Спосіб оптимізації фосфатного режиму чорнозему звичайного в умовах зрошення

Реферат: Спосіб оптимізації фосфатного режиму чорнозему звичайного в умовах зрошення включає внесення у ґрунт одноразово в запас органічних та мінеральних добрив під основний обробіток ґрунту. Як органічні добрива використовується гній, а мінеральні - аміачна селітра, подвійний гранульований суперфосфат і калімагнезія, які вносяться один раз на 7 років - в дозі 40 т/га гною + N60P60K15; один раз на 9 років - в дозі 100 т/га гною + N100P100K30; один раз на 12 років - в дозі 200 т/га гною + N200Р200K60. UA 111209 U (54) СПОСІБ ОПТИМІЗАЦІЇ ФОСФАТНОГО РЕЖИМУ ЧОРНОЗЕМУ ЗВИЧАЙНОГО В УМОВАХ ЗРОШЕННЯ UA 111209 U UA 111209 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до сільського господарства та дозволяє оптимізувати фосфатний рівень зрошуваних чорноземів з метою збереження і розширеного відновлення їх родючості, бездефіцитного балансу елементів мінерального живлення рослин у ґрунті, підвищення врожайності вирощуваних культур. Для отримання високих врожаїв сільськогосподарських культур необхідно щорічно вносити у ґрунт оптимальну кількість мінеральних добрив, які забезпечують потреби рослин у поживних елементах. Проте практика показує, що в останні роки внаслідок об'єктивних і суб'єктивних обставин вносять значно меншу кількість добрив, особливо фосфорних, що призводить до стресового стану рослин, зниження врожайності сільськогосподарських культур та якості кінцевої продукції. У зв'язку з цим проблема використання фосфору в сучасному землеробстві є досить гострою. Фосфор - необхідний елемент живлення, що забезпечує енергетичні процеси в клітинах рослин. Він покращує цвітіння, сприяє його рясності та довготривалості, збільшенню плодоношення, прискорює розвиток кореневої системи, підвищує стійкість рослин до перепаду температур. Забезпечення фізіологічно збалансованого співвідношення азоту і фосфору в живленні рослин сприяє підвищенню стійкості рослин до грибкових захворювань [патент України № 90473, МПК A01N63/00 А01В 79/02 (2006.01) опубл. у бюл. № 10, 2014 p.]. Фосфор у ґрунтах належить до біогенних елементів і його накопичення в гумусовому горизонті є результатом багатовікового процесу його біологічного переносу з більш глибоких шарів ґрунту. Освоєння та тривале сільськогосподарське використання чинить суттєвий вплив на зміни вмісту в них різних форм фосфору. Для правильного використання природних запасів фосфатів необхідні знання якісного та кількісного вмісту різних їх форм та встановлення тих форм сполук фосфору твердої частини ґрунту, які є основним джерелом поповнення рухомих фосфатів. Відомий спосіб регулювання фосфорного живлення рослин [Каюмов М.К. Справочник по программированию урожаев. - М.: Россельхозиздат, 1977, 188 а], який включає визначення вмісту рухомих форм фосфору за даними картограм забезпеченості ґрунтів NPK у мг/кг, перерахунок його вмісту з врахуванням об'ємної ваги ґрунту (г/см) та глибини розрахункового шару ґрунту у кг/га. Можливе використання фосфору з ґрунту рослинами для формування врожаю основної та побічної продукції культур знаходять на основі середніх для кожної культури коефіцієнтів використання поживних речовин з ґрунту (К п). Цю величину віднімають від загального виносу. Різниця між ними складає ту частину фосфору, яку необхідно внести. В ці дози вводять поправку, визначаючи необхідну дозу фосфорних добрив з врахуванням середнього для кожної культури коефіцієнта використання поживних речовин із добрив (К у) в перший рік їх внесення. При одночасному внесенні органічних та мінеральних добрив, дозу фосфорних добрив, яку необхідно внести з мінеральними добривами зменшують, враховуючи кількість органічних добрив, вміст в 1 т органічних добрив фосфору та коефіцієнт використання поживних речовин органічних добрив (Ко). Необхідну кількість фосфорних добрив визначають з врахуванням вмісту діючої речовини добрив %. Недоліком даного аналогу є наступне. При такому розрахунку не враховується післядія органічних та мінеральних добрив, внесених під попередник. Прогнозування умов фосфорного живлення рослин та розрахунок доз фосфорних добрив з використанням розрахунковобалансових методів, основаних на розрахунку виносу поживних речовин врожаями і використання елементів живлення з ґрунту та добрив сильно спотворює реальні умови фосфорного живлення рослин і необхідність їх в фосфорних добривах внаслідок відсутності пропорційних зв'язків: по-перше, між вмістом в орному шарі ґрунту рухомого фосфору і коефіцієнтом використання поживної речовини з ґрунту; по-друге, між дозами застосовуваних фосфорних та органічних добрив і коефіцієнтом використання поживної речовини з добрив при різних урожаях сільськогосподарських культур. Відомий спосіб діагностики і регулювання фосфатного рівня ґрунту та забезпечення рослин фосфором [Михайлов Н.Н., Книпер В.П. Определение потребности растений в удобрениях. - М.: Колос, 1971. - 256 с], що включає проведення періодичного агрохімічного обстеження ґрунту з відбором зразків з орного шару ґрунту, підготовку ґрунтових зразків до аналізу та проведення хімічного аналізу ґрунту у стандартних витяжках на вміст рухомих форм фосфору у мг/кг. Фосфатний рівень ґрунту встановлюють шляхом порівняння фактичного вмісту в орному шарі ґрунту рухомого фосфору у мг/кг з експериментально встановленими градаціями за ступенем забезпеченості ґрунту рухомими формами фосфору у мг/кг. Дозу фосфорних добрив, яка б забезпечувала формування високих врожаїв, встановлюють шляхом віднімання загального винесення фосфору на запланований урожай та можливого використання фосфору з ґрунту при фактичному його вмісті (відповідно до градацій за ступенем забезпеченості ґрунту рухомими формами фосфору). Різницю між ними поповнюють за рахунок органічних та мінеральних 1 UA 111209 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 добрив. Кількість добрив, яку необхідно внести на запланований урожай встановлюють на основі коефіцієнтів використання рослинами поживних речовин з добрив. Проте зазначений спосіб не враховує величин виносу цього елемента у конкретній сівозміні, природних багаторічних процесів мобілізації фосфору у ґрунті і міграційних процесів його глибше орного шару та призводить до помилок у визначенні потреби рослин у додатковому фосфорному живленні. Відомий також спосіб (прототип) визначення тривалості післядії фосфорних добрив за патентом України № 86728, МПК G01N 33/24 (2006.01) опубл. у бюл. № 1, 2014 р. Спосіб визначення тривалості післядії фосфорних добрив, який включає відбір зразків з орного шару ґрунту, проведення їх хімічного аналізу з визначенням вмісту рухомих форм фосфору, статистично-математичний обробіток отриманих даних, одержання показників рівня забезпеченості ґрунту фосфором, який відрізняється тим, що статистично-математичний обробіток проводять на основі бази довгострокових дослідів, доповнених вище отриманими даними, встановлюють закономірність зміни фосфатного стану ґрунту після останнього внесення фосфорних добрив та на основі одержаних даних будують математичну модель та одержують рівняння регресії, за допомогою якого прогнозують тривалість післядії фосфорних добрив: 2 Р2О5 (розрахунк.) = 17,5896 - 0,2975Х + 0,0011Х , де Р2О5 (розрахунк.) - розрахунковий вміст рухомих форм фосфору, мг Р2О5/100 г ґрунту; X - кількість років післядії фосфорних добрив; 17,5896 - константа рівняння. Недоліком цього способу є те, що пропонований спосіб відображає закономірність зміни фосфатного стану ґрунту з врахуванням основних факторів поступового зниження вмісту рухомих фосфатів у орному шарі чорнозему типового у зерно-кормовій сівозміні в богарних умовах і не враховує впливу зрошення на фосфатний режим ґрунтів. Зрошення створює передумови для більшої динамічності рухомих поживних речовин, ніж на богарі, призводить до зменшення всіх груп мінеральних фосфатів та закріплення їх у вигляді фосфорорганічних сполук. Відповідно, зрошення створює умови до утворення важкорозчинних груп фосфатів, тим самим створює дефіцит в фосфатному живленні рослин. Це потребує внесення підвищених доз мінеральних та органічних добрив. В основу корисної моделі поставлено задачу розробити спосіб визначення тривалості післядії фосфорних добрив з врахуванням шляхів трансформації фосфатів в чорноземах звичайних під впливом зрошення і різних агротехнічних умов і встановлення періодичності внесення фосфорних добрив в умовах зрошення, що дасть змогу оптимізувати фосфатний режим зрошуваних чорноземів, а тим самим підвищити ефективність використання фосфорних добрив. Дана задача вирішується способом оптимізації фосфатного режиму чорнозему звичайного в умовах зрошення, який включає внесення у ґрунт органічних та мінеральних добрив в поєднанні з різною глибиною оранки і відрізняється тим, що на основі вивчення дії та післядії одноразового внесення в запас різних норм органічних і мінеральних добрив в поєднанні різною глибиною оранки (25-27 і 40-50 см) на урожай сільськогосподарських культур обґрунтована періодичність внесення добрив: 40 т/га гною + N60P60K15 - один раз в 7 років, 100 т/га гною + N100P100K30 - один раз на 9 років і 200 т/га гною + N200P200K60- раз в 12 років. Розроблений спосіб оптимізації фосфатного режиму чорнозему звичайного в умовах зрошення дозволяє досягти оптимальних показників за балансом поживних речовин, а саме бездефіцитного балансу азоту і калію і перевищення надходження фосфору над виносом до 2025 %. Здійснюється спосіб наступним чином. Восени під глибоку оранку (45-50 см) одночасно вносять гній з комплексом мінеральних добрив зі збалансуванням азоту фосфором (аміачна селітра, подвійний гранульований суперфосфат, калімагнезія) в наступних дозах: 40 т/га гною + N60P60K15 - один раз на 7 років, 100 т/га гною + N 100P100K30 - один раз на 9 років і 200 т/га гною + N200P200K60 - раз на 12 років та протягом вегетаційного періоду культур сівозміни проводять відповідний комплекс агротехнічних заходів, що забезпечує оптимальний фосфатний режим чорноземів в умовах зрошення. Спосіб розроблений співробітниками ПНДЛ-4 Одеського національного університету імені 1.1. Мечникова і пройшов випробування на дослідному полі Очаківського стаціонару. В умовах багаторічного багатофакторного польового досліду на зрошуваному чорноземі звичайному у зерно-кормовій сівозміні були проведені дослідження трансформації фосфатів в чорноземах звичайних під впливом зрошення і різних агротехнічних умов, встановлення тих форм сполук 2 UA 111209 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 фосфору твердої частини ґрунту, які є основним джерелом поповнення рухомих фосфатів та обґрунтування періодичності внесення фосфорних добрив в умовах зрошення. Схема досліду (агротехнічні фони): 1. Оранка на глибину 25-27 см з внесенням 40 т/га гною + N60P60K15; 2. Оранка на глибину 45-50 см з внесенням 40 т/га гною + N60P60K15; 3. Оранка на глибину 45-50 см з внесенням 100 т/га гною + N100P100K30; 4. Оранка на глибину 45-50 см з внесенням 200 т/га гною + N200P200K60. Площа ділянки - 0,15 га, розташування - рендомізоване, повторність - восьмикратна. Як показали дослідження, під впливом зрошення відмічається тенденція збільшення валового вмісту Р2О5 у метровому шарі ґрунту. На дослідній ділянці вихідна кількість Р2О5 складала по шарам 100,0-137,0 мг/100 г ґрунту, через 8 років зрошення 116,5-150,5 мг/100 г ґрунту. Вміст валового фосфору закономірно зменшується вниз по профілю ґрунту. В результаті зрошення в ґрунтовому профілі кількість фосфатів збільшується, особливо це стосується нижніх горизонтів ґрунту. При цьому значно зменшується вміст фракції Аl-Р, збільшується кількість фракції Са-РI, Са-РII і Са-РIII, значно підвищується вміст органофосфатів глибше 40 см. Питома вага органофосфатів збільшується тим більше, чим більша доза органічних та мінеральних добрив була внесена в ґрунт. При цьому найбільше зростання кількості органофосфатів приурочено до шарів ґрунту на глибині заорювання добрив. Для характеристики взаємозв'язку між кількістю рухомих форм Р 2О5 (метод Мачигіна) і фракцій ґрунтових фосфатів, визначених за методом Гінзбург-Лебедєвої, що в деякій мірі дозволяє судити про джерела поповнення рухомих Р2О5, було застосовано регресійний аналіз. На основі одержаних результатів польового досліду побудовано математичну модель та одержано рівняння регресії: Р2О5 (розрахунк.) = -19,039 + 0,183х1+0,275х4-0,213х5+0,297х6+0,315х7, де Р2О5 (розрахунк.) - розрахунковий вміст рухомого фосфору, мг Р2О5/100 г ґрунту; х1 - вміст фракцій Са-РI + Са-РII, мг/100 г ґрунту; х4 - вміст фракції Fe-P органічний, мг/100 г ґрунту; х5 - вміст фракції Са-РIII, мг/100 г ґрунту; х6 - вміст невилуч. Р2О5 (Р2О5 валовий - (Са-PI + Са-РII + Аl-Рмін. + Fe-Рмін. + Са-РIII + Р органічний за методом Мета)), мг/100 г ґрунту; х7 - вміст органічного Р205за методом Мета, мг/100 г ґрунту; -19,039 - константа рівняння. Отримані дані свідчать про значну залежність рухомих фосфатів від фракційного складу 2 ґрунтових фосфатів (R=0,66, R =0,58). Значний зв'язок з вмістом рухомих фосфатів в зрошуваних чорноземах встановлено для вмісту фракції органічних фосфатів (rух 7 = +0,52); фракції фосфатів невилучного залишку (rух 6 = +0,46); фракції фосфатів заліза (rух4) - +0,32. Встановлено незначний обернений зв'язок кількості рухомих фосфатів в зрошуваних чорноземах звичайних з вмістом фракції Са-РI та Са-РII (rух1 = -0,15) та фракції Са-РIII (ryx5 = 0,11). Для фракцій мінеральних фосфатів Аl-Рмін. + Fe-Pмін. (x2) і фосфатів Аl-Р органічний (х3) кореляція недостовірна. Як відомо фракції Са-РI та Са-РII складають ближній запас рухомих фосфатів. Методом парної кореляції нами встановлено залежність вмісту рухомих фосфатів від фракції Са-РI та СаРII окремо. Визначено, що кислі фосфати Са і Mg (Ca-PI) є основним джерелом поповнення рухомих фосфатів (rух Са-РI=0,74 і dyx Са-РI=0,55). Для фракції Са-РII кореляція від'ємна і недостовірна (rух = - 0,15 при tфакт. 0,78). Отримана залежність виражена рівнянням лінійної регресії. Р2О5 (розрахунк.) = 0,598Са-РІ, де Р2О5 (розрахунк.) - розрахунковий вміст рухомого фосфору, мг Р2О5/100г ґрунту; Ca-PІ - вміст фракцій Са-РІ, мг/100 г ґрунту. З метою оптимізації фосфатного режиму зрошуваних чорноземів досліджувалась трансформація фракцій Са-РІ і Са-РІІ в часі на прикладі варіанту з високою запасною дозою добрив (200 т/га гною + N200P200K60). Комплекс внесених в запас органічних та мінеральних добрив сприяє накопиченню рухомих фосфатів в зрошуваних чорноземах як в абсолютному, так і відносному значенні та зберігає цю тенденцію навіть на 8 рік. Внесені в запас добрива на 8 рік їх післядії сприяють збільшенню рухомості фосфатів Са-РІІ і за рахунок них поповнюється фракція Са-РІ (табл. 1). 3 UA 111209 U Таблиця 1 Вихідний вміст Глибина, см 15 20 25 30 35 40 6,1 6,3 1,7 4,1 4,5 1,6 0-30 30-40 50-80 10 % від валового Р2О5 0-30 30-40 50-80 5 мг/100 г ґрунту 16,0 17,2 20,2 10,8 12,2 17,4 Зрошення 3 роки мг/100 г ґрунту % від валового Р2О5 Фракція Са-РІ 10,9 11,9 12,3 Фракція Са-РІІ 20,6 21,8 24,5 Зрошення 8 років % від мг/100 г валового ґрунту Р2О5 8,1 8,8 9,8 19,0 15,6 16,9 11,9 9,75 12,1 15,3 16,1 19,6 24,2 17,8 18,4 15,1 11,1 11,5 Високі норми добрив (200 т/га гною + N200P200K60) значно зменшили відносний вміст фосфатів типу апатиту і фосфориту (фракція Са-РІІІ), тоді як в результаті післядії 40 т/га гною + N60P60K15 їx кількість не змінилась. Проведені дослідження з визначення вмісту рухомих фосфатів дозволили розрахувати тривалість післядії різних норм органічних добрив на збільшення кількості рухомих фосфатів. В результаті дослідження тривалості післядії органічних добрив, отримано масив даних для побудови рівняння регресії. Показники враховувались до глибини заорювання добрив. В результаті статистично-математичної обробки даних польового досліду отримано рівняння регресії, яке має наступний вигляд: Р2О5 (розрахунк.) = 8,615+0,018 Х1-0,583 Х2, де Р2О5 (розрахунк.) - розрахунковий вміст рухомого фосфору, мг Р2О5/100 г ґрунту; х1 - норма органічних добрив, т/га; х2 - кількість років післядії; 8,615 - константа рівняння. Отримана функція з достатньою точністю і статистичною достовірністю 0,99 по Ст'юденту описує експериментальні дані. За допомогою одержаного рівняння регресії шляхом підстановки (х1), що відповідає нормі органічних добрив можна розрахувати на який рік затухає післядія добрив і необхідне їх повторне внесення. Так, при внесенні 40 т/га гною його післядія затухає через 7 років; 100 т/га - через 9 років; 200 т/га -12. На основі вивчення дії та післядії одноразового внесення в запас різних норм органічних і мінеральних добрив в поєднанні з різною глибиною оранки (25-27 і 40-50 см) на урожай сільськогосподарських культур та валовий вміст фосфору і фракційний його склад обґрунтовано періодичність внесення добрив: 40 т/га гною + N60P60K15 - один раз в 7 років, 100 т/га гною + N 100P100K30 - один раз в 9 років і 200 т/га гною + N200P200K60 - раз в 12 років. Внесення підвищеної кількості гною (100-200 т/га) та мінеральних добрив (N100-200P100-200K3060), в поєднанні з поглибленням оранки до 40-50 см рекомендується розглядати як засіб меліоративного порядку, що призводить до багаторічного покращення ґрунтових умов. В економічному відношенні такі заходи окупаються в перші 3-4 роки. Приклад 1. Результати досліду пройшли виробничу перевірку на території землекористування ДП племрепродуктор "Степове" на площі 680 га чорнозему звичайного важкосуглинкового. Чергування культур: кукурудза на силос, озима пшениця, озима пшениця, кукурудза на зелений корм, однорічні трави, кормовий буряк, суданка з кукурудзою на силос, зернобобова суміш з підсівом багаторічних трав. Агротехніка вирощування культур типова для даної зони. Поливи культур у досліді проводили водою з р. Півд. Буг. Мінералізація води - 0,43 3 0,8 г/дм . Зрошувальна норма коливалась в роки досліджень від 1200 до 3500 м /га. Поливна 3 норма 350-600 м /га. Поливами, з врахуванням біологічних особливостей культур, підтримувалась вологість ґрунту на рівні 70-80 % НВ. В результаті внесення 40 т/га гною + N 60P60K15 на 7 рік післядії запаси валового фосфору наближаються до вихідного вмісту. Тоді як внесення 200 т/га гною + N 200P200K60 на 7 рік післядії сприяє накопиченню валового фосфору в метровому шарі ґрунту (табл. 2). 4 UA 111209 U Таблиця 2 Глибина, см 0-30 30-40 40-50 50-80 80-100 0-100 5 10 15 20 25 Контроль 0,139 0,127 0,120 0,113 0,100 17,9 Варіант І Варіант II 0,140 0,137 0,140 0,140 0,134 0,134 0,127 0,139 0,115 0,118 Запаси валового фосфору 18,0 18,8 Варіант III 0,160 0,157 0,150 0,140 0,122 Варіант IV 0,160 0,160 0,150 0,140 0,130 20,4 23,0 Комплекс внесених в запас органічних та мінеральних добрив на восьмий рік їх післядії сприяє накопиченню рухомих фракцій Са-Р1, накопиченню фосфатів Fe, особливо зв'язаних з органічною речовиною, зменшує відносний вміст високоосновних фосфатів Са і Mg, зменшує кількість невилучного залишку. Вміст фракції Са-РІ добрив збільшується із збільшенням норм добрив. Поглиблення орного шару до 50 см знижує вміст фракції АІ-Р. В нижніх шарах ґрунту ця фракція взагалі відсутня. Вміст рухомого фосфору в шарі 0-30 см за період дослідження змінювався в широких межах від 1,2 до 10,7 мг/100 г ґрунту, що обумовлено різною потребою культур в фосфорі, різними дозами добрив в підживленні, а також залежністю кількості рухомого фосфору від вологості та температури ґрунтів, що визначаються погодними умовами. В період вегетації сільськогосподарських культур відбувається безперервний перехід валового фосфору в рухомий стан. Внаслідок чого, не дивлячись на винесення фосфатів рослинами, кількість доступного для них фосфору залишалась на одному рівні, а нерідко й збільшувалась. Внесення 200 т/га гною + N200P200K60 на фоні зональної агротехніки створює передумови для отримання стабільних прибавок врожаю в кормовій сівозміні на 25 % на протязі 11 років. Таким чином встановлено, що пропонований спосіб оптимізації фосфатного режиму ґрунтів з застосуванням органо-мінеральної системи добрив є більш економічно ефективний ніж прототип тому, що сприяє підвищенню здатності ґрунту поповнювати запаси рухомого фосфору і таким чином ліквідації його дефіциту, що й спостерігалось в польових умовах під час живлення рослин. Встановлена періодичність внесення фосфорних добрив в умовах зрошення враховує шляхи трансформації фосфатів в чорноземах звичайних під впливом зрошення, що дає можливість оптимізувати фосфатний режим зрошуваних чорноземів, а тим самим підвищити врожайність вирощуваних культур на 20-25 %. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 30 35 Спосіб оптимізації фосфатного режиму чорнозему звичайного в умовах зрошення, який включає внесення у ґрунт одноразово в запас органічних та мінеральних добрив під основний обробіток ґрунту і, який відрізняється тим, що як органічні добрива використовується гній, а мінеральні аміачна селітра, подвійний гранульований суперфосфат і калімагнезія, які вносяться один раз на 7 років - в дозі 40 т/га гною + N60P60K15; один раз на 9 років - в дозі 100 т/га гною + N100P100K30; один раз на 12 років - в дозі 200 т/га гною + N200Р200K60. Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5