Россия
В научной статье выявлена взаимосвязь между содержанием подвижного фосфора и калия и урожайностью яровой пшеницы во временном ряду на примере Лениногорского муниципального района за 48 лет (1976-2023гг.). Погодно-климатические условия района пригодны для выращивания различных агрокультур, в частности продовольственного зерна. Сумма положительных активных температур равна 2168º С. Было установлено, что внесение минеральных и органических удобрений привело к повышению обеспеченности пахотных почв района подвижным фосфором и калием до 2001 года, в последующие годы отрицательный тренд. Содержание подвижных форм фосфора возросло с 62 до 165,0 мг/кг (по методу Чирикова) почвы к седьмому туру (2001-2007), а содержание подвижного калия повысилось с 101 до 151,4 мг/кг (по методу Чирикова) почвы. В содержании подвижного калия наблюдается планомерное повышение показателей от 108,0 (2008-2010 гг.) до 118,0 (2018-2019 гг.) мг/кг почвы, в последнем туре выявлено повышение до 131,0 мг/кг. С минеральными и органическими удобрениями было внесено в почву пашни за 48 лет азота – 3417,6 кг/га, фосфора – 1678,6 кг/га и калия – 1846,2 кг/га, при этом баланс азота и подвижного калия – отрицательный, за исключением фосфора (+506 кг д.в./га). Результаты статистической обработки данных показали достоверную корреляцию между фактической урожайностью яровой пшеницы и содержанием подвижных форм фосфора и калия, равную 0,29-0,30 соответственно. За счет комплексного применения минеральных и органических удобрений заметна стабилизация содержания основных элементов питания в пахотных почвах Лениногорского района и рост урожая яровой пшеницы до 2011 года. Далее урожайность яровой пшеницы варьирует в небольшом диапазоне 2,06 – 2,11 т/га.
подвижный фосфор, подвижный калий, интенсификация земледелия, плодородие, урожайность
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. Справочник агрохимика / И.Д. Давлятшин, М.Ю. Гилязов, А.А. Лукманов и др. Казань: ООО «МеДДок», 2013. 300 с.
2. Справочник агрохимика Республики Татарстан / П.А. Чекмарев, А.А. Лукманов, И.Д. Давлятшин и др. Казань: ИП Шайхутдинова А.И., 2015. 324 с.
3. Лукманов А.А. Эколого-агрохимические основы плодородия почв Республики Татарстан Казань: Логос-Пресс, 2024. 272с. ISBN:978-5-00205-060-4
4. Лукин С. В. Мониторинг плодородия пахотных почв юго-западной части Центрально-Черноземного района России // Агрохимия. 2021. № 3. С. 3-14. DOIhttps://doi.org/10.31857/S000218812103011X.
5. Шафран С. А. Вклад минеральных удобрений в формирование урожайности полевых культур (сообщение 2). Фосфорные и калийные удобрения // Агрохимия. 2021. № 8. С. 9-16. DOIhttps://doi.org/10.31857/S0002188121080123.
6. Шафран С. А. Козеичева, Е. С. Роль плодородия почв и сорта в повышении урожайности зерновых культур // Агрохимия. 2024. № 2. С. 84-94. DOIhttps://doi.org/10.31857/80002188124020105.
7. 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.
8. 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. DOIhttps://doi.org/10.25680/S19948603.2020.114.01.
9. 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. DOIhttps://doi.org/10.37102/0869-7698_2021_217_03_18.
10. 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.
11. 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. DOIhttps://doi.org/10.24412/1029-2551-2022-2-004.
12. 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. DOhttps://doi.org/10.12737/2782-490X-2022-34-39.
13. Бадин А. Е., Логошина Т. П. Мониторинг плодородия почв Тамбовской области // Достижения науки и техники АПК. 2019. Т. 33, № 10. С. 18-21. DOIhttps://doi.org/10.24411/0235-2451-2019-11004.
14. Ландшафты Республики Татарстан. Региональный ландшафтно-экологический анализ / О.П. Ермолаев, М.Е. Игонин, А.Ю. Бубнов и др. / Казань: «Слово», 2007. с. 411
15. Красная книга Республики Татарстан. / А.Б. Александрова, Н.А. Бережная, Б.Р. Григорян и др. – Казань: ИЗД-во «Фолеант» 2012. 192 с.
16. Гаффарова Л. Г., Беляев С. М. Особенности структуры почвенного покрова северной части Актай-Шенталинского ландшафтного низменного района // Агробиотехнологии и цифровое земледелие. 2023. № 1(5). С. 17-21. DOIhttps://doi.org/10.12737/2782-490X-2023-17-21.
17. Дмитриев Е.А. Математическая статистика в почвоведении. М.: Книжный дом «ЛИБРИКОРМ», 2019. 334с. ISBN:978-5-397-06493-4
18. 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. DOIhttps://doi.org/10.24411/2225-2584-2020-10124.
19. 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. DOIhttps://doi.org/10.12737/2073-0462-2023-42-49.
