Поступление, потери элементов питания растений в системе «Атмосферные осадки-почва-удобрение-растение»

УДК 631.45+631.434.6(476)+631.8

ISBN 978-985-08-2304-5 
© Пироговская Г. В., 2018
 
© Оформление. РУП «Издательский дом
 
 
«Беларуская навука», 2018

Пироговская, Г. В. Поступление, потери элементов питания растений в си- 
стеме «атмосферные осадки – почва – удобрение – растение» / Г. В. Пироговская. – Минск : Беларуская навука, 2018. – 227 с. – ISBN 978-985-08-2304-5.

В монографии представлены результаты многолетних агрохимических исследований, проведенных в лизиметрических стационарных опытах на наиболее распространенных почвах Республики Беларусь. Изучена миграция, трансформация и потери минеральных и органических 
веществ под влиянием природных и антропогенных факторов с последующей оценкой продуктивности сельскохозяйственных культур, возделываемых в различных типах севооборотов. Научно обоснованы и экспериментально выявлены основные факторы, воздействующие на миграцию 
и потери элементов питания в природной среде, на деградацию почв и снижение урожайности 
сельскохозяйственных культур в условиях изменения климата и повышенной антропогенной  
нагрузки. Показано, что уровень потерь питательных веществ в почве находится в тесной связи  
с ее структурой и генетическими особенностями.
Книга представляет интерес для почвоведов, агрохимиков, экологов, агроэкологов, растениеводов, преподавателей и студентов высших и средних сельскохозяйственных учебных заведений, 
магистрантов и аспирантов, а также руководителей и специалистов сельского хозяйства. 
Табл. 116. Ил. 21. Библ. : 240 назв.

Р е ц е н з е н т ы:

академик, доктор химических наук, профессор В. А. Хрипач
доктор технических наук, профессор Г. В. Наумова

ВВЕДЕНИЕ

В условиях современного сельскохозяйственного производства изучение 
круговорота веществ является одним из главных факторов установления накопления элементов питания в корнеобитаемом слое почвы. Оценка состояния 
баланса макроэлементов в системе «атмосферные осадки – почва – удобрение – растение» является важной характеристикой эффективного использования природных ресурсов и основным элементом создания «зеленой» экономики как в странах Европы, так и других государствах. Ключевым инструментом 
ресурсоэффективности является оценка различных аспектов использования 
природных ресурсов (например, загрязнение воздуха, почв и водных ресурсов 
(поверхностных и грунтовых вод), изменение климата под воздействием антропогенных факторов и т.д.). Эффективное устойчивое управление земельными 
ресурсами предполагает использование методов и технологий возделывания 
сельскохозяйственных культур, направленных на сохранение плодородия почв,  
снижение загрязнения воздуха, водных ресурсов и других объектов окружающей среды для удовлетворения потребностей человека при обеспечении долгосрочной устойчивости экосистемных услуг и жизнедеятельности. Сохранение природных ресурсов играет важную роль в поддержании биоразнообразия, 
существенной части глобальной продовольственной безопасности.
Поступление элементов питания в почву происходит не только за счет внесения удобрений, значительное их количество поступает также с атмосферными осадками.
Большое народно-хозяйственное значение имеет не только определение 
количественных параметров поступления элементов питания и загрязняющих 
веществ с атмосферными осадками, но и их миграция из пахотного и корнеобитаемого слоя почв. Важной проблемой в области охраны окружающей среды, 
более эффективного и экономного использования удобрений и других природных ресурсов является необходимость исследования факторов, влияющих на 
интенсивность миграции элементов питания, разработка приемов, направленных на снижение отрицательных последствий их миграции вниз по профилю 
почв. Без учета количественных потерь элементов питания из разных почв  
в различных природно-экономических зонах при изменяющихся климатических условиях невозможно провести балансовые расчеты круговорота важнейших биогенных элементов в земледелии, определить степень использования 

удобрений и их перспективу применения в будущем для получения высокой 
продуктивности сельскохозяйственных культур и севооборотов с хорошим качеством продукции. 
В отечественной и зарубежной практике нет единого стандартного метода 
для определения расхода химических элементов при выщелачивании или вымывании из почвы с фильтрацией атмосферных осадков. Для решения данной 
проблемы наиболее приемлемым является лизиметрический метод, которому 
отводится важное место среди других приемов стационарного исследования 
почв и экосистем. Этот метод находит свое место в решении некоторых фундаментальных проблем генетического почвоведения и агрохимии, а также в других областях науки (экологии, мелиорации, гидрологии и др.). В стационарных 
условиях лизиметрические исследования позволяют наиболее точно учитывать 
не только миграцию водорастворимых ионов при вымывании в зависимости 
от применяемых агротехнических приемов, но и позволяют установить характер катионно-анионного состава почвенного раствора, проводить мониторинговые наблюдения за целым рядом почвенных разновидностей, различных как 
по генезису, так и уровню плодородия, по агрофизическим и агрохимическим 
свойствам, по интенсивности применения удобрений. Основное назначение 
лизиметрических исследований заключается в оценке динамики круговорота  
и баланса веществ в земледелии.
Большое значение в проведении и обобщении данных лизиметрических 
исследований внесли следующие отечественные и зарубежные ученые – 
А. А. Роде, Д. Н.  Прянишников, И. Н.  Скрынникова, Е. И. Шилова, И. С. Кауричев, Б. А.  Голубев, В. В.  Пономарева, И. А. Шильников, Л. Рейнтам, 
Т. Саармаи, А. В.  Петербургский, Д. А. Кореньков, Е. В. Руделев, Д. А. Филимонов, Л. Л. Шишов, А. Д. Фокин, С. В. Грозный, А. Б. Умарова, Г. И. Ушакова, И. А. Юшкевич, Г. В. Пироговская, И. М. Богдевич, А. М. Русалович,  
А. В. Постников, А. П. Смирнов, Л. Н. Трипольская, Д. К. Романовская, О. П. Сазоненко, О. И. Исаева, D. Crawford, K. Kilkus, P. C. Scharf и многие другие [34, 
58, 63, 64, 73, 74, 103, 104, 106–113, 117–120, 127–130, 133, 135, 137, 138, 151, 
152, 166–168, 171, 180–184, 192, 208, 216, 227, 236].
Российскими учеными Почвенного института им. В. В. Докучаева (Л. Л. Ши - 
шов, И. С. Кауричев, В. А. Большаков, Н. А. Муромцев, И. М. Яшин, Л. П. Орлова) в монографии «Лизиметры в почвенных исследованиях» [74] описаны 
методы и практика использования лизиметров, их применение для решения как 
почвенно-экологических, так и специализированных генетических, гидрологических и агрохимических проблем почвоведения. В опубликованных 47 докладах симпозиума, посвященного 95-летию со дня рождения А. В.  Петербурского «Лизиметрические исследования в агрохимии, почвоведении, мелиорации 
и агроэкологии» [72], а также в монографии «Лизиметрические исследования  
в России» [73] представлен широкий спектр данных, полученных с помощью 
лизиметрического метода (исследование интенсивности миграции биофильных 
элементов и их баланса в различных агроэкосистемах, изучение водного ба

ланса почвы, методические и методологические аспекты проведения комплексных и экологических исследований при оценке применения средств химизации 
в земледелии).
И. А. Шильниковым, В. Г.  Сычевым, А. Х.  Шеуджен, Н. И.  Акановой,  
Т. Н.  Бондаревой и С. В. Кизенек обобщены результаты многолетних лизиметрических и полевых опытов по биологическому круговороту элементов питания растений, их миграции из корнеобитаемого слоя и количественным параметрам их потерь из почвы. Выявлены факторы, влияющие на эти показатели: 
уровень применения удобрений, количество атмосферных осадков, гранулометрический состав почвы, урожайность сельскохозяйственных культур. Исследована динамика кислотности черноземов и выявлены потери кальция из них, 
в том числе и в условиях рисосеяния. Издана монография «Потери элементов 
питания растений в агробиогеохимическом круговороте веществ и способы их 
минимизации» [120].
Все исследователи отмечают, что количественные и качественные характеристики миграции химических элементов значительно различаются в зависимости от климатических факторов, типов почв, их гранулометрического состава 
и агротехнических приемов возделывания сельскохозяйственных культур. Для 
эффективного сельскохозяйственного производства на разных почвах необходимо всестороннее изучение процессов превращения, миграции, закрепления 
питательных веществ в почве, а также потребление и отчуждение их растениями [9, 72–74, 113, 154, 190, 197, 201, 217, 222–224, 238].
Однако накопленная информация по лизиметрическим исследованиям носит разрозненный характер, она базируется на достаточно большом экспериментальном материале, полученном в различных климатических условиях. При 
этом недостаточно исследований по сравнительной оценке поступления химических элементов с атмосферными осадками, их инфильтрации и миграции при 
выщелачивании и вымывании в зависимости от систем применяемых удобрений для различных климатических зон, в том числе и для Республики Беларусь.
На территории бывшего Советского Союза функционировало около 30 действующих лизиметрических установок: стационаров, полигонов и станций. 
В Республике Беларусь с 60-х годов XX столетия Н. И. Туренковым  
и И. А. Юшкевичем под руководством академика П. П.  Рогового в условиях 
стационарных опытов на дерново-палево-подзолистых почвах, развивающихся 
на мощных лессовидных суглинках (стационар «Курасовщина»), супесях, подстилаемых моренными суглинками (стационар «Липово») и песчаных, развивающихся на связных песках, подстилаемых рыхлыми песками (совхоз «Подолесье»), были начаты лизиметрические исследования по изучению круговорота 
веществ в экосистемах. Первую лизиметрическую станцию в республике при 
Научно-исследовательском институте почвоведения и агрохимии (г. Минск) 
основали И. А. Юшкевич, И. М. Богдевич, Н. И. Туренков в 1980 г. До настоящего времени станция успешно функционирует, в результате за длительный 
период белорусскими учеными были полученны экспериментальные данные, 

которые имеют не только большое научное, но и практическое, и экологическое 
значение. Следует отметить, что лизиметрические исследования в Республике Беларусь проводятся только в РУП «Институт почвоведения и агрохимии»  
и полученные экспериментальные данные за длительный период имеют большое научное, практическое и экологическое значение. 
В данной монографии содержатся экспериментальные данные длительных 
лизиметрических исследований (1981–2015 гг.), проведенных в Республике 
Беларусь на почвах разного гранулометрического состава при возделывании 
сельскохозяйственных культур в различных севооборотах. Проанализированы 
закономерности поступления и превращения химических элементов в системе 
«атмосферные осадки – почва – почвенный раствор – удобрение – растение». 
Представлены данные за многолетний период по изменению метеорологических условий (температуры воздуха, осадкам, гидротермическому коэффициенту (ГТК), бездождным периодам) в центральной и юго-восточной части 
страны, экспериментальные данные поступления элементов питания с атмосферными осадками на поверхность почв, инфильтрации атмосферных осадков 
и их концентрациям; катионно-анионному составу почвенных растворов, количественным параметрам потерь элементов питания при вымывании из наиболее 
распространенных почв республики (слой 1,0–1,5 м) и факторам, влияющим на 
потери элементов питания (количество выпавших атмосферных осадков, гранулометрический состав почв, система удобрения, возделываемая культура и т.д.), 
по продуктивности сельскохозяйственных культур в различных типах севооборотов на дерново-подзолистых почвах разного гранулометрического состава и 
торфяных, а также продуктивности многолетних бобово-злаковых травосмесей 
в монокультуре на дерново-глеевых, торфянисто-глеевых и торфяных почвах, 
изменению показателей плодородия почв в процессе длительного сельскохозяйственного использования.
Работа выполнена в лаборатории новых форм удобрений и мелиорантов Республиканского научного дочернего унитарного предприятия (РУП) «Институт 
почвоведения и агрохимии» (г. Минск). Научное руководство лизиметрическими исследованиями с 1980 по 1993 г. осуществлялось кандидатом сельскохозяйственных наук, зав. сектором окультуривания легких почв Иваном Андреевичем Юшкевичем (Пироговская Г. В. – исполнитель по заданию). С 1993 г.  
и по настоящее время Галина Владимировна Пироговская является непосредственно исполнителем и руководителем по лизиметрическим исследованиям  
(в 1993–1997 гг. – ведущий научный сотрудник, кандидат с.-х. наук; 1997–
2002 гг. – заведующая сектором оптимизации агрохимических свойств почв; 
2002–2017 гг. – заведующая лабораторией новых форм удобрений и мелиорантов, доктор сельскохозяйственных наук, с 2016 г. – профессор). 
Автор выражает глубокую признательность бывшему заведующему и сотрудникам сектора окультуривания легких почв – И. А. Юшкевичу, И. А. Алексейчику, Е. И. Шагиевой, В. Я. Врублевской (1980–1993), сотрудникам лаборатории новых форм удобрений и мелиорантов, принимавшим участие в учете 

и анализе атмосферных осадков, проведении полевых экспериментов на лизиметрической станции и анализе инфильтратов лизиметрических вод, уборке  
и учете урожаев сельскохозяйственных культур и анализе качества продукции – А. М. Русаловичу (1993–2012), В. И. Сороко (1995–2015), О. П. Сазоненко (2002–2005), О. И. Исаевой (2005–2015), С. С. Хмелевскому (2005–2015),  
Е. Н. Кацер (2010–2015), П. Г. Машинскому (2007–2013), а также заведующим лаборатории аналитических анализов и контроля за загрязнением почв  
А. Г. Корзуну и С. Е. Головатому и лаборатории почвенно-агрохимических анализов Г. Г. Карпович (2007–2017) и их сотрудникам, выполнявшим анализы некоторых химических элементов в атмосферных осадках и инфильтратах лизиметрических вод. 
Я благодарна И. М. Богдевичу, В. В. Лапа, Г. С. Цытрон, Т. Н. Азаренок за 
ценные рекомендации по оформлению данной монографии.

По данной проблеме под научным руководством Г. В. Пироговской защищена кандидатская диссертация О. П. Сазоненко по теме «Миграция химических 
элементов в дерново-подзолистых почвах при разных уровнях применения 
азотных удобрений в звене севооборота» (вошли экспериментальные лизиметрические исследования за 2002–2004 гг.), подготовлена кандидатская диссертация О. И. Исаевой на тему «Эффективность комплексных удобрений с микроэлементами на дерново-подзолистых легкосуглинистых и супесчаных почвах 
в звене севооборота» (куда вошли данные лизиметрических исследований за 
2011–2014 гг.).
Данная монография, с оценкой экспериментальных данных за 35-летний период, издается впервые. Ранее были опубликованы отдельные статьи  
в сборниках по отдельным проблемам и за определенные промежутки времени.

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

Агрохимические показатели почвы

рН (отрицательный логарифм концентрации Н+ ионов) – обменная поглотительная кислотность почвы (рНКСl – рН суспензии почвы в растворе КСl)
Нг – гидролититческая кислотность почвы (обнаруживается при обработке почвы раствором 
СН3СООNa)
S – сумма поглощенных оснолваний (кроме Н+)
V – степень насыщенности почв основаниями, выраженная в процентах от емкости катионного обмена (ЕКО)
К2О – содержание подвижного калия в почве, мг/кг почвы
Р2О5 – содержание подвижного фосфора в почве, мг/кг почвы

Генетические горизонты почв

Для обозначения генетических горизонтов почв в Беларуси принята система индексов, в соответствии с Методическими указаниями [122]. В ней используются первые буквы латинского 
алфавита: А, В, С, D.
А1 – гумусовый минеральный горизонт, в котором происходит аккумуляция гумифицированного органического вещества, тесно связанного с минеральной частью почвы
Ат – оторфованный гумусовый горизонт
Ап – пахотный горизонт, постоянно подвергающийся воздействию сельскохозяйственных машин и сформированный из различных почвенных горизонтов на глубину вспашки
A2 – подзолистый, элювиальный горизонт, располагающийся под гумусовым слоем. Это самый осветленный в почвенном профиле горизонт, обедненный гумусом и другими соединениями, а также илистыми частицами за счет вымывания их в нижележащие горизонты. В условиях 
Беларуси горизонт А2 имеет окраску от белесой до палевой
A2пал – тот же подзолистый горизонт, внешне отличающийся палевой окраской
В – иллювиальный горизонт, в котором происходит накопление веществ, вынесенных из вышележащих (элювиальных) горизонтов, отличается уплотненным сложением, окраской, унаследованной от различных по генезису почвообразующих пород и может подразделяться на B1, B2, 
B3 и т. д.
В случае, если не наблюдается существенных перемещений веществ в почвенной толще, 
горизонт В может являться переходным. Например, в дерново-карбонатных почвах он является 
переходным к почвообразующей породе; в дерновых заболоченных – горизонт В оглеен и переходит в глеевый.
По характеру накапливающихся в иллювиальном горизонте веществ он подразделяется на:
Bt – иллювиально-глинистый, характеризующийся накоплением глины (по граням структурных отдельностей, в порах, трещинах и т. д.);

Вh – иллювиально-гумусовый (имеет характерную коричневую или коричнево-кофейную 
окраску);
G – глеевый горизонт, характерен для почв с продолжительным периодическим или постоянным избыточным увлажнением. Развивающиеся при этом восстановительные процессы придают 
горизонту сизую, беловато-сизую, голубовато-серую окраску.
Оглеенные горизонты отмечаются символом g (A2g, Bg, Сg): слабая выраженность признаков оглеения, которая имеет место при кратковременном периодическом переувлажнении (временно избыточно увлажненные (слабоглееватые) и глееватые почвы) и представлена обычно  
в виде марганцевых, железисто-марганцевых конкреций и отдельных пятен оглеения.
Грунтовое оглеение подчеркивают одной чертой снизу (Сg), поверхностное – сверху (Cg).
С – материнская (почвообразующая) порода, из которой сформировалась почва.
D – подстилающая порода, залегающая ниже материнской, не затронутая процессами почвообразования и отличающаяся от нее по литологии.
Кроме указанных горизонтов выделяются также переходные, для которых применяются 
двойные обозначения, например, А2В – горизонт, имеющий признаки подзолистого (А2) и иллювиального (В) горизонта; A1A2 – горизонт, прокрашенный гумусом и имеющий признаки оподзоливания, и т. д.
Для торфяных почв используется следующая система индексов:
Т – торфяный горизонт (содержание органического вещества более 50 %), в зависимости 
от мощности, ботанического состава и степени разложения подразделяется на Т1, Т2, Т3 и т. д. 
Степень разложения и ботанический состав торфа можно определить по диагностическим признакам;
Тп – торфяный пахотный горизонт, измененный под влиянием обработки почв и возделывания сельскохозяйственных культур;
ТАп – торфяно-перегнойный горизонт, состоящий из сильноразложившихся гумифицированных (уже невидимых) растительных остатков зернистой, комковатой структуры;
АРТс – антпорогенно-преобразованный торфяно-минеральный пахотный горизонт, представляет собой смесь торфа и подстилающей минеральной породы, преимущественно песчаного 
гранулометрического состава, хорошо отделяемых друг от друга с остаточным содержанием органического вещества 20,1–50,0 %, объективно определяе мое в лабораторных условиях. Является диагностическим для дегроторфяных торфяно-минеральных остаточно-оглеенных почв;
АРТ0 – антпорогенно-преобразованный остаточно-торфяный горизонт, представленный 
смесью торфа и подстилающей минеральной породой с остаточным содержанием органического 
вещества 5,1–20,0 %, объективно устанавливаемое в лабораторных условиях. Является диагностическим для дегроторфяных минеральных остаточно-торфяных почв;
АР(т) – антропогенно-преобразованный постторфяный пахотный горизонт, образованный  
в результате сработки торфа и представленный минеральной подстилающей породой с остаточным содержанием органического вещества ≤ 5,0 %.

Удобрения

Nа – аммоний сернокислый (сульфат аммония)
Nаа – аммоний азотнокислый (аммиачная селитра)
Nм – мочевина (карбамид)
Кх – калий хлористый гранулированный
Мд (МДУ) – медленнодействующие удобрения
ОУ – органические удобрения
Рса – суперфосфат аммонизированный
Рсд – суперфосфат двойной
ТНК – торфонавозные компосты

Химические элементы

Са – содержание обменного кальция в почве, мг/кг почвы
Мg – содержание обменного магния в почве, мг/кг почвы
Аl – содержание подвижного алюминия в почве, мг/кг почвы
ОВ – органическое вещество почвы
ВОВ – водорастворимое органическое вещество почвы
N–NO3 – нитратный азот
N–NH4 – аммонийный азот
Nобщ – азот общий
Na – натрий
Cl – хлориды
SO4 – сульфаты