Информационное агентство "Светич". Сайт о сельском хозяйстве. 16+

Особенности внутрипольной вариабельности плодородия почв

Особенности внутрипольной вариабельности плодородия почв
Эффективность дифференцированного применения удобрений и других агрохимических средств, как известно, во многом зависит от внутрипольной вариабельности почвенного плодородия и состояния посевов. На выровненных по плодородию участках дифференциация доз удобрений, по логике вещей, совершенно не требуется. Многие исследования по изучению эффективности дифференцированного внесения удобрений как в нашей стране, так и за рубежом показали, что оно экономически далеко не всегда оправдывается, так как не учитывается  уровень, выраженность внутрипольной пестроты плодородия почвы.
 
В частности, по результатам многолетних работ по дифференцированному применению азотных удобрений под семенной картофель в штате Айдахо (США) [1] показано, что прибавка урожая по сравнению с традиционным внесением удобрений была в целом невелика, а прибыль от дифференциации доз азота не покрывала затрат на применение новой технологии. И это не единичная информация такого рода. В итоге в последнее десятилетие отмечается некоторый спад интереса  практиков к дифференцированному применению агрохимических средств, теоретически объясняемый циклическим развитием новых агротехнологий [2].
 
При этом основанием для оптимистического прогноза на обозримое будущее точного земледелия служит надежда на более глубокую разработку теоретических вопросов и более системное его информационно-техническое обеспечение. Наши исследования показали, что для практического использования технологий дифференцированного применения удобрений необходим более точный учет особенностей внутрипольной вариабельности почвенного плодородия и минерального питания растений, в том числе ограничивающих его ожидаемую эффективность. Установлено несколько общих закономерностей внутрипольной вариабельности агрохимических показателей, которые могут иметь значение для технологий точного земледелия в условиях его практического внедрения [3]. Показано, что площадь внутрипольных участков с различной реакцией почвенной среды, содержанием гумуса, подвижных форм фосфора и калия в принципе соответствует закону нормального распределения, поскольку обычно описываются квадратичными регрессиями.
 
Так, из 400 делянок агрополигона на Центральной опытной станции ВНИИ агрохимии им. Д.Н. Прянишникова (каждая площадью 10 х 10 м), более половины приходилось на делянки с содержанием подвижного фосфора в почве от 151 до 200 мг/кг, а численность делянок с меньшим и большим содержанием подвижного фосфора не превышала 4-х десятков, т.е. наименьшую площадь  агрополигона занимали делянки с низкими и высокими значениями, наибольшую – со средними значениями данного агрохимического показателя (рис. 1).
 
Рис. 1. Характер распределения равновеликих делянок (100 м2)
агрополигона ЦОС ВНИИА по содержанию в почве подвижного фосфора (по Кирсанову).
 
Отсюда следует, что в дифференцированном внесении  удобрений, в данном случае – фосфорных, нуждались делянки с крайними значения  содержания подвижного фосфора: низкоплодородные – в повышенных дозах, высокоплодородные – в пониженных или не нуждались вовсе.  На делянках со среднеплодородной почвой, нуждающихся в средних дозах фосфора, дифференциация доз фосфорных удобрений могла и не требоваться. Это подтверждается следующей особенностью внутрипольной вариабельности плодородия почв, которую рассмотрим на примере того же агрополигона и содержания подвижного фосфора в почве. Исследования показали, что наибольшая вариабельность данного агрохимического показателя отмечается как раз на участках с относительно меньшими и большими его значениями при снижении вариабельности в среднем интервале (рис. 2). Если при средних показателях содержания подвижного фосфора в почве коэффициенты вариации этих показателей были менее 5%, то на участках с маргинальными значениями (≤ 115 мг/кг и ≥287 мг/кг) превышали 15-25%. Коэффициент аппроксимации, т.е. корреляции между теоретически рассчитанными и фактическими данными (R), составил 0,89.
 
Рис. 2. Вариабельность содержания подвижного фосфора в почве
400 делянок агрополигона ЦОС ВНИИА.
 
Таким образом, эффективность дифференцированного внесения удобрений в каждом конкретном случае, как и на агрополигоне,  будет зависеть от соотношения  участков с маргинальными значениями агрохимических показателей к участкам со средними их значениями на данном поле: чем выше это соотношение, тем выше эффективность дифференциации доз. Однако численность участков с маргинальной агрохимической характеристикой почвы, что следует из предыдущей особенности, находятся по краям  кривой нормального распределения. Их общая площадь значительно меньше площади участков со средними для данного поля агрохимическими показателями, что является определенным ограничением эффективности дифференцированного внесения удобрений в целом.
 
Следующая особенность  внутрольной пестроты  плодородия почв относится не столько к собственно плодородию почв, сколько к использованию питательных веществ почвы растениями. Она заключается в том, что  урожайность культур варьирует в большей степени, чем  внутрипольные показатели плодородия почвы. По  рис. 3 видно, что на 400 делянках агрополигона коэффициент вариации урожайности сена однолетних трав (V = 41%) значительно ниже коэффициентов вариации легкоподвижных форм фосфора (V = 52%) и калия (V = 62%).
 
Рис. 3. Вариабельность урожайности сена однолетних трав
и легкоподвижных форм фосфора и калия в почве агрополигона
 
Данный эффект вызван физиологической пластичностью растений, их способностью при недостатке питания усиливать развитие корневых систем, повышать их воздействие на труднорастворимые питательные вещества почвы [4, 5]. Подобная приспособительная реакция растений, направленная на их нормальное функционирование, вместе с тем снижает различия в урожайности сельскохозяйственных культур на участках с неодинаковым уровнем плодородия почвы и, соответственно, прибавки урожая от дифференцированного внесения удобрительных средств. Такая тенденция усугубляется следующей особенностью питания растений при их удобрении, а именно повышением эффективности удобрений, т.е. относительных прибавок урожая, на менее плодородных участках по сравнению с более плодородными.
 
Рис. 4. Влияние фосфорных удобрений на прибавку урожайности сельскохозяйственных культур в зависимости от обеспеченности почв подвижным фосфором
 
На рис. 4 показано, что со снижением обеспеченности карбонатных почв Северного Кавказа фосфатами прибавки урожайности ряда сельскохозяйственных культур (озимой пшеницы, сахарной свеклы, кукурузы, подсолнечника, люцерны), по статистически обработанным данным,  в среднем характеризуются возрастающей регрессионной кривой. Сопоставление в полевых и производственных опытах урожайности культур между вариантами с дифференцированным и  традиционным применением удобрений во многих случаях по этой причине может указывать на недостаточную эффективность новой технологии (без  снижения эффективности дифференциации доз по существу). Например,  исследованиями по дифференцированному внесению азотных удобрений на выщелоченном черноземе под яровую пшеницу в Тюменской области установлено, что при ограниченных дозах азотных удобрений в расчете на урожайность зерна 2 т/га дифференцированное внесение азота не давало преимуществ, прежде всего экономических, по сравнению с применением удобрений усредненной дозой. Растения за счет почвенного азота в определенной степени нивелировали разницу в невысоких дозах удобрений, внесенных на разные участки поля.  И только при удвоении доз азота  адаптационная  способность растений была перекрыта, и дифференцированное внесение удобрений выявило его преимущество по сравнению с применением фиксированной дозы [6]. Отсюда следует вывод о том, что при невысоком различии во внутрипольных агрохимических показателях от дифференцированного внесения удобрений, тем более в невысоких дозах, не следует ожидать значительного результата. Как видно из представленного обзора, четыре указанные особенности внутрипольного варьирования почв и посевов в определенной мере могут нивелировать преимущества дифференцированного применения удобрительных средств, что необходимо учитывать при разработке новых агротехнологий.
 
Подобные исследования проводятся в полевом опыте Центра точного земледелия РГАУ – МСХА имени К.А. Тимирязева [7, 8].
 
 
Рис. 5 Содержание гумуса в почве под озимой пшеницей в слое 0-10 см,
%. Осенью 2012 г.
 
Рис. 6. Содержание гумуса в почве под озимой пшеницей в слое 10-20 см, %. Осенью 2012 г.
 
Агрохимическое обследование почвы в посевах озимой пшеницей осенью 2012 г. послужило основанием проведения двух подкормок аммиачной селитрой в период вегетации 2013 г. при дифференцированным внесении по технологии точного земледелия и сплошным способом по традиционной (Рис. 5 и 6). 
Поскольку результаты агрохимического обследования представлены только по содержанию гумуса, то это косвенным образом может свидетельствовать об обеспеченности растений озимой пшеницы азотом.
 
Данные агрохимического обследования весной 2013 г. говорят об относительном нивелировании содержания гумуса по отдельным вариантам опыта, особенно в слое 10-20 см (Рис. 7 и 8).
 
Рис. 7. Содержание гумуса в почве под озимой пшеницей в слое 0-10 см, %.  Весной 2013
 
Рис. 8. Содержание гумуса в почве под озимой пшеницей в слое 10-20 см, %.
Весной 2013 г.
 
Здесь сложнее выделить проблемные участки по содержанию гумуса, а, следовательно, и содержание общего азота. Разница между вариантами технологий и обработок почвы составляет порядка 0,15-0,20%. Так же незначительно различались варианты по содержанию общего азота.  Это привело к тому, что эффект дифференцированного внесения аммиачной селитры в подкормку озимой пшеницы в фазу весеннего кущения и колошения не проявился в ожидаемой результативности. Урожайность по вариантам сплошного и дифференцированного внесения удобрений в этом году оказалась практически одинаковой. Подобная ситуация отмечалась в прошлые годы, за исключением 2012 г. Это дает основание утверждать, что эффективность изучаемого агроприема требует дополнительного исследования (таблица 1).
 
1. Урожайность с.-х. культур по вариантам полевого опыта ЦТЗ, т/га.
 

Технология

Обработка

почвы

Урожайность по годам, т/га

2009

2010

2011

2012

2013

средняя

точная

отвальная

4,25

4,63

3,70

6,31

6,02

4,99

нулевая

5,09

4,11

3.55

6,15

5.87

4.97

традиционая

отвальная

4,28

4,50

3,65

6,53

5,90

4.98

нулевая

5,18

3.85

3,53

6,35

5.82

4,97

 
 
Обобщая представленную информацию, следует отметить, что на сегодняшний день, определены приоритеты полевого опыта ЦТЗ, выявлены тенденции и закономерности. Однако требуется дальнейшая работа по комплексному и системному их представлению и обоснованию. Данная работа будет продолжена с целью дальнейшего освоения и внедрения новых, современных технологий [9, 10].
 
Заключение
 
Мы попытались показать «узкие» места практикуемого в настоящее время дифференцированного внесения удобрений в технологиях точного земледелия, обусловленные недостаточно изученными условиями его применения. Последнее объясняется тем, что ранее проведение полевых опытов во всем мире было ориентировано на их закладку на сравнительно выровненных по плодородию земельных участках. Для развития научных представлений об условиях применения агротехнологий с учетом внутрипольной вариабельности почвенного плодородия  необходимы изыскания именно при ее заметной выраженности, характерной для большинства сельскохозяйственных угодий. Мы совершенно уверены, что за точным земледелием – большое будущее, так как в нем заложены принципы, обоснованность которых доказана всей историей агрономической, в том числе агрохимической, науки. Вместе с тем, для их реализации в реальном сельскохозяйственном производстве необходимо обогащение науки новыми данными, новыми открытиями о взаимодействии факторов в системах почва - удобрение – растение - среда, о чем в свое время говорили  основатель отечественной агрохимии Д.Н. Прянишников и другие отечественные классики земледелия и растениеводства. Во всем мире функционируют десятки научных центров по точному земледелию. Созданы такие центры и в других регионах. Общими усилиями ученых проблема дифференцированного внесения удобрений и других приемов точного земледелия будет успешно решена на основе новейших научных, информационных, технических и технологических разработок, включая использование комплексов наземного и аэрокосмического мониторинга почв и посевов.
 
Р. А. Афанасьев, ВНИИ агрохимии им. Д.Н. Прянишникова
А.И. Беленков, РГАУ – МСХА им. К.А. Тимирязева
 
Журнал "Нивы Зауралья", №11 (111) Декабрь 2013
Комментарии (0)

Нет комментариев. Ваш будет первым!

Яндекс Директ