Почвенный поглощающий комплекс дерново-подзолистой легкосуглинистой почвы и урожайность сельскохозяйственных культур

ПОЧВЕННЫЙ ПОГЛОЩАЮЩИЙ КОМПЛЕКС ДЕРНОВОПОДЗОЛИСТОЙ ЛЕГКОСУГЛИНИСТОЙ ПОЧВЫ И УРОЖАЙНОСТЬ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР

А.И. Горбылева, д.с.-х.н., В.Б. Воробьев, к.с.-х.н., М.М. Комаров, к.с.-х.н.

Кафедра почвоведения

Совокупность соединений, проявляющих способность к обменным реакциям, К.К. Гедройц (1935) назвал почвенным поглощающим комплексом (ППК), который характеризуется с физической стороны как совокупность мелкораздробленных почвенных соединений, с химической - как комплекс нерастворимых в воде алюмосили-катных, органических и органо-минеральных соединений и что, в общем, определяет его как высокодисперсную часть, совпадающую с коллоидной частью почвы (0,2-0,001 мкм) и включающей предколлоидную фракцию (0,2-1 мкм). Состояние ППК - один из основных факторов, определяющих уровень плодородия любой почвы, от которого зависят питательный режим почвы, ее химические, физические, биологические и другие свойства. Без их учета не могут быть успешно решены задачи по рациональному использованию удобрений и экологические проблемы в земледелии (Небольсин, Небольсина, 2005; Кедров-Зихман, 1954).

Вопросы, относящиеся к показателям, характеризующим структурное состояние ППК и катионную активность до сих пор дискуссионны. Единичны результаты, характеризующие связь емкости катионного обмена (ЕКО) с коллоидной формой гумуса (Тюмин, 1958). Особую актуальность представляют способы регулирования свойств ППК в связи с различиями в степени окультуренности почв.

Известно, что главным фактором, регулирующим свойства ППК, служит известкование, которое на территории Республики Беларусь проводят с 1965 г. (к настоящему времени выполнено 8 туров). В результате внесено в среднем около 20 т СаСО3 на 1 га интенсивно используемых земель, что резко сократило количество кислых почв на всех сельскохозяйственных угодьях и обеспечило средневзвешенное значение рНКс1 - 5,98. При этом руководствуются такими расчетами, что для достижения оптимальных (6,4-6,7) значений рНКс1 на суглинистых почвах, содержащих <2,0% гумуса, средняя норма известкового материала составляет 4,5 т/га (Кле-банович, Василюк, 2003). Эта доза превышает полную норму извести, рассчитанную по Нг в 2-3 раза, что снижает рентабельность известкования, увеличивает потери карбонатов при вымывании. Несмотря на обилие работ по известкованию, до сих пор не обращают внимания, на тот факт, что эффективность известкования зависит от соотношений между кальцием, магнием и калием в составе ППК. На необходимость такого анализа постоянного указывал О.К. Кедров-Зихман (1954).

В наши исследования входило решение следующих задач: установление изменений емкости катионного обмена (ЕКО) на разногумусных дерново-подзолистых легкосуглинистых почвах; определение содержания и соотношений между катионами Са, и К в составе ППК; установление связи этих показателей с урожайностью на фоне известкования и без него.

Длительные полевые опыты проводили на полях учебных хозяйств Иваново и Тушково (заложены в 1950, 1968 и 1996 гг. и моделированный мелкоделяночный опыт - 1970 г.). Кроме того, в 1988-1990 гг. проведено два вегетационно-полевых опыта.

Почва опытных участков дерново-подзолистая легкосуглинистая на лессовидном суглинке, подстилаемом моренным суглинком с глубины около 1 м. Агрохимические показатели в слое 0-20 см в стационарных опытах для контрольных вариантов: рНКс1 - 5,5-5,7, Нг - 1,001,37, 8 - 11-12, ЕКО - 12,5-15,0 мг-экв/100 г, V - 8090%; содержание подвижных соединений Р2О5 и К2О соответственно 120-180 и 60-91 мг/кг, гумуса - 1,241,42%. В минералогическом составе почвы преобладают вермикулит - слюда - каолинитовая ассоциация тонкодисперсных минералов с примесью хлорита, смектита и нерегулярных смешанно-слойных слюда-

вермикулитовых образований.

В моделированном опыте было создано три уровня гумусированности: 1,5-1,8; 3,5-4,0 и 12,0-14,0%. Первый - относится к почве опытного участка, второй и третий созданы путем снятия верхнего слоя на глубину 25 см и заменой его на почву с более высоким содержанием гумуса. Поэтому агрохимические показатели второго и третьего уровня гумусированности отличались повышенными значениями Нг, суммы обменных оснований и ЕКО. Установлено, что ЕКО для данной почвы - величина динамичная, которая зависит от строения профиля, увеличивается с повышением гумусированности, при применении системы удобрения с участием навоза, почти не зависит от технологии внесения удобрений. При этом ЕКО минеральной части остается величиной постоянной (12,4-15,0 мг-экв/100 г) на фоне 1,5-1,8% гумуса, а все изменения обусловлены изменениями емкости обмена органической части почвы. Связь между ЕКО и содержанием гумуса прямая и сильная (г = +0,94).

Содержание обменных катионов Са, Мg и К выше в пахотной почве, чем в естественном ее аналоге по всему профилю, при этом оно повторяет распределение илистой фракции и возрастает при увеличении в почве гумуса и на фоне навозно-минеральной системы (табл. 1).

Длительное применение разных вариантов системы удобрения в севооборотах обнаруживает тенденцию к изменению величины ЕКО в малогумусной и многогу-мусной почвах на 2,0-3,0 мг-экв/100 г почвы, что подтверждается данными о высокой буферной способности гумуса (табл. 2).

Особенности коллоидного комплекса почвы с низким содержанием гумуса (1,5-1,8%) и невысокой емкостью катионного обмена (10-15 мг-экв/100 г) определили диапазоны значений уровней насыщения ППК кальцием в интервале 28,2-46,3, магнием - 8,1-16,0, калием - 1,64,5% от ЕКО (табл. 3). Статистическая обработка результатов показала, что зависимость урожайности ячме-

1. Емкость катионного обмена (ЕКО) и содержание обменных Са, М^ и К в почве модельно __________________го мелкоделяночного опыта (1989), мг-экв/100 г _________________

Гумус, % Вариант ЕКО Са Mg К

общая минеральной части органической части

1,5-1,8 Контроль 10,87 10,50 0,37 2,86 1,18 0,10

№К 11,08 10,20 0,86 2,03 1,20 0,28

№К+навоз 13,49 11,20 2,29 4,92 1,20 0,36

3,5-4,0 Контроль 27,69 13,00 14,69 11,87 0,97 0,14

№К 27,12 10,60 16,52 11,13 0,97 0,33

№К+навоз 30,91 11,20 19,71 13,15 1,10 0,38

12,0-14,0 Контроль 51,26 11,50 39,76 21,48 3,92 0,13

№К 51,86 9,70 42,16 20,67 3,40 0,30

№К+навоз 47,19 13,40 33,79 17,98 3,20 0,48

НСР005 1,41 0,65 0,42 0,08

ня и озимой ржи от уровней насыщения ЕКО Са и К описывалась прямолинейными функциями, Мg-

степенной, для льносоломки - прямолинейной для Мg и К и степенной - для Са. Как видно из таблицы 3, наиболее высокие урожаи получены при следующих уровнях: Са - 40-50, Мg - 10-15,К - 4-5% для озимой ржи и ячменя, Са - 35-40, Мg - 13-17, К - 4-5% от ЕКО для льна-долгунца, т.е. соотношение К : Мg : Са должно иметь выражение 1 : 2,5-3,0 : 9-10 или К - 14-15, Мg - 12-16, Са - 100-120 мг/100 г почвы.

Обращают внимание данные моделированного опыта, где, несмотря на увеличение ЕКО и содержания Са при возрастании гумусированности, степень насыщенности ППК Са оставалась на уровне 41-43% от ЕКО, а наибольшие уровни насыщения ЕКО Мg и К (10-12 и 1-

2. Буферность почвы в зависимости от гумусного состояния и удобренности

Гумус, % Вариант Буферные площади, см2

кислое плечо щелочное плечо общая

1,5-1,8 Контроль 10,5 6,60 17,1

ЫРК 9,0 10,0 19,0

ЫРК+навоз 12,0 9,20 21,2

3,5-4,0 Контроль 20,7 4,20 24,9

ЫРК 19,3 5,40 24,7

ЫРК+навоз 21,3 5,80 27,1

12,0-14,0 Контроль 17,7 15,0 32,7

ЫРК 15,7 16,0 31,7

ЫРК+навоз 16,5 15,7 32,2

3. Степень насыщенности ППК катионами Са, Ме, К и урожайность

Озимая рожь Ячмень Лен-долгунец

насыщенность, % от ЕКО средний урожай, ц/га насыщенность, % от ЕКО средний урожай, ц/га насыщенность, % от ЕКО средний урожай, ц/га

Са

29,1 43,9 28,2 48,3 28,4 55,5

33,7 46,0 32,9 50,4 34,2 57,0

38,1 48,0 37,4 51,9 36,9 58,1

42,1 53,8 41,8 54,2 42,1 55,9

- - 47,5 56,1 46,3 54,2

Mg

8,1 45,7 8,2 48,6 8,3 55,5

9,8 46,3 9,9 51,9 10,2 55,6

11,9 49,9 11,9 52,0 11,8 57,6

13,8 53,8 13,7 56,1 13,8 57,7

15,1 52,0 16,0 52,2 15,3 58,4

К

1,7 45,7 1,6 50,9 1,7 54,7

2,5 49,3 2,4 52,7 2,5 57,4

3,5 53,1 3,3 57,0 3,2 57,8

- - - - 4,5 59,3

3,5% от ЕКО) находились в малогумусной почве. Данные особенности объясняются различиями в характере десорбции и адсорбции катионов. Отмечено, что с увеличением содержания гумуса резко возрастают размеры десорбции Са, что в итоге обусловливает равную насыщенность Са при 3,5-4,0 и 12-14% гумуса. Десорбция Мg и К также возрастала с увеличением содержания гумуса, но одновременно увеличивалась и их адсорбция

(табл. 4). Данный факт свидетельствует о возможности доведения уровней насыщения ППК катионами до более высоких значений. Такая попытка была осуществлена при проведении двухлетнего вегетационно-полевого опыта, в котором удобрения вносили в соответствии с рекомендациями МаШІа I. (1984) в расчете на насыщение ППК Са до 80%, - до 30,0, К - до 6,0% от ЕКО. В

результате насыщенность ППК кальцием не превышала

4. Адсорбция и десорбция катионов в зависимости от гумусированности и удобренности

почвы, мг-экв/100 г почвы________________________________

Гумус, % Вариант Адсорбция Десорбция

са2+ Mg2+ к+ са2+ Mg2+ к+

1,5-1,8 Контроль 0,61 1,53 1,76 3,00 0,80 2,28

отк 0,61 1,40 1,47 2,53 0,67 2,27

№к+навоз 0,63 1,73 1,52 3,33 0,93 2,36

3,5-4,0 Контроль 0,00 2,93 2,56 9,53 0,93 2,49

отк 0,00 3,06 2,04 9,10 1,00 2,43

№к+навоз 0,00 3,13 2,15 10,9 1,33 2,54

12,0-14,0 Контроль 0,50 3,20 3,56 14,0 2,47 2,60

отк 0,39 3,26 3,17 14,8 2,13 2,77

№к+навоз 0,59 3,26 3,08 12,4 1,93 2,79

53,6%, магнием - 15,4, калием - 5,2% от ЕКО, что и следует считать верхними границами устойчивого предела насыщения этими катионами данных почв.

Сильное влияние на структуру катионного состава оказывает известкование доломитовой мукой почв, относящихся к ГУ группе по степени кислотности (рНкс1 -5,51-6,00). Длительным опытом (1996-2000 гг.) установлено, что известкование пахотных почв дозами доломитовой муки, рассчитанными по 0,25, 0,5 и 1,0 Нг и по рНкс1 (полная доза по Нг 1,65 т/га, а по рНкс1 - 4,5 т/га) в пересчете на СаСО3 обеспечивало достижение оптимальных значений рНкс1 6,10-6,20 на фоне 0,5 дозы и 6,30 при внесении полной дозы. На всех фонах уже в первый год и степень насыщенности основаниями достигла оптимальных значений (~90%), такая тенденция сохранилась до конца ротации пятипольного севооборота. В то же время уже в первый год был отмечен недобор урожая ячменя сорта Визит, который проявился и в последействии.

В итоге выход зерновых единиц в среднем в год был наименьшим при известковании доломитовой мукой (4,5 т/га), внесенной из расчета по рНкС1, согласно рекомендациям действующей инструкции по известкованию для почв Беларуси (табл. 5). Самая высокая продуктивность севооборота получена на делянках вариантов 4 и 5, где были внесены повышенные дозы №К на фоне 0,25 дозы доломитовой муки. Недобор урожая на фоне дозы по рНкс1 по сравнению с этим фоном составлял 4,8-8,22 ц/га в год.

Аналогичными были результаты вегетационного опыта в 2001 г. Снижение урожайности обусловлено нарушением соотношений между К, Са и Мg, которые вышли далеко за пределы оптимальных значений. Не приводя фактических данных, отметим, что нарушения произошли за счет увеличения в содержании обменного Mg, уровень насыщения которым уже в первый год достиг 23-41% от ЕКО на фоне полной дозы СаСО3. В то же

время отмечена стабильность в содержании са, что объясняется различиями в процессах адсорбции и десорбции этих элементов. Считаем, что на таких почвах рекомендуется проводить только поддерживающее известкование дозами, рассчитанными не по рНкс1, а по 0,25-0,5 Нг. Более подробно эти результаты изложены в одной из наших работ (2004).

Новые подходы требуют углубленного изучения коллоидной фракции, проявляющей активность в почвенных процессах и определяющую поглотительную способность твердой фазы, состав и концентрацию почвенного раствора.

Выделение органо-минеральных коллоидов по методу А.Ф. Тюлина (1958) в этом же опыте показало, что при мало изменяющемся содержании частиц I и II групп при известковании минимальное количество менее ценных частиц I группы и максимальное II в трехлетнем цикле было в почве, произвесткованной половинной дозой. При этом доля органо-минеральных частиц II группы составляет 56-68% от суммы, а соотношения между ними были наиболее узкими как на неудобренном, так и на удобренном фоне при внесении доломитовой муки из расчета 0,5 Нг (табл. 6). Частицы II группы, образованные по типу взаимной коагуляции гидроксидов Бе3+ и А13+ и гумусовых веществ и формирующиеся в зоне распространения корней и интенсивного развития ризосферных микроорганизмов, способны аккумулировать в 3,7-4,2 раза больше гумусовых веществ, чем их содержится в почве в целом и в 1,5-1,7 раз больше, чем частиц I группы. Это объясняет прямую зависимость между содержанием частиц II группы и гумусом и обратную - для частиц I группы, формирующихся в меж-корневых пространствах, где нет скопления ризосфер-ных микроорганизмов, и где они покрыты пленками-гелями, образованными по типу электролитной коагуляции катионами са и Mg. Они могут переходить в золи, то есть частицы I группы обратимы, а II - необратимы.

5. Выход зерновых единиц при сочетании удобрений и доломитовой муки в севообороте

Внесено №к за 5 лет Без извести Дозы извести по Нг Доза извести по рНка Прибавка к фону №к + доза извести по рНкс1

0,25 0,5 1,0 доза 0,25 Нг доза 0,5 Нг доза 1,0 Нг

1. Контроль 1,74 2,60 2,47 2,34 1,78 -0,82 -0,68 +0,56

2. ^50Р270к300 3,21 4,07 3,74 3,67 3,54 -0,53 -0,20 -0,13

3. ^415Р270к330 3,98 4,63 4,63 4,13 4,15 -0,48 -0,58 -0,22

4. ^445Р270к510 3,52 5,04 4,79 4,37 4,39 -0,65 -0,40 +0,22

5. ^45р270к540 4,46 5,34 4,88 4,70 4,82 -0,52 -0,66 +0,12

6. Относительное содержание органо-минеральных частиц в связи с применением мине _____________ральных удобрений и различных доз известкования________________

Фон (А) Дозы известкования по Нг (В) Содержание органо-минеральных частиц, % от суммы Сумма 1-й и 2-й групп частиц, % от массы почвы

1- й группы 2-й группы

1998 1999 2000 1998 1999 2000 1998 1999 2000

Без удоб- без известкования 39,95 41,63 43,64 60,05 58,37 56,36 15,54 15,61 15,36

рений 0,25 32,79 37,87 41,88 67,21 62,13 58,13 15,61 15,51 15,84

0,5 32,21 34,25 36,82 67,79 65,75 63,18 15,56 15,20 14,58

1,0 37,70 39,48 41,45 62,30 60,52 58,55 15,76 15,79 15,18

NPK без известкования 39,41 43,26 45,78 60,59 56,74 54,22 16,07 15,45 15,77

0,25 33,09 37,57 43,74 66,92 62,43 56,26 15,42 15,28 15,89

0,5 33,10 35,81 40,16 66,90 64,19 59,84 15,55 15,04 15,29

1,0 38,66 40,75 42,09 61,34 59,25 57,91 15,83 15,34 15,64

НСР05 для А 0,71 0,62 0,76 0,75 0,68 0,76 0,15 0,14 0,10

В 1,02 0,94 1,07 1,02 0,98 1,10 0,21 0,17 0,15

АВ 1,48 1,49 1,52 1,48 1,49 1,52 0,39 0,30 0,21

Из вышеизложенного вытекает, что особенности коллоидного комплекса дерново-подзолистых легкосуглинистых почв обусловливают предельные уровни устойчивого насыщения ППК катионами, оптимальными границами которых являются для Са - 45-50%, Mg -15-17 и для К - 5% от ЕКО.

Известкование почв IV группы по величине кислотности (рНк;а - 5,6-6,0) приводит к установлению оптимальных значений рНк;а 6,3-6,6, но снижает

продуктивность севооборота на фоне высоких доз доломитовой муки, рассчитанных по рНк;а и 1,0 Нг по сравнению с дозами, рассчитанными по 0,25 и 0,5 Нг в среднем на 3 ц/га в год из-за резкого увеличения в структуре ППК доли Mg. Поэтому нужны новые подходы к определению норм извести с учетом структурного катионного состояния ППК и того факта, что в пахотном слое данных почв доля обменной кислотности не превышает 20% от общей.

РАЗРАБОТКА И ВНЕДРЕНИЕ МЕТОДИК ПОЧВЕННОЙ И РАСТИТЕЛЬНОЙ ДИАГНОСТИК В ОПТИМИЗАЦИИ АЗОТНОГО ПИТАНИЯ Н.С. Воробьева

Кафедра хранения и переработки продукции растениеводства

Основной недостаток большинства технологий применения азотных удобрений в том, что рекомендуемые в них дозы по величине постоянны. Они, как правило, не учитывают погодные условия конкретного года вегетации, особенности предшественника, динамику агрохимических показателей отдельного поля, состояние растений и сортовые особенности культуры. Под яровой рапс на среднеобеспеченных почвах рекомендуют вносить 90-100 кг д.в./га азота, на более бедных почвах - 120 кг д.в., причем эту дозу рекомендуют разбивать на два приема: перед посевом (90 кг/га) и остальное в подкормку (Адашкевич и др., 1997). В Республике Беларусь при работе с минеральными удобрениями широкое распространение получил полевой метод, когда дозу азота определяют по результатам полевого опыта с применением поправочных коэффициентов на агрохимические свойства почвы (Золотарев, Ваулина, 1979). Известен и балансовый метод (Михайлов, Книпер, 1971; Юшкевич, Безлюдная, Давыденко, 1979), однако в последнее десятилетие широкое признание получает азот минеральный (N-мин.) метод. Согласно его методике расчет доз азота весной ведется с учетом совместного влияния на формирование урожая растений, как азота удобрений, так и минерального азота, содержащегося в корнеобитаемом слое почвы (Muller, Vielemeyer, 1985; Семененко и др., 1996). В период вегетации культур по-

требность растений в азоте удовлетворяют по результатам растительной диагностики.

М-мин. метод получил широкое распространение при возделывании зерновых культур. Что касается его использования на рапсе и других крестоцветных, то в отечественной и зарубежной литературе таких данных нет. В то же время, в научных источниках нет и информации о роли в формировании урожайности ярового рапса доз азота, внесенных в более поздние периоды вегетации. В литературе, также, мало данных о характере накопления азота в почве, запасах его нитратной и аммиачной форм, динамике изменения этих запасов в зависимости от погодных условий, их взаимосвязи с урожайностью. Для ответа на эти вопросы в 2003-2004 гг. на опытном поле БГСХА проводили научные исследования. Объект изучения - безэруковый низкоглюкозинолатный сорт ярового рапса Явар. Мы оптимизировали азотного питания М-мин. методом на яровом рапсе. Нами изучена динамика накопления минерального азота в почве ярового рапса после озимой пшеницы, взаимосвязь урожайности с запасами его нитратной и аммиачной форм.

На первом этапе исследований проводили предпосевное обследование опытного участка. Его цель - определить количество подвижного и легкодоступного для растений азота почвы в аммиачной