Введение. Почвенный покров является незаменимым ресурсом и средством производства в сельском хозяйстве. Антропогенное воздействие оказывает на них всестороннее влияние. В первую очередь это сказывается на почвенном плодородии. Нарушая естественное сложение почвенное профиля, изменяются физические и физико-химические свойства, что может повышать риск возникновения водной и ветровой эрозии, а также различных видов деградации пахотных земель [1, 2, 3].
Проанализировать показатели уровня плодородия, по данным содержания подвижного фосфора и калия, а также степень кислотности, возможно с помощью данных периодического агрохимического обследования проводимого центром агрохимической службы «Татарский» [1].
Для яровой пшеницы ключевым фактором урожайности является выбор районированных сортов [4, 5].
Основные макроэлементы, необходимы растениям для здорового роста и развития. Так, фосфор улучшает обмен углеводов, способствует накоплению сахаров, которые увеличивают морозоустойчивость и зимостойкость культур [6].
Кислотность почвы обусловливается наличием в ППК обменных ионов водорода и алюминия. От нее зависит выбор удобрений, культур для возделывания и применяемые агротехнические приемы. Декальцинация почвы способствует снижению микробиологической активности, ухудшению агрофизических параметров, эффективности вносимых удобрений и подкислению почвенного раствора, что отражается на качестве и товарном виде производимой продукции [7].
В начале развития сельскохозяйственного производства продуктивность обрабатываемых земель, была не выше естественных угодий. Это связано с развитием агротехники, агроприемов и земледелия как науки в целом [2, 3].
Главным рычагом управления урожайностью растений являются удобрения. Человек напрямую воздействует на урожайность, применяя составы с разным содержанием действующего вещества элементов питания и в определенные периоды вегетации. Неправильное и не своевременное применение удобрений приводит к ухудшению качества урожая, а в некоторых случаях и вовсе к его потере. Микроэлементы, хотя и не поглощаются растениями в больших количествах, но также оказывают немаловажное влияние на качество продукции. Первооткрывателями внесения минеральных удобрений в мире стали Германия, Канада, Европа и Соединенные Штаты Америки, где их начали использовать на несколько лет раньше России. В нашу же страну удобрения пришли сначала в северные регионы, где климат достаточно увлажнен. Далее их начали применять в Беларуси, Прибалтике и северо-западных регионах [1, 2, 3].
В нашей республике годом начала интенсивного земледелия был 1958, как утверждают И. Д, Давлятшин и Н. Бакиров (1999г.). Урожайность яровой пшеницы в республике с применением удобрений заметно возросла. В 1960 году урожайность составляла 8,8 ц/га, а же в 1990 увеличилась в два раза и была равна 17,8 ц/га, а в 1999 г. – 24,4 ц/га, что напрямую показывает значимость применения удобрений и как они способны повышать массу полученной продукции с одного гектара территории [2, 3].
Для поддержания стабильных и высоких урожаев пахотных угодий, нужен постоянный агрохимический мониторинг с целью контроля необходимости внесения минеральных и органических удобрений, плодородия пахотных земель, нуждаемости в мелиорации [8, 9, 10].
Цель исследования. По данным ретроспективного анализа данных установить как содержание подвижного фосфора и калия влияет на урожайность яровой пшеницы во временном ряду, выявить зависимость на примере Высокогорского муниципального района Республики Татарстан.
Условия, материалы и методы. Объектом исследования выступают почвы Высокогорского района Республики Татарстан.
В качестве исходных данных были использованы результаты агрохимических обследований, которые проводились специалистами Центра агрохимической службы «Татарский». Полученные данные, а именно урожайность яровой пшеницы и агрохимические показатели были сопоставлены между собой для выявления корреляционной и регрессионной зависимости во временных рядах. Лабораторные анализы проводились по следующим методикам: определение подвижных соединений фосфора и калия по методу Кирсанова (ГОСТ Р 54650-2011); определение обменной кислотности (ГОСТ Р 58594-2019).
Почвенный покров Высокогорского района в основном сложен из представителей пахотных серых лесных почв, незначительную часть занимают почвы дерново-подзолистые почвы [11,12].
Согласно большинству источников, в Республике Татарстан серые лесные почвы были сформированы под широколиственными травянистыми лесами в условиях периодически промывного водного режима. Почвообразовательный процесс слагается из следующих ЭПП: гумусово-аккумулятивный, иллювиальный, оподзоливание и лессиваж [3, 12].
Климат в Высокогорском районе умеренно – континентальный, с относительно влажным и прохладным летом и умеренно-холодной и снежной зимой. Лишь весной во время снеготаяния почва может промачиваться до грунтовых вод. Летом при высоких температурах все осадки испаряются [11,12].
Статистические параметры агрохимических показателей и урожайности яровой пшеницы проводились с применением методов математической статистики при помощи пакета программы «программного пакета STATISTICA» (6) [13, 14, 15].
Получение растениеводческой продукции в достаточном количестве зависит от правильной обработки плодородного слоя. С помощью агротехнических приемов можно повлиять на физико-химические свойства почвы, ее структуру, влагоемкость, плотность, водно-воздушный режим и т.д. Любая технология возделывания включает основную обработку почвы, внесение удобрений, применение средств защиты от сорняков и вредителей [16, 17, 18].
Результаты и обсуждение. В середине 50-х годов в Республике Татарстан началось активное возделывание сельскохозяйственных угодий с применением удобрений. В особенности почвенный покров зоны Предкамья отличался повышенной кислотностью и низким плодородием, поэтому началось применение химических мелиорантов, минеральных и органических удобрений. Следующим значимым периодом интенсификации аграрного сектора наметился в период с 1986 по 1992 годы, получив дальнейшее развитие.
В Республике Татарстан результаты интенсификации земледелия возникли на базе Казанского государственного университета и Казанского государственного сельскохозяйственного института. Научные исследования основывались на повышении урожайности сельскохозяйственных культур при помощи применения различных форм и доз минеральных и органических удобрений. Такой прием земледелия получил название окультуривание почв [1, 2, 3].
В 1972 году на пахотных угодьях Высокогорского района было внесено 70 кг на гектар действующего вещества минеральных удобрений. Наблюдалась тенденция к увеличению этой дозы, достигшей пика в 1991 году – 235 кг д.в./га. В дальнейшем количество вносимых удобрений сократилось и на данный момент не превышает 100 кг д.в./га.
За все годы наблюдения внесение органических удобрений колеблется от 1,1 до 6,6 т/га. Такое количество органических удобрений недостаточно для получения бездефицитного баланса гумуса в пахотных почвах. Применение минеральных удобрений совместно с органическими способствует замедлению процессов дегумификации.
Анализ упрощенного варианта баланса элементов питания, проведенный на основе изученных материалов, показал, что с 1972 по 2023 год урожайность зерна в районе составляла 1090 ц с гектара в сумме за 52 года, а посевной материал – 104 ц.
Согласно данным Зиганшина А.А. (1990), на тонну урожая пшеницы (зерно:солома = 1:1,5) требуется 30 кг азота, 12 кг фосфора и 18 кг калия. Общий вынос азота с урожаем составил 2958 кг, фосфора – 1183,2 кг, калия – 1774,8 кг.
Так за годы наблюдения вносилось на сельскохозяйственные поля Высокогорского района 4501 кг д.в. минеральных удобрений. При соотношении N:P:K = 50:30:20 (Якушкин и др., 1997) на каждый гектар пашни поступило 2250,5 кг азота, 1350,3 кг фосфора и 900,2 кг калия.
А с внесением 198,3 т/га навоза (4 месяца хранения) в почву поступало до 6 кг азота, 4,3 кг фосфора и 7,2 кг калия на тонну, то есть 1189,8 кг азота, 852,7 кг фосфора и 1427,8 кг. Основные результаты упрощенного баланса элементов питания представлены в таблице 1.
Таблица 1. Баланс элементов питания в почве за 1972-2023 годы в Высокогорском районе
|
Показатели |
Всего, д.в. |
Азот, д.в. |
Фосфор, д.в. |
Калий, д.в. |
|
Положительные статьи баланса |
||||
|
1.Минеральные удобрения -NPK= 5:3:2 |
4501 |
2250,5 |
1350,3 |
900,2 |
|
2. Органические удобрения |
3470,3 |
1189,8 |
852,7 |
1427,8 |
|
Всего |
7971,3 |
3440,3 |
2203 |
2328 |
|
Отрицательная статья баланса |
||||
|
Отчуждение с урожаем N:P:K |
5916 |
2958 |
1183,2 |
1774,8 |
|
Баланс (положительный + и отрицательный - ) |
+2055,3 |
+482,3 |
+1019,8 |
+553,2 |
Баланс элементов питания имеет положительные значения по всем исследуемым элементам питания. В упрощенном балансе не учитываются процессы денитрификации и вымывания, поскольку учитывались многолетние статистические данные в разрезе района, без полевых исследований. По азоту баланс равен +482,3 кг за изучаемый период. В данном случае при возделывании яровой пшеницы азот может фиксироваться в результате биологического поглощения. При использовании больших количеств азотных удобрений существует риск загрязнения почвы нитратами, которые также могут накапливаться в овощных культурах.
Показатели подвижного фосфора и калия накапливаются в почве района 1019,8 и 553,2 кг соответственно. Оба элемента имеют положительный баланс. Фосфор – это малоподвижный элемент, его соединения труднорастворимы в воде, поэтому он практически не вымывается из почвенной толщи и аккумулируется в ее запасах. Калий не менее важный элемент и больше подвержен вымыванию. Следовательно, для повышения урожая и сохранения положительного баланса нужно вносить калийные и фосфорные удобрения.
Результаты агрохимического состояния почв Высокогорского района представлены в таблице 2. При начальном этапе сельскохозяйственного использования земель, по первому циклу агрохимического обследования данные анализов показали, что большая часть почвенного покрова района (50,8%) характеризовалась низким содержанием фосфора. В тоже время доля со средним уровнем обеспеченности фосфора составляла менее 20%. В последующие годы с развитием интенсификации сельского хозяйства соотношение изменилось в сторону сначала доли площади полей со средним, затем и повышенным содержанием подвижного фосфора. А уже к 1996 году наблюдалось преобладание площадей с высокой степенью обеспеченности подвижным фосфором. И увеличивалось средневзвешенные значения подвижного фосфора, достигая значений от 49 в первом цикле до 165,1 мг/кг почвы.
Средневзвешенное содержание калия в почвах района находилось в среднем диапазоне до 5 цикла агрохимического обследования, а затем повышенного содержания. Однако, в связи с периодически промывным водным режимом, концентрация подвижного калия подвержена значительным колебаниям. Эти данные подтверждаются результатами агрохимических исследований и количеством вносимых удобрений на гектар пашни района представленными в таблице 2.
В отличие от динамики фосфора, содержание калия в почве демонстрирует меньшую изменчивость. За 52 года концентрация калия в почве постепенно возросла со 110 до 151,4 мг/кг, но с XI тура отмечаются волнообразные колебания и к ХIII туру зафиксировано средневзвешенное содержание равным 145,1 мг/кг. Годовой прирост в среднем составлял 0,67 мг/кг. Значения рН почвы – ключевой фактор для успешного земледелия. В исследуемом районе преобладают площади слабокислых почв (45,1%). Значительна доля среднекислых - 25,0% и близких к нейтральным - 19,0% почв.
Первоначально средневзвешенный pH пахотных земель составлял 5,4. К последнему обследованию доминируют почвы, близкие к нейтральным (30,1%), а нейтральные почвы занимают 28,0% площади пашни. Участие площади почв со средней кислотностью – 13,8%, а с сильной – 4,3%.
Рост кислотности почвы происходит из-за антропогенного влияния, в том числе за счет применения физиологически кислых удобрений, водной эрозии, которая тоже оказывает негативное влияние на рН почвенного раствора. Так по данным из таблицы 2 средневзвешенная рН почвенного раствора пашни района сдерживается периодическим известкованием и к 2023 году оказалась согласно группировки по степени кислотности в близкой к нейтральной группе (5,6 - 6,0).
Таблица 2. Динамика содержания подвижного фосфора, калия и показателей рН в пахотных почвах Высокогорского района
|
Циклы и годы |
Р2О5 |
К2О |
рН |
Удобрения |
Урожайность яровой пшеницы, ц/га, Уф |
|
|
мг/кг |
мин., кг/га |
орг., т/га |
||||
|
I -1966 |
51,9 |
100,8 |
5,3 |
нет сведений |
||
|
II – 1972 |
86,9 |
96,9 |
5,4 |
70 |
4,0 |
8,2 |
|
III -1980 |
112,4 |
105,8 |
5,5 |
89 |
5,0 |
13,1 |
|
IV -1987 |
141,5 |
113,4 |
5,5 |
120 |
6,6 |
14,9 |
|
V -1991 |
145,4 |
124,5 |
5,5 |
235 |
5,3 |
24,0 |
|
VI -1996 |
165,1 |
151,4 |
5,8 |
92 |
4,1 |
19,4 |
|
VII–2000 |
153,0 |
142,5 |
5,7 |
60,2 |
4,2 |
35,2 |
|
VIII-2002 |
146,7 |
130,6 |
5,7 |
53,6 |
1,6 |
25,3 |
|
IX-2006 |
142,3 |
125,2 |
5,7 |
27,8 |
1,1 |
28,2 |
|
X-2010 |
146,9 |
133,4 |
5,7 |
68,7 |
1,5 |
32,4 |
|
XI-2014 |
154,0 |
145,0 |
5,7 |
56,7 |
1,4 |
24,3 |
|
XII-2019 |
147,2 |
134,2 |
5,7 |
52,2 |
1,8 |
27,1 |
|
ХIII - 2023 |
157,2 |
145,1 |
5,7 |
55 |
4,4 |
24,3 |
Чтобы привести показатели к оптимальным значениям, которые для большинства культур находятся в диапазоне 6,0-7,0 (нейтральные) применяют известкование. Со временем процент площади почв района с нейтральной реакцией среды повышается за счет применения химической мелиорации.
Яровая пшеница – основная культура, возделываемая в Предкамье Республики Татарстан. Ее урожайность отражает состояние АПК на сегодняшний день в целом и интенсификацию земледелия данной территории.
Климатические условия имеют очень большое влияние на получение урожая. От температурного режима и количества получаемых осадков в течение вегетационного периода растений напрямую зависит количество и качество урожая. Как видно из таблицы 2, урожайность яровой пшеницы варьирует по годам от 8,2 до 35,2 ц/га, что можно объяснить постоянно изменяющимися климатическими условиями, которые заметно осложняют мониторинг продуктивности сельскохозяйственных угодий.
Содержание подвижного фосфора и подвижного калия за все годы имеют довольно близкие значения, за исключением первого цикла агрохимического обследования, когда они были равны соответственно 51,9 мг/кг и 100,8 мг/кг. За все годы динамика их содержания имеет волнообразный характер. Максимальные значения у фосфора и калия равны 157,2 и 151,4, минимальные – 51,9 и 145,1. Оба максимума характеризуют 10 тур обследования.
Кислотность солевой суспензии колеблется в пределах от 5,3 до 5,8 единиц рН. Сейчас уровень pH почвы зафиксирован на отметке 5,7. Насыщенность почвы минеральными удобрениями в среднем составляет 86,6 килограмм на гектар. Показатель изменчивости для этого параметра – 56,2%.
На каждый гектар земли было внесено 4,4 тонны навоза. Годовой объем внесения навоза варьируется в диапазоне от 1,6 до 6,6 тонн, с коэффициентом вариации 32,3%, а в среднем 3,8 тонн на гектар.
Ежегодная площадь известкования земель в районе колеблется от 3,4 до 11,4 тысяч гектаров. Средний размер обрабатываемой пашни составляет 5,74 тысяч гектаров, при коэффициенте вариации, равном 55%.
Вышеприведенные данные определяют зависимость урожайности яровой пшеницы от количества внесенных удобрений. Подтверждают эту зависимость полученный коэффициент корреляции, который для фосфора равен 0,61 (R2 = 0.37, p<0.05) а для калия – 0,67 (R2 = 0.46, p<0.05). Наряду с полученными коэффициентами корреляции рассчитаны уравнения регрессии (1, 2).
(1),
(2).
Используя представленные формулы, становится возможным прогнозировать урожайность яровой пшеницы на заданном участке.
Выводы. 1. С 1972 года, за 52 года в Высокогорском районе на каждый гектар возделываемых земель применялось 4501 килограмм действующих веществ минеральных удобрений и 198,3 тонны органического удобрения, что в пересчете на ежегодное внесение приходится 90 килограмм на гектар и 4 тонны на гектар удобрений соответственно. Внесение по годам минеральных удобрений в хозяйствах Высокогорского района существенно варьируют, коэффициент вариации равен 56,2 %.
2. Использование как минеральных, так и органических удобрений существенно повысило продуктивность посевов яровой пшеницы. С 1972 по 2023 год урожайность увеличилась на 18,9 центнера с каждого гектара.
3. Широкое применение минеральных и органических удобрений обеспечило высокое содержание подвижного фосфора, тогда как уровень подвижного калия остался на повышенном уровне. Это повлияло на изменение концентрации фосфора в пахотном слое (в диапазоне от 51,9 до 157,2 мг/кг) и доступного калия (от 96,9 до 145,1 мг/кг).
4. Показатели урожайности яровой пшеницы напрямую связаны с изменениями в содержании доступных форм питательных элементов. Статистические данные показывают достоверную степень взаимосвязи показателей (коэффициент от 0,61 до 0,67).
