Russian Federation
UDK 631.416 Неорганическая химия почвы. Составные части почвы
Cel' issledovaniya – ocenit' agrohimicheskoe sostoyanie chernozema vyschelochennogo Chulymo-Eniseyskoy lesostepi v usloviyah perehoda k organicheskomu zemledeliyu. Issledovaniya provedeny v zemlepol'zovanii OOO «KH Rodnik» Balahtinskogo rayona, raspolozhennogo v Chulymo-Eniseyskoy lesostepi Krasnoyarskogo kraya. V posevah kul'tur, vozdelyvaemyh po parovomu predshestvenniku na intensivnom fone i obrabotannoy 27-letney dernovinnoy zalezhi, dana ocenka reakcii pochvennogo rastvora, obespechennosti 0–20 sm sloya pochvy mineral'nym azotom, podvizhnym fosforom i obmennym kaliem. Pokazano, chto reakciya pochvennogo rastvora chernozema v posevah kul'tur, vozdelyvaemyh v sevooborote po intensivnomu fonu, v srednem ocenivaetsya kak neytral'naya (6,9–7,3 ed. rN). Po obrabotannoy zalezhi otmecheno dostoverno snizhenie rNn2o do slabokisloy reakcii pochvennogo rastvora (6,3–6,5 ed. rN). Funkcionirovanie 27-letney dernovinnoy zalezhi i ee povtornoe osvoenie opredelilo suschestvennoe izmenenie obespechennosti chernozema ammoniynym, nitratnym azotom i podvizhnym fosforom. V posevah dvuh pshenic, vozdelyvaemyh na intensivnom fone, chernozem ocenivalsya sredney i nizkoy obespechennost'yu ammoniynym i nitratnym azotom (2–10 mg/kg). Po obrabotannoy zalezhi sformirovalas' vysokaya i srednyaya obespechennost' ammoniynym azotom (8–17 mg/kg), ochen' vysokaya i povyshennaya – nitratnym (21–16 mg/kg). V polyah pshenic, vozdelyvaemyh na intensivnom fone, obespechennost' R2O5 sootvetstvovala povyshennoy i sredney obespechennosti etim elementom pitaniya (210–195 mg/kg). Ostavlenie pochvy v zalezhnom sostoyanii na 27 let privelo k snizheniyu soderzhaniya podvizhnyh fosfatov do nizkogo i ochen' nizkogo urovnya (52–130 mg/kg).
chernozem, ammonium nitrogen, nitrate nitrogen, mobile phosphorus, exchangeable potassium, intensive technologies, soil fallow
Введение. Продолжающийся рост населения и увеличение потребления продовольствия на душу населения предполагают, что расширение пахотных земель в будущем неизбежно, что может поставить под угрозу районы с высокой экологической ценностью и границы, богатые биологическим разнообразием. Несмотря на надвигающуюся нехватку земель для сельского хозяйства и усиливающиеся конфликты в сфере землепользования, заброшенность пахотных земель широко распространена во всем мире [1, 2]. Оценки, сделанные на основе спутниковых снимков, показывают, что наряду с увеличением общей площади пахотных земель на 217 млн га с 2003 по 2019 г. во всем мире имело место массовое забрасывание пахотных земель (79 млн га) [3]. В Красноярском крае площадь неиспользуемой пашни по состоянию на 1 января 2021 г. оценивалась в 1,04 млн га [4].
Длительное пребывание почв в стадии зарастания естественной травянистой растительностью положительно отражается на ряде почвенных характеристик [5–7]. Недавние исследования и проекты по управлению земельными ресурсами подчеркнули возможность повторного возделывания заброшенных пахотных земель для производства продуктов питания [8]. Залежные и неиспользуемые в сельскохозяйственном производстве пахотные земли могут играть значительную роль при переходе сельскохозяйственных предприятий к системе органического земледелия. Производственная система органического земледелия позиционируется как недорогая и экологичная, направленная на улучшение здоровья человека и почвы, улучшение состояния окружающей среды и устойчивости сельского хозяйства [9].
Цель исследования – оценить агрохимическое состояние чернозема выщелоченного Чулымо-Енисейской лесостепи в условиях перехода к органическому земледелию.
Объекты и методы. Исследование проведено в 2021–2023 гг. в землепользовании ООО «КХ Родник» Балахтинского района, расположенного в Чулымо-Енисейской лесостепи. Объектами исследования в производственном опыте являлись черноземы выщелоченные тяжелосуглинистого гранулометрического состава и культуры звена севооборота пшеница – пшеница, возделываемые по чистому пару на интенсивном фоне с применением удобрений и средств защиты. При возделывании яровой пшеницы по интенсивной технологии проведено предпосевное (аммофос + аммиачная селитра) и припосевное (аммиачная селитра) внесение удобрений в дозе N110P35 с применением пестицидов «Кинг Комби», КС; «Аксиал», КЭ; «Камаро», СЭ; «Хит», СП; «Декстер», КС. По органической технологии культуры звена севооборота пшеница – пшеница – кукуруза возделывались без удобрений и средств защиты. Посев культур осуществлялся по обработанной в 2020 г. 27-летней дерновинной залежи, расположенной в одном земельном массиве с участком, где культуры возделывались по интенсивной технологии.
Для оценки агрохимического состояния почв в условиях интенсивной и органической технологии возделывания сельскохозяйственных культур в пределах полей были выделены учетные делянки общей площадью по 10 000 м2. Перед посевом культур и после их уборки провели отбор почвенных образцов с каждого поля в 10-кратной повторности с глубины 0–20 см. В образцах определяли: нитратный азот (ГОСТ 26951-86); аммонийный азот (ГОСТ 26489-85); подвижный фосфор (ГОСТ 26204-91); обменный калий (ГОСТ 26204-91); реакцию почвенного раствора – ионометрическим методом по ГОСТ 26423-85. Статистическая обработка полученных результатов проведена методом дисперсионного анализа и описательной статистики с помощью программы MS Excel [10].
Результаты и их обсуждение. Комплекс агрохимических свойств почв отражает состояние плодородия и обуславливает урожайность сельскохозяйственных культур. Почвенный раствор, являясь активной и динамичной частью почвы, связан с ее питательным режимом. Микроорганизмы почвы и растения, произрастающие на ней, изменяют состав раствора, извлекая из него питательные элементы и ведя к подкислению или подщелачиванию, т. е. к изменению реакции. Реакция в то же время влияет на микробиологические процессы и усвоение растениями элементов питания. Она может быть изменена также воздействием антропогенных факторов: обработкой почвы и удобрениями [11]. Исследованиями установлено, что реакция почвенного раствора чернозема в посевах пшеницы, возделываемой в севообороте по интенсивному фону, в среднем оценивается как нейтральная с пространственным варьированием признака от слабокислой до нейтральной (Сv = 5–6 %) (табл. 1).
Таблица 1
Статистические характеристики пространственного распределения рНн2о
в черноземе (0–20 см; n = 10), ед. рНн2о
|
Агроценоз |
Технология |
Весна |
Осень |
||
|
Хср |
Cv, % |
Хср |
Cv, % |
||
|
Пшеница (2021 г.) |
Интенсивная |
7,0 |
6 |
7,3 |
5 |
|
Органическая |
6,3 |
6 |
6,3 |
6 |
|
|
p |
0,001* |
|
0,024* |
|
|
|
Пшеница (2022 г.) |
Интенсивная |
7,3 |
5 |
6,9 |
6 |
|
Органическая |
6,5 |
6 |
6,5 |
8 |
|
|
p |
0,007* |
|
0,184 |
|
|
|
Кукуруза (2023 г.) |
Интенсивная |
– |
|
– |
|
|
Органическая |
6,3 |
2 |
6,5 |
2 |
|
Здесь и далее: X – среднеарифметическое значение; Cv – коэффициент варьирования; (*) – достоверные значения показателя.
В посевах сельскохозяйственных культур, возделываемых по обработанной залежи, отмечено достоверно снижение рНн2о до слабокислой реакции почвенного раствора (6,3–6,5 ед. рН), сохраняющееся стабильно в пространстве (Сv = 2–6 %). Эта закономерность объясняется накоплением в пахотном слое чернозема продуктов промежуточного распада травянистой сорной растительности (лигнина, клетчатки, высокомолекулярных органических кислот и др.).
Устойчивое функционирование агроэкосистем в земледелии определяется созданием оптимальных условий потребления сельскохозяйственными культурами азота, находящегося в первом минимуме [12]. Перед посевом двух пшениц, возделываемых на интенсивном фоне, чернозем оценивался средней и низкой обеспеченностью аммонийным азотом (6–9 мг/кг) (табл. 2). Высокая и средняя обеспеченность этой формой минерального азота выявлена в почве звена севооборота пшеница – пшеница – кукуруза по органической технологии (8–17 мг/кг).
Таблица 2
Статистические характеристики пространственного распределения аммонийного азота
в черноземе (0–20 см; n = 10), мг/кг
|
Агроценоз |
Технология |
Весна |
Осень |
||
|
Хср |
Cv, % |
Хср |
Cv, % |
||
|
Пшеница (2021 г.) |
Интенсивная |
8,7 |
17 |
6,4 |
25 |
|
Органическая |
17,0 |
86 |
7,2 |
79 |
|
|
p |
0,040* |
|
0,125 |
|
|
|
Пшеница (2022 г.) |
Интенсивная |
5,9 |
17 |
4,6 |
26 |
|
Органическая |
7,7 |
31 |
7,3 |
130 |
|
|
p |
0,075 |
|
0,000* |
|
|
|
Кукуруза (2023 г.) |
Интенсивная |
– |
|
– |
|
|
Органическая |
9,5 |
10 |
6,9 |
29 |
|
Более широкий размах пространственного варьирования содержания аммонийного азота (Сv = 29–130 %) в послеуборочный период в полях культур, возделываемых по органической технологии, обусловлен локализацией и процессами разложения растительных остатков залежной экосистемы. В среднем обеспеченность этой формой минерального азота после уборки культур оценивалась на низком уровне (5–7 мг/кг), что обусловлено выносом аммонийного азота, как правило, во вторую половину вегетации и активным развитием процессов нитрификации.
Замедление процессов нитрификации, связанное с погодными условиями начала вегетационного периода 2021 г., определило очень низкую обеспеченность черноземов нитратным азотом. Его количество по полям в период посева пшеницы не превышало 2 мг/кг. Наличие достаточного количества лабильного органического вещества в почве после запашки растительных остатков залежной экосистемы, их разложение в почве способствовало пополнению почвенного раствора минеральным азотом. Без внесения минеральных удобрений за счет текущей нитрификации обеспеченность нитратным азотом после возделывания яровой пшеницы по залежи была достоверно выше, чем по паровому предшественнику и с внесением аммиачной селитры в стартовой дозе. Очень высокая обеспеченность нитратным азотом в почве отмечена после возделывания яровой пшеницы по залежи (21 мг/кг), несмотря на то, что в почвах автоморфного ряда эта форма является основным источником доступного для растений азота [13] (табл. 3).
Таблица 3
Статистические характеристики пространственного распределения нитратного азота
в черноземе (0–20 см; n = 10), мг/кг
|
Агроценоз |
Технология |
Весна |
Осень |
||
|
Хср |
Cv, % |
Хср |
Cv, % |
||
|
Пшеница (2021 г.) |
Интенсивная |
1,5 |
93 |
8,6 |
86 |
|
Органическая |
1,0 |
75 |
21,2 |
72 |
|
|
p |
0,280 |
|
0,000* |
|
|
|
Пшеница (2022 г.) |
Интенсивная |
7,8 |
62 |
9,8 |
13 |
|
Органическая |
15,9 |
33 |
8,7 |
129 |
|
|
p |
0,006* |
|
0,070 |
|
|
|
Кукуруза (2023 г.) |
Интенсивная |
– |
|
– |
|
|
Органическая |
18,6 |
25 |
13,0 |
23 |
|
В условиях органического земледелия по залежи к началу посева второй и третьей культуры сформировалась повышенная обеспеченность нитратным азотом (16–19 мг/кг). При этом в пределах поля содержание нитратного азота варьировало в средней степени (Сv = 33 %) от средней до очень высокой обеспеченности (10–27 мг/кг). Это подтверждает тот факт, что лабильное органическое вещество обработанной залежи находится еще в стадии трансформации и формирует пищевой режим почвы. Средний и повышенный уровень обеспеченности почвы нитратным азотом выявлен на всех фонах после уборки культур севооборота (9–13 мг/кг).
Главным фактором, определяющим содержание фосфора и его подвижность в почве, считается систематическое применение органических и минеральных удобрений. В старопахотных почвах подвижный фосфор постепенно потребляется, но возврат практически отсутствует, поскольку фосфорные удобрения не вносят [14]. Пахотные черноземы достоверно отличались по содержанию подвижного фосфора. В полях пшениц, возделываемых на интенсивном фоне, обеспеченность Р2О5 соответствовала повышенной и средней обеспеченности элементом питания (210–195 мг/кг) (табл. 4).
Таблица 4
Статистические характеристики пространственного распределения подвижного фосфора
в черноземе (0–20 см; n = 10), мг/кг
|
Агроценоз |
Технология |
Весна |
Осень |
||
|
Хср |
Cv, % |
Хср |
Cv, % |
||
|
Пшеница (2021 г.) |
Интенсивная |
210,0 |
28 |
140,6 |
25 |
|
Органическая |
129,6 |
15 |
99,5 |
13 |
|
|
p |
0,001* |
|
0,022* |
|
|
|
Пшеница (2022 г.) |
Интенсивная |
194,8 |
31 |
144,8 |
41 |
|
Органическая |
116,1 |
6 |
51,9 |
18 |
|
|
p |
0,003* |
|
0,000* |
|
|
|
Кукуруза (2023 г.) |
Интенсивная |
– |
|
– |
|
|
Органическая |
77,3 |
19 |
70,4 |
16 |
|
Оставление почвы в залежь на 27 лет привело к снижению содержания подвижных фосфатов в 0–20 см слое почвы в среднем на 80 мг/кг и оценивалось как низкое. Пространственное распределение подвижного фосфора на этом поле сопровождалось увеличением доли выборки, приближающейся к минимальному значению (96,0–170,0 мг/кг). По данным [15], при наличии повышенной гидролитической кислотности почв размеры мобилизации Р2О5 в пару увеличиваются на 35–39 %. Содержание подвижных форм фосфора определялось его сезонной динамикой и потреблением сельскохозяйственными культурами севооборота. К осеннему периоду его количество в посевах яровой пшеницы на интенсивном фоне уменьшалось на 50–69 мг/кг и соответствовало низкой обеспеченности (141–145 мг/кг). На органическом фоне обеспеченность почвы звена севооборота в послеуборочный период оценивалась как очень низкая (100–52 мг/кг).
Специфика минералогического состава и большое содержание в черноземах Красноярского края ила является причиной повышенной обеспеченности их валовым калием, что отражается на обеспеченности почв обменной формой. Черноземы Чулымо-Енисейской лесостепи аккумулировали значительное количество обменного калия и характеризовались как очень высокообеспеченные на всех фонах земледелия (табл. 5).
Таблица 5
Статистические характеристики пространственного распределения
обменного калия в черноземе (0–20 см; n = 10), мг/кг
|
Агроценоз |
Технология |
Весна |
Осень |
||
|
Хср |
Cv, % |
Хср |
Cv, % |
||
|
Пшеница (2021 г.) |
Интенсивная |
195,8 |
59 |
166,3 |
52 |
|
Органическая |
231,9 |
46 |
156,1 |
39 |
|
|
p |
0,470 |
|
0,302 |
|
|
|
Пшеница (2022 г.) |
Интенсивная |
151,9 |
21 |
180,3 |
28 |
|
Органическая |
172,1 |
45 |
177,8 |
29 |
|
|
p |
0,449 |
|
0,566 |
|
|
|
Кукуруза (2023 г.) |
Интенсивная |
– |
|
– |
|
|
Органическая |
155,7 |
15 |
131,5 |
17 |
|
При пространственной вариабельности показателя от 15 до 59 % они статистически не отличались по накоплению обменного калия в пахотном слое до и после уборки культур (p = 0,302–0,566). Вынос обменного калия культурами из
0–20 см слоя почвы обусловливал снижение концентрации элемента при сохранении высокой и очень высокой обеспеченности. Отсутствие подвижности обменного калия в тяжелых по гранулометрическому составу почвах, биогенные процессы, влияние механических обработок почвы, ускоряющих выветривание калиесодержащих минералов, являются причинами накопления К2О в 0–20 см слое черноземов.
Заключение. Функционирование 27-летней дерновинной залежи в условиях Чулымо-Енисейской лесостепи и ее повторное освоение определило существенное изменение показателей эффективного плодородия. В посевах сельскохозяйственных культур, возделываемых по обработанной залежи в течение трех лет, по сравнению с интенсивным фоном по паровому предшественнику отмечено достоверное снижение реакции почвенного раствора до слабокислого уровня (6,3–6,5 ед. рН); установлена высокая и средняя обеспеченность аммонийным азотом (8–17 мг/кг). Трансформация лабильного органического вещества обработанной залежи уже в первый год формировала очень высокую обеспеченность нитратным азотом (21 мг/кг), а далее повышенную под посевами второй пшеницы и кукурузы (16–19 мг/кг). Оставление почвы в залежь на длительный срок привело к снижению содержания подвижных фосфатов в 0–20 см слое почвы в среднем на 80 мг/кг и оценивалось как низкое и очень низкое, что не отразилось на содержании обменного калия при высокой и очень высокой обеспеченности им агрочернозема.
1. Puti sohraneniya i povysheniya plodorodiya pochv Krasnoyarskogo kraya: nauch.-prakt. rekomendacii / E.V. Alhimenko [i dr.]; Min-vo sel'skogo hozyajstva i torgovli Krasnoyarskogo kraya. Krasnoyarsk, 2020. 48 s.
2. Agricultural abandonment and recultivation during and after the Chechen Wars in the northern Caucasus / Yin H. [et al.] // Glob. Environ. Change 55. P. 149–159 (2019).
3. Global maps of cropland extent and change show accelerated cropland expansion in the twenty-first century / P. Potapov [et al.] // Nat. Food, 2021. DOI:https://doi.org/10.1038/s43016-021-00429-z.
4. Doklad o sostoyanii i ispol'zovanii zemel' sel'skohozyajstvennogo naznacheniya Rossij-skoj Federacii v 2020 godu. M.: Rosinfor-magroteh, 2022. 384 s.
5. Eremin D.I. Zalezh' kak sredstvo vosstanov-leniya soderzhaniya i zapasov gumusa staro-pahotnyh chernozemov lesostepnoj zony Zau-ral'ya // Plodorodie. 2014. № 1 (76). S. 24–26.
6. Kulikova E. G., Velikanova G.S., Kashiri-na N.V. Agrohimicheskij sostav zalezhnyh zemel' pod raznymi tipami rastitel'nosti // Prirodnoresursnyj potencial, `ekologiya i ustojchivoe razvitie regionov Rossii: sb. st. XVI Mezhdunar. nauch.-prakt. konf., Penza, 25–26 yanvarya 2018 g. Penza: Penzen. gos. agrar. un-t, 2018. S. 61–65.
7. Popkov A.P., Sorokina O.A. Vliyanie povtor-nogo osvoeniya zalezhej na svojstva pochv v Krasnoyarskoj lesostepi // Agro`EkoInfo. 2023. № 2 (56). URL: https://agroecoinfo.ru.
8. Meeting global challenges with regenerative agriculture producing food and energy / L.A. Schulte [et al.] // Nat. Sustainabil. 2021. DOI:https://doi.org/10.1038/s41893-021-00827-y.
9. A review of the influences of organic farming on soil quality, crop productivity and produce quality / C.S. Aulakha [et al.] // Journal of Plant Nutrition. 2022. Vol. 45. P. 1884–1905.
10. Dospehov B.A. Metodika polevogo opyta (s osnovami statisticheskoj obrabotki rezul'ta-tov issledovanij). M.: Al'yans, 2014. 351 s.
11. Azizov Z.M. Kislotnost' chernozema yuzhnogo i urozhajnost' ozimoj pshenicy pri raznyh priemah osnovnoj obrabotki pochvy i udobrenij v sevooborote // Uspehi sovremennogo estestvoznaniya. 2018. № 2. S. 35–42.
12. Kurachenko N.L., Kolesnik A.A. Soderzhanie i prostranstvennoe raspredelenie podvizhnyh `elementov pitaniya agrochernozemov v zavisi-mosti ot sposobov osnovnoj obrabotki pochvy // Agrohimiya. 2020. № 7. S. 11–16.
13. Kurachenko N.L., Bopp V.L. Rezhim nitrat-nogo azota v chernozeme pri vozdelyvanii mnogoletnih trav // Agrarnyj nauchnyj zhurnal. 2022. № 9. S. 29–33.
14. Gruzdeva N.A., Eremin D.I. Fosfornyj rezhim pahotnyh seryh lesnyh pochv Severnogo Zaural'ya // Agrohimicheskij vestnik. 2017. № 5. S. 12–15.
15. Sineschekov V.E., Tkachenko G.I. Osoben-nosti dinamiki podvizhnogo fosfora v pochve pri minimizacii osnovnoj obrabotki // Sibirskij vestnik sel'skohozyajstvennoj nauki. 2014. № 6(241). S. 11–18.
