Изменение реакции среды почвенного раствора чернозема выщелоченного в связи с длительным применением систем удобрений

Литература

1. Шевцова Л.К. Гумусное состояние и азотный фонд основных типов почв при длительном применении удобрений: автореф. дисс. д.б.н. - М.: МГУ, 1988. - 48 с.

2. Гамзиков Г.П., Кулагина М.Н. Изменение содержания гумуса в почвах в результате сельскохозяйственного использования / Обзорная информация. - М., 1992. - 48 с.

3. Кирюшин В.И., Ганжара Н.Ф., Кауричев И.С. и др. Концепция оптимизации режима органического вещества в агроландшафтах. - М.: Изд-во МСХА, 1993. - 93 с.

4. Когут Б.М. Трансформация гумусного состояния черноземов при их сельскохозяйственном использовании: автореф. дисс. д.с.-х.н. - Л., 1996. - 38 с.

5. Когут Б.М., Фрид А.С., Масютенко Н.П. и др. Динамика содержания органического углерода в типичном черноземе в условиях длительного полевого опыта // Агрохимия, 2011, № 12. - С. 37-44.

6. Романенков В.А. Динамика запасов почвенного углерода в агроценозах ЕТР (по данным агрохимических опытов): автореф. дисс. д.б.н. - М.: ВНИИ агрохимии им. Д.Н. Прянишникова, 2011. - 48 с.

7. Ганжара Н.Ф. Гумусообразование и агрономическая оценка органического вещества подзолистых и черноземных почв Европейской части СССР: автореф. дисс. д.б.н., М.: МСХА, 1988. - 31 с.

8. Шарков И.Н. Минерализация и баланс органического вещества в почвах агроценозов Западной Сибири: автореф. дисс. д.б.н. - Новосибирск, 1997. - 37 с.

9. Шарков И.Н. Концепция воспроизводства гумуса в почвах // Агрохимия, 2011, № 12. - С. 21-27.

10. Борисов Б.А. Легкоразлагаемое органическое вещество целинных и пахотных почв зонального ряда европейской части России: автореф. дисс. д.б.н. - М.: РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева, 2088. - 40 с.

11. Семенов В.М., Тулина А.С. Сравнительная характеристика минерализуемого пула органического вещества в почвах природных и сельскохозяйственных экосистем // Агрохимия, 2011, № 12. - С. 53-63.

12. Семенов В.М., Когут Б.М., Лукин С.М. и др. Оценка обеспеченности почв активным органическим веществом по результатам длительных полевых опытов // Агрохимия, 2013, № 3. - С. 19-31.

13. Александрова Л.Н., Найденова О.А. Лабораторно-практические занятия по почвоведению. - Л.: Колос, 1986. -280 с.

14. Пономорева В.В., Плотникова Т.А. Определение группового и фракционного состава по схеме И.В. Тюрина, в модификации В.В. Пономоревой и Т.А. Плотниковой // Агрохимические методы исследования почв. - М.: Наука, 1975. - 47 с.

15. Дмитриев Е.А. Математическая статистика в почвоведении. - М.: Книжный дом «Либроком», 2009. - 328 с.

УДК 633.15:631.816.12

ИЗМЕНЕНИЕ РЕАКЦИИ СРЕДЫ ПОЧВЕННОГО РАСТВОРА ЧЕРНОЗЕМА ВЫЩЕЛОЧЕННОГО В СВЯЗИ С ДЛИТЕЛЬНЫМ ПРИМЕНЕНИЕМ СИСТЕМ УДОБРЕНИЙ

Ю.И. Гречишкина, к.с.-х.н., А.Н. Есаулко, д.с.-х.н., М.С. Сигида, к.с.-х.н., С.А. Коростылев, к.с.-х.н.

Ставропольский государственный аграрный университет, e-mail: lnwg@mail.ru

Реакция среды почвенного раствора служит фундаментальной составляющей почвенного плодородия. В статье приведены многолетние данные по влиянию систематического применения удобрений на рН чернозема выщелоченного. Характер и оценка действия удобрений на физико-химические свойства почв, как и все другие показатели плодородия, зависят от почвенно-климатических условий и форм применяемых удобрений. На основе анализа данных 39-летнего периода, выявлена четкая тенденция подкисления чернозема выщелоченного в зоне неустойчивого увлажнения Ставропольского края.

Ключевые слова: чернозем выщелоченный, система удобрения, рН почвы, плодородие, реакция среды почвенного раствора, свойства почвы, длительный опыт.

CHANGE OF REACTION AMONG OF THE SOIL SOLUTION OF LEACHED CHERNOZEM IN CONNECTION WITH THE USING OF FERTILIZER SYSTEMS

PhD. Yu.I. Grechishkina, Dr. Sci. A.N. Esaulko, PhD. M.S. Sigida, PhD. S.A. Korostylev

Stavropol State Agrarian University, e-mail: lnwg@mail.ru

The reaction of the soil solution is a fundamental component of soil fertility. The article presents the long-term data on the effect of the systematic application offertilizers on pH of leached chernozem. The nature and assessment of the action offertilizers on the physicochemical properties of the soil, as well as all other indicators offertility depend on soil and climatic conditions and forms offertilizer. Based on data analysis 39-year period was revealed a clear trend of acidification of the leached chernozem in the zone of an unreliable moistening of Stavropol region.

Keywords: leached chernozem, fertilizer system, soil pH, fertility, the reaction of the soil solution, soil properties, long-term experience.

Почва характеризуется многообразием свойств, к которым в первую очередь относятся физико-химические. Это объясняется тем, что почва является многокомпонентным образованием, состоящим из жидкой, твердой и газовой фаз, не исключая присутствия микробиоты. Наиболее активной и динамичной принято считать жидкую фазу почвы, т.е. почвенный раствор, из которого непосредственно питаются растения, и от состояния которого в большей степени зависит их продуктивность [1]. В зависимости от того, какие анионы и катионы преобладают в почвенном растворе будет определяться реакция почвенной среды. Показатель рН является фундаментальной составляющей почвенного плодородия, и его изменение в ту или иную сторону заставляет прибегать к различным мелиоративным приемам, чтобы добиться наиболее нейтральных значений, иначе рост и развитие растений, а также микробиологические и химические процессы угнетаются. Наиболее детально и полноценно изучить базовые свойства почв можно лишь в длительных стационарных опытах с систематическим применением удобрений, в которых создают исключительные условия стандартизации, позволяющие лучше изучить действие климата и агрометеорологических условий на культуры, почвы и факторы, влияющие прямо или косвенно на почвенное плодородие.

Цель наших исследований - выявление физико-химических изменений, произошедших с черноземом выщелоченным при длительном и систематическом применении удобрений.

Исследования проводили в длительный стационарный опыт кафедры агрохимии и физиологии растений «Теоретические и технологические основы биогеохимических потоков веществ в агро-ландшафтах», который зарегистрирован в реестре аттестатов длительных опытов Геосети ВНИИА Российской Федерации.

Стационар расположен на сельскохозяйственной опытной станции Ставропольского государственного аграрного университета в 1976 г.

Тип почвы: чернозем выщелоченный мощный малогумусный тяжелосуглинистый. Схема опыта: 4 х 4 х 8 и содержит 128 вариантов. Опыт трехфак-торный. Расположение вариантов в повторениях -

систематическое последовательное в два яруса с расщепленными делянками. Варианты с изучаемыми согласно схеме опыта системами удобрений накладывались на варианты с различными способами основной обработки почвы, в т. ч. отвальный способ (обработка ПЛН-4-35 на глубину 20-22 см).

Тип севооборота - зернопропашной со следующим чередованием культур: с 1976 г. - горохоовся-ная смесь (занятой пар) - озимая пшеница - озимая пшеница (с 1994 г. - озимый ячмень), кукуруза на силос, озимая пшеница, горох, озимая пшеница, подсолнечник (с 1994 г. - озимый рапс; с 2000 г. -яровой рапс, с 2009 г. - подсолнечник). Севооборот развернут в пространстве и времени.

Общая площадь делянки 108 м2, учетная 60 м2. Число полей 24. Трехкратная повторность. Общая площадь стационара 6,4 га.

Агрохимическая характеристика почвы стационара до закладки длительного опыта (0-20 см пахотный слой): рНН2о 6,7; Нг 2,7 мг-экв/100 г почвы; S 42,1 мг-экв/100 г почвы; V 95%; подвижные формы Р2О5 24 и К2О - 260 мг/кг почвы.

Изучали системы удобрений: рекомендованная -разработана на основе краткосрочных опытов кафедры агрохимии СтГАУ и НИУ края с насыщенностью севооборота 60 кг/га №К (т .ч. N22,5Рз5К2,5) в сочетании 2,5 т/га навоза и соотношением №Р:К = 1:1,56:0,12; балансовая (1978-1993 гг.) - рассчитана на бездефицитный баланс элементов питания с двойной насыщенностью севооборота 120 кг/га №К (т.ч. К45Р575К175) в сочетании 5 т навоза и соотношением №Р:К = 1:1,28:0,39; биологизирован-ная (2000-2014 гг.) - рассчитана на максимальное использование органических удобрений с минимальным использованием промышленных средств химизации с насыщенностью севооборота КРК 63 кг/га; расчетная - рассчитана на положительный баланс питательных веществ в севообороте с тройной насыщенностью севооборота туками и достижения программируемой урожайности сельскохозяйственных культур (горохоовсяная смесь - з00 ц/га, озимая пшеница - 50 ц/га, озимая пшеница -40 ц/га, кукуруза на силос - 400 ц/га, озимая пшеница - 43 ц/га, горох - 30 ц/га, озимая пшеница -50 ц/га, подсолнечник - 30 ц/га) - 180 кг/га №К (т.ч. N67.5P82.5K30) в сочетании 7,5 т навоза и соот-

ношением №Р:К = 1:1,23:0,45.

В проблеме подкисления почв немаловажное значение играет выпадение окисляющих веществ -оксидов серы и аммиака и освобождение токсичных металлов, а также связывание жизненно необходимых фосфатов [2-4]. Наши исследования обращены именно к фактору антропогенной деятельности. Влияние взаимосвязи системного применения удобрений и временного фактора на изменение рН чернозема выщелоченного подтверждено дисперсионным анализом и отражено в нашей статье.

Систематическое применение органических и минеральных удобрений сопровождается изменениями физико-химических свойств почв. О существенном влиянии удобрений на величину рН почвы на черноземе свидетельствуют данные таблицы, приведенные за 39-летний период исследований.

Анализируя данные изучаемого длительного периода, следует отметить четкую тенденцию под-кисления чернозема выщелоченного с разницей в показателях по вариантам: 0,3-0,7ед. (системы удобрений). Наиболее постоянным, с незначительными отклонениями показатель рН почвы оказался на естественном агрохимическом фоне (контроль) и составил - 6,6 ед., что ниже исходных данных всего на 0,1 ед. Стабильность реакции почвенного раствора в контроле свидетельствовала об отсутствии вымывания водорастворимого и обменного кальция (29,4); магния (3,4); натрия (0,18) мг-экв/100 г в пахотном слое почвы. Суммарное содержание Са2+, Мg2+, №+ за срок наблюдений в сложившихся погодных условиях оказалось практически неизменным. Смена среднесухого погодного цикла на средневлажный, также с пониженным температурным режимом окружающей среды во второй ротации севооборота способствовала вымыванию оснований из пахотного слоя, что привело к достоверному снижению рН (-0,1 ед.) по

сравнению с исходным периодом наблюдений. Незначительное изменение реакции почвенного раствора на естественном агрохимическом фоне подчиняется смене погодных циклов. Это еще раз позволяет убедиться в том, что антропогенный фактор, а именно длительное систематическое применение удобрений, накладывает определенное влияние на кислотно-основные свойства почвы. Применение в нашем опыте аммиачных удобрений и хлористого калия имело значительный подкисляющий эффект, что скорее всего связано с преимущественным использованием растениями катионов (МН4+, К+ и др.) из состава соответствующих солей, а сопутствующие анионы (Б04-, С1- и др.) остаются в почве и постепенно накапливаясь подкисляют ее.

Максимально изменился показатель рН на вариантах с расчетной системой удобрения (при насы-щенности180 кг/га КРК) и составил на момент 2015 г. - 6,0 ед. Если разделить разницу изменения показателя рН на расчетной системе удобрения за исследуемый период на количество лет, то получается, что ежегодно в средней динамике подкисление происходило на 0,15 ед.

Балансовая (биологизированная) система удобрения поддерживала реакцию почвенного раствора на уровне естественного агрохимического фона с небольшим различием в конечном результате в 0,3 ед. по сравнению с исходными значениями, а по сравнению с контролем на 0,2 ед. Многолетнее внесение навоза увеличивает количество органического вещества и емкость поглощения почв, снижает обменную и гидролитическую кислотность и увеличивает степень насыщенности почв основаниями, т.е. улучшает физико-химические свойства почв, о чем свидетельствуют данные полученные с вариантов с балансовой (биологизированной) системой удобрения.

Влияние системного применения удобрений и временного фактора на реакцию почвенного раствора

Система удобрений Срок наблюдений, В А,

насыщенность севооборота ]]РК (кг/га) + наво- 1976 г. исходное среднее за 1978-1985 среднее за 1986-1993 среднее за 1994-1999 среднее за 2000-2007 среднее за 2008-2015 НСР05 = 0,13

зом (т/га), А значение гг. гг. гг. гг. гг.

Контроль 6,7 6,7 6,5 6,5 6,6 6,6 6,60

Рекомендованная

60 + 2,5 (1978-1993 гг.) 6,7 6,7 6,3 6,4 6,2 6,2 6,41

115 + 5,0

Балансовая

120 + 5 (1978-1993 гг.) Биологизированная 62,5 + 8,2 (2000-2014 гг.) 6,7 6,7 6,4 6,5 6,6 6,4 6,55

Расчетная

180 + 7,5 (1978-1993 гг.) 6,7 6,7 6,4 6,3 6,1 6,0 6,36

167 + 5,0

В, НСР05 = 0,14 6,70 6,70 6,40 6,43 6,33 6,30 НСР05 = 0,31 Бх, % = 3,3

В период изучения последействия систем удобрений с восходящим током почвенного раствора в пахотном слое из нижележащих горизонтов поступило достаточное количество водорастворимых соединений двух валентных оснований для того, чтобы восстановить рН на уровне исходного значения. Замеченное различие в 0,1 ед. рН несущественно и находилось в пределах ошибки анализа. После засушливого погодного цикла на фоне высокого температурного режима (1994-1999 гг.) на естественном агрохимическом фоне формируется промывной водный режим с постепенным вымыванием водорастворимых и обменных форм двух валентных оснований за пределы пахотного слоя, чем и объясняется снижение показателей рН до 6,5 ед. Следовательно, при длительном систематическом применении минеральных удобрений свойства чернозема выщелоченного ухудшаются в сторону под-кисления почвенного раствора. Это объясняется поглощением почвой катионов, входящих в состав удобрений, и подкислением реакции почвенного раствора в результате вытеснения из поглощающего комплекса водорода и алюминия, а также физиологической кислотностью азотных и калийных удобрений.

Кислотность чернозема выщелоченного на фоне навоза снижается, а при применении минеральных удобрений возрастает. Это объясняется физиологической кислотностью азотных и калийных удобрений и необменным поглощением одновалентных катионов в сочетании с отсутствием условий для вымывания водорода и кислотного остатка. Повышение кислотности черноземов часто способствует увеличению подвижности некоторых питательных веществ и повышает доступность их растениям.

При правильном применении удобрений (на фоне навоза или известкования, внесении добавок для нейтрализации физиологической кислотности удобрений) кислотность почв не только не увеличивается, но в ряде случаев происходит даже ее снижение [5].

На нейтральных и близких к нейтральным черноземах незначительное подкисление в результате применения удобрений можно считать даже положительным, так как многие соединения при этом становятся более подвижными и доступными для растений. Под влиянием этого процесса рН снижается с достижением минимального уровня за годы проведения исследований [3].

Таким образом, в течение 39-летнего срока наблюдений характер и оценка действия удобрений на физико-химические свойства почв, как и все другие показатели плодородия, зависят от почвенно-климатических условий и форм применяемых удобрений. Рекомендованная и расчетная системы удобрений достоверно снижали рН почвенного раствора по отношению к исходным показателям, а разница составила 0,5-0,7 ед., т.е. длительное применение минеральных удобрений негативно сказывалось на свойствах чернозема выщелоченного в сторону подкисления. Все это позволяет нам заменить аммиачную селитру на известково-аммиачную. Для улучшения физических и агрохимических свойств, а также стабилизации нейтральности почвенного раствора чернозема выщелоченного необходимо обязательно использовать в качестве удобрения растительные остатки и рационально применять навоз как источник кальция.

Литература

1. Власова О.И. Научное обоснование приемов сохранения плодородия почв при возделывании пшеницы озимой в условиях Центрального Предкавказья: дисс. д.с.-х.н. - Ставрополь: СтГАУ, 2014. - 375 с.

2. Шеуджен А.Х., Леплявченко Л.П., Суетов В.П., Онищенко Л.М., Дроздова В.В., Ерезенко Е.Е., Осипов М.А., Громова Л.И. Изменение плодородия изменение плодородия чернозема выщелоченного западного предкавказья в результате длительного применения минеральных удобрений // Труды Кубанского государственного аграрного университета, 2008, № 12. - С. 68-71.

3. Слюсарев В.Н., Онищенко Л.М., Швец Т.В. Почвенно-экологическая оценка чернозема выщелоченного Западного Предкавказья // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета, 2013, № 89. - С. 960-972.

4. Слюсарев В.Н., Онищенко Л.М., Швец Т.В. Характеристика некоторых аспектов плодородия чернозема выщелоченного Западного Предкавказья // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета, 2013, № 89. - С. 916-932.

5. Цховребов В.С. Изменения почвообразовательного процесса в черноземах Предкавказья в условиях агроцено-зов / Сб. науч. статей по материалам IV Междунар. науч. конф. «Аграрная наука, творчество, рост». - Ставрополь: СтГАУ, 2015. - С. 62-66.