Россия
Целью исследования являлась оценка динамики фосфатного режима почв и установление её зависимости от уровня применения удобрений и химических мелиорантов. Объектом исследования стали пахотные почвы Предволжья Республики Татарстан (РТ), расположенные на правом берегу р. Волга. Данный регион занимает северо-восточную часть Приволжской возвышенности и составляет около 15 % от площади республики. Находясь в переходной полосе между таёжно-лесной и степной зонами Предволжье республики характеризуется широким распространением серых лесных почв и лесостепных черноземов. Анализированы материалы агрохимической службы по РТ (ФГБУ ЦАС «Татарский») за 1965-2022 гг. Подвижные формы фосфора определены стандартными методами в зависимости от типовых особенностей почв: по Кирсанову в модификации ЦИНАО (ГОСТ Р 54650-2011), Чирикову (ГОСТ 26204-91), Мачигину (ГОСТ 26205-91). Установлено, что по циклам агрохимического обследования содержание подвижных форм фосфора в почвах пашни Предволжья заметно колебалось: если в течение первого периода (1965-2000 гг.) происходило уверенное повышение подвижных форм фосфора (с 93 до 161 мг/кг), то в дальнейшем (2000-2022 гг.) происходит снижение (с 161 до 137 мг/кг). Все агрохимические приемы – внесение минеральных и органических удобрений, фосфоритование и известкование на накопление подвижных форм фосфора оказали положительное влияние. По значимости положительного влияния на средневзвешенное содержание подвижных форм фосфора в почвах Предволжья исследованные агрохимические приемы расположились в следующий убывающий ряд: внесение минеральных удобрений, затем известкование, далее фосфоритование и, наконец, внесение органических удобрений.
агрохимическое обследование почв, подвижный фосфор, корреляция, минеральные удобрения, органические удобрения, известкование, фосфоритование.
Фосфор – абсолютно необходимый макроэлемент для всех живых организмов, в том числе для высших растений. Фосфор принимает деятельное участие во всех жизненно важных обменных процессах веществ и энергии в организме растений и недостаток его очень часто становится лимитирующим фактором величины и качества урожая сельскохозяйственных культур [1]. Поэтому обеспеченность почв доступными формами фосфора является важнейшем критерием плодородия почв сельскохозяйственных земель как в целом РФ [2-5], так и РТ [6].
Общие запасы фосфора в пахотных слоях почв существенно меньше почвенных запасов азота и калия [5, 6]. Кроме того, «для питания растений важно содержание не валового, а подвижных форм фосфора, ибо именно они являются доступными растениям. К сожалению, основное количество общего почвенного фосфора малодоступно растениям» [6,7]. Для оценки обеспеченности почв различных типов и подтипов доступными формами фосфора агрохимическая служба страны в основном использует методы Кирсанова, Чирикова и Мачигина [8], которые «в основном адекватно отражают динамику содержания подвижных фосфатов при применении различных доз удобрений, позволяют правильно прогнозировать эффективность фосфорных удобрений и определить их потребность для получения планируемой урожайности сельскохозяйственных культур» [9].
«Содержание подвижных фосфатов в почве зависит от многих факторов, таких как типовое и подтиповое положение почв, гранулометрический состав, гумусированность, кислотность, водный и температурный режимы, содержание подвижных соединений железа и алюминия и др.» [10, 11]. Немаловажную роль в обеспечении растений подвижными формами фосфора играют многочисленные почвенные микроорганизмы [12]. Они, с одной стороны, поглощают минеральные формы фосфора и превращают их в органические вещества, которые непосредственно растения не поглощают. С другой стороны, минерализуя органические соединения, микроорганизмы делают фосфор доступным для растений [13]. Понятно, что активность микроорганизмов в огромной степени обуславливается температурным и водным режимами, поэтому эти режимы многими исследователями рассматриваются как фактор мобилизации почвенных запасов фосфора [14, 15].
В нынешних условиях острого дефицита промышленных фосфорных удобрений основными источниками фосфорного питания сельскохозяйственных культур стали местные фосфорсодержащие агроруды и запасы самой почвы [16]. Данное обстоятельство является ещё одним аргументом необходимости чрезвычайно внимательного изучения характера и темпов изменения подвижных запасов почвенного фосфора. Таким образом, можно констатировать, что обеспеченность почв сельскохозяйственных земель подвижными формами фосфора является важным агрохимическим показателем уровня почвенного плодородия и нередко становится лимитирующим фактором продуктивности сельскохозяйственных культур.
Цель исследования - оценка зависимости динамики фосфатного режима почв пахотных земель Предволжья Республики Татарстан от уровня применения минеральных и органических удобрений, а также химических мелиорантов.
Условия, материалы и методы. В работе обобщены результаты агрохимических обследований почв Предволжья Республики Татарстан, которые демонстрируют сопоставительную динамику изменения уровня применения агрохимикатов и содержания подвижных форм фосфора в пахотных почвах муниципальных районах региона за 1965-2022 гг.
Предволжье РТ расположено на правом берегу р. Волга и занимает северо-восточную часть Приволжской возвышенности [17]. Территория Предволжья равна 1014,3 тыс. га, что составляет около 15 % от площади Республики. От общей площади земель региона сельскохозяйственные угодья занимают 739,2 тыс. га, в т. ч. пашня - 565,3 тыс. га или 55,7 % [18].
Агрохимические анализы выполнены сотрудниками ФГБУ ЦАС «Татарский», используя общепринятые методы определения подвижных форм фосфора: в дерново-подзолистых и серых лесных почвах по методу Кирсанова в модификации ЦИНАО (ГОСТ Р 54650-2011); в некарбонатных чернозёмах – по методу Чирикова в модификации ЦИНАО (ГОСТ 26204-91); в карбонатных почвах – по методу Мачигина в модификации ЦИНАО (ГОСТ 26205-91) [20-22].
Результаты и обсуждения. Материалы рис. 1 демонстрируют распределение площадей пахотных почв по обеспеченности почв подвижными формами фосфора в Предволжье РТ по циклам агрохимического обследования. Они свидетельствуют о том, что в начале анализируемого периода (1965-1970 гг.) обеспеченность почв исследуемого региона подвижными формами фосфора была наихудшей за весь период наблюдений. Как видно, 24 % пахотных почв имели низкую и очень низкую обеспеченность фосфором, менее половины (48 %) площадей – среднюю.
Во второй срок наблюдения (1971-1979 гг.) обнаружилось заметное улучшение обеспеченности почв подвижным фосфором: площадь почв, имеющих очень низкое и низкое содержание фосфора, уменьшилась на 5 % при одновременном увеличении на 4 % площади почв, обеспеченность которых оценивается как высокая и очень высокая. Увеличилась также доля почв, характеризующихся повышенным содержанием подвижных форм фосфора, что, возможно, произошло за счет сокращения доли среднеобеспеченных почв.
Особенно заметное обогащение пахотных почв подвижными формами фосфора произошло за годы третьего и четвёртого туров агрохимического обследования. Так, по результатам четвертого цикла обследования 2/3 почв пашни имели повышенное, высокое и очень высокое содержание подвижного фосфора.
За годы пятого и шестого туров обследования произошло дальнейшее улучшение обеспеченности пахотных почв Предволжья фосфором, о чем свидетельствует возрастание сегмента почв, имеющих повышенное, высокое и очень высокое содержание подвижных форм фосфора, соответственно до 76 и 83 % от общей площади пашни.
Рис. 1. Изменение обеспеченности пахотных почв Предволжья Республики Татарстан подвижными формами фосфора в 1965-2020 гг.
Таким образом, максимальная обеспеченность почв пашни исследуемой зоны республики была достигнута к концу XX века (1996-2000 гг.).
Результаты седьмого цикла обследования показали существенное ухудшение обеспеченности почв подвижными формами фосфора почти во всех группах. Буквально за пять лет суммарная доля почв, имеющих очень низкое, низкое и среднее содержание фосфора увеличилась в два раза (с 17 до 34 %). Одновременно в 1,6 раза уменьшился сегмент высоко и очень высоко обеспеченных фосфором почв (с 58 до 36 %). Лишь доля почв, отнесенных к повышенной группе обеспеченности, увеличилась на 5 %.
Обеспеченность почв подвижными формами фосфора, установленная по итогам восьмого цикла агрохимического обследования почв Предволжья, существенно не отличалась от результатов предыдущего цикла. Можно было заметить лишь переход незначительной части (1%) почв, имеющих повышенную обеспеченность, в группу очень высоко обеспеченных.
Результаты двух последних циклов обследований, проведенных в 2011-2020 гг., существенных изменений в обеспеченности пахотных почв подвижными формами фосфора не выявили: доли отдельных групп обеспеченности фосфором изменились в пределах не более 1-2 %.
Как известно, обобщающим показателем обеспеченности почв подвижными формами фосфора представляется его средневзвешенное содержание.
По итогам первого цикла агрохимического обследования средневзвешенное содержание подвижных форм фосфора составило 93 мг/кг, что соответствует средней степени обеспеченности (рис. 2). Линия тренда показывает, что с первого по шестые циклы обследования наблюдалось устойчивое повышение подвижного фосфора, благодаря чему по итогам VI цикла обследования средневзвешенное содержание фосфора достигло 161 мг/кг, то есть произошло 1,7 кратное повышение подвижного фосфора. Благодаря этим изменениям почвы пашни исследуемого региона в конце XX века (VI цикл, 1996-2000 гг.) перешли в категорию высокообеспеченных подвижными формами фосфора.
Однако такая степень обеспеченности фосфором продержалась недолго. Результаты VII цикла обследования показали резкое снижение содержания подвижных форм фосфора - до 141 мг/кг, что соответствует повышенной степени обеспеченности.
В 2005-2020 гг. средневзвешенное содержание фосфора в пахотных почвах осталось практически неизменным, ибо оно варьировало в пределах 141-143 мг/кг.
Данные последнего срока наблюдения (2022 г.) опять показали негативную тенденцию: за достаточно короткий период средневзвешенное содержание подвижных форм фосфора снизилось на 6 мг/кг почвы.
Характер изменения средневзвешенного содержания подвижных форм фосфора за весь период наблюдений хорошо описывался полиномиальным уравнением третьей степени (R2=0,8907). Если же рассмотреть общую динамику изменения содержания подвижных форм фосфора во времени разделив на два периода, то обнаруживается разнонаправленная динамика:
Рис. 2. Характер изменения в почвах пашни Предволжья республики средневзвешенного содержания подвижного фосфора в 1965-2022 гг.
Рис. 3. Характер влияния агрохимических факторов интенсификации земледелия на средневзвешенное содержание подвижного фосфора в почвах пашни Предволжья (1965-2020 гг.)
если в течение первого периода (1965-2000 гг.) происходило уверенное повышение подвижных форм фосфора (R2=0,9751), то в дальнейшем (2000-2022 гг.) - скачкообразное снижение (R2=0,538).
Зависимость средневзвешенного содержания подвижного фосфора (У, мг/кг почвы) от временного фактора (х, циклы агрохимического обследования почв) в течение 1965-2000 гг. описывалась линейным уравнением (1):
У=14,343∙х +75,8 (1)
Линии тренда средневзвешенного содержания подвижных форм фосфора в пахотных почвах исследуемой зоны от агрохимических факторов интенсификации земледелия указывают на главенствующую роль уровня применения минеральных удобрений (рис. 3). Корреляционная зависимость (r) средневзвешенного показателя подвижного фосфора от среднегодовой нормы внесения минеральных удобрений (кг д.в./га), рассчитанная исходя из коэффициента детерминации (R2=0,503), равнялась 0,71, то есть была высокой.
Регрессионная связь средневзвешенного содержания подвижного фосфора (У, мг/кг) от насыщенности пашни минеральными удобрениями (х, кг д.в./га) описывалась уравнением (2):
У = 0,569∙x + 95,806 (2)
Влияние уровня применения органических удобрений на содержание подвижных форм фосфора оказалось статистически недостоверным (R2=0,0008). Примерно аналогичное явление нами было обнаружено раннее в условиях Балтасинского муниципального района республики [23].
Значимое влияние на динамику подвижного фосфора почв пашни исследуемой зоны оказало известкование кислых почв. Коэффициент детерминации (R2) средневзвешенного содержания подвижного фосфора от интенсивности известкования (доля произвесткованных почв от общей площади кислых почв), равнялся 0,3544, что указывает на наличие заметной, согласно шкале Чеддока [24], парной корреляции (r=0,60). Данное обстоятельство является хорошей иллюстрацией того, что устранение избыточной кислотности почв способствует переходу фосфора почв и удобрений в подвижное состояние.
Положительное влияние на обеспеченность почв подвижными формами фосфора проявило также фосфоритование (R2=0,2307), однако сила воздействия этого агрохимического приема оказалась ниже действия интенсивности применения известковых и минеральных удобрений. Сравнительно слабое влияние фосфоритования на фосфатный режим почв, возможно, объясняется небольшой продолжительностью этого мелиоративного приема (1971-2000 гг.).
Выводы. Таким образом, в динамике содержания подвижных форм фосфора обнаружилось два периода, резко отличающиеся по направленности: если в течение первого периода (1965-2000 гг.) происходило уверенное повышение подвижных форм фосфора (R2=0,9751), то в дальнейшем (2000-2022 гг.) - скачкообразное снижение (R2=0,538). Все агрохимические приемы – внесение минеральных и органических удобрений, фосфоритование и известкование на накопление подвижных форм фосфора оказали положительное влияние. По значимости положительного влияния на средневзвешенное содержание подвижных форм фосфора в почвах Предволжья исследованные агрохимические приемы расположились в следующий убывающий ряд: внесение минеральных удобрений (R²=0,5030)> известкование (R²=0,3544)> фосфоритование (R²=0,2307)> внесение органических удобрений (R²=0,0008).
1. Шафран С.А. Вклад минеральных удобрений в формирование урожайности полевых культур (сообщение 2). Фосфорные и калийные удобрения // Агрохимия. 2021. № 8. С. 9–16. doi:https://doi.org/10.31857/S0002188121080123.
2. Изучение фосфорных удобрений и фосфатного состояния почв / В.И. Титова, Л.Д. Варламова, Е.В. Дабахова и др. // Агрохимический вестник. 2011. № 2. С. 3-6.
3. Гинзбург К.Е. Фосфор основных типов почв СССР. М.: Наука, 1981. 244 с.
4. Руководство по проектированию применения удобрений в технологиях адаптивно-ландшафтного земледелия. Под ред. А. Л. Иванова, Л.М. Державина. М.: РАСХН, 2008. 392 с.
5. Сычев В.Г. Современное состояние плодородия почв и основные аспекты его регулирования. - М.: Российская академия наук, 2019. 328 с.
6. Давлятшин И.Д., Лукманов А.А., Маметов М.И. Источники фосфора и оценка их вклада в подвижный фонд этого элемента в пахотных почвах в лесостепной зоне // Достижения науки и техники АПК. 2018. № 32(4). С. 21-24. doi:https://doi.org/10.24411/0235-2451-2018-10404.
7. Ваулин А.В., Коваленко А.А., Варламов В.А. Изменение фосфатного режима дерново-подзолистой среднесуглинистой окультуренной почвы без внесения фосфорных удобрений //Агрохимический вестник. 2013. №3. С. 8-10.
8. Копосов Г.Ф. Определение в почвах содержания азота, фосфора и калия. - Казань: Изд-во Казанского ун-та, 2011. 362 с.
9. Адрианов С.Н. Оценка методов определения подвижных фосфатов в почве // Плодородие. 2008. № 2. С. 14-17.
10. Кулаковская Т.Н. Оптимизация агрохимической системы почвенного питания растений. М.: Агропромиздат, 1990. 218 с.
11. Волынкина О.В. Влияние применения фосфорного удобрения на варьирование прибавок урожайности сельскохозяйственных культур в условиях Зауралья // Агрохимия. 2023. № 5. С. 27–33. doi:https://doi.org/10.31857/S0002188123050113
12. Чайковская Л. А., Овсиенко О. Л. Фосфатмобилизующие микроорганизмы: Биоразнообразие, влияние на минеральное питание растений и их продуктивность // Таврический вестник аграрной науки. 2021. № 4 (28). С. 159–182. doi:https://doi.org/10.33952/2542-0720-2021-4-28-159-182.
13. Ahmed N., Shahab S. Phosphate solubilization: their mechanism genetics and application // The Internet Journal of Microbiology. 2011. Vol. 9(1). P. 4408–4412. doi:https://doi.org/10.5580/2327.
14. Минеев В.Г., Ремпе Е.Х. Агрохимия, биология и экология почвы. М: Росагропромиздат, 1990. 206 с.
15. Совершенствование системы обработки почвы в агроландшафтах Среднего Поволжья / Р.В. Миникаев, Ф.Ш. Шайхутдинов, И.Г. Манюкова и др. Казань: Изд-во Казанского ГАУ, 2021. 400 с.
16. Лукманов А.А. Оценка вклада факторов в почвенный фонд фосфора в лесостепных черноземах Республики Татарстан // Агрохимический вестник. 2019. № 5. С. 3-7. doi:https://doi.org/10.24411/0235-2516-2019-10066.
17. Природа и природные ресурсы Республики Татарстан: иллюстрированная энциклопедия. Казань: Ин-т татарской энциклопедии и регионоведения АН РТ, 2019. 584 с.
18. Государственный доклад о состоянии природных ресурсов и об охране окружающей среды Республики Татарстан в 2021 году. Казань, 2022. 490 с.
19. Трофимов Н. В., Сочнева С. В., Панасюк М. В. Методика разделения территории Республики Татарстан на агроландшафтные районы на основе зонирования природно-климатических ее условий // Вестник Казанского государственного аграрного университета. 2020. №. 4. С. 127-131. doi:https://doi.org/10.12737/2073-0462-2020-127-131
20. ГОСТ Р 54650-2011. Почвы. Определение подвижных соединений фосфора и калия по методу Кирсанова в модификации ЦИНАО.
21. ГОСТ 26204-91. Почвы. Определение подвижных соединений фосфора и калия по методу Чирикова в модификации ЦИНАО.
22. ГОСТ 26205-91. Почвы. Определение подвижных соединений фосфора и калия по методу Мачигина в модификации ЦИНАО.
23. Гилязов М.Ю, Лукманов А.А., Муратов М.Р. Длительное применение удобрений и продуктивность пашни. Казань: Изд-во Казанского ун-та, 2016. 220 с.
24. Котеров А.Н., Ушенкова Л.Н., Зубенкова Э.С., Калинина М.В., Бирюков А.П., Ласточкина Е.М., Молодцова Д.В., Вайнсон А.А. Сила связи. Сообщение 2. Градации величины корреляции // Медицинская радиология и радиационная безопасность. 2019. Т. 64. № 6. С. 12–24. doi:https://doi.org/10.12737/1024-6177-2019-64-6-12-24
