Пилипенко Н.Г. (к. с.-х. н.), Андреева О.Т., (к. с.-х. н.)

Государственное научное учреждение Научно-исследовательский институт ветеринарии Восточной Сибири Россельхозакадемии, г. Чита, Россия

Баланс азота, фосфора и калия на лугово-черноземных почвах Восточного Забайкалья и коэффициенты использования питательных веществ из удобрений в кормовом севообороте

Представлены результаты многолетних исследований по изучению эффективности различных систем удобрений, их влиянию на баланс азота, фосфора и калия в почве и коэффициенты использования питательных веществ из удобрений кормовыми культурами в севообороте. Положительный баланс по основным элементам питания (N – 398.8, P₂O₅ – 210.5, K₂O – 141.5 кг/га) обеспечила система с нормой внесения за две ротации севооборота 80 т навоза + N₂₄₀P₁₈₀K₁₈₀ кг/га д.в. Половинная норма этих удобрений (40 т навоза +N₁₂₀P₉₀K₉₀) дала положительный баланс только по азоту (27.4 кг/га), фосфору (81.5 кг/га) и отрицательный - по калию (154.6 кг/га). Без навоза ни одна из минеральных систем удобрений не обеспечила бездефицитного баланса по азоту и калию, за исключением фосфора. За 10 лет исследований дефицит азота, фосфора и калия на варианте без удобрений составил: 279.7, 90.4, 380.8 кг/га. Вынос элементов питания с урожаем возрастал при увеличении норм удобрений (по азоту на 3.7-24.9, фосфору – 10.5-30.9, калию – 9.3-31.3 %), но при этом снижались коэффициенты использования N, P₂O₅ и К₂О из минеральных и органических удобрений. Так, у рапса ярового коэффициент использования азота при нормах внесения за севооборот N₁₂₀P₉₀K₉₀ составил – 31 %, N₂₄₀P₁₈₀K₁₈₀ – 24 %, при внесении этих норм с органическими (навоз 40 т + N₁₂₀P₉₀K₉₀ и навоз 80 т + N₂₄₀P₁₈₀K₁₈₀) соответственно – 31 и 27 %. Такая же зависимость прослеживается по фосфору и калию.

Ключевые слова: кормовой севооборот, системы удобрений, вынос, баланс, азот, фосфор, калий, коэффициенты использования, питательные вещества.

Существенный фонд пахотных угодий Забайкалья составляют черноземы и лугово-черноземные почвы. Большая часть их распахана, находится в длительном использовании и нуждается в повышении плодородия. Основным способом повышения плодородия данных почв и продуктивности кормовых культур является применение научно-обоснованных систем удобрений [1]. Минеральные и органические удобрения, обогащая основную и побочную продукцию урожая, увеличивают вынос основных элементов питания с единицы площади посева. Для правильной оценки и совершенствования систем удобрений с целью повышения урожайности сельскохозяйственных культур и плодородия почв важно знать структуру и динамику баланса азота, фосфора и калия в севообороте. Главными статьями баланса элементов питания являются их вынос с урожаем и поступление в виде органических и минеральных удобрений [2,3].

Обобщенными результатами научных исследований доказано, что степень влияния удобрений на растения и почву зависит от соотношения вносимых и отчуждаемых с урожаем элементов питания, а их дефицитный баланс не совместим с задачей повышения плодородия почв и роста урожайности сельскохозяйственных культур [4]. Наши исследования подтвердили справедливость этих выводов. Возрастающие нормы вносимых элементов питания в системе удобрения культур кормового севооборота снижали дефицитность их баланса и увеличивали продуктивность с севооборотной площади [5,6,7] .

Ведущим нормативным показателем, постоянно применяемым в расчетах, является коэффициент использования элементов питания из удобрений. Известно, что коэффициент использования зависит от почвенно-климатических условий, а также биологических особенностей возделываемых культур. Установлено, что в полевых условиях усвоение растениями питательных веществ варьирует в широких пределах и зависит от дозы и формы минеральных и органических удобрений, соотношения питательных элементов, водно-воздушного режима почвы и других условий [8]. В связи с этим важно изучение основных закономерностей взаимодействия почв, удобрений и растений, позволяющих раскрыть пути повышения эффективности применения удобрений [3,9].

Цель и задачи исследований – изучить и установить влияние минеральных и органо-минеральных систем удобрений на баланс азота, фосфора и калия лугово-черноземных почв и на коэффициенты использования питательных веществ из удобрений кормовыми культурами в севообороте.

МАТЕРИАЛЫ, МЕТОДЫ И УСЛОВИЯ ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

Многолетние исследования проведены на полях ГНУ ЗабНИИСХ, расположенных в юго-западной части Ингодино-Читинской лесостепи. В кормовом севообороте (пар – корнеплоды – кукурузо-подсолнечниковая смесь – рапс яровой – горохо-овсянная смесь) изучали системы удобрений при разных уровнях минерального питания. За ротацию пятипольного севооборота вносили N₁₂₀P₉₀K₉₀ и N₂₄₀P₁₈₀K₁₈₀ кг/га д.в. в чистом виде и по фону 40 и 80 т/га навоза.

Климат зоны – резко-континентальный. Продолжительность безморозного периода 90-110 дней. Сумма положительных температур выше 10^оС составляет 1500…1800^оС. Годовая сумма осадков – 330-380 мм. Основное их количество (85-90 %) выпадает в теплый период, максимальное – в июле-августе. Атмосферные осадки за годы первой ротации в пределах годовой нормы выпали только в первый год исследований, в остальные – превышали ее на 40.6 – 158.7 мм или на 14-53 %. Гидротермические коэффициенты (ГТК) вегетационных периодов равнялись соответственно годам исследований – 1.4, 1.2, 2.7, 1.3 и 1.7. Согласно ГТК все периоды первой ротации можно считать влажными, кроме третьего года исследований, который характеризовался, как избыточно увлажненный. Годы второй ротации севооборота существенно различались количеством выпавших осадков. Первые два года их выпало меньше нормы на 31.3 – 42,3 мм (на 11-14 %), а в последующие – превысили норму на 152.7-202.3 мм, или на 51-67 %. Гидротермические коэффициенты вегетационных периодов второй ротации составили соответственно – 0.9, 0.8, 2.1, 1.6, 1.6. Согласно данным коэффициентам первые два года исследований можно характеризовать, как засушливые, а остальные – влажными.

Почва опытного участка лугово-черноземная мучнистокарбонатная, по гранулометрическому составу – легкий суглинок. Объемная масса пахотного слоя равна 1.13 г/см³. Влажность устойчивого завядания – 5.5-6.4 %. Наименьшая влагоемкость почвы полуметрового слоя 106.1 мм общей и 70.7 мм – продуктивной влаги. По реакции почвенного раствора пахотный горизонт является слабокислым, подпахотный – нейтральным. Содержание органического вещества в слое 0-20 см – 3.67, общего азота 0.31 %. Содержание подвижного фосфора низкое, обменного калия среднее [10].

Общая площадь делянки – 100 м², повторность опыта – 4-х кратная, размещение вариантов – рендомезированное, форма делянки – прямоугольная. В схеме опыта представлено пять вариантов систем удобрений при разных уровнях минерального и органо-минерального питания (таблица 1).

Таблица 1

Схема распределения удобрений по культурам севооборота

(навоз, т/га; минеральные туки, кг/га д.в.).

Ва-ри-ант	Нормы удобрений в полях севооборота					Сумма за ротацию
	пар	турнепс	кукурузо-подсолнеч-никовая смесь	рапс яровой	горохо-овсяная смесь
1.	Контроль без удобрений
2.	-	N30P45K50	N30P15	N30P15K40	N30P15	N120P90K90
3.	Навоз 40	N30P45K50	N30P15	N30P15K40	N30P15	Навоз 40 + N120P90K90
4.	-	N60P90K100	N60P30	N60P30K80	N60P30	N240P180K180
5.	Навоз 80	N60P90K100	N60P30	N60P30K80	N60P30	Навоз 80 + N240P180K180

Кормовые культуры в севообороте возделывали по общепринятой в зоне агротехнике рекомендованной зональными системами земледелия [1].

Навоз, двойной гранулированный суперфосфат и хлористый калий применяли под основную обработку почвы, аммиачную селитру – под предпосевную культивацию, часть фосфорных удобрений вносили в период посева с семенами в рядки. Минеральные туки по своему химическому составу соответствовали ГОСТу (N -34%; Р₂О₅ – 46 %; К₂О – 60 %). В полуперепревшем навозе от КРС в среднем содержалось 0,85 % N, 0,36 % Р₂О₅ и 0,8 % К₂О.

В опыте использовали районированные сорта и гибриды кормовых культур. Наблюдения и учеты выполнены общепринятыми в почвоведении и агрохимии методами.

При изучении почвенно-гидрологических констант (гранулометрический состав, максимальная гидроскопичность, влажность завядания, наименьшая полевая влагоемкость, общая скважность, удельная и объемная масса почвы) руководствовались методиками, предложенными в справочнике «Агрогидрологические свойства почвы Забайкалья». Влажность почвы определялась по десятисантиметровым слоям до глубины 50 см термостатно-весовым методом. Определение содержания органического вещества и общего азота проведено методом Тюрина, а сумма поглощенных оснований – по Каппену. Нитратный азот в почве - ионометрическим экспресс-методом, подвижный фосфор и обменный калий – по Чирикову в 0,5 н. уксусно-кислой вытяжке.

Для характеристики качества полученной продукции в растительных образцах определяли содержание: гигровлаги и золы – весовым методом, азота -по Къельдалю с последующим пересчетом на сырой протеин через коэффициент 6,25, фосфора - ванадомолибдатным методом, калия – на пламенном фотометре, кальция – фотометрически, жира – по Попандопуло, клетчатки – методом Кюршнера и Ганека в модификации Коган.

Для расчета кормовых единиц и переваримого протеина пользовались методикой А.Д. Пшеничного, коэффициенты переваримости брали по справочнику М.Ф. Томмэ.

Вынос питательных веществ из почвы урожаем определялись расчетным путем по методике Л.М. Державина, Р.Н. Поповой. Баланс азота, фосфора и калия рассчитывался по выносу основных элементов питания с урожаем и поступлением их с удобрениями. Коэффициенты использования азота, фосфора, калия из минеральных и органических удобрений определяли балансовым методом [11].

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Главными статьями баланса элементов питания является их вынос с урожаем и поступление с органическими и минеральными удобрениями. В литературных источниках указывается, что для получения высоких урожаев необходимо возвращать в почву 80-90 % азота, свыше 100 % фосфора, около 70 % калия по отношению к выносу этих элементов урожаями. Считается возможным иметь дефицит азота 13-14, калия 20-22 кг/га, содержание фосфора в почве рекомендуется поддерживать без дефицита [12].

Баланс питательных веществ зависит от уровня применения удобрений и уровня урожайности. При низком уровне химизации, когда в почву вносится мало удобрений, урожай формируется за счет запасов питательных веществ почвы и баланс по азоту, калию, в меньшей степени фосфору складывается отрицательно. Уровень урожайности определяется эффективным плодородием почвы. При применении высоких доз удобрений урожайность культур возрастает, увеличивается и вынос питательных веществ урожаем, однако его формирование происходит в большей степени за счет внесенных удобрений, поэтому дефицит питательных веществ при расчете баланса значительно снижается, а по фосфору во многих случаях бывает положительным [13]. Такие закономерности прослеживаются и в наших исследованиях на лугово-черноземной почве бедной по содержанию подвижных форм фосфора и средних – обменного калия, где установлена зависимость степени влияния удобрений на растения и почву от их нормы внесения и соотношения (табл. 2).

Таблица 2

Баланс элементов питания при различных системах удобрений

в кормовом севообороте за 10 лет

Вариант	Внесение элементов питания, кг/га			Биомасса сухого вещества, т/га	Отчуждено полем, кг/га			Баланс (±)
	N	P2O5	K2O		N	P2O5	K2O	N	P2O5	K2O
1.Контроль (без удобрений)	-	-	-	14,51	279,7	90,4	380,8	-279,7	-90,4	-380,8
2. NPK	120	90	90	18,88	417,1	138,0	516,7	-297,1	-48,0	-426,7
3. NPK + навоз	120 340^*	90 144	90 320	19,81	432,6	152,5	564,6	+27,4	+81,5	-154,6
4. NPK	240	180	180	21,61	496,6	172,1	627,0	-256,6	+7,9	-447,0
5. NPK + навоз	240 680^*	180 288	180 640	22,20	521,2	180,7	678,5	+398,8	+210,5	+141,5

Так, на неудобренном фоне с продуктивностью севооборотной площади 14,51 т биомассы сухого вещества, дефицит по азоту составил 279,7, фосфору – 90,4, калию – 380,8 кг/га. Применение минеральной системы удобрений с нормой внесения за ротацию N₁₂₀P₉₀K₉₀ повысило продуктивность культур севооборота по отношению к неудобренному фону на 30,1 %, но при этом увеличило недостаток азота на 6,2 и калия на 12,0 %. Дефицит по фосфору снизился в 1,9 раза. Двойная норма минеральных удобрений (N₂₄₀P₁₈₀K₁₈₀) повысила продуктивность севооборота на 48,9 %, снизила дефицит азота на 8,3 и увеличила дефицит калия на 17,4 %. При этом баланс по фосфору стал положительный. Применение навозно-минеральной системы удобрений с нормой внесения за ротацию (навоз 40 т + N₁₂₀P₉₀K₉₀) увеличило продуктивность культур на 36,5 %, и при этом дефицит по калию снизился в 2,5 раза. Вынос элементов питания с урожаем по азоту и фосфору не превышал норму внесенных удобрений. Двойная норма навозно-минеральной системы удобрений (навоз 80 т + N₂₄₀P₁₈₀K₁₈₀) повысила продуктивность севооборота на 53,0 %, обеспечила положительный баланс по всем основным элементам питания. На обогащение почвы пошло 398,8 кг азота, 210,5 кг фосфора и 141,5 кг калия.

В настоящее время на почвах Забайкальского края сложился устойчивый отрицательный баланс основных питательных веществ, что стало одной из ведущих причин резкого снижения продуктивности пашни. Решать ее необходимо путем применения, как промышленных туков, так и местных органических средств. Большая часть площади пашни – более 258, 5 тыс. га, или 60%, характеризуется низким содержанием подвижных форм фосфора (20-50 мг/кг), 115,0 тыс. га, или 27 % - средним показателем (50-100 мг/кг) и только 53,3 тыс. га, или 12,9 %, пахотных земель содержат достаточное количество Р₂О₅ и обеспечивают растения этим элементом. Поэтому оснавная часть пахотных земель нуждается в ежегодном внесении полной дозы фосфорных удобрений, и только на незначительную площадь пашни (12,9 %) следует вносить фосфорные удобрения в небольших (стартовых) припосевных дозах. Пахотные почвы в Забайкальском крае далеки от оптимальных показателей азотного питания и нуждаются в разной степени в азотных удобрениях [14].

Исследования, проведенные на почвах европейской части России [15,16], в Забайкалье [7], а также наши данные, свидетельствуют о том, что урожайность сельскохозяйственных культур, вынос элементов питания с урожаем возрастают при увеличении норм удобрений, но при этом снижаются коэффициенты использования N, P₂O₅ и К₂О из минеральных и органических удобрений. Эта зависимость прослеживается во всех полях севооборота. Так, у рапса ярового коэффициент использования азота при норме внесения за севооборот N₁₂₀P₉₀K₉₀ составил – 31 %, N₂₄₀P₁₈₀K₁₈₀ – 24 %, при внесении этих норм с органическими ( навоз 40 т + N₁₂₀P₉₀K₉₀ и навоз 80 т + N₂₄₀P₁₈₀K₁₈₀) – 31 и 27 процентов (табл. 3).

Таблица 3

Коэффициенты использования элементов питания кормовыми культурами из удобрений при различных системах ( среднее за 10 лет)

Вариант	Турнепс (корнеплоды + ботва)			Кукурузо-подсолнечниковая смесь			Рапс яровой			Горохо-овсянная смесь
	N	P2O5	K2O	N	P2O5	K2O	N	P2O5	K2O	N	P2O5	K2O
1. Без удобрений	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
2. N120P90K90	49	31	67	19	4	30	31	12	42	15	6	12
3.N120(340)P90(144)K90(320)	66 *7	48 *11	100 *15	27 *1	12 *4	51 *3	31 *1	15 *2	44 *1	19 *2	7 *1	22 *3
4. N240P180K180	31	24	60	20	6	36	24	9	29	15	5	11
5. N240(680)P180(288)K180(640)	36 *3	22 *1	66 *4	24 *2	10 *2	36 *5	27 *1	11 *1	31 *1	14 *1	6 *1	17 *2

Примечание. В скобках – внесено элементов питания с навозом; * - использование азота, фосфора и калия из навоза.

Максимальные коэффициенты использования элементов питания из минеральных и органических удобрений были у турнепса, ниже у рапса и кукурузо-подсолнечниковой смеси и минеральные – у горохо-овсянной смеси. Однако с увеличением уровня минерального питания коэффициент использования калия кукурузо-подсолнечниковой смесью становился выше, чем у рапса.

ВЫВОДЫ

1. В условиях лесостепной зоны Забайкальского края на пахотных глубокопромерзающих лугово-черноземных почвах устойчивый положительный баланс основных элементов питания при возделывании кормовых культур в севообороте обеспечила органо-минеральная система удобрений с нормой внесения за ротацию 80 т навоза + N₂₄₀P₁₈₀K₁₈₀ кг действующего вещества.

2. Внесение удобрений в норме 40 т навоза + N₁₂₀P₉₀K₉₀ д.в. обеспечило положительный баланс по фосфору и азоту, за исключением калия.

3. Минеральные системы удобрений в норме N₂₄₀P₁₈₀K₁₈₀ дали положительный баланс по фосфору и заметно снизили дефицит азота и калия в почве.

4. В хозяйствах лесостепной зоны Забайкальского края при возделывании кормовых культур в севообороте на пахотных глубокопромерзающих лугово-черноземных почвах наиболее эффективно использование органо-минеральных систем удобрений с нормой внесения за ротацию – навоз 40 т + N₁₂₀P₉₀K₉₀.

Удобрения в полях севооборота вносить в норме: 40 т/га навоза в паровое поле, Р₄₅К₅₀ – под турнепс, К₄₀ – под рапс, в 3-,4-,5-м полях – Р₁₅ с семенами в рядки; азотные – равными нормами по N₃₀ под каждую культуру севооборота.

Рекомендованная система удобрений обеспечила увеличение продуктивности севооборота на 36,5 %, способствовала повышению органического вещества в пахотном горизонте за 10 лет исследований на 0,11 процента.

5. Кормовые культуры на создание 1 тонны сухого вещества продукции использовали 21-24 кг азота, 6-8 кг фосфора, 19-31 кг калия.

6. Коэффициенты потребления питательных веществ из минеральных удобрений составили: по азоту – 17-44, фосфору – 7-30, калию – 18-74 %; из органических – соответственно 1-8, 1-11, 1-15 процентов.

Максимальные коэффициенты использования элементов питания из минеральных и органических удобрений были у корнеплодов, ниже у рапса и кукурузо-подсолнечниковой смеси и минимальные у горохо-овсянной смеси.

Список литературы

1. Зональные системы земледелия Читинской области. – Чита, 1988. – 423с.

2. Прянишников Д.Н. Об удобрении полей в севообороте //Избранные статьи. – М.: Изд-во МСХ РСФСР, 1962. – С. 149, 236-249.

3. Майборода Н.М. Определение потребности растений севооборотов в удобрениях //Труды ВИУА. – 1975. – Вып. 24. – С. 205-209.

4. Юркин С.Н. Баланс азота, фосфора и калия в условиях интенсификации земледелия//Обзорная информация/ВНИИ информации и технико-экономических исследований по сельскому хозяйству. – М., 1975. – 105с.

5. Пилипенко Н.Г. Эффективность запасного внесения фосфорно-калийных и органических удобрений в кормовой севообороте //Информационный листок. – Чита, 1988. - № 69.

6. Пилипенко Н.Г., Шашкова Г.Г. Эффективность использования органо-минеральных систем удобрений в кормовом севообороте //Научные проблемы совершенствования систем земледелия и животноводства Читинской области: Сб. науч. тр. – Чита: ЗабНИИСХ, 1999. – С.5-13.

7. Убугунов Л.Л., Будаев Б.Х., Меркушева М.Г. Оптимизация макроэлементов питания картофеля в условиях орошения. – Улан-Удэ: Изд-во БНЦ СО РАН, 2001. – 188с.

8. Кузнецов Н.Я. и др. Коэффициенты использования сельскохозяйственными культурами питательных веществ из почвы и удобрений в основных природно-сельскохозяйственных зонах Западной Сибири // Сибирский вестник сельскохозяйственной науки. – 1977. -№ 2. – С.1-9.

9. Кочетков В.П. Несколько данных из иностранной практики к построению систем удобрений в севообороте // Удобрения в севообороте. – М.: Сельхозгиз, 1936. – С.20-35.

10. Важенин И.Г., Важенина Е.А. Агрохимическая характеристика почв СССР (Восточная Сибирь). – М.: Наука, 1969. – 210с.

11. Кулоковская Т.Н. Оптимизация агрохимической системы почвенного питания растений.- М.: Агропромиздат, 1990. – 219с.

12. Шапошникова И.М., Ермоленко В.П. Эффективность удобрений в кормовом севообороте //Агрохимия. - 1986. - № 8. – С.38-42.

13. Пилипенко Н.Г., Убугунов Л.Л. Эффективность систем удобрений в кормовом севообороте на лугово-черноземных почвах Забайкалья. – Улан-Удэ: Изд-во БНЦ СО РАН, 2002. – 138с.

14. Шашкова Г.Г., Цыганова Г.П., Андреева О.Т., Акулова И.А. Состояние и пути совершенствования земледелия Забайкальского края/Рос. Академия с.-х. наук. Сиб. регион. отделение. ГНУ НИИВ Восточной Сибири. – Чита. – 2013. – 68с.

15. Никитишен В.И. Эффективность удобрений и баланс питательных веществ в полевых севооборотах на серой лесной почве // Агрохимия. – 1981. - № 3. – С.23-33.

16. Никитишен В.И. Особенности круговорота и баланса азота при систематическом применении азотного удобрения в севообороте на серой лесной почве //Агрохимия. – 1984. - № 12. – С.3-11.