Оценка влияния сидератов на агрохимические показатели почвы

РАБОТЫ МОЛОДЫХ ученых

УДК 631.874.2

ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ СИДЕРАТОВ НА АГРОХИМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ПОЧВЫ

В.В. Харитонов, аспирант, С.С. Шахов, аспирант (научный руководитель - В.И. Титова, д.с.-х.н.) Нижегородская государственная сельскохозяйственная академия, e-mail: windenshaft@gmail.com

Представлены результаты полевого (на дерново-подзолистой почве) и микрополевого (на светло-серой лесной почве) опытов по влиянию сидератов (редьки масличной и горчицы белой) на агрохимические свойства почв в условиях Нижегородской области. В рамках исследования изучалась возможность посева сидеральных культур дважды в течение вегетационного периода с последующей заделкой зеленой массы. Учет урожайности показал, что в среднем наземная масса горчицы первого срока посева составила 1,65 кг/м2, а второго срока - 2,60 кг/м2. Таким образом, можно констатировать, что для улучшения фитосанитарного состояния почв и обогащения их органическим веществом в условиях Левобережья Нижегородской области потенциально возможно получение двух полноценных урожаев зеленой массы горчицы.

Исследование почвы на основные физико-химические и агрохимические показатели выявило, что при внесении зеленого удобрения отмечено некоторое увеличение степени насыщенности почв основаниями (с 82,7 до 85,7% в среднем по вариантам с заделкой сидерата), а также повышение содержания аммонийного азота (6,9 мг/кг против 3,5 мг/кг на фоне) и подвижных соединений калия (в среднем 424 мг/кг на вариантах с сидерацией при 342 мг/кг на фоновом участке). Содержание в почве органического вещества при заделке зеленой массы повысилось, причем рост его был прямо пропорционален количеству массы растений, поступившей в почву: минимальное содержание органического углерода отмечено при внесении горчицы первого срока посева (1,79%), а максимальное — при двукратном возделывании и внесении в почву зеленой массы редьки (2,24%).

Ключевые слова: сидераты, почва, плодородие, гумус, фосфор, калий, азот.

ASSESSMENT OF GREEN MANURE INFLUENCE ON AGROCHEMICAL INDICATORS OF SOIL

PhD. student V.V. Kharitonov, PhD. student S.S. Shakhov

Nizhniy Novgorod State Agricultural Academy, e-mail: windenshaft@gmail.com

The results of the field (on the sod-podzolic soil) and microfield (on a light gray forest soil) trials of influence of green manure crops(oil radish and white mustard) on agrochemical properties of soils in the conditions of the Nizhny Novgorod region are presented. The study investigated the possibility of planting green manure crops twice during the vegetative period with subsequent incorporation of green mass. Accounting yields showed that the average above-ground mustard weight of first planting was 1.65 kg/m2, and the second one - 2.60 kg/m2. Thus, we can conclude that to improve the phytosanitary state of soils and enrich them with organic matter on the Levoberezhny part of the Nizhny Novgorod region it is potentially possible to obtain two full yields of mustard green mass.

Soil research of basic physicochemical and agrochemical indicators showed that the introduction of green manure lead to a slight increase in the degree of base soil saturation (from 82.7 to 85.7% on average in the variants with green manure), and elevated levels of ammonium form of nitrogen (6.9 mg/kg instead 3.5 mg/kg on the background) and labile potassium compounds (average 424 mg/kg on variants with green manuring and 342 mg/kg on the background). The content of soil organic matter after introduction of green matter exceeds, and its growth was directly proportional to the amount of plant mass, brought into the soil: a minimum organic carbon content noted in the introduction of first mustard yield (1.79%), while the maximum - at double cultivation and green manuring of oil radish weight (2.24%).

Keywords: green manure, soil, fertility, humus, phosphorus, potassium, nitrogen.

В современных условиях задачи сохранения плодородия почвы, а вместе с ним и увеличения продуктивности и устойчивости агрофитоценозов, должны решаться комплексно, в рамках адаптивно-ландшафтных систем земледелия, которые, наряду с воспроизводством плодородия и защитой почв от эрозии и дефляции, обеспечивают сохранение аг-роландшафтов и экологическую чистоту среды обитания человека. Преобладание выноса питательных элементов над их возвратом, доминирование минерализации над гумификацией - основные причины снижения плодородия и увеличения темпов регрессии агроэкосистем. Использование сиде-ратов и нетоварных частей урожая зерновых культур для получения удобрений позволяет компенсировать часть традиционных органических удобрений и в сочетании с интенсивной и ассоциативной азотфиксацией способствует уменьшению диапазона разомкнутости круговорота веществ и энергии в агроценозах [1-3]. Из культур, возделываемых на зеленое удобрение, особый интерес представляют растения семейства Капустные (Brassicaceae) как наиболее адаптированные для возделывания в различных почвенно-климатических зонах нашей страны. Они достаточно холодостойки, характеризуются коротким вегетационным периодом, способны интенсивно наращивать зеленую массу, богатую протеином, отличаются сравнительно низкими затратами на возделывание, высоким коэффициентом размножения семян и адаптивностью [4-7]. Из крестоцветных культур наибольшее распространение для использования в качестве сиде-ратов получили горчица белая, озимый и яровой рапс, редька масличная и др. [8].

По данным В.В. Ивенина и А.В. Ивенина [8], агроклиматические условия Нижегородской области позволяют обеспечить стабильную продуктивность культур на зеленое удобрение как в сидеральных парах, так и при подсевных сидератах, хотя в отдельные годы возможна гибель подпосевных культур. Исходя из этого, сидеральные пары можно применять во всех районах области, а промежуточные пожнивные сидераты следует практиковать в отдельные годы при завершении уборки в ранние сроки и при достаточном содержании влаги в пахотном слое почвы.

Цель работы - анализ и оценка влияния зеленых удобрений на агрохимические и физико-химические свойства почв в условиях Нижегородской области.

Объекты и методы исследования. Исследования проведены в полевых условиях хозяйства Городецкого района (дерново-подзолистые почвы) в 2015 г. и на вегетационной площадке кафедры агрохимии и агроэкологии Нижегородской ГСХА (микрополевой опыт, светло-серые лесные почвы) в 2014-2015 гг.

Анализ почвенных образцов на агрохимические и физико-химические показатели выполнен в соответствии с принятыми в современной лабораторной практике руководствами в лабораториях кафедры агрохимии и агроэкологии Нижегородской ГСХА. Образцы почв анализировали по следующим показателям: обменная кислотность (pHKCl) в 1 Н. растворе KCl потенциометрическим методом на ионо-метре ЭВ-74. Содержание гумуса в почве определяли по методу Тюрина; подвижные соединения фосфора и калия - по методу Кирсанова в модификации ЦИНАО с определением фосфора на ФЭК-56М, калия на пламенном фотометре FLAPHO-4, содержание аммонийного азота (колориметрия с реактивом Несслера), содержание нитратного азота (по Грандваль-Ляжу).

Математическая обработка результатов исследований проведена методом вариационной статистики с использованием программного обеспечения Microsoft Office Excel 2007.

Микрополевой опыт заложен в 4-кратной по-вторности на вегетационной площадке кафедры агрохимии и агроэкологии, общая площадь опыта -12,56 м2, площадь делянки - 1,57 м2. Почва - светло-серая лесная легкосуглинистая, на момент закладки опыта характеризовалась следующими показателями: содержание гумуса 1,3%, pHKCl 5,1, гидролитическая кислотность 2,2 мг-экв/100 г почвы, сумма поглощенных оснований 11,4 мг-экв/100 г почвы, содержание подвижных соединений фосфора и калия 79 и 126 мг/кг соответственно.

Первый посев сидератов на всех участках проведен в мае. 15 июля в фазе цветения растений зеленая масса была скошена и после учета урожая измельчена и возвращена в почву в качестве зеленого удобрения. 10 августа сидерат был заделан в почву (почва была перекопана). Участки опытов были разделены пополам, и 11 августа половина каждого участка (6,28 м2) была вновь засеяна соответствующими культурами. 21 сентября провели учет урожайности зеленой массы растений (горчица белая в фазе начала цветения, редька масличная - в фазе начала бутонизации), после чего ее измельчили и заделали в почву.

История полевого участка, используемого под посев сидерата, следующая: 2013 г. - клевер 2 г.п.; 2014 г. - рапс на зерно; 2015 г. - горчица на сиде-рат (2 срока посева). Удобрения были внесены под рапс в 2014 г. - 300 кг нитрофоски (N 13%, Р2О5 19%, К2О 19%). Первый посев горчицы на сидерат (желтогибридная) проведен 2-3 мая, заделка - 15 июня; второй посев - 29-30 июня, заделка - 25 августа. Для заделки сидерата использовали агрегат дисковый почвообрабатывающий АД-600 «Рубин», которым в хозяйстве заделывали горчицу на глубину 10 см. При возделывании горчицы на сидерат ее запашку в производственных условиях проводили в

2 срока: первый - в начале фазы цветения, второй -в конце фазы цветения.

Образцы почвы (дерново-подзолистая легкосуглинистая) для анализов были отобраны через месяц после запашки горчицы второго срока посева по ГОСТ 28168-89 «Почвы. Отбор проб». С площади поля 60 га было взято 3 объединенных пробы почвы. Кроме того для сравнения был отобран 1 образец (фоновый) с невозделываемого участка поля.

Результаты. Учет урожайности (метод пробных делянок) показал, что в среднем наземная масса горчицы первого срока посева составила 1,65 кг/м2, а второго срока - 2,60 кг/м2. Таким образом, можно констатировать, что для повышения фитосанитарно-го состояния почв и обогащения их органическим веществом в условиях лесного Заволжья Нижегородской области вполне возможно получение двух полноценных урожаев зеленой массы горчицы.

Учет агрохимической характеристики почвы после запашки зеленого удобрения второго срока посева показал, что сидерация изменила часть показателей исследуемой почвы, как в отдельных случаях понизив их, так и, напротив, поспособствовав улучшению некоторых параметров (табл. 1).

Анализы показывают, что поле в целом характеризуется хорошими физико-химическими показателями, а именно: нехарактерной для данного подтипа почв кислотностью - участку присуща нейтральная реакция и очень высокой степенью насыщенности основаниями - 82-89%. Таким образом, по физико-химическим свойствам почва подходит для выращивания практически всех культур. По сравнению с фоновым участком (участок, незасеянный горчицей), почва после запашки горчицы отличается более высокой емкостью катионного обмена (на 0,92 мг-экв/100 г) и степенью насыщенности основаниями (на 3,0%).

Следует отметить явную неоднородность почвенного покрова, размах колебаний по данным показателям составляет 2-23% (табл. 2). Слабой изменчивостью характеризуется кислотность почвы (показатель рНКа и гидролитическая кислотность). В то же время такой показатель, как сумма поглощенных оснований, отличающийся в целом более высокой стабильностью, чем обменная кислотность, имеет коэффициент вариации 23% (умеренная изменчивость).

Пестрота почвенного покрова в отношении питательного режима существенно различается по отдельным показателям (табл. 2).

Степень обеспеченности почвы подвижными формами фосфора и калия - очень высокая на фоне низкого содержания гумуса и минерального (аммонийного) азота (табл. 3).

Среднее содержание гумуса и фосфора в почве после запашки горчицы несколько ниже, чем в почве фонового варианта, что обусловлено данными, полученными при анализе образца третьего элементарного участка. В то же время обеспеченность подвижным калием и аммонийным азотом, напротив, на фоновом участке значительно ниже.

Наиболее стабильно содержание подвижного калия, изменчивость в отношении которого несущественно, составляя всего 4%. Наиболее выражена пространственная неоднородность участка по содержанию подвижных соединений фосфора, вариабельность сильная - 46%. Умеренная изменчи-

1. Физико-химические показатели дерново-подзолистой почвы после запашки горчицы (через месяц после заделки горчицы второго

Образец pHкcl Нг S ЕКО V, %

мг-экв/100 г

1 6,4 1,50 9,6 11,10 86,5

2 6,3 1,37 10,8 12,17 88,7

3 6,1 1,50 6,8 8,30 81,9

В среднем 6,3 1,46 9,1 11,20 85,7

4 (фон) 6,6 1,78 8,5 10,28 82,7

3. Содержание питательных элементов в почве после запашки горчицы

Образец Гумус, % P2O5 К2О ]-]]Н4

мг/кг

1 1,6 460 451 7,9

2 2,0 337 451 7,6

3 1,3 167 424 5,1

В среднем 1,6 321 424 6,9

4 (фон) 2,0 380 342 3,5

4. Учет урожайности зеленой массы _опытных культур, кг/м2_

Культура Повто ность В среднем

1 2 3 4

Первый срок посева

Редька масличная 2,06 2,15 2,04 2,06 2,08

Горчица белая 0,84 1,14 0,97 0,90 0,96

Второй срок посева

Редька масличная 2,10 2,04 2,10 1,34 1,90

Горчица белая 2,23 2,55 2,29 2,61 2,42

2. Пространственная неоднородность содержания питательных элементов и физико-химических показателей почвы

Показатель рНкс1 Нг S Гумус Р205 К2О ]-]]Н4

Ыш 6,1-6,4 1,37-1,50 6,8-10,8 1,3-2,0 167-460 324-451 5,1-7,9

М ± т 6,3 ± 0,1 1,46 ± 0,05 9,1 ± 1,5 1,6 ± 0,2 321±104 424 ± 11 6,9 ± 1,1

V, % 2 5 23 22 46 4 22

вость наблюдается в отношении содержания в почве органического вещества (гумус) и аммонийного азота - 22%. Таким образом, при запашке горчицы отмечено некоторое увеличение емкости поглощения за счет увеличения суммы поглощенных оснований, а также аммонийного азота и подвижных соединений калия.

Урожайность зеленой массы редьки масличной в среднем по опыту составила 2,08 кг/м2 (при площади делянки 3,14 м2), что выше урожайности белой горчицы в 2,2 раза, или на 11,2 т/га (табл. 1). Следует отметить, что урожайность культур была весьма невелика даже по сравнению с данными, полученными в производственных условиях. Учет урожайности сидеральных культур второго срока посева показал, что при поздних сроках сева более активно развивалась горчица белая, которая обеспечила урожайность зеленой массы 2,42 кг/м2 (площадь делянки 1,57 м2), что выше урожайности редьки масличной в 1,3 раза, и на 5,2 т/га.

При оценке общей зеленой массы сидератов, заделываемых в почву, следует учитывать, что повторный посев культур проводили не на всей площади участка, а только на половине. Соответственно для варианта 2 средняя урожайность зеленой массы горчицы белой и редьки масличной первого укоса нужно рассчитывать, исходя из результатов учета четвертой и третьей повторности, а для варианта 1 - первой и второй повторности (табл. 5).

Таким образом, количество горчицы белой, внесенной в варианте 2 (два срока посева и заделывания в почву культуры), в 3,5 раза выше, чем в варианте 1 (однократный посев культуры); для редьки масличной разница между вариантами составила 1,9 раза. Преимущество редьки над горчицей по варианту 2 менее выражено, чем по варианту 1, различия соответственно составили 1,2 и 2,2 раза.

Условия роста и развития культур не в последнюю очередь определяются физико-химическими показателями почв, причем зеленые удобрения ока-

зывают на них положительное влияние [9, 10].

Оценивая изменение кислотности почвы (табл. 6), отмечаем следующее: по значению показателя pHKCl (обменная кислотность) почву можно охарактеризовать как слабокислую. Двойная доза сидера-та способствовала некоторому снижению кислотности (на 0,1 ед. рН в почве под горчицей и на 0,05 - под редькой), почва под редькой была несколько кислее, чем под горчицей. Схожие изменения наблюдаются и в отношении гидролитической кислотности, которая изменялась от 1,4 до 1,74 мг-экв/100 г почвы.

В то же время, редька масличная оказала несколько больший положительный эффект, чем горчица, на величину суммы поглощенных оснований: после «запашки» одной дозы удобрения (зеленая масса первого срока посева) разница составила 0,7 мг-экв/100 г, а двойной дозы (заделка зеленой массы двух укосов) - 1,2 мг-экв/100 г. Таким образом, горчица оказала более значимо влияла на изменение кислотности почвы, а редька - на сумму поглощенных оснований, вследствие чего насыщенность почвы основаниями под обеими культурами была равноценной и весьма высокой, возрастая по мере увеличения поступления в почву растительной массы.

Содержание в почве органического вещества при внесении зеленой массы повышалось, причем рост его соответствовал количеству массы растений, поступившей в почву: минимальное содержание органического углерода отмечено при «запашке» горчицы первого срока посева (1,79%), что на 0,05% меньше, чем при заделке редьки масличной, а максимальное - при двукратном возделывании и внесении в почву зеленой массы редьки (2,24%).

Оценивая содержание в почве питательных элементов в доступной форме (табл. 7), можно констатировать следующее. Содержание подвижных соединений фосфора в почве после летней «запашки» зеленой массы (первый срок посева) было большим

5. Учет общего поступления зеленой массы в почву по вариантам опыта, кг/м

Вариант Горчица белая Редька масличная

1-й укос 2-й укос X по укосам 1-й укос 2-й укос X по укосам

«Запахивание» трав одного срока посева 0,99 - - 2,10 - -

«Запахивание» трав двух сроков посева 0,93 2,42 3,35 2,05 1,90 3,95

6. Влияние сидератов на физико-химические показатели почвы

Вариант Горчица белая Редька масличная

«запахивание» трав 1- «запахивание» трав «запахивание» трав 1- «запахивание» трав

го срока посева двух сроков посева го срока посева двух сроков посева

С/гумус, %* 1,04/1,79 1,07/1,84 1,09/1,84 1,30/2,24

pHкcl 5,10 5,20 5,05 5,10

Ыг, мг-экв/100 г 1,54 1,40 1,74 1,68

S, мг-экв/100 г 9,20 12,50 9,90 13,70

ЕКО, мг-экв/100 г 10,74 13,90 11,64 15,38

V, % 85,7 89,9 85,0 89,1

* в числителе - углерод, в знаменателе - гумус (коэф. пересчета 1,724).

7. Влияние сидератов на содержание доступных форм питательных элементов

Показатель Горчица белая Редька масличная

«запахивание» трав «запахивание» трав «запахивание» трав «запахивание» трав

1-го укоса 1-го + 2-го укосов 1-го укоса 1-го + 2-го укосов

Р2О5, мг/кг 158 150 138 151

К2О, мг/кг 164 185 163 159

NH4, мг/кг 4,5 4,5 9,0 5,5

NO3, мг/кг 29,0 45,0 36,5 47,5

XN-NO3 + N-NH, 10,0 13,7 15,2 15,0

при использовании горчицы (на 20 мг/кг), а при двойной дозе (суммарное внесение зеленого удобрения двух сроков посева) было равноценным, причем в почве под горчицей отмечено некоторое его снижение (на 8 мг/кг), а под редькой - повышение (на 13 мг/кг). Иные данные получены при учете изменения содержания подвижных соединений калия. Учет количества К2О в почве после однократного внесения зеленого удобрения показал равноценность культур, тогда как при двукратном внесении под горчицей наблюдался существенный рост обеспеченности почвы калием (на 21 мг/кг), в то время как под редькой изменения были незначительны с тенденцией к снижению. Содержание аммонийного азота в почве под горчицей не изменялось в зависимости от количества заделанной в почву зеленой массы и было ниже, чем в почве после выращивания редьки. Изменение количества КЫ4 в почве под редькой имело обратную зависимость от величины заделанной зеленой массы растений: при однократной заделке растений количество данной формы азота в почве было в 1,6 раз выше, чем при двукратной. Содержание нитратов изменялось от 29,0 до 47,5 мг/кг. Как и в отношении аммонийного азота, несколько большее количество N03, особенно при учете содержания после

«запашки» одной дозы зеленого удобрения, отмечено в почве при заделке редьки масличной, разница с горчицей составила 7,5 мг/кг. При внесении «двойной» дозы сидерата различия сократились до 2,5 мг/кг, а общее содержание нитратов в почве повысилось на 55 и 30% соответственно при «запашке» горчицы и редьки.

Применение в качестве сидерата редьки масличной обеспечило большее накопление в почве минерального азота, чем горчицы (на 5,2 и 1,3 мг/кг соответственно для вариантов 1 и 2). При этом запас минерального азота в почве под данной культурой практически не зависел от дозы, а при заделке горчицы возрастал по мере повышения массы внесенных в почву растений.

Таким образом, использование горчицы белой и редьки масличной в качестве сидератов оказало положительное влияние на агрохимическую и физико-химическую характеристику почв, а в большинстве случаев при этом эффект зависел от количества внесенной зеленой массы. Улучшился как питательный режим почв, так и некоторые их физико-химические показатели, что в целом создало для развития сельскохозяйственных культур более благоприятные условия произрастания.

Литература

1. Возняковская Ю.М., Попова Ж.П., Петрова Л.Г. Сидеральные удобрения - регуляторы почвенно-микробиологических процессов в условиях почвоутомления // Доклады ВАСХНИЛ, 1988, № 2. - С. 6-9.

2. Забелина О.Н. Ферментативная активность почвы природно-рекреационных ландшафтов урбанизированных территорий // Современные проблемы науки и образования, 2014, № 2. http://www.science-education.ru/116-12315.

3. Иванов Н.С. Возможность прогноза величины урожая культурных растений по биопоказателям их ризосферы / Тезисы докл. III Всесоюз. конф. «Микроорганизмы в сельском хозяйстве». - М., декабрь 1986 г., МГУ. - С. 85.

4. Русакова И.В. Воспроизводство плодородия почв на основе использования возобновляемых биоресурсов // Агрохимический вестник, 2013, № 4. - С. 7-12.

4. Ивенин В.В., Ивенин А.В. Сидеральная система земледелия Нижегородской области / Материалы Междунар. научно-практ. конф. «Агрохимия и экология: история и современность», т. 1. - Н. Новгород: НГСХА, 2008. - С. 41-45.

5. Казанцев В.П. Использование капустных культур на зеленое удобрение в Сибири // Земледелие, 1998, № 4. - С. 22-23.

6. Лошаков В.Г. Пожнивная сидерация и плодородие дерново-подзолистых почв // Земледелие, 2007, № 1. - С. 11-14.

7. Нарушева Е.А. Влияние сидерации на свойства чернозема выщелоченного лесостепного Поволжья / Саратовский государственный аграрный университет им. Н.И. Вавилова, 2011. http://online.rae.ru/pdf/983.

8. Полякова Н.В., Зименкова И.С., Кочетов В.М. Значение сидератов в оптимизации водно-физических свойств темно-серой лесной почвы / Нетрадиционные источники и приемы организации питания растений. Матер. междунар. научно-практ. конф. - Н. Новгород: НГСХА, 2011. - С. 129-132.

9. Шапкина Г.С. Подбор культур для промежуточных посевов // Земледелие, 1990, № 10. - С. 36-37.

10. Яговенко Л.Л., Такунов И.П., Яговенко Г.Л. Влияние люпина на свойства почвы при его запашке на сидерацию // Агрохимия, 2003, № 6. - С. 71-80.