Резервы фосфора в агрочернозёмах Ставропольского края при разной интенсивности их использования в агроландшафте

УДК 631.4

РЕЗЕРВЫ ФОСФОРА В АГРОЧЕРНОЗЁМАХ СТАВРОПОЛЬСКОГО КРАЯ ПРИ РАЗНОЙ ИНТЕНСИВНОСТИ ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В АГРОЛАНДШАФТЕ

Е.И. ГОДУНОВА, доктор сельскохозяйственных наук, зам. директора

Ставропольский НИИСХ Россельхозакадемии

Н.П. ЧИЖИКОВА, доктор сельскохозяйственных наук, зав. лабораторией

Почвенный институт им. В.В. Докучаева Россель-хозакадмии

С.Н. ШКАБАРДА, аспирант Ставропольский НИИСХ Россельхозакадемии E-mail: sniish@mail.ru

Резюме. Проведена дифференцированная оценка природных запасов фосфора на основе анализа его содержания в гранулометрических фракциях разной размерности агрочерноземов склоновых агроландшафтов Ставропольской возвышенности на примере полигона «Агроландшафт». Изучены изменения резервов Р2О5 в зависимости от систематического применения различных доз полного минерального удобрения. На полигоне «Агроландшафт» наибольшим общим резервом фосфора характеризуются почвы нижней части склона - 168,0 мг/100 г, самым низким (59,0 мг/100 г) - агрочерноземы верхней части склона. В среднем около половины общего запаса Р2О5 (52,0 %) находится в потенциальном резерве, немного меньше (46,8 %) - в ближнем и минимальная доля (1,2 %) приходится на непосредственный резерв. Под влиянием удобрений фосфатный режим почв улучшается благодаря накоплению лабильных форм элемента в непосредственном и ближнем резервах, снижению связывания фосфора глино-органическими составляющими в труднодоступные соединения. Однако для предотвращения разрушения минеральной основы почв и сокращения резервов фосфора в пахотном слое в результате использования высоких доз минеральных туков, особенно азотсодержащих, следует совершенствовать систему применения удобрений.

Ключевые слова: агроландшафт, агрочерноземы, фосфор, резерв общий, непосредственный, ближний, потенциальный, минералы, удобрения.

О роли минералогического состава почв в их плодородии написано много фундаментальных работ, начиная с трудов В.В. Докучаева. Многочисленные исследования свидетельствуют о прямой связи между минералами и степенью обеспеченности почв элементами питания [1...3]. При этом важную роль играют их кристаллохимические показатели и степень раздробленности.

Начало дифференцированного ранжирования общего количества элементов питания растений по категориям резервов на основе анализа их содержания в гранулометрических фракциях разной размерности было положено работами Н.И. Горбунова [4, 5]. На основании собственных экспериментальных материалов и с использованием накопленного опыта [1.3] он в 70-80 гг. XX века предложил разделить валовые количества элементов минерального питания (общий резерв) на непосредственный, ближний и потенциальный резервы. Элементы, которые определяются при помощи агрохимических (солевых) вытяжек, относятся к непосредственному резерву, так как они доступны растениям. Элементы, содержащиеся в илистой фракции, образуют ближний резерв. К дальнему

Достижения науки и техники АПК, №7-2012 —

или потенциальному запасу отнесены элементы во фракции крупнее ила (> 1.2 мкм).

Эта схема, широко используемая в практике [6.8], в дальнейшем была детализирована с помощью экспериментальных данных об устойчивости минералов к выветриванию [9]. Однако до сих пор сведений о распределении валового содержания элементов питания по резервам и изменении соотношения их категорий в зависимости от степени антропогенного воздействия в агроландшафтах юга России недостаточно.

В почве фосфор входит в состав самых разнообразных органических и минеральных соединений. Содержание его органических форм в различных типах почвы колеблется в широких пределах - от нескольких процентов до 80 % от валового количества [11]. В черноземах в верхнем гумусовом горизонте на долю органофосфатов в среднем приходится около 50 %, иногда до 60.70 % от общего содержания Р2О5 [12, 13]. Из минералов - источников фосфора - наиболее распространен апатит Са5(РО4)3^е, С1, ОН). Кроме того, высоким содержанием Р2О5 характеризуются монацит (Ое, La, У, Т1п) (РО4), ксеноцит У(РО4), вивианит Fe3(РО4)2х 8Н2О - продукты выветривании гидротермальных и пегматитовых месторождений. Хемогенные минералы фосфора представлены в основном фосфатами, среди которых преобладают соли кальция [14].

Поведение фосфора в почве во многом определяется процессами сорбции - десорбции, осаждения - растворения, которые зависят от дисперсности почвенного материала и кристаллохимии основных минеральных фаз, их устойчивости при изменении условий окружающей среды [15]. На сорбционные свойства почвы по отношению к фосфатам наибольшее влияние оказывают содержание соединений железа и алюминия, органического вещества и кислотноосновные характеристики [16].

По Н.И. Горбунову [4, 5] к непосредственному резерву фосфора относятся одно- и двухзамещенные фосфаты кальция и магния, а также фосфаты, поглощенные глинистыми минералами. Ближний резерв образуют трифосфаты (кальция, магния, железа и алюминия) и часть фосфора органических соединений. В потенциальный резерв входят элементы, связанные в крупных фракциях - фосфаты апатита, а также фосфор органических соединений.

Цель наших исследований - определить природные резервы фосфора в пахотном слое почв разных подурочищ ландшафта и изучить влияние систематического применения различных доз полного минерального удобрения на изменение категорий резервов этого элемента питания.

Условия, материалы и методы. Работа выполнена в зоне неустойчивого увлажнения Ставропольского края в условиях Ташлянского ландшафта байрачных лесостепей на полигоне «Агроландшафт» Ставропольского НИИСХ, созданном в 1996 г. с целью разработки системы рационального землепользования

------------------------------------------- 15

на адаптивно-ландшафтной основе. Состояние почвы изучали в пределах одной почвенно-геохимической катены на трёх сопряженных элементарных ландшафтах (ландшафтных таксонах ранга подурочищ): автономном (элювиальном на окраине плакора - А1) и подчиненных - трансэлювиальном (в верхней части юговосточного склона - А2) и элювиально-аккумулятивном (в нижней части этого склона - А3).

Почвенный покров полигона представлен агрочерноземами миграционно-мицелярными разной мощности с низким содержанием гумуса. Разнообразие почвообразующих и подстилающих пород, местоположение на рельефе, условия увлажнения, развитие эрозионных процессов до создания противоэрозион-ного каркаса обусловили существенные различия в свойствах изучаемых почв, способствовали их дифференциации по уровню плодородия в пределах катены. На окраине плакора на элювии известняка образовались самые бедные почвы полигона - агрочернозёмы миграционно-мицелярные высококарбонатные маломощные и среднемощные слабогумусированные среднесуглинистые слабощебенчатые. К верхней части склона приурочены агрочерноземы миграционно-мицелярные среднекарбонатные среднемощные слабогумусированные среднесуглинистые на элювиально-делювиальных суглинистых отложениях, подстилаемых с глубины 1,3 м сарматскими песками. В нижней части склона сформировались наиболее плодородные почвы полигона - агрочерноземы миграционно-мицелярные высококарбонатные мощные и среднемощные слабогумусированные тяжелосуглинистые на элювиальноделювиальных суглинках.

Исследования выполняли в полевом восьмипольном севообороте при разном уровне систематического применения полного минерального удобрения: контроль (без удобрений); ^0Р60К60; ^20Р120К120. Удобрения (нитроаммофоска 16:16:16) вносили ежегодно в течение семи лет с осени 1999 г. по осень 2005 г., то есть суммарно по вариантам опыта внесено ^20Р420К420 и ^40Р840К840. В севообороте возделывали следующие культуры: рапс - озимая пшеница - горох - озимая пшеница - подсолнечник - яровой ячмень - соя -озимая пшеница.

Сепарирование образцов по фракциям < 1 мкм,

1.5, 5.10 мкм, а также расчет запасов (резервов) фосфора выполняли по Н.И. Горбунову [4, 10]. Валовой фосфор в образцах почвы и выделенных из них фракциях определяли на рентгенфлюоресцентной установке VRA-30, подвижный фосфор - по Мачигину (ГОСТ 26205-91).

Результаты и обсуждение. На полигоне «Агроландшафт» в неудобренных вариантах наибольшим общим резервом Р2О5 характеризуются почвы нижней части склона (168,0 мг/100 г), а самым низким (59,0 мг/100 г) -агрочерноземы верхней части склона. Промежуточное положение по величине этого показателя (94,0 мг/100 г) занимают почвы окраины плакора.

Достоверная разница в содержании Р2О5 в общем резерве в поверхностном слое почвы на разных поду-

рочищах ландшафта ^ = 25,1 при Fта6 = 6,9.18,0)

обусловлена неодинаковым количеством илистой фракции, в которой согласно [15, 17] сосредоточена его основная масса.

В наших исследованиях содержание общего фосфора в поверхностном (0.10 см) слое агрочерноземов также находилась в прямой зависимости от количества илистой фракции (см. табл.).

Количество валового Р2О5 во фракции ила закономерно повышается вниз по катене с утяжелением гранулометрического состава. Аналогичным образом изменяется и пространственное распределение этого элемента в ближнем резерве, которое во многом зависит от содержания органического вещества и ила.

Доля фосфора в ближнем резерве в слое 0.10 см в контрольных вариантах ландшафтных таксонов колеблется от 31,2 до 63,7 % от общего, в потенциальном и непосредственном - соответственно 34,4.68,7 % и 0,8.1,9 %. В среднем около половины общего запаса Р2О5(52,0 %) находится в потенциальном резерве, немного меньше (46,8 %) - в ближнем, и минимальная доля (1,2 %) приходится на непосредственный резерв.

По сравнению с калием, фосфора в ближнем резерве несколько больше, что подтверждает влияние тонкодисперсного вещества, а в нем глинистых минералов на фосфатный режим почвы. Так, в агросерой почве Владимирского ополья, характеризующейся меньшим количеством ила (16,5 %) в слое 0.10 см, по сравнению с изучаемыми черноземами, ближний резерв Р2О5 ниже и составляет 23,8 % от общего [8].

Установлено [15], что длительное применение удобрений приводит к значительному снижению сорбции фосфора. В неудобряемой почве Р2О5 в основном связывается в труднодоступные формы глино-органическими соединениями, в удобряемой -накапливается в виде минеральных фосфатов. По мнению [18], с ростом окультуренности почв снижается их фосфат-сорбирующая способность, повышается количество лабильного фосфора, уменьшается фосфатный потенциал.

Рентгенграфические исследования показали, что в результате разрушающего действия анионов фосфора удобрений (суперфосфата) на находящиеся с ним в контакте глинистые минералы происходит деструктирование слоистых силикатов (носителей сорбирующей способности почв) и образование более мобильных металлоорганических соединений фосфора [17].

Наши результаты подтверждают перечисленные тезисы о действии минеральных удобрений на категории резервов фосфора. В почвах всех поду— Достижения науки и техники АПК, №7-2012

Таблица. Дифференцированная оценка запасов фосфора в почвах поли-

гона «Агроландшафт», 0...10 см

Таксон Вариант Содержание, % Резервы фосфора, мг/100 г

ила фоы Ьора

в почве в иле потенци- альный ближ- ний непосред- ственный общий

Окраина контроль 21,7 0,094 0,135 63,8 29,3 0,9 94,0

плакора ^оРбоКзо 17,4 0,047 0,207 9,2 36,0 1,8 47,0

(А1) N Р К 20,7 0,076 0,265 17,7 54,9 3,4 76,0

Верхняя Контроль 18,1 0,059 0,208 20,3 37,6 1,1 59,0

часть 22,8 0,063 0,187 18,3 42,6 2,1 63,0

склона (А,) N р Х„п 22,8 0,087 0,186 41,6 42,2 3,0 87,0

Нижняя Контроль 31,8 0,168 0,241 90,1 76,6 1,3 168,0

часть N Р К 28,0 0,168 0,469 34,2 131,3 2,5 168,0

склона (А,) ' 3 ,ч120 120 120 30,6 0,185 0,332 79,9 101,6 3,5 185,0

рочищ полигона «Агроландшафт» систематическое применение различных доз полного минерального удобрения в течение 1999-2005 гг. привело к повышению доли фосфора в непосредственном и ближнем резервах и снижению в потенциальном. В верхней части склона в варианте с двойной дозой отмечено увеличение Р2О5 во всех резервах. Самое большое влияние минеральные удобрения оказали на содержание фосфора в непосредственном резерве, которое возросло в 1,8-2,0 раза при оптимальной и в 2,7-3,8 раз при двойной дозах ^ = 85,0 при Fта6

= 6,9...18,0). В этом резерве изменение количества фосфора находится в прямой зависимости от доз удобрений.

Различные дозы удобрительных средств мало повлияли на изменение других категорий фосфора, что, по-видимому, обусловлено временным фактором -недостаточно продолжительным периодом внесения агрохимикатов. Сведения,полученные в длительном стационарном опыте на черноземе обыкновенном

Ставропольской возвышенности, показывают, что при систематическом внесении фосфорных удобрений (в течение 21 года) увеличились все категории резервов этого элемента: общий в 1,7-2,7 раза, потенциальный - в 1,3-2,6, ближний - в 3,2-4,2 и непосредственный - в 1,5-3,0 раза. Применение только азотных туков привело к значительному сокращению всех категорий резервов Р2О5 в почве [19].

Выводы. Таким образом, систематическое внесение полного минерального удобрения улучшает фосфатный режим почв: приводит к накоплению лабильных фосфатов в непосредственном и ближнем резервах, снижает связывание фосфора глиноорганическими составляющими в труднодоступные соединения. Однако для предотвращения разрушения минеральной основы почвы и сокращения резервов изучаемого элемента в пахотном слое от использования высоких доз удобрительных средств, особенно азотсодержащих, следует совершенствовать систему их применения.

Литература.

1. Горбунов Н.И. Значение минералов для плодородия почв // Почвоведение. -1959. - № 7. - С. 1-13.

2. Петербургский А.В. Усвоение растениями калия и других обменно-поглощенных почвой катионов в свете учения К.К. Ге-дройца //Почвоведение. - 1973. - № 6. - С. 50-59.

3. Прянишников Д.Н. Агрохимия: Избр. соч. - М.: Сельхозиздат, 1952. - Т. 1. - 692с.

4. Горбунов Н.И. Минералы и физическая химия почв. - М.: Наука, 1978. - 296 с.

5. Горбунов Н.И. Минералы как источники общих, непосредственных, ближних и потенциальных резервов зольных элементов //Агрохимия. - 1969. - № 9. - С. 67-73.

6. Гусев П.Г., Половицкий И.Н. Резервы калия и фосфора в почвах степного и предгорного Крыма // Тез. докл. VII съезда ВОП/ Ташкент, 1985. - Т. 1. - С. 117.

7. Пестряков В.И. Окультуривание почв северо-запада. - Ленинград: Колос, 1977. - 343 с.

8. Плакхина Д.М. Минералогический состав песчаных почв юга лесной зоны Европейской части СССР: дис. ... канд-та с.-х. наук: 06.01.03: защищена : утв. /Плакхина Дина Моисеевна. - Москва, 1987. - 294 с.

9. Гоадусов Б.П., Чижикова Н.П., Плакхина Д.М. Блок петрографо-минералогических показателей почвенного плодородия// Расширенное воспроизводство плодородия почв в интенсивном земледелии: научн. тр. Почвенного ин-та им. Докучаева. -М., 1988. - С. 117-124.

10. Горбунов Н.И. Методика подготовки почв к минералогическим анализам//Методы минералогического и микромор-фологического изучения почв. - М.: Наука, 1971. - С. 5-15.

11. Хейфец Д.М. Запасы фосфора в различных почвах Советского Союза // Сб. научн. тр.: Почв. ин-т им. В.В. Докучаева. -1950. - Т. 33. - С.5-12.

12. Агеев В.В., Подколзин А.И. Агрохимия (Южно-Русский аспект): учебник для вузов. Т. 1/под ред. В.В. Агеева. - Ставрополь: СГАУ, 2005. - 488 с.

13. Кузелев М.М. Трансформация соединений органического углерода и фосфора в обыкновенных черноземах Каменной Степи под влиянием антропогенеза: автореф. дис. ..канд. биол. наук. - Москва, 2008. - 17с.

14. Карпова Д.В. Оценка агроэкологического состояния серых лесных почв Владимирского ополья: автореф. дис.... д-ра с.-х. наук. - Москва, 2009. - 54 с.

15. Травникова Л.С., Петрова Л.В. Роль продуктов органо-минерального взаимодействия в формировании фосфатного режима дерново-подзолистой почвы //Физико-химия почв и их плодородие: сб. научн. тр. - М., 1988. - С.39-47.

16. Norrish K., RosserА. Mineral phosphate // Soil An Australian vie point. - 1983. - P. 335-361.

17. Чижикова Н.П., Годунова Е.И., Кубашев С.К. Изменение глинистых минералов в черноземах слитых глинистых под влиянием веществ различной природы в условиях модельного эксперимента // Почвоведение. - 2008. - № 10. - С. 1268-1278.

18. Князева Н.В., Калишина Л.Н. Применение изотерм сорбции для оценки калийного и фосфатного состояния почв// Физико-химия почв и их плодородие: сб. научн. тр. - М., 1988. - С.26-33.

19. Шаповалова Н.Н., Шустикова Е.П., Чижикова Н.П. Влияние длительного систематического применения минеральных удобрений на экологическое состояние чернозема обыкновенного // Теоретические и прикладные проблемы использования, сохранения и восстановления биологического разнообразия травяных экосистем: мат. Междунар. научн. конф. /Михайловск, 16-17 июня 2010)/ ГНУ СНИИСХ РАСН. - Михайловск, 2010. - С. 424-426.

RESERVES OF PHOSPHORUS iN AGROCHERNOZEMS OF STAVROPOL KRAI UNDER A DIFFERENT INTENSITY OF THEIR USE IN AGRARIAN LANDSCAPE E.I. Godunova, N.P. Chizhikova, S.N. Shkabarda

Summary. The differentiated assessment of natural stocks of phosphorus on the basis of the analysis of its contents in granulometric fractions of different dimension of agrochernozems of sklonovy agrolandscapes of the Stavropol height on an example of the range «Agrolandshaft» is carried out. Changes of reserves P205 depending on systematic application of various doses of full mineral fertilizer are studied.

On the range «Agrolandshaft» the greatest general reserve of phosphorus characterizes soils of the lower part of a slope - 168,0 mg/100 of g, minimum (59,0 mg/100 of g) - agrochernozems of the top part of a slope. On the average about a half of the general stock P205 (52,0 %) is in a potential reserve, it is a little less (46,8 %) - in near, and the minimum specific share (1,2 %) is the share of a direct reserve. Improvement of phosphate regime of soils from the action of fertilizers at the expense of accumulation of labile phosphorus in direct and middle reserves, reduction bind phosphorus clay extracting organic components in hard-to-reach connections. However for prevention of destruction of a mineral basis of soils and reduction of reserves of phosphorus in an arable layer from use of high doses mineral of fertilizers, especially azotsoderzhashchy, it is necessary to improve system of application of fertilizers.

Key words: agrarian landscape; agrochernozems; phosphorus; totel, immediate, near and potential reserves; minerals; fertilizers.

Достижения науки и техники АПК, №7-2012

17