Dynamics of phosphorus reserves in the soil due to intensive use of arable land
- Authors: Sidakova M.S.1, Egorova E.M.1, Tiev R.A.1, Kishev A.Y.1
-
Affiliations:
- Kokov Kabardino-Balkarian State Agricultural University
- Issue: Vol 27, No 2 (2025)
- Pages: 130-138
- Section: General farming and crop production
- URL: https://ogarev-online.ru/1991-6639/article/view/294410
- DOI: https://doi.org/10.35330/1991-6639-2025-27-2-130-138
- EDN: https://elibrary.ru/SOFPUM
- ID: 294410
Cite item
Full Text
Abstract
The article presents the results of research on one of the most pressing problems – the study of the dynamics of phosphorus reserves in the soil under conditions of intensive use of arable land, including the main factors influencing the change in phosphorus content, including agrotechnical practices, fertilization, soil erosion and biological activity. The purpose of the study is to determine the dynamics of phosphorus reserves in the soil due to intensive use of arable land. The scientific novelty lies in the fact that special attention is paid to the effects of long-term agriculture on phosphorus balance and soil fertility. The experiments, observations and records were carried out according to the methodology adopted in agronomy. As a result of research, it is important to note that the phosphorus content for this period under alfalfa corresponds to the content of P2O5 under annual crop crops. In a 10–40 cm soil layer, the phosphorus content turns out to be almost equal under all crops and black steam, but 23–12% less than in a field undergoing semi-steam treatment. In the 40–100 cm soil layer, the P2O5 content is leveled under alfalfa, black fallow, and chilly and is 14–28% less than in crop crops of annual crops, i.e. the opposite pattern is observed compared to the overlying soil layers, which is due to the redistributing role of the root system and the decomposition of crop and root residues. And according to the dynamics of P2O, depending on the method of using arable land and its precursors under the rye mixture, it can be said that the powerfully developed alfalfa root system increases the mobility of phosphates. During the analyzed period, only the alfalfa root system in the 40–100 cm soil layer supports phosphorus activity. In fields unoccupied by plants, phosphorus binds to sedentary forms. A similar pattern is typical for the entire meter-high soil layer. According to the results of the conducted research, it can be said that phosphorus, which is part of the crop and root residues of crops previously growing in the field, is insured against possible transformations in the soil and, like contained in manure, is easily accessible by this time to a new generation of plants (winter – basic and intermediate, corn and Therefore, the retention of N, P2O5, K2O and other macro- and microelements from fertilizers and soil in the crop-root sediments of plants is a well-known phenomenon, but not yet actively used.
Full Text
Введение
В решении продовольственной программы важное место отводится интенсивному использованию пашни посредством сочетания однолетних основных и промежуточных культур, выращивания многолетних трав в условиях достаточного увлажнения и при орошении путем исключения из севооборотов межкультурных периодов в виде зяби, пара [1, 2, 3].
Интенсивное использование пашни по-своему влияет на динамику запасов и режим элементов питания, о чем в свое время нами было сообщено. Что касается фосфатного режима почвы, то предлагаемые материалы являются оригинальными [4, 5].
Мицеллярно-карбонатные черноземы Северного Кавказа отличаются пониженным содержанием доступного фосфора, и сельскохозяйственные культуры, выращиваемые на них, эффективно реагируют на внесение фосфорных удобрений [6, 7]. Это требует тщательного изучения процессов, связанных с расходом фосфора в севооборотах, насыщенных различными культурами – зерновыми, техническими, кормовыми, возделываемыми в основных и промежуточных посевах.
Поля, не занятые культурами, не только не способствуют накоплению доступных фосфатов, но даже имеют тенденцию к снижению их содержания, особенно в осенне-зимне-весенний период, совпадающий с отсутствием в почве живой корневой системы и энергетического материала в виде пожнивно-корневых остатков [8, 9]. Количество же фосфора, поступающего в почву в севообороте, помимо вносимого с удобрениями, определяется размерами накопления растительных остатков, которые в первые 2–3 месяца после запашки минерализуются на 60–70 % [10, 11]. Следовательно, за счет оставшегося количества пожнивно-корневых остатков нельзя ожидать увеличения содержания доступных фосфатов в названный выше период [12].
Цель исследования – определить динамику запасов фосфора в почве в связи с интенсивным использованием пашни.
Задача исследования. Исходя из изложенного, мы поставили задачу изучить динамику запасов P2O5 в связи с различным использованием пашни в севооборотах на предкавказских мицеллярно-карбонатных черноземах. Научная новизна заключается в том, что особое внимание уделено последствиям длительного земледелия для фосфорного баланса и плодородия почв.
Объекты и методы исследований
Детальное описание методики – программы исследований, почвы опытного участка, удобрения сельскохозяйственных культур в севооборотах, методы аналитических исследований – приводится в ранее опубликованных работах. Содержание Р2О5 в почве определяли по Б. П. Мачигину. На каждый гектар независимо от интенсивности использования пашни в севообороте вносили по 60 кг суперфосфата (Р2О5).
При уборке озимой пшеницы, предшествующей посевам пожнивных культур, независимо от способа использования пашни в севообороте (интенсивное, общепринятое) содержание Р2О5 оказывается практически равным.
Результаты исследований
В промежуток обработка почвы – посев пожнивных культур (очень короткий) также не происходит существенных изменений в содержании доступного растениям фосфора. Поэтому в межфазный период посев – всходы пожнивных культур 0–10-сантиметровый слой почвы, в который непосредственно заделываются семена, обеспечен равным количеством P2O5, за исключением пара черного (табл. 1).
Таблица 1. Динамика Р2О5 (кг/га) в зависимости от способа использования пашни в севообороте при орошении
Table 1. Dynamics of P2O5 (kg/ha) depending on the method of using arable land in crop rotation under irrigation
Сроки отбора почвы | Глубина отбора, см | Культура | |||||
кукуруза* | суданская трава* | гречиха* | люцерна* | зябь (контроль) | черный пар | ||
Посев-всходы | 0–10 | 14 | 13 | 14 | 13 | 15 | 21 |
10–40 | 39 | 40 | 39 | 43 | 48 | 37 | |
40–100 | 41 | 40 | 41 | 36 | 35 | 32 | |
0–100 | 94 | 93 | 94 | 92 | 98 | 90 | |
Всходы 5–7 листьев | 0–10 | 16 | 113 | 16 | 17 | 20 | 22 |
10–40 | 35 | 31 | 35 | 37 | 36 | 37 | |
40–100 | 37 | 34 | 38 | 31 | 25 | 31 | |
0–100 | 82 | 78 | 89 | 85 | 81 | 90 | |
Уборка | 0–10 | 16 | 10 | 16 | 18 | 19 | 22 |
10–40 | 32 | 26 | 32 | 30 | 32 | 40 | |
40–100 | 45 | 32 | 45 | 51 | 37 | 36 | |
0–100 | 93 | 68 | 93 | 99 | 88 | 98 | |
Примечание: культура выращивается в пожнивных посевах. Ранняя зябь подвергается полупаровой обработке.
Содержание фосфора на этот срок под люцерной соответствует содержанию Р2О5 под пожнивными однолетними культурами. Сказывается способ использования пашни. В 10–40 см слое почвы содержание фосфора оказывается практически равным под всеми культурами и черным паром, но на 23–12 % меньше по сравнению с полем, подвергающимся полупаровой обработке. В 40–100 см слое почвы выравнивается содержание P2O5 под люцерной, черным паром, зябью и оказывается на 14–28 % меньше по сравнению с пожнивными посевами однолетних культур, т. е. наблюдается обратная картина по сравнению с вышележащими слоями почвы, что обусловливается перераспределяющей ролью корневой системы и разложением пожнивно-корневых остатков.
Отмеченные особенности формирования фосфатного режима по горизонтам почвы в связи со способом использования пашни не отражаются на запасах фосфора в метровом слое почвы.
Корневые системы однолетних культур в 0–10 см слое почвы, за исключением суданской травы, переводят в доступное состояние такое количество фосфора, которого достаточно для питания растений и содержания его в почве всего на 32–24 % меньше по сравнению с полями, на которых отсутствует растительность. Особенно активна корневая система в 10–40 см слое почвы, а в 40–100 см слое почвы содержание фосфора под однолетними пожнивными культурами и люцерной оказывается равным или даже больше, чем в пару черном и на поле, обрабатываемом по типу полупара. Аналогичная картина складывается в уборку пожнивных культур, совпадающую со сроками сева озимых промежуточных культур в севооборотах с интенсивным использованием пашни. Исключение представляет поле из-под суданской травы.
После уборки пожнивных культур в севообороте с интенсивным использованием пашни высеваются озимые промежуточные культуры (вика + рожь**), а в севообороте с общепринятым – после полупаровой обработки почвы – переходит в зябь до посева основных яровых культур. Разрыв между уборкой пожнивных и посевом озимых промежуточных культур сводится до минимума с тем, чтобы уложиться в оптимальные сроки посева озимых (до 10–15.10). В период от уборки пожнивных до посева озимых промежуточных культур, независимо от способа использования пашни в севообороте, содержание Р2О5 в посевном слое почвы (0–10 см) выравнивается и достигает в зависимости от предшественников 11–16 мг/кг почвы (табл. 2).
Таблица 2. Динамика Р2О5 (кг/га) в зависимости от способа использования пашни и предшественников под вика-ржаной** смесью
Table 2. Dynamics of P2O5 (kg/ha) depending on the method of using arable land and predecessors under a vetch-rye** mixture
Сроки отбора почвы | Глубина отбора, см | Предшественники |
| |||||
кукуруза* | суданская трава* | гречиха* | зябь (контроль) | люцерна* | зябь (контроль) | черный пар | ||
Посев-всходы | 0–10 | 16 | 11 | 16 | 14 | 11 | 17 | 20 |
10–40 | 33 | 29 | 33 | 31 | 39 | 39 | 35 | |
40–100 | 35 | 36 | 35 | 33 | 62 | 35 | 35 | |
0–100 | 84 | 76 | 84 | 78 | 112 | 91 | 90 | |
Весеннее отрастание | 0–10 | 23 | 13 | 23 | 22 | 22 | 19 | 20 |
10–40 | 43 | 42 | 43 | 45 | 43 | 43 | 36 | |
40–100 | 49 | 48 | 49 | 51 | 51 | 57 | 59 | |
0–100 | 115 | 103 | 115 | 118 | 116 | 119 | 115 | |
Выход в трубку | 0–10 | 22 | 16 | 21 | 12 | 24 | 20 | 21 |
10–40 | 44 | 43 | 44 | 38 | 49 | 39 | 30 | |
40–100 | 43 | 45 | 55 | 42 | 44 | 47 | 52 | |
0–100 | 109 | 104 | 120 | 82 | 117 | 106 | 103 | |
Уборка | 0–10 | 17 | 13 | 17 | 14 | 23 | 19 | 22 |
10–40 | 37 | 41 | 37 | 38 | 46 | 41 | 33 | |
40–100 | 43 | 44 | 52 | 40 | 33 | 53 | 54 | |
0–100 | 97 | 106 | 106 | 82 | 102 | 113 | 109 | |
Примечания: *– полупаровая обработка почвы в севообороте с интенсивным использованием пашни; **– полупаровая обработка почвы в севообороте с общепринятым использованием машин.
Следовательно, интенсивная обработка почвы в укороченные сроки подготовки не оказывает существенного влияния на содержание фосфора в почве. Мощно развитая корневая система люцерны повышает подвижность фосфатов. В 10–40 см слое почвы четко просматривается положительное последействие корневых систем однолетних пожнивных культур, особенно люцерны; не изменяется содержание фосфора в поле, обрабатываемом по типу полупара, и достоверно уменьшается в черном пару. В анализируемый период только корневая система люцерны в 40–100 см слое почвы поддерживает активность фосфора. В полях, не занятых растениями, фосфор связывается в малоподвижные формы. Аналогичная картина характерна для всего метрового слоя почвы (табл. 1, 2).
С появлением мощно развитой корневой системы (весеннее отрастание) во всех полях, занятых растениями, отмечается резкое увеличение содержания фосфора в 0–10 см слое почвы и неизменными остаются запасы в зяби и черном пару. Аналогичная картина наблюдается по всему метровому слою почвы. Это происходит под влиянием разложения повышенных количеств пожнивно-корневых остатков в севообороте с интенсивным использованием пашни, активной деятельности живых корней, особенно бобовых культур, увеличения степени подвижности за счет систематического применения фосфорных удобрений. В зяби и черном пару отмечено перемещение Р2О5 в глубокие слои почвы.
В условиях Северного Кавказа в зимний период отмечаются частые оттепели. Следовательно, попеременное высушивание и увлажнение почвы в сочетании с промораживанием повышают подвижность адсорбированных ее ионов фосфатов на протяжении всего осенне-зимне-ранневесеннего периода. Еще более активно протекают эти процессы в годы, когда озимые (зимующие) культуры не прекращают вегетацию и в зимний период. Озимые промежуточные (вика–рожь**), люцерна, подсушивая почву по сравнению с черным паром и зябью в севообороте с общепринятым использованием пашни, несмотря на постоянное поглощение фосфора, резко повышают подвижность фосфорно-кислых солей.
Заключение
По результатам проведенных исследований можно сказать, что фосфор, входящий в состав пожнивно-корневых остатков ранее произрастающих на поле культур (озимой пшеницы, кукурузы и других), застрахован от возможных превращений в почве и подобно содержащемуся в навозе легко доступен к этому времени новому поколению растений (озимым – основным и промежуточным, кукурузе и т. д.). Поэтому удержание N, Р2О5, К2О и других макро- и микроэлементов из удобрений и почвы в пожнивно-корневых остатках растений представляет, хотя и известное, но по-настоящему активно еще не используемое явление.
Финансирование. Исследование проведено без спонсорской поддержки.
Funding. The study was performed without external funding.
Вклад авторов: все авторы сделали эквивалентный вклад в подготовку публикации. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Contribution of the authors: the authors contributed equally to this article. The authors declare no conflict of interest.
About the authors
Margarita S. Sidakova
Kokov Kabardino-Balkarian State Agricultural University
Author for correspondence.
Email: sidakova.53@mail.ru
Candidate of Agricultural Sciences, Associate Professor
Russian Federation, 1c, Lenin Ave., Nalchik, 360030Elena M. Egorova
Kokov Kabardino-Balkarian State Agricultural University
Email: conf200606@inbox.ru
ORCID iD: 0009-0002-9559-4608
SPIN-code: 1914-0691
Candidate of Agricultural Sciences, Associate Professor at the Department of Agronomy
Russian Federation, 1c, Lenin Ave., Nalchik, 360030Ruslan A. Tiev
Kokov Kabardino-Balkarian State Agricultural University
Email: sidakova.53@mail.ru
Candidate of Biological Sciences, Associate Professor
Russian Federation, 1c, Lenin Ave., Nalchik, 360030Alim Yu. Kishev
Kokov Kabardino-Balkarian State Agricultural University
Email: a.kish@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-2838-6876
SPIN-code: 2237-8388
Candidate of Agricultural Sciences, Associate Professor
Russian Federation, 1c, Lenin Ave., Nalchik, 360030References
- Khakimov Sh.Z. Influence of NPK dynamics on the application rates of mineral fertilizers for winter wheat. Plodorodiye [Plodorodie]. 2021. No. 5. Pp. 56–61. doi: 10.25680/S19948603.2021.122.14. (In Russian)
- Naliukhin A.N., Demidov D.V. World reserves of phosphate ores and scientifically substantiated need for phosphorus fertilizers in Russia. Plodorodiye [Plodorodie]. 2024. No. 2. Pp. 46–50. doi: 10.25680/S19948603.2024.137.12. (In Russian)
- Tutukova D.A., Kishev A.Yu., Zherukov T.B. Features of the use of microelements in agricultural production. Uspekhi sovremennogo yestestvoznaniya [Advances in modern natural science]. 2019. No. 6. Pp. 18–22. (In Russian)
- Shchepetyev M.A. The influence of liquid and solid nitrogen-phosphorus fertilizers on the productivity of winter wheat. Inzhenernyy vestnik Dona [Engineering Bulletin of the Don]. 2012. No. 4–2(23). P. 54. (In Russian)
- Khanieva I.M., Kishev A.Yu., Zherukov T.B., Mamaev K.B. Methods and techniques for increasing soil fertility. Ural'skiy nauchnyy vestnik [Ural Scientific Bulletin]. 2017. Vol. 10. No. 3. Pp. 042–044. (In Russian)
- Rudoy N.G. Gradations of mobile phosphates in soils of central Siberia. Vestnik KrasGAU [Bulletin of KrasSAU]. 2014. No. 5(92). Pp. 69–72. (In Russian)
- Shogenov Yu.M., Boziev A.L. Efficiency of fertilizer application for corn in the foothill and steppe zones of Kabardino-Balkaria. Izvestiya Kabardino-Balkarskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta im. V.M. Kokova [Izvestiya of Kabardino-Balkarian State Agrarian University named after V.M. Kokov]. 2024. No. 1(43). Pp. 7–16. (In Russian)
- Ramazanova S.B., Aitbaev T.E., Kaldybaev S., Malimbaeva A.D. Changes in the content of gross, organic and mineral phosphorus in chestnut soils with long-term and systematic application of fertilizers in crop rotations. Pochvovedeniye i agrokhimiya [Soil Science and Agrochemistry]. 2013. No. 1. Pp. 83–85. (In Russian)
- Akanova N.I., Kholomyeva L.N. Efficiency of phosphogypsum application under winter wheat on sod-podzolic soils. Yevraziyskiy soyuz uchenykh [Eurasian Union of Scientists]. Moscow, 2023. No. 10(108). Pp. 15–21. (In Russian)
- Kuchmasov D.Yu., Levin B.V., Litus A.A., Kotelnikova I.S. et al. Effektivnoye i raznostoronneye primeneniye fosfogipsa v sel'skom khozyaystve [Effective and versatile use of phosphogypsum in agriculture]. In the collection: Rol' melioratsii zemel' v realizatsii gosudarstvennoy nauchno-tekhnicheskoy politiki v interesakh ustoychivogo razvitiya sel'skogo khozyaystva [The role of land reclamation in the implementation of state scientific and technical policy in the interests of sustainable development of agriculture]. Materialy Mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii, posvyashchennoy 50-letiyu Vserossiyskogo nauchno-issledovatel'skogo instituta oroshayemogo zemledeliya. Volgograd, 2017. Pp. 121–136. (In Russian)
- Rakhimov M.A.U. Vliyaniye metodov primeneniy fosfornykh udobreniy na urozhaynost' ozimoy pshenitsy [Influence of phosphorus fertilizer application methods on winter wheat yield]. In the collection: OPEN INNOVATION. Sbornik statey VIII Mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii [Collection of articles of the VIII International scientific and practical conference]. Penza, 2019. Pp. 75–77. (In Russian)
- Alpysbaev A.U., Saparov A.S., Suleimenov B.U. Influence of phosphorus fertilizers on wheat yield. Pochvovedeniye i agrokhimiya [Soil Science and Agrochemistry]. 2016. No. 1. Pp. 73–78. (In Russian)
Supplementary files
