Вариабельность агрохимических показателей и урожайность яровой пшеницы в Высокогорском районе Республики Татарстан
Рубрики: АГРОНОМИЯ
Аннотация и ключевые слова
Аннотация (русский):
Проведена оценка по данным ретроспективного анализа данных содержания подвижного фосфора и калия и урожайности яровой пшеницы во временном ряду с выявлением функциональной зависимости на примере Высокогорского муниципального района Республики Татарстан за 52 года (1972-2023 гг.). Климат в Высокогорском районе умеренно - континентальный. Характерен баланс осадков и испаряемости. Почвенный покров пахотных угодий Высокогорского района представлен серыми лесными почвами и незначительной долей дерново-подзолистых почв. За годы наблюдения в районе увеличивалось средневзвешенное содержание подвижного фосфора, достигая значений от 49 в первом цикле до 165,1 мг/кг почвы (пятый цикл). За 50 лет концентрация подвижного калия в почве постепенно возросла со 110 до 151,4 мг/кг, но к 2023 году зафиксировано снижение до 145,1 мг/кг. Годовой прирост в среднем составлял 0,77 мг/кг. Упрощенный баланс элементов питания за годы наблюдения (52 года) имеет положительные значения по всем исследуемым элементам питания, по азоту он равен +482,3 кг/га, показатели подвижного фосфора и калия накапливаются в почвах района 1019,8 и 553,2 кг соответственно. С 1972 года, за 52 года в Высокогорском районе на каждый гектар возделываемых земель ежегодное внесение минеральных удобрений составило 90 килограмм и 4 тонны на гектар органических удобрений. Использование как минеральных, так и органических удобрений существенно повысило продуктивность посевов яровой пшеницы, так с 1972 по 2023 год урожайность увеличилась на 16,1 центнера с каждого гектара. Применение минеральных и органических удобрений обеспечило высокое содержание средневзвешенных значений подвижного фосфора (в диапазоне от 51,9 до 157,2 мг/кг), уровень подвижного калия остался на повышенном уровне (от 96,9 до 145,1 мг/кг). Показатели урожайности яровой пшеницы напрямую связаны с изменениями в содержании доступных форм питательных элементов. Статистические данные показывают умеренную степень взаимосвязи показателей (коэффициент корреляции от 0,61 до 0,67).

Ключевые слова:
подвижный фосфор, подвижный калий, интенсификация земледелия, плодородие, урожайность, яровая пшеница
Текст
Текст (PDF): Читать Скачать

Введение. Почвенный покров является незаменимым ресурсом и средством производства в сельском хозяйстве. Антропогенное воздействие оказывает на них всестороннее влияние. В первую очередь это сказывается на почвенном плодородии. Нарушая естественное сложение почвенное профиля, изменяются физические и физико-химические свойства, что может повышать риск возникновения водной и ветровой эрозии, а также различных видов деградации пахотных земель [1, 2, 3].

Проанализировать показатели уровня плодородия, по данным содержания подвижного фосфора и калия, а также степень кислотности, возможно с помощью данных периодического агрохимического обследования проводимого центром агрохимической службы «Татарский» [1].

Для яровой пшеницы ключевым фактором урожайности является выбор районированных сортов [4, 5].

Основные макроэлементы, необходимы растениям для здорового роста и развития. Так, фосфор улучшает обмен углеводов, способствует накоплению сахаров, которые увеличивают морозоустойчивость и зимостойкость культур [6].

Кислотность почвы обусловливается наличием в ППК обменных ионов водорода и алюминия. От нее зависит выбор удобрений, культур для возделывания и применяемые агротехнические приемы. Декальцинация почвы способствует снижению микробиологической активности, ухудшению агрофизических параметров, эффективности вносимых удобрений и подкислению почвенного раствора, что  отражается на качестве и товарном виде производимой продукции [7].

В начале развития сельскохозяйственного производства продуктивность обрабатываемых земель, была не выше естественных угодий. Это связано с развитием агротехники, агроприемов и земледелия как науки в целом [2, 3].

Главным рычагом управления урожайностью растений являются удобрения. Человек напрямую воздействует на урожайность, применяя составы с разным содержанием действующего вещества элементов питания и в определенные периоды вегетации. Неправильное и не своевременное применение удобрений приводит к ухудшению качества урожая, а в некоторых случаях и вовсе к его потере. Микроэлементы, хотя и не поглощаются растениями в больших количествах, но также оказывают немаловажное влияние на качество продукции. Первооткрывателями внесения минеральных удобрений в мире стали Германия, Канада, Европа и Соединенные Штаты Америки, где их начали использовать на несколько лет раньше России. В нашу же страну удобрения пришли сначала в северные регионы, где климат достаточно увлажнен. Далее их начали применять в Беларуси, Прибалтике и северо-западных регионах [1, 2, 3].

 В нашей республике годом начала интенсивного земледелия был 1958, как утверждают И. Д, Давлятшин и Н. Бакиров (1999г.). Урожайность яровой пшеницы в республике с применением удобрений заметно возросла. В 1960 году урожайность составляла 8,8 ц/га, а же в 1990 увеличилась в два раза и была равна 17,8 ц/га, а в 1999 г. – 24,4 ц/га, что напрямую показывает значимость применения удобрений и как они способны повышать   массу полученной продукции с одного гектара территории [2, 3].

Для поддержания стабильных и высоких урожаев пахотных угодий, нужен постоянный агрохимический мониторинг с целью контроля необходимости внесения минеральных и органических удобрений, плодородия пахотных земель, нуждаемости в мелиорации [8, 9, 10].

Цель исследования. По данным ретроспективного анализа данных установить как содержание подвижного фосфора и калия влияет на  урожайность яровой пшеницы во временном ряду, выявить зависимость на примере Высокогорского муниципального района Республики Татарстан.

 Условия, материалы и методы. Объектом исследования выступают почвы Высокогорского района Республики Татарстан.

В качестве исходных данных были использованы результаты агрохимических обследований, которые проводились специалистами Центра агрохимической службы «Татарский». Полученные данные, а именно урожайность яровой пшеницы и агрохимические показатели были сопоставлены между собой для выявления корреляционной и регрессионной зависимости во временных рядах. Лабораторные анализы проводились по следующим методикам: определение подвижных соединений фосфора и калия по методу Кирсанова (ГОСТ Р 54650-2011); определение обменной кислотности (ГОСТ Р 58594-2019).

Почвенный покров Высокогорского района в основном сложен из представителей пахотных серых лесных почв, незначительную часть занимают почвы дерново-подзолистые почвы [11,12].

Согласно большинству источников, в Республике Татарстан серые лесные почвы были сформированы под широколиственными травянистыми лесами в условиях периодически промывного водного режима. Почвообразовательный процесс слагается из следующих ЭПП: гумусово-аккумулятивный, иллювиальный, оподзоливание и лессиваж [3, 12].

Климат в Высокогорском районе умеренно – континентальный, с относительно влажным и прохладным летом и умеренно-холодной и снежной зимой. Лишь весной во время снеготаяния почва может промачиваться до грунтовых вод. Летом при высоких температурах все осадки испаряются [11,12].

Статистические параметры агрохимических показателей и урожайности яровой пшеницы проводились с применением методов математической статистики при помощи пакета программы  «программного пакета STATISTICA» (6) [13, 14, 15].

Получение растениеводческой продукции в достаточном количестве зависит от правильной обработки плодородного слоя. С помощью агротехнических приемов можно повлиять на физико-химические свойства почвы, ее структуру, влагоемкость, плотность, водно-воздушный режим и т.д. Любая технология возделывания включает основную обработку почвы, внесение удобрений, применение средств защиты от сорняков и вредителей [16, 17, 18].

Результаты и обсуждение. В середине 50-х годов в Республике Татарстан началось активное возделывание сельскохозяйственных угодий с применением удобрений. В особенности почвенный покров зоны Предкамья отличался повышенной кислотностью и низким плодородием, поэтому началось применение химических мелиорантов, минеральных и органических удобрений. Следующим значимым периодом интенсификации аграрного сектора наметился в период с 1986 по 1992 годы, получив дальнейшее развитие.

В Республике Татарстан результаты интенсификации земледелия возникли на базе Казанского государственного университета и Казанского государственного сельскохозяйственного института. Научные исследования основывались на повышении урожайности сельскохозяйственных культур при помощи применения различных форм и доз минеральных и органических удобрений. Такой прием земледелия получил название окультуривание почв [1, 2, 3].

В 1972 году на пахотных угодьях Высокогорского района было внесено 70 кг на гектар действующего вещества минеральных удобрений. Наблюдалась тенденция к увеличению этой дозы, достигшей пика в 1991 году – 235 кг д.в./га. В дальнейшем количество вносимых удобрений сократилось и на данный момент не превышает 100 кг д.в./га.

За все годы наблюдения внесение органических удобрений колеблется от 1,1 до 6,6 т/га. Такое количество органических удобрений недостаточно для получения бездефицитного баланса гумуса в пахотных почвах. Применение минеральных удобрений совместно с органическими способствует замедлению процессов дегумификации.

Анализ упрощенного варианта баланса элементов питания, проведенный на основе изученных материалов, показал, что с 1972 по 2023 год урожайность зерна в районе составляла 1090 ц с гектара в сумме за 52 года, а посевной материал – 104 ц.

Согласно данным Зиганшина А.А. (1990), на тонну урожая пшеницы (зерно:солома = 1:1,5) требуется 30 кг азота, 12 кг фосфора и 18 кг калия. Общий вынос азота с урожаем составил 2958 кг, фосфора – 1183,2 кг, калия – 1774,8 кг.

Так за годы наблюдения вносилось на сельскохозяйственные поля Высокогорского района 4501 кг д.в. минеральных удобрений. При соотношении N:P:K = 50:30:20 (Якушкин и др., 1997) на каждый гектар пашни поступило 2250,5 кг азота, 1350,3 кг фосфора и 900,2 кг калия.

А с внесением 198,3 т/га навоза (4 месяца хранения) в почву поступало до 6 кг азота, 4,3 кг фосфора и 7,2 кг калия на тонну, то есть 1189,8 кг азота, 852,7 кг фосфора и 1427,8 кг. Основные результаты упрощенного баланса элементов питания представлены в таблице 1.

 

Таблица 1. Баланс элементов питания в почве за 1972-2023 годы  в Высокогорском районе

Показатели

Всего, д.в.

Азот, д.в.

Фосфор, д.в.

Калий, д.в.

Положительные статьи баланса

1.Минеральные удобрения -NPK= 5:3:2

4501

2250,5

1350,3

900,2

2. Органические  удобрения

3470,3

1189,8

852,7

1427,8

Всего

7971,3

3440,3

2203

2328

Отрицательная статья баланса

Отчуждение с урожаем N:P:K

5916

2958

1183,2

1774,8

Баланс (положительный + и отрицательный - )

+2055,3

+482,3

+1019,8

+553,2

 

Баланс элементов питания имеет положительные значения по всем исследуемым элементам питания. В упрощенном балансе не учитываются процессы денитрификации и вымывания, поскольку учитывались многолетние статистические данные в разрезе района, без полевых исследований. По азоту баланс равен +482,3 кг за изучаемый период. В данном случае при возделывании яровой пшеницы азот может фиксироваться в результате биологического поглощения. При использовании больших количеств азотных удобрений существует риск загрязнения почвы нитратами, которые также могут накапливаться в овощных культурах.

Показатели подвижного фосфора и калия накапливаются в почве района 1019,8 и 553,2 кг соответственно. Оба элемента имеют положительный баланс. Фосфор – это малоподвижный элемент, его соединения труднорастворимы в воде, поэтому он практически не вымывается из почвенной толщи и аккумулируется в ее запасах. Калий не менее важный элемент и больше подвержен вымыванию. Следовательно, для повышения урожая и сохранения положительного баланса нужно вносить калийные и фосфорные удобрения.

Результаты агрохимического состояния почв Высокогорского района представлены в таблице 2. При начальном этапе сельскохозяйственного использования земель, по первому циклу агрохимического обследования  данные анализов показали,  что большая часть почвенного покрова района (50,8%) характеризовалась низким содержанием фосфора. В тоже время доля со средним уровнем обеспеченности фосфора составляла менее 20%. В последующие годы с развитием интенсификации сельского хозяйства соотношение изменилось в сторону сначала доли площади полей со средним, затем и повышенным содержанием подвижного фосфора.  А уже к 1996 году наблюдалось преобладание площадей с высокой степенью обеспеченности подвижным фосфором. И увеличивалось средневзвешенные значения подвижного фосфора, достигая значений от 49 в первом цикле до 165,1 мг/кг почвы.

Средневзвешенное содержание калия в почвах района находилось в среднем диапазоне до 5 цикла агрохимического обследования, а затем повышенного содержания. Однако, в связи с периодически промывным водным режимом, концентрация подвижного калия подвержена значительным колебаниям. Эти данные подтверждаются результатами агрохимических исследований и количеством вносимых удобрений на гектар пашни района представленными в таблице 2.

В отличие от динамики фосфора, содержание калия в почве демонстрирует меньшую изменчивость. За 52 года концентрация калия в почве постепенно возросла со 110 до 151,4 мг/кг, но с XI тура отмечаются волнообразные колебания и к ХIII туру зафиксировано средневзвешенное содержание равным 145,1 мг/кг. Годовой прирост в среднем составлял 0,67 мг/кг. Значения рН почвы – ключевой фактор для успешного земледелия. В исследуемом районе преобладают площади слабокислых почв (45,1%). Значительна доля среднекислых - 25,0% и близких к нейтральным - 19,0% почв.

Первоначально средневзвешенный pH пахотных земель составлял 5,4. К последнему обследованию доминируют почвы, близкие к нейтральным (30,1%), а нейтральные почвы занимают 28,0% площади пашни. Участие площади почв со средней кислотностью – 13,8%, а с сильной – 4,3%.

Рост кислотности почвы происходит из-за антропогенного влияния, в том числе за счет применения физиологически кислых удобрений,  водной эрозии, которая тоже оказывает негативное влияние на рН почвенного раствора.  Так по данным из таблицы 2 средневзвешенная рН почвенного раствора пашни района сдерживается периодическим известкованием и к 2023 году оказалась согласно  группировки по степени кислотности в близкой к нейтральной группе (5,6 - 6,0).

Таблица 2. Динамика содержания подвижного фосфора, калия и показателей рН в пахотных почвах Высокогорского района

Циклы  и годы

Р2О5

К2О

рН

Удобрения

Урожайность яровой пшеницы, ц/га, Уф

мг/кг

мин., кг/га

орг., т/га

I -1966

51,9

100,8

5,3

нет сведений

II – 1972

86,9

96,9

5,4

70

4,0

8,2

III -1980

112,4

105,8

5,5

89

5,0

13,1

IV -1987

141,5

113,4

5,5

120

6,6

14,9

V -1991

145,4

124,5

5,5

235

5,3

24,0

VI -1996

165,1

151,4

5,8

92

4,1

19,4

VII–2000

153,0

142,5

5,7

60,2

4,2

35,2

VIII-2002

146,7

130,6

5,7

53,6

1,6

25,3

IX-2006

142,3

125,2

5,7

27,8

1,1

28,2

X-2010

146,9

133,4

5,7

68,7

1,5

32,4

XI-2014

154,0

145,0

5,7

56,7

1,4

24,3

XII-2019

147,2

134,2

5,7

52,2

1,8

27,1

ХIII - 2023

157,2

145,1

5,7

55

4,4

24,3

 

Чтобы привести показатели к оптимальным значениям, которые для большинства культур находятся в диапазоне 6,0-7,0 (нейтральные) применяют известкование. Со временем процент площади почв района с нейтральной реакцией среды повышается за счет применения химической мелиорации.

Яровая пшеница – основная культура, возделываемая в Предкамье Республики Татарстан. Ее урожайность отражает состояние АПК на сегодняшний день в целом и интенсификацию земледелия данной территории.

Климатические условия имеют очень большое влияние на получение урожая. От температурного режима и количества получаемых осадков в течение вегетационного периода растений напрямую зависит количество и качество урожая. Как видно из таблицы 2, урожайность яровой пшеницы варьирует по годам от 8,2 до 35,2 ц/га, что можно объяснить постоянно изменяющимися климатическими условиями, которые заметно осложняют мониторинг продуктивности сельскохозяйственных угодий.

Содержание подвижного фосфора и подвижного калия за все годы имеют довольно близкие значения, за исключением первого цикла агрохимического обследования, когда они были равны соответственно 51,9 мг/кг и 100,8 мг/кг. За все годы динамика их содержания имеет волнообразный характер. Максимальные значения у фосфора и калия равны 157,2 и 151,4, минимальные – 51,9 и 145,1. Оба максимума характеризуют 10 тур обследования.

Кислотность солевой суспензии колеблется в пределах от 5,3 до 5,8 единиц рН. Сейчас уровень pH почвы зафиксирован на отметке 5,7. Насыщенность почвы минеральными удобрениями в среднем составляет 86,6 килограмм на гектар. Показатель изменчивости для этого параметра – 56,2%.

На каждый гектар земли было внесено 4,4 тонны навоза. Годовой объем внесения навоза варьируется в диапазоне от 1,6 до 6,6 тонн, с коэффициентом вариации 32,3%, а в среднем 3,8 тонн на гектар.

Ежегодная площадь известкования земель в районе колеблется от 3,4 до 11,4 тысяч гектаров. Средний размер обрабатываемой пашни составляет 5,74 тысяч гектаров, при коэффициенте вариации, равном 55%.

Вышеприведенные данные определяют зависимость урожайности яровой пшеницы от количества внесенных удобрений. Подтверждают эту зависимость полученный коэффициент корреляции, который для фосфора равен 0,61 (R2 = 0.37, p<0.05) а для калия – 0,67 (R2 = 0.46, p<0.05). Наряду с полученными коэффициентами корреляции рассчитаны уравнения регрессии (1, 2).

Уф=0,029×Р2О5-19,47 (1),

 

      Уф=0,399×К2О-29,49  (2).

Используя представленные формулы, становится возможным прогнозировать урожайность яровой пшеницы на заданном участке.

Выводы. 1. С 1972 года, за 52 года в Высокогорском районе на каждый гектар возделываемых земель применялось 4501 килограмм действующих веществ минеральных удобрений и 198,3 тонны органического удобрения, что в пересчете на ежегодное внесение приходится 90 килограмм на гектар и 4 тонны на гектар удобрений соответственно. Внесение по годам минеральных удобрений в хозяйствах Высокогорского района существенно варьируют, коэффициент вариации равен 56,2 %.

2. Использование как минеральных, так и органических удобрений существенно повысило продуктивность посевов яровой пшеницы. С 1972 по 2023 год урожайность увеличилась на 18,9 центнера с каждого гектара.

3. Широкое применение минеральных и органических удобрений обеспечило высокое содержание подвижного фосфора, тогда как уровень подвижного калия остался на повышенном уровне. Это повлияло на изменение концентрации фосфора в пахотном слое (в диапазоне от 51,9 до 157,2 мг/кг) и доступного калия (от 96,9 до 145,1 мг/кг).

4. Показатели урожайности яровой пшеницы напрямую связаны с изменениями в содержании доступных форм питательных элементов. Статистические данные показывают достоверную степень взаимосвязи показателей (коэффициент от 0,61 до 0,67).

Список литературы

1. Лукманов А.А. Эколого-агрохимические основы плодородия почв Республики Татарстан Казань: Логос-Пресс, 2024. 272с. ISBN:978-5-00205-060-4

2. Справочник агрохимика / И.Д. Давлятшин, М.Ю. Гилязов, А.А. Лукманов и др. Казань: ООО «МеДДок», 2013. 300 с.

3. Справочник агрохимика Республики Татарстан / П.А. Чекмарев, А.А. Лукманов, И.Д. Давлятшин и др. Казань: ИП Шайхутдинова А.И., 2015. 324 с.

4. Амиров М. Ф. Толокнов Д. И. Формирование урожая яровой пшеницы в зависимости от использования минеральных удобрений, микроэлементов и гербицида в условиях республики Татарстан // Плодородие. 2020. № 3(114). С. 6-9. doi:https://doi.org/10.25680/S19948603.2020.114.01.

5. Влияние антропогенной нагрузки на изменение агробиологических свойств почвы, урожайность и качество зерна яровой пшеницы / Н.А. Селезнева, А. Г. Тишкова, Т. Н. Федорова, Т. А. Асеева // Вестник Дальневосточного отделения Российской академии наук. 2021. № 3(217). С. 113-118. doi:https://doi.org/10.37102/0869-7698_2021_217_03_18.

6. Роль макро- и микроудобрений в повышении урожайности и качества зеленой массы кукурузы на серых лесных почвах Республики Татарстан / М. Ю. Михайлова, М.Ю. Гилязов, Р. М. Низамов, Г. С. Миннуллин // Вестник Курганской ГСХА. 2023. № 2(46). С. 34-41.

7. Влияние фосфорных удобрений при известковании дерново-подзолистой почвы на качество зерна озимой пшеницы и ярового ячменя / Н.А. Кирпичников, С. П. Бижан, Е. Н. Старостина [и др.] // Агрохимический вестник. 2022. № 2. С. 22-27. doi:https://doi.org/10.24412/1029-2551-2022-2-004.

8. Лукин С. В. Мониторинг плодородия пахотных почв юго-западной части Центрально-Черноземного района России // Агрохимия. 2021. № 3. С. 3-14. doi:https://doi.org/10.31857/S000218812103011X.

9. Конищев А.А., Гарифуллин И.И., Конищева Е.Н. Анализ приемов повышения продуктивности зерновых культур для снижения межгодовой вариации их урожайности //Агрохимия. 2024. №2 С.95-102. doi:https://doi.org/10.31857/80002188124020118. EDN: https://elibrary.ru/XWRHAV

10. Бадин А. Е., Логошина Т. П. Мониторинг плодородия почв Тамбовской области // Достижения науки и техники АПК. 2019. Т. 33, № 10. С. 18-21. doi:https://doi.org/10.24411/0235-2451-2019-11004. EDN VOIVDX

11. Ландшафты Республики Татарстан. Региональный ландшафтно-экологический анализ / О.П. Ермолаев, М.Е. Игонин, А.Ю. Бубнов и др. / Казань: «Слово», 2007. с. 411

12. Красная книга Республики Татарстан. / А.Б. Александрова, Н.А. Бережная, Б.Р. Григорян и др. – Казань: «Фолеант» 2012. 192 с.

13. Дмитриев Е.А. Математическая статистика в почвоведении. М.: Книжный дом «ЛИБРИКОРМ», 2019. 334с. ISBN:978-5-397-06493-4

14. Характер и сила корреляции урожайности яровой пшеницы с почвенными факторами в условиях серой лесной почвы / А. Р. Сержанова, М. Ю. Гилязов, Ф. Ш. Шайхутдинов [и др.] // Вестник Казанского государственного аграрного университета. 2023. Т. 18. No 2(70). С. 42-49. doi:https://doi.org/10.12737/2073-0462-2023-42-49.

15. Агрохимическое состояние пахотных почв и урожайность озимой ржи ООО "Дуслык" Балтасинского района Республики Татарстан / К. Р. Гарафутдинова, Л. Г. Гаффарова, Е. А. Прищепенко, Г. Ф. Рахманова // Владимирский земледелец. 2020. № 3(93). С. 8-11. doi:https://doi.org/10.24411/2225-2584-2020-10124.

16. Миникаев Р. В., Фасхутдинов Ф. Ш., Михайлова М. Ю. Управление факторами почвенного плодородия в условиях Республики Татарстан // Агробиотехнологии и цифровое земледелие. 2022. № 4(4). С. 34-39. doi:https://doi.org/10.12737/2782-490X-2022-34-39.

17. Характер и сила корреляции урожайности яровой пшеницы с почвенными факторами в условиях серой лесной почвы / А. Р. Сержанова, М. Ю. Гилязов, Ф.Ш. Шайхутдинов [и др.] // Вестник Казанского государственного аграрного университета. 2023. Т. 18. No 2(70). С. 42-49. doi:https://doi.org/10.12737/2073-0462-2023-42-49. EDN PNUUYR.

18. Влияние фосфорных удобрений при известковании дерново-подзолистой почвы на качество зерна озимой пшеницы и ярового ячменя / Н.А. Кирпичников, С. П. Бижан, Е. Н. Старостина [и др.] // Агрохимический вестник. 2022. № 2. С. 22-27. doi:https://doi.org/10.24412/1029-2551-2022-2-004.

19. 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.

Войти или Создать
* Забыли пароль?