Что такое закономерное варьирование плодородия почвы

Обновлено: 30.06.2024

В работе представлена оценка пространственной изменчивости питательных веществ и запасов продуктивной влаги в агрочерноземе миграционно-сегрегационном при возделывании озимой пшеницы по технологии no-till. Между обследованными полями (n=131) установлено значительное варьирование содержания нитратного азота и подвижного фосфора в почве (V>40,0%). Пространственная изменчивость запасов продуктивной влаги меньше (V = 5,0–17,0 %), чем содержания подвижных форм основных элементов питания. Возможно, это связано с положительным влиянием технологии no-till на водный режим почвы. Пространственная вариабельность условий произрастания сильно влияет на урожайность озимой пшеницы. Выявлена зависимость урожайности культуры от запасов продуктивной влаги перед ее посевом (r = 0,80) и в фазу выхода в трубку (r = 0,34), а также от содержания нитратного азота (r = 0,34) и подвижного фосфора в почве перед посевом (r = 0,30).

Полученные результаты свидетельствует о необходимости корректировки доз азотных и фосфорных удобрений на полях сельскохозяйственного предприятия. При этом эффективность различных агротехнических приемов определяется влагообеспеченностью перед посевом и в фазу выхода в трубку.

Ключевые слова: чернозем, озимая пшеница, технология no-till, содержание элементов питания, продуктивная влага, варьирование.

Eng. Variation of soil fertility indicators during the cultivation of winter wheat using no-till technology

Uralev L.I. 1 , Biryukova O.A. 1 , Ilchenko Y.I. 1 , Ilchenko A.E. 1

1 Southern Federal University, Rostov-on-Don, Russia

The paper presents an assessment of the spatial variability of nutrients and reserves of productive moisture in the Calcic Chernozem during the cultivation of winter wheat using the no-till technology. A significant variation in the content of nitrate nitrogen and mobile phosphorus in the soil (V> 40,0%) was found between the surveyed fields (n = 131). The spatial variability of the reserves of productive moisture is less (V = 5,0–17,0%) than the content of mobile forms of the main nutrients. Perhaps this is due to the positive effect of no-till technology on the water regime of the soil. The spatial variability of growing conditions strongly affects the yield of winter wheat. The dependence of the crop yield on the reserves of productive moisture before sowing (r = 0,80) and in the phase of entering the tube (r = 0,34), as well as on the content of nitrate nitrogen (r = 0,34) and mobile phosphorus in the soil before sowing (r = 0,30). The results obtained indicate the need to adjust the doses of nitrogen and phosphorus fertilizers in the fields of an agricultural enterprise. At the same time, the effectiveness of various agrotechnical methods is determined by the moisture supply before sowing and in the phase of entering the tube.

Keywords: Haplic Chernozem, winter wheat, no-till technology, nutrient content, productive moisture, variation.

Плодородие почвы является совокупным результатом почвенных условий, обуславливающих урожайность растений, качество продукции и поддержание экологической устойчивости агроландшафтов. Среди множества факторов, влияющих на продуктивность сельскохозяйственных культур и стабильное функционирование агроценозов, почвенные свойства играют одну из ключевых ролей. В отличие от погодных условий и топографии, показатели почвенного плодородия можно регулировать различными агротехническими приемами.

Сельскохозяйственное использование земель может как снижать пространственную неоднородность почвенных свойств, так и усиливать. Единой точки зрения в этом вопросе не существует. Ряд авторов отмечают, что внесение удобрений, гипса, извести и других веществ повышают пространственную вариабельность плодородия почв. Другие исследователи, наоборот, отмечают гомогенизацию почвенных свойств при сельскохозяйственной обработке [5,14].

Почвенные свойства обладают значительной пространственной неоднородностью даже на небольших площадях, что с точки зрения сельскохозяйственного производства является отрицательным фактором, так как создаются разные условия для роста выращиваемых культур и требуется дифференцированный подход к технологиям их возделывания [3,16].

В связи с широким внедрением ресурсосберегающих технологий, и в частности, с применением нулевой технологии, изучение пространственной изменчивости показателей плодородия почвы и ее влияния на урожайность сельскохозяйственных культур приобретает значительную актуальность, так как выравнивающее действие вспашки исчезает.

Целью исследований было изучение варьирования агрохимических показателей плодородия почвы и урожайности озимой пшеницы в системе no-till.

Объект и методы исследования

Исследуемая почва – чернозем обыкновенный карбонатный среднемощный тяжелосуглинистый на лессовидном суглинке.

По классификации почв России (2004) это агрочерноземы миграционно-сегрегационные. Эти почвы занимают около 23,0 % общей площади Ростовской области. Распространены они преимущественно в южной и юго-западной частях области, в основном, в южной зоне (Егорлыкский, Зерноградский, Кагальницкий, Песчанокопский, Сальский, Целинский районы) [2]. Исследования проведены в Песчанокопском районе, расположенном в юго-западной части Ростовской области (рис. 1).

Почвенно-климатические условия района в целом благоприятны для производства озимой пшеницы. Чернозем обыкновенной карбонатный – это почва высокого естественного плодородия, находящаяся в зоне невысокого и недостаточного увлажнения. Однако, в процессе интенсивной эксплуатации почвенного покрова развиваются процессы его деградации [2]. Водной эрозии в рассматриваемой зоне подвержено 25,0 % от общей территории, дефлированных почв – 23,0 % [1]. Внедрение ресурсосберегающих технологий на основе минимальной обработки почвы и прямого посева позволяет стабилизировать гумусное состояние почв и улучшить питательный режим агроценозов [6,17].

В ЗАО имени Кирова минимальная обработка почв используется с 2000 г, нулевая – с 2008 г.

Изучаемые показатели – урожайность озимой пшеницы (Y); содержание нитратного азота (N-NO₃), обменного калия (K₂O), подвижного фосфора (P₂O₅) перед посевом культуры; запасы продуктивной влаги в метровом слое почвы до посева (Vn₁), в фазу кущения (Vn₂) и в фазу выхода в трубку (Vn₃) – были получены в производственных посевах озимой пшеницы с 2018 по 2020 гг. (n = 131,0).Образцы почвы отбирали согласно методическим указаниям по проведению комплексного мониторинга плодородия почв земель сельскохозяйственного назначения [7].

Результаты исследования и их обсуждение

Согласно полученным данным, содержание нитратного азота перед посевом озимой пшеницы изменяется от 1,2 мг/кг до 36,0 мг/кг (табл. 1).

Таблица 1 – Статистические показатели урожайности озимой пшеницы и основных элементов питания в производственных посевах

Vn ₃ (выход в трубку)

Коэффициент вариации (V)

Разница в содержании нитратного азота между отдельными полями хозяйства составляет 25 раз и более. Среди изученных элементов питания содержание нитратного азота характеризуется наибольшим варьированием (63,0 %), что вполне предсказуемо, так как его накопление определяется биологической активностью почвы, интенсивность которой во многом зависит от агрометеорологических условий [2].

Содержание подвижного фосфора колеблется от очень низкого (7,5 мг/кг) до высокого (57,0 мг/кг). Коэффициент вариации данного показателя (42,0 %) свидетельствует о его значительной пространственной изменчивости. Подавляющее число полей (n=76,0) характеризуется средней степенью обеспеченности подвижным фосфором (15,0–30,0 мг/кг), 28 полей – повышенной (31,0-40,0 мг/кг), 4 поля – высокой (41,0-60,0 мг/кг). К низкой категории обеспеченности (10,0–15, 0 мг/кг) отнесены 13 полей, а очень низкой – 9 полей [7]. Вероятно, это связано с историей полей, а именно с различными дозами фосфорсодержащих удобрений, внесенных, как под озимую пшеницу, так и под ее предшественников.

Вариабельность содержания обменного калия менее выражена, чем подвижного фосфора (V=27,0 %). Известно, что основная масса фосфора, накопленного в результате внесения удобрений, остается в верхнем слое почвы и редко мигрирует по профилю, а калий более подвижен, что приводит к более быстрому выравниванию концентраций. Полученные результаты согласуются с исследованиями [12,13].

По степени относительной изменчивости основные элементы питания можно расположить в следующий убывающий ряд: N-NO₃ > P₂O₅ > K₂O.

Подобное ранжирование агрохимических показателей по коэффициенту вариации было рассмотрено в работах [9,11,12].

Накопление и распределение продуктивной влаги в течение вегетации сельскохозяйственных культур имеет решающее значение для их урожайности в зоне исследования. Перед посевом озимой пшеницы подавляющее число полей характеризуются отличными запасами продуктивной влаги (>150,0 мм), 21 поле – удовлетворительными. В фазу кущения практически на всех обследованных полях выявлено высокое содержание продуктивной влаги. Однако, в фазу выхода в трубку, из-за отсутствия осадков, большинство полей характеризовалось недостаточными запасами продуктивной влаги. Варьирование продуктивной влаги в почве зависит от срока отбора образцов. До посева озимой пшеницы и в фазу выхода в трубку пространственная изменчивость этого показателя характеризуется средним коэффициентом вариации – 14,0 % и 17,0 % соответственно, в фазу кущения – низким (V=5,0 %) [4].

Пространственное варьирование условий произрастания озимой пшеницы сильно влияет на ее урожайность. Среднее значение урожайности озимой пшеницы за два года исследований составляет 82,0 ц/га при минимальных и максимальных значениях – 36,0 и 115,0 ц/га соответственно. Вариабельность урожайности на исследуемых полях составила 23,0 %. Большинство посевов (63 поля), имеют высокую урожайность – от 70,0 до100,0 ц/га. На 7 обследованных полях хозяйства урожайность озимой пшеницы достигла потенциально возможную величину для исследуемых сортов - 110,0–115,0 ц/га (рис. 1 а).

Согласование с нормальным распределением обусловлено попаданием 95,0 % значений в интервал двух стандартных отклонений от среднего и 68,0 % - одного стандартного отклонения [8](рис. 1 б).

Рисунок 2 – а. Гистограмма распределения величин урожайности относительно числа наблюдений; б. Диаграмма размаха урожайности озимой пшеницы

Согласно нормальным вероятностным графикам для урожайности озимой пшеницы и каждого агрохимического показателя, значительного отклонения от распределения Гаусса не наблюдалось (рис. 3 а,б,в,г,е). Величины рассматриваемых показателей находятся близко к прямой и относительно неё сильно не рассеиваются.

Рисунок 3 – Нормальные вероятностные графики агрохимических показателей (а – Y; б – K₂O; в – P₂O₅; г –N-NO₃; д – Vn₁; е – Vn₃)

По запасам продуктивной влаги в почве (рис. 3 д), наблюдается отклонение точек от прямой линии. Это можно идентифицировать как заметные нарушения в нормальности распределения [11]. Несмотря на визуальные отличия от нормального распределения, демонстрируемые при помощи нормальных вероятностных графиков [12], другие способы проверки, в частности критерий частот Шапиро-Уилка, не отвергает гипотезу о нормальности (табл.2).

Таблица 2 – Доказательство нормальности распределения генеральной совокупности по Шапиро-Уилка

Vn₃ (выход в трубку), мм

Поэтому вполне допустимо принять, что статистические распределения урожайности озимой пшеницы и агрохимических показателей подчиняются закону нормального распределения, что является важным условием для использования корреляционного анализа [12,13].

Высокая математически доказуемая теснота связи [9] выявлена между урожайностью и продуктивной влагой до посева культуры (табл. 3). В условиях южной зоны Ростовской области влага является одним из основных факторов, лимитирующих урожайность сельскохозяйственных культур. Полученные результаты свидетельствуют о том, что эффективность различных агротехнических приемов определяется увлажненностью перед посевом и в фазу выхода в трубку.

Таблица 3 – Теснота связи урожайности озимой пшеницы с агрохимическими показателями почвы

Vn₃ (выход в трубку), мм

Средняя зависимость урожайности озимой пшеницы отмечена с содержанием нитратного азота (r = 0,34) и подвижного фосфора в почве (r=0,30).

На основании показателей с наименьшим уровнем значимости (p), были построены диаграммы рассеивания (рис. 4. а,б,в,г).

Рисунок 4 – Диаграммы рассеивания по агрохимическим показателям со значимыми корреляциями (а – P₂O₅; б –N- NO₃; в – Vn₁; г – Vn₃)

Среди представленных агрохимических показателей наблюдаются только положительные прямолинейные корреляции (рис. 4 а,б,в,г).

Полученные результаты свидетельствуют о том, что на обследованных полях хозяйства необходима корректировка доз азотных и фосфорных удобрений.

Результаты исследования выявили значительную пространственную изменчивость содержания нитратного азота и подвижного фосфора в почве перед посевом озимой пшеницы в пределах сельскохозяйственного предприятия. Коэффициент вариации превышает 40,0%. Это свидетельствует о существенном различии в обеспеченности производственных посевов озимой пшеницы этими элементами питания.
Пространственная изменчивость запасов продуктивной влаги в почве меньше, чем вариабельность содержания подвижных форм основных элементов питания между обследованными полями. Коэффициент вариации невысокий и находился в пределах от 5,0 до 17,0% в зависимости от срока отбора образцов почвы. Возможно, это связано с положительным влиянием технологии no-till на водный режим почвы.
Пространственная неоднородность содержания питательных веществ и запасов продуктивной влаги в почве перед посевом озимой пшеницы оказала существенное влияние на ее урожайность. Выявлена тесная положительная корреляция урожайности культуры с запасами продуктивной влаги (r= 0,80), средняя положительная теснота связи – с содержанием нитратного азота (r= 0,34) и подвижного фосфора (r= 0,30).
Для выравнивания агрохимических показателей плодородия почв сельскохозяйственного предприятия и получения стабильных урожаев полевых культур необходима оптимизация системы удобрения.

The research was financially supported by the "Priority 2030" program of the Ministry of Science and Education of the Russian Federation, project no. SP02/S4_0708 Priority_01/SP02/S4_0706 Priority_01.

Список литературы

Spisok Literatyri

Вы здесь: ЧАСТЬ 1. ОБЩЕЕ ПОЧВОВЕДЕНИЕ Глава 10. ПЛОДОРОДИЕ ПОЧВ

Глава 10. ПЛОДОРОДИЕ ПОЧВ

Значение почвы как основного средства сельскохозяйственного производства определяется ее основным свойством – плодородием. Плодородие – это способность почвы удовлетворять потребность растений во всех необходимых им условиях (элементах питания, воде, воздухе, тепле и др.) для нормального роста и развития.

Развитие учения о плодородии почв связано с именем русского почвоведа В.Р.Вильямса. Он изучил формирование и развитие плодородия в ходе процесса почвообразования, показал взаимосвязь со свойствами почв и пути его повышения при сельскохозяйственном использовании.

Плодородие – особое специфическое свойство почвы, являющееся главным качественным отличительным признаком ее от горной породы. Плодородия является результатом почвообразования, а при использовании в сельском хозяйстве - результатом окультуривания.

§1. Виды почвенного плодородия

Различают следующие виды плодородия: естественное (природное), искусственное, эффективное (экономическое) и потенциальное.

Естественное плодородие – то плодородие, которым обладает почва в природном состоянии без вмешательства человека. Естественное плодородие в одном случае может быть сравнительно высоким, в другом весьма низким, но всегда определяется сочетанием и совместным влиянием природных факторов и процессов почвообразования. Естественным плодородием в чистом виде практически обладают лишь целинные земли. Оно определяется биологической продуктивностью, т.е. количеством растительной массы, создаваемой за год на единицу площади.

Искусственное плодородие – плодородие, которым обладает почва в результате целенаправленного воздействия человека (обработки, удобрения, мелиорации и других приемов по окультуриванию). С момента, когда целинный участок вовлекается в оборот и почва становится средством производства и продуктом труда человека, она наряду с естественным приобретает искусственное плодородие. В чистом виде оно возникает при создании субстратов для выращивания растений в теплицах, парниках и т.п.

Искусственное плодородие свойственно всем в той или иной мере окультуренным почвам. Однако как бы ни была высоко окультурена почва, она наряду с искусственным всегда обладает и естественным плодородием, обусловленным природными свойствами почвы. Чем выше культура земледелия, тем больше изменились первоначальные качества почв и тем сильнее выражено в ней искусственное плодородие. Однако определить, какая часть плодородия окультуренной почвы относится к ее естественному плодородию, а какая к искусственному, невозможно. Эти два вида плодородия неразрывно связаны между собой и формируют эффективное (экономическое) плодородие.

Эффективное (экономическое) плодородие представляет собой ту часть плодородия почвы, которая реализуется в виде урожая растений. Оно является реальным выражением искусственного и природного плодородия, вместе взятых, и представляет собой результат воздействия человека на почву в определенных социально-экономических условиях. Следовательно, к основным факторам, от которых зависит эффективное плодородие, относятся не только уровень природного плодородия, но в большей степени условия использования почв в производстве, уровень развития науки, техники и реализации их достижений, и растет вместе с ростом последних. Является частью потенциального плодородия почв.

Потенциальное плодородие – это суммарное плодородие почвы, определяемое ее приобретенными в процессе почвообразования или созданными (измененными) человеком свойствами. Характеризуется запасами элементов питания растений, формами их соединений и сложным взаимодействием всех других свойств, определяющих способность почвы в благоприятных условиях обеспечения растений другими факторами – водой, воздухом, теплом (а это возможно при окультуривании) – длительное время мобилизовать в необходимых для растений количествах элементы питания и поддерживать высокий уровень эффективного плодородия. Огромное потенциальное плодородие имеет, например, луговой торфяник, после осушения и освоения на нем получают очень высокие урожаи культурных растений за счет частичного расхода запасного фонда. Высоким потенциальным плодородием обладают черноземные почвы, низким – подзолистые.

Различные растения предъявляют неодинаковые требования к почвенным условиям. Поэтому говорят об относительном плодородии почв, т.е. по отношению к определенным видам растений или растительным формациям. Одна и та же почва может быть плодородной для одних и малопригодной для других растений. Например, болотные почвы высокоплодородны для болотной растительности и не подходят для степной, кислые подзолистые плодородны в отношении лесной растительности, на солончаках хорошо произрастает галофильная растительность.

§2. Факторы и условия плодородия почв. Воспроизводство плодородия

Различают факторы и условия почвенного плодородия. К первым относятся элементы азотного и зольного питания растений, лучистая энергия, вода, воздух и тепло – необходимые земные факторы жизни и роста растений, ко вторым – совокупность свойств и режимов, сложное взаимодействие которых определяет возможность обеспечения растений земными факторами (физические и физико-химические свойства, наличие токсических веществ и др.).

Главные показатели (условия), определяющие уровень почвенного плодородия, можно объединить в следующие группы:

1) комплекс физических свойств почвы – механический состав, структура, физико-механические свойства, воздушные, водные и тепловые свойства;

2) комплекс химических свойств – гумусовый состав, минералогический и химический состав, количество подвижных форм макро- и микроэлементов, наличие токсических веществ, отсутствие избытка легкорастворимых солей;

3) комплекс физико-химических свойств – реакция, емкость поглощения, состав обменных катионов, степень насыщенности основаниями, окислительно-восстановительный потенциал;

5) комплекс режимов почвы – благоприятные водно-воздушный, пищевой и тепловой.

Необходимо подчеркнуть, что плодородие проявляется как результат сложного взаимодействия и взаимовлияния свойств и режимов почвы. Свойства почвы могут оказывать как положительное, так и отрицательное влияние на уровень ее плодородия. В таблице 13 перечислены основные лимитирующие факторы почв и соответствующие приемы их мелиорации.

Читайте также: