Рациональное применение минеральных удобрений как фактор экологической безопасности агроценозов

УДК 631.454

РАЦИОНАЛЬНОЕ ПРИМЕНЕНИЕ МИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИЙ КАК ФАКТОР ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ АГРОЦЕНОЗОВ

Д. И. ЕРЁМИН,

доктор биологических наук, профессор, М. Г. УФИМЦЕВА,

кандидат сельскохозяйственных наук, доцент, Государственный аграрный университет Северного Зауралья

Ключевые слова: минеральные удобрения, миграция нитратов, агроценоз, система удобрений, чернозем выщелоченный.

В современном земледелии ведущая роль в повышении продуктивности пашни принадлежит минеральным удобрениям, которые могут при минимальных затратах дать максимальный эффект с положительным экономическим эффектом. Однако нерациональное применение минеральных удобрений может привести не только к снижению урожая, но и ухудшению экологической обстановки агроценозов. Стационарный опыт был заложен в 1995 г. на маломощном, тяжелосуглинистом черноземе выщелоченном, с типичными для Западной Сибири признаками и свойствами. Исследования проводили в зерновом с занятым паром севообороте. Расчет доз минеральных удобрений на планируемую урожайность яровой пшеницы 4,0; 5,0 и 6,0 т/га проводился ежегодно методом элементарного баланса. Средняя доза удобрений за годы исследований соответственно составила N125P35; N200P65; N P115 кг действующего вещества на гектар. Удобрения вносились перед посевом под предпосевную культивацию. В результате многолетних исследований было установлено, что в лесостепной зоне Зауралья вероятность получения урожайности яровой пшеницы 3,0 т/га составляет 100 %; 4,0 т/га — 76 %, что для хозяйств является приемлемым. Получение урожая 5,0 и 6,0 т/га снижается до 45 и 9 % соответственно. Внесение минеральных удобрений на планируемую урожайность яровой пшеницы 6,0 т/га зерна приводит к проявлению миграции нитратов до глубины 80 см в первой половине вегетации, тогда при более низком уровне минерального питания нитраты остаются в слое 0-50 см. Из 270 кг вносимого азота в конце вегетационного периода 22 кг (8 % от дозы) оказывается в слое 80-100 см и может стать причинной загрязнения грунтовых вод.

RATIONAL APPLICATION OF MINERAL FERTILIZERS AS THE FACTOR OF ECOLOGICAL SAFETY OF AGROCENOSIS

D. I. ERYOMIN,

doctor of biological sciences, professor, M. G. UFIMTSEVA,

candidate of agricultural sciences, associate professor, State agrarian university of Northern Urals

Keywords: mineral fertilizers, migration of nitrates, agrocenosis, system offertilizers, leached black earth. In a modern agriculture the leading role in increase of arable land efficiency belongs to mineral fertilizers which at minimum expenses give the maximum effect with positive economic benefit. However irrational application of mineral fertilizers can result not only in crop decrease, but also in deterioration of ecological conditions of agrocenosis. Stationary experience was begun in 1995 on low-powered, heavy-leached black earth, with typical for Western Siberia characteristics and properties. The research was carried out at a grain fallow. Calculation of doses of fertilizers on the planned yield of spring wheat, 4.0, 5.0 and 6.0 t/ha has been made annually by an elemental balance. The average dose of fertilizers over years of research, respectively amounted NP35; N200P65; NP115 kg of active ingredient per hectare. The fertilizers were applied before sowing under sowing cultivation. As a result of a long-term research it has been established, that in a forest-steppe zone of the Urals the probability of 3.0 t/hectares productivity of spring wheat makes 100 %; 4.0 t/hectares makes 76 %, that is reasonable for economy. The yield of 5.0 and 6.0 t/hectares decreases to 45 % and 9 % accordingly. Application of mineral fertilizers on a planned productivity 6.0 t/hectares of spring wheat leads to migration of nitrates to the depth of 80 cm at the first half of vegetation. At a lower level of a mineral feeding the nitrates remain in the layer 0-50 cm. Out of 270 kg of nitrogen introduced at the end of vegetation period, 22 kg (8 % of a dose) is found at the layer of 80-100 cm and this can cause pollution of subsoil waters.

Положительная рецензия представлена Л. Н. Скипиным, доктором сельскохозяйственных наук, профессором, заведующим кафедрой безопасности жизнедеятельности и охраны окружающей среды Тюменского государственного архитектурно-строительного университета.

Представить современное сельское хозяйство без минеральных удобрений практически невозможно. Удельный вес предприятий, не применяющих агро-химикаты, ничтожно мал и решение продовольственной проблемы России им не по силам. Ежегодный прирост населения, увеличивающиеся потребности как в продуктах питания, так и кормах, требуют от сельскохозяйственного производителя кардинально решать проблему повышения продуктивности пашни и других угодий. Причем необходимо учитывать и себестоимость получаемой продукции, так как предприятия являются частью рыночной экономики и имеют лишь частичное субсидирование.

К решению проблемы повышения продуктивности пашни можно подходить с различных сторон. Прежде всего, подбор новых сортов интенсивного типа. В настоящее время отечественные селекционеры создали множество сортов яровой пшеницы, способных давать урожай до 10,0 т/га, причем полученное зерно обладает высокими хлебопекарными свойствам [1, 2]. Однако сортосмена в хозяйствах не дала большого эффекта. Урожайность яровой пшеницы в последние годы возросла не более чем на 20-25 %, а в отдельных хозяйствах какой-либо эффект вообще отсутствовал. Причиной этого является недостаток питания, необходимого для формирования высоких урожаев.

Пашни Западно-Сибирского региона характеризуются низким естественным плодородием и получение урожая яровой пшеницы свыше 3,0 т/га без дополнительного применения минеральных удобрений трудновыполнимо [3]. Помимо этого, хлебопекарные качества такой пшеницы не будут соответствовать требованиям [4]. Проблема повышения урожайности яровой пшеницы легко решается за счет применения минеральных удобрений. Однако и в этом случае имеются свои особенности, требующие научно-обоснованного подхода. Одной из них является миграция нитратов вглубь почвы и загрязнение ими грунтовых вод. С одной стороны, азот является первым в минимуме, и уменьшение доз азотных удобрений негативно сказывается на урожайности [5].

Учитывая тот факт, что нитратный азот, который является основой аммиачной селитры, не удерживается почвой как фосфор и калий, то нерациональ-

ное использование удобрений неминуемо приведет к непродуктивным потерям нитратов, вследствие вымывания их из пахотного горизонта. В условиях влажного лета и осени, это может привести к тому, что нитраты достигнут грунтовых вод, что негативно скажется на их экологическом состоянии.

Целью наших исследований было изучение процесса миграции нитратов на черноземе выщелоченном при внесении удобрений на планируемую урожайность яровой пшеницы.

Условия проведения опыта. Стационарный опыт был заложен в 1995 г. на маломощном, тяжелосуглинистом черноземе выщелоченном, с типичными для Западной Сибири признаками и свойствами.

Исследования проводили в зерновом с занятым паром севообороте (однолетние травы, пшеница, овес). Система обработки почвы традиционная для лесостепной зоны Зауралья. Расчет доз минеральных удобрений на планируемую урожайность яровой пшеницы 4,0; 5,0 и 6,0 т/га проводился ежегодно методом элементарного баланса. Средняя доза удобрений за годы исследований соответственно составила N125P35; NP65; N270P115 кг действующего вещества на гектар. Удобрения вносились перед посевом под предпосевную культивацию. При уборке зерновых культур солома измельчалась и запахивалась непосредственно на вариантах.

Нитратный азот в почве определяли дисульфо-феноловым методом. Отбор образцов проводился в кущение, перед уборкой и в предзимний период до глубины 100 см во всех повторениях. Биологическую урожайность яровой пшеницы определяли сноповым методом в 4-кратной повторности, с последующим пересчетом на 14 %-ю влажность. Статистическую обработку результатов проводили с использованием программных продуктов odnl и Excel.

Результаты исследований.

Средняя урожайность яровой пшеницы за годы исследований (1995-2012 гг.) составила 2,01 т/га (рис. 1), с варьированием в отдельные годы от 1,42 (2012 г.) до 3,2 т/га (1995 г.). Внесение минеральных удобрений согласно схеме опыта дало возможность проанализировать получение планируемой урожайности в сельскохозяйственной зоне Тюменской области. Внесение удобрений на урожайность 3,0 т/га

Рисунок 1

Средняя урожайность яровой пшеницы при внесении минеральных удобрений, 1995-2012 гг., т/га

Таблица 1

Распределение запасов нитратного азота внесенных на планируемую урожайность яровой пшеницы,

1995-2012 гг., кг/га

Слой почвы, см №К на 4,0 т/га №К на 5,0 т/га №К на 6,0 т/га

Кущение Уборка Уход в зиму Кущение Уборка Уход в зиму Кущение Уборка Уход в зиму

0-20 45 8 6 85 12 6 92 18 12

20-50 12 3 4 22 18 14 45 42 26

50-80 0 0 0 5 10 15 25 37 45

80-100 0 0 0 0 0 5 0 12 22

0-100 57 11 10 112 40 40 162 109 105

позволяет улучшить условия произрастания яровой пшеницы и в меньшей степени зависеть от погодных условий. Вероятность получения урожайности 3,0 т/га при существующей системе земледелия составляет 100 %, что неоднократно доказывалось в производственных условиях. Внесение минеральных удобрений из расчета на планируемую урожайность 4,0 т/га в среднем за годы исследований позволило получить желаемый результат — 3,68 т/га. Вероятность получения 4,0 т/га составляет 76 %, что является допустимым для сельскохозяйственного товаропроизводителя.

Дальнейшее повышение уровня минерального питания позволило получить планируемую урожайность (5,0 и 6,0 т/га) только в отдельные годы, что негативно отразилось на средних значениях — 4,23 и 4,45 т/га соответственно. Вероятность формирования 5,0 т/га зерна составляет всего 45 %, что в современных рыночных условиях неприемлемо для товаропроизводителя. Вероятность же получения 6,0 т/га минимальна — 9 %, причем необходимо отметить, что столь высокие дозы удобрений (К270Р115 кг д. в./га) в неблагоприятные годы оказывают негативное действие на растения яровой пшеницы. Это приводит к снижению урожайности до критических величин — 1,60-1,80 т/га (1998; 2004; 2012 гг.). Формирование столь низкого урожая на высоком агрофоне, созданных за счет минеральных удобрений приводит к тому, что азотные удобрения не расходуются в год их внесения. В наших условиях они могут мигрировать за пределы корнеобитаемого слоя и стать причиной нитратного загрязнения грунтовых вод.

Как показали наши исследования, в период кущения яровой пшеницы запасы нитратного азота в метровом слое на варианте с внесением NPK на 4,0 т/га зерна составляют 57 кг/га из которых 45 кг (79 %) приходится на слой 0-20 см и 12 кг находится в слое 20-50 см (табл. 1). Весь нитратный азот в начале вегетации яровой пшеницы располагается в корнеобита-емой зоне и является доступным для растений, о чем свидетельствует его расход за вегетацию яровой пшеницы. К моменту уборки запасы нитратов в слое 0-20 и 20-50 см соответственно составили 8 и 3 кг/га. Перед уходом в зиму (начало замерзания почвы) запасы N-N03 в слое 0-20 см уменьшились на 2 кг, что является незначительной потерей. В более глубоких слоях данный элемент питания выявлен не был, что указывает на отсутствие миграции нитратов при внесении минеральных удобрений на планируемую урожайность 4,0 т/га.

Увеличение дозы минеральных удобрений ^РК на 5,0 т/га) благоприятно сказалось на запасах нитратного азота в период кущения — запасы в метро-

вом слое достигли 112 кг/га из которых 78 % приходилось на пахотный слой (0-20 см); 20 % — на слой 20-50 см. Необходимо отметить, что в слое 50-80 см уже в период кущения находилось 5 кг/га нитратов. Эта часть условно может считаться потерянной при влажных условиях первой половины вегетации. Помимо этого необходимо учесть слабую корневую систему яровой пшеницы, 90 % которой располагается в слое 0-40 см. В случае сухой погоды нитраты из слоя 50-80 см могут подняться в корнеобитаемую зону за счет восходящего тока воды.

К моменту уборки запасы нитратов в метровом слое почвы уменьшились почти в 3 раза и достигли 40 кг/га, из которых 28 кг (70 %) находились за пределами пахотного слоя. Дожди, выпадающие в сентябре и октябре, еще сильнее усугубили ситуацию. Перед уходом в зиму нитраты присутствовали по всему метровому профилю чернозема выщелоченного. Причем, необходимо отметить очень низкие их запасы в слое 0-20 см, не превышающие 6 кг/га (15 %). В слое 20-50 см содержание N-N03 уменьшилось с 18 до 14 кг/га, тогда как на глубине 50-80 произошло увеличение. Это подтверждает процесс миграции нитратов в осенний период. Необходимо отметить появление минерального азота в слое 80-100 см, хоть и не в столь большом количестве — 5 кг/га. В годы с влажным вегетационным периодом количество нитратов может увеличиться в 2-3 раза.

Наиболее интересен вариант с внесением минеральных удобрений на планируемую урожайность 6,0 т/га зерна. Общий запас азота доступного для растений в метровом слое в период кущения яровой пшеницы составил 162 кг/га. Максимум запасов приходился на слой 0-20 см — 92 кг/га (57 %). В более глубоких слоях (20-50 и 50-80 см) содержание нитратов существенно превышало значения предыдущих вариантов — 45 и 25 кг/га соответственно. Данный факт показывает, что с повышением вносимых доз азотных удобрений миграционные процессы увеличиваются. Это необходимо учитывать при разработке системы удобрений, чтобы избежать не только непродуктивных потерь питательных веществ, но и не ухудшить экологическую обстановку агроцено-зов. К моменту уборки в метровом слое в среднем за годы исследований осталось 109 кг/га нитратов. Столь высокое значение обусловлено получением планируемой урожайности 6,0 т/га зерна только в отдельные годы (5 из 18 лет исследований). Основное количество нитратов (72 %) располагалось в слое 20-80 см и 12 кг мигрировало в слой 80-100 см, что в 2,5 раза больше значений варианта с NPK на 5,0 т/га. Отсутствие растительности и дожди способствовали усилению миграции в осенний период. Перед уходом

в зиму запасы нитратов в слое 0-20 см были минимальны. Существенно меньше их стало и в слое 2050 см — 26 кг/га. В слое 80-100 см запасы минерального азота возросли с 12 до 22 кг/га. Их можно считать потерянными для растений, так как существенного движения воды в жидкой фазе в зимний период не происходит, а в весенний — процесс миграции усилится за счет снеготаяния. В случае многоснежной зимы или влажной весны существует реальная опасность попадания нитратов от азотных удобрений в грунтовые воды.

Выводы.

1. В среднем за годы исследований урожайность яровой пшеницы в условиях лесостепной зоны Зауралья не превышала 4,0 т/га. Дальнейшее повышение уровня минерального питания за счет удобрений оказало положительное действие только в отдельные годы.

2. Вероятность получения урожайности яровой пшеницы 3,0 и 4,0 т/га составляет 100 и 76 % соответственно, что приемлемо для хозяйств Тюменской области. Планирование более высокого урожая при

существующей системе земледелия необоснованно, так как вероятность получения урожайности 5,0 и 6,0 т/га соответственно снижается до 45 и 9 %.

3. Использование системы удобрений, рассчитанной на получение зерна 4,0 т/га, не оказывает негативного влияния на нитратный режим чернозема выщелоченного — миграции нитратов глубже 50 см не происходит, вследствие их полного потребления яровой пшеницей. Внесение NPK на 5,0 т/га способствует незначительной миграции нитратов вглубь почвы в предзимний период, когда поле освобождено от культурной растительности. Возможные потери нитратов не превышают 5 кг/га, что не ухудшить экологическую безопасность агроценоза.

4. Внесение минеральных удобрений на планируемую урожайность 6,0 т/га приводит к проявлению миграции нитратов до глубины 80 см уже в период кущения яровой пшеницы. Перед уборкой запасы данного элемента питания в слое 80-100 см составляют 12 кг, а уже через 2 месяца — 22 кг/га, что является признаком ухудшения экологической обстановки агроценоза, где применяются высокие дозы удобрений.

Литература

1. Белкина Р. И. Сорт как фактор повышения качества зерна в условиях ресурсосбережения //Сибирский вестник сельскохозяйственной науки. 2012. № 2. С. 102-104.

2. Тоболова Г. В. Изучение семеноводческих питомников сорта мягкой пшеницы Чернява-13 в ОПХ «Ишимское» Тюменской области // Аграрный вестник Урала. 2012. № 3. С. 4-7.

3. Абрамов Н. В., Ерёмин Д. И. Проблемы получения максимально возможной урожайности яровой пшеницы в условиях Северного Зауралья // Аграрный вестник Урала. 2009. № 1. С. 31-37.

4. Ерёмин Д. И., Притчина Г. Д. Оптимизация азотного питания яровой пшеницы для получения продовольственного зерна // Зерновое хозяйство. 2005. № 8. С. 5-7.

5. Абрамов Н. В., Еремин Д. И. Формирование профиля черноземов выщелоченных Северного Зауралья в условиях длительной распашки // Достижения науки и техники АПК. 2012. № 6. С. 20-26.

References

1. Belkina R. I. Grade as the factor of improvement of grain quality in conditions of resource economy// Siberian bulletin of an agricultural science. 2012. № 2. P. 102-104.

2. Tobolova G. V. Examination of seed-growing farms of a soft wheat grade Chernyava-13 in EPF "Ishimsky" of the Tyumen region // Agrarian bulletin of the Urals. 2012. № 3. P. 4-7.

3. Abramov N. V., Eiyomin D. I. Problems of gaining the maximum possible productivity of spring wheat in the conditions of the Northern Urals // Agrarian bulletin of Urals. 2009. № 1. P. 31-37.

4. Eryomin D. I., Pritchina G. D. The nitric feeding optimisation of a of spring wheat for gaining the bread-grain // Grain farming. 2005. № 8. P. 5-7.

5. Abramov N. V, Eryomin D. I. Formation of a profile of leached black earth in the Northern Urals in conditions of a long-term plowing up// Achievements of science and technology. Agrarian and industrial complex. 2012. № 6. P. 20-26.