Влияние длительного применения различных систем удобрений

на плодородие светло-серой лесной легкосуглинистой почвы

Архангельская А.М. – аспирант кафедры агрохимии и агроэкологии

Титова В.И. – докт. с.-х. наук, зав. кафедрой агрохимии и агроэкологии

ФГБОУ ВПО «Нижегородская ГСХА», г. Нижний Новгород, Россия

Исследованы особенности динамики основных показателей плодородия и рассмотрено морфологическое строение почвенных профилей светло-серой лесной легкосуглинистой почвы в условиях длительного стационарного опыта. Интенсивное сельскохозяйственное использование почв способствовало изменению почвенного профиля. Агрохимические показатели пахотного горизонта динамичны во времени: наблюдается смещение рН солевой вытяжки от уровня сильно- и среднекислого до слабокислого и близкого к нейтральному, снижение обеспеченности почвы подвижными формами калия и накопление содержания подвижных форм фосфора.

Ключевые слова: длительный полевой опыт, органическое удобрение, минеральное удобрение, известкование, плодородие, почвенный профиль.

I. Введение

Пахотные земли Нижегородской области представлены в основном серыми лесными почвами (около 44% почвенного покрова, из которых более половины приходится на светло-серые лесные), которые расположены преимущественно в Правобережье области, южнее рек Оки и Волги (Никитин Б.А., Гогмачадзе Г.Д., 2003). Формирование серых лесных почв проходило в естественной среде лесостепи примерно в течение пяти тысяч лет: под широколиственными лесами с хорошим травянистым покровом в условиях континентального, умеренно влажного климата. Строение, состав и свойства почв подчеркивают специфичность антогонизма лесного и степного почвообразования в условиях периодически-промывного водного режима (Ахтырцев Б.П., 1979, Вологжанина Т.В., 1989).

Агрогенное воздействие на почвы является одним из основных факторов, изменяющих химические, физические и морфологические свойства почв на всех уровнях организации почвенного профиля. Такие изменения обуславливают интенсивное и целенаправленное окультуривание одних почв и деградацию других, приводящую к истощению почвы питательными элементами и ухудшению физико-химических свойств. В то же время по вопросам направленности изменений пахотных почв во времени единого мнения среди авторов нет (Бурлакова Л.М., 2005, Караваева Н.А. и др., 1989, Никончик П.И., 2012, Чендев Ю.Г., 1997, 2008). Изучению эволюции почв описываемой территории посвящены работы С.С. Веретенникова (2001), Н.В. Поляковой и др. (2008), Н.В. Поляковой (2012), О.Д. Шафронова (2011) и др.

II. Постановка задачи

Целью работы являлось изучение влияния длительного внесения удобрений и известкования на морфологические и агрохимические свойства светло-серой лесной легкосуглинистой почвы.

Исследования проведены в длительном стационарном полевом опыте, заложенном в 1964 г. на опытном поле учебного хозяйства «Новинки» Нижегородского СХИ с целью изучения влияния систематического применения разных систем удобрений на продуктивность зернотравяного севооборота. Основными культурами были озимая пшеница, картофель, ячмень и 2 года пользования клевера. В отдельные годы по организационным причинам и (или) вследствие повреждения посевов вместо ячменя высевали овес, вместо пшеницы – рожь, а при выпадении клевера – викоовсяную или горохоовсяную смесь. Повторность - четырехкратная, с увеличенным числом контролей. В качестве удобрений использовали: подстилочный полуперепревший навоз крупного рогатого скота, К_х, азот и фосфор до 2000 г. – в виде N_са и Р_ф, в последующие годы – N_аа и Р_с соответственно. Насыщенность удобрениями составляет 8 т/га навоза КРС и по 60 кг/га NPK. Известкование проводилось доломитовой мукой в дозе по полной гидролитической кислотности в 1972, 1984, 1992, 2001 и 2010 гг.

Агрохимические показатели определяли следующими методами: обменная кислотность – по методу ЦИНАО (ГОСТ 26483-85); гидролитическая кислотность – по Каппепу в модификации ЦИНАО (ГОСТ 26212-91); сумма поглощенных оснований – по Каппену-Гильковицу (ГОСТ 27821-88); ёмкость катионного обмена и степень насыщенности основаниями – расчетным методом; содержание гумуса – по методу Тюрина в модификации ЦИНАО (извлечение из ГОСТа 262113-91); подвижный фосфор и калий – по Кирсанову в модификации ЦИНАО с последующим определением Р2О5 фотометрически на КФК-2, а К2О – на пламенном фотометре FLAPHO-4 (ГОСТ Р 54650-2011). Полученные результаты обработаны методом дисперсионного анализа (Доспехов Б.Л., 1985).

III. Результаты

Освоение и распашка целинных почв характеризуется добавлением нового фактора почвообразования – антропогенного, который представляет собой комплекс механических, химических и биологических воздействий на верхнюю часть почвенного профиля, что в последующем под влиянием факторов почвообразования отражается на почвенном профиле в целом (Андроников В.Л., 1965, Ахтырцев Б.П., 1965).

Содержание физической глины и илистых частиц относит исследуемую почву к светло-серой лесной легкосуглинистой песчано-крупнопылеватой, что характеризует данную почву невысокой влагоемкостью, поглотительной способностью и склонностью к уплотнению пахотного горизонта.

Вовлечение целинных почв в сельскохозяйственное производство способствует изменению верхней части профиля, обусловленного объединением и перемешиванием горизонтов А₀, А₁, А₁А₂ и образованием пахотного слоя А_пах, отличающегося от целинных аналогов водно-физическими свойствами, большей гомогенностью, аэрацией. Строение профиля исследуемой почвы отвечает элювиально-иллювиальному типу почвообразования с довольно выраженным гумусово-аккумулятивным горизонтом от 39 до 52 см, что относит данные почвы к среднемощному подтипу.

Характерным для исследуемой почвы является также наличие кремнеземистой присыпки, что является морфологическим признаком их оподзоленности по граням структурных отдельностей в горизонте А₂В и верхнем иллювиальном горизонте В. Но процесс подзолообразования протекает слабее, чем в подзолистых почвах, вследствие малой водопроницаемости материнских пород, насыщенности их кальцием и т.п.

Визуальный осмотр разрезов показал характерное для светло-серых лесных почв передвижение гуматов калия из верхних горизонтов в более глубокие и выпадение в виде гумусовых пленок на поверхности почвенных структурностей нижележащих слоев.

Анализ физико-химических свойств почвенных профилей свидетельствует о повышении реакции почвенной среды нижележащих горизонтов (рис. 1). Величина рН солевой вытяжки пахотного горизонта вариантов Контроль, N и NPK относит почву к группе слабокислых, что обусловлено длительным применением физиологически кислых удобрений. Оставшиеся варианты характеризуются близкой к нейтральной реакцией почвенной среды. Гидролитическая кислотность пахотных горизонтов изменяется в пределах 2,4-3,3 ммоль в 100 г почвы. В горизонтах А₂В и В₁ величина гидролитической кислотности понижается, что возможно за счет почвообразовательного процесса – оподзоливания, а в иллювиальном горизонте вновь возрастает.

Рис. 1 Физико-химические показатели горизонтов почвенных разрезов вариантов известкованного фона светло-серой лесной почвы

Вследствие обедненности пахотного слоя илистой фракцией исследуемая почва характеризуется обедненностью обменными основаниями (11,1-13,8 ммоль в 100 г почвы) и, соответственно, низкой буферностью. С изменением величины емкости поглощения вниз по профилю изменяется содержание обменных оснований: наблюдается тенденция увеличения величины показателей, максимум наблюдается в горизонте В₂. Степень насыщенности основаниями высокая – 80-85%.

Пахотный горизонт исследуемой почвы характеризуется очень низкой (варианты Контроль и N) и низкой (варианты NP, NPK, NPK+навоз и Навоз) гумусированностью (рис. 2). Почвы характеризуются средней (Контроль, N и Навоз), повышенной (NP) и высокой (NPK и NPK+навоз) обеспеченностью подвижными формами фосфора и низкой обеспеченностью подвижными формами калия (за исключением NPK и NPK+навоз). Максимальное содержание гумуса и питательных элементов сосредоточено в верхнем пахотном слое, что обусловлено сосредоточением здесь основной биомассы корневой системы, поступлением всего количества органического вещества в составе пожнивно-корневых остатков, бесподстилочного навоза и минеральных удобрений. В сравнении с пахотным горизонтом содержание гумуса в нижележащих горизонтах во всех вариантах резко снижалось. В распределении подвижного фосфора и калия по профилю почв прослеживается четкая закономерность: с глубиной содержание возрастает, максимальное количество обнаруживается в иллювиальном горизонте, что связано с миграцией подвижных органических соединений из верхнего перегнойно-аккумулятивного горизонта.

Анализ динамики основных агрохимических показателей при длительном систематическом комплексном применении различных систем удобрений и извести представлен в таблице.

Рис. 2 Питательные свойства горизонтов почвенных разрезов вариантов известкованного фона светло-серой лесной почвы

Динамика основных агрохимических показателей почвы

Вариант	рН			Р2О5, мг/кг			К2О, мг/кг
	1971	1986	2012	1971	1986	2012	1971	1986	2012
Контроль	4,7	5,7	5,4	95	98	89	153	66	64
N	4,4	5,2	5,3	82	96	77	162	70	79
NP	4,5	4,7	5,6	114	216	141	143	92	80
NPK	4,6	5,2	5,4	110	198	183	172	100	107
NPK+навоз	4,5	4,8	5,7	101	224	198	190	105	118
Навоз	4,6	5,8	5,7	94	123	115	150	90	76
НСР05	0,3	0,5	0,4	8	20	6	11	9	7

Результаты исследований свидетельствуют о том, что совместное внесение извести с удобрениями способствует существенному увеличению показателя рН солевой вытяжки, что говорит о снижении обменной кислотности почвы. Так, в опыте наблюдается снижение обменной кислотности на 15% в 1986 г. относительно 1971 г. и на 21% – в 2012 г. Минимальные изменения отмечены в вариантах NP (4%) и Контроль (15%) в 1986 и 2012 г.г. соответственно. Наибольший эффект наблюдается в вариантах Навоз (26%) и NPK+навоз (27%) в 1986 и 2012 гг. соответственно.

Содержание подвижных форм фосфора и калия характеризовалось существенной временной динамикой. Содержание подвижных форм фосфора в почве варьировало от среднего на контрольном варианте до повышенного и высокого. Отмечается увеличение данного показателя в опыте в 1986 г. относительно 1971 г. в целом на 44%. Максимальное увеличение содержания подвижных форм фосфора в этот временной промежуток отмечается в вариантах с минеральной (80%) и органо-минеральной (121%) системами удобрений относительно контрольного варианта. Результаты исследований, полученные в 2012 г., свидетельствуют о снижении данного показателя относительно 1986 г., но сохранении положительного баланса подвижных форм фосфора в почве при сравнивании с 1971 г.

При анализе обеспеченности почвы подвижными формами калия отмечается динамика снижения на 46%, что способствовало переводу почвы от повышенной уровня обеспеченности в 1971 г. до среднего и низкого в 2012 г. Следует отметить, что данная тенденция наиболее явно отмечается в 1986 г.

IV. Выводы

Морфологическое строение почвенных профилей типично для пахотных почв Нижегородской области. Почвенных профиль светло-серой лесной почвы характеризуется наличием кремнеземистой присыпки и гумусовых пленок на поверхности почвенных структурностей нижележащих слоев. Интенсивное сельскохозяйственное производство способствовало образованию мощного гумусо-аккумулятивного горизонта.

Анализ почвенных образцов с систематическим внесением удобрений без извести (1971 г.) относительно комплексного применения удобрений и доломитовой муки (1986 г., 2012 г.) свидетельствует о повышении величины рН, снижении обеспеченности подвижными формами калия и сохранении положительного баланса подвижных форм фосфора.

Литература

1. Андроников, В.Л. Об изменении свойств серых лесных почв при окультуривании / В.Л. Андроников // Изменение почв при окультуривании, их классификация и диагностика. - М.: Колос, 1965. – С. 26-31.

2. Ахтырцев, Б.П. Серые лесные почвы Центральной России / Б.П. Ахтырцев. – Воронеж: Изд-во ВГУ, 1979 – 232 с.

3. Ахтырцев, Б.П. Изменение агрохимических свойств серых лесных почв Центральной черноземной полосы при их окультуривании / Б.П. Ахтырцев, Г.А. Шевченко // Агрохимия. – 1965. – № 9. – С. 25-36.

4. Бурлакова, Л.М. Антропогенная трансформация почвообразования и плодородия черноземов в системе агроценозов / Л.М. Бурлакова, Г.Г. Морковкин // Агрохимический вестник. – 2005. - №1. – С. 2-3.

5. Веретенников, С.С. Почвы Приволжских нагорных дубрав / С.С. Веретенников // Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского серия биология. – 2001. – № 1. – С. 114-120.

6. Вологжанина, Т.В. Провинциальные особенности серых лесных почв Русской равнины / Т.В. Вологжанина // Науч. тр.: генезис и свойства пахотных почв Нечерноземья. - ГСХИ. Горький, 1989. – С. 10-13.

7. Доспехов, Б.Л. Методика полевого опыта (с основами статистической обработки результатов исследований) / Б.Л. Доспехов. – 5-е изд., доп. и перераб. – М.: Агропромиздат, 1985. – 351с.

8. Караваева, Н.А. Антропогенная трансформация почв / Н.А. Караваева, С.Н. Жариков, Т.Г. Нефедова и др. // Природная среда Европейской части СССР (опыт регионального анализа). – М.: Изд-во АН СССР. 1989. – С. 80-153.

9. Никитин, Б.А. Пахотные почвы Нижегородской области / Б.А. Никитин, Г.Д. Гогмачадзе. – Нижний Новгород, 2003. –176 с.

10. Никончик, П.И. Севооборот и воспроизводство плодородия почвы. Результаты 30-летнего стационарного опыта / П.И. Никончик // Теоретические и технологические основы воспроизводства плодородия почв и урожайность сельскохозяйственных культур: Мат. Междунар. научно-прак. конф. – М.: Изд-во РГАУ-МСХА, 2012. – С. 103-121.

11. Полякова, Н.В. Состояние пахотных угодий Правобережья Нижегородской области в современный период / Н.В. Полякова, Ю.Н. Платонычева, Е.Н. Володина // Земледелие. – 2008. - №4. – С. 12-13.

12. Полякова, Н.В. Эволюция серых лесных почв в агроландшафтах северной лесостепи: Автореф. дис. … докт. биол. наук. – М.: ФГОУ ВПО РГАУ – МСХА им. К.А. Тимирязева, 2012. – 46 с.

13. Чендев, Ю.Г. Агротехногенное изменение темно-серых лесных почв Центральной лесостепи за последние 200 лет / Ю.Г. Чендев // Почвоведение. – 1997. – № 1. – С. 10-21.

14. Чендев, Ю.Г. Эволюция лесостепных почв Среднерусской возвышенности в голоцене / Ю.Г. Чендев. – М.: ГЕОС. – 2008. – 212 с.

15. Шафронов, О.Д. Динамика агрохимических показателей пахотных почв Нижегородской области // Нетрадиционные источники и приемы организации питаний растений: Мат. Междунар. научно-прак. конф. – Н.Новгород: Изд-во ВВАГС, 2011. – С. 11-17.