Russian Federation
The article reveals the relationship between the content of mobile phosphorus and potassium and spring wheat yield in a time series using the example of Leninogorsk municipal district for 48 years (1976-2023). The weather and climatic conditions of the district are suitable for growing various agricultural crops, in particular food grain. The sum of positive active temperatures is 2168º C. It was found that the introduction of mineral and organic fertilizers led to an increase in the supply of arable soils of the district with mobile phosphorus and potassium until 2001, in subsequent years a negative trend. The content of mobile phosphorus forms increased from 62 to 165.0 mg/kg (according to Chirikov method) of soil by the seventh round (2001-2007), and the content of mobile potassium increased from 101 to 151.4 mg/kg (according to Chirikov method) of soil. In the content of mobile potassium, a systematic decrease in indicators is observed from 108.0 (2008-2010) to 118.0 (2018-2019) mg/kg of soil, in the last round an increase to 131.0 mg/kg was revealed. With mineral and organic fertilizers, 3417.6 kg/ha of nitrogen, 1678.6 kg/ha of phosphorus and 1846.2 kg/ha of potassium were introduced into the arable soil over 48 years, while the balance of nitrogen and mobile potassium is negative, with the exception of phosphorus (+506 kg active ingredient/ha). The results of statistical data processing showed a reliable correlation between the actual spring wheat yield and the content of mobile forms of phosphorus and potassium, equal to 0.29-030, respectively. Due to the complex use of mineral and organic fertilizers, the stabilization of basic nutrients content in arable soils of Leninogorsk district and an increase in the yield of spring wheat until 2011 are noticeable. Further, the spring wheat yield varies in a small range of 2.06 - 2.11 t/ha.
mobile phosphorus, mobile potassium, intensification of agriculture, fertility, productivity
Одним из важнейших факторов, обеспечивающих продовольственную безопасность, является интенсификация сельскохозяйст-венного производства, рациональное использование земельных ресурсов и повышение их продуктивности [1, 2].
В эпоху становления земледелия продуктивность пашни не превышала производительную способность естественных угодий.
В настоящее время, в результате научно технического прогресса и развития производства, наблюдается увеличение продуктивности сельскохозяйственных культур, в основе которой заложен результат интенсивной химизации [3, 4].
Длительное антропогенное воздействие может отрицательно сказываться на плодородии почв, отмечается уменьшение запасов органического вещества и подвижных элементов питания в почве, что существенно сказывается на количестве валового сбора и качестве урожая сельскохозяйственных культур [5, 6, 7]. При применении возрастающих доз минеральных удобрений удается компенсировать недостаток элементов питания в почве и улучшить качественные показатели зерна [7, 8, 9].
Применение высоких доз фосфорных и калийных удобрений приводит к накоплению их в почве и в меньшей степени влияет на долевое участие в формировании урожая, в особенности на черноземных почвах, где наблюдается высокое содержание фосфора и калия, а при ухудшении агрохимического состояния влияние удобрений на урожайность сельскохозяйственных культур возрастает в среднем до 30-40% [10, 11, 12].
Результаты агрохимического обследования почв, а также расчёт баланса основных элементов питания в почвах хозяйств позволит научно обосновать объемы потребности в удобрениях на ближайшие годы и перспективу [13].
В почвах Республики Татарстан в последние годы отмечается отрицательный баланс фосфора начиная с 1996 года, связано это с тем, что резко снижено поступление этого элемента с минеральными и органическими удобрениями. Так степень восполнения в последние годы легкоусвояемых растениями фосфатов составляет 52-84% и складывается отрицательный баланс фосфора [3].
При этом основным источником поступления в почву фосфатов остаются минеральные удобрения и перспективным источником является местная фосфоритная мука, оказывающая эффективное действие на урожайность сельскохозяйственных культур и улучшение фосфатного режима почв [2, 3].
В первые туры агрохимического обследования в почвах Республики Татарстан отмечалось повышенное и высокое содержание подвижного калия в особенности в черноземной зоне, что составляло до 66 % территории. В последующих турах содержание подвижного калия постепенно растет вплоть до 1997 года и в этот период зафиксировано наибольшее внесение органических и минеральных удобрений. В дальнейшем последующие годы наблюдается стабилизация показателей в почве или постепенный рост в отдельных районах республики [1, 3].
Для дерново-подзолистых и серых лесных почв приняты оптимальные значения по содержанию подвижного калия в пределах выше 170 мг/кг, а на черноземах более 120 мг/кг, такой уровень соответствует зоне Закамья. Но для получения высоких урожаев как отмечал Д.Н. Прянишников при наличии небольшого дефицита азота и калия компенсация происходит в результате несимбиотической азотфиксации из атмосферы и высвобождения калия в результате внутрипочвенного выветривания минералов [3].
При положительном балансе калия и тяжелом гранулометрическом составе постепенно происходит накопление необменных соединений калия, а при отрицательном балансе происходит обратный процесс [3].
Цель исследования. Выявление взаимосвязи между содержанием подвижного фосфора и калия и урожайностью яровой пшеницы во временном ряду на примере Лениногорского муниципального района.
Условия, материалы и методы. География района в целом благоприятная: Лениногорский район расположен в восточной части Республики Татарстан и является самым теплым. Сумма положительных активных температур равна 2168о. Погодно-климатические условия пригодны для выращивания различных агрокультур, в частности продовольственного зерна [14]. Погодные условия по циклам варьируют незначительно, так количество осадков за вегетационный период находился в пределе от 312 до 409 мм, но в отдельные годы может быть их не равномерное распределение по месяцам. Исключением являются 1981 и 2010 годы с минимальным количеством осадков и низкой урожайностью. Почвенный покров представлен черноземными почвами, со сложной структурой почвенного покрова в следствие выхода слоистых пермских отложений разного гранулометрического состава, с присутствием щебня. Черноземы, обладая высоким уровнем естественного плодородия, накапливают элементы питания при внесении удобрений. В общей площади пашни черноземы составляют 100%. Из них на долю выщелоченных приходится -86,9%, карбонатных -10,6% и типичных -2,5% [15, 16].
Динамика агрохимических показателей, факторы интенсификации и урожайность яровой пшеницы анализировалась за период с 1976 по 2023 годы (II- XII туры).
В оценке влияния факторов интенсификации и агрохимических показателей почв на урожайность яровой пшеницы применялись методы математической статистики [17].
Результаты и обсуждение. В Республике Татарстан начальным периодом интенсификации земледелия принято считать 1950-1960 гг. Применение высоких доз минеральных и органических удобрений становится главным фактором интенсификации.
С 1976 по 2023 г. количество органических удобрений, вносимых на 1 га пашни в Лениногорском муниципальном районе, составляло от 0,5 до 6,4 т. Наибольшие показатели отнесены во второй половине 1990-х годов (табл. 1).
Анализ показал, что во II туре применение минеральных удобрений приходилось на уровне 69,9 кг д.в. на гектар пашни. В последующем наблюдается заметное повышение внесения минеральных удобрений к V туру, когда достигло 186,8 кг д.в. на каждый гектар пашни. В последних трех турах темпы применения минеральных удобрений снижались с 103,7 до 31,2 кг д.в./га достигая минимальных значений за анализируемый период.
Известкование кислых почв также является фактором интенсификации. Площади известкования менялись ежегодно и колебались в широком интервале от 0,6 до 11,8 тыс. гектаров. Наивысшие показатели установлены в 1990-ые годы.
Данные по яровой пшеницы показывают изменение урожайности от 1,19 т/га до 3,35 т/га в среднем по турам обследования. В третьем цикле средняя урожайность яровой пшеницы снижена, предположительно за счет неравномерного поступления осадков в весенний период (1,24 т/га), IV и V туры – выраженный и максимальный прирост до 2,11 т/га, с VIII по XII туры – тенденция к стабилизации – с 2,32 т/га до 2,15 т/га (табл. 1).
Таблица 1 - Ретроспектива применения минеральных и органических удобрений в пахотных почвах и урожайность яровой пшеницы в среднем по циклам обследования в Лениногорском муниципальном районе Республики Татарстан
|
Циклы и годы |
Фактическая урожайность, т/га |
Внесение мин. удобрений, кг д.в./га |
Внесение орг. удобрений, т/га |
|
II(1976-1982) |
1,19 |
69,9 |
4,1 |
|
III (1983-1987) |
1,69 |
98,6 |
5,9 |
|
IV(1988-1992) |
1,24 |
161,8 |
6,4 |
|
V(1993-1997) |
3,35 |
186,8 |
5,1 |
|
VI(1998-2000) |
1,76 |
103,7 |
4,5 |
|
VII(2001-2007) |
2,73 |
57,2 |
3,9 |
|
VIII(2008-2010) |
2,32 |
31,2 |
0,7 |
|
IX(2011-2014) |
2,1 |
55,6 |
0,9 |
|
X(2015-2017) |
2,11 |
45,8 |
0,8 |
|
X(2018-2019) |
2,06 |
40,0 |
0,9 |
|
XII (2020-2023) |
2,15 |
56,9 |
0,5 |
|
Сумма |
98,6 |
4197,2 |
167,8 |
В связи с тем, что азотные удобрения не имеют выраженного последействия, данные по содержанию минерального легкоподвижного азота в работе не представлены.
Фосфор и калий имеют выраженное последействие, так как способны к аккумуляции в почве при внесении в пахотном горизонте и частично в нижележащих.
Механизм аккумуляции фосфора связан с образованием труднорастворимых фосфатов и их прочном закреплении в верхней части профиля. Многочисленные агрохимические исследования и мониторинг показывает природу накопления фосфора в почвах [1, 2, 18].
Калий также накапливается в почвах. Несмотря на то, что калий минеральных удобрений хорошо растворим и подвижен, он способен фиксироваться почвенно-поглощающим комплексом, что защищает его от миграции вниз по профилю, то есть от вымывания [19].
На протяжении всего периода наблюдения содержания подвижных фосфора и калия возрастало до VII (исключение III тур по содержанию подвижного калия), а в последующие туры агрохимического обследования волнообразный характер в небольшом интервале значений (табл.2). Так, содержание подвижного фосфора и подвижного калия неуклонно возрастает с момента наблюдения до 2001 г. С 1976 г содержание P2O5 составило 62,0 мг/кг, а K2O 101 мг/кг (повышенное содержание). К 2001 г эти показатели повысились до 165,0 и 151,4 мг/кг соответственно (высокая степень обеспеченности).
Известно, что кислотность почв оказывает существенное влияние на доступность и количество агрохимических показателей. Почвы района в основном имеют близкую к нейтральной и слабокислую среду (табл. 2).
Таблица 2 - Содержание элементов питания в Лениногорском муниципальном районе Республики Татарстан
|
Циклы и годы |
Средневзвешенное содержание Р2О5, мг/кг |
Средневзвешенное содержание К2О, мг/кг |
рН солевой вытяжки |
|
II(1976-1982) |
62,0 |
101,0 |
5,3 |
|
III (1983-1987) |
87,0 |
97,0 |
5,4 |
|
IV(1988-1992) |
112,0 |
106,0 |
5,5 |
|
V(1993-1997) |
145,7 |
115,6 |
5,5 |
|
VI(1998-2000) |
145,4 |
124,4 |
5,5 |
|
VII(2001-2007) |
165,0 |
151,4 |
5,7 |
|
VIII(2008-2010) |
134,4 |
108,3 |
5,9 |
|
IX(2011-2014) |
130,1 |
124,8 |
6,1 |
|
X(2015-2017) |
133,6 |
123,0 |
6,1 |
|
X(2018-2019) |
134,3 |
118,0 |
6,1 |
|
XII (2020-2023) |
132,0 |
131,0 |
6,2 |
С 1976 по 2023 г. с минеральными и органическими удобрениями в пахотные почвы Лениногорского муниципального района было внесено: азота – 3417,6 кг/га, фосфора – 1678,6 кг/га и калия – 1846,2 кг/га, а также было установлено, что баланс всех основных элементов питания — отрицательный, за исключением фосфора (+506 кг д.в. /га).
Баланс элементов питания по содержанию подвижного фосфора в пашне Лениногорского муниципального района стабильный, с небольшими колебаниями, а содержание подвижного калия, наоборот постепенно снижалось до 2020 года, в последнем туре обследования наблюдается повышение.
Концентрация подвижного калия имеет тенденцию к повышению с 101,0 мг до 131,0 мг на кг почвы и колебаниями в разных турах. Однако, в настоящее время для сохранения положительного баланса требуется внесение полных норм калийных удобрений.
Таблица 3 - Баланс элементов питания под яровой пшеницей в пахотных угодьях Лениногорского муниципального района (1976-2023 гг.)
|
Показатель |
N |
P |
K |
Всего |
|
Приходная статья баланса, кг д.в./га |
||||
|
Минеральные удобрения |
2098,6 |
1259,2 |
839,4 |
4197,2 |
|
Органические удобрения |
839 |
419,5 |
1006,8 |
2265,3 |
|
Осадки, пыль, фиксация азота микроорганизмами и др. |
480,0 |
- |
- |
480,0 |
|
Всего |
3417,6 |
1678,7 |
1846,2 |
6942,5 |
|
Расходная статья баланса, кг д.в./га |
||||
|
На формирование урожая |
3419,1 |
1172,3 |
2442,2 |
7033,6 |
|
Прибавка +, - |
-1,5 |
+506 |
-596 |
-91,1 |
Статистическая обработка данных показала достоверную корреляцию фактической урожайности яровой пшеницы и содержания подвижного калия и фосфора с коэффициентами 0,29-0,30 соответственно (при п=48). Полученные уравнения регрессии имеют вид (1, 2):
(1),
(2).
Выводы. 1. Содержание подвижных элементов питания и урожайность яровой пшеницы взаимосвязаны, коэффициенты корреляции достоверны и равны 0,29-0,30. Сельхозугодия Лениногорского района представлены черноземами, и они, обладая высоким уровнем естественного плодородия, накапливают элементы питания при внесении удобрений.
2. За счет комплексного применения минеральных и органических удобрений заметно стабильное содержание в последних турах (VIII–XII по содержанию подвижного фосфора и с IX–XII по содержанию подвижного калия) основных элементов питания в пахотных почвах Лениногорского района и рост урожаев сельскохозяйственных культур в целом.
3. Необходимо обеспечивать положительный баланс азота и калия, а также органического вещества почвы, с учетом потерь.
1. Davlyatshin ID, Gilyazov MYu, Lukmanov AA. Spravochnik agrokhimika. [Agrochemistry’s handbook]. Kazan: OOO “MeDDok”. 2013; 300 p.
2. Chekmarev PA, Lukmanov AA, Davlyatshin ID. Spravochnik agrokhimika Respubliki Tatarstan. [Agrochemistry’s handbook of the Republic of Tatarstan]. Kazan: IP Shaykhutdinova A.I. 2015; 324 p.
3. Lukmanov AA. Ekologo-agrokhimicheskie osnovy plodorodiya pochv Respubliki Tatarstan. [Ecological and agrochemical basis of soil fertility of the Republic of Tatarstan]. Kazan: Logos-Press. 2024; 272 p. ISBN:978-5-00205-060-4
4. Lukin SV. [Monitoring fertility of arable soils of the south-western part of the Central Chernozem district of Russia]. Agrokhimiya. 2021; 3. 3-14 p. DOIhttps://doi.org/10.31857/S000218812103011X.
5. Shafran SA. [Contribution of mineral fertilizers to the field crop yield formation (message 2). Phosphorus and potassium fertilizers]. Agrokhimiya. 2021; 8. 9-16 p. DOIhttps://doi.org/10.31857/S0002188121080123.
6. Shafran SA, Kozeycheva ES. [The role of soil fertility and variety in increasing the crops yield]. Agrokhimiya. 2024; 2. 84-94 p. DOIhttps://doi.org/10.31857/80002188124020105.
7. Konishchev AA, Garifullin II, Konishcheva EN. [Analysis of techniques of increasing crops yield to reduce the interannual variation of its productivity]. Agrokhimiya. 2024; 2. 95-102 p. DOI:https://doi.org/10.31857/80002188124020118.
8. Amirov MF, Toloknov DI. [Formation of spring wheat yield depending on the use of mineral fertilizers, trace elements and herbicide in the conditions of the Republic of Tatarstan]. Plodorodie. 2020; 3(114). 6-9 p. DOIhttps://doi.org/10.25680/S19948603.2020.114.01.
9. Selezneva NA, Tishkova AG, Fedorova TN, Aseeva TA. [Influence of anthropogenic load on changes in soil agrobiological properties, productivity and quality of spring wheat grain]. Vestnik Dalnevostochnogo otdeleniya Rossiyskoy akademii nauk. 2021; 3(217). 113-118 p. DOIhttps://doi.org/10.37102/0869-7698_2021_217_03_18.
10. Mikhaylova MYu, Gilyazov MYu, Nizamov RM, Minnullin GS. [The role of macro- and microfertilizers in increasing the yield and quality of green mass of corn on gray forest soils of the Republic of Tatarstan]. Vestnik Kurganskoy GSKhA. 2023; 2(46). 34-41 p.
11. Kirpichnikov NA, Bizhan SP, Starostina EN. [The influence of phosphorus fertilizers during liming of turf-podzole soil on the quality of grain of winter wheat and spring barley]. Agrokhimicheskiy vestnik. 2022; 2. 22-27 p. DOIhttps://doi.org/10.24412/1029-2551-2022-2-004.
12. Minikaev RV, Faskhutdinov FSh, Mikhaylova MYu. [Management of soil fertility factors in the conditions of the Republic of Tatarstan]. Agrobiotekhnologii i tsifrovoe zemledelie. 2022; 4(4). 34-39 p. DOhttps://doi.org/10.12737/2782-490X-2022-34-39.
13. Badin AE, Logoshina TP. [Monitoring of soil fertility of Tambov region]. Dostizheniya nauki i tekhniki APK. 2019; Vol.33. 10. 18-21 p. DOIhttps://doi.org/10.24411/0235-2451-2019-11004.
14. Ermolaev OP, Igonin ME, Bubnov AYu. Landshafty Respubliki Tatarstan. Regionalnuy landshaftno-ekologicheskiy analiz. [Landscapes of the Republic of Tatarstan. Regional landscape and ecological analysis]. Kazan: Slovo. 2007; 411 p.
15. Aleksandrova AB, Berezhnaya NA, Grigoryan BR. Krasnaya kniga Respubliki Tatarstan. [Red book of the Republic of Tatarstan]. Kazan: IZD-vo “Foleant”. 2012; 192 p.
16. Gaffarova LG, Belyaev SM. [Features of the structure of the soil cover of the northern part of the Aktay-Shentalinsky landscape lowland area]. Agrobiotekhnologii i tsifrovoe zemledelie. 2023; 1(5). 17-21 p. DOIhttps://doi.org/10.12737/2782-490X-2023-17-21.
17. Dmitriev EA. Matematicheskaya statistika v pochvovedenii. [Mathematical statistics in soil science]. Moscow: Knizhnuy dom “LIBRIKORM”. 2019; 334 p. ISBN:978-5-397-06493-4
18. Garafutdinova KR, Gaffarova LG, Prishchepenko EA, Rakhmanova GF. [Agrochemical state of arable soils and winter rye yield of LLC “Duslyk” of Baltasi district of the Republic of Tatarstan]. Vladimirskiy zemledelets. 2020; 3(93). 8-11 p. DOIhttps://doi.org/10.24411/2225-2584-2020-10124.
19. Serzhanova AR, Gilyazov MYu, Shaykhutdinov FSh. [Nature and strength of spring wheat yield correlation with soil factors in gray forest soil conditions]. Vestnik Kazanskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2023; Vol.18. 2(70). 42-49 p. DOIhttps://doi.org/10.12737/2073-0462-2023-42-49.
