Мониторинг почвенного плодородия пахотных земель и динамика применения минеральных удобрений в Пензенской области

DOI: 10.24411/0235-2451-2019-10407

УДК 631.45

Мониторинг почвенного плодородия пахотных земель и динамика применения минеральных удобрений в Пензенской области

B. Н. ЭРКАЕВ, кандидат сельскохозяйственных наук, директор

Г. С. ВЕЛИКАНОВА, начальник отдела

Государственный центр агрохимической службы «Пензенский», ул. Калинина, 150, Пенза, 440034, Российская Федерация

Резюме. Исследования проводили с целью анализа результатов агрохимического обследования почв земель сельскохозяйственного назначения Пензенской области за 50 лет. На начало 2017 г. низким и очень низким содержанием подвижного фосфора характеризовались почвы 53,6 % пашни, средним - 36,8 %, выше среднего - только 9,6 %. Доля почв с низким и очень низким содержанием калия составляла 2,9 %, со средним - 22,3 %, выше среднего -74,8 % пашни. Почвенный раствор на более чем половине площади пашни (51,3 %) имеет слабокислую реакцию (pH 5,1...5,5). На почвы с нейтральной и близкой к нейтральной реакцией среды приходится 8,0 %, со среднекислой (pH 4,6.5,0) - 38,3 %, с очень кислой (pH ниже 4,5) - 2,4 % пашни. В целом в области около 600 тыс. га пашни нуждается в известковании. Наиболее интенсивное увеличение содержания фосфора в почве и снижение ее кислотности отмечали в 80-х гг. ХХ в. на фоне внесения высоких доз минеральных и органических удобрений, а также известковых материалов. Баланс калия в земледелии области был отрицательным во все годы проведения обследования. Увеличение средневзвешенного содержания подвижных форм этого элемента, скорее всего, связано с выводом из оборота наименее продуктивной пашни. По этой же причине произошло относительно небольшое (0,2 %) уменьшение средневзвешенного содержания гумуса в почве, по сравнению с 1989 г. Для стабилизации плодородия почв в регионе необходимо до 2020 г. довести применение минеральных удобрений до уровня не менее 85 кг д.в. на 1 га посевной площади, органических удобрений с учетом поступления с сидеральными культурами и многолетними травами - не менее 2,5 т/га. Мероприятия по химической мелиорации следует осуществлять на площади не менее 20 тыс. га в год (2 % от площади кислых почв).

Ключевые слова: почвенный покров, агрохимический мониторинг, гумус, плодородие, минеральные удобрения, агрохимические показатели.

Для цитирования: Эркаев В. Н., Великанова Г. С. Мониторинг почвенного плодородия пахотных земель и динамика применения минеральных удобрений в Пензенской области // Достижения науки и техники АПК. 2019. Т. 33. № 4.

C. 27-30. DOI: 10.24411/0235-2451-2019-10407.

Условия, материалы и методы. В зону обслуживания центра агрохимической службы «Пензенский» входят 2882,6 тыс. га сельхозугодий, в том числе пашня - 2193,7 тыс. га, сенокосы - 59,1 тыс. га, пастбища - 461,9 тыс. га, многолетние насаждения - 14,7 тыс. га, залежь - 153,2 тыс. га. В области ведется целенаправленная работа по возвращению в оборот неиспользуемой пашни. По состоянию на 01.01.2017 г. площадь таких земель составляла 341 тыс. га, в том числе пашни неиспользуемой более 10 лет, которую невозможно вернуть в оборот без значительных капиталовложений, более 145 тыс. га.

С 60-х гг. прошлого века на территории Пензенской области проведено 6 циклов агрохимического обследования. Отбор почвенных проб осуществляли на всех угодьях с элементарного участка площадью 20 га. Обследования выполняли на основе карт внутрихозяйственного землеустройства, электронных карт, созданных при векторизации земельных участков с использованием космических снимков, и портативных GPS навигаторов [2, 3, 4]. При работе с крупными сельхозпроизводителями границы оцифрованных полей не всегда совпадают, в таких случаях обследования ведутся по кадастровым картам, данные векторизуются в системе «Аргис» и передаются заказчикам на бумажных или электронных носителях. Ежегодно анализируется 7,6...9,6 тыс. почвенных образцов.

Пензенская область расположена в лесостепной правобережной части среднего Поволжья, на западном склоне Приволжской возвышенности. Черноземы занимают в структуре почвенного покрова пашни области 74,6 %, серые лесные почвы - 19,9 %, на долю потенциально богатых пойменных почв приходится всего 3 % площади пашни (табл. 1).

Умеренно-континентальный климат области формируется под влиянием сравнительно большого притока солнечной радиации, господства континентального потока воздуха умеренных широт и удаленности от морей и океанов. Континентальность постепенно нарастает с запада на восток. Средняя годовая температура воздуха +3.4 °С.

Одна из задач, стоящих перед центрами и станциями агрохимической службы, - мониторинг состояния плодородия почв сельскохозяйственного назначения на обслуживаемых территориях [1].

Цель исследований -анализ динамики изменения основных показателей плодородия почв земель сельскохозяйственного назначения в Пензенской области за 50 лет.

Таблица 1. Структура почвенного покрова пашни Пензенской области, %

Почвы Зона По области

Вадинско-Мокшанская Белинско-Сердобская Никольско-Городищен-ская Кузнецко-Лопатин-ская

Черноземы

оподзоленные 12,6 1,4 3,5 3,9 6,9

выщелочные 64,5 73,2 11,7 53,4 61,0

типичные 1,3 18,8 - - 6,7

всего 78,4 93,4 15,2 57,3 74,6

Серые лесные

светло-серые 2,6 0,2 31,2 5,5 4,7

серые 4,6 0,6 29,0 6,6 5,7

темно-серые 7,8 2,4 21,0 22,3 9,5

всего 15,0 3,2 81,2 34,4 19,9

Пойменные 3,4 1,4 0,1 2,7 3,0

Прочие 3,2 2,2 3,5 5,6 2,5

Весна дружная, короткая, с резким нарастанием положительных температур. Средняя температура июля +19 °С. Сумма температур выше 10 °С находится на уровне 2200...2400°. Продолжительность безморозного периода составляет 118.139 дней. Возможны поздние летние заморозки в 1-й декаде июня до -5.-6 °С.

Осадки на территории области распределяются неравномерно, наибольшее количество их выпадает на севере и северо-востоке. Годовое количество колеблется от 450 до 500 мм и более. В засушливые годы выпадает до 350 мм, а во влажные - до 775 мм. В среднем за вегетационный период с температурой выше 10 °С сумма осадков варьирует от 208 до 275 мм. Величина ГТК изменяется от 0,4 в засушливые до 1,5.2,0 и более во влажные годы.

На территории Пензенской области находится четырнадцать реперных участков, на которых ежегодно проводится отбор снега, почвенных проб и растительной продукции для анализа.

Одновременно ведется сбор информации о внесении минеральных, органических удобрений, известковании кислых почв, вводе в оборот неиспользуемой пашни.

Результаты и обсуждение. Один из основных факторов плодородия черноземных почв, который лимитировал урожайность сельскохозяйственных культур в середине прошлого века, - низкое содержание подвижных форм фосфора [5, 6, 7]. Проведение почвенных, агрохимических и эколого-токсиологических исследований в рамках мониторинга плодородия почв земель сельскохозяйственного назначения на территории Пензенской области показало, что в результате внесения в 1970-1990 гг. высоких доз фосфорных удобрений, а также выведения из оборота малопро-дуктиных земель средневзвешенное содержание подвижных форм фосфора в почвах возросло к 2001-2005 гг. на 23,5 мг/кг и достигло максимального за период проведения обследования уровня 74,0 мг/кг (табл. 2). В то же время площадь почв с низкой обеспеченностью этим важнейшим элементом минерального питания растений составляет 886,7 га (38,6 %). Кроме того, в 2006-2016 гг. отмечено некоторое снижение его средневзвешенного содержания до 73,3 мг/кг.

Таблица 2. Средневзвешенные значения основных показателей плодородия в Пензенской области

Годы P2O5, мг/кг мг/кг Кислотность, ед. pH

1965-1970 50,5 108,0 5,1

1971-1975 53,0 104,0 5,0

1976-1980 53,0 100,0 5,2

1981-1985 70,0 100,0 5,3

1986-1990 62,0 108,0 5,0

1991-1995 68,2 116,6 5,0

1996-2000 70,0 115,0 5,1

2001-2005 74,0 114,0 5,1

2006-2010 73,3 116,2 5,1

2011-2016 73,3 118,3 4,9

Черноземные почвы, как правило, располагают значительными запасами валового калия, а фоновый уровень обеспеченности подвижными формами этого элемента всегда выше, чем фосфором [6, 7, 8]. Подвижным калием почвы области обеспечены значительно лучше: повышенное и высокое его содер-

жание отмечено на площади 1879,9 тыс. га (81,9 %). Средневзвешенное количество подвижного калия в почвах области выросло с начала проведения обследований (1965-1970 гг.) на 10,3 мг/кг и достигло 118,3 мг/кг почвы. Отчасти это может быть связано с выведением из оборота в конце ХХ - начале XXI столетия наименее продуктивных земель. В то же время многие исследователи отмечают отсутствие тесной связи между балансом калия в земледелии и содержанием его подвижных форм в почвах [7, 8].

Площадь средне- и сильнокислых почв в области составляет 1165,9 тыс. га (50,8 %), слабокислые занимают 830,6 тыс. га (36,2 %). В целом кислые почвы расположены на 87,0 % обследованной площади. Почвы с близкой к нейтральной и нейтральной реакцией занимают 297,9 тыс. га (13 %). При этом средневзвешенная величина показателя кислотности на сегодняшний день снизилась с 5,1 ед. рН в 1965-1970 гг. до 4,9 ед.

Таблица 3. Динамика известкования, гипсования и внесения удобрений

Годы Известкование, тыс. га Гипсование, тыс. га Внесено удобрений

органических, тыс. т минеральных, тыс. т д.в.

1971-1975 8,5 1,1 3624,8 78,2

1976-1980 28,4 0,8 7031,8 220,0

1981-1985 65,9 1,1 9827,9 155,8

1986-1990 115,0 0,7 6861,0 184,5

1991-1995 2,1 - 1178,0 8,0

1996-2000 1,5 - 1454,0 112,5

2001-2005 4,5 - 1000,0 9,2

2006-2010 9,8 - 255,0 30,5

2011-2015 9,5 - 331,9 44,7

Большинство культурных растений и почвенных микроорганизмов лучше развиваются при слабокислой или нейтральной реакции (рН 6.7), щелочная или излишне кислая реакция оказывает на них отрицательное воздействие [9]. В Пензенской области во второй половине XX века предпринимались активные действия по химической мелиорации почвы, в рамках которых площадь известкования выросла с 8,5 тыс. га в 1971-1975 гг. до 115,0 тыс. га в 1986-1990 гг. (табл. 3). После распада СССР величина этого показателя сократилась более чем в 50 раз. В первой пятилетке XXI в. после прихода в область инвесторов, которые приобрели в собственность 3 сахарных завода, возникла необходимость в утилизации дефеката, что способствовало некоторому увеличению объемов известкования. В результате в 2006-2015 г. его проводили на площади 9,5.9,8 тыс. га, чего, конечно, крайне недостаточно. На сегодняшний день многие сельхозпроизводители заинтересованы в химической мелиорации кислых почв, но для этого необходима государственная поддержка, так как известкование — затратный прием, который окупается не сразу. Эту проблему необходимо решать на всех уровнях.

В некоторых районах области (Лопатинский, Малосердобинский, Сердобский) встречаются солонцы, которые залегают не сплошными массивами, а отдельными пятнами. Они характеризуются повышенным содержанием в почвенно-поглощающем комплексе солей натрия. Для улучшения этих почв необходимо гипсование. В 1971-1990 гг. его проводили на площади от 0,7 до 1,1 тыс. га, после чего гипс применять прекратили. В основном это также связано с отсутствием средств.

Таблица 4. Баланс элементов питания в пахотных почвах, кг/га

Годы I Азот 1 фосфор I Калий Всего

1965-1970 -16,9 -8,6 -28,9 -54,4

1971-1975 -4,4 -4,3 -33,6 -42,3

1976-1980 -5,4 3,1 -8,8 -11,1

1981-1985 7,7 9,9 -9,4 8,2

1986-1990 9,8 13,6 -19,3 4,1

1991-1995 -8,2 1,1 -21,4 -28,5

1996-2000 -32,8 -12,4 -33,3 -78,5

2001-2005 -36,0 -13,0 -37,1 -86,1

2006-2010 -40,1 -14,1 -45,1 -99,3

2011-2015 -48,6 -18,1 -69,8 -136,5

Пик использования органических и минеральных удобрений в области пришелся на 1976-1990 гг., когда их вносили в количестве соответственно 6861,0.9827,9 тыс. т и 155,8.220,0 тыс. т д. в. Однако уже в 1991-1995 гг. объем применения органических удобрений уменьшился, по сравнению с предыдущей пятилеткой, почти в 6 раз, минеральных - более чем в 20 раз. Сокращение внесения органических удобрений было связано с тем, что после 1991 г. животноводство области охватили кризисные явления. Только в последние годы наметилось его постепенное оживление, которое сопровождалось небольшим увеличением использования органических удобрений в 2011-2015 гг., по сравнению с 2006-2010 гг., на 76,9 тыс. т. При этом в связи с интенсивным развитием птицеводства в структуре органических удобрений увеличивается доля более

Таблица 5. Экономическая эффективность применения минеральных удобрений на картофеле

Следует отметить, что, несмотря на высокую стоимость минеральных удобрений, в условиях Пензенской области их применение остается экономически эффективным. Так, в результате исследований, проведенных на картофеле, во всех вариантах отмечали прибавку на уровне 36,0.74,0 ц/га (табл. 5). Условный чистый доход при этом достигал 28,8.59,2 тыс. руб./га. Наибольшими они были от совместного применения диаммофоски (^8Р100К100) и карбамида ^62).

По количеству органического вещества почвы области распределяются следующим образом (табл. 6): низким содержанием гумуса характеризуются 330,4 тыс. га (14,4 %), средним - 847 тыс. га (36,9 %), повышенным - 1023,2 тыс. га (44,6 %), высоким - 93,7 тыс. га (4,1 %). Средневзвешенная величина этого показателя по области составляет 5,7 %. По сравнению с 1989 г., она снизилась на 0,2 %, а если бы наименее плодородные земли не были выведены из оборота, уменьшение могло быть еще более значительным. Это происходит как из-за отмеченного недостаточного использования органических удобрений, включая солому и сидераты, так и в результате сокращения площадей под посевами многолетних трав и зернобобовых культур. Например, фактическая доля многолетних трав в структуре посевных площадей по хозяйствам области составляет 17.19 %, вместо рекомендуемых 25.30 %, что в основном связано с уменьшением поголовья крупного рогатого скота.

Вариант

Урожайность, ц/га

Затраты на удобрения и накладные расходы (20 %), руб./га

Условный чистый доход, тыс. руб./га

Без удобрений (контроль) Азофоска:

м50 Р0 К

|г:100Г100ГЧ100 ,„, „ „ .

Диаммофоска (N38^100^100.

Диаммофоска

+ карбамид

192,5

228,5 259,0 240,0

266,5

7977,5 15931,5 10594

11899

28,8 53,2 38,0

59,2

концентрированного птичьего помета. Рост объемов применения минеральных удобрений наблюдается на протяжении последних 10 лет. В 2011-2015 гг. их внесли больше, чем 2001-2005 гг., на 35,5 тыс. т д.в. Однако это все еще почти в 5 раз меньше максимального уровня, достигнутого в конце XX века.

В результате к 2016 г. в земледелии Пензенской области сложился отрицательный баланс питательных веществ. Так, дефицит азота в расчете на 1 га пашни составил 48,6 кг д.в., фосфора -18,1, калия -69,8 кг д.в. (табл. 4). При этом по калию баланс был отрицательным во все годы проведения агрохимического обследования, а после 1985 г. дефицит этого минерального элемента стал нарастать особенно быстро, что не может не вызывать беспокойства.

Важный показатель почвенного плодородия - обеспеченность микроэлементами [10]. Обследование на содержание марганца и цинка было проведено на площади 2257,7 тыс. га, бора - 2246,5 тыс. га, молибдена - 2127,6 тыс. га. Его результаты показали, что низкой обеспеченностью цинком характеризуются 2200,0 тыс. га (97,4 %), марганцем - 1526,9 тыс. га (67,6 %), молибденом - 869,3 тыс. га (40,3 %), при этом содержание бора на площади 1782,6 га (79,4 %) соответствует высокой обеспеченности. Превышение ПДК по валовой концентрации никеля(в пределах третьей группы) зафиксировано на 50 тыс. га, марганца (1,06.1,75 ПДК) - на 0,6 тыс. га. Повышенное содержание никеля в почвах области обусловлено его концентрацией в почвообразующих породах.

Таблица 6. Распределение площадей сельскохозяйственных угодий по содержанию гумуса на 01.01.2016 г., тыс. га

Зона

Обследованная площадь

Группировка по содержанию гумуса

0.2,0 2,1...4,0 4,1...6,0 \6,1...8,0\ 8,1...10,0

Средне взвешенное значение, %

Вадинско-Мокшанская 1052,8 26,8 92,3 365 514,7 54 5,9

Белинско-Сердобская 710,2 0,9 21 197,2 454,6 36,5 6,4

Никольско-Городищенская 177,3 20,6 37,8 100,8 16,8 1,3 4,3

Кузнецко-Лопатинская 354 18,4 112,6 184 37,1 1,9 4,4

Всего по области 2294,3 66,7 263,7 847 1023,2 93,7 5,7

Радиологический мониторинг проводится ежегодно на площади 165.200 тыс. га. Гамма-фон на территории всех обследованных сельскохозяйственных угодий составляет 6.16 мкР/ч, а плотность поверхностного загрязнения не превышает 1 Ки/км2 , что соответствует естественному фону.

Для стабилизации и восстановления плодородия почв в регионе, по нашим расчетам, необходимо до 2020 г. довести применение минеральных удобрений до уровня не менее 85 кг д.в. на 1 га посевной площади, органических удобрений с учетом поступления с сидеральными культурами и многолетними травами - не менее 2,5 т/га. Мероприятия по химической мелиорации кислых почв следует осуществлять на площади не менее 20 тыс. га в год (1 % от площади пашни или 2 % от площади кислых почв) с использованием местных сырьевых ресурсов. Кроме того, необходимо расширить площади посевов зернобобовых культур, многолетних трав и сидератов.

Выводы. В условиях Пензенской области на сегодняшний день низким и очень низким содержанием подвижного фосфора характеризуются почвы 53,6 % пашни, средним - 36,8 %, выше среднего - только 9,6 %. Доля почв с низким и очень низким содержанием калия составляет 2,9 %, со средним - 22,3 %, выше среднего - 74,8 % пашни. Почвенный раствор на более чем половине площади пашни (51,3 %) имеет слабокислую реакцию (рН 5,1.5,5). На почвы с нейтральной

и близкой к нейтральной реакцией среды приходится 8,0 %, со среднекислой (рН 4,6.5,0) - 38,3 %, с очень кислой (рН ниже 4,5) - 2,4 % пашни, около 600 тыс. га пашни нуждается в известковании. Наиболее интенсивное увеличение содержания фосфора в почве и снижение ее кислотности отмечали в 80-х гг. ХХ в. на фоне внесения высоких доз минеральных и органических удобрений, а также известковых материалов. При этом баланс калия в земледелии области был отрицательным во все годы проведения обследования. Увеличение средневзвешенного содержания подвижных форм этого элемента, скорее всего, связано с выводом из оборота наименее продуктивной пашни. По этой же причине произошло относительно небольшое (0,2 %) уменьшение средневзвешенного содержания гумуса в почве, по сравнению с 1989 г.

Для стабилизации плодородия почв в регионе необходимо до 2020 г. довести применение минеральных удобрений до уровня не менее 85 кг д.в. на 1 га посевной площади, органических удобрений с учетом поступления с сидеральными культурами и многолетними травами - не менее 2,5 т/га. Мероприятия по химической мелиорации кислых почв следует осуществлять на площади не менее 20 тыс. га в год (1 % от площади пашни или 2 % от площади кислых почв). Необходимо также расширить площади посевов зернобобовых культур, многолетних трав и сидератов.

Литература.

1. Агрохимический мониторинг пахотных почв (на примере Кемеровской области) /П. А. Чекмарев, О. И. Просянникова, В. В. Михайлов и др. Кемерово: Кузбассвузиздат, 2011. 135 с.

2. Лебедева Т. Б., Власова Т. А., Гришин Г. Е. Агрохимия: методическое пособие. Пенза: ФГОУ ВПО «Пензенская ГСХА», 2009.

3. Методические указания по проведению комплексного мониторинга плодородия почв земель сельскохозяйственного назначения / В. Г. Сычев, А. Н. Аристархов, И. В. Володарская и др. М.: МСХ, 2003. 195 с.

4. Чекмарев П. А., Степанов М. И. Опыт работы агрохимической службы Новосибирской области в вопросах мониторинга плодородия пашни и создания информационного ресурса о землях сельскохозяйственного назначения // Достижения науки и техники АПК. 2011. № 4. С. 4-6.

5. Фосфор в земледелии Центрально-Черноземного района / П. А. Чекмарев, С. В. Лукин, Ю. И. Сискевич и др. //Достижения науки и техники АПК. 2011. № 5. С. 21-23.

6. Лукин С. В. Динамика основных агрохимических показателей плодородия почв Центрально-Черноземных областей России //Агрохимия. 2011. № 6. С. 11-18.

7. Корчагин В. И., Кошелев Ю. А., Мязин Н. Г. Мониторинг агрохимических показателей плодородия почв и урожайность основных сельскохозяйственных культур Воронежской области // Плодородие. 2016. № 3 (90). С. 10-13.

8. Сискевич Ю. И., Никонова Г. Н. Мониторинг содержания калия в почвах Липецкой области //Агрохимический вестник. 2006. № 6. С. 2-4.

9. Муха В. Д., Картамышев Н. И., Муха Д. В. Агропочвоведение. М.: Колос, 2003. 528 с.

10 . Клечковский В. М., Петербургский А. В. Агрохимия. М.: Колос, 1967. 579 с.

Monitoring of Arable Land Fertility and the Dynamics of Using Mineral Fertilizers in the Penza Region

V. N. Erkaev, G. S. Velikanova

State Center of Agrochemical Service, "Penzenskii", ul. Kalinina, 150, Penza, 440034, Russian Federation Abstract. This study was aimed at analysing the results of an agrochemical survey of farmland in the Penza Region over the period of 50 years. At the beginning of 2017, 53.6%, 36.8% and 9.6% of the arable land here was characterised by a low/very low, medium and above average content of labile phosphorus. The proportion of soils with low/very low, average and above average potassium content constituted 2.9%, 22.3% and 74.8% of arable land respectively. The soil solution of more than half of the arable land area (51.3%) has a weak-acid reaction (pH 5.1-5.5). Soils with a neutral and near-neutral reaction account for 8.0%, while soils with medium-acid (pH 4.6-5.0) and high-acid (pH below 4.5) reactions make up 38.3% and 2.4% of the arable land, respectively. In general, about 600 thousand hectares of arable land in the region require liming. The most intensive increase in the soil phosphorus content and a decrease in soil acidity was noted in the 1980s against the background of high doses of mineral and organic fertilisers as well as lime materials. Throughout the years of the survey, the potassium balance in the agriculture of the region remained negative. An increase in the weighted average content of mobile forms of this element was most likely due to the removal of the least productive land from arable rotation. For the same reason, there was a relatively small (0.2%) decrease in the weighted average content of humus in the soil (as compared to 1989). In order to stabilize soil fertility in the region by 2020, the use of mineral and organic fertilisers (including manure crops and perennial grasses) should be increased to the amount of 85 kg/ha and 2.5 ton/ha, respectively. At least 20 thousand hectares (2% of the acidic soil area) per year should undergo chemical amelioration.

Keywords: topsoil; agrochemical monitoring; humus; fertility; mineral fertilisers; agrochemical characteristics. Author Details: V. N. Erkaev, Cand. Sc. (Agr.), director (e- mail: agrohim_58@mail.ru); G. S. Velikanova, department manager. For citation: Erkaev V. N., Velikanova G. S. Monitoring of Arable Land Fertility and the Dynamics of Using Mineral Fertilizers in the Penza Region. Dostizheniya nauki i tekhnikiAPK. 2019. Vol. 33. No. 4. Pp. 27-30 (in Russ.). DOI: 10.24411/0235-2451-2019-10407.