Продуктивность севооборота и изменение плодородия почвы в зависимости от доз и соотношений минеральных удобрений

Аграрная наука Евро-Северо-Востока, № 4 (47), 2015 г. 631.582:631.8

Продуктивность севооборота и изменение плодородия почвы в зависимости от доз и соотношений минеральных удобрений

Артемьев Андрей Александрович, кандидат с.-х. наук, доцент, зам. директора ФГБНУ Мордовский НИИСХ, г. Саранск, Россия

E-mail: niish-mordovia@mail.ru

В полевом стационарном опыте на черноземе выщелоченном изучено изменение агрохимических показателей почвы и урожайность культур звена полевого севооборота: яровой ячмень - овес - чистый пар - озимая пшеница в зависимости от доз и соотношений удобрений. Схема опыта включала 16 вариантов, где азот, фосфор и калий вносили в соотношении: 000, 111, 220, 331, 202, 313, 022, 133, 333, 222, 113, 002, 131, 020, 311, 200 (первая цифра - N, вторая - Р2О5, третья - К2О), где 0 - без удобрений, 1, 2, 3 - одинарная, двойная и тройная дозы. В опыте дозы азота составляли: 1 - 45, 2 - 90, 3 - 135, фосфора и калия: 1 - 30, 2 - 60, 3 - 90 кг д.в./га. Установлено, что среднегодовая продуктивность изучаемого севооборота была выше в вариантах с тройной дозой внесения азотных удобрений (N135) и составила 2,57-2,78 т з. ед./га. Определяющим элементом в получении максимального урожая полевых культур явился азот. С возрастанием дозы его внесения до 135 кг д.в./га увеличивалась урожайность растений и в целом соответственно на 44-48 % продуктивность звена севооборота. Соотношение фосфора и калия в удобрении не влияло на урожайность полевых культур. Внесение фосфорных и калийных удобрений по 60 и 90 кг д.в. на 1 га в звене полевого севооборота не приводило к снижению K2O и P2O5 в пахотном горизонте. Применение N135, независимо от соотношения с фосфором и калием, сохраняло его концентрацию на исходном уровне.

Ключевые слова: полевой севооборот, продуктивность, чернозем выщелоченный, минеральные удобрения, плодородие почвы

В современных экономических условиях обеспечение продовольственной безопасности государства невозможно без технологий химизации сельского хозяйства, где одна из главных ролей отводится удобрениям. Вместе с тем, для удовлетворения внутренних потребностей страны в качественных минеральных удобрениях необходимо создавать новые технологии, которые будут способствовать более результативному их использованию [1]. Исходя из этого, деятельность ученых должна быть направлена на повышение эффективности и увеличение выхода сельскохозяйственной продукции заданного качества без существенного повышения расхода энергоресурсов или даже их снижения при сохранении окружающей среды от загрязнения и разрушения. В значительной мере этим условиям отвечает точное земледелие, основанное на дифференцированном использовании техногенных, природных и экономических ресурсов.

На протяжении последних 20 лет в Российской Федерации, в связи с сокращением объемов применения минеральных и известковых удобрений, наметилась тенденция к снижению содержания гумуса и подвижного фосфора, увеличению площадей

кислых почв [2]. Республика Мордовия по этому вопросу не является исключением, на полях наблюдается отрицательная динамика изменения основных показателей плодородия почв. На этом негативном фоне встает вопрос определенной корректировки нормативной базы применения удобрений, так как традиционные установки по оптимизации доз №РК под сельскохозяйственные культуры основывались на слишком обобщенных данных. В точном земледелии именно агрохимические и другие показатели плодородия почвы, отзывчивость растений на удобрения в условиях разной степени ее окультуренно-сти имеют первостепенное значение, потому что именно на дифференциации этих нормативов базируется стратегия новых агрохимических технологий.

Зависимость плодородия почвы, урожайности культур севооборота от доз и соотношений КРК-удобрений, динамика агрохимических показателей почвы в зависимости от их исходного уровня применительно к требованиям точного земледелия в России еще недостаточно исследована. Изучению данного вопроса посвящена представляемая работа.

Цель исследований - изучить влияние доз и соотношений минеральных удобрений

на продуктивность звена полевого севооборота и изменение агрохимических показателей чернозема выщелоченного.

Материал и методы. Полевой опыт по оптимизации доз минеральных удобрений ведется стационарно, в системе звена полевого севооборота: яровой ячмень сорта Зазерский 85 - овес сорта Горизонт - чистый пар - озимая пшеница сорта Московская 39. Почва опытного участка - чернозем выщелоченный среднегумусный среднемощный тяжелосуглинистый. Рельеф ровный с небольшим уклоном с юго-востока на северо-запад.

Опыт заложен по неполной фактори-альной схеме из 16 вариантов, представляющей собой специальную выборку из схемы полного факториального эксперимента с 64 вариантами (1/4 ПФЭ 4х4х4). В связи со специальной блокировкой вариантов опыт закладывается в 3-кратной повторно-сти: 1-й блок: 000, 111, 220, 331, 202, 313, 022, 133; 2-й блок: 333, 222, 113, 002, 131, 020, 311, 200.

В схеме виды и дозы удобрений обозначены символами - арабскими цифрами: первая цифра - азот (N), вторая - фосфор (Р2О5), третья - калий (К2О). Дозы каждого удобрения: 0 - без удобрений, 1, 2, 3 - одинарная, двойная и тройная дозы. В опыте дозы азота составляют: 1 - 45, 2 - 90, 3 - 135, фосфора и калия: 1 - 30, 2 - 60, 3 - 90 кг/га д.в.

Под озимую пшеницу фосфор и калий и 1/3 азота вносили до посева, 2/3 азота весной в подкормку. Под яровые культуры все виды удобрений (NPK) применяли под предпосевную культивацию почвы.

Общая площадь одной делянки опыта составляет 36 м2 (3,6^10 м). Защитные полосы - 2 м с каждой стороны. Размеры делянок скорректированы с учетом применяемой в опыте сельскохозяйственной техники - посевной и уборочной. Агротехника культур общепринятая для зоны [3]. Исследования проводили по общепринятым методикам [4, 5, 6]. Продуктивность севооборота определяли в зерновых единицах (з. ед.).

Результаты и их обсуждение. Вегетационные периоды возделываемых в звене севооборота полевых культур в годы исследований были разнообразными, но типичными для условий юга Лесостепной зоны. Так, в 2011 и 2012 гг. гидротермический коэффици-

ент составил 0,7-0,85, что характерно для средней степени засухи, тогда как в 2014 г. наблюдалась сильная засуха (ГТК 0,4). Иные условия проявились в 2013 г. Несмотря на то, что в целом за вегетацию ГТК (1,29) сложился на уровне нормальных условий увлажнения, распределение осадков по декадам летних месяцев было неравномерным. За период май-июль (1 и 2 декады) ГТК был на уровне 0,56 (засушливые условия), а в 3-ей декаде июля - 1 -ой декаде сентября - 2,46 (избыточное увлажнение).

Как показали фенологические наблюдения, изучаемые факторы не оказали достоверного влияния на появление всходов и густоту стояния растений полевых культур в севообороте. Полевая всхожесть наблюдалась в пределах 81-87%. Анализ выживаемости растений также не выявил существенного различия по данному показателю между вариантами опыта, который колебался в пределах 83-95%.

Исследованиями не выявлено существенных изменений в продолжительности вегетационного и межфазных периодов роста и развития полевых культур в зависимости от доз и соотношений минеральных удобрений. В целом период вегетации растений ярового ячменя составил - 90 дней, овса -93-95, озимой пшеницы - 120 дней.

Урожайность сельскохозяйственных культур, а соответственно и эффективность удобрений зависит как от дозы их внесения, так и от соотношения элементов питания в удобрениях. Результаты исследований показали, что различные дозы и соотношения минеральных удобрений оказали неодинаковое влияние на величину урожая культур звена полевого севооборота. Во все годы исследований основным элементом, определяющим продуктивность культуры севооборота, явился азот. С возрастанием его дозы увеличивалась урожайность растений. Следует отметить, что внесение даже одной дозы азота существенно увеличивало продуктивность культур. Внесение фосфорно-калийных удобрений без азота, даже в 2-ой и 3-ей дозах не приводило к увеличению урожайности культур, что объясняется высоким содержанием данных элементов в почвенном профиле. Однако их внесение усиливало действие азота в достижении наибольшего урожая растений.

Максимальное количество зерна по культурам севооборота было получено в вариантах с тройной дозой внесения азотных удобрений и составило по ячменю 4,37-5,0 т/га, овсу - 4,44-4,69 т/га и озимой пшенице - 2,2-2,4 т/га, наименьшее - в вариантах с нулевым использованием азота -2,71-3,08, 2,23-2,42 и 1,1-1,2 т/га соответст-

венно. При этом соотношение элементов в удобрении не оказало существенного влияния на изменение данного показателя.

Анализ данных таблицы 1 показал, что среднегодовая продуктивность севооборота была выше в вариантах с тройной дозой внесения азотных удобрений и составила 2,57-2,78 т з. ед./га.

Таблица 1

Продуктивность звена полевого севооборота в зависимости от доз и соотношения минеральных удобрений, т з. ед.

Вариант Яровой ячмень Овес Чистый пар Озимая пшеница За ротацию За год

000 2,81 1,92 - 1,1 5,83 1,45

111 3,33 2,71 - 1,5 7,54 1,88

220 3,96 3,01 - 1,8 8,77 2,19

331 4,37 3,61 - 2,3 10,28 2,57

202 3,85 3,09 - 1,8 8,74 2,18

313 4,68 3,55 - 2,2 10,43 2,60

022 2,91 1,93 - 1,1 5,94 1,48

133 3,64 2,64 - 1,6 7,88 1,97

333 5,00 3,73 - 2,4 11,13 2,78

222 4,21 3,08 - 1,8 9,09 2,27

113 3,75 2,60 - 1,3 7,65 1,91

002 2,71 1,78 - 1,2 5,69 1,42

131 4,06 2,89 - 1,3 8,25 2,06

020 3,08 1,89 - 1,1 6,07 1,51

311 4,48 3,75 - 2,2 10,43 2,60

200 3,75 2,88 - 1,5 8,13 2,03

НСР05 0,59 0,30 0,31

Наиболее продуктивным (2,81-5,00 т з. ед./га) в севообороте оказался яровой ячмень. Максимальный средний урожай (3,42-3,71 т/га) зерновых культур получен при внесении тройной дозы азотных удобрений, минимальный (1,94-2,02 т/га) - в вариантах без внесения азота.

Таким образом, определяющим элементом в получении максимального урожая полевых культур севооборота явился азот. С возрастанием дозы его внесения до 135 кг д.в./га увеличивалась урожайность растений и в целом соответственно на 44-48% продуктивность звена севооборота. Соотношение фосфора и калия в удобрении не влияло на урожайность полевых культур.

Для отслеживания динамики изменений агрохимических показателей чернозема выщелоченного при использовании в полевом севообороте различных доз и соотноше-

ний минеральных удобрений изучали образцы почвы с глубины пахотного горизонта, в начале и конце ротации севооборота, а также каждый год перед посевом и после уборки культуры.

Почва опытного участка перед закладкой опыта характеризовалась средним содержанием органического вещества в пахотном слое и азота. Содержание подвижного фосфора и обменного калия повышенное. По степени кислотности почва характеризовалась как слабокислая.

Согласно схеме опыта перед предпосевной культивацией ежегодно (исключение чистый пар) были внесены минеральные удобрения в различных дозах и соотношениях. Результаты агрохимического обследования почвы в начале и конце ротации звена севооборота представлены в таблице 2.

Таблица 2

Агрохимическая характеристика почвы в начале (2011 г.) и конце (2014 г.) ротации звена полевого севооборота

Вариант ЫОгЫН4, млн-1 N (азот общий), % K2O, -1 млн P2O5, -1 млн

2011 г. 2014 г. 2011 г. 2014 г. 2011 г. 2014 г. 2011 г. 2014 г.

000 4,73 4,05 0,23 0,22 173 152 164 154

111 5,53 5,12 0,37 0,31 218 183 183 169

220 5,59 5,16 0,35 0,29 213 189 189 195

331 6,05 5,71 0,40 0,40 181 217 186 200

202 6,53 5,53 0,32 0,29 242 242 203 189

313 6,25 6,53 0,42 0,42 300 269 206 193

022 5,32 4,19 0,20 0,21 237 244 196 209

133 4,90 5,10 0,30 0,30 189 285 201 228

333 6,39 6,28 0,47 0,43 298 269 197 216

222 5,53 5,11 0,30 0,36 238 242 201 209

113 6,12 5,19 0,35 0,36 256 280 118 144

002 5,05 4,87 0,22 0,22 191 198 120 119

131 5,45 5,17 0,25 0,28 179 180 125 150

020 5,10 3,92 0,27 0,20 206 179 127 151

311 6,22 6,33 0,45 0,41 198 201 142 124

200 5,42 5,17 0,25 0,23 235 173 141 134

НСР05 0,68 0,71 26 28 25 22

Анализ данных агрохимических показателей почвенных образцов опытного участка, отобранных после возделывания первой культуры севооборота, показал, что внесение фосфорных и калийных удобрений в двойной и, особенно, в тройной дозах не способствовало снижению К20 и Р2О5 в пахотном горизонте. По одной культуре севооборота об изменении почвенного плодородия судить достаточно сложно. Более четкое представление об изменении содержания элементов питания в почве показывает анализ почвы после возделывания последней культуры севооборота.

Содержание азота в почве напрямую зависит от сроков взятия образцов и содержания в почве влаги, его относят к относительно нестабильным агрохимическим показателям почвенного плодородия. В связи с чем отследить его изменение достаточно сложно. Тем не менее, где вносились тройные дозы азота, независимо от соотношения его с фосфором и калием, наблюдалось большее содержание в пахотном горизонте данного элемента в сравнении с вариантами без его использования.

Возделывание последней культуры севооборота - озимой пшеницы показало, что внесение фосфора и калия в двойной и тройной дозах сохраняло их концентрацию на исходном уровне. По содержанию азота так же, как и в первые годы определения, преимущество имели варианты с максимальной дозой его внесения. Соотношение его с фосфором и калием не влияло на изменение данного элемента в почве.

Выводы. Различные дозы и соотношения минеральных удобрений оказали неодинаковое влияние на продуктивность звена полевого севооборота. Основным элементом, определяющим величину данного показателя, явился азот. С возрастанием его дозы до 135 кг д.в./га увеличивалась на 44-48 % продуктивность севооборота. Внесение фосфорно-калийных удобрений без азота не приводило к увеличению урожайности культур, а соответственно и всего звена севооборота. Однако их внесение усиливало действие азота.

Внесение фосфорных и калийных удобрений в двойной и тройной дозах в звене полевого севооборота не приводило к снижению К20 и Р2О5 в пахотном горизонте.

Применение тройной дозы азота, независимо от соотношения с фосфором и калием, сохраняло его концентрацию на исходном уровне.

Список литературы

1. Артемьев А.А. Влияние технологий применения минеральных удобрений на продуктивность полевого севооборота и изменение агрохимических показателей почвы // Достижения науки техники АПК. 2014. № 6. С. 39-41.

2. Четверикова Н.С. Динамика плодородия пахотных черноземов лесостепной зоны ЦЧО // Достижение науки и техники АПК. 2014. № 2. С. 18-21.

3. Адаптивные технологии возделывания сельскохозяйственных культур в условиях Республики Мордовия (методическое руководство) / Под ред. А.М. Гурьянова. Саранск, 2003.428 с.

4. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта. М.: Агропромиздат, 1985. 351 с.

5. Методика государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур. Выпуск первый. М., 1985. 124 с.

6. Методика государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур (Выпуск второй). М., 1989. 195 с.

Efficiency of a crop rotation and change of soil fertility depending on doses and ratios of mineral fertilizers

Artemyev A.A., PhD in agriculture, associate professor, deputy director Mordovian Agricultural Research Institute, Saransk, Russia

Change of agrochemical parameters of soil and yield of crops of the unit of field crop rotation: spring barley - oats - pure fallow - winter wheat depending on the doses and ratios of fertilizers was studied in field stationary experiment on leached Chernozem. The experimental scheme consisted of 16 variants where nitrogen, phosphorus, and potassium were added at the ratio: 000, 111, 220, 331, 202, 313, 022, 133, 333, 222, 113, 002, 131, 020, 311, and 200 (first digit is N, second - P2O5, third - K2O), where 0 - no fertilizer, 1, 2, 3 - single, double and triple dose. Doses of nitrogen in the experiment were: 1 - 45, 2 - 90, 3 - 135, phosphorus and potassium: 1 - 30, 2 - 60, 3 - 90 kg of acting matter/ha. It is found out that the average annual productivity of the studied crop was higher in variants with a triple dose of nitrogen fertilization (N135) and made 2.57...2.78 t of grain units/ha. The defining element in receiving of maximal yield of field cultures was nitrogen. With increase of its dose of application up to 135 kg of acting matter/ha productivity of plants and respectively general efficiency of a unit of crop rotation increased by 44.48%. The ratio of phosphorus and potassium in fertilizer didn't influence productivity of field cultures. Application of phosphoric and potash fertilizers by 60 and 90 kg of acting matter/ha in the unit of a field crop rotation didn't lead to decrease in K2O and P2O5 in soil arable horizon. Application of N135 irrespective on a ratio with phosphorus and potassium kept its concentration at the initial level.

Key words: field crop rotation, efficiency, leached chernozem, mineral fertilizers, soil fertility

References

1. Artem'ev A.A. Vliyanie tekhnologiy primeneniya mineral'nykh udobreniy na produktivnost' polevogo sevooborota i izmenenie agrokhimicheskikh pokazateley pochvy. [Influence of technologies of mineral fertilizers use on efficiency of a field crop rotation and change of agro-chemical parameters of soil]. Dostizheniya nauki tekhniki APK. 2014. no.6. pp.39-41.

2. Chetverikova N.S. Dinamika plodoro-diya pakhotnykh chernozemov lesostepnoy zony TsChO. [Dynamics of fertility of arable chernozems in forest-steppe zone of Central Chernozem Region]. Dostizhenie nauki i tekhniki APK. 2014. no.2. pp.18-21.

3. Adaptivnye tekhnologii vozdelyvaniya sel'skokhozyaystvennykh kul'tur v usloviyakh

Respubliki Mordoviya (metodicheskoe ruko-vodstvo). [Adaptive technologies of cultivation of crops under conditions of the Republic of Mordovia (the methodical guidance)]. Pod red. A.M. Gur'yanova. Saransk, 2003. 428 p.

4. Dospekhov B.A. Metodika polevogo opyta. [Methodic of a field experiment. Agropro-mizdat]. Moscow: Agropromizdat, 1985. 351 p.

5. Metodika gosudarstvennogo sortoispy-taniya sel'skokhozyaystvennykh kul'tur. [Technique of the state varietal test of crops]. First issue. Moscow, 1985. 124 p.

6. Metodika gosudarstvennogo sortoispy-taniya sel'skokhozyaystvennykh kul'tur. [Technique of the state varietal test of crops]. Second issue. Moscow, 1989. 195 p.