ECOLOGICAL AND RECLAMATIVE METHODS OF INCREASING PRODUCTIVITY OF ALKALINE CHERNOZEM IN THE CONDITIONS OF THE SAMARA REGION

Full Text

Для повышения конкурентоспособности и рентабельности сельскохозяйственного производства в современных условиях необходимо эффективное и рациональное использование пахотных земель, сохранение и воспроизводство почвенного плодородия, высокая окупаемость агрохимических средств [1, 2, 3, 4]. Сельскохозяйственные угодья в Самарской области занимают около 4 млн га, в том числе 2832,4 тыс. га заняты пашней [5]. При современном ресурсном обеспечении и интенсивном использовании пашни постепенно ухудшаются её водно-физические, агрохимические и другие свойства, возрастают потери гумуса и питательных веществ, снижается продуктивность. Среди основных экологических проблем Самарского региона - дегумификация, связанная в основном с развитием эрозии почв [6, 7, 8, 9]. Ежегодная потеря гумуса по региону составляет 0,4 т/га, площади среднегумусных почв сократились на 1,7%, начиная с 2005 года. Уменьшение гумуса приводит к физической деградации почв, увеличению плотности и разрушению её структуры [10, 11, 12]. В связи с этим, успешное использование адаптированных к местным условиям современных технологий может на длительное время повысить продуктивность пашни, снизить зависимость от средообразующих и антропогенных факторов. Цель исследований - разработка приемов повышения плодородия почвы за счет внесения фосфогипса на черноземе солонцеватом в условиях Самарской области. Задачи исследований - изучить влияние внесения фосфогипса в различных нормах (1,5, 3,0, 5,0 т/га) на фоне N120P60K60 на черноземе солонцеватом на оструктуренность, реакцию среды и содержание поглощенных оснований, формирование продуктивности озимой пшеницы. Материал и методы исследований. Полевые опыты закладывались в 2019-2022 гг. на территории опытного участка в центральной агроэкологической зоне Самарской области. Почва - чернозём солонцеватый среднесуглинистый с мощностью гумусового горизонта до 50-60 см. Фосфогипс вносили на фоне применения минерального удобрения Аммофос (NH4H2PO4 + (NH4)2HPO4). Одна половина расчетной нормы вносилась путем разбрасывания под предпосевную культивацию, а вторая - при посеве через туковысевающие аппараты сеялки. Полевые опыты сопровождались необходимыми наблюдениями и анализами [9, 10, 11, 12]. Лабораторные анализы выполнялись в лаборатории ФГБУ «Станция агрохимической службы «Самарская», имеющей «Аттестат аккредитации испытательной лаборатории (центра) в системе аккредитации аналитических лабораторий (центров)» №РОСС RU.0001.510565 (выдан 10.08.2016 г., дата внесения сведений в реестр аккредитованных лиц 22.04.2015 г.). Результаты исследований. Для почвенного покрова Самарской области характерны следующие основные типы почв: черноземные, серые лесные, темно-каштановые и аллювиальные (пойменные). Наибольшие площади занимают почвы черноземного типа. Механический состав большинства почв области глинистый и тяжелосуглинистый (до 82%). По содержанию гумуса почвы региона относятся к средне- и малогумусным, а по мощности гумусового горизонта - к средне- и маломощным. В результате нерационального использования пашни, нарушения систем её обработки и технологий возделывания культур в Самарской области заметно увеличилась площадь засоленных и солонцеватых земель, требующих восстановления. Проблема решается проведением мелиоративных мероприятий, в первую очередь путем внесения гипса. Однако, наряду с гипсом для рассоления почв может быть использован фосфогипс Балаковского филиала АО «Апатит», находящегося на относительно близком расстоянии от Самарской области в соседней Саратовской области. При внесении фосфогипса в почву активизируются процессы структурообразования, в слое 0-10 см образуются устойчивые гранулы диаметром 1-3 мм (табл. 1). Таблица 1 Влияние фосфогипса на оструктуренность чернозема солонцеватого, 2019-2022 гг. Слой почвы, см Содержание фракций, % на абсолютно сухую почву Отношение фракций <0,005 мм к фракции >0,005 мм Размер фракций, мм Сумма фракций, мм 1-0,25 0,25-0,05 0,05-0,01 0,01-0,005 0,005-0,001 <0,001 <0,005 >0,005 Контроль (без удобрений) 0-20 3,9 39,91 23,38 1,23 11,28 20,9 32,18 67,82 0,47 20-40 6,1 37,59 24,44 2,34 9,82 19,7 29,51 70,49 0,42 40-70 6,2 32,64 31,76 3,87 8,56 16,9 25,53 74,47 0,34 Фон + фосфогипс 3 т/га 0-20 2,8 36,89 23,23 1,19 14,85 21,0 35,89 64,11 0,56 20-40 5,4 25,45 29,38 2,97 11,52 25,3 36,8 63,2 0,58 40-70 6,1 33,71 26,84 3,12 10,15 20,1 30,23 69,77 0,43 Фосфогипс в дозе 3 т/га способствует уменьшению содержания наиболее крупных частиц, размером 1-0,25 мм, в исследуемых слоях почвы, при этом количество самых мелких фракций (0,005-0,001 и <0,001 мм) возрастает на 3-7%. Заметно снизилось суммарное содержание фракций частиц, размер которых превышают 0,005 мм. По количественному соотношению фракций частиц почвы размером менее 0,005 мм и фракций частиц почвы размером более 0,005 мм можно заключить, что фосфогипс влияет на увеличение количества мелких частиц и способствует разрушению крупных агрегатов в почве. Величина реакции почвенной среды оподзоленных и выщелоченных черноземов, серых лесных почв - 5,9-6,2, южных чернозёмов, тёмно-каштановых почв - 7,1-7,3, обыкновенных и типичных чернозёмов - 6,5-6,7. Гидролитическая кислотность (Нr) не превышает 3-4 мг-экв./100 г у серых лесных почв, оподзоленных и выщелоченных чернозёмов; снижается до 1,6-2,0 мг-экв./100 г почвы у типичных и обыкновенных чернозёмов. Под влиянием фосфогипса происходит увеличение запасов продуктивной влаги в почве на 77-137%, в высокой степени - оструктуривание почвы (на 26-142%), снижается дисперсность почвы (слой 0-20 см) на 48-31%. Сочетание азотного удобрения с фосфогипсом в количестве 5 т/га на 67-87% активизирует микробиологические процессы в почве. Эффективен фосфогипс и на почвах с избыточной кислотностью, которые в наибольшей степени обеднены подвижной кремневой кислотой. Наблюдается увеличение pH, а также содержание кальция и магния в черноземной почве. При этом снижается количество натрия в почвенном поглощающем комплексе (табл. 2). Применение минеральных удобрений привело к незначительному (на 0,1 ед.) подкислению почвы. Внесение к данному фону фосфогипса благоприятно сказалось на реакции среды уже при дозе 1,5 т/га. Максимальный эффект наблюдается при добавлении 5,0 т мелиоранта на га: произошло снижение кислотности до 0,5 единиц pH по сравнению с контролем и фоном. Таблица 2 Влияние различных доз фосфогипса на реакцию среды и содержание поглощенных оснований в чернозёме солонцеватом, 2019-2022 гг. Вариант опыта Слой почвы, см Показатель pH Са, мг-экв./100 г почвы Mg, мг-экв./100 г почвы Na, мг-экв./100 г почвы в среднем за 3 года % ± к контролю Контроль, без удобрений 0-20 5,80 22,83 2,89 3,2 - 20-40 5,95 19,13 3,15 3,6 - N120P60K60 - фон 0-20 5,70 21,91 2,79 2,9 -10,0 20-40 5,87 20,73 2,87 3,3 Ф + фосфогипс 1,5 т/га 0-20 6,03 23,58 2,45 2,1 -34,3 20-40 6,21 21,37 2,61 4,1 Ф + фосфогипс 3,0 т/га 0-20 6,06 24,97 1,95 1,8 -43,7 20-40 6,50 22,05 2,15 4,3 Ф + фосфогипс 5,0 т/га 0-20 6,02 27,10 1,74 1,3 -59,4 20-40 6,41 23,54 1,99 4,8 НСР05 0,15 1,73 0,5 0,5 Примечание. Ф - фон. Внесение удобрений привело к снижению содержания поглощенных оснований в почве. Фосфогипс восполнил количество кальция, причем наибольший прирост (более, чем на 4%) наблюдается при внесении 5,0 т/га. С увеличением дозы фосфогипса происходит снижение содержания магния. Количество натрия при этом уменьшается только в верхнем слое почвы (0-20 см), в то время как в глубине (20-40 см) этот показатель растет. Важным фактором деградации почв является засоление, одной из причин которого может быть неправильное орошение сельскохозяйственных земель, отсутствие дренажа в условиях близкого залегания грунтовых вод. Отрицательным фактором является также переуплотнение почв. Процесс осолонцевания почв пашни отмечен на 65 тыс. га, из которых 1,9 тыс. га характеризуются высокой степенью засоления. В почвенном профиле преобладают слабозасоленные земли, на площади 1,2 тыс. га пашни выявлены процессы вторичного засоления. Фосфорные удобрения способствуют накоплению в почве метастабильных фосфатов кальция и железа, обладающих хорошей растворимостью в отличии от природных фосфатов. Благодаря этому процессу сохраняется длительное последействие этих удобрений и сохраняется повышенная растворимость фосфорной кислоты. Состояние подвижного фосфора определяет критерий фосфатного состояния почв и зависит от биологических особенностей культуры и почвенно-климатических особенностей. Проведенные исследования почв Самарской области показали, что содержание подвижного фосфора составило в среднем 95 мг/кг и перешло в категорию «низкое». Стабильность и рост урожая невозможны без соблюдения закона возврата элемента, в отношении фосфора этот баланс должен быть бездефицитным. Внесение фосфогипса в сочетании с туками в дозах действующего вещества 40 г азота, 40 г фосфора, 40 г калия улучшает обеспеченность чернозема солонцеватого подвижными соединениями элементов и повышает плодородие почв и активность почвенных ферментов. Проведенные эксперименты показали, что фосфогипс обеспечивает увеличение урожайности сельскохозяйственных культур. Так, при внесении 2 т фосфогипса на 1 га почвы урожай озимой пшеницы возрастает на 19,3% (табл. 3). Внесение фосфогипса положительно сказалось на урожайности озимой пшеницы при совместном применении с минеральными удобрениями. Максимальная продуктивность наблюдалась в варианте 4 т/га фосфогипса + N20К20 независимо от культуры-предшественника. Применение только комплексного удобрения (N20P40K20) способствовало увеличению урожайности пшеницы на 6,4 и 8,3 ц/га (в зависимости от предшественника) или на 9,5 и 13,1 %, соответственно. Внесение удобрения, содержащего только азот и калий, дает наименьшую прибавку урожая (2 и 6 ц/га). Почти на четверть (23,9%) увеличивается прибавка урожая озимой пшеницы при использовании фосфогипса в дозе 4 т/га совместно с азотно-калийным удобрением, культура-предшественник - кукуруза на силос. Таблица 3 Влияние фосфогипса на формирование продуктивности озимой пшеницы, 2019-2022 гг. Вариант Урожайность, ц/га Прибавка ц/га % предшественник - соя N0P0K0 67,1 - - N20P40K20 73,5 6,4 9,5 N20K20 69,1 2,0 3,0 ФГ 2 т/га + N20K20 74,9 7,8 11,6 ФГ 4 т/га + N20К20 78,3 11,2 16,7 ФГ 6 т/га + N20К20 75,8 8,7 13,0 HCP05 3,2 предшественник - кукуруза на силос N0P0K0 63,2 - - N20P40K20 71,5 8,3 13,1 N20K20 69,2 6,0 9,5 ФГ 2 т/га + N20K20 75,4 12,2 19,3 ФГ 4 т/га + N20К20 78,3 15,1 23,9 ФГ 6 т/га + N20К20 76,1 12,9 20,4 HCP05 2,9 Наибольшая эффективность наблюдается при совместном использовании фосфогипса с минеральными удобрениями. Прибавка урожая озимой пшеницы в этом случае больше, чем при внесении комплексного минерального удобрения, содержащего азот, фосфор, калий. Заключение. При внесении фосфогипса в почву активизируются процессы структурообразования, в слое 0-10 см образуются устойчивые гранулы диаметром 1-3 мм, наблюдается улучшение морфологической структуры почвы. Сочетание фосфогипса с азотными удобрениями в количестве 5 т/га способствует активации микробиологических процессов в почве на 67-87%. Усиливается рост и развитие возделываемых культур: при дозе фосфогипса 2 т/га достоверно повышается урожайность озимой пшеницы (на 19,3%). Внесение фосфогипса в сочетании с минеральными удобрениями в дозах действующего вещества 40 г азота, 40 г фосфора, 40 г калия улучшает обеспеченность чернозема солонцеватого подвижными соединениями элементов, повышает плодородие почвы и активность почвенных ферментов.

About the authors

Natalya M. Trots

Samara State Agrarian University

Email: troz_shi@mail.ru
Doctor of Agricultural Sciences, Professor Ust-Kinelsky, Samara region, Russia

Anatoly A. Soloviev

Samara State Agrarian University

Email: isslab@yandex.ru
post-graduate student Ust-Kinelsky, Samara region, Russia

Natalya V. Borovkova

Samara State Agrarian University

Email: anatoliy.solovyev@icloud.com
post-graduate student Ust-Kinelsky, Samara region, Russia

Anna A. Bokova

Samara State Agrarian University

Email: anuta1998b@mail.ru
post-graduate student Ust-Kinelsky, Samara region, Russia

References

Supplementary files