковании почв.

Выявлено, что главным фактором эффективности фосфоритной муки на фоне известкования является способ внесения извести и фосфоритной муки в почву. Тонина помола и особенности различных месторождения удобрения имели второстепенное значение.

Фосфоритная мука является одной из форм фосфорных удобрений, отличительной характеристикой которой является воздействие на кислотность почвы. Нейтрализующее действие фосфоритной муки связано с наличием в ее составе соединений кальция щелочного характера. Использование фосфоритной муки заметно обогащает почву основаниями, снижает обменную кислотность и содержание алюминия. Однако имеются сведения, что внесение фосфоритной муки на кислой почве способствует переводу фосфора в более растворимые соединения и слабо изменяет кислотность почвы (Гедройц К. К., 1930, Пейве Я. В., 1963; Костин Н. П., 1965; Хлыстовский А. Д., 1992; Шильников И. А., Кирпичников Н. А., Белоцветова О. Ю., 1998).

Применение фосфоритной муки в Нечерноземной зоне в период интенсивной химизации на площади 15,6 млн. га в дозах 270 кг/га Р2О5 позволило сократить площадь пахотных почв с низким содержанием подвижного фосфора на 12,6 млн. га, или на 39,9 %, и повысить средневзвешенное его содержание на 52 мг на 1 кг почвы. На кислых дерново-подзолистых почвах фос-

форит, внесенный даже однократно в дозах 135...540 кг Р2О5 на гектар, в длительном последействии способствовал увеличению урожая зерновых более чем на 30 %, в среднем оптимальной была доза Р135.

Обобщение результатов многочисленных опытов, проведенных агрохимической службой, показало, что урожайность сельскохозяйственных культур находится в прямой зависимости от содержания подвижного фосфора. На дерново-подзолистой супесчаной почве при увеличении содержания Р2О5 с 36...60 до 110...140 мг/кг продуктивность звена севооборота (озимая пшеница - картофель - ячмень) возрастала более чем в 2 раза (Войтович Н. В., 1997; Державин Л. М., Попова Р. Н., Зимина Л. М., 1979, Баринова К. Е., 1999; Комаров В. И., 2003). При этом была выявлена высокая эффективность фосфоритной муки на почвах с различной степенью кислотности среды. На умеренно известкованной почве в большинстве случаев вообще не наблюдалось снижения ее эффективности. Было рекомендовано, что предельные величины агрохимических показателей почвы, на которой фосфорит может применяться в зависимости от ее типа и гранулометрического состава, следующие: рН - 5,5...6,0; Нг -2,0 мг-экв/100 г почвы, степень насыщенности основаниями 80...95 % (Бельченко, 1985).

Однако анализ данных агрохимического обследования показывает, что эффективность фосфоритной муки отмечалась достаточно высокой на пахотных почвах с реакцией среды до 6,0...6,5 рН и при Нг -2,5. При известковании почв до слабокислой и близкой к нейтральной величине рНКс1 в первые годы отмечалось некоторое ослабление действия фосфоритной муки на содержание подвижного фосфора в почве, однако абсолютная прибавка урожая от нее в этих условиях оставалась достаточно высокой (1,6...2,1 кг на 1 кг удобрения). Интенсивность действия фосфоритной муки в условиях известкования, даже периодического, не снижается и является фоном обеспечения более высокой эффективности повышенных норм азотно-калийных удобрений. Поэтому фосфоритная мука в производственных условиях при широкомасштабном известковании кислых почв не только не утрачивает своего значения в качестве одного из основных видов фосфорных удобрений, но и способствует быстрому решению проблемы фосфора в земледелии.

Высокая эффективность фосфоритной муки на фоне извести в полевых опытах

Дозы внесения фосфоритной муки, кг/га Р2О5

Содержание подвижного фосфора в почве, мг/кг Почвы

Торфянистые Тяжелосуглинистые Средне- и легкосуглинистые Супесчаные и песчаные

Очень низкое, менее 25 240...300 300...400 300...360 240...300

Низкое, 25...50 200...240 260...320 240...300 200...240

объясняется длительностью неравномерного (очагового) размещения известкового удобрения в пахотном слое при современных орудиях обработки почвы (Сиротин Ю. П., 1985; Касицкий Ю. И., 1986; Половцев Е. А., 1985; Шафран С. А., 1986; Адрианов С. Н., 2006). Действие на эффективность фосфорита форм известковых удобрений (карбонатных, силикатных, маг-нийсодержащих, гидрофобизованных и др.), различающихся по химическому составу и скорости взаимодействия с почвой, определялось их влиянием на величины рН, гидролитическую кислотность и степень насыщенности основаниями (г = 0,76...0,81). Эффективность фосфоритной муки не зависела от содержания обменной и водорастворимой форм кальция в почве (г = -0,31...0,36).

По многочисленным литературным данным, фосфоритная мука в эквивалентных дозах Р2О5 на кислых почвах с низким содержанием фосфора близка по эффективности к суперфосфату; отмечено также, что последействие фосфоритной муки эффективнее, чем прямое действие. Для производственных условий было рекомендовано внесение фосфоритной муки в дозе 1...2 т/га как наиболее эффективной и экономически выгодной. Дозы фосфоритной муки рассчитывали исходя из ресурсов и с учетом агрохимических показателей каждого поля. При этом уже в первый год фос-форитование обеспечивало прибавку урожая 4,0...7,0 ц/га зерновых единиц, хорошо сказываясь в последующие годы на улучшении фосфатного режима почвы

Результаты почвенного контроля Владимирской области показали, что на пахотных почвах при внесении доломитовой и фосфоритной муки происходил практиче-

ски нормативный сдвиг рНКс1 от известкования, что позволяет заключить, что на дерново-подзолистых и серых лесных почвах региона фосфоритная мука не обладает свойствами нейтрализатора почвенной кислотности, даже при внесении ее в сравнительно высоких дозах 2...3 т/га. Оценка общих итогов фосфоритования на основе обобщения данных почвенного мониторинга и сопоставление их с уровнем внесения фосфорных удобрений дали возможность рекомендовать для региона дозы фосфоритной муки для создания благоприятного фосфатного режима почв (табл. 1).

Сравнение результатов нескольких туров обследования показало, что внесение 1 т на 1 га пашни фосфоритной муки (200 кг Р2О5) позволило поднять уровень содержания подвижного фосфора в песчаных и дерново-подзолистых супесчаных почвах на 32...47 мг, несколько меньше на средних и легких суглинках - 21...32 мг Р2О5 на 1 кг почвы. Средний расход удобрений для увеличения содержания Р2О5 на 10 мг/кг почвы колеблется с 78 до 87 кг Р2О5 на 1 га. В результате в ряде районов области средневзвешенное содержание подвижного фосфора достигло 160...185 мг/кг почвы. Удельный вес почв, содержащих менее 50 мг, был сведен к минимуму и составлял в зависимости от типа почв 0,6.4,3 %.

С целью выявления зависимости урожайности сельскохозяйственных культур от содержания подвижного фосфора в почве было проведено обобщение результатов агрохимического обследования на серых лесных и дерново-подзолистых почвах. Для выборки были использованы результаты учетов урожаев с полей, где при прочих близких значениях показателей агрохими-

Таблица 2

Уровни фосфатного режима почв для получения оптимальной урожайности зерновых культур

Тип почвы Средняя доза Р2О5 кг/га, Содержание подвижного фосфора, мг Р2О5 на 1 кг Урожайность зерна, ц/га

Дерново-подзолистые суглинистые 380.480 0 30...35

Серые лесные суглинистые 480...540 145...175 35.40

Окупаемость 1 кг Р2О5 фосфорных удобрений сельскохозяйственной продукцией за 30 лет

Вариант Ротация севооборота

1 2 3 4 5 6

ЫК + Рф 10,5 14,9 13,5 15,3 18,0 19,1

ЫК + Рс 10,0 15,0 13,7 17,1 19,2 20,7

ЫК + Рф +СаСО3 по1,5 г. к 7,1 10,0 8,9 9,4 10,5 10,5

ЫК + Рс +СаСО3 по 1,5 г. к 8,8 11,4 10,6 11,8 12,5 12,4

ческих свойств почв (рНКС|, К2О, гумус, Ы), параметр содержания Р2О5 находился в большом диапазоне колебаний - от 70.80 до 250 мг/кг. Корреляционный анализ данных на серых лесных почвах позволил выявить тесную зависимость между урожайностью зерновых культур и содержанием в почве подвижного фосфора - Р = 0,86. Анализ результатов на дерново-подзолистых почвах показывает, что зависимость между урожаем зерновых культур и содержанием подвижного фосфора в почве не прямолинейна, оптимум фосфатного режима лежит в интервале 130 -180 мг/кг почвы. Дальнейшее повышение содержания фосфора в почве стабилизировало урожай, но к дальнейшему росту продуктивности не приводило. Причем, повышение уровня содержания подвижного фосфора с 50 до 100 мг/кг способствует росту урожайности сельскохозяйственных культур на 10...15 %, а со 120 до 190 мг/кг - на 30.40 %.

Выборка данных урожайности в благоприятные годы на разных типах почв позволила выявить дозы фосфоритной муки для получения оптимальной урожайности (табл. 2).

Для изучения эффективности фосфоритной муки, дифференциации доз была проведена серия производственных опытов на различных типах почв с внесением фосфоритной муки в дозах 1,0; 1,5; 2,0 т/га. Выявлено, что в первый год действия урожайность в среднем увеличилась: озимой пшеницы - на 5,2, ржи - 6,1...7,3, зеленой массы викоовсяной смеси - 7,2...9,5, многолетних трав - на 12,8...21,1 %; во второй год последействия: многолетних трав - на 8...12,5, ячменя - 2,1...3,0, картофеля -21,4...32,0 %; в третий год последействия:

овса - на 2,9...4,8 и многолетних трав - на 8...15,1 %.

В практике обычно окупаемость 1 кг Р2О5 фосфорных удобрений составляет 3.4 кг продукции в пересчете на зерно, а коэффициент использования питательных веществ фосфорных удобрений не превышает 20...25 %. Наши многолетние исследования показали, что окупаемость фосфора удобрений без учета их последействия определять неверно. Так, в длительном опыте ВНИИА учтена окупаемость 1 кг Р2О5 продукцией в динамике за 30 лет (табл. 3). Эти данные свидетельствуют о высокой и равноценной окупаемости Р2О5

Рфосмуки и Рсуперфосфата сельскохозяйственной

продукцией (О. Ю. Белоцветова, И. А. Ши-льников, 2001; Волосатова Е. А., 2005).

В производственных условиях земледелия Владимирской области на серых лесных почвах также была определена окупаемость минеральных удобрений на разных уровнях фосфатного режима почв урожаем сельскохозяйственных культур (табл. 4).

Данные табл. 4 показывают, что оптимальным уровнем подвижного фосфора в почве в производственных условиях региона является 150...250 мг/кг почвы, при нём отмечается максимальная оплата сельскохозяйственной продукцией. Повышение фосфатного уровня с 50 до 150...250 мг/кг на дерново-подзолистых почвах повысило эффективность химизации на 46 %, а в серых лесных почвах - на 77 %.

В период интенсивной химизации фосфоритная мука применялась с торфо-навозными компостами и другими органическими удобрениями, что приводило к значительному повышению содержания доступного фосфора. Кроме того, на из-

Таблица 4

Окупаемость затрат на применение удобрений урожаем зерна (кг на кг д. в.) в зависимости от содержания подвижного фосфора в почве

Тип почвы Содержание Р2О5, мг/кг почвы

до 50 50...100 100...150 150...250

Дерново-подзолистые супесчаные 5,7 6,2 7,3 8,9

Серые лесные суглинистые 5,1 5,5 7,9 9,5

весткованной почве резко усиливалась биологическая активность, вследствие чего в почве возрастало накопление кислых выделений микроорганизмов, а в силу этого -переход малодоступных фосфатов фосфоритной муки в усвояемые (Гузев В. С., Бондаренко Н. Г., Бызов Б. А. и др., 1980; Макаров М. И., 1997; Сиротин Ю. П., 1980; Чумаченко И. Н., 2005).

Опыт земледелия области показывает, что внесение фосфоритной муки на фоне заправки почв органическими удобрениями привело к положительному ежегодному балансу по основным элементам питания, в том числе по фосфору: для дерново-подзолистых почв в пределах + 49.67; серых лесных почв - +53.82 кг/га.

Применение фосфоритной муки в сочетании с известкованием и органическими удобрениями уже в первые годы освоения позволило получить на низкоплодородных почвах стабильные урожаи: зерновых -30...40 ц/га, сена многолетних трав - 40... 60 ц/га. С органическими удобрениями в почвы Владимирской области поступило фосфатов практически в 2 раза больше, чем в среднем в Нечерноземной зоне и Центральном районе. Превосходящие объемы внесения фосфоритной муки, в отдельные периоды более 30 %, также обеспечили поступление в пашню значительного количества фосфатов, что привело к увеличению площади почв с высоким и очень высоким содержанием Р2О5 с 6 до 49 %.

В наших исследованиях среднее содержание фосфора по Владимирской области при интенсивном внесении фосфорных удобрений достигло 145 мг/кг и колебалось от 116 мг/кг на дерново-подзолистой супесчаной почве до 195 мг/кг на серой лесной суглинистой почве.

Достигнутый в почве фосфатный уровень обладает длительным последействием. Почвы с высоким содержанием фосфора обусловили получение стабильных урожаев (табл. 5). Как видно, увеличение

содержания Р2О5 даже при высоком уровне его в почве способствует значительным прибавкам урожая. Таблица составлена по обобщенным данным урожайности различных сельскохозяйственных культур при рНКС| почвы 5,2...5,7 с учетом содержания Р2О5 в почве. Для анализа было отобрано 15000 образцов.

Одной из актуальных задач настоящего времени является обобщение информации о состоянии земель сельскохозяйственного назначения и развитии негативных процессов в них вследствие резкого снижения темпов и объёмов химизации. Такая информация позволит иметь необходимые сведения для: своевременного выявления изменений состояния земель, оценки этих изменений, прогноза и выработки рекомендаций по предупреждению и устранению последствий негативных процессов; осуществления государственного контроля над использованием и охраной земель, информационного обеспечения в области государственных и муниципальных органов управления земельными ресурсами.

За рубежом систематизация и анализ данных почвенного мониторинга осуществляются на базе современных геоинформационных технологий и дистанционных методов зондирования, что обеспечивает эффективное исполнение контрольных функций за рациональным использованием и охраной земель со стороны административных и специализированных органов разного уровня. Для широкого внедрения ГИС-технологий в нашей стране в настоящее время проводятся обобщение и систематизация результатов многолетних агрохимических обследований земель сельскохозяйственных угодий в системе агрохимической службы РФ по специально разработанной для этих целей форме 5ДДЗ.

Обобщение результатов мониторинга на основе стаформы 5ДДЗ показывает, что начиная с шестого цикла агрохимического обследования выявлены площади почв,

Таблица 5

Влияние уровня фосфатного режима на урожайность сельскохозяйственных культур

Тип почвы Содержание Р2О5 в почве, мг/кг Урожайность, ц/га зерн. ед.

исходное в последействии до внесения фосфорита после внесения фосфорита

Дерново-подзолистые суглинистые 71...121 110- 176 13,6...16,1 20,9- 29,3

Дерново-подзолистые супесчаные 84...156 162...243 9,3...19,5 21,8...27,0

Серые лесные суглинистые 81...152 111...211 13,8...21,9 22,6...31,7

высоко обеспеченных фосфором, причём соотношение между высоко и низко обеспеченными к восьмому циклу явно сместилось в сторону преобладания почв с высоким содержанием элемента. К седьмому циклу, в условиях крайне низких объёмов фосфоритования и резкого снижения норм внесения фосфорных удобрений, практически во всех районах идёт снижение степени обеспеченности фосфором.

Сопоставление данных по объёмам фосфоритования и изменениям площадей почв по степени обеспеченности подвижным фосфором по районам области показывает, что между этими параметрами существует прямая зависимость на уровне г = 0,69. Коэффициент корреляции показывает, что, чем больше вносится фосфоритной муки в почву, тем интенсивнее снижается доля почв с низкой обеспеченностью фосфором. При этом большое значение имеют гранулометрический состав почв, доза удобрения и качество проводимых агрохимических мероприятий.

Литература

1. Адрианов, С. Н. Формирование фосфатного режима дерново-подзолистых почв в разных системах удобрения / С. Н. Адрианов. - М. :ВНИИА, 2004. - 296 с.

2. Баринова, К.Е. Агроэкологическая оценка эффективности КАХОП в земледелии Владимирской области: автореф. дис. . канд. с.-х. наук / К.Е. Баринова. - СПб., 1999. - 28 с.

3. Войтович, Н.В. Плодородие почв Нечерноземной зоны и его моделирование / Н.В. Войтович. - Колос, 1997. - С. 139-159.

4. Волосатова, Е.А. Подвижность и доступность растениям остаточных фосфатов удобрений при известковании дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почвы: автореф. дис. . канд. с.-х. наук / Е.А. Во-лосатова. - СПб., 2005. - 25 с.

5. Гедройц, К.К. Почвенно-поглощаю-щий комплекс / К.К. Гедройц // Растение

и удобрение. - М.: Сельхозгиз, 1930. -С. 13-25.

6. Касицкий, Ю.И. Общие вопросы установления оптимального содержания подвижного фосфора в почвах / Ю.И. Касицкий // Агрохимия - 1988. - №10. - С. 129-140.

7. Комаров, В.И. Эколого-агрохимичес-кая оценка содержания тяжелых металлов в агроландшафтах Владимирской области: автореф. дис. ... канд. с.-х. наук / В.И. Комаров. - СПб., 2003. - 25 с.

8. Макаров, М.И., Трансформация органических соединений в дерново-подзолистой почве при длительном использовании различных систем удобрений / М.И. Макаров, Н.П. Недбаев, Н.А. Курмышева,

B.Ф. Ефремов // Агрохимия. - 1997. - №7. -

C. 5-11.

9. Пейве, Я.В. Известкование под лен по данным полевых опытов / Я.В. Пейве // Известкование почв по данным полевых опытов в СССР. - М., 1963. - С. 195-209.

10. Половцев, Е.А., Комплексная технология фосфоритования почв / Е.А. Половцев, А.В. Постников, С.Ф. Маслов // Химия в сельском хозяйстве. - 1985. - № 4. -С. 28-47.

11. Сдобникова, О.В. Фосфорные удобрения и урожай / О.В. Сдобникова. - М: Агропромиздат, 1985. - 111 с.

12. Сиротин, Ю.П. Проблема использования на удобрения фосфоритов: автореф. дис. ... канд. с.-х. наук / Ю.П. Сиротин. - М., 1980. - 50 с.

13. Хлыстовский, А.Д. Плодородие почвы при длительном применении удобрений и извести / А.Д. Хлыстовский. - М.: Наука, 1992. - 192 с.

14. Чумаченко, И.Н. Фосфор в жизни растений и плодородии почв / И.Н. Чума-ченко. - М.: ЦИНАО, 2003, 124 с.

15. Шафран, С.А. Прогнозирование обеспеченности подвижными формами фосфора и калия в дерново-подзолистой почве / С.А. Шафран // Агрохимия. - 1997. - № 5. -С. 5-12.