Эффективность применения удобрений - органических и минеральных - связана с дополнительным обеспечением растений доступными элементами питания, с активизацией микробиологических процессов и др. При этом необходимо учитывать не только прямое действие, но и последействие различных систем удобрений на качество продукции и урожай культур
Установление необходимых агрохимических и микробиологических параметров почвенного плодородия на выщелоченном черноземе для запланированных уровней урожая сельскохозяйственных культур, разработка технологий их формирования и воспроизводства являются весьма значимыми для Республики Татарстан.
Целью проводимых исследований являлось изучение последействия различных удобрений (органических и минеральных) на агрохимические показатели и количественный состав микрофлоры различных сельскохозяйственных культур.
Материалы и методы исследования. Исследования проводились на стационарном полевом опыте в Предволжской зоне Республики Татарстан. Опыт проводился с различными дозами навоза и в сочетании с соломой, периодическим внесением в «запас» на 2, 3 и 4 года фосфорных удобрений по следующей схеме: контроль (без удобрений); компенсирующая доза азота (КДА); навоз 40 т/га + КДА; навоз 60 т/га + ежегодно КДА; навоз 80 т/га + ежегодно КДА; ежегодно компенсирующая доза NPK; периодическое внесение РК на 2 года + ежегодно КДА; периодическое внесение РК на 3 года + ежегодно КДА; периодическое внесение РК на 4 года + ежегодно КДА; контроль (почва без растений).
Выщелоченный чернозем тяжелосуглинистого механического состава имел следующую агрохимическую характеристику: гумус - 5,76%, реакция почвенного раствора слабокислая, степень насыщенности основаниями - 88,0%, валовое содержание азота - 0,38%, подвижный фосфор - 34,0 и обменный калий 37,0 мг/кг почвы.
В опыте использовали подстилочный навоз КРС, содержащий 23,1% сухого вещества. В сухой массе навоза содержалось 2,0% азота, 1,39% фосфора и 1,66% калия или соответственно 0,46%, 0,32% и 0,42% на сырой вес. Зольность 14,0%. Внесенная солома озимой ржи содержала 89,6% сухого вещества, 0,45% азота, 0,20% фосфора и 1,0% калия. Зольность 3,9%.
В качестве минеральных удобрений были использованы аммиачная селитра, нитроаммофоска, калий хлористый. Агротехника возделывания сельскохозяйственных культур была общепринятая для Предволжской зоны Республики Татарстан.
Чередование культур в севообороте было следующим: 2000 год - чистый пар, 2001 - озимая рожь; 2002 - яровая пшеница, 2003 - кукуруза, 2004 - яровая пшеница, 2005 - ячмень, 2006 - озимая пшеница, 2007 - яровая пшеница, 2008 - однолетние травы, 2009 - озимая пшеница.
В почве определяли содержание гумуса по методу Тюрина в модификации ЦИНАО, рНсол. - по методу ЦИНАО, сумму поглощенных оснований - по Каппену [4], подвижный фосфор и обменный калий - по Чирикову [3].
Комплексное исследование микробоценоза выщелоченного среднемощного тяжелосуглинистого чернозема включало определение численности жизнеспособных микроорганизмов различных эколого-трофических групп методом посева соответствующих разведений на элективные среды [1; 2; 5]: азотфиксирующих - на среде Эшби, фосфатмобилизующих микроорганизмов - на среде Муромцева, денитрификаторов - на среде Гильтая, аммонифицирующих бактерий - на мясо-пептонном агаре, актиномицетов и бактерий, использующих минеральные формы азота, - на крахмало-аммиачном агаре, микромицетов - на среде Чапека.
Результаты исследований и их обсуждение. Содержание подвижного фосфора в исходной почве характеризовалось низкой обеспеченностью. В результате исследований были выявлены колебания содержания подвижного фосфора по годам, как в варианте с удобрениями, так и без них. В первый год действия от внесенных удобрений содержание подвижного фосфора начало повышаться, и на второй год достигло наибольшей величины. Среднего уровня содержания подвижного фосфора достигали варианты с внесением навоза 60 и 80 т/га и фосфорных удобрений в запас на 2, 3 и 4 года.
В конце севооборота произошло постепенное уменьшение в почве подвижного фосфора, кроме тех вариантов, в которых периодически вносились в запас на 2, 3 и 4 года фосфорные удобрения.
Увеличение легкодоступных форм фосфора было наиболее выражено в вариантах с органическими удобрениями. По-видимому, повышение содержания подвижного фосфора в вариантах с органикой происходило не только за счет внесенных питательных веществ с навозом, но и от взаимодействия его с почвой. Поэтому в этих вариантах увеличение труднодоступных форм фосфатов было менее заметно, чем в вариантах с минеральными удобрениями. При внесении фосфорных удобрений более интенсивно происходило закрепление фосфора в труднодоступные формы, чем при внесении органических удобрений.
В отличие от подвижного фосфора, повышение содержания обменного калия в опыте при последействии внесенных удобрений продолжалось в течение трех лет. В контроле (без удобрений) и в варианте с ежегодным внесением компенсирующей дозы азота содержание обменного калия снизилось на 9,0 и 5,0 мг/кг соответственно по сравнению с исходным показателем. Наибольшее содержание обменного калия наблюдалось в вариантах с периодическим внесением минеральных удобрений на 2, 3 и 4 года - 102,0; 156,0 и 187,0 мг/кг соответственно.
Органические удобрения оказывали воздействие на накопление гумуса в почве за счет органической массы, значительную часть которой составляют гумусовые вещества. Влияние применения минеральных удобрений на изменение содержания гумуса было значительно слабее, чем органических. В то же время в вариантах с минеральными удобрениями был отмечен более высокий уровень гумуса по сравнению с контролем. Возействие минеральных удобрений на содержание гумуса косвенное. Оно проявляется непосредственно через биомассу растительных остатков и существенно зависит от величины урожая, биологических особенностей возделываемых культур, а также от условий трансформации поступающей в почву биомассы.
Многолетними исследованиями установлено, что кислая реакция среды является одной из главных причин низкой урожайности сельскохозяйственных культур, массовой гибели зерновых и многолетних трав при перезимовке, низкого содержания белка в зерне и кормах, недостаточной эффективности минеральных удобрений. В процессе исследований резких колебаний изменения почвенного раствора (рНсол.) не наблюдалось. В большинстве вариантов почва входила в группу среднекислых. Если сопоставить результаты нескольких лет с исходными данными, применение высоких доз минеральных удобрений привело к некоторому подкислению почвы.
Наибольшее увеличение суммы поглощенных оснований за годы исследований по сравнению с контролем наблюдалось в варианте с внесением 80 т/га навоза с ежегодным внесением азота. Повышение при этом составило 38,7 мг-экв/100 г почвы.
В вариантах с периодическим внесением минеральных удобрений наблюдалось некоторое уменьшение содержания суммы поглощенных оснований.
Следствием улучшения агрохимических показателей почвенного плодородия путем внесения органических и фосфорно-калийных удобрений явилось повышение урожайности возделываемых культур. Наибольшая суммарная урожайность в звене севооборота за 10 лет была получена при внесении органических удобрений в варианте с дозой навоза 80 т/га + ежегодно компенсирующая доза азота (32,7 ц/га з.ед.). На контроле (без удобрений) суммарная урожайность составила 22,1 ц/га з.ед.
Максимальная урожайность при использовании минеральных удобрений была получена в вариантах с внесением в запас на 2 года фосфорно-калийных удобрений (37,1 ц/га з.ед.). Прибавки составили по сравнению с контролем 15,0, а по сравнению с ежегодным внесением NPK - 5,8 ц/га з.ед.
Расчет экономической эффективности показал, что применение органических удобрений является более выгодным, чем применение минеральных. Так, максимальный чистый доход при применении органики получили в варианте с дозой навоза 80 т/га (1420,5 руб./га). При этом окупаемость затрат составила 2,06 руб./руб.
Наибольший чистый доход от применения фосфорно-калийных удобрений был получен в варианте с внесением в запас на 2 года (835,0 руб./га). Окупаемость затрат при этом составила 1,25 руб./руб.
Микробиологический мониторинг показал, что при последействии органических удобрений доминировали фосфатмобилизующие и азотфиксирующие микроорганизмы, максимальная численность которых была отмечена при внесении 60 и 80 т/га навоза. На этих вариантах встречался и Azotobacter.
При изучении последействия различных доз минеральных удобрений оптимальная ситуация по численности диазотрофных и фосфатмобилизующих микроорганизмов наблюдалась при внесении PK на 2, 3 и 4 года с ежегодной компенсирующей дозой азота. При этом внесение PK на 4 года являлось достаточным для поддержания активного функционирования микробоценоза. Внесение же только ежегодной компенсирующей дозы азота явно недостаточно. Необходимы фосфор и калий, которых, по-видимому, растениям не хватает.
У ризосферных аммонифицирующих микроорганизмов наибольшая численность была отмечена во время уборки исследуемых сельскохозяйственных культур.
Количество денитрифицирующих микроорганизмов в процессе онтогенеза существенно не менялось.
В большинстве вариантов максимальное количество бактерий, использующих минеральные формы азота, отмечено во время уборки. В этот период количество минерализаторов было наибольшим при внесении компенсирующей дозы азота и ежегодно компенсирующей дозы NPK.
Численность актиномицетов была максимальной во время уборки исследуемых растений, при этом самые высокие показатели характерны для контрольного варианта (без удобрений) и варианта с ежегодным внесением компенсирующей дозы NPK.
Следует отметить, что в вариантах с внесением высоких доз минеральных удобрений в значительном количестве представлены микромицеты из рода Trichoderma, которые обладают фунгистатическим действием.
Активизация жизнедеятельности ризосферной микрофлоры исследуемых сельскохозяйственных культур может быть обусловлена также наличием в этой зоне веществ, выделяемых корнями в течение вегетационного периода, количество которых зависит от интенсивности фотосинтетической деятельности растений. Поэтому в ризосферной почве создаются благоприятные условия для размножения многих групп микроорганизмов, в том числе и определяющих почвенное плодородие.
При изучении последействия различных доз органических удобрений наиболее благоприятная микробиологическая ситуация наблюдалась при внесении навоза в дозах 40 и 60 т/га.
При изучении последействия минеральных удобрений оптимальная ситуация по численности основных эколого-трофических групп микроорганизмов была отмечена при внесении PK на 2, 3 и 4 года с ежегодной компенсирующей дозой азота.
Следствием улучшения фосфатного режима путем внесения органических и минеральных удобрений в этих вариантах явилось повышение урожайности возделываемой культуры.
Заключение. Многолетними комплексными исследованиями установлено, что наиболее эффективными дозами навоза являются 60 и 80 т/га, при внесении которых значительно повышаются запасы подвижного фосфора в пахотном слое. Накопление подвижных фосфатов происходит в первые два года взаимодействия навоза с почвой.
Путем внесения «в запас» фосфорного и калийного удобрений можно значительно улучшить обеспеченность пахотного слоя подвижными формами фосфора и калия. Увеличение содержания подвижных фосфатов в почве продолжается в течение двух лет.
При внесении фосфорных и калийных удобрений «в запас» в последующие годы можно ограничиться ежегодным применением только азотных удобрений.
Рецензенты:
- Данилова Н.И., д.б.н., доцент кафедры зав. кафедрой зоогигиены ФГБОУ ВПО «Казанская государственная академия ветеринарной медицины им. Н.Э. Баумана», г. Казань.
- Гайнулина М.К., д.с.-х.н., зав. кафедрой технологии производства и переработки сельскохозяйственной продукции ФГБОУ ВПО «Казанская государственная академия ветеринарной медицины им. Н.Э. Баумана», г. Казань.