Исследовательская база: Полесская опытная болотная станция (ПОБС, г. Лунинец Брестской области). Стационарные полевые и лизиметрические опыты 1968–1971 гг.
УДК: 631.432 + 631.811 : 631.445.12
Эффективное плодородие органогенных почв определяется запасами органического вещества. Предполагается, что связь урожая с мощностью торфяной залежи обусловлена различиями в запасах воды и азота. Правомочность такого суждения нуждалась в экспериментальной проверке.
Содержание публикации
- 1. Условия и методика проведения экспериментов (1968–1971 гг.)
- 2. Динамика уровней грунтовых вод и влажности торфяного слоя
- 3. Физиологические показатели водообеспеченности растений
- 4. Продуктивность сельскохозяйственных культур и лизиметрические опыты
- 5. Роль азотных удобрений в нивелировании различий по мощности торфа
- 6. Выводы и практические рекомендации
- 7. Литература
1. Условия и методика проведения экспериментов (1968–1971 гг.)
В 1968–1971 гг. на Полесской опытной болотной станции (Брестская обл.) были выполнены специальные полевые, лизиметрические и лабораторные исследования с целью установления обеспеченности сельскохозяйственных растений водой и азотным питанием и определения роли этих факторов в формировании урожая при различных условиях увлажнения, удобрения и мощности торфяной залежи.
В полевом опыте для тимофеевки, ячменя и картофеля были созданы два варианта водного режима почвы:
- Контрольный (естественный): уровни грунтовых вод складывались под влиянием естественного дренажа и метеоусловий;
- Опытный (со шлюзованием): путем шлюзования уровни грунтовых вод поддерживались на заданной глубине от поверхности почвы.
На эти варианты накладывались два фона удобрений: рекомендуемая доза фосфорно-калийных удобрений и фосфорно-калийные с добавлением азота (РК + N35 кг/га). Мощность торфяной залежи изменялась в диапазоне от 40 до 90 см.
Почва опытных участков развита на древесно-осоково-гипновом торфе, подстилаемом мелкозернистым песком. Содержание азота в пахотном слое колеблется в пределах 2,08–2,63%, фосфора — 0,32–0,44% и калия — 0,10–0,13% на сухую навеску. Зольность составляет 17–37%, степень разложения торфа около 30%.
В лизиметрах (площадью 2 × 2 м) при одинаковой мощности залежи (35 см) были созданы различные нормы осушения: постоянные — 50, 70 и 100 см и переменная — 100–180 см. Подопытная культура — тимофеевка. Удобрения в первые два года — Р60К150 кг/га, в последующие — полное минеральное удобрение.
Лабораторные исследования включали в себя некоторые агрохимические и физиологические анализы с целью определения обеспеченности растений азотом и водой. В динамике определялись в почве подвижные формы азота (нитраты), интенсивность транспирации и концентрация клеточного сока листьев. Урожайные данные подвергнуты статистической обработке (дисперсионный анализ, корреляция и регрессия).
Обеспеченность атмосферными осадками в годы исследований была неодинаковой: в 1968, 1970 и 1971 гг. за вегетационный период выпало соответственно на 23, 20 и 11% больше нормы, а в 1969 г. — на 25% меньше нормы.
2. Динамика уровней грунтовых вод и влажности торфяного слоя
Уровни грунтовых вод колебались в следующих пределах (табл. 1). В 1969 г. в отдельные периоды на опытном участке грунтовые воды поднимались до 85–98 см против 134–146 см на контроле. В среднем за вегетационный период норма осушения для тимофеевки была соответственно 110 и 135 см. Аналогичные изменения, но в несколько другом диапазоне наблюдались в уровенном режиме под ячменем и картофелем.
Таблица 1. Динамика уровней грунтовых вод, см
| Год | Вариант | Апрель | Май | Июнь | Июль | Август | В среднем за май–август | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| II | III | I | II | III | I | II | III | I | II | III | I | II | III | |||
| 1969 | Контроль | 94 | 82 | 104 | 118 | 123 | 124 | 131 | 134 | 134 | 137 | 143 | 149 | 146 | 150 | 135 |
| Шлюзование | 92 | 82 | 103 | 112 | 106 | 87 | 120 | 123 | 85 | 104 | 122 | 108 | 98 | 116 | 110 | |
| 1970 | Контроль | 90 | 110 | 103 | 121 | 119 | 131 | 112 | 130 | 139 | 146 | 150 | 154 | 150 | 148 | 141 |
| Шлюзование | 80 | 90 | 90 | 73 | 63 | 71 | 66 | 82 | 82 | 100 | 99 | 106 | 106 | 132 | 99 | |
| 1971 | Контроль | 119 | 118 | 109 | 117 | 95 | 106 | 111 | 112 | 97 | 107 | 117 | 125 | 130 | 138 | 115 |
| Шлюзование | 104 | 94 | 90 | 96 | 77 | 72 | 69 | 70 | 58 | 70 | 80 | 89 | 94 | 115 | 82 | |
В 1970 и 1971 гг. разница в нормах осушения на контрольном и опытном участках была еще более существенной. Так, под тимофеевкой в 1970 г. в среднем за период май–август уровень воды находился соответственно на глубине 141 и 99 см, а в 1971 г. — 114 и 82 см. В отдельные периоды вегетации разница значительно превышала названные средние величины. Как видно, на дренированном участке можно путем шлюзования значительно повысить уровни грунтовых вод.
В соответствии с глубиной залегания грунтовых вод наблюдались различия во влажности почвы (табл. 2).
Таблица 2. Влажность корнеобитаемого слоя почвы под тимофеевкой (% от объема, на конец декады)
| Год | Вариант | Май | Июнь | Июль | Август | ||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| I | II | III | I | II | III | I | II | III | I | II | III | ||
| 1969 | Контроль | 59,1 | 57,0 | 46,4 | 48,0 | 41,6 | 27,7 | 27,7 | 25,3 | 23,5 | 22,2 | 23,5 | 31,6 |
| Шлюзование | 55,3 | 61,4 | 55,2 | 48,0 | 42,8 | 35,8 | 34,2 | 38,6 | 24,3 | 23,5 | 28,5 | 29,7 | |
| 1970 | Контроль | 57,0 | 60,6 | 64,5 | 61,8 | 62,2 | 50,3 | 37,5 | 46,1 | 35,6 | 42,3 | 47,0 | 45,2 |
| Шлюзование | 56,0 | 63,3 | 63,9 | 66,5 | 68,3 | 60,6 | 56,6 | 57,7 | 56,2 | 52,1 | 54,6 | 51,5 | |
| 1971 | Контроль | 57,9 | 54,5 | 60,8 | 57,6 | 55,5 | 57,3 | 55,0 | 57,5 | 50,5 | 25,6 | 33,7 | 42,5 |
| Шлюзование | 65,0 | 55,3 | 71,5 | 56,1 | 70,2 | 69,6 | 72,0 | 73,7 | 56,0 | 49,5 | 41,2 | 51,2 | |
Так, в 1969 г. в слое 0–50 см (31 мая) влажность почвы была равна 46,4% от объема, а на шлюзованном участке — 55,2%, влагозапасы соответственно 232 и 276 мм. В 1970–1971 гг. разница во влагозапасах достигала 100 мм воды. Менее существенно изменилась влажность пахотного слоя под ячменем и картофелем.
Содержание нитратов под культурами было невысоким, в отдельные периоды вегетации снижалось до 30 мг/кг почвы, причем не удалось установить закономерного влияния азотных удобрений и водного режима на их наличие в пахотном слое почвы, хотя и наблюдалась некоторая тенденция к увеличению их содержания с увеличением влажности почвы. Аналогичная картина отмечена и в лизиметрах, где в 1971 г. при норме осушения 50 см было 153 мг/кг нитратов, при 70 см — 171, при 100 см — 162 и при норме осушения более 100 см — только 120 мг.
Суммарное содержание нитратов (как и влаги), к примеру, в метровом слое почвы естественно было неодинаковым при различной мощности торфяной залежи: увеличение слоя торфа ведет к увеличению запасов воды и азота, что легко установить несложными расчетами.
3. Физиологические показатели водообеспеченности растений
При различных нормах осушения и водных режимах почвы по-разному складывается водообеспеченность растений (табл. 3 и 4).
Таблица 3. Влияние нормы осушения на водный режим растений (в среднем за вегетационный период)
| Культура | Вариант | Интенсивность транспирации, г/г · час | Концентрация клеточного сока, % | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1969 г. | 1970 г. | 1971 г. | среднее | 1969 г. | 1970 г. | 1971 г. | среднее | ||
| Тимофеевка | Контроль | 1,09 | 0,93 | 1,23 | 1,08 | 7,8 | 9,5 | 7,4 | 8,2 |
| Шлюзование | 1,46 | 1,14 | 1,42 | 1,34 | 6,9 | 9,5 | 7,6 | 8,0 | |
| Ячмень | Контроль | 1,21 | 0,94 | 1,44 | 1,20 | 6,1 | 12,6 | 8,5 | 9,1 |
| Шлюзование | 1,42 | 0,83 | 2,11 | 1,45 | 7,5 | 12,1 | 7,6 | 9,1 | |
| Картофель | Контроль | 0,65 | 0,63 | — | 0,64 | 9,2 | 10,0 | — | 9,6 |
| Шлюзование | 0,79 | 0,63 | — | 0,71 | 8,6 | 8,6 | — | 8,6 | |
Приближение уровня грунтовых вод к поверхности почвы заметно улучшает водообеспеченность тимофеевки. Интенсивность транспирации в полевом опыте увеличилась при шлюзовании в среднем за три года с 1,08 до 1,34 г/г · час, а концентрация клеточного сока в листьях снизилась.
Таблица 4. Влияние нормы осушения на водный режим растений тимофеевки в лизиметрах (в среднем за вегетационный период)
| Норма осушения, см | Интенсивность транспирации, г/г · час | Концентрация клеточного сока, % | ||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1968 г. | 1969 г. | 1970 г. | 1971 г. | среднее | 1968 г. | 1969 г. | 1970 г. | 1971 г. | среднее | |
| 50 | 1,38 | 1,26 | 1,36 | 0,96 | 1,24 | 6,5 | 6,4 | 8,6 | 8,1 | 7,4 |
| 70 | 1,44 | 1,50 | 1,42 | 0,96 | 1,33 | 7,1 | 6,6 | 8,2 | 7,6 | 7,4 |
| 100 | 1,27 | 1,26 | 1,30 | 0,93 | 1,19 | 7,2 | 7,6 | 8,7 | 6,6 | 7,5 |
| 100–180 | 1,10 | 1,21 | 1,01 | 0,94 | 1,06 | 7,5 | 8,9 | 9,4 | 8,4 | 8,6 |
По данным лизиметрического опыта, водообеспеченность этой культуры была лучшей при норме осушения 70 см. Заметное ухудшение водообеспеченности растений наблюдается при понижении уровня грунтовых вод глубже 100 см: интенсивность транспирации снизилась с 1,33 до 1,06 г/г · час, а концентрация клеточного сока соответственно увеличилась с 7,4 до 8,6%. При норме осушения 50 см отмечено также некоторое ухудшение водообеспеченности. Однако в целом на основании четырехлетних исследований следует признать допустимым диапазон колебаний уровней грунтовых вод от 50 до 100 см. Водообеспеченность и урожай при этом мало различаются (табл. 3–5).
4. Продуктивность сельскохозяйственных культур и лизиметрические опыты
В полевом опыте приближение грунтовых вод к поверхности почвы (менее 100 см) способствовало увеличению урожая тимофеевки (в основном второго укоса) в среднем за три года на 18% (табл. 6). В лизиметрах норма осушения 50–70 см также обеспечила максимальную продуктивность многолетней травы (табл. 5).
Таблица 5. Урожай сена тимофеевки (г/м2) в лизиметрах
| Норма осушения, см | 1968 г. | 1969 г. | 1970 г. | 1971 г. | В среднем за 1968–1971 гг. | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| г/м2 | % | |||||
| 50 | 762 | 569 | 501 | 653 | 621 | 100 |
| 70 | 752 | 573 | 384 | 624 | 583 | 94 |
| 100 | 721 | 475 | 318 | 646 | 540 | 87 |
| 100–180 | 380 | 407 | 168 | 696 | 413 | 66 |
Примечание. В 1970–1971 гг., кроме фосфорно-калийных удобрений, вносились азотные удобрения из расчета N35 кг/га.
Приближение уровней грунтовых вод к поверхности почвы положительно сказывается (хотя и в меньшей степени, чем у тимофеевки) на водообеспеченности ячменя и картофеля. Однако это не сопровождалось увеличением урожая (табл. 3 и 6). У ячменя даже, наоборот, наблюдалась тенденция к снижению урожая зерна в сравнении с контрольным участком на 4 ц/га, или на 12%. Следовательно, у названных культур вода не являлась лимитирующим урожай фактором или же способ увлажнения путем шлюзования сопряжен с отрицательными последствиями для этих культур.
Таблица 6. Урожай сельскохозяйственных культур в зависимости от водного режима и удобрений, ц/га
| Вариант | Доза удобрений | 1969 г. | 1970 г. | 1971 г. | В среднем за 1969–1971 гг. | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| ц/га | % | |||||
| Тимофеевка (сено) | ||||||
| Контроль | Р60К150 | 29,9 | 39,9 | 41,4 | 37,1 | 100 |
| Р60К150N35 | 43,3 | 58,3 | 93,51) | 65,0 | 175 | |
| Шлюзование | Р60К150 | 29,4 | 54,0 | 48,0 | 43,8 | 118 |
| Р60К150N35 | 44,5 | 70,2 | 91,31) | 67,8 | 185 | |
| Ячмень (зерно) | ||||||
| Контроль | Р50К100 | 28,7 | 29,7 | 40,5 | 33,0 | 100 |
| Р50К100N35 | 33,4 | 29,8 | 44,0 | 35,7 | 108 | |
| Шлюзование | Р50К100 | 25,9 | 27,8 | 33,7 | 29,1 | 88 |
| Р50К100N35 | 32,2 | 31,8 | 40,8 | 34,9 | 106 | |
| Картофель (клубни) | ||||||
| Контроль | Р60К150 | 265 | 204 | — | 235 | 100 |
| Р60К150N35 | 239 | 258 | — | 249 | 106 | |
| Шлюзование | Р60К150 | 261 | 225 | — | 243 | 103 |
| Р60К150N35 | 268 | 258 | — | 263 | 112 | |
Примечание. 1) Азот вносился весной и после первого укоса.
5. Роль азотных удобрений в нивелировании различий по мощности торфа
Внесение азотных удобрений способствует получению значительной прибавки урожая тимофеевки (табл. 6). При внесении N35 кг/га аммиачной селитры весной совместно с фосфорно-калийными удобрениями урожай сена первого укоса увеличился почти в полтора раза, а применение летней подкормки азотными удобрениями (данные за 1971 г.) позволило получить почти такой же урожай сена, как и при первом укосе. Контрольный вариант не давал хозяйственно значимого урожая второго укоса.
Применение азотных удобрений под ячмень и картофель дало некоторый положительный эффект (8–12%), особенно заметный (до 20%) при внесении их под ячмень на относительно влажном участке.
Математический анализ связи урожая и мощности торфяного слоя
Выполненные трехлетние исследования подтверждают ранее полученные экспериментальные данные об увеличении урожая с увеличением мощности залежи. Коэффициент корреляции между урожаем сена тимофеевки и глубиной торфа в пределах 40–90 см равен r = 0,67 ± 0,13. Корреляция существенна на 0,1-процентном уровне значимости (уравнение линейной регрессии: y = 11,3 + 0,37x).
Увеличение влажности почвы (при шлюзовании) несколько уменьшило корреляционную связь (r = 0,55 ± 0,14, y = 14,6 + 0,3x), но и в этом случае связь была существенной.
При внесении же азотных удобрений корреляционная связь между глубиной торфа и урожаем практически отсутствовала (на контроле r = 0,28 ± 0,17, при шлюзовании r = 0,31 ± 0,16 — корреляция несущественна). Таким образом, применением азотных удобрений удалось практически ликвидировать разницу в эффективном плодородии при различной мощности торфа.
6. Выводы и практические рекомендации
- Водообеспеченность сельскохозяйственных растений на маломощной органогенной почве зависит от глубины залегания грунтовых вод. Водообеспеченность тимофеевки в среднем за вегетационный период оказалась лучшей при норме осушения 70 см. Для нее допустим диапазон отклонений нормы осушения в пределах 50–100 см. Понижение грунтовых вод глубже 100 см заметно ухудшает водообеспеченность растений и снижает урожай сена на 18–34%. Шлюзование не оказало положительного влияния на урожай картофеля и ячменя: вода не лимитировала урожай или же увлажнение путем изменения нормы осушения сопряжено с отрицательными факторами для названных культур.
- Наибольший эффект в условиях маломощных торфяников с невысокой степенью разложения торфа дает применение под тимофеевку азотных удобрений. Одновременное улучшение водообеспеченности и азотного питания оказывает суммарное влияние на урожай этой культуры, а прибавка достигает 85%. Урожай ячменя и картофеля слабее реагирует на внесение азота в почву; наибольший эффект (соответственно до 20 и до 10%) получен при норме осушения менее 100 см.
- Азотные удобрения нивелируют разницу в эффективном плодородии органогенных почв с различной мощностью залежи, а отдача от их применения возрастает с уменьшением глубины торфа. Менее существенное нивелирующее влияние на урожай тимофеевки оказало улучшение водного режима почвы. Следовательно, разница в эффективном плодородии почв с различной мощностью торфяной залежи, развитых на древесно-осоково-гипновом торфе со степенью разложения около 30%, обусловлена в первую очередь запасами азота и в меньшей мере воды.
7. Литература
- Гусев Н. А. Некоторые методы исследования водного режима растений. — Ленинград, 1960.
- Дадыкин В. П. Особенности поведения растений на холодных почвах. — Москва, 1952.
- Маркович И. И., Лосицкая Р. В., Тишкович А. В. Использование торфа в сельском хозяйстве: сб. статей. — Минск, 1971.
- Скоропанов С. Г. и др. Весці АН БССР, серыя сельскагаспадарчых навук, № 4, 1970.
Рукопись поступила в редакцию 19 декабря 1971 года.