Россия
УДК 631.416 Неорганическая химия почвы. Составные части почвы
Цель исследования – оценить агрохимическое состояние чернозема выщелоченного Чулымо-Енисейской лесостепи в условиях перехода к органическому земледелию. Исследования проведены в землепользовании ООО «КХ Родник» Балахтинского района, расположенного в Чулымо-Енисейской лесостепи Красноярского края. В посевах культур, возделываемых по паровому предшественнику на интенсивном фоне и обработанной 27-летней дерновинной залежи, дана оценка реакции почвенного раствора, обеспеченности 0–20 см слоя почвы минеральным азотом, подвижным фосфором и обменным калием. Показано, что реакция почвенного раствора чернозема в посевах культур, возделываемых в севообороте по интенсивному фону, в среднем оценивается как нейтральная (6,9–7,3 ед. рН). По обработанной залежи отмечено достоверно снижение рНн2о до слабокислой реакции почвенного раствора (6,3–6,5 ед. рН). Функционирование 27-летней дерновинной залежи и ее повторное освоение определило существенное изменение обеспеченности чернозема аммонийным, нитратным азотом и подвижным фосфором. В посевах двух пшениц, возделываемых на интенсивном фоне, чернозем оценивался средней и низкой обеспеченностью аммонийным и нитратным азотом (2–10 мг/кг). По обработанной залежи сформировалась высокая и средняя обеспеченность аммонийным азотом (8–17 мг/кг), очень высокая и повышенная – нитратным (21–16 мг/кг). В полях пшениц, возделываемых на интенсивном фоне, обеспеченность Р2О5 соответствовала повышенной и средней обеспеченности этим элементом питания (210–195 мг/кг). Оставление почвы в залежном состоянии на 27 лет привело к снижению содержания подвижных фосфатов до низкого и очень низкого уровня (52–130 мг/кг).
чернозем, аммонийный азот, нитратный азот, подвижный фосфор, обменный калий, интенсивные технологии, залежь
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. Пути сохранения и повышения плодородия почв Красноярского края: науч.-практ. рекомендации / Е.В. Алхименко [и др.]; Мин-во сельского хозяйства и торговли Красноярского края. Красноярск, 2020. 48 с.
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. Доклад о состоянии и использовании земель сельскохозяйственного назначения Российской Федерации в 2020 году. М.: Росинформагротех, 2022. 384 с.
5. Еремин Д.И. Залежь как средство восстановления содержания и запасов гумуса старопахотных черноземов лесостепной зоны Зауралья // Плодородие. 2014. № 1 (76). С. 24–26.
6. Куликова Е. Г., Великанова Г.С., Кашири-на Н.В. Агрохимический состав залежных земель под разными типами растительности // Природноресурсный потенциал, экология и устойчивое развитие регионов России: сб. ст. XVI Междунар. науч.-практ. конф., Пенза, 25–26 января 2018 г. Пенза: Пензен. гос. аграр. ун-т, 2018. С. 61–65.
7. Попков А.П., Сорокина О.А. Влияние повторного освоения залежей на свойства почв в Красноярской лесостепи // АгроЭкоИнфо. 2023. № 2 (56). URL: https://agroe¬coinfo.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. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта (с основами статистической обработки результатов исследований). М.: Альянс, 2014. 351 с.
11. Азизов З.М. Кислотность чернозема южного и урожайность озимой пшеницы при разных приемах основной обработки почвы и удобрений в севообороте // Успехи современного естествознания. 2018. № 2. С. 35–42.
12. Кураченко Н.Л., Колесник А.А. Содержание и пространственное распределение подвижных элементов питания агрочерноземов в зависимости от способов основной обработки почвы // Агрохимия. 2020. № 7. С. 11–16.
13. Кураченко Н.Л., Бопп В.Л. Режим нитратного азота в черноземе при возделывании многолетних трав // Аграрный научный журнал. 2022. № 9. С. 29–33.
14. Груздева Н.А., Еремин Д.И. Фосфорный режим пахотных серых лесных почв Северного Зауралья // Агрохимический вестник. 2017. № 5. С. 12–15.
15. Синещеков В.Е., Ткаченко Г.И. Особенности динамики подвижного фосфора в почве при минимизации основной обработки // Сибирский вестник сельскохозяйственной науки. 2014. № 6(241). С. 11-18.
