EFFECT OF SAPROPELS ON YIELD OF GRAIN CROPS AND ACIDITY OF THE LEACHED CHERNOZEM

Плотников А.М.¹, Созинов А.В.²

¹ ORCID: 0000-0002-9145-976X, Кандидат сельскохозяйственных наук, доцент; ² ORCID: 0000-0002-5286-1561, Кандидат сельскохозяйственных наук, доцент, Курганская государственная сельскохозяйственная академия

ВЛИЯНИЕ САПРОПЕЛЕЙ НА УРОЖАЙНОСТЬ ЗЕРНОВЫХ КУЛЬТУР И КИСЛОТНОСТЬ ВЫЩЕЛОЧЕННОГО ЧЕРНОЗЕМА

Аннотация

В статье рассмотрено прямое действие и последействие сапропелей, извести, минеральных удобрений на урожайность зерновых культур и кислотность выщелоченного чернозема. Рост урожайности зерновых культур при внесении сапропеля в опыте 1 составил до 20 %. В опыте 2 ежегодное применение минеральных удобрений увеличило урожайность пшеницы на 14,7%, однократное внесение сапропеля способствовало повышению урожайности на 5,8-7,7 %. Совместное использование химического мелиоранта, сапропеля и азотно-фосфорного удобрения привело к росту урожайности на 16,7-22,4 %.

Минеральные удобрения повышали кислотность чернозёма. При  внесении извести и сапропеля  отмечено снижение всех форм кислотности.

Ключевые слова: сапропель, известь, удобрения, урожайность, почвенная кислотность.

Plotnikov A.M.¹, Sozinov A.V.²

¹ ORCID: 0000-0002-9145-976X, PhD in Agriculture, associate professor; ² ORCID: 0000-0002-5286-1561, PhD in Agriculture, associate professor, Kurgan State Agricultural Academy

EFFECT OF SAPROPELS ON YIELD OF GRAIN CROPS AND ACIDITY OF THE LEACHED CHERNOZEM

Abstract

The article considers effect and an after-effect of sapropels, limes, mineral fertilizers on productivity of grain crops and acidity of the leached chernozem. Growth of productivity of grain crops at introduction of sapropel in experiment 1 has made up to 20%. In experiment 2 annual use of mineral fertilizers has increased productivity of wheat by 14,7%, single introduction of sapropel promoted increase of productivity for 5,8-7,7%. Sharing of a chemical ameliorant, sapropel and nitrogen-phosphorus fertilizer has led to growth of productivity by 16,7-22,4%.

Mineral fertilizers increased acidity of the chernozem. At introduction of lime and sapropel decrease in all forms of acidity is noted.

Keywords: sapropel, lime, fertilizers, yield, soil acidity.

Сохранение и повышение плодородия пахотных почв является основной проблемой современного земледелия. Низкие объёмы применения органических и минеральных удобрений, а также химических мелиорантов, в последние годы привели к значительному снижению эффективного плодородия чернозёмов.

Внесение кальцийсодержащих удобрений следует рассматривать как перманентное применение кальция в земледелии, систему поддержания определённого положительного его баланса в пахотном горизонте на почвах, имеющих оптимальный уровень кислотности, при котором обеспечивается благоприятное соотношение между элементами питания растений в ППК.

Действие большинства удобрений не исчерпывается одним годом. Известь, сапропель оказывают положительное влияние на почву и растения в течение ряда лет. Более того, правильное использование удобрений обеспечивает ещё и неуклонное увеличение плодородия почвы.

Сапропели содержат комплекс органических и минеральных веществ, соединения азота, серы, меди, бора, молибдена и других элементов. В составе органической части имеются биологически активные вещества, гуминовые кислоты, витамины. Важнейшая их характеристика - это общий уровень зольности, содержание кремния, железа, серы, карбонатов, кальция и уровень кислотности. В зависимости от этого, сапропели могут применяться в смеси с навозом, различными отходами, минеральными удобрениями. По своему составу сапропели разных озер могут сильно различаться, наиболее ценными считаются низкозольные сапропели, с содержанием золы менее 30 %.

Многие исследователи отмечают, что применение сапропеля способствует росту урожайности сельскохозяйственных культур, положительно влияет на агрохимические и водно-физические свойства почв, снижает кислотность [1]. Полевыми опытами подтверждена целесообразность использования сапропеля в Сибири [3], Челябинской [2], Тюменской [6], Курганской областях [7], в условиях Северного Казахстана [4].

В России известные запасы сапропеля составляют 45 млрд. м³. В Курганской области территориальным балансом учтено 118 озёрных месторождений сапропеля. Общая площадь сапропелевых отложений составляет 15588,9 га с геологическими запасами 132593 тыс. тонн. В настоящее время ни одно из месторождений не разрабатывается [8].

В 2011-2012, 2014-2015 годах на опытном поле Курганской ГСХА на черноземе выщелоченном слабогумусированном маломощном легкосуглинистом проводились исследования в стационарных полевых опытах по изучению влияния озерного сапропеля в сочетании с известью, фосфорными и азотно-фосфорными удобрениями на урожай зерновых культур и свойства почвы в звене зернопарового севооборота. В опыте использовались сапропели, предоставленные ИП Каргапольцевым О.А., Курганская обл. (№1) и ООО «ЭкоНедра», Свердловская обл. (№ 2).

Опыт 1. В 2011-2012 гг. на фоне припосевного внесения суперфосфата простого (Р₂₀) и без фона применяли сапропель (№ 1) в дозах – 10, 20, 30 т/га, в пересчете на 50%-ную влажность. Делянки учетной площадью 10 м² (2х5 м).

Опыт 2. В 2014-2015 гг. сапропель и известь вносили на ротацию севооборота под предпосевную культивацию с заделкой на глубину 10-12 см. Общая площадь делянки в опыте 15 м², учетная 12 м² (2х6 м).

Размещение вариантов методом рандомизированных повторений, повторность четырехкратная.

Объекты исследований – яровая пшеница сорт Жигулевская, яровой ячмень сорт Прерия. Норма высева – 5,0 млн. всхожих зерен на гектар.

Схема опыта 2014-2015 гг. представляет собой матрицу трехфакторного полного факториального эксперимента. Фактор А – известь (без извести и в дозе 2,0 т/га для нейтрализации 1/2 гидролитической кислотности Нг). Фактор В – ежегодное внесение минеральных удобрений (0 и N₃₀P₃₀). Фактор С- сапропель (0 и 20 т/га). Минеральные удобрения - азотно-фосфорного смешанного удобрения (аммиачная селитра (34,6 % д.в.), суперфосфат простой (26 % д.в.).

В 2011 г. посев яровой пшеницы проводили 19 мая, уборку урожая – в фазу полной спелости 5 сентября. В 2012 г. посев ярового ячменя проводили 22 мая, уборку урожая – в фазу полной спелости 25 августа. В 2014 г. посев проводили 1 июня, уборку – в фазу полной спелости. В 2015 году посев проведен 2 июня, уборка – 10 сентября.

Посев вели посевным комплексом АПП – 7,2. Урожайность учитывали сноповым методом с 1 м², приводили к стандартной влажности и пересчитывали в т/га. Смешанные образцы почв отбирали из пахотного слоя после уборки урожая. Обработка почвы и система ухода за посевами зерновых культур соответствовали рекомендованным для зоны [9].

Наличие в схеме опыта контроля без удобрений даёт возможность исследовать агрохимические свойства почвы, а с течением времени - темпы истощения плодородия. Используемые в опыте сапропели характеризовались следующими показателями: № 1, – рН – 7,76; зольность – 29,8%; N - 7,05%; P₂O₅ – 0,53%; K₂O – 0,23%; CaO – 47,8%, и № 2 Свердловская область - рН – 4,40; зольность – 55,6%; N – 4,11%; P₂O₅ – 0,41%; K₂O – 0,40%; CaO – 23,2%.

Статистическую обработку результатов учета урожая проводили методом дисперсионного анализа двух- и трехфакторного опыта по Б.А Доспехову [5].

Погодные условия вегетационного периода 2011 года характеризовались как благоприятные для возделывания сельскохозяйственных культур. Сумма осадков за июнь, июль, август составила 258 мм или 161 % к среднемноголетней норме (160 мм). Сумма положительных температур за вегетационный период составила 2071°С, что близко к среднемноголетнему значению (2172°С). Гидротермический коэффициент вегетационного периода 2011 года составил 1,25, что подтверждает наличие обильного увлажнения.

Погодные условия вегетационного периода 2012 года характеризовались как неблагоприятные – лето было жарким и засушливым. Сумма осадков за 3 летних месяца составила 66 мм или 41% к среднемноголетней норме (160 мм). Сумма положительных температур за вегетационный период составила 2373°С, что на 200°С выше среднемноголетнего значения. Гидротермический коэффициент вегетационного периода 2012 года составил 0,28, что подтверждает засушливые условия прошедшего года.

Погодные условия в период вегетации 2014 г. сложились неблагоприятно для яровой пшеницы: в начальный период развития – высокие температуры, отсутствие осадков и суховеи отмечались до конца июня, затем в течение трех недель июля преобладала низкая температура воздуха и обильные осадки различной интенсивности. Август был близок к среднемноголетним показателям. Погодные условия 2015 года: в начале вегетационного периода – повышенное количество осадков и высокие температуры отмечались в течение первого месяца развития пшеницы. Погодные условия августа по температуре были сопоставимы с июльскими, по осадкам получилось наоборот – основная их часть выпала к 3 декаде месяца и составила 58% от общего количества осадков за месяц.

Обильные осадки вегетационного периода 2011 года позволили яровой пшенице сформировать полноценный урожай даже без применения органических и минеральных удобрений. Используя запасы элементов питания почвы, яровая пшеница сформировала 2,32 тонны зерна в пересчете на гектар. Тем не менее действие сапропеля на урожайность зерна яровой пшеницы, в благоприятных погодных условиях, было положительным (таблица 1). Внесение возрастающих доз сапропеля обеспечило возрастающие же прибавки урожая зерна - 0,16, 0,22, 0,34 т/га, которые были математически достоверны (НСР_0,95 – 0,12 т/га).

Таблица 1 - Урожайность зерновых культур при внесении сапропеля, т з.ед./га (опытное поле Курганской ГСХА, 2011-2012 гг.)

Простой суперфосфат в дозе 20 кг д.в. на гектар способствовал росту урожайности на 0,22 т/га. Сапропель, внесенный на фоне фосфорного удобрения, дополнительно увеличил урожай зерна яровой пшеницы. Прибавки составили – от 10 т/га сапропеля 0,30, от 20 т/га - 0,40, от 30 т/га – 0,52 т/га или 12,9, 17,2, 22,4% соответственно.

На фосфорном фоне прибавки от применения сапропеля, в сравнении с вариантом Р₂₀, также были существенны, кроме варианта с 10 тоннами сапропеля на гектар. Они составили 0,08, 0,18 и 0,30 т/га от возрастающих доз сапропеля. Если сравнить одинаковые дозы сапропеля на фоне фосфорного удобрения и без него, можно отметить, что разница между этими вариантами также является математически достоверной, так как превышает НСР_0,95 (0,12 т/га).

Последействие сапропеля, внесенного в 2011 году, на урожайность зерна ячменя, в жестких погодных условиях вегетационного периода 2012 года, также можно оценить как положительное. Без применения удобрений ячмень сформировал 0,58 тонны зерна в пересчете на гектар. Внесение возрастающих доз сапропеля обеспечило прибавки урожая 0,01, 0,04, 0,06 т/га, которые, кроме первой, были математически достоверны (НСР_0,95 – 0,04 т/га).

Последействие сапропеля, внесенный на фоне фосфорного удобрения, также способствовало росту урожая зерна ячменя. Прибавки составили – от 10 т/га сапропеля 0,02, от 20 т/га – 0,04, от 30 т/га – 0,07 т/га или 3,4, 6,9, 12,1 % соответственно.

На фосфорном фоне, в сравнении с вариантом с одним фосфорным удобрением, существенной была только прибавка от 30 тонн сапропеля на гектар (0,06 т/га). Если сравнить одинаковые дозы сапропеля на фоне Р₂₀ и без него, можно отметить, что математически доказуемого действия фосфорного удобрения не было.

Результаты исследований опыта 2 показали, что в условиях 2014 года урожайность пшеницы на варианте без удобрений составила 1,68 т/га. При внесении азотно-фосфорных удобрений урожайность в опыте была максимальной и составила 2,03 т/га (таблица 2). По нашим данным, известкование почвы не оказало существенного влияния на урожайность пшеницы в первый год действия (Fф<Fт). Использование сапропеля способствовало увеличению урожайности пшеницы по сравнению с контролем на 0,14 – 0,19 т/га (HCP_0,95 – 0,08).

Таблица 2 – Урожайность яровой пшеницы под влиянием сапропеля, т/га (Опытное поле Курганской ГСХА, 2014-2015 гг.)

В 2015 году урожайность пшеницы на варианте без удобрений составила 1,44 т/га, при внесении минеральных удобрений урожайность увеличилась до 1,54 т/га, прибавка оказалась также существенной (HCP_0,95 – 0,06 т/га). Наибольшая урожайность в опыте была на 11 варианте при совместном использовании извести, сапропеля и N₃₀P₃₀ – 1,80 т/га.

В среднем за два года в звене зернопарового севооборота средняя урожайность составила на контроле 1,56 т/га. Действие и последействие сапропеля повысило урожайность пшеницы до 1,65-1,68 т/га. Наибольшую продуктивность культуры показал вариант на фоне извести с сапропелем № 1 и минеральных удобрений – 1,91 т/га.

Таким образом, исследования в опыте 1 показали существенное прямое действие и последействие сапропеля в дозах 20-30 т/га на урожайность зерновых культур, среднее увеличение которой составило 0,13-0,20 т/га без припосевного внесения суперфосфата и 0,22-0,29 т/га при улучшении фосфорного питания растений.

В исследованиях опыта 2 ежегодное применение минеральных удобрений увеличило урожайность пшеницы на 14,7%, внесение сапропеля способствовало повышению урожайности на 5,8-7,7 %. Совместное использование химического мелиоранта, сапропеля и азотно-фосфорного удобрения привело к росту урожайности на 16,7-22,4 %.

При сельскохозяйственном производстве возрастает доля обменного водорода, повышается кислотность почвы. В наших исследованиях известкование чернозёма оказало влияние на гидролитическую кислотность (Н_Г) почвы. В 2014 году Н_Г на варианте без удобрений была 3,70 мг-экв./100 г почвы. При внесении органических удобрений с известью кислотность снизилась на 0,64 мг-экв./100 г почвы. Внесение минеральных удобрений способствовало повышению гидролитической кислотности чернозёма на 0,45 мг–экв./100 граммов почвы.

В 2015 году наименьший показатель гидролитической кислотности отмечен на 8 варианте опыта – 3,07 мг-экв./100 г (таблица 3).

Актуальная кислотность (pH_водн) в первый год исследований на контроле составила 6,38, под влиянием органических удобрений происходило снижение этого показателя до 6,30 – 6,34 единицы. Величина pH_водн при использовании азотно-фосфорных удобрений снизилась до 6,22. Наиболее сильно на реакцию среды действовала известь, так в первый год её действия величина pH_водн составила 6,69, (на фоне сапропеля – до 6,70). Во второй год действие химического мелиоранта усилилось – наибольшее значение показателя отмечено на 11 варианте – 6,98 ед.

Таблица 3 - Изменение кислотности почвы при использовании сапропеля, извести и минеральных удобрений (Опытное поле Курганской ГСХА, 2014-2015 гг.).

Обменная кислотность (pH_сол) на контроле в 2014 году составила 5,28 единиц, с внесением минеральных удобрений – 5,14. В первый год исследований известкование почвы способствовало снижению кислотности до величины 5,65, совместно с сапропелем № 1 – до 5,50 единицы. Внесение извести с минеральными удобрениями увеличивало значение pH_сол на 0,44 единицы по сравнению с вариантом 4. Максимальная эффективность применяемых приёмов для снижения кислотности во второй год исследований отмечена на варианте с совместным применением извести, сапропеля и минеральных удобрений pH_сол – 5,86.

Таким образом, исследования показали, что минеральные удобрения и сапропель № 2, повышали кислотность чернозёма. На вариантах опыта с внесением извести и сапропеля № 1 отмечено снижение всех форм кислотности.

Литература

1. Васильев А.А. Влияние сапропелей на урожайность картофеля и плодородие выщелоченных черноземов // Пермский аграрный вестник, 2014, № 1 (5). – С. 3-9.
2. Вражнов А.В. Органические удобрения и практика их применения в Челябинской области / А.В. Вражнов, Ю.Д. Кушниренко, В.Н. Брагин, Х.С. Юмашев // Аграрный вестник Урала, 2008, № 9 (51). – С. 50-54.
3. Гамзиков Г.П. Возможности использования нетрадиционных удобрений в сибирском земледелии / Г.П. Гамзиков, О.И. Гамзикова, П.С. Широких // Достижения науки и техники АПК, 2012, № 3. – С. 9-12.
4. Дмитриев П.С. Перспективы использования в условиях Северного Казахстана удобрений на основе местного сырья / П.С. Дмитриев, И.А. Фомин, Е.Р. Айтжанов и др. // Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук, 2014, № 4-1. – С. 123-128.
5. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта. М.: Агропромиздат, 1985. – 351 с.
6. Изучение и хозяйственное использование торфяных и сапропелевых ресурсов. Сб. материалов Международного симпоз., состоявшегося в Тюмени, 18-20 июля 2006 г. // Абрамов Н.В. (ред.). Тюмень: Издательство Тюменской гос. с.-х. акад., 2006. – 324 с.
7. Плотников А.М. Урожайность и качество зерна пшеницы при использовании сапропеля в центральной части Курганской области / А.М. Плотников, А.В. Созинов, С.В. Дегтярёв // Вестник Курганской ГСХА, 2014. № 4 (12). – С. 27-29.
8. Природные ресурсы и охрана окружающей среды Курганской области в 2013 году. Доклад. – Курган, 2014. – 220 с.
9. Система адаптивно-ландшафтного земледелия Курганской области, монография. Куртамыш, ГУП «Куртамышская типография», 2012. – 494 с.

References

1. Vasiliev A.A. Vliyanie sapropelej na urozhajnost’ kartofelya i plodorodie vyschelochennyh chernozyomov (Effect of sapropels on potato yield and fertility of leached chernozem) // Permskij agragrnyj vestnik, 2014, No. 1 (5). – P. 3-9.
2. Vrazhnov A.V. Organicheskie udobreniya I praktika ih primeneniya v Chelyabinskoy oblasti / A.V. Vrazhnov, Yu.D. Kushnirenko, V.N. Bragin, H.S. Yumashev // Agrarnyj vestnik Urala, 2008, No. 9 (51). – P. 50-54.
3. Gamzikov G.P. Vozmozhnosti ispol’zovaniya netradicionnyh udobreniy v sibirskom zemledelii (Possibilities of use of nonconventional fertilizers in the Siberian agriculture) / G.P. Gamzikov, O.I. Gamzikova, P.S. Shirokikh // Dostizheniya nauki i tehniki APK, 2012, No 3. – P. 9-12.
4. Dmitriev P.S. Perspektivy ispol’zovaniya v usloviyah Severnogo Kazahstana udobrenij na osnove mestnogo syr’ya / P.S. Dmitriev, I.A. Fomin, E.R. Ajtzhanov i dr. // Aktual’nye problem gumanitarnyh i estestvennyh nauk, 2014, No 4-1. – P. 123-128.
5. Dospehov B.A. Metodika polevogo opyta. M.: Agropromizdat, 1985. – 351 p.
6. Izuchenie i hozyajstvennoe ispol’zovanie torfyanyh i sapropelevyh resursov. Sb. materialov Mezhdunarodnogo simpoz., sostoyavshegosya v Tyumeni, 18-20 july 2006 y. // Abramov N.V. (red.). Tyumen: Izdatel’stvo Tyumenskoj gos. s.-h. akad., 2006. – 324 p.
7. Plotnikov A.M. Urozhajnost’ i kachestvo zerna pshenicy pri ispol’zovanii sapropelya v central’noj chasti Kurganskoj oblasti (Productivity and quality of wheat grain when using sapropel in the central part of Kurgan region) / A.M. Plotnikov, A.V. Sozinov, S.V. Degtyarjov // Vestnik Kurganskoj GSHA, 2014. No. 4 (12). – P. 27-29.
8. Prirodnye resursy i ohrana okruzhayuschej sredy Kurganskoj oblasti v 2013 godu. Doklad. – Kurgan, 2014. – 220 p.
9. Sistema adaptivno-landshaftnogo zemledeliya Kurganskoj oblasti, monografiya. Kurtamysh, GUP «Kurtamyshskaya tipografiya», 2012. – 494 p.