Эффективность длительного применения удобрений в кормовом севообороте на дерново-подзолистой почве

УДК 631.86.232.322.4

Эффективность длительного применения удобрений в кормовом севообороте на дерново-подзолистой почве

Чеботарёв Н. Т., доктор сельскохозяйственных наук

Юдин А. А., кандидат экономических наук

Конкин П. И.

Булатова Н. В.

ФГБНУ «НИИСХ Республики Коми»

167023, Россия, Республика Коми, г. Сыктывкар, ул. Ручейная, д. 27

E-mail: audin@rambler.ru

Установлена высокая эффективность комплексного применения органических и минеральных удобрений при возделывании сельскохозяйственных культур в шестипольном кормовом севообороте на дерново-подзолистой почве. Наибольшая урожайность кормовых культур получена при внесении 80 т/га торфонавозного компоста (ТНК) + NPK. При таком соотношении удобрений получена средняя урожайность клубней картофеля 35,6 т/га, многолетних трав — 6,2 т/га и однолетних трав — 4,9 т/га сухого вещества. Качество кормовых культур значительно улучшалось при внесении повышенных доз органических и минеральных удобрений. Содержание сырого протеина в многолетних травах увеличилось до 14,7% (в контроле — 10,4%), сырого жира — до 4,4% (в контроле — 2,5%). Положительный эффект достигнут, в частности, при совместном внесении под картофель: количество крахмала в клубнях возрастало до 16,7%, что на 3,1 % выше результата, полученного в варианте без удобрений, и на 2,2% выше, чем при внесении полной дозы минеральных удобрений. Подобные закономерности отмечались и при возделывании однолетних трав. Применение органической и органоминеральной систем удобрений оказывало положительное эффект на содержание гумуса в почве. За период 1978‒2017 годов содержание гумуса повысилось на 0,7–0,9% при использовании двух доз ТНК и на 0,5–0,9% — при совместном применении органических и минеральных удобрений, тогда как при применении минеральных удобрений содержание гумуса в почве снизилось на 0,1–0,2%. В вариантах с NPK наблюдалось подкисление почвы и снижение содержания подвижного калия.

Ключевые слова: кормовой севооборот, минеральные и органические удобрения, урожайность культур, крахмал, сырой протеин, картофель, однолетние и многолетние травы.

Урожай сельскохозяйственных культур зависит от уровня плодородия почвы, то есть её способности удовлетворять потребности растений в питательных веществах, биологической и физико-химической среде. Сохранение в агроэкосистемах почвенного плодородия на основе рационального природопользования, обеспечивающего наибольший выход продукции растениеводства с наименьшими материальными затратами, относится к числу приоритетных задач (Заболоцкая, 1978; Чеботарёв, 2015; Войтович, 2005; Косолапов, 2010; Митрофанова, 2012).

В современном земледелии удобрения — важнейшее средство активного целенаправленного регулирования питания растений, круговорота и баланса биогенных веществ, последовательного повышения плодородия и на этой основе увеличения продуктивности агроценозов и поддержания экологического равновесия в природе (Митрофанова, 2012; Лапа, 2012; Босак, 2012).

В почвенном покрове Республики Коми преобладают подзолистые и дерново-подзолистые почвы, которые характеризуются очень низким естественным плодородием, поэтому для широкого воспроизводства плодородия и продуктивности необходимо применять известковые, органические и минеральные удобрения (Заболоцкая, 1978; Чеботарёв, 2015).

Цель исследований — изучить влияние систем удобрений на плодородие дерново-подзолистой почвы, продуктивность и качество культур в шестипольном кормовом севообороте.

Методика исследований. Исследования по использованию различных систем удобрений в кормовом севообороте проводились в 1978–2017 годах на дерново-подзолистой легкосуглинистой среднеокультуренной почве по методике Б. А. Доспехова (1985).

Агрохимические показатели почвы и схема опыта представлены в табл. 1. Кормовой севооборот состоял из следующего чередования культур: картофель, вико-овсяная смесь с подсевом многолетних трав, многолетние травы 1 г.п., многолетние травы 2 г.п., вико-овсяная смесь, картофель.

Органические удобрения в виде торфонавозного компоста (ТНК) вносили два раза за ротацию севооборота под картофель.

Агрохимические показатели ТНК: pН_kcl —7,2–7,6, сухое вещество — 26–30%, зольность — 20–24%, содержание общего азота — 0,52–0,60%, общего фосфора — 0,5–0,56%, общего калия — 0,42–0,48%. Для восполнения выноса элементов питания урожаем сельскохозяйственных культур ежегодные дозы минеральных удобрений составляли: под картофель — N₆₀P₃₀K₁₈₀, под вико-овсяную смесь — N₄₀P₃₂K₁₁₆, под многолетние травы (клевер луговой + тимофеевка луговая) — N₄₀P₃₂K₁₀₈. В опыте также использовали их пониженные дозы (1/2 и 1/3 от полной дозы). Планируемая урожайность зелёной массы вико-овсяной смеси — 20,0 т/га, многолетних трав — 15,0 и картофеля — 15,0 т/га.

Сорта исследуемых культур: картофель Невский, овёс Горизонт, вика Льговская 22, клевер луговой Трио, тимофеевка луговая Северодвинская.

Повторность опыта четырёхкратная, площадь опытной делянки — 50 м². Учёт урожайности сплошной, поделяночный.

В работе использовали следующие методы анализов:

• для почвы: гумус — по ГОСТ 26213-91, общий азот — по ГОСТ 26107-84, гидролитическая кислотность — по ГОСТ 26212-91, сумма поглощённых оснований — по ГОСТ 27821-88, pH_сол — по ГОСТ 26483-85, подвижный фосфор и обменный калий — по ГОСТ 26207-91, валовой анализ биофильных элементов в почве и удобрениях — абсорбционным и рентгено-флюоресцентным (VRA-33) методами;
• для растений: азот общий — фотоколометрическим методом, сырая клетчатка — по Геннебергу и Штоману (1969), сырая зола — сухим озолением в муфельной печи, фосфор — ванадо-молибдатным методом по Курмису (1974), калий — на пламенном фотометре после сухого озоления, кальций — трилонометрически, кормовые единицы, БЭВ, сырой протеин — расчётным методом, нитратный азот — ионоселективным методом, азот и углерод — методом газовой хроматографии.

Работа представлена в рамках программы УрО РАН № 18-8-49-17 «Продуктивность сельскохозяйственных культур с особенностями трансформации и стабилизации почвенного органического вещества в пахотных угодьях Европейского Северо-Востока (на примере средней тайги Республики Коми)» на 2018–2020 годы.

Результаты исследований. В результате исследований установлено, что удобрения оказали существенное влияние на изменение основных агрохимических свойств дерново-подзолистой почвы (табл. 1).

1. Влияние длительного применения удобрений на свойства дерново-подзолистой почвы

Повышение содержания гумуса было наиболее значительным при использовании одного компоста (на 0,7–0,9%) и совместном его применении с минеральными туками (на 0,2–0,9%) по сравнению с исходным его количеством. При внесении одних минеральных удобрений (во всех дозах) содержание гумуса в почве снизилось до 2,2–2,3%, что было на 0,1–0,2% ниже, чем в начале опыта. Это указывает на то, что минерализация гумуса опережала его гумификацию из-за недостаточных объёмов поступления в почву органического вещества в виде торфонавозного компоста и пожнивно-корневых остатков возделываемых культур.

В варианте без удобрений сохранялось исходное содержание гумуса (2,1%), и средняя урожайность кормовых культур была достаточно высокой (2,7 т/га СВ) благодаря поступлению в почву значительных объёмов растительных остатков, в первую очередь многолетних трав, их гумификации и минерализации под воздействием микроорганизмов.

Во всех вариантах опыта наблюдалось повышение обменной и гидролитической кислотности почвы, что можно объяснить недостаточным поступлением в почву кальция и магния. В наибольшей степени повышение обменной кислотности отмечалось в вариантах с минеральными удобрениями (на 1,0–1,2 ед. рН), незначительно она повышалась в вариантах с органическими удобрениями (на 0,7 ед. рН) и совместном использовании органических и минеральных удобрений, особенно в высоких дозах (ТНК 80 т/га + 1 NPK; на 0,5 ед. рН). Подобная закономерность отмечалась и по гидролитической кислотности. В варианте без удобрений обменная кислотность повышалась на 1,4 ед. рН, гидролитическая — 2,3 ммоль/100 г почвы.

В вариантах с ТНК и NPK, а также при совместном их применении установлено значительное повышение содержания подвижных форм фосфора (на 10–30 мг/кг) за счёт минерализации органического удобрения, пожнивно-корневых остатков, а также неполного использования растениями фосфора и калия из удобрений на холодных почвах Севера (Журбицкий, 1965). Минерализация органического вещества растительных остатков и торфонавозного компоста под действием микроорганизмов в этих вариантах происходила более интенсивно, так как внесённый минеральный азот служил питательной средой для различных групп микроорганизмов, что позволило ускорить переход элементов питания в доступную для растений форму.

Количество обменного калия снижалось во всех вариантах опыта, что указывало на его высокий вынос урожаем культур севооборота. Наиболее значительное снижение подвижного фосфора и калия отмечалось в варианте без удобрений (58 и 60 мг/кг почвы соответственно).

Внесение торфонавозного компоста и минеральных удобрений в кормовом севообороте способствовало повышению урожайности сельскохозяйственных культур, особенно при совместном их применении (табл. 2).

Так, в среднем за три ротации севооборота урожайность клубней картофеля в вариантах опыта составляла 22,1–35,6 т/га, превысив контроль на 2,3–64,8%. При повышении доз минеральных удобрений с 1/3 NPK до NPK урожайность увеличилась с 22,1 до 26,8 т/га. При повышении дозы ТНК с 40 до 80 т/га она возрастала с 24,6 до 26,7 т/га, а прибавка к контролю — с 13,8 до 23,6%. Наибольшая урожайность получена при совместном внесении органического и минеральных удобрений — 26,3–35,6 т/га, что на 21,7–64,8% выше контроля.

2. Продуктивность и качество культур кормового севооборота при комплексном применении удобрений (среднее за три ротации)

Урожайность однолетних трав при раздельном внесении различных доз NPK и ТНК составляла соответственно 2,9–3,4 и 2,6–2,9 т/га сухого вещества, что на 11,5–30,7 и 11,5% выше по сравнению с контролем. Совместное применение органического и минеральных удобрений существенно повышало урожайность однолетних трав, особенно при использовании полной дозы NPK (4,6–4,9 т/га, на 76,9–88,4% выше контроля).

Применение минеральных удобрений для подкормки многолетних трав увеличивало их урожайность до 4,1–4,6 т/га СВ, что выше продуктивности контрольного варианта на 17,1–31,4 %. Как и у предыдущих двух культур, наиболее значительное повышение урожайности многолетних трав отмечалось от совместного действия туков и органического удобрения, внесённого под картофель.

В результате длительных научных исследований установлено, что системы удобрений значительно воздействовали на химический состав кормовых культур (табл. 2). Содержание сухого вещества в картофеле с повышением доз органических и минеральных удобрений снижалось на 2–4%. Наиболее значительно — в вариантах с применением высоких доз. Подобные явления наблюдались на многолетних и однолетних травах, но в меньшей степени.

Содержание сырого протеина при использовании минеральных и органических удобрений повышалось: в картофеле — до 11,6–14,1% (в контроле — 10,4%), в многолетних травах — до 12,6–14,7% (10,4%), в однолетних травах — до 12,4–16,0% (10,8%), в большей степени — при применении органоминеральной системы удобрений в высоких дозах. Содержание нитратов в клубнях картофеля не превышало ПДК (250 мг/кг СМ). Количество сырого жира в кормовых культурах повышалось при применении удобрений, особенно высоких доз.

Содержание сырой клетчатки в сельскохозяйственной продукции с повышением доз органических и минеральных удобрений незначительно снижалось (на 1–2%).

Наши исследования по влиянию систем удобрений на плодородие, продуктивность и качество культур кормового севооборота согласуются со многими исследованиями (Босак, 2012; Новосёлов, 2013; Чухина, 2013; Мёрзлая, 2012; Шпаков, 1997).

Заключение. Оптимальным вариантом применения удобрений в кормовом севообороте на дерново-подзолистой среднеокультуренной почве является совместное применение торфонавозного компоста (80 т/га, два раза за 6 лет) и ежегодное внесение минеральных удобрений (в дозах, рассчитанных по выносу питательных веществ планируемым урожаем культур). При таком способе применения удобрений значительно повышается плодородие почвы, урожайность возделываемых культур, а также их кормовые качества.

Литература

1. Заболоцкая Т. Г. Северный подзол и удобрения / Т. Г. Заболоцкая. — Л.: Наука, 1985. — 179 с.

2. Чеботарёв Н. Т. Динамика плодородия и продуктивности дерново-подзолистой почвы под действием длительного применения удобрений в условиях Республики Коми / Н. Т. Чеботарёв, А. А. Юдин // Достижения науки и техники АПК. — 2015. — № 2. — С.11–14.

3. Войтович Н. В. Оптимизация минерального питания в агроценозах Центрального Нечерноземья / Н. В. Войтович, Б. П. Лобода. — М.: НИИСХ ЦРНЗ, 2005. — 193 с.

4. Косолапов В. М. Роль кормопроизводства в обеспечении продовольственной безопасности России / В. М. Косолапов // Адаптивное кормопроизводство. — 2010. — № 1. — С.16–19.

5. Митрофанова Е. М. Роль агрохимических приёмов в снижении кислотности дерново-подзолистых почв Предуралья / Е. М. Митрофанова // Аграрный вестник Урала. — 2012. — № 5. — С.8–10.

6. Лапа В. В. Продуктивность севооборотов и изменение плодородия дерново-подзолистой супесчаной почвы при длительном применении удобрений / В. В. Лапа, Н. Н. Ивахненко // Агрохимия. — 2012. — № 9. — С.41–48.

7. Босак В. Н. Плодородие и продуктивность дерново-подзолистой легкосуглинистой почвы при длительном применении удобрений / В. Н. Босак // Агрохимия. — 2012. — № 9. — С.14–20.

8. Доспехов Б. А. Методика полевого опыта (с основами статистической обработки результатов исследований) / Б. А. Доспехов. — М.: Агропромиздат, 1985. — 351 с.

9. Журбицкий З. И. Влияние внешних условий на минеральное питание растений / З. И. Журбицкий // Агрохимия. — 1965. — № 3. — С.65–75.

10. Действие и последствие органических удобрений в севообороте / С. И. Новосёлов, С. А. Горохов, М. Н. Иванов, Е. С. Новосёлова // Агрохимия. — 2013. — № 8. — С.30–37.

11. Чухина О. В. Плодородие дерново-подзолистой почвы и продуктивность культур в севообороте при применении различных доз удобрений / О. В. Чухина, Ю. П. Жуков // Агрохимия. — 2013. — № 11. — С.10–18.

12. Эффективность длительного применения органических и минеральных удобрений на дерново-подзолистой легкосуглинистой почве / Г. Е. Мёрзлая, Г. А. Зябкина, Т. П. Фомкина, А. В. Козлова, О. В. Макшакова, С. П. Волошин, О. М. Хромова, И. В. Панкратенкова // Агрохимия. — 2012. — № 2. — С.37–46.

13. Шпаков А. С. Многолетние травы в кормовых севооборотах / А. С. Шпаков // Кормопроизводство. — 1997. — № 12. — С.9–11.

Rotation of forage crops on sod-podzolic soil as affected by long-term fertilization

Chebotarev N. T., Dr. Agr. Sc.

Yudin A. A., PhD Econ. Sc.

Konkin P. I.

Bulatova N. V.

The Komi Republic Research Institute of Agriculture

167023, Russia, the Komi Republic, Syktyvkar, Rucheynaya str., 27

E-mail: audin@rambler.ru

The report revealed high effectiveness of organic-mineral fertilization in six-field crop rotation on sod-podzolic soil. The highest productivity of forage crops was achieved under application of 80 t ha^-1 of peat-manure compost (PMC) + NPK. This combination resulted in mean yield of potato tubers of 35.6 t ha^-1, perennial grasses — 6.2 t ha^-1 and annual grassed — 4.9 t ha^-1 of dry matter (DM). Quality of forage crops significantly improved under high fertilizer rates. Crude protein content in perennial grasses increased up to 14.7% (control — 10.4%), crude fat — up to 4.4% (control — 2.5%). Potato fertilization by organic-mineral mixture led to increase of starch content in tubers of up to 16.7%, exceeding the non-fertilized variant by 3.1 % and the one on the background of full mineral nutrition — by 2.2%. Same trends were observed when cultivating annual grasses. Application of organic and organic-mineral fertilizers positively affected humus accumulation in soil. In the period of 1978‒2017 humus content increased by 0.7–0.9% under two rates of peat-manure compost and by 0.5–0.9% — on the background of organic-mineral fertilization; mineral fertilizers reduced humus concentration in soil by 0.1–0.2%. Variants of NPK showed soil acidification and decrease in soluble K content.

Keywords: forage crop rotation, mineral, organic fertilizers, crop productivity, starch, crude protein, potatoes, annual, perennial grasses.

References

1. Zabolotskaya T. G. Severnyy podzol i udobreniya / T. G. Zabolotskaya. — Leningrad: Nauka, 1985. — 179 p.

2. Chebotarev N. T. Dinamika plodorodiya i produktivnosti dernovo-podzolistoy pochvy pod deystviem dlitelnogo primeneniya udobreniy v usloviyakh Respubliki Komi / N. T. Chebotarev, A. A. Yudin // Dostizheniya nauki i tekhniki APK. — 2015. — No. 2. — P.11–14.

3. Voytovich N. V. Optimizatsiya mineralnogo pitaniya v agrotsenozakh Tsentralnogo Nechernozemya / N. V. Voytovich, B. P. Loboda. — Moscow: NIISKh TsRNZ, 2005. — 193 p.

4. Kosolapov V. M. Rol kormoproizvodstva v obespechenii prodovolstvennoy bezopasnosti Rossii / V. M. Kosolapov // Adaptivnoe kormoproizvodstvo. — 2010. — No. 1. — P.16–19.

5. Mitrofanova E. M. Rol agrokhimicheskikh priemov v snizhenii kislotnosti dernovo-podzolistykh pochv Preduralya / E. M. Mitrofanova // Agrarnyy vestnik Urala. — 2012. — No. 5. — P.8–10.

6. Lapa V. V. Produktivnost sevooborotov i izmenenie plodorodiya dernovo-podzolistoy supeschanoy pochvy pri dlitelnom primenenii udobreniy / V. V. Lapa, N. N. Ivakhnenko // Agrokhimiya. — 2012. — No. 9. — P.41–48.

7. Bosak V. N. Plodorodie i produktivnost dernovo-podzolistoy legkosuglinistoy pochvy pri dlitelnom primenenii udobreniy / V. N. Bosak // Agrokhimiya. — 2012. — No. 9. — P.14–20.

8. Dospekhov B. A. Metodika polevogo opyta (s osnovami statisticheskoy obrabotki rezultatov issledovaniy) / B. A. Dospekhov. — Moscow: Agropromizdat, 1985. — 351 p.

9. Zhurbitskiy Z. I. Vliyanie vneshnikh usloviy na mineralnoe pitanie rasteniy / Z. I. Zhurbitskiy // Agrokhimiya. — 1965. — No. 3. — P.65–75.

10. Deystvie i posledstvie organicheskikh udobreniy v sevooborote / S. I. Novoselov, S. A. Gorokhov, M. N. Ivanov, E. S. Novoselova // Agrokhimiya. — 2013. — No. 8. — P.30–37.

11. Chukhina O. V. Plodorodie dernovo-podzolistoy pochvy i produktivnost kultur v sevooborote pri primenenii razlichnykh doz udobreniy / O. V. Chukhina, Yu. P. Zhukov // Agrokhimiya. — 2013. — No. 11. — P.10–18.

12. Effektivnost dlitelnogo primeneniya organicheskikh i mineralnykh udobreniy na dernovo-podzolistoy legkosuglinistoy pochve / G. E. Merzlaya, G. A. Zyabkina, T. P. Fomkina, A. V. Kozlova, O. V. Makshakova, S. P. Voloshin, O. M. Khromova, I. V. Pankratenkova // Agrokhimiya. — 2012. — No. 2. — P.37–46.

13. Shpakov A. S. Mnogoletnie travy v kormovykh sevooborotakh / A. S. Shpakov // Kormoproizvodstvo. — 1997. — No. 12. — P.9–11.