Влияние длительного применения и последействия различных систем удобрения на кислотность, содержание и качественный состав органического вещества почвы

ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ПЛОДОРОДИЯ ВЛИЯНИЕ ДЛИТЕЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ И ПОСЛЕДЕЙСТВИЯ РАЗЛИЧНЫХ СИСТЕМ УДОБРЕНИЯ НА КИСЛОТНОСТЬ, СОДЕРЖАНИЕ И КАЧЕСТВЕННЫЙ СОСТАВ ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА ПОЧВЫ

К. П. Хайдуков, к.б.н., Л. К Шевцова, д.б.н., А. А. Коваленко, к.с.-х.н., А. А. Милютина, ВНИИА

Исследованы изменения содержания органического вещества в дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почве длительного опыта СШ-5 ЦОС ВНИИА. Установлено, что длительное применение органической и органоминералъной систем удобрения сохраняет исходный уровень плодородия почвы. Применение минеральных систем удобрения негативно воздействует на состояние гумуса почвы: уменьшается содержание общего углерода, гуминовых кислот, активных компонентов, что приводит к разрушению устойчивого органического вещества и снижению плодородия почвы.

Ключевые слова: кислотность, длительный опыт, органическое вещество почвы, гуминовые и фульвокислоты, активные компоненты гумуса, удобрения.

Органическое вещество почвы благоприятно влияет на формирование комплекса агрономических свойств, его содержание и качественный состав являются важными показателями почвенного плодородия.

При низких дозах внесения органических и минеральных удобрений возникает необходимость в применении мер по регулированию содержания и качественного состава органического вещества. Это наиболее полно можно установить только в длительных полевых опытах при изучении закономерностей изменений органического вещества под воздействием разнообразных агроприемов.

Анализ современных публикаций показывает, что многие авторы, характеризуя уровень плодородия исследуемых почв, используют в основном показатель содержания гумуса в почве. Однако этого недостаточно.

Исследования Л.К. Шевцовой [1], В.А. Черникова [2], Н.Ф. Ганжары [3], Л.Г. Бакиной [4], М.Ф. Овчинниковой [5], С.М. Лукина [6], С.М. Надежкина [7], В.А. Семенова [8], И.В. Володарской [9] и др. показали, что при оценке органического вещества почв необходимо, кроме общего содержания гумуса, учитывать его качество, особенно обогащенность активными компонентами.

Исследования в этом направлении при длительном применении удобрений (28 лет) и последующем их последействии (19 лет) проводили в стационарном полевом опыте ЦОС ВНИИА, заложенном в трех полях в 1964-1966 гг. в районе деревни Шебанцево (Домодедовский район, Московская обл.). Опыту был присвоен индекс СШ-5 (стационар Шебанцевский пятый). Почва участка дерново-подзолистая тяжелосуглинистая сред-неокультуренная. Исходная агрохимическая характеристика почвы: рНКС1 4,3; Нг - 5,4 мг-экв/100 г; Б - 8,3 мг-экв/100 г; Р205 (по Кирсанову) - 67 мг/кг; К20 (по Масловой) - 147 мг/кг; гумус по Тюрину - 1,57%.

Чередование культур в севообороте: картофель ранний, пшеница озимая, свёкла кормовая, ячмень яровой.

В связи с неоднократными изменениями схемы внесения удобрений большую часть исследований проводили в 10 вариантах, в которых системы удобрения на протяжении всего времени опыта были постоянными.

Исследования вели на фоне периодического известкования всего опыта. За 28-летний период применения удобрений 4 раза вносили известняковую муку в дозах: 2 т/га перед закладкой опыта, 8 - под пшеницу второй ротации севооборота, 4 - по окончании третьей ротации и 4 т/га - по окончании пятой ротации.

С 1993-1995 гг. после 28-летнего исследования действия возрастающих доз органических, минеральных удобрений и их сочетаний до 2006 г. изучали последействие внесенных за

этот период удобрений на культурах 4-польного зернового севооборота: вико-овес на зеленую массу - озимая пшеница -ячмень - овес.

Содержание углерода органического вещества почвы определяли методом Тюрина в модификации Никитина; содержание активных компонентов в составе гумуса следующими методами: непосредственная 0,1 н. №ОН вытяжка №1 (подвижный углерод по Тюрину); определение легкотрансформируемого органического вещества расчетным методом по Кёршенсу, Шульц [10].

В таблице 1 показана динамика рН солевой вытяжки.

Основная роль в снижении исходной кислотности почвы принадлежит фоновому известкованию, которое за 7 первых ротаций привело к существенному повышению рН при применении навоза и его сочетания с №К. Длительное последействие без внесения удобрений и извести несколько снизило этот показатель, выравнило значение рН между вариантами.

К моменту завершения опыта кислотность почвы составила по разным вариантам от 5,5 до 5,9 ед. рН. В варианте М + 3№К произошло наибольшее снижение кислотности под воздействием тройной дозы №К.

1. КИСЛОТНОСТИ (рНкст) почвы

Вариант опыта Исходное

Контроль 4,2 6,1 5,9

Навоз, 50 т/га - фон Н 4,3 6,2 5,6

Н + ОТК экв. фону Н 4,2 6,2 5,6

Н + 2№К - - 5,8

Н + ЗОТК 4,3 6,0 5,7

ОТК - фон М экв. фону Н 4,2 6,1 5,8

м + отк 4,2 5,9 5,8

М + 2№К 4,2 5,9 5,7

М + ЗОТК 4,2 5,8 5,5

* По данным В.Ф. Ефремова [11].

Длительное систематическое внесение органических, минеральных удобрений и их сочетаний за 28 лет и 19 лет последействия оказало различное воздействие на изменение содержания органического вещества и его качество.

Возделывание культур зернопропашного севооборота без удобрений привело к снижению содержания органического углерода, которое к концу седьмой ротации снизилось на 0,18% по сравнению с исходным содержанием (табл. 2).

2. Содержание органического углерода (Сорг.) в почве

Вариант опыта Исходное (1964 г.)* Через 28 лет (1992 г.)* Через 19 лет последействия (2011 г.) Баланс углерода

ACi** дс2***

1 2 3 4 5 6

Контроль 0,92 0,74 0,78 -0,18 +0,04

Навоз, 50 т/га-фон Н 0,90 0,87 0,91 -0,03 +0,04

Н + ЫРК экв. фону Н 0,91 0,93 0,95 +0,02 +0,02

Н+ 2ЫРК 0,87 0,97 0,93 +0,10 -0,04

Н+ЗМ>К 0,94 0,99 0,91 +0,05 -0,03

ЫРК -фон М экв. фону Н 0,95 0,74 0,71 -0,21 -0,03

М + ЫРК 0,93 0,80 0,72 -0,13 -0,08

М + 2ЫРК 0,94 0,82 0,72 -0,12 -0,10

М + ЗМ>К 0,95 0,84 0,70 -0,11 -0,14

НСР05 - - 0,03 - -

*По даннымВ.Ф. Ефремова [11].

**ДС1 _ изменение через 28 лет применения различных систем удобрения.

***ДС2 _ изменение через 19 лет последействия ранее внесенных удобрений.

Внесение 50 т/га навоза за ротацию сократило потери Сорг до 0,03%. Совместное применение навоза с возрастающими дозами минеральных удобрений (1, 2, 3 дозы КРК, кратные навозу) повысило содержание органического углерода, соответственно, на 0,02; 0,10; 0,05% по сравнению с исходным. Использование вариантов минеральной системы удобрения, эквивалентных органической и органоминерапьной, привело к снижению углерода в почве соответственно внесенным дозам удобрений на 0,21; 0,13; 0,12; 0,11% (см. табл. 2, рис. 1).

Изучение последействия различных систем удобрения показало, что за три ротации зернового севооборота (до 2006 г.) и дальнейшее использование пашни до 2011 г. под сенокос наблюдалось незначительное увеличение органического углерода на контроле - на 0,04%. В вариантах с органической и органоминерапьной системами удобрения содержание углерода практически не изменилось и находилось на уровне, близком к исходному - 0,91-0,95% С. При применении минеральной системы удобрения отмечено дальнейшее снижение на 0,03; 0,08; 0,10; 0,14% С соответственно внесенным дозам (рис. 1).

Длительные полевые опыты - основная база, позволяющая проследить многолетнюю динамику изменения различных пулов органического вещества почв в зависимости от условий землепользования.

Органическое вещество почвы как многокомпонентную систему, исследователи часто представляют в виде двух основных пулов: устойчивое (инертное), слабо поддающееся минерализации (Стщ.) и легкотрансформируемое (С^аш.)? которые можно выразить следующей формулой [12]: р =р + с

^общ. ^шт. ^^аш.,

где - содержание гумуса в почве многолетнего чистого пара или абсолютного контроля (без удобрений) длительного, не менее 10-20 лет, опыта, когда содержание гумуса достигает равновесного состояния и практически не меняется;

Огапв-легкотрансформируемый органический углерод.

Рис. 1. Содержание органического углерода при применении различных систем удобрения

Активная часть гумуса служит наиболее доступным источником питания растений, определяет биологическую активность, другие агрономические свойства почв и заметно изменяется под влиянием различных агротехнических приемов. Она участвует в круговороте углерода и других элементов, формирует основные функции органического вещества и определяет эффективное плодородие почвы. Инертный гумус является своеобразным «органическим скелетом» почвы. По определению М. Кёршенса, эта часть гумуса термодинамически и биологически наиболее устойчива и отражает генетические особенности почв. При длительном экстенсивном использовании почвы активная часть гумуса может пополняться за счет инертной устойчивой части, что приводит к деградации почв.

В наших исследованиях за Стт было принято содержание гумуса в почве абсолютного контроля, установившееся через 28 лет на уровне 0,74% С к воздушно-сухой почве и мало изменяющееся в дальнейшем. Содержание С^щ«. по разным вариантам опыта за весь период действия и последействия приведено в таблице 3.

3. Содержание углерода в почве, %

Вариант опыта Сорг

Контроль 0,78 0,74 0,04 6,6

Навоз, 50 т/га-фон Н 0,91 0,17 14,7

Н + ЫРК экв. фону Н 0,95 0,21 12,7

Н+2ЫРК 0,93 0,19 15,1

Н+ЗМ>К 0,91 0,17 13,0

ЫРК-фон М экв. фону Н 0,71 -0,03 -

М+М>К 0,72 -0,02 -

М+2ЫРК 0,72 -0,02 -

М+ЗМ>К 0,70 -0,04 -

НСР05 0,03 1,8

Полученные данные показывают, что совместное применение органических и минеральных удобрений способствует накоплению С^щм. в составе гумуса. Наиболее высокое содержание активного гумуса было в варианте Н + КРК, эквивалентное навозу 50 т/га - 0,21 %, что ниже оптимального уровня содержания трансформируемого углерода для почв Германии, который составляет 0,30 % С. По мнению немецких ученых [12], такой уровень содержания активного углерода позволяет обеспечить растения и микроорганизмы необходимыми элементами питания, прежде всего азотом. Почва с таким содержания С^щ,. характеризуется высокой продуктивностью и благоприятными экологическими параметрами. В вариантах с минеральной системой удобрения активных форм органического вещества, определяемых расчетным методом, не обнаружено (табл. 3). Более того, количество углерода в этих вариантах даже ниже установившегося минимального уровня на контроле (без удобрений). Такие изменения в состоянии органического вещества дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почвы в вариантах с минеральной системой

удобрения указывают на возможность разрушения центральной устойчивой части гумуса.

Установлена положительная взаимосвязь уровня содержания активных компонентов в составе гумуса (С1тап5) с урожайностью озимой пшеницы (г = 0,89).

Определение содержания активных компонентов органического вещества расчетным методом относительно условно. Кроме того, этот метод требует наличия бессменного пара или длительного использования почвы без удобрений. Поэтому в настоящее время для характеристики активного пула углерода почвы используют различные экспериментальные подходы и методы. Нами применен метод определения подвижного углерода почвы (I фракция гумусовых веществ, определяемая при исследовании фракционно-группового состава гумуса) по Тюрину.

Гумусовые вещества этой фракции обладают особым коллоидным состоянием и могут формироваться как на начальных стадиях гумификации, так и в процессе деструкции гумусовых веществ почвы. Результаты детальных исследований этой фракции представлены в таблице 4.

Количество подвижных гумусовых веществ I фракции в вариантах опыта с органической и органоминеральной системами удобрения составляло от 27,9 до 29,6 % от Сорг почвы. Также, прослеживается тесная зависимость содержания подвижной фракции в составе гумуса от количества легкотранс-формируемого углерода, коэффициент корреляции (г) равен 0,97. Содержание наиболее ценной группы гуминовых кислот в этих вариантах изменялось от 7,7 до 9,9 %, фульвокислот -от 18,2 до 22,0%. Наиболее низким содержание гуминовых кислот было в вариантах с внесением одних минеральных удобрений - 5,6-7,1 % от Сорг.

Соотношение Спс:СфК составляло 0,28-0,36, тогда как совместное применении органических и минеральных удобрений данный показатель был на уровне 0,53.

4. Содержание углерода и групповой состав первой фракции в

Вариант опыта с — С11[ СыаОН Сгк СФК СПОСФК

Контроль 0,78 0,23 29,4 0,07 8,9 0,16 20,5 0,43

Навоз, 50 т/га - фон Н 0,91 0,27 29,6 0,07 7,7 0,20 21,9 0,35

Н +ЫРК экв. фону Н 0,95 0,28 29,4 0,09 9,4 0,19 20,0 0,47

Н + 2ОТК 0,93 0,26 27,9 0,09 9,6 0,17 18,2 0,53

Н + ЗОТК 0,91 0,27 29,6 0,09 9,9 0,18 19,8 0,50

ОТК - фон М экв. фону Н 0,71 0,18 25,0 0,04 5,6 0,14 19,7 0,28

М + ОТК 0,72 0,18 25,0 0,05 6,9 0,13 18,0 0,38

М + 2ЫРК 0,72 0,18 25,0 0,05 6,9 0,13 18,0 0,38

М + 3№К 0,70 0,19 27,1 0,05 7,1 0,14 20,0 0,36

НСР0,5 0,03 - - - -

*Над чертой - С, почвы.

к возд. - сух. почве, под чертой - С, % к С0бщ.

По данным М.Ф. Овчинниковой [5], уменьшение содержания гуминовых кислот, соотношения Сп<:Сфк - показатели ухудшения качества органического вещества, снижения уровня плодородия почв.

Исследования оптической плотности гуминовых кислот показали, что наиболее высокими были величины экстинкции в почве на делянках, удобренных по органоминеральной схеме, где с химически «зрелыми» веществами в щелочном экстракте присутствует значительное количество новообразованных гумусовых веществ, молекулы которых обогащены алифатическими фрагментами. Наиболее низкие значения - в почве с длительным применением минеральной системы удобрения и на контроле (рис. 2). В соответствии с концепци-

ей М.М. Кононовой и В.В. Пономаревой, это предположительно указывает на то, что ГК почвы этих вариантов характеризовались менее сложной, более размытой структурой центральной части макромолекулы гуминовых кислот.

дина волны, нм

Рис. 2. длины

Оптическая плотность гуминовых кислот при волнах разной

Видимо, уменьшение содержания биологически активных компонентов в составе гумуса приводит к тому, что почвенная микрофлора использует в качестве источника углерода «центральные», устойчивые, компоненты макромолекулы ГК, вызывая их деградацию. Это приводит к снижению уровня содержания гумуса и показателя оптической плотности в вариантах с длительным применением минеральной системы удобрения.

Длительное применение органических, минеральных удобрений и их сочетаний неодинаково воздействует на содержание и качественный состав органического вещества, что проявляется не только в длительном (до 19 лет) последействии. Органические удобрения совместно с минеральными увеличивают содержание углерода, улучшают состав гумуса, повышая долю гуминовых кислот первой фракции. Минеральные удобрения оказывают длительное неблагоприятное воздействие на органическое вещество, уменьшают уровень содержания общего углерода и количество гуминовых кислот в составе органического вещества, усиливают его фульвати-зацию даже после 19 лет последействия.

Литература

1. Шевцова Л.К. Оптимизация гумусного состояния почв на основе исследований в длительных опытах// В сб.: Экологические функции агрохимии в современном земледелии. Материалы Всероссийского совещания Географической сети опытов с удобрениями,- М.: ВНИИА 2008. - С. 213-216. 2. Черников В.А. Комплексная оценка гумусового состояния почв. - Известия ТСХА. - 1987. - Вып. 6. - С. 83-94. 3. Ганжара Н.Ф., Борисов Б.А., Флоринский М.А. Легкоразлагаемые органические вещества почв // Химизация с.-х. - 1990. - № 1. - С.53-55. 4. Бакина Л.Г. Устойчивая и лабильная части гумуса дерново-подзолистой почвы // Почвоведение. -2013. - №1. - С. 41. 5. Овчинникова М.Ф. Признаки и механизм агрогенной трансформации гумусовых веществ дерново-подзолистой почвы // Агрохимия. -2012. - №1. - С. 3-13. 6. Лукин СМ. Оценка содержания активных компонентов органического вещества лёгких дерново-подзолистых почв при длительном применении удобрений // В. сб.: Влияние длительного применения удобрений на органическое вещество почв, - М.: ВНИИА 2010. - 352 с. 7. Надежкин С.М. Изучение взаимосвязи органического вещества с продуктивностью культур и моделирование гумусного состояния почв лесостепи среднего Поволжья // Методы исследований органического вещества почв,- М.: Россельхозака-демия -ВНИПТИОУ, 2005,- С. 19-43. 8. Семенов В.М., Пванникова Л.А., Кузнецова Т.В. Лабораторная диагностика биологического качества органического вещества почвы. Методы исследований органического вещества почв,- М.: Россельхозакадемия -ВНИПТИОУ, 2005. -С. 214-230. 9. Шевцова Л.К, Володарская II.В. Влияние длительного применения удобрений на баланс и качество гумуса // Химизация сельского хозяйства. -1991.-№11.-С. 97-101. 10. Методы определения активных компонентов в составе гумуса почв. - М.: ВНИИА, 2012. - 32 с. 11. Ефремов В.Ф. Изучение роли органического вещест-

ва навоза в повышении плодородия дерново-подзолистых почв// В сб.: Результаты длительных исследований в системе географической сети опытов с удобрениями Российской Федерации (к 70-летию Геосети) // Под ред. В.Г. Сычёва. - М.: ВНИИА, 2011. - С. 47-71. 12.

Шулъц Э., Кершенс М. Характеристика разлагаемой части органического вещества почв и её трансформация при помощи экстракции горячей водой // Почвоведение. - 1998. - №7. - С. 870-894.

EFFECT AND AFTEREFFECT OF THE LONG-TERM USE OF DIFFERENT FERTILIZING SYSTEMS ON THE ACIDITY AND

ORGANIC MATTER OF SOIL

K.P. Khaidukov, L.K. Shevtsova, A.A. Kovalenko, A.A. Milyutina Pryanischnikov Research Institute of Agricultural Chemistry, Russian Academy of Agricultural Sciences, uL Pryanishnikova 31a, Moscow, 127550

Russia, E-mail: hvaber({i)yandex.ru

Changes in the content of organic matter in soddy-podzolic soil of the long-term experiment SSh-5 at the Central Experimental Station of the All-Russian Research Institute ofAgrochemistry have been studied. It has been established that the prolonged use of organic and organic-mineral fertilizing systems preserves the original level of soil fertility. The use of mineral fertilizing systems negatively affects the state of soil humus: the contents of total carbon, humic acids, and active components are reduced, which leads to the destruction of sustainable organic matter and decreases the soil fertility. Keywords: acidity, long-term experiment, soil organic matter, humic andfulvic acids, active humus components, fertilizers.