Scientific journal

International Journal of Experimental Education

ISSN 2618–7159

ИФ РИНЦ = 0,425

Коэффициенты использования питательных веществ из минеральных удобрений, навоза и почвы раскрывают многие явления и процессы питания растений. Они показывают отношение культур к элементам питания, степень их накопления в почве, удобренности севооборотной площади. Широкая амплитуда колебания коэффициентов [2,3,5] обычное и нормальное явление. Оно указывает на разнообразие условий, которые создаются при выращивании сельскохозяйственных культур. Факторов, влияющих на величину коэффициентов использования питательных вещества из удобрений, много. Но больше всего они связаны с величиной урожайности культур, выносом питательных веществ с урожаем.

В Удмуртии первые сведения об использовании фосфора и калия из почвы озимой рожью, ячменем и льном-долгунцом были приведены И.П. Дерюгиным [4]. В 1985 г. нами были обобщены показатели содержания азота, фосфора и калия в растениях ряда культур, их выноса урожаем, коэффициентов использования из минеральных удобрений (КИУ) и почвы (КИП) по результатам 101 опыта [5].

Было установлено, что КИУ азота, фосфора, и калия в «чистом виде» без всяких фоновых удобрений имеет сходство по некоторым культурам и различия по другим в сравнении с усредненными показателями центральной и северо-западной зон России [1]. По справочным данным на суглинистых почвах растения потребляют из удобрений в первый год их действия азота 40-50 %, фосфора 15-20 %, калия 40-45 %. По нашим данным сходные коэффициенты получены по азоту для озимой ржи по чистому пару и брюквы (43-53 %), по фосфору для брюквы, многолетних бобово-злаковых трав (18-22 %). У других культур – озимой ржи, идущей по клеверу, ячменя, картофеля, однолетних и многолетних трав 1 г.п. они оказались ниже. По азоту составили 20-32 %, фосфору – 6-14 %. Низкими были значения КИУ калия озимой ржи, картофеля, однолетних трав и кукурузы (20-37 %). Выше (50-100 %) – у ячменя, брюквы, многолетних трав. Низкие коэффициенты усвоения питательных веществ объясняются частичным закреплением фосфора и калия с почвой невысокого плодородия и неблагоприятными погодными условиями в период вегетации растений. По данным ряда публикаций показатели имеют значительный разброс. По азоту – от 40 до 90 %, по фосфору – от 10 до 30 %, по калию – от 30 до 100 % [2].

На современном этапе ведущее место в земледелии занимает биологическое направление. Оно осуществляется в адаптивных севооборотах, в которых, наряду с минеральными, используются органические удобрения – навоз, компосты, сидераты, солома, являющиеся компонентами систем удобрений. На доступность элементов питания растениям культур используемые ресурсы наибольшее влияние оказывают во взаимодействии. Именно в этом ракурсе, с учетом удобренности почвы, усвоение растениями питательных элементов представляет наибольший научный и практический интерес.

Цель исследования. Изучить влияние систем удобрений на степень усвоения питательных веществ культурами севооборота в длительном стационарном опыте в зависимости от уровня плодородия дерново-подзолистой суглинистой почвы и использования минеральных удобрений в условиях Предуралья.

Материалы и методы исследования

Стационарный опыт заложен в 1971-1972 гг. с чередованием культур в севообороте, представленном в табл. 2. В работе приводятся результаты исследований, полученные в 4-й и 5-й ротациях севооборота. Изучаются два фактора. Фактор А – фоны с внесением извести и навоза: 1 – нулевой фон (Н1); 2 – известь внесли в паровом поле 1-й ротации по 1Нг и 2-й ротации по 2Нг (И2); 3 – навоз внесли 40 т/га в 1-й ротации и по 60 т/га во 2-5 ротациях (Н4 и Н5); 4 – известь + навоз внесли так же как в предыдущих фонах (И2Н4 и И2Н5). Фактор В – минеральные удобрения. В 4-й ротации севооборота (1995-2003 гг.) применяли: 1 – N47P46K46; 2 – N64P62K74; 3 – N81P80K102 в среднем под культуру. В 5-й ротации (2004-2011 гг.): NPK по 10, 20, 40, 60 кг д.в./га. На клевере удобрения не вносили. Солому озимой ржи заделывали в почву. Повторность опыта – четырехкратная. Агрохимические показатели почвы (табл. 1).

Результаты исследования и их обсуждение

Коэффициенты использования питательных веществ из минеральных удобрений (КИУ) в опыте зависели от биологических особенностей культур и других факторов (метеорологических условий вегетационного периода, уровня применения удобрений, микробиологических и обменных процессов элементов питания в почве). Отличались они и по ротациям севооборота. В 4-й ротации значения КИУ были ниже. Первая культура севооборота – озимая рожь, под которую вносили навоз, отличалась наибольшими показателями (табл. 2). На унавоженных фонах коэффициент потребления азота достигал 100–139 %, что указывает на его использование не только из минеральных удобрений, но и из органических, в том числе продуктов разложения растительных остатков предшествующих культур. Высокий коэффициент потребления наблюдался и в отношении калия – 71–144 %. Значительная его часть, поступившей в растения, также является органического происхождения. Если коэффициенты потребления азота, фосфора и калия озимой ржи в среднем составил 105, 29 и 96 %, то кукурузы (2-й культуры) – в 2 раза меньше – 49, 16 и 50 %. У яровой пшеницы (3-й культуры) коэффициенты были более низкими – 40, 12 и 15 % соответственно.

Заметно возросли коэффициенты у клевера 1 г.п. – 46, 14, 52 % и клевера 2 г.п. – 60, 19, 80 % в среднем. В условиях прохладного и засушливого лета, вследствие медленного разложения растительных остатков клевера, шестая культура – озимая рожь снизила коэффициенты использования азота и калия из удобрений по сравнению с предыдущей культурой, но увеличила по фосфору (вследствие использования из запасов) – 36, 34 и 66 % соответственно. Ячмень – последняя культура в севообороте повысил потребление азота (56 %), который стал поступать из продуктов разложения растительных остатков клевера и снизил по фосфору и калию (29 и 35 %).

При внесении меньших доз NPK коэффициенты потребления азота, фосфора и калия были устойчиво выше, чем при внесении повышенных доз. В вариантах с внесением микроэлементов в сочетании с повышенным уровнем NPK на трех фонах (Н1, И2 и Н4) наблюдалась тенденция повышения значений КИУ.

Таблица 1

Агрохимические показатели в конце 5-й ротации севооборота

Таблица 2

Коэффициенты использования из минеральных удобрений и возмещения выноса азота, фосфора и калия культурами севооборота, % (среднее по двум закладкам опыта и фонам Н1, И22, Н4, И2Н4), 4-я ротация

Примечание. КИУ – коэффициент использования из минеральных удобрений; КВВ – коэффициент возмещения выноса; Мэ – микроэлементы: цинк под озимую рожь, медь под яровые зерновые, кобальт под кукурузу, бор и молибден на клевере.

Средние значения КИУ в севообороте были несколько выше по сравнению с литературными данными [1]. По азоту – 54-58, фосфору – 19-24, калию – 48-64 % против 40-50, 15-20, 40-45 % соответственно. Объясняется это повышенным уровнем биогенности почвы, которая создавалась при длительном применении удобрений в стационаре.

В 5-й ротации севооборота со сниженным уровнем применения минеральных удобрений питательные вещества растениями усваивались более активно, чем в 4-й ротации, и значения КИУ значительно возросли. Больше всего потребляли азот из удобрений озимая рожь и яровая пшеница, поскольку для образования белка в зерне при невысоких (низких) дозах азота включался механизм усиленного его добывания (табл. 3). У клевера 1 и 2 г.п., убираемого на сено, по величине коэффициента потребления калий был на первом месте, азот – на втором. Такой порядок сохранился и на следующей культуре – озимой ржи. Очень низкие и низкие дозы NPK по 10 и 20 кг д.в./га резко повысили коэффициент использования питательных веществ из удобрений. Растения, испытывая дефицит, вынуждены были использовать азот и калий не только из внесённой дозы удобрения (на все 100 %), но и из органических соединений и из почвы. В результате этого в варианте N10P10K10 КИУ азота возрос: у клевера 2 г.п. – до 216 %, озимой ржи – 200 %, яровой пшеницы – 180 %, клевера 1 г.п. – 144 %, кукурузы – 98 %. Очень высокими были значения коэффициентов потребления калия. Они достигли: у клевера 2 г.п. – 369 %, клевера 1 г.п. – 272 %, кукурузы – 168 %, озимой ржи – 130 % и 419 %, яровой пшеницы – 128 %. По мере увеличения доз удобрений значения КИУ снижались. При дозе N60P60K60 по азоту до 45 %, по фосфору – 15 %, по калию – 77 % в среднем по культурам. Низкие дозы удобрений не обеспечивали растения культур достаточным количеством питательных веществ. При длительном их выращивании в таком режиме плодородие почвы обречено на деградацию.

Таблица 3

Коэффициенты использования из минеральных удобрений и возмещения выноса азота, фосфора и калия культурами, % (5-я ротация)

Усредненные значения КИУ по культурам севооборота показали аналогичную картину в вариантах опыта. Однако фоны оказали определенное влияние на величину коэффициентов. По азоту, например, закономерность, показанная выше, сохранилась. Чем ниже удобренность почвы (фоны Н1, И2), тем выше значения КИУ в вариантах с низкими дозами NPK. И, наоборот, чем выше удобренность (фоны Н5, И2Н5), тем ниже значение коэффициента. Таким же образом, как правило, изменялись значения коэффициентов потребления фосфора и калия по вариантам (табл. 4). Средние значения коэффициентов по фосфору на разных по плодородию фонах близки между собой, за исключением фона с известкованием (И2), где как и в 4-й ротации коэффициент был наименьшим. В целом, коэффициенты свидетельствуют о достаточной обеспеченности почвы фосфором и о недостаточной обеспеченности калием. Таким образом, длительное систематическое применение удобрений в многолетнем опыте свидетельствует о существенном влиянии доз внесения NPK и удобренности почвы на величину коэффициентов усвоения питательных веществ из минеральных удобрений. Однозначных показателей для почвенной разности нет, и не может быть. При недостатке элементов питания сельскохозяйственные культуры мобилизуют все имеющиеся в почве резервы – из продуктов распада органических веществ, из почвы. Размах колебаний достигал более значительных величин по сравнению с литературными данными: по азоту – 28-210 %, фосфору – 9-79 %, калию – 12-419 % против 40-90 %, 10-30 %, 30-100 % у 11 авторов и 24.5-75.8 %, 4.6-38.6 %, 17.2–100 % соответственно в опытах Ижевской ГСХА [2].

Таблица 4

Коэффициенты использования питательных веществ из минеральных удобрений и возмещения их выноса в 5-й ротации севооборота на разных фонах, % (среднее по двум закладкам)

В тесной зависимости с коэффициентом использования питательных веществ находиться коэффициент возмещения их выноса растениями. Чем выше коэффициент использования, тем ниже коэффициент возмещения. При коэффициенте возмещения выше 100 % происходит повышение, если ниже – снижение содержания питательных веществ в почве.

Повышенные дозы минеральных удобрений с избытком компенсировали вынос азота яровой пшеницей в 4-й ротации и кукурузой в 5-й ротации севооборота –108-114 % и 108-160 % соответственно (см. табл. 2 и 3). В остальных случаях вынос азота культурами севооборота компенсировался в 4-й ротации на 26-96 %, в 5-й ротации – на 9-74 %. С повышением дозы внесения азота коэффициент его выноса урожаем увеличивался. Для азота наименьший коэффициент возмещения 80 % можно считать вполне приемлемым. Растения, потребляя без остатка азот удобрений, предотвращают загрязнение почвы.

Иная зависимость сложилась по фосфору. Высокие коэффициенты его возмещения выноса культурами севооборота, составившие более 100 % и достигшие 323 % в 4-й и 349 % в 5-й ротациях свидетельствуют о слабом усвоении его растениями и значительном накоплении в почве. Больше всего накапливалось фосфора в почве при внесении повышенных доз удобрений под яровой пшеницей (4-я ротация) и под кукурузой (5-я ротация). Причиной слабого усвоения его явилось в основном низкая их урожайность. В то же время низкие дозы фосфора (10-20 кг д.в./га) недостаточно компенсировали вынос его культурами севооборота, в пределах всего 24-61 % и 44-84 % соответственно.

Коэффициенты возмещения выноса калия в большинстве случаев были схожими с азотом. В 4-й ротации наибольшими они были у яровой пшеницы (150-332 %) и ячменя (73-130 %). У остальных культур они варьировали в пределах 25-84 % (см. таблицу 2). С увеличением дозы внесения калия, как и азота и фосфора, коэффициент возмещения возрастал. Аналогичное распределение коэффициентов возмещения калия отмечено и в 5-й ротации севооборота, с разницей лишь в том, что вследствие низких доз его внесения показатели были ниже: 7-25 % при внесении калия в дозе 10 кг д.в./га и 12-47 % – при внесении 20 кг д.в./ га (см таблицу 4). Таким образом, калий для растений был в дефиците.

Коэффициенты использования питательных веществ растениями из навоза (КИН). В 4-й ротации севооборота, внесенный навоз, содержал азота 0,56 %, фосфора – 0,22 % и калия – 0,47 %. Первой культурой – озимой рожью было использовано азота – 17 %, фосфора – 11 %, калия – 27 % (таблица 5). В каждый последующий год значения КИН уменьшались. Вторая культура севооборота – кукуруза использовала азот и калий в 2 раза меньше. На пятый год клевер 2 г.п. практически полностью прекратил потребление питательных веществ из органического вещества. Следующие за клевером озимая рожь и ячмень использовали азот, фосфор и калий, по-видимому, из продуктов разложения не только навоза, но и клевера. В сумме за ротацию из навоза культурами севооборота было усвоено азота – 41 %, фосфора – 37 % и калия – 60 %. Следует отметить, что определённое влияние на величину КИН оказала солома озимой ржи, которую вносили дважды за 4-ю ротацию и растительные остатки выращиваемых культур. Из них питательные вещества высвобождались постепенно, в период сравнительно длительного времени. В этих условиях основным легко доступным источником питания для растений становились минеральные удобрения.

Таблица 5

Коэффициенты использования питательных веществ из навоза общим урожаем культур севооборота, % (4-я ротация)

Таким образом, насыщая севооборот органическим веществом, можно создать резерв элементов питания растений на сравнительно длительный период, соизмеряемый количеством и качеством его поступления в почву, чередованием культур в севообороте.

Коэффициенты использования фосфора и калия растениями из почвы (КИП). Величина КИП зависит от уровня содержания в почве питательных веществ, культуры, погодных условий и др. Чем больше запасов фосфора и калия в почве, тем ниже значение коэффициента. В 4-й ротации севооборота коэффициент использования фосфора был несколько выше у ячменя (11,8 %) и озимой ржи (8–11,0 %). У клевера и кукурузы составили 5,5–6,5 %, яровой пшеницы – 4,2 % (табл. 6). 5-й ротации значения коэффициентов заметно уменьшились вследствие увеличения запасов фосфора в почве. Более высокими значениями характеризовались коэффициенты использования из почвы калия. У озимой ржи в 4-й ротации составили 40,8-44,5 %, клевера 1 и 2 г.п. – 39,5-49,2 %, кукурузы – 38,0 %. Значительно меньше у яровой пшеницы – 9,5 %, что связано с низкой её урожайностью в неблагоприятных условиях погоды. В 5-й ротации отмечено снижение под озимой рожью (первой культурой) и кукурузой. Меньше калия из почвы потреблял ячмень (20,6 %).

С повышением продуктивности севооборота снижалось потребление фосфора и калия растениями культур из почвы (табл. 7). В варианте без удобрений (абсолютный контроль) внесение извести снизило величину коэффициента использования Р2О5 до 7,8 %, внесение навоза – до 5,6 %, совместное внесение извести и навоза – до 5,8 % по сравнению с нулевым фоном (11,7 %). Уменьшилась также величина коэффициента использования калия соответственно с 39,0 до 33,3; 29,7 и 32,0 %.

Таблица 6

Коэффициенты использования подвижного фосфора и обменного калия из почвы культурами севооборота 4-й и 5-й ротаций, % (среднее по двум закладкам опыта)

Таблица 7

Коэффициенты использования подвижного фосфора и обменного калия из почвы (КИП) без применения минеральных удобрений, %

Заключение

Коэффициенты использования азота, фосфора и калия из минеральных удобрений культурами севооборота находились в зависимости от доз их внесения в почву и удобренности самой почвы. Установлено резкое повышение значений КИУ при внесении очень низких – N10Р10К10 и низких – N20Р20К20 доз минеральных удобрений. Растения, испытывая дефицит, использовали азот и калий не только из внесенных удобрений, но и из органических соединений и почвы. В результате этого при несении N10Р10К10 КИУ азота возрос до значений: клевера 2 г.п. – 216 %, озимой ржи – 200 %, яровой пшеницы – 180 %, клевера 1 г.п. – 144 %, кукурузы – 98 %. КИУ калия: клевера 2 г.п. – 369 %, клевера 1 г.п. – 272 %, кукурузы – 168 %, озимой ржи – 130 % и 419 %, яровой пшеницы – 128 %. По мере увеличения доз коэффициенты использования из минеральных удобрений снижались: по азоту – до 45 %, фосфору – 15 %, калию – 77 % в среднем по культурам при внесении N60Р60К60. В севообороте питательные вещества были компенсированы внесением минеральных удобрений: по азоту только на 35 %, калию – 25 %, фосфору – 84 %.

Длительное применение систем удобрений в севообороте существенно изменило характер потребления питательных веществ из навоза. Значения коэффициентов использования в каждый последующий год снижались. Кукуруза использовала в 2 раза меньше азота (8 %), фосфора (8 %) и калия (14 %), чем первая культура озимая рожь (азота – 17 %, фосфора – 11 %, калия – 27 %). На 5-й год клевер 2 г.п. полностью прекратил потребление питательных веществ из навоза. Последующие культуры – озимая рожь и ячмень возобновили их потребление из продуктов разложения в небольших количествах (азота – 3 %, фосфора – 6-8 %, калия – 4–6 %), используя не только из навоза, но и из растительных остатков клевера. Солома озимой ржи сдерживала биологическую активность почвы. Питательные вещества, медленно высвобождаясь, слабо усваивались растениями. В этих условиях доступным источником питания для растений становились минеральные удобрения.

Коэффициенты использования фосфора и калия из почвы зависели от их запасов в почве. Чем больше запасов, тем меньше коэффициент, особенно по фосфору. В 4-й ротации максимальные коэффициенты были у ячменя (11,8 %) и озимой ржи (8-11 %). В 5-й ротации с увеличением запасов фосфора в почве их значения уменьшились (4,7 и 5,0 % соответственно). Коэффициенты использования калия из почвы были выше. В 4-й ротации: у озимой ржи – 40,8-44,5 %, клевера 1 и 2 г.п. – 39,5-49,2 %, ячменя – 20,6 %. В 5-й ротации: у озимой ржи 12,8-55,2 %, клевера 1 и 2 г.п. – 47,9-48,0 %, ячменя – 20,9 %.