В 3-польном овощном севообороте гумус на контроле (2,07%) уменьшен на 31%. Применение органоминеральных удобрений стабилизировало плодородие почвы - 2,30- 2,79%. На удобренных вариантах азота содержалось 30,8-37,8 мг/кг (контроль-29,4 мг/кг), калия - 380-540 мг/кг (контроль-305 мг/кг). Емкость поглощенных оснований снижена - 15-17мг-экв./100г при исходном - 20-21 мг-экв./100г. Из катионов преобладает кальций (85-87%). Содержание тяжелых металлов в допустимых нормах, однако, их уровень возрос. Мехсостав почвы утяжелел (фракции <0,01 мм от 43-45% до 54-57%). Улучшение параметров почвенного плодородия достигается только при органоминеральной системе удобрения севооборота. Удобрение повышало урожайность картофеля на 17,11-51,34%; лука - на 21,75-54,74%; свеклы - на 20,38-58,87%. Наиболее эффективна на картофеле N180P180K180, луке и свекле - N150P90K120. В клубнях повысилось содержание сухих веществ (24,86-25,18%) и крахмала (16,0-17,8%). Качество луковиц и корнеплодов мало изменялось в зависимости от условий минерального питания.
Введение
Овощеводство - важная отрасль сельского хозяйства, призванная круглогодично обеспечить население полноценными и сбалансированными продуктами питания по доступной цене. По данным Казахской академии питания, норма потребления на 1 жителя республики составляет: овощей - 120 кг, картофеля - 100 кг, бахчи - 26 кг.
По статданным 2013 года, по республике площади картофеля составили 184,8 тыс.га, валовой сбор - 3,344 млн. т при средней урожайности 16,6 т/га. Овощные культуры возделывались на 133,1 тыс.га, собрано 3,241 млн.т овощей, урожайность - 24,4 т/га. Под бахчи отведено 82,3 тыс.га, собрано 1,248 млн.т, урожайность - 15,2 т/га.
Объемы производства картофеля, овощей и бахчи полностью обеспечивают внутреннюю потребность республики. Однако, отмечается их недостаток в межсезонье, цены на многие виды продукции сильно колеблются, остаются все еще высокими, а ассортимент овощей скудным. Средние урожаи культур все еще невысоки - 15-24 т/га. Биохимические и экологические показатели продукции требуют улучшения.
Несмотря на наличие достаточного количества отечественных сортов (150) с высокими хозяйственно-ценными признаками, передовые технологические разработки, продуктивность плантаций все еще остается невысокой. Одним из лимитирующих факторов реализации генетического потенциала новых высокопродуктивных сортов картофеля и овощебахчевых культур, отдачи от новых агротехнологий является деградация почвенного плодородия вследствие истощенности запасов питательных веществ и эрозионных процессов, несоблюдение технологий применения удобрений. На юге и юго-востоке Казахстана отдельные почвы настолько истощены, что очень сложно вести на них устойчивое рентабельное овощеводство [1-3]. Наряду с проблемами сохранения плодородия орошаемых земель, повышения урожайности и качества овощей, остро стоят проблемы загрязнения почвы и продукции токсиостатками. Аналогичная ситуация сложилась и в других странах [4-11].
Выше изложенное определяет актуальность исследований по разработке и усовершенствованию систем удобрений севооборотов, способствующих восстановлению плодородия почвы, повышению продуктивности и улучшению качества овощных культур, снижению экологической нагрузки на почву и окружающую среду.
Материалы и методы исследований
Исследования проведены в 2012-2014 гг на стационаре КазНИИКО, в предгорной зоне юго-востока Казахстана, на северном склоне Заилийского Алатау на высоте 1000-1050 м над уровнем моря.
Почва темно-каштановая, среднесуглинистая. Исходные показатели: 2,9-3,0% гумуса; 0,18-0,20% общего азота; 0,19-0,20% валового фосфора; 30-40 мг/кг подвижного фосфора; 350-390 мг/кг обменного калия. Сумма поглощенных оснований - 20-21 мг- экв./100 г. Реакция почвенного раствора слабощелочная (рН 7,3-7,4). Объемная масса почвы - 1,1-1,2 кг/см3, наименьшая влагоемкость - 26,6%.
Климат предгорной зоны юго-востока Казахстана резко континентальный. Средняя температура июля 22-24ºС тепла, января 6-10ºС мороза. Сумма положительных температур - 3450-37500С, активных - 3100-34000С. Продолжительность безморозного периода - 140-170 дней. Годовое количество осадков - 350-600 мм, за теплый период - 120- 300 мм. Метеорологические показатели в годы проведения исследований существенно отличались от среднемноголетних данных.
Использованы классические методы, принятые в овощеводстве, почвоведении и агрохимии: Агрохимические методы исследования почв (М.,1975); Юдин Ф.А. Методика агрохимических исследований (М.,1980); Доспехов Б.И. Методика полевого опыта (М.,1985); Методика опытного дела в овощеводстве и бахчеводстве (М.,1992).
Агротехника в опытах общепринятая для предгорной зоны юго-востока Казахстана, осуществлена в соответствии с рекомендациями КазНИИКО (2012 г.). На опытных участках возделывались районированные в Алматинской области сорта овощных культур: картофель Аксор, свекла Кызылконыр, лук Табыс.
Биохимический состав продукции определен: сухое вещество - весовым методом; общий сахар - по Бертрану; витамин С - по Мурри; крахмал - по Эверсу; нитраты - потенциометрически.
Статистическая обработка полученных данных по урожаю овощных культур проводилась методом дисперсионного анализа (Б.А.Доспехов, 1985).
Результаты исследований и обсуждение Для оценки состояния темно-каштановых почв предгорной зоны юго-востока Казахстана, интенсивно используемых в орошаемом овощеводстве с 50-годов XX века, проведены почвенные исследования в условиях 3 различных севооборотов. В данной статье приведены данные по 3-польному короткоротационному овощному севообороту (ячмень, картофель, лук+свекла). Лабораторно-аналитические работы выполнялись в Казахском НИИ почвоведения и агрохимии им. У.У.Успанова.
Известно, что главным показателем плодородности почвы является содержание и запасы гумуса. Исходное показатели предгорных темно-каштановых почв (стационар КазНИИКО, 1981г) были следующими: 3,03% гумуса, 0,16-0,19% общего азота, 0,18- 0,20% валового фосфора и 2,3-2,4% валового калия. Высокое значение имели и другие исходные параметры почвы.
Трехпольный севооборот разработан и рекомендован КазНИИКО для мелких крестьянских (фермерских) хозяйств с небольшими земельными наделами (3-10 га). На первом поле севооборота размещаются зерновые культуры (в опыте - ячмень). После уборки зерновых измельченная (комбайном) солома разбрасывается по полю. Средняя норма соломы составляет 2 т/га (при урожая зерна 2 т/га), которая эквивалентна 3-4 т навоза. Поверх соломы вносится навоз, который вместе с соломой запахивается в почву. Таким образом создается органический фон для двух последующих культур: второе поле - картофель, третье - овощи (две овощные культуры - сводное поле). При этом под культуры севооборота на двух полях вносятся полные минеральные удобрения. Такая система (биологизированная, органо-минеральная) позволяет значительно повысить плодородие почвы и продуктивность культур в 3-польном севообороте.
Результаты исследований показали, что по агрохимическим свойствам почвенные показатели в 3-польном короткоротационном зерно-овощном севообороте значительно превысили показатели других севооборотов (таблица 1).
Содержание гумуса в почве опытного стационара на контроле равнялось 2,07%, что ниже исходного уровня на 31%. То есть за 30 лет интенсивного использования в орошаемом овощеводстве без возмещения выноса питательных элементов запасы органического вещества почвы значительно уменьшились. На вариантах с органо- минеральными удобрениями убывание гумуса было менее резким - 2,30-2,79%. Применение полного минерального удобрения под картофель и овощные культуры (лук, свекла) в тройной норме на фоне 20 т/га навоза и 2 т/га соломы (1 раз за ротацию севооборота) максимально стабилизирует убывающий процесс почвенного плодородия. На этом варианте опыта содержание гумуса составило 2,79%, что только на 7,9% меньше первоначального показателя.
В 3-польном севообороте отмечено значительное повышение содержания подвижных форм питательных веществ. Так, на удобренных вариантах азота содержалось 30,8-37,8 мг/кг (контроль - 29,4 мг/кг), калия - 380-540 мг/кг (контроль - 305 мг/кг). Заметные различия между вариантами опыта по гумусированности почвы в сравнительно короткий период наших исследований (2012-2014 гг) связано с исходным уровнем плодородия почвы.
Установлено, что в орошаемых темно-каштановых почвах предгорной зоны юго- востока Казахстана, интенсивно используемых в картофелеводстве и овощеводстве длительное время (около 60 лет), содержание гумуса снизилось в среднем на одну треть, что вызывает сильную обеспокоенность, является весьма тревожным фактом.
Определены емкость поглощенных оснований (катионного обмена), содержание углерода в почве и реакция почвенного раствора (pH), которые являются важным показателями плодородия почвы.
Содержание СО2 в почве сильно колебалось по вариантам опытов и почвенным горизонтам. На контроле содержание углерода составило 1,35-3,46%, на удобренных вариантах - 1,25-2,11%; 1,09-1,25% и 0,94-1,44%.
Определение реакции почвенной среды показало, что имеет место заметное выщелачивание почвы: рН 8,14-8,18 на контроле; рН 7,99-8,12 и 8,08-8,11 на удобренных вариантах опыта.
По данным почвенных анализов, снижена емкость катионного обмена темно- каштановой почвы. Поглощенные основания (кальций, магний, натрий, калий) в почвах опытных участков суммарно составили 15-17 мг-эквивалент на 100 г почвы. Это заметно ниже исходного показателя (20-21 мг-экв/100 г). Среди катионов наибольшее значение (85-87%) имеет кальций, то есть данный катион преобладает по сравнению с остальными катионами (магний, натрий, калий).
Отмечено изменение механического состава почвы в сторону ухудшения: он заметно утяжелел (фракции <0,01 мм от 43-45% до 54-57%).
Микроэлементы питания играют весьма важную роль в жизнедеятельности растений. Они дополняют макроэлементы, усиливают их эффективность. Исследования показали, что почвы разных видов севооборотов имеют различные уровни обеспеченности (2-5 раз) по подвижным формам микроэлементов: (мг/кг): цинк (Zn) - от 0,25-0,40 до 0,75- 1,25; медь (Cu) - 0,85-1,55; свинец (Pb) - от 1,25-3,50 до 5,60-8,30; кадмий (Cd) - 0,25-
0,75; никель (Ni) - 1,45-2,85; марганец (Mn) - 62,0-90,95; железо (Fe) - 5,0-6,95.
Таблица 1 - Содержание гумуса и подвижных форм азота, фосфора и калия в почве (3- польный коротко ротационный овощной севооборот)
Следует особо отметить, что ряд микроэлементов являются тяжелыми металлами, что необходимо учесть с точки зрения экологии почв.
Удобрения оказывают определенное влияние на содержание микроэлементов (тяжелых металлов) в почве. Необходимо обратить особое внимание высокому уровню в почве двух наиболее опасных тяжелых металлов - кадмия и свинца. Валовое содержание свинца (Pb) в почве составило 28,8-30,6 мг/кг при предельно-допустимой концентрации 30 мг/кг. Содержание валовой формы кадмия (Cd) в почве доходило до 2,4-2,8 мг/кг при ориентировочно-допустимой концентрации 2,0 мг/кг.
В целом, содержание тяжелых металлов в темно-каштановой почве юго-востока Казахстана находится в пределах допустимых норм. Однако уровень тяжелых металлов со временем может возрастать, что приведет к загрязнению почвы и продукции.
На основании почвенных исследований, можно заключить, что темно-каштановые почвы предгорной зоны юго-востока Казахстана за длительный период использования в орошаемом овощеводстве претерпели существенные изменения. Параметры почвенного плодородия в значительной степени определяются видами овощных севооборотов и системами их удобрения.
В орошаемом овощеводстве большое внимание уделялось и уделяется продуктивности овощных плантаций. Каждый гектар орошаемой пашни является ценным, особенно в предгорной зоне юго-востока Казахстана, где имеются высокоплодородные земли и достаточные водные ресурсы. Поэтому селекционные исследования и технологические разработки в основном направлены на повышение продуктивности овощных культур. Урожайность овощных культур была и остается основным показателем эффективности новых научных разработок.
В таблице 2 приведена продуктивность 3-польного короткоротационного зерно- овощного севооборота. В этом севообороте предшественником является ячмень яровой (первое поле). После ячменя размещается картофель (второе поле). Третьей культурой севооборота идет овощная культура и здесь можно на одном поле размещать различные овощные культуры по ботаническим семействам или хозяйственным назначениям, а также исходя из востребованности культур на рынке. В наших исследованиях на третьем поле (сводное поле) возделывались две ценные овощные культуры круглогодичного использования - лук репчатый и свекла столовая.
Следует отметить, что система удобрения 3-польного севооборота является биологизированной, сочетает два вида органических удобрений и минеральные удобрения. После уборки предшественника (ячмень) на этом поле осенью была оставлена измельченная солома с добавлением 20 кг/га азотных удобрений (д.в.) для ускоренной ее минерализации. Дополнительно к соломе были внесены органические удобрения в норме 20 т/га. Таким образом обеспечивается биологизированная, органо-минеральная система удобрения 3-польного коротко ротационного севооборота.
Таблица 2 - Урожайность картофеля и овощных культур в зависимости от норм удобрений (3-польный овощной севооборот, 2012-2014 гг)
В опытах с картофелем урожайность клубней на контроле была минимальной - 18,7 т/га. Внесение под картофель NPK-удобрений на фоне органических удобрений (солома и навоз) повышало урожайность культуры до 21,9-28,3 т/га (17,11-51,34%). При этом наибольшую эффективность показала норма N180P180K180.
В опытах с луком выявлена высокая эффективность удобрений. Урожайность товарных луковиц на контроле была невысокой и в среднем за 3 года составила 28,5 т/га. Внесение N50P30K40 обеспечило получение 34,7 т/га, N100P60K80 - 40,0 т/га, N150P90K120 - 44,1 т/га. Увеличение урожая лука от удобрений составило 6,2-15,6 т/га (21,75-54,74%).
В опытах со свеклой уровни урожая корнеплодов определялись условиями минерального питания культуры. Урожайность свеклы при удобрении растений возрастающими нормами NPK-удобрений повысилась с 26,5 т/га (контроль) до 31,9; 36,9 и 42,1 т/га. Дополнительно к контролю получено 5,4 т/га (20,38%); 10,4 т/га (39,25%) и 15,6 т/га (58,87%) урожая корнеплодов соответственно по нормам удобрений. Выявлена высокая отзывчивость столовой свеклы на удобрения. Усиление минерального питания растений отозвалось повышением урожая корнеплодов на 20,38-58,87%.
В овощеводстве качество продукции очень важно, так как непосредственно связано со здоровьем населения. Установлено, что биохимический состав овощей в определенной степени зависит от системы удобрения севооборота (таблица 3).
Таблица 3 - Влияние удобрений на биохимический состав продукции (2012-2014 гг)
В опытах с картофелем удобрения повысили содержание сухих веществ - 24,86- 25,18% (контроль-22,12%) и крахмала - 16,0-17,8% (15,7%) в клубнях Наблюдалось некоторое снижение содержания общего сахара. Уровень нитратов возрос в 2-3 раза (130- 225 мг/кг), но не превышал допустимые нормы (ПДК - 250 мг/кг сырой массы).
В опытах с луком содержание сухого вещества и витамина С повысилось по всем удобренным вариантам, а общего сахара - находилось на уровне контроля. В продукции контрольного варианта содержалось 36 мг/кг нитратов, а в урожае удобренных вариантов - 41-58 мг/кг при ПДК 80 мг/кг.
В опытах со свеклой качественные показатели контрольного и удобренного вариантов были очень близки. Содержание сухих веществ (16,41-16,91%) и витамина С (26,5-28,4 мг%) колебалось незначительно. Отмечено улучшение сахаристости корнеплодов (13,23-13,40%). По сравнению с контролем нитраты в корнеплодах повысились с 220 мг/кг (контроль) до 281-409 мг/кг при ПДК - 1400 мг/кг.
Заключение
Минеральная система удобрения овощного севооборота не обеспечивает сохранение и воспроизводство плодородия почвы. Это объясняется истощенностью запасов питательных веществ в результате интенсивного использования почвы овощными культурами в течение многократных ротаций севооборота, отсутствием в севообороте однолетних и многолетних бобовых трав, неприменением органических удобрений. Более эффективны органо-минеральные системы удобрения овощных севооборотов. Создание оптимальных условий минерального питания растений путем внесения органических и минеральных удобрений способствует формирование мощной вегетативной биомассы и повышению продуктивности картофеля и овощных культур. Применение NPK-удобрений в умеренно-оптимальных нормах улучшает качество картофеля и овощей, повышая в них содержания сухих веществ, крахмала (клубни), сахаров и витаминов.
Литература
- Аханов Ж.У. Почвенные ресурсы Казахстана, проблемы их рационального использования в сельском хозяйстве // Производство и применение минеральных удобрений в Казахстане. - Тараз, 2004. -С.22-26.
- Сапаров А.С. Состояние и перспективы развития почвенной науки Казахстана // Состояние и перспективы развития почвоведения. - Алматы, 2005. - С.4-5.
- Елешев Р.Е. Современные проблемы научного обеспечения регулирования плодородия почв//Современное состояние и перспективы развития мелиоративного почвоведения. - Алматы, 2009. - С.43-44.
- Кузиев Р.К. Проблемы рационального использования орошаемых земель Узбекистана // Проблемы генезиса, плодородия, мелиорации, экологии почв, оценка земельных ресурсов. - Алматы, 2002.- С.22-26.
- Абитов Т. Защита почв от эрозии в горных условиях Кыргызстана//Состояние и перспективы развития почвоведения. - Алматы, 2005. - С.17-18.
- Борисов В.А. Совершенствование системы применения удобрений в овощеводстве // Современное состояние и перспективы развития овощеводства и картофелеводства. - Барнаул, 2007. - С.325-332.
- Борисов В.А., Литвинов С.С., Романова А.В. Качество и лежкость овощей. - М., - 625 с.
- Литвинов С.С. Научные основы современного овощеводства. - М.,2008. -771 с.
- Степуро М.Ф. Удобрение и орошение овощных культур. - Минск, 2008. - 239 с.
- Бабаев М.П., Оруджева Н.И. Биодиагностика орошаемых лугово-сероземных почв сухих субтропиков Азербайджана и их оценка//Рациональное использование почвенных ресурсов и их экология: Матер. междунар. научно-практ. конф. - Алматы, 2012. - С. 44-48.
- Сычев В.Г., Лунев М.И., Павликина А.В. Современное состояние и динамика плодородия пахотных почв России//Плодородие. - 2012. - №4. - С. 5-7.