esoilБюллетень Почвенного института имени В.В. ДокучаеваDokuchaev Soil Bulletin0136-16942312-4202V.V. Dokuchaev Soil Science Institute10.19047/0136-1694-2024-120-231-264esoil-811Research ArticleСтатьиВлияние минерального удобрения пролонгированного действия на интенсивность мобилизации почвенного фосфора и калияEffect of slow-release mineral fertilizer on the intensity of phosphorus and potassium mobilization in soilhttps://orcid.org/0000-0002-1942-3738ВасильеваН. А.VasilyevaN. A.

в.н.с. Ситуационного аналитического центра, SPIN-код: 6049-3807

nadezda.vasilyeva@gmail.comАбасовШ. М.AbasovSh. M.shaarany@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-8223-393XВладимировА. А.VladimirovA. A.artem.a.vladimirov@gmail.comДуханинЮ. А.DukhaninYu. A.dr.dukhanin@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0002-9561-3103ПеревертинК. А.PerevertinK. A.perevertink@mail.ruГаплаевМ. Ш.GaplaevM. Sh.chechniish@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-9098-5012БаматовИ. М.BamatovI. M.ibragim-1991@mail.ruФИЦ "Почвенный институт им. В.В. Докучаева"РоссияFederal Research Centre “V.V. Dokuchaev Soil Science Institute”Russian FederationЧеченский научно-исследовательский институт сельского хозяйстваРоссияChechen Research Institute of AgricultureRussian FederationОбъединенный институт ядерных исследований Почвенный институт им. В.В. ДокучаеваРоссияJoint Institute for Nuclear Research Federal Research Centre “V.V. Dokuchaev Soil Science Institute”Russian FederationФИЦ "Почвенный институт им. В.В. Докучаева"РоссияFederal Research Centre “V.V. Dokuchaev Soil Science Institute”Russian FederationИнститут проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова РАНРоссияSevertsov Institute of Ecology and Evolution of the Russian Academy of SciencesRussian Federation2024250920240120231264Copyright © Васильева Н.А., Абасов Ш.М., Владимиров А.А., Духанин Ю.А., Перевертин К.А., Гаплаев М.Ш., Баматов И.М., 20242024Васильева Н.А., Абасов Ш.М., Владимиров А.А., Духанин Ю.А., Перевертин К.А., Гаплаев М.Ш., Баматов И.М.Vasilyeva N.A., Abasov S.M., Vladimirov A.A., Dukhanin Y.A., Perevertin K.A., Gaplaev M.S., Bamatov I.M.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://bulletin.esoil.ru/jour/article/view/811

Поиск новых технологий эффективного регулирования урожайности с сохранением (повышением) почвенного плодородия является актуальной задачей. Применение удобрений в формах с пролонгированным действием может одновременно решать обе задачи – экономить удобрения и повышать мобилизацию элементов питания из почвы. В настоящей работе с использованием данных полевого опыта с озимой пшеницей посредством математического моделирования исследовали механизм влияния пролонгированного удобрения на скорость мобилизации элементов в почве. Показано, что в варианте с самым медленно растворяющимся удобрением (оригинальное полимер-модифицированное удобрение азофоска с содержанием поливинилового спирта – 20%) достигалась самая высокая эффективность азофоски (прибавка урожая 1.3 т/га и прирост в почве подвижных форм фосфора 2.5 мг/100 г почвы, калия – 8.8 мг/100 г почвы и нитратного азота – 4.7 мг/100 г почвы). Результаты модели на примере фосфора количественно подтвердили предположение о том, что низкая скорость растворения удобрения усиливает мобилизацию питательных элементов из почвы за счет отсутствия избытка доступных растению форм питательных элементов. Даны оценки добавочной эффективности модифицированной азофоски за счет содержания полимера. Показано, что новая форма удобрения может быть применена для эффективного снижения количества удобрения на планируемый урожай, одновременно с возможностью выведения почвы на более высокий уровень эффективного плодородия по основным элементам питания.

The search for new technologies for effective regulation of yield and soil fertility is an urgent task. The use of slow-release fertilizers can simultaneously solve both problems – reducing fertilizer rates and increasing the mobilization of soil nutrients. In this paper, the mechanism of slow-release fertilizer effect on the mobilization rate of soil nutrients was investigated using mathematical modeling on the data of field trials with winter wheat. It is shown that in the plots with the slowest dissolving fertilizer (azofoska with 20% content of polyvinyl alcohol), the highest efficiency of azofoska was achieved (an increase in yield of 1.3 t/ha and an increase in mobile forms of phosphorus in the soil of 2.5 mg/100 g soil, potassium – 8.8 mg/100 g soil and nitrate nitrogen – 4.7 mg/100 g soil). The results of phosphorus modeling quantitatively confirmed the assumption that the low rate of dissolution of fertilizer enhances the mobilization of nutrients from soil due to the absence of an excess of plant available nutrients. We provide estimates of the polymer added efficiency for a series of polymer-modified fertilizer. It is shown that this form of fertilizer can be applied to effectively reduce the amount of fertilizer required for the planned harvest, simultaneously with the possibility of bringing the soil to a higher level of effective fertility in major nutrient elements.

удобрения пролонгированного действияпочвенное плодородиеэффективное применение удобренийslow-release fertilizerssoil fertilityeffective application of fertilizerРабота выполнена при поддержке Российского научного фонда (проект № 22-16-00092).This work was supported by the Russian Science Foundation (project No. 22-16-00092).ReferencesБаматов И.М., Васильева Н.А., Васильев Т.А., Перевертин К.А. Влияние полимерной модификации комплексного удобрения на эффективность использования фосфора и калия озимой пшеницей на южном черноземе // Бюллетень Почвенного института имени В.В. Докучаева. 2022. Вып. 113. С. 90–109. DOI: 10.19047/01361694-2022-113-90-109.Bamatov I.M., Vasilyeva N.A., Vladimirov A.A., Vasiliev T.A., Perevertin K.A., Influence of polymer modification of complex fertilizer on the efficiency of phosphorus and potassium use by winter wheat on the southern chernozem, Dokuchaev Soil Bulletin, 2022, Vol. 113, pp. 90–109, DOI: 10.19047/0136-1694-2022-113-90-109.Воронкова Н.А., Храмцов И.Ф. Влияние длительного применения минеральных удобрений и соломы в севообороте на калийный режим чернозема выщелоченного // Фундаментальные исследования. 2015. № 2. (часть 2). С. 307–312.Voronkova N.A., Khramtsov I.F., Vliyanie dlitel'nogo primeneniya mineral'nykh udobrenii i solomy v sevooborote na kaliinyi rezhim chernozema vyshchelochennogo (The effect of long-term use of mineral fertilizers and straw in crop rotation on the potassium regime of leached chernozem), Fundamental'nye issledovaniya, 2015, No. 2 (chast' 2), pp. 307–312.Елешев Р.Е., Иванов А.Л. Фосфорный режим почв Казахстана. Алма-Ата: Наука, 1990. 160 с.Eleshev R.E., Ivanov A.L., Fosfornyi rezhim pochv Kazakhstana (Phosphorus regime of soils in Kazakhstan), Alma-Ata: Nauka, 1990, 160 p.Иорданский А.Л., Моисеев Ю.В., Маркин В.С. Исследование диффузии водных растворов кислот в пленке из поливинилового спирта // Высокомолекулярные соединения. 1972. XIVA. № 4. C. 801–805.Iordanskiy A.L., Moiseyev Yu.V., Markin V.S., Issledovaniye diffuzii vodnykh rastvorov kisloty v plenke iz polivinilovogo spirta (Study of diffusion of aqueous solutions of acids in polyvinyl alcohol film), Vysokomolekulyarnyye soyedineniya, 1972, XIVA, No. 4, pp. 801–805.Капцынель Ю.И., Казанцева О.Ф. Агрохимическая эффективность капсулированной мочевины // Бюллетень ВИУА. 1990. С. 6–10.Kaptsynel' Yu.I., Kazantseva O.F., Agrokhimicheskaya effektivnost' kapsulirovannoi mocheviny (Agrochemical efficiency of encapsulated urea), Byulleten' VIUA, 1990, pp. 6–10.Кирюшин В.И. Управление плодородием почв в интенсивном земледелии // Земледелие. 1987. № 5. С. 2–6.Kiryushin V.I., Upravlenie plodorodiem pochv v intensivnom zemledelii (Soil Fertility Management in Intensive Farming), Zemledelie, 1987, No. 5, pp. 2–6.Козел Е.Г. Получение капсулированных с ингибитором форм мочевины и их влияние на активность уреазы и содержания азота в почве // Инновации и инвестиции. 2019. № 10. С. 224–225.Kozel E.G., Poluchenie kapsulirovannykh s ingibitorom form mocheviny i ikh vliyanie na aktivnost' ureazy i soderzhaniya azota v pochve (Obtaining urea forms encapsulated with an inhibitor and their effect on urease activity and nitrogen content in the soil), Innovatsii i investitsii, 2019, No. 10, pp. 224–225.Кореньков Д.А. Минеральные удобрения и их рациональное применения. Россельхозиздат, 1973. 176 с.Koren'kov D.A., Mineral'nye udobreniya i ikh ratsional'noe primeneniya (Mineral fertilizers and their rational use), Moskva: Rossel'khozizdat, 1973, 2 ed., 176 p.Крутько Э.Т., Прокопчук Н.Р., Глоба А.И. Технология биоразлагаемых полимерных материалов. Минск: БГТУ, 2014. 105 с.Krut'ko E.T., Prokopchuk N.R., Globa A.I., Tekhnologiya biorazlagayemykh polimernykh materialov (Technology of biodegradable polymeric materials), Minsk: BGTU, 2014, 105 p.Леплявчено Л.П., Громова Л.И., Онищенко Л.М., Дроздова В.В., Ерезенко Е.Е., Осипов М.А. Агрохимические свойства чернозема выщелоченного и продуктивность полевого севооборота в связи с применением минеральных удобрений // Научный журнал КубГАУ. 2009. № 46(2). С. 91–145.Leplyavcheno L.P., Gromova L.I., Onishchenko L.M., Drozdova V.V., Erezenko E.E., Osipov M.A., Agrokhimicheskie svoistva chernozema vyshchelochennogo i produktivnost' polevogo sevooborota v svyazi s primeneniem mineral'nykh udobrenii (Agrochemical properties of leached chernozem and productivity of field crop rotation in connection with the use of mineral fertilizers), Nauchnyi zhurnal KubGAU, 2009, No. 46(2), pp. 91–145.Минеев В.Г. Агрохимия. М.: МГУ, КолосС, 2004. 718 с.Mineev V.G., Agrokhimiya (Agrochemistry), Moskva: MGU, KolosS, 2004, 718 p.Пироговская Г.В. Медленнодействующие удобрения. Минск: БНИИПА, 2000. 287 с.Pirogovskaya G.V., Medlennodeistvuyushchie udobreniya (Slow-release fertilizers), Minsk: BNIIPA, 2000, 287 p.Aarnio T., Räty M., Martikainen P.J. Long-Term Availability of Nutients in Forest Soil Derived from Fast- and Slow-Release Fertilizers // Plant and Soil. 2003. 252 (2). P. 227–239. DOI: 10.1023/A:1024765211123.Aarnio T., Räty M., Martikainen P.J., Long-Term availability of nutients in forest soil derived from fast- and slow-release fertilizers, Plant and Soil, 2003, Vol. 252, No. 2, pp. 227–239, DOI: 10.1023/A:1024765211123.Barrow N.J. The Effects of pH on phosphate uptake from the soil // Plant and Soil. 2017. 410. No. 1/2. P. 401–410. DOI: 10.1007/s11104-016-3008-9.Barrow N.J., The Effects of pH on Phosphate Uptake from the Soil, Plant and Soil, 2017, Vol. 410, No. 1/2, pp. 401–410, DOI: 10.1007/s11104-016-3008-9.Białkowska A., Borycka B., Bakar M., Rzany A. Innovative NPK Fertilizers based on Polyacrylamide and Polyvinyl Alcohol with Controlled Release of Nutrients // Polish Journal of Chemical Technology. Vol. 24. No. 3. P. 14–18. DOI: 10.2478/pjct-2022-0017.Białkowska A., Borycka B., Bakar M., Rzany A., Innovative NPK fertilizers based on polyacrylamide and polyvinyl alcohol with controlled release of nutrients, Polish Journal of Chemical Technology, 2022, Vol. 24, No. 3, pp. 14–18, DOI: 10.2478/pjct-2022-0017.Boyandin A.N., Kazantseva E.A., Varygina D.E., Volova T.G. Constructing slow-release formulations of ammonium nitrate fertilizer based on degradable poly (3-hydroxybutyrate) // J. Agr. Food Chem. 2017. Vol. 65(32). P. 6745–6752. DOI: 10.1021/acs.jafc.7b01217.Boyandin A.N., Kazantseva E.A., Varygina D.E., Volova T.G., Constructing slow-release formulations of ammonium nitrate fertilizer based on degradable poly (3-hydroxybutyrate), J. Agr. Food Chem., 2017, Vol. 65, No. 32, pp. 6745–6752, DOI: 10.1021/acs.jafc.7b01217.Ghafoor I., Rahman M.H.U., Hasnain M.U., Ikram R.M., Khan M.A., Iqbal R., Hussain M.I., Sabagh A.E. Effect of slow-release nitrogenous fertilizers on dry matter accumulation, grain nutritional quality, water productivity and wheat yield under an arid environment // Sci. Rep. 2022. Vol. 12(1). Art. No. 14783. DOI: 10.1038/s41598-022-18867-5.Ghafoor I., Rahman M.H.U., Hasnain M.U., Ikram R.M., Khan M.A., Iqbal R., Hussain M.I., Sabagh A.E., Effect of slow-release nitrogenous fertilizers on dry matter accumulation, grain nutritional quality, water productivity and wheat yield under an arid environment, Sci Rep., 2022, Vol. 12, No. 1, pp. 14783, DOI: 10.1038/s41598-022-18867-5.Ibrahim M., Iqbal M., Tang Y.-T., Khan S., Guan D.-X., Li G. Phosphorus Mobilization in Plant–Soil Environments and Inspired Strategies for Managing Phosphorus: A Review // Agronomy. 2022. Vol. 12. P. 2539. DOI: 10.3390/agronomy12102539.Ibrahim M., Iqbal M., Tang Y.-T., Khan S., Guan D.-X., Li G., Phosphorus mobilization in plant–soil environments and inspired strategies for managing phosphorus: A Review, Agronomy, 2022, Vol. 12, pp. 2539,Kontárová S., Přikryl R., Škarpa P., Kriška T., Antošovský J., Gregušková Z., Figalla S., Jašek V., Sedlmajer M., Menčík P., Mikolajová M. Slow-Release Nitrogen Fertilizers with Biodegradable Poly(3-hydroxybutyrate) Coating: Their Effect on the Growth of Maize and the Dynamics of N Release in Soil. Polymers. 2022. Vol. 14(20). Art. No. 4323. DOI: 10.3390/polym14204323.DOI: 10.3390/agronomy12102539.Li G., Fu P., Cheng G., Lu W., Lu D. Delaying application time of slow-release fertilizer increases soil rhizosphere nitrogen content, root activity, and grain yield of spring maize // The Crop Journal. 2022. Vol. 10(6). P. 1798–1806. DOI: 10.1016/j.cj.2022.04.014.Kontárová S., Přikryl R., Škarpa P., Kriška T., Antošovský J., Gregušková Z., Figalla S., Jašek V., Sedlmajer M., Menčík P., Mikolajová M., Slow-release nitrogen fertilizers with biodegradable poly(3-hydroxybutyrate) coating: their effect on the growth of maize and the dynamics of N release in soil, Polymers, 2022, Vol. 14, No. 20, pp. 4323,Richardson A.E., Lynch J.P., Ryan P.R., Delhaize E.F., Smith A., Smith S.E., Harvey P.R., Ryan M.H., Veneklaas E.J., Lambers H., Oberson A., Culvenor R.A., Simpson R.J. Plant and microbial strategies to improve the phosphorus efficiency of agriculture // Plant Soil. 2011. Vol. 349. P. 121–156. DOI: 10.1007/s11104-011-0950-4.DOI: 10.3390/polym14204323.R Core Team. R: A language and environment for statistical computing. R Foundation for Statistical Computing. Vienna, Austria, 2022. URL: https://www.R-project.org/.Li G., Fu P., Cheng G., Lu W., Lu D., Delaying application time of slow-release fertilizer increases soil rhizosphere nitrogen content, root activity, and grain yield of spring maize, The Crop Journal, 2022, Vol. 10, No. 6, pp. 1798–1806, DOI: 10.1016/j.cj.2022.04.014.Shaviv A. Advances in Controlled-Release Fertilizers // Advances in Agronomy. 2001. Vol. 71. P. 2–51.Richardson A.E., Lynch J.P., Ryan P.R., Delhaize E.F., Smith A., Smith S.E., Harvey P.R., Ryan M.H., Veneklaas E.J., Lambers H., Oberson A., Culvenor R.A., Simpson R.J., Plant and microbial strategies to improve the phosphorus efficiency of agriculture, Plant Soil, 2011, Vol. 349, pp. 121–156, DOI: 10.1007/s11104-011-0950-4.Shaviv A., Ahaviv A., Mikkelsen R.L. Controlled-release fertilizers to increase efficiency of nutrient use and minimize environmental degradation // Fertilizer Research. A review. 1993. Vol. 35. P. 1–12.R Core Team. R: A language and environment for statistical computing. R Foundation for Statistical Computing, Vienna, Austria, 2022,Smiley R.W. Wheat rhizosphere ph and the biological control of take-all / J.L. Harley, R.S. Russell (Eds). The Soil–Root Interface. Academic Press, 1979. P. 329–338. DOI: 10.1016/B978-0-12-325550-1.50033-1.URL: https://www.R-project.org/.Sofyane A., Ablouh E., Lahcini M., Elmeziane A., Khouloud M., Kaddami H., Raihane M. Slow-release fertilizers based on starch acetate/glycerol/polyvinyl alcohol biocomposites for sustained nutrient release, Proc. “Materials Today”. 2021. Vol. 36. Part 1. P. 74–81. DOI: 10.1016/j.matpr.2020.05.319.Shaviv A., Advances in controlled-release fertilizers, Advances in Agronomy, 2001, Vol. 71, pp. 2–51.Talboys P.J., Heppell J., Roose T. Healey J.R., Jones D.L., Withers P.J.A. Struvite: a slow-release fertiliser for sustainable phosphorus management // Plant Soil. 2016. Vol. 401. P. 109–123. DOI: 10.1007/s11104-015-2747-3.Shaviv A., Ahaviv A., Mikkelsen R.L., Controlled-release fertilizers to increase efficiency of nutrient use and minimize environmental degradation. A review, Fertilizer Research, 1993, Vol. 35, pp. 1–12.Trenkel M.E. Slow – and Controlled-Release Fertilizer: An Option for Enhancing Nutrient Use Efficiency in Agriculture. Paris, International Fertilizer Industry Association (IFI), 2010. 163 p.Smiley R.W., Wheat rhizosphere ph and the biological control of take-all, J.L. Harley, R.S. Russell (Eds), The Soil–Root Interface, Academic Press, 1979, pp. 329–338, DOI: 10.1016/B978-0-12-325550-1.50033-1.Wang C., Lv J., Xie J., Yu J., Li J., Zhang J., Tang C., Niu T., Patience B.E. Effect of slow-release fertilizer on soil fertility and growth and quality of wintering Chinese chives (Allium tuberm Rottler ex Spreng.) in greenhouses // Sci Rep. 2021. Vol. 11(1). Art. No. 8070. DOI: 10.1038/s41598-021-87593-1.Sofyane A., Ablouh E., Lahcini M., Elmeziane A., Khouloud M., Kaddami H., Raihane M., Slow-release fertilizers based on starch acetate/glycerol/polyvinyl alcohol biocomposites for sustained nutrient release, Materials Today: Proceedings, 2021, Vol. 36, Part 1, pp. 74–81,DOI: 10.1016/j.matpr.2020.05.319.DOI: 10.1016/j.matpr.2020.05.319.Talboys P.J., Heppell J., Roose T., Healey J.R., Jones D.L., Withers P.J.A., Struvite: a slow-release fertiliser for sustainable phosphorus management, Plant Soil, 2016, Vol. 401, pp. 109–123, DOI: 10.1007/s11104-015-2747-3.Talboys P.J., Heppell J., Roose T., Healey J.R., Jones D.L., Withers P.J.A., Struvite: a slow-release fertiliser for sustainable phosphorus management, Plant Soil, 2016, Vol. 401, pp. 109–123, DOI: 10.1007/s11104-015-2747-3.Trenkel M.E., Slow – and Controlled-Release Fertilizer: An Option for Enhancing Nutrient Use Efficiency in Agriculture, International Fertilizer Industry Association (IFI), Paris, 2010, 163 p.Trenkel M.E., Slow – and Controlled-Release Fertilizer: An Option for Enhancing Nutrient Use Efficiency in Agriculture, International Fertilizer Industry Association (IFI), Paris, 2010, 163 p.Wang C., Lv J., Xie J., Yu J., Li J., Zhang J., Tang C., Niu T., Patience B.E., Effect of slow-release fertilizer on soil fertility and growth and quality of wintering Chinese chives (Allium tuberm Rottler ex Spreng.) in greenhouses, Sci Rep., 2021, Vol. 11, No. 1, pp. 8070, DOI: 10.1038/s41598-021-87593-1.Wang C., Lv J., Xie J., Yu J., Li J., Zhang J., Tang C., Niu T., Patience B.E., Effect of slow-release fertilizer on soil fertility and growth and quality of wintering Chinese chives (Allium tuberm Rottler ex Spreng.) in greenhouses, Sci Rep., 2021, Vol. 11, No. 1, pp. 8070, DOI: 10.1038/s41598-021-87593-1.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.