ВЗАИМОСВЯЗЬ ПАРАМЕТРОВ ПОЧВЕННОГО ПЛОДОРОДИЯ ПРИ СИСТЕМАТИЧЕСКОМ ПРИМЕНЕНИИ УДОБРЕНИЙ
Жеряков Е.В.
Кандидат сельскохозяйственных наук, доцент, Пензенская государственная сельскохозяйственная академия
ВЗАИМОСВЯЗЬ ПАРАМЕТРОВ ПОЧВЕННОГО ПЛОДОРОДИЯ ПРИ СИСТЕМАТИЧЕСКОМ ПРИМЕНЕНИИ УДОБРЕНИЙ
Аннотация
В статье приведены результаты корреляционного и регрессионного анализов взаимосвязей параметров плодородия почвы, агрофизических и агрохимических свойств чернозема выщелоченного, продуктивности севооборотов при систематическом применении удобрений.
Ключевые слова: продуктивность севооборотов, плодородие, моделирование, удобрения.
Zheryakov E.V.
PhD in agricultural sciences, the assistant professor, Penza state agricultural Academy
INTERRELATION OF PARAMETERS OF SOIL FERTILITY WITH THE SYSTEMATIC APPLICATION OF FERTILIZERS
Abstract
The results of correlation and regression analysis of the relationship of parameters of soil fertility, agro and agrochemical properties of leached chernozem, the productivity of crop rotations in the systematic application of fertilizers.
Keywords: productivity of crop rotations, fertility, modeling, fertilizers.
Повышение продуктивности агроценозов возможно в результате повышения плодородия почвы или подбора состава агро-(агрофито-) ценозов, наиболее приспособленных к конкретным почвенно-экологическим условиям. С этой точки зрения, при системном подходе к управлению урожайностью сельскохозяйственных культур основной задачей становится исследование вопросов управления плодородием почвы. Для этого необходим количественный учёт основных компонентов плодородия почвы, установление оптимальных параметров свойств почв, что позволит в свою очередь реализовать потенциальные возможности высокопродуктивных сортов и культур [1].
Для решения сложных задач прогнозирования возможных изменений плодородия почвы необходимо использование методов моделирования. Интенсификация земледелия ставит перед почвоведением и агрохимией задачу глубокого познания как позитивных, так и негативных процессов, развивающихся в почвах при их сельскохозяйственном использовании.
Недостаточная изученность зональных почв и агроэкосистем как объектов моделирования создаёт наибольшую трудность в разработке сложных математических моделей почвенного плодородия. В связи с этим нами сделана попытка анализа взаимосвязей агрофизических и агрохимических параметров почвенного плодородия чернозёма выщелоченного при систематическом использовании удобрений.
Исследования проводили в условиях стационарного полевого опыта, заложенного в 1992 году по схеме (2х2х5)х4 со следующими факторами и градациями: А – севообороты: 1 – зернопаропропашной (чистый пар, озимая пшеница, кукуруза, яровая пшеница, просо); 2 – зернотравянопропашной (ячмень с подсевом клевера, клевер первого года пользования, клевер второго года пользования, озимая пшеница, кукуруза); В – известкование: 1 – без извести; 2 – известкование по 1,0 Нг; С - системы удобрений: 1. биологическая нулевая (контроль); 2. органическая - 8 т навоза на 1 га севооборотной пашни; 3. минеральная (N26-32P26-32K26-32); 4. органо-минеральная (8 т/га навоза + N26-32P26-32K26-32); 5. органо-минеральная с пожнивной сидерацией. Почва – чернозем выщелоченный среднемощный тяжелосуглинистый, перед закладкой опыта в слое 0-30 см характеризовалась следующими показателями: рНсол - 4,70-4,75, Нг - 7,60-7,90; S - 28,7-29,5 мг-экв. на 100 г почвы; V - 78,0-79,5 %, содержание гумуса 6,50-6,68 %, Nгидрол. - 7,05-9,40 мг/100 г почвы (по Тюрину-Кононовой); P2О5 - 8,03-9,46; К2О - 10,2-12,3 мг/100 г почвы.
Повторность опытов 4-х кратная, расположение вариантов - рендомизированное в два яруса, общая площадь делянок 53 м2, учетная 50 м2.
На первоначальном этапе моделирования нами проведен корреляционный анализ взаимосвязей параметров плодородия почвы, который показал наличие сильной связи между многими показателями. Вместе с тем следует учитывать, что с помощью полученных коэффициентов корреляции можно оценить только направление и степень сопряженности в изменчивости признаков, но нельзя определить, как количественно изменяется один параметр при изменении другого.
С этой целью нами использован регрессионный анализ причем, для построения уравнений взаимосвязи были выбраны только те параметры, коэффициенты корреляции между которыми выше критического значения (0,444).
При сельскохозяйственном использовании почв резко изменяются параметры биологического круговорота веществ. В результате применения мелиорантов, удобрений и других приемов изменяются условия трансформации растительных остатков, процессы минерализации и гумификации органического вещества почвы [2]. На черноземе выщелоченном, в условиях систематического применения удобрений гумусное состояние почв в определенной мере зависело от уровня поступления пожнивно - корневых остатков и физико-химических свойств почвы.
Наиболее тесная связь от количества поступающих в почву ПКО (r2 = 0,905) выявлена для ЛОВ, представленного в значительной мере полуразложившимися растительными остатками (таблица 1). При этом увеличение количества ПКО обеспечивало рост содержания гумуса и ЛОВ на 0,17-0,18%, ВОВ – на 7,4 мг/кг почвы.
Таблица 1 – Зависимость гумусного состояния чернозема выщелоченного от поступления в почву ПКО и физико - химических свойств
| У | Х | Уравнение регрессии | r2 | У | Х | Уравнение регрессии | r2 |
| Гумус ЛОВ ЛГК ВОВ | ПКО ПКО ПКО ПКО | У=5,79+0,17х У=-0,12+0,18х У=0,302+0,029х У=54,036+7,354х | 0,746 0,905 0,557 0,528 | глыбис-тость | гумус ГК-2 ЛОВ ВОВ S | У=138,82-16,38х У=68,28-1,55х У=41,55-22,67х У=54,47-0,273х У=99,23-2,25х | 0,779 0,366 0,671 0,543 0,402 |
| ГК-1 | рН Нг | У=20,096-2,98х У=-5,84+1,45х | 0,710 0,744 | распылен-ность | гумус ЛОВ ВОВ | У=33,32-4,25х У=8,92-7,58х У=12,016-0,077х | 0,481 0,686 0,402 |
| ГК-2 | рН Нг S | У=2,53+4,35х У=38,66-2,00х У=-9,89+1,13х | 0,764 0,634 0,659 | 10-0,25 мм | гумус ЛОВ ЛГК ВОВ | У=-142,5+31,06х У=41,83+43,16х У=11,062+119,429х У=9,42+0,606х | 0,709 0,615 0,381 0,679 |
| ГК-1+ ФК-1 | рН Нг S | У=34,82-5,28х У=-1069+2,68х У=45,11-1,21х | 0,796 0,800 0,539 | > 0,25 мм | гумус ГК-2 ЛОВ ВОВ S | У=-104,62+25,66х У=4,363+2,491х У=48,58+34,032х У=24,87+0,457х У=-28,613+3,075 | 0,819 0,405 0,647 0,654 0,321 |
| ГК-2+ ФК-2 | рН Нг S | У=-5,505+7,52х У=57,76-3,59х У=-25,31+1,89х | 0,868 0,773 0,707 | Кстр | гумус ГК-2 ЛОВ ВОВ S | У=-9,605+1,74х У=-2,451+0,178х У=0,616+2,635х У=-0,613+0,029х У=-4,94+0,224х | 0,838 0,462 0,862 0,572 0,379 |
| плотность | гумус ГК-2 ЛОВ ВОВ S | У=1,77-0,089х У=1,42-0,01х У=1,233-0,12х У=1,321-0,0017х У=1,531-0,012 | 0,693 0,458 0,547 0,600 0,321 | Квод | гумус ГК-2 ЛОВ ВОВ S | У=-14,391+2,484х У=-4,195+0,255х У=0,343+3,473х У=-1,602+0,041х У=-6,99+0,296х | 0,754 0,418 0,663 0,527 0,293 |
Групповой и фракционный состав гумуса определенным образом зависит от мелиоративных и агротехнических приемов, причем направленность изменений определяется как уровнем воздействия (дозами мелиорантов и удобрений), так и продолжительностью взаимодействия с почвой установлено, что по мере роста кислотности количество свободных гуминовых и фульвокислот увеличивается, а фракция, связанная предположительно с кальцием – снижалась. Объяснение этого факта может заключаться в том, что как указывает Д.С. Орлов, «фракционный состав гумуса является функцией кислотности или щелочности почв», так рост рН на 1 ед. вызывает уменьшение содержания ГК-1 на 3,0%, и рост ГК-2 на 4,4% от Сорг. Почва представляет собой полидисперсную систему, которая состоит из различных по размеру механических элементов, минеральных, органоминеральных или органических микроогрегатов, крупных структурных агрегатов и их групп. Значительная часть почвы (около 50% объема) занята твердой фазой.
Из физических свойств почв наибольшее влияние на плодородие оказывают структурное состояние и сложение пахотного слоя.
Результаты корреляционно-регрессионного анализа основных агрофизических свойств чернозема выщелоченного (плотность, глыбистость, распыленность, коэффициент структурности и водопрочности, содержание агрегатов размером 10-0,25 мм, >0,25 мм) выявили зависимость данных показателей от содержания гумуса и его качественного состава, кислотно – основных свойств почвы. Наиболее тесная связь агрофизических свойств, за исключением распыленной фракции, отмечена с содержанием гумуса (r2 = 0,693-0,838). Выявлена прямая зависимость плотности от содержания водорастворимого гумуса (r2 = 0,600). Слабая зависимость отмечена между плотностью и суммой обменных оснований (r2 = 0,321). Выявлено также, что содержание макроагрегатов и микроагрегатов зависит от количества ЛОВ (r2 = 0,671), а мезоагрегатов – от ВОВ и ЛОВ (r2 = 0,615-0,679). Содержание водорастворимого гумуса и легкоразлагаемого органического вещества оказывает также и непостредственное влияние на коэффициент структурности и водопрочности, причем наибольшая его зависимость отмечена от содержания ЛОВ (r2 = 0,663-0,862). На содержание водопрочных агрегатов прямое влияние оказывает содержание гумуса (r2= 0,819) и Вов (r2= 0,654). Слабая связь отмечена между агрофизическими свойствами и суммой обменных оснований (r2 = 0,293-0,379). При моделировании почвенного плодородия следует учитывать, что почва, как открытая многопараметрическая система чрезвычайно сложна и процесс моделирования очень труден. Это обусловлено тем, что количественное описание плодородия почв требует учёта всех их основных свойств и режимов. При этом упрощённая трактовка способов управления плодородием почв путём изменения только нескольких изолированных показателей (содержания гумуса, рН и т.д.) несостоятельна.
В таблице 2 приведены уравнения регрессии на основании учёта парных корреляционных связей. выявлена наибольшая зависимость плотности почвы от содержания гумуса и рНkcl (R2= 0,770), глыбистости от содержания гумуса и суммы обменных оснований (R2= 0,847).
Таблица 2 – Уравнения регрессии агрофизических свойств чернозема выщелоченного почв на основании учёта парных корреляционных связей
| У | Х1 | Х2 | Уравнение регрессии | R2 |
| плотность | гумус | S рН | У=1,84-0,078х1-0,005х2 У=1,82-0,082 х1-0,021 х2 | 0,737 0,770 |
| ЛГК | рН | У=1,575-0,331x-0,052z | 0,756 | |
| ВОВ | рН S | У=1,512-0,0017x-0,0368z У=1,591-0,0015x-0,009z | 0,637 0,797 | |
| глыбистость | гумус | S рН | У=154,26-13,91х-1,035z У=148,36-15,112х-3,52z | 0,847 0,851 |
| 10-0,25 мм | ЛГК | рН S | У=-62,34+150,47х+11,68 У=-78,449+125,07х+2,82z | 0,568 0,541 |
| > 0,25 мм | гумус | рН | У=-117,198+23,99х+4,64z | 0,872 |
| ЛГК | рН S | У=-48,59+103,71х+13,46z У=-67,7+74,51х+3,27z | 0,627 0,570 | |
| ВОВ | рН S | У=-22,66+0,046х+9,179z У=-45,46+0,42х+2,41z | 0,876 0,845 | |
| Кстр | гумус | рН | У=-10,55+1,61х+0,349z | 0,905 |
| ЛГК | рН S | У=-6,349+7,59х+0,97z У=-7,82+5,49х+0,24z | 0,736 0,681 | |
| ВОВ | рН S | У=-3,99+0,029х+0,65z У=-2,97+0,025х+0,18z | 0,821 0,818 | |
| Квод | гумус | рН | У=-15,78+2,29х+0,51z | 0,819 |
| ЛГК | рН S | У=-,64+10,57х+1,39z У=-10,937+7,52х+0,316z | 0,648 0,542 | |
| ВОВ | рН S | У=-6,5+0,422х+0,95z У=-8,507+0,037х+0,236z | 0,759 0,708 |
Содержание агрономически ценных агрегатов связано с содержанием ЛГК и кислотностью почвы (R2= 0,568), а водопрочных тесно связано с содержанием гумуса и рНkcl (R2= 0,872), гумуса и гидролитической кислотностью (R2= 0,862), ВОВ и рНkcl (R2= 0,876). Наибольшее влияние на коэффициент структурности оказывает содержание гумуса и кислотность чернозема (R2 = 0,899-0,905), содержание ЛОВ и рНkcl (R2= 0,902). Коэффициент водопрочности зависит от содержания гумуса и кислотности почвы (R2= 0,815-0,819).
Интегральной характеристикой почвенного плодородия в сельскохозяйственном производстве служит отзывчивость возделываемых культурных растений на различные почвенные свойства и режимы. Анализ регрессионных уравнений показывает, что продуктивность севооборотов адекватно описывается различными свойствами: содержанием гумуса, плотностью, содержанием доступного фосфора и обменного калия (таблица 3).
Таблица 3 - Зависимость продуктивности полевых севооборотов во второй ротации от показателей плодородия почв
| У | Х | Уравнение регрессии | R2 |
| Продуктивность | Гумус ЛОВ Плотность >0,25 мм Квод Р2О5 К2О | У=-4,8+1,17х У=2,139+1,67х У=13,86-9,27х У=0,532+0,037х У=2,202+0,374 У=-1,39+0,155х У=-1,05+0,038х | 0,608 0,556 0,437 0,495 0,507 0,567 0,513 |
Продуктивность севооборотов зависит не только от содержания гумуса, плотности, содержания фосфора и калия, но и от других показателей таких, как коэффициент водопрочности, содержание водопрочных агрегатов, ЛОВ, хотя связь между ними слабее [3].
Таким образом, многие агрохимические и агрофизические свойства почвы тесно связаны между собой. Продуктивность полевых севооборотов определяется гумусным состоянием, агрофизическими свойствами и содержанием элементов питания в пахотном слое чернозема выщелоченного. Выявленные параметры взаимосвязи свойств почвы можно использовать как с целью прогнозирования показателей плодородия, так и для регулирования продуктивности сельскохозяйственных культур.
Литература
- Шишов, Л. Л. Теоретические основы и пути регулирования плодородия почв / Л. Л. Шишов, Д. Н. Дурманов, И. И. Карманов, В. В. Ефремов. – М.: Агропромиздат, 1991. – 304 с.
- Орлов Д.С. О возможности использования некоторых биохимических показателей для диагностики и индикации почв // проблемы и методы биологической индикации и диагностики почв. М.: Изд-во МГУ, 1980. – С. 4-21.
- Жеряков, Е.В. Агробиологическое обоснование приемов регулирования плодородия выщелоченного в условиях правобережной лесостепи Среднего Поволжья: автореф. дис.... канд. с.-х. наук / Е.В. Жеряков; ПГСХА. – Пенза, 2004. – 22 с.
References
- Shishov, L. L. Teoreticheskie osnovy i puti regulirovanija plodorodija pochv / L. L. Shishov, D. N. Durmanov, I. I. Karmanov, V. V. Efremov. – M.: Agropromizdat, 1991. – 304 s.
- Orlov D.S. O vozmozhnosti ispol'zovanija nekotoryh biohimicheskih pokazatelej dlja diagnostiki i indikacii pochv // problemy i metody biologicheskoj indikacii i diagnostiki pochv. M.: Izd-vo MGU, 1980. – S. 4-21.
- Zherjakov, E.V. Agrobiologicheskoe obosnovanie priemov regulirovanija plodorodija vyshhelochennogo v uslovijah pravoberezhnoj lesostepi Srednego Povolzh'ja: avtoref. dis.... kand. s.-h. nauk / E.V. Zherjakov; PGSHA. – Penza, 2004. – 22 s.