Влияние природных цеолитов и их сочетаний с удобрениями на плодородие чернозема выщелоченного и урожайность сельскохозяйственных культур

Е.Н. Кузин, А.Н. Арефьев

ФГБОУ ВПО «Пензенская ГСХА»

Цель настоящей работы заключалась в изучении влияния природных цеолитов, удобрений и их сочетаний на содержание гумуса, концентрацию катионов водорода (Нг), емкость катионного обмена (ЕКО), структурное состояние чернозема выщелоченного и урожайность сельскохозяйственных культур.

Для решения поставленной цели был заложен полевой опыт по следующей схеме: 1. Без мелиорантов и удобрений (контроль); 2. Навоз 35 т/га (рекомендуемая норма); 3. Навоз 70 т/га (мелиоративная норма); 4. N172P98K196; 5. N343P196K392; 6. Цеолит (Бессоновское проявление) 10 т/га; 7. Цеолит (Лунинское проявление) 10 т/га; 8. Навоз 35 т/га + цеолит (Бессоновское проявление) 10 т/га; 9. Навоз 35 т/га + цеолит (Лунинское проявление) 10 т/га; 10. Навоз 70 т/га + цеолит (Бессоновское проявление) 10 т/га; 11. Навоз 70 т/га + цеолит (Лунинское проявление) 10 т/га; 12. N172P98K196 + цеолит (Бессоновское проявление) 10 т/га; 13. N172P98K196 + цеолит (Лунинское проявление) 10 т/га; 14. N343P196K392 + цеолит (Бессоновское проявление) 10 т/га; 15. N343P196K392+ цеолит (Лунинское проявление) 10 т/га.

Повторность опыта трехкратная, варианты в опыте размещены методом рендомизированных повторений, учетная площадь одной делянки 24 м². Объектом исследования являлся чернозем выщелоченный среднегумусный среднемощный тяжелосуглинистого гранулометрического состава.

В качестве химических мелиорантов в опыте использовались цеолитовые руды Бессоновского и Лунинского проявлений Пензенской области. Содержание клиноптилолита в цеолитсодержащей породе Бессоновского проявления составляет 30 %, Лунинского – 41 %. В качестве органических удобрений использовался полуперепревший навоз крупнорогатого скота. Дозы минеральных удобрений были эквивалентны содержанию азота, фосфора и калия в навозе.

Использование природных цеолитов в качестве химических мелиорантов на черноземах выщелоченных стабилизирует процессы минерализации гумуса. На фоне одностороннего действия природных цеолитов содержание гумуса в пахотном горизонте оставалось неизменным (7,73-7,74 %), тогда как на варианте без мелиорантов и удобрений наметилась тенденция к его уменьшению (таблица 1).

Рекомендуемая норма навоза повышала содержание гумуса в пахотном горизонте за два года действия на 0,11 %. На фоне мелиоративной нормы навоза содержание гумуса возросло на 0,20 %.

Минеральные удобрения, как в чистом виде, так и в сочетании с природными цеолитами, не оказали существенного влияния на накопление гумуса в пахотном горизонте чернозема выщелоченного.

Использование рекомендуемой нормы навоза совместно с цеолитами за два года действия повышало содержание гумуса на 0,12-0,13 %.

Максимальное содержание гумуса было отмечено на фоне совместного действия мелиоративной нормы навоза с природными цеолитами. Содержание гумуса на этих вариантах опыта варьировало по годам исследований от 7,89-7,90 % до 7,94-7,95 %. Увеличение по отношению к контрольному варианту в 2011 году составляло 0,16-0,17 %, в 2012 году – 0,22-0,23 %.

Исследованиями установлено, что природные цеолиты, удобрения и их сочетания оказали определенное влияние на концентрацию катионов водорода в черноземе выщелоченном. На фоне одностороннего действия навоза, в зависимости от его нормы, величина гидролитической кислотности снизилась на 0,81 (навоз 35 т/га)-1,52 мг-экв/100 г почвы (навоз 70 т/га). Минеральные удобрения повышали концентрацию катионов водорода в первый год их действия на 0,22-0,51 мг-экв/100 г почвы, на второй год – на 0,10-0,34 мг-экв/100 г почвы.

Природные цеолиты снижали содержание водорода в пахотном горизонте изучаемой почвы на 4,54 (Бессоновские цеолиты)-3,39 мг-экв/100 г почвы (Лунинские цеолиты). Использование цеолитов с рекомендованной нормой навоза позволило снизить концентрацию катионов водорода за два года на 4,20-5,64 мг-экв/100 г почвы.

Таблица 1 – Влияние природных цеолитов и удобрений на плодородие почвы

Вариант опыта	Гумус, %		Нг			ЕКО		Количество водопрочных агрегатов, %		Коэффициент структурности
			мг-экв/100 г почвы
	2011 г.	2012 г.	2011 г.	2012 г	2011 г.		2012 г.	2011 г.	2012 г.	2011 г.	2012 г.
1	7,73	7,72	6,89	6,92	40,89		40,81	51,8	52,2	1,07	1,09
2	7,81	7,83	6,28	6,11	40,94		41,19	56,8	59,3	1,32	1,46
3	7,88	7,92	5,65	5,40	40,99		41,68	60,2	65,0	1,51	1,86
4	7,73	7,73	7,11	7,02	40,81		40,86	51,0	52,3	1,04	1,10
5	7,74	7,74	7,40	7,26	40,77		40,85	50,3	52,0	1,01	1,08
6	7,74	7,74	3,21	2,38	44,02		44,13	56,0	57,8	1,27	1,37
7	7,73	7,73	4,33	3,53	44,35		44,45	55,6	57,1	1,25	1,33
8	7,82	7,85	2,91	1,30	44,42		44,72	61,8	65,4	1,61	1,89
9	7,82	7,84	3,92	2,72	44,61		44,83	61,1	64,7	1,57	1,83
10	7,90	7,95	2,04	0,68	44,44		45,02	65,1	71,7	1,86	2,53
11	7,89	7,94	3,14	2,00	44,52		45,32	64,6	70,9	1,82	2,44
12	7,74	7,74	3,53	2,52	44,05		44,19	55,5	57,9	1,24	1,38
13	7,73	7,74	4,86	3,71	44,37		44,51	55,1	57,0	1,22	1,33
14	7,74	7,75	3,92	2,70	44,04		44,17	54,6	57,5	1,20	1,35
15	7,74	7,74	5,01	3,91	44,33		44,50	54,2	56,9	1,18	1,32
НСР05	00,2	0,03			1,94		1,48	3,0	3,2

Максимальный эффект на снижение катионов водорода в почве оказало совместное использование природных цеолитов с мелиоративной нормой навоза. Концентрация катионов водорода на второй год их действия составляла по фону Бессоновских цеолитов 0,68, по фону Лунинских цеолитов 2,00 мг-экв/100 г почвы, снижение по отношению к контролю равнялось 4,92-6,24 мг-экв/100 г почвы.

Одностороннее действие природных цеолитов и их сочетания с навозом и минеральными удобрениями оказало определенное влияние на ЕКО.

На фоне одностороннего действия навоза наметилась тенденция по увеличению емкости катионного обмена и степени насыщенности почвы основаниями. Так, при использовании рекомендуемой нормы навоза емкость катионного обмена на второй год действия возросла по отношению к контролю на 0,38 мг-экв/100 г почвы, а мелиоративная норма навоза увеличила емкость катионного обмена на 0,87 мг-экв/100 г почвы (таблица 1).

На фоне одностороннего действия природных цеолитов было отмечено достоверное увеличение емкости катионного обмена, причем цеолиты Бессоновского и Лунинского проявлений оказали равнозначное действие на изменение данного свойства почвы. На второй год действия цеолитов емкость катионного обмена варьировала в пределах от 44,13 до 44,45 мг-экв/100 г почвы.

Емкость катионного обмена при использовании цеолитов с минеральными удобрениями несущественно отличалась от ее значений, полученных на фоне одностороннего действия химических мелиорантов.

На фоне совместного использования природных цеолитов с рекомендуемой нормой навоза емкость катионного обмена увеличилась по отношению к контролю на 3,53-4,02 мг-экв/100 г почвы.

Максимальные значения емкости катионного обмена были отмечены на вариантах с совместным использованием природных цеолитов и мелиоративной нормой навоза. Так, на второй год действия мелиорантов и навоза емкость катионного обмена в пахотном горизонте превышла контрольный вариант на 4,21-4,51 мг-экв/100 г почвы.

Изучаемая почва характеризуется удовлетворительным структурным состоянием. Содержание водопрочных агрегатов в пахотном горизонте перед закладкой опыта составляло 51,8 % (таблица 1).

В первый год действия рекомендуемой нормы навоза количество водопрочных агрегатов в пахотном горизонте составляло 56,8 %, превышая контроль на 5,0 %. На фоне мелиоративной нормы навоза содержание водопрочных агрегатов возрастало по отношению к контролю на 8,4 % и составляло 60,2 %. Таким образом, уже в первый год действия рекомендуемой и мелиоративной норм навоза структурное состояние пахотного горизонта перешло из удовлетворительного в хорошее. Положительное действие навоза прослеживалось и на второй год действия. Количество водопрочных агрегатов в 2012 году от действия рекомендуемой нормы навоза увеличилось на 7,1 %, а от действия мелиоративной нормы навоза – на 12,8 %.

Природные цеолиты в сочетании с рекомендуемой нормой навоза в первый год их совместного действия повышали количество водопрочных агрегатов в пахотном горизонте на 12,5-13,2 %.

Максимальный эффект по воспроизводству ранее утраченной структуры наблюдался на вариантах с использованием природных цеолитов в сочетании с мелиоративной нормой навоза. За два года их действия количество водопрочных агрегатов возросло на 18,7-19,5 %. На второй год действия рекомендуемой нормы навоза коэффициент структурности увеличился по отношению к контролю на 0,37. Мелиоративная норма навоза повышала коэффициент структурности на 0,77. Минеральные удобрения как при одностороннем действии, так и в сочетании с природными цеолитами не оказали существенного влияния на изменение коэффициента структурности (таблица 1).

На фоне одностороннего действия природных цеолитов коэффициент структурности превышал контроль на 0,24-0,28. При использовании цеолитов в сочетании с рекомендуемой нормой навоза за два года их действия коэффициент структурности увеличился на 0,74-0,80 и составил 1,83-1,89.

Максимальные значения коэффициента структурности были отмечены на вариантах с использованием природных цеолитов в сочетании с мелиоративной нормой навоза. Коэффициент структурности на их фоне варьировал в 2012 году от 2,44 до 2,53. Увеличение по отношению к контролю в 2012 году составляло 1,35-1,44.

При одностороннем действии навоза, в зависимости от его нормы, прирост урожайности сахарной свеклы в 2011 году составлял 6,39-9,84 т/га, или 23,0-35,5 %. Урожайность варьировала от 34,10 т/га на фоне 35 т/га навоза до 37,59 т/га на фоне 70 т/га навоза. На фоне полного минерального питания урожайность сахарной свеклы изменялась от 35,76 т/га до 39,04 т/га, увеличение по отношению к контрольному варианту в первом случае составляло 8,01 т/га, или 28,9 %, во втором – 11,29 т/га, или 40,7 % (таблица 2).

Одностороннее действие природных цеолитов достоверно повышало урожайность изучаемой культуры на 1,71-2,79 т/га, или на 6,2-10,1 %. Следует отметить, что в первый год действия химических мелиорантов цеолит Бессоновского проявления был несколько эффективнее по сравнению с цеолитом Лунинского проявления.

На фоне совместного использования природных цеолитов и 35 т/га навоза урожайность сахарной свеклы варьировала в интервале от 36,44 до 37,57 т/га, а на фоне совместного использования мелиорантов и 70 т/га навоза – от 39,35 до 40,43 т/га. Превышения по отношению к контрольному варианту в первом случае составляли 8,69-9,82 т/га, или 31,3-35,4 %, во втором – 11,60-12,68 т/га, или 41,8-45,7 %.

Природные цеолиты на фоне минеральных удобрений, используемых в дозе N172Р98К196, увеличивали урожайность корнеплодов на 10,06-11,24 т/га, или на 36,3-40,5 %.

Максимальная урожайность сахарной свеклы была зафиксирована на вариантах с использованием природных цеолитов в сочетании с полным минеральным удобрением в дозе N343Р196К392. Урожайность на этих вариантах опыта возросла на 13,01-14,10 т/га, или на 42,7-50,8 %.

В 2012 году урожайность ячменя на варианте без мелиорантов и удобрений составляла 2,65 т/га. На фоне одностороннего действия 35 т/га навоза урожайность ячменя возросла на 0,36 т/га, или на 13,6 %, а на фоне 70 т/га – на 0,68 т/га, или на 25,7 %. Равнозначные результаты были получены и на фоне эквивалентных норм минеральных удобрений.

Использование цеолитов без удобрений достоверно повышало урожайность ячменя на 0,13-0,15 т/га, или на 4,9-5,7 %.

Таблица 2 – Влияние природных цеолитов и удобрений на урожайность сельскохозяйственных культур

Вариант опыта	Сахарная свекла (2011 г.)		Ячмень (2012 г.)
	урожайность, т/га	отклонение от контроля, т/га	урожайность, т/га	отклонение от контроля, т/га
1. Без мелиорантов и удобрений (контроль)	27,75	–	2,65	–
2. Навоз 35 т/га	34,10	6,39	3,01	0,36
3. Навоз 70 т/га	37,59	9,84	3,33	0,68
4. N172Р98К196	35,76	8,01	2,97	0,32
5. N343Р196К392	39,04	11,29	3,30	0,65
6. Цеолит (Бессоновское проявление) 10 т/га	30,54	2,79	2,80	0,15
7. Цеолит (Лунинское проявление) 10 т/га	29,46	1,71	2,78	0,13
8. Навоз 35 т/га + цеолит (Бессоновское проявление) 10 т/га	37,57	9,82	3,18	0,53
9. Навоз 35 т/га + цеолит (Лунинское проявление) 10 т/га	36,44	8,69	3,15	0,50
10. Навоз 70 т/га + цеолит (Бессоновское проявление) 10 т/га	40,43	12,68	3,53	0,88
11. Навоз 70 т/га + цеолит (Лунинское проявление) 10 т/га	39,35	11,60	3,53	0,88
12. N172Р98К196 + цеолит (Бессоновское проявление) 10 т/га	38,99	11,24	3,17	0,52
13. N172Р98К196 + цеолит (Лунинское проявление) 10 т/га	37,81	10,06	3,20	0,55
14. N343Р196К392 + цеолит (Бессоновское проявление) 10 т/га	41,85	14,10	3,57	0,92
15 N343Р196К392 + цеолит (Лунинское проявление) 10 т/га	40,76	13,01	3,60	0,95
НСР05		1,42		0,12

Урожайность ячменя на вариантах, где природные цеолиты использовались по фону 35 т/га навоза и по фону полного минерального удобрения, соответствующему рекомендуемой норме навоза, варьировала в интервале от 3,15 до 3,20 т/га, превышая контроль на 0,50-0,55 т/га, или на 18,9-20,8 %.

Максимальный прирост урожайности ячменя в 2012 году был отмечен на фоне совместного использования природных цеолитов в сочетании с мелиоративной нормой навоза и эквивалентной нормой минеральных удобрений соответствующей 70 т/га навоза. Урожайность культуры на этих вариантах изменялась в пределах от 3,53 до 3,60 т/га. Увеличение по отношению к неудобренному варианту составляло 0,88-0,95 т/га, или 33,2-35,8 %.

Таким образом, максимальный эффект по влиянию на плодородие почвы и урожайность сельскохозяйственных культур обеспечивали природные цеолиты, используемые по мелиоративному фону навоза (70 т/га) и по фону повышенной нормы полного минерального удобрения (N343Р196К392).

Использованная литература

1. Арефьев, А.Н. Влияние природных цеолитов и их сочетаний с удобрениями на общие физические свойства чернозема выщелоченного / А.Н. Арефьев, А.И. Алексеев // Сборник материалов «Вклад молодых ученых в инновационное развитие АПК России». Пенза, 2012. – С. 7-10.

2. Дворянкин, Е.А Совместное применение цеолитов и гербицидов на сахарной свекле / Е.А. Дворянкин // Земледелие. – 2002. – № 6. – С. 25.

3. Кириллов, Г.Б. Влияние различных систем удобрения культур в севообороте на калийный режим дерново-подзолистой почвы / Г.Б. Кириллов, Ю.А. Жуков // Агрохимия. – 2005. – № 9. – С. 13-19.

4. Кузин, Е.Н. Влияние цеолитсодержащей породы, дефеката и органических удобрений на плодородие чернозема выщелоченного и урожайность сельскохозяйственных культур / Е.Н. Кузин, А.А. Королев // Нива Поволжья. – 2007. – № 3. – С. 19-24.

5. Куликова, А.Х. Влияние высококремнистых пород на свойства чернозема выщелоченного и урожайность сельскохозяйственных культур в условиях Среднего Поволжья / А.Х. Куликова // Вестник УГСХА. – 2010. – № 1 (11). – С. 16-25.