Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по сельскому хозяйству
На правах рукописи
ДУХАНИН Юрий Александрович
ФАКТОРЫ ОКУЛЬТУРИВАНИЯ ПЕСЧАНЫХ И
СУПЕСЧАНЫХ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ ПОЧВ
И ИХ ЭКОЛОГО-АГРОХИМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА
Специальность 06.01.04 - Агрохимия
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
доктора сельскохозяйственных наук
Москва 2007
Работа выполнена на кафедре агрохимии факультета почвоведения
Московского Государственного университета имени М.В. Ломоносова
Научный консультант: | доктор сельскохозяйственных наук, профессор, академик РАСХН Минеев Василий Григорьевич |
Официальные оппоненты: | доктор сельскохозяйственных наук Шафран Станислав Аронович |
доктор биологических наук, профессор Никитишен Владимир Иванович | |
доктор биологических наук, профессор Надежкин Сергей Михайлович | |
Ведущая организация - | Российский государственный аграрный университет Ц МСХА имени К.А. Тимирязева |
Защита диссертации состоится л____ ноября 2007 года в 14 часов на
заседании диссертационного совета Д 006.049.01 при Научно-исследова-тельском институте сельского хозяйства Центральных районов Нечерноземной зоны.
Адрес: 143026, Московская область, Одинцовский район, пос. Немчиновка-1, ул. Калинина, дом 1.
С диссертацией можно ознакомится в библиотеке Научно-исследовательского института сельского хозяйства Центральных районов Нечерноземной зоны (НИИСХ ЦРНЗ).
Автореферат разослан л____ ______________ 2007 года.
Ученый секретарь
диссертационного совета А.С. Мерзликин
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность проблемы. В настоящее время 20 % пахотных почв легкого гранулометрического состава Центрального Нечерноземья нуждаются в улучшении эколого - агрохимического состояния. Дерново-подзолистые песчаные и супесчаные почвы в сравнении с суглинками и глинами экологически наиболее уязвимы. Эффективным средством повышения их продуктивности является сбалансированное применение удобрений и мелиорантов. Обладая низкой поглотительной способностью и слабой буферностью, под воздействием физиологически кислых минеральных удобрений они сильно подкисляются и десорбируют обменные катионы в почвенный раствор. Высокая влагопроницаемость этих почв способствует вымыванию обменных оснований, а также легкоподвижных соединений элементов питания, прежде всего азота из корнеобитаемого слоя. Низкая емкость катионного обмена песчаных и супесчаных почв, обусловленная их гранулометрическим, минералогическим составом и недостаточной гумусированностью, существенно ограничивает их сельскохозяйственное использование в случае техногенного загрязнения территорий тяжелыми металлами и радионуклидами. В таких почвенных условиях подвижность токсикантов многократно возрастает, и они могут накапливаться растениями в концентрациях, представляющих опасность для здоровья животных и человека. Фитотоксичность свойственна почвам с низким уровнем плодородия, и она может усиливаться в результате антропогенного воздействия.
Цель диссертационной работы - научное обоснование приемов окультуривания дерново-подзолистых песчаных и супесчаных почв, обеспечивающих достижение высокой продуктивности выращиваемых на них сельскохозяйственных культур, отвечающих экологическим требованиям современного земледелия при ведении его в условиях глобального и локального техногенного загрязнения природной среды токсичными веществами.
Для ее выполнения были поставлены следующие задачи:
- изучить эффективность органических и минеральных удобрений в севооборотах с сидеральным и занятым бобовыми культурами паром;
- выявить особенности действия удобрений на продуктивность основных культур полевого севооборота;
- изучить взаимодействие азотных, фосфорных и калийных удобрений при внесении их в сочетании с известкованием;
- оценить эффективность последействия органических и минеральных удобрений в севообороте;
- изучить обеспеченность почвы микроэлементами и установить их эффективность в севообороте;
- выявить закономерности миграции нитратного азота по профилю почвы в условиях систематического внесения органических и минеральных удобрений;
- проанализировать изменение структурных и функциональных показателей комплекса почвенных микроорганизмов под влиянием удобрений;
- определить накопление тяжелых металлов и фтора в почве и растениях в результате длительного применения удобрений;
- дать оценку роли удобрений и мелиорантов в регулировании подвижности радионуклидов в почве и аккумуляции их растениями.
Научная новизна. Исследования, проведенные в многолетних и краткосрочных стационарных полевых опытах на песчаных и супесчаных дерново-подзолистых почвах, позволили обосновать систему последовательного повышения плодородия этих почв, ключевыми элементами которой на первых этапах окультуривания являются использование сидерального люпинового пара в сочетании с внесением торфонавозного компоста и умеренных доз минеральных удобрений, а на заключительных этапах - применение повышенных доз минеральных и органических удобрений на фоне известкования. Достигнутый благодаря применению такого комплекса агрохимических приемов уровень окультуренности почв, характеризующийся достаточной гумусированностью и обогащением корнеобитаемого слоя подвижными фосфатами, предопределяет первоочередное значение азотных удобрений в повышении продуктивности выращиваемых на них таких культур, как ячмень, овес, гречиха. Выявлено высокое и длительное последействие органических и фосфорных минеральных удобрений на урожайность культур севооборота.
Установлены закономерности миграции нитратного азота в песчаных дерново-подзолистых почвах. В условиях обильного выпадения атмосферных осадков в весенне-летний период нитраты, внесенные с минеральным удобрением и образующиеся вследствие минерализационных почвенных процессов, подвержены сильно выраженной миграции по профилю песчаных дерново-подзолистых почв. Наряду с нисходящей миграцией нитратов, достигающей глубины 1,5 м и более, наблюдается восходящее их передвижение в почве в вышележащие горизонты в процессе испарения почвенной влаги.
Показано, что сбалансированное применение органических и минеральных удобрений в агроценозах на супесчаных окультуренных почвах приводит к изменению структурных и функциональных показателей комплекса почвенных микроорганизмов в допустимых пределах, не вызывающих нарушений устойчивости микробоценоза.
Выявлены закономерности воздействия агрохимических средств на подвижность тяжелых металлов и радионуклидов в загрязненной ими песчаной и супесчаной почве, исходя из которых обоснованы приемы внесения удобрений, снижающие уровень накопления этих токсических веществ растениями. Получены данные, свидетельствующие о положительной роли оптимизации применения органических и минеральных удобрений в снижении фитотоксичности почвы, обусловленной формированием определенной структуры комплекса почвенных микроорганизмов.
Защищаемые положения. На защиту выносятся следующие научные положения:
1. Комплексное применение сидератов, органических и минеральных макро- и микроудобрений в сочетании с известкованием составляет основу повышения плодородия песчаных и супесчаных дерново-подзолистых почв, обеспечивает устойчивое развитие высокопродуктивного земледелия в изучаемых почвенно-климатических условиях Нечерноземной зоны. Положительное действие этих агрохимических средств на продуктивность культур полевого севооборота проявляется продолжительное время.
2. При оптимизации азотного питания растений на песчаных и супесчаных почвах следует учитывать высокую водопроницаемость этих почв, определяющую усиленную миграцию минеральных соединений азота, преимущественно нитратов, за пределы корнеобитаемого слоя. Нитраты, внесенные с минеральным удобрением и образующиеся при минерализации почвенных органических соединений азота и торфонавозного компоста, вымываются атмосферными осадками в теплое время года на глубину до 1,5 м и более. Восходящее передвижение этих азотных соединений по профилю почвы, вызываемое испарением влаги из верхних почвенных горизонтов, выражено в меньшей степени.
3. Дерново-подзолистые песчаные и супесчаные почвы характеризуются низкой биологической активностью. Повышение их окультуренности посредством сбалансированного применения агрохимических средств оказывает положительное влияние на активность и структуру микробного сообщества.
4. Важной экологической функцией агрохимических средств на высокоокультуренных песчаных и супесчаных дерново-подзолистых почвах является обеспечение оптимальных параметров физико-химических, биологических свойств и питательного режима корнеобитаемого слоя почв, при которых достигается иммобилизация тяжелых металлов и радионуклидов, а также снижение их накопления в растениях.
Практическое значение результатов исследований. Результаты исследований использованы при подготовке научно-практических рекомендаций по повышению плодородия и продуктивности песчаных и супесчаных дерново-подзолистых почв: Технологии возделывания озимых зерновых культур в Центральном районе Нечерноземной зоны Российской Федерации. - М., ФГНУ Росинформагротех, 2000, 52 с.; Типовые нормативно-технологические карты по производству основных видов растениеводческой продукции. - М., ООО Экономика и право, 2004, 391 с.
Экспериментальные данные по изучению закономерностей поведения тяжелых металлов и радионуклидов в агроценозах положены в основу системы агротехнических мероприятий, ограничивающих токсичное действие этих загрязняющих веществ на растения, животных и человека: Технологии реабилитации радиоактивно загрязненных естественных кормовых угодий. - М., ФГНУ Росинформагротех, 2002, 40 с.; Методические рекомендации по разработке региональных программ защиты сельскохозяйственного производства от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера, учитывающие вопросы страхования. - М., Изд-во ФГОУ РИАМА, 2004, 62 с.; Концепция региональных программ защиты сельскохозяйственного производства от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера, учитывающая вопросы страхования. - М., Изд-во ФГОУ РИАМА, 2004, 14 с.
Материалы диссертации включены в учебное пособие Радиационная безопасность в сельском хозяйстве. - М., РУДН, 2004, 78 с.
Апробация работы. Результаты исследований по теме диссертационной работы доложены на следующих научных конференциях и совещаниях:
- Всероссийском научно-техническом совещании Географической сети опытов с удобрениями. Москва, 1998 г.
- Четвертом международном форуме УМировой опыт в РоссииФ. Москва, 1994 г.
- Международной конференции УОпыт работы по реабилитации территорий, пострадавших от Чернобыльской катастрофыФ. Брянск, 1995 г.
- Всероссийской конференции УМикробиология почв и земледелиеФ. Санкт-Петербург, 1998 г.
- Международной научно-практической конференции УСовременные проблемы опытного делаФ. Санкт-Петербург, 2000 г.
- Международном симпозиуме УПроблема фосфора и комплексное использование нетрадиционного минерального сырья в земледелииФ. Москва-Немчиновка, 2000 г.
- Международной научной конференции УСелекция, ветеринария, генетика и экологияФ. Новосибирск, 2001 г.
- ХII-th International Conference on Heavy Metals in the Environement. Grenobl, France, 2003.
- Proceedin of the 2-nd International Conference. Novosibirsk, 2003.
Результаты исследований по теме диссертации неоднократно докладывались на заседаниях кафедры агрохимии факультета почвоведения Московского Государственного университета имени М.В. Ломоносова.
Работа является частью плановой тематики кафедры агрохимии МГУ имени М.В. Ломоносова и выполнялась в рамках тем: Эколого-агрохими-ческое обоснование путей воспроизводства плодородия и повышения продуктивности почв (№ госрегистрации 01.0.20.001721), Агрохимические пути воспроизводства плодородия разных типов почв (№ 01.2.00109763), при частичной поддержке программы Университеты России и проектов РФФИ.
Результаты исследований используются при чтении курсов лекций Агрохимия и биосфера, Агрохимия на факультете почвоведения МГУ имени М.В. Ломоносова.
Публикации. Основные положения работы опубликованы в 43 печатных работах, в том числе 1 личной и 7 коллективных монографиях.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов, изложена на 333 страницах машинописного текста, содержит 15 рисунков и 87 таблиц. Список литературы включает 314 наименований работ отечественных и зарубежных авторов.
Автор выражает признательность научному консультанту академику Россельхозакадемии В.Г. Минееву, сотрудникам Новозыбковской опытной станции ВНИИА, Всероссийского научно-исследовательского института агрохимии имени Д.Н.Прянишникова (ВНИИА), Всероссийского научно-исследовательского института сельскохозяйственной радиологии и агроэкологии (ВНИИСХРАЭ), Брянской государственной сельскохозяйственной академии, Всероссийского научно-исследовательского института кормов им. В.Р. Вильямса, Брянского центра Агрохимрадиология, сотрудникам кафедры агрохимии Московского государственного университета имени М.В.Ломоносова.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Условия и методика проведения исследований.
Исследования проводили в условиях Брянской области на песчаных и супесчаных почвах, площадь которых на юго-западе Российской Федерации, составляет около 6 млн. га. Рельеф территории области представляет собой слабоволнистую равнину с общим пологим склоном на юго-запад при колебании высот местности над уровнем моря от 292 до 125 м.
Климат Брянской области умеренно-континентальный с теплым летом и умеренно холодной зимой. Годовая сумма солнечной радиации увеличивается с 88 ккал на кв. см поверхности на севере до 92 ккал на кв. см на юге. На период май, июнь, июль приходится около 45 % годового поступления тепла. Величина солнечной радиации в ясную погоду в середине июля составляет примерно 800 ккал на кв. см в сутки. Среднегодовая температура воздуха на территории области колеблется в пределах от 4,7 до 5,9оС. Годовая амплитуда среднемесячной температуры воздуха составляет 27оС. Продолжительность теплого времени года с температурами выше 0оС изменяется от 217 до 234 дней, продолжительность вегетационного периода (с температурами выше 5оС) равна 180-190 дням, продолжительность периода с активной вегетацией (с температурами выше 10оС) - 136-154 дням.
По количеству атмосферных осадков территория области относится к зоне умеренного увлажнения со среднегодовым многолетним количеством их выпадения 530-655 мм. Максимум атмосферных осадков приходится на июль месяц, минимум - на февраль-март. За период активной вегетации растений выпадает от 270 до 330 мм.
Продолжительность зимнего периода составляет примерно 155 дней, предзимья - 20-30 дней. Предзимье характеризуется неустойчивой погодой, частой сменой морозных дней оттепелями, становлением и сходом снежного покрова. Оттепели наступают каждую зиму. Средняя температура января колеблется от -7оС в юго-западных районах до -9оС (Карачев). Абсолютный минимум низких отрицательных температур достигает -42оС (Дубровка). Наибольшая высота снежного покрова наблюдается в северо-западных районах области и достигает 34-45 см, в малоснежные зимы она не превышает 10 см. Промерзание почвы начинается, как правило, в ноябре, достигая максимума в марте, глубина его колеблется от 17 до 151 см.
Новозыбковская опытная станция ВНИИА, где проводились исследования, расположена в юго-западной части Брянской области в зоне лесостепи. По данным метеорологического поста опытной станции за 75-летний период проведения наблюдений погодные условия на ее территории характеризовались следующими особенностями. Весна наступала в третьей декаде марта и отличалась быстрым ростом температуры с -1,8оС в марте до +6,7оС в апреле и до +14,5оС в мае. В отдельные годы она бывала затяжной, с неустойчивой температурой и несколькими периодами похолодания, вплоть до возврата заморозков. Переход среднемесячной температуры через +10оС происходил в начале мая. Наиболее теплый из трех летних месяцев июль (+19,4оС), в августе начинается плавное понижение температуры с 18,2оС до 12,9оС в сентябре, 6,4оС в октябре и 0,4оС в ноябре. Снижение среднесуточной температуры ниже +10оС происходит в середине третьей декады сентября. Продолжительность периода с температурами выше 10оС составляет 146 дней при сумме активных температур 2050-2450оС. Отклонения от среднемноголетних показателей температуры в отдельные годы бывают очень значительными. Так, при среднемноголетней температуре января, равной -6,8оС, колебания ее составили от +13,7о до -36,5оС, при средней температуре мая +14,5о отклонения достигали от -11о до +32,9оС.
Осадки в течение года на территории опытной станции выпадают неравномерно. При среднегодовом их количестве в 589,1 мм на вегетационный период (апрель - сентябрь) приходится 364,3 мм осадков с колебаниями по годам от 180 до 560 мм. В летний период иногда создаются условия проявления почвенной и воздушной засухи, как это имело место в 1995 году, когда острый дефицит влаги посевы испытывали в первой декаде июня, весь июль и во второй декаде августа. Максимальное количество осадков выпадает в июле (77,1 мм), минимальное - в феврале (27,6 мм). Высота снежного покрова в среднем колеблется в пределах 16-20 см, в отдельные годы (1994/1995 гг.) наблюдалось отсутствие образования устойчивого снежного покрова.
Почвенный покров территории Брянской области характеризуется большим разнообразием. Здесь преобладают дерново-подзолистые почвы, занимающие почти 60 % пахотных земель, представленные слабо-, средне- и сильноподзолистыми видами и имеющими песчаный, супесчаный и легкосуглинистый гранулометрический состав.
Дерново-подзолистые супесчаные почвы распространены в основном в западных и северо-западных районах области, в том числе и в Новозыбковском районе, где ими занята большая часть пахотных земель. В хорошо выраженном пахотном гумусовом горизонте этих почв, мощностью 18-20 см, преобладают фракции среднего и легкого песка, в сумме составляющие 45-82 %. Содержание физической глины в них не превышает 15-16 %, илистой фракции - 1,5-5 %. Для почвенного профиля супесчаных почв характерны слабая оструктуренность, высокая водопроницаемость и низкая влагоёмкость. В засушливые годы почва быстро теряет влагу до критических значений, при этом посевы могут испытывать ее дефицит даже в условиях умеренного увлажнения.
Дерново-подзолистые супесчаные почвы имеют невысокое содержание гумуса в пахотном горизонте (0,9-1,4 %), сумма поглощенных оснований в них составляет 1,9-4,5 мг-экв/100 г, рН солевой вытяжки - 4,7-5,0. Буферная способность этих почв низкая.
Дерново-подзолистые песчаные почвы сформировались на тех же породах, что и супесчаные (на мощных рыхлых песчаных отложениях). Они встречаются во всех районах области, но не образуют больших массивов. Характеризуются более низким уровнем плодородия по сравнению с супесчаными почвами, слабо гумусированы (около 0,8% гумуса), имеют слабый гумусовый горизонт. Верхние горизонты песчаных дерново-подзолистых почв обеднены обменными основаниями и имеют повышенную кислотность. Благодаря высокой водопроницаемости этих почв, внесенные с удобрениями растворимые соединения питательных веществ быстро вымываются глубже корнеобитаемого слоя и могут попадать в грунтовые воды. Биологическая активность их также очень низкая, обусловленная низкой гумусированностью и повышенной кислотностью.
Исследования проводили на Новозыбковской опытной станции ВНИИА на дерново-подзолистых песчаных и супесчаных почвах, сформировавшихся на древнеаллювиальной супеси с глубиной песчаного слоя от 0,6 до 3 м. Эти почвы характеризуются низким уровнем естественного плодородия, обусловленного неблагоприятными агрохимическими, физико-химическими и биологическими свойствами. Содержание гумуса в пахотном слое при закладке полевых опытов (1964-1967 гг.) не превышало 0,8-0,9 %, подвижных фосфатов и обменного калия соответственно 80-100 и 30-50 мг/кг почвы. Почвы отличаются повышенной кислотностью, рНKCl составляла 4,5-4,6.
Полевые опыты по изучению трансформации радионуклидов в почвах и поступлению в растения, а также исследование биологических свойств почв проводили на рыхлопесчаных дерново-подзолистых почвах с более высоким уровнем плодородия, достигнутого в период интенсивной химизации земледелия. Содержание гумуса в пахотном слое этих почв колебалось в пределах 1,2-2,9 %, обеспеченность подвижными формами фосфора и калия достигало соответственно более 218 и 117 мг/кг.
Методика проведения агрохимических и биологических исследований. Исследования проводили в многолетних стационарных полевых опытах, заложенных в 1964-1967 гг., краткосрочных полевых опытах 1980, 1982, 1983, 1985 гг., полевых опытах 1980-1985 гг., двух вегетационных с 32Р 1980 г. и модельно-полевых 1988, 1989, 1990, 1991 годах и продолжающихся в настоящее время. Чередование культур в севооборотах многолетнего стационарного опыта было следующим: в четырехпольном севообороте: картофель, овес, люпин, озимая рожь; в пятипольном: ячмень, овес, картофель, яровая пшеница, сераделла; в восьмипольном: люпин на удобрение, озимая рожь, картофель, овес, сераделла, озимая рожь, люпин на зерно, ячмень. В последние годы в опытах использовали районированные в зоне сорта культурных растений: картофель Темп, овес Скакун, озимая рожь Пуховчанка, Люпин Брянский 123, ячмень Зазерский 85, сераделла Скороспелая 3587, гречиха Краснострелецкая. Повторность вариантов в полевых опытах - четырехкратная, площадь опытных делянок составляла 70-247 м2, учетная - 52-156 м2. Технологии возделывания культур севооборота общепринятые для данной зоны. В качестве органических удобрений в полевых опытах применяли торфонавозный компост (ТНК) с соотношением торфа к навозу 1:1. Азотные удобрения вносили в форме аммиачной селитры, фосфорные - простого и двойного суперфосфата, калийные - хлористого калия и калимагнезии. Известкование проводили доломитовой и известняковой мукой.
Вегетационные опыты с радиоактивной меткой 32Р проводили с овсом и гречихой во Всероссийском научно-исследовательском институте кормов им. В.Р. Вильямса.
В полевых опытах 1981-1985 гг. изучение влияния минеральных удобрений в широком диапазоне доз и сочетаний проводили в посевах гречихи по факториальной схеме (444). Обработку экспериментальных данных делали регрессионным методом [Перегудов, Иванова, 1972] по модели:
У = a0 + a1N0,5+a2N+a3P0,5+a4P+a5K0,5+a6K+a7 (NP)0,5 +a8(NK)0,5+a9(PK)0,5
Анализы почвы на содержание макро- и микроэлементов, а также тяжелых металлов проводили, используя общепринятые методики и существующие ГОСТы. Определение цезия-137 в почвенных и растительных образцах осуществляли на гамма-спектрометре УГамма-1СФ. При проведении микробиологических исследований в полевых опытах образцы почвы отбирали ежемесячно по 500-700 г стандартным методом конверта с каждой делянки и высушивали до воздушно-сухого состояния. Подготовка почвенных проб для микробиологического проводилась в соответствии со стандартными методами. Анализы проводились в ВНИИ сельскохозяйственной радиологии и агроэкологии, Почвенном институте им. В.В. Докучаева, МГУ им. М.В. Ломоносова.
Для оценки состояния комплекса почвенных микроорганизмов при применении различных средств химизации были изучены структурные и функциональные параметры биологической активности почвы в динамике в течение вегетационного периода. Структурные параметры: численность основных групп почвенных микроорганизмов (бактерии, грибы, актиномицеты); длина гифов грибов, актиномицетов. Функциональные параметры: азотфиксация; активность ферментов (каталаза, дегидрогеназа); денитрификация; дыхание по выделению СО2; фитотоксичность почвы.
Численность почвенных микроорганизмов определяли методом посева и методом прямого люминесцентного микроскопирования. Сочетание этих методов позволяет охарактеризовать микробную сукцессию в почве [Звягинцев, 1987].
Общее количество бактерий определяли с помощью метода люминесцентной микроскопии по Звягинцеву и Кожевину [Полянская, 1988].
Для определения грибного мицелия и спор грибов использовали метод люминесцентной микроскопии. Учет вели так же, как и для бактерий. Для окраски мицелия и спор грибов применяли калькофлуор белый [Полянская, 1989].
При определении каталазы количество молекулярного кислорода измеряли газометрическим методом [Хазиев, 1976].
Активность дегидрогеназы определяли стандартным методом [Галстян, 1974].
Потенциальную активность азотфиксации определяли ацетиленовым методом на газовом хроматографе УЦвет 106Ф [Умаров, 1976].
Потенциальную активность денитрификации определяли газо-хроматографическим методом [Бабьева, Зенова, 1989].
Определение фитотоксичности почвы проводили методом почвенных пластинок [Бабьева, Агре, 1971]. В качестве тест-объекта использовали семена районированного в Брянской области сорта озимой ржи Пуховчанка.
Результаты опытов обрабатывали статистическими методами [Доспехов, 1979, Лакин, 1990].
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Агрохимические свойства песчаных и супесчаных
дерново-подзолистых почв и эффективность удобрений
Анализ работы Новозыбковской опытной станции по изучению эффективности систем применения удобрений в севооборотах, позволил нам выделить ряд последовательных этапов при проведении исследований в этом направлении (табл. 1). Каждый этап характеризуется определенным уровнем плодородия почвы, следовательно, и соответствующей урожайностью. Начальный этап - это освоение песчаных почв, естественное плодородие которых в данный период настолько низкое, что средний урожай зерна озимой ржи не превышал 3 ц/га. Одним из важных приемов повышения плодородия песчаных почв в начале их освоения явилось использование сидерального удобрения - запахивание всей зеленой биомассы люпина в сочетании с внесением фосфорно-калийного удобрения. Это позволило повысить урожайность следующей после люпина озимой ржи до 8,3 ц/га зерна со средним выходом продуктивности севооборота 6,7 ц/га кормовых единиц (к.е.).
Второй этап освоения песчаных почв заключался во введении люпина в четырехпольный севооборот (люпиновый пар, озимая рожь, картофель, овес), в котором всю биомассу люпина запахивали на удобрение под озимую рожь, а под картофель вносили 18 т/га навоза. Минеральные удобрения использовались при выращивании всех культур севооборота. Это наиболее продолжительный во времени этап, в течение которого резко улучшились основные агрохимические показатели почвы: содержание гумуса в пахотном слое, сумма поглощенных оснований, рН, нитрифицирующая способность и ряд других. В данный период урожай озимой ржи повысился до 11,2 ц/га, картофеля - до 175,6 ц/га, овса - до 8,6 ц/га со среднегодовой продуктивностью севооборота за 23 года 20,4 ц/га к.е.
Таблица 1
Этапы окультуривания и продуктивность дерново-подзолистой песчаной почвы
Показатели | Продуктивность неокультуренной почвы (до закладки опыта) | I этап | II этап | III этап | IV этап |
Факторы окультуривания | Ц | Запахивание зеленой массы люпина +NPK | Введение люпина в 4-х - польный севооборот (люпиновый пар, озимая рожь, картофель, овес) + 18 т/га навоза под картофель и NPK под все культуры | Совершенствование системы удобрений в севообороте с сидеральным паром (применение известняковой муки и повышенных доз NPK, рациональное размещение их под культуры севооборота) | Комплексное применение минеральных и органических удобрений в сочетании с известняковой и доломитовой мукой, использованием пожнивных остатков люпина на сидерацию |
Средняя урожайность озимой ржи, ц/га | 3,0 | 8,3 | 11,2 | 21,0 | 25,8 |
Среднегодовая продуктивность культур сево-оборота, к.е. | 6,7 | 20,4 | 29,1 | 37,5 |
Третий этап окультуривания песчаных почв имел своей целью совершенствование системы удобрения в севообороте, включающей использование извести и повышенных доз удобрений, а также рациональное размещение их под отдельные культуры севооборота. В этих условиях урожай озимой ржи возрос до 21,0 ц/га, а среднегодовая продуктивность севооборота - до 29,1 ц/га к.е. На данном этапе стало возможным использование всей или части выращиваемой зеленой массы люпина на корм животным без ущерба для урожая последующих культур севооборота.
На четвертом, заключительном этапе освоения песчаных почв, имеющих к этому времени гумусовый горизонт не менее 22 см и обеспечивающих продуктивность посевов озимой ржи до 21 ц/га зерна и выше, оказалось возможным применение системы удобрения в сочетании с использованием для улучшения гумусного состояния почв только пожнивных остатков люпина. Применение, наряду с органическими и минеральными удобрениями, также извести и магния позволило обеспечить дальнейший рост урожайности озимой ржи до 25,8 ц/га зерна и общую среднегодовую продуктивность культур севооборота до 37,5 ц/га к. е.
Таким образом, использование люпина в качестве зеленого удобрения в сочетании с органическими, минеральными удобрениями и известкованием имело определяющее значение в повышении плодородия песчаных дерново-подзолистых почв и продуктивности выращиваемых на них сельскохозяйственных культур.
Исследования, проведенные в полевых опытах с различными сортами овса на дерново-подзолистой произвесткованной (рНKCl 6,3-6,6) песчаной почве с содержанием подвижных фосфатов по Кирсанову до 300 мг/кг выявили высокое положительное действие азотного удобрения на продуктивность посевов (табл. 2). Эффективность калия была слабой, а внесение фосфора практически не обеспечивало роста урожая. Оптимальный уровень минерального питания этой культуры складывался при внесении минерального удобрения в дозе N80P60K80, что позволило сформировать урожай зерна овса сорта Астор 26,8 ц/га, Кировский - 25,3 ц/га, Льговский - 20,4 ц/га. Величина сбора зерна сильно зависела от влагообеспеченности вегетационного периода и колебалась в годы с дефицитом влаги и с достаточным увлажнением у различных сортов овса в следующих пределах: Астор - без удобрений 9,9-22,3 ц/га, вариант N80P60K80 - 12,8-35,1 ц/га; Кировский - без удобрений 7,3-24,4 ц/га, вариант N80P60K80 - 11,0-35,8 ц/га; Льговский 78 - без удобрений 9,6-21,1 ц/га, вариант N80P60K80 - 10,5-31,6 ц/га.
О высокой потребности растений в азоте на песчаной дерново-подзолистой почве, высокообеспеченной подвижным фосфором (250 мг/кг) свидетельствуют также данные 5-летних полевых опытов с гречихой (табл. 3, уравнение 1). Как показали наши исследования, во все годы проведения экспериментов урожай семян этой культуры повышался только под действием азотного удобрения. Внесение под нее фосфора и калия было неэффективным, что объясняется высоким содержанием подвижного фосфора в почве и биологическими особенностями растений гречихи.
Таблица 2
Эффективность минеральных удобрений при возделывании разных сортов овса
Вариант опыта | Сбор зерна в среднем за 4 года, ц/га | ||
Астор | Кировский | ьговский 78 | |
Без удобрений | 18,1 | 17,3 | 16,8 |
К120 | 19,4 | 20,0 | 18,4 |
Р90 | 18,3 | 18,1 | 17,9 |
Р90К120 | 19,8 | 18,4 | 18,0 |
N80P60K80 | 26,8 | 25,3 | 20,4 |
N120 | 24,1 | 22,5 | 19,3 |
N120K120 | 24,5 | 21,2 | 21,4 |
N120P90K120 | 22,7 | 21,8 | 18,4 |
N160P120K40 | 25,3 | 21,5 | 18,7 |
НСР0,5, ц/га | 1,3 | 1,7 | 1,1 |
Таблица 3
Эффективность минеральных удобрений на гречихе, ц/га
при высокой обеспеченности почвы фосфором (среднее за 5 лет)
Доза азота, кг/га | Доза Р2О5, кг/га | Доза К2О, кг/га | |||||||
0 | 50 | 100 | 150 | 0 | 50 | 100 | 150 | ||
урожай зерна, ц/га | прибавка урожая, ц/га | ||||||||
0 | 0 | 6,8 | 6,8 | 6,8 | 6,8 | Ц | Ц | Ц | Ц |
50 | 6,4 | 6,4 | 6,4 | 6,4 | -0,4 | -0,4 | -0,4 | -0,4 | |
100 | 6,0 | 6,0 | 6,0 | 6,0 | -0,8 | -0,8 | -0,8 | -0,8 | |
150 | 5,6 | 5,6 | 5,6 | 5,6 | -1,2 | -1,2 | -1,2 | -1,2 | |
50 | 0 | 12,7 | 11,1 | 10,4 | 9,9 | 5,9 | 4,3 | 3,6 | 3,1 |
50 | 12,3 | 10,7 | 10,0 | 9,5 | 5,5 | 3,9 | 3,2 | 2,7 | |
100 | 11,8 | 10,3 | 9,6 | 9,1 | 5,0 | 3,5 | 2,8 | 2,3 | |
150 | 11,4 | 9,8 | 9,2 | 8,7 | 4,6 | 3,0 | 2,4 | 1,9 | |
100 | 0 | 15,1 | 12,9 | 11,9 | 11,2 | 8,3 | 6,1 | 5,1 | 4,4 |
50 | 14,7 | 12,4 | 11,5 | 10,8 | 7,9 | 5,6 | 4,7 | 4,0 | |
100 | 14,3 | 12,0 | 11,1 | 10,4 | 7,5 | 5,2 | 4,3 | 3,6 | |
150 | 13,8 | 11,6 | 10,7 | 10,0 | 7,0 | 4,8 | 3,9 | 3,2 | |
150 | 0 | 17,0 | 14,2 | 13,1 | 12,2 | 10,2 | 7,4 | 6,3 | 5,4 |
50 | 16,5 | 13,8 | 12,6 | 11,8 | 9,7 | 7,0 | 5,8 | 5,0 | |
100 | 16,1 | 13,4 | 12,2 | 11,4 | 9,3 | 6,6 | 5,4 | 4,6 | |
150 | 15,7 | 12,9 | 11,8 | 10,9 | 8,9 | 6,1 | 5,0 | 4,1 | |
Y1981-1985 = 6,84 + 5,84 N0,5 Ц 0,42 P Ц 1,59 (NK)0,5 R =0,99 (1)
Характерно, что в случае выращивания гречихи на почве со средним содержанием подвижных фосфатов (около 100 мг/кг) проявилось положительное действие фосфорного удобрения на ее продуктивность (табл. 4, уравнение 2). При этом, прибавки урожая от его внесения возрастали по мере увеличения уровня азотного питания посевов с 1,7-2,9 до 3,8-5,0 ц/га.
Таблица 4
Эффективность минеральных удобрений в посевах гречихи, ц/га
при средней обеспеченности почвы фосфором (среднее за три года)
Доза азота, кг/га | Доза Р2О, кг/га | |||||||
0 | 50 | 100 | 150 | 0 | 50 | 100 | 150 | |
урожай зерна, ц/га | прибавка урожая, ц/га | |||||||
0 | 11,1 | 12,8 | 13,4 | 14,0 | - | 1,7 | 2,3 | 2,9 |
50 | 12,3 | 14,0 | 14,7 | 15,2 | 1,2 | 2,9 | 3,6 | 4,1 |
100 | 12,8 | 14,5 | 15,2 | 15,7 | 1,7 | 3,4 | 4,1 | 4,6 |
150 | 13,2 | 14,9 | 15,6 | 16,1 | 2,1 | 3,8 | 4,5 | 5,0 |
Y1981-1983 = 11,07 +1,25N0,5 + 1,68 P0,5 Ц 1,83 (PK)0,5, R = 0,82 (2)
В условиях вегетационного опыта с применением изотопа 32Р было установлено, что благодаря активной поглотительной способности корневой системы гречиха усваивает из почвы вдвое больше фосфора, нежели овес при равном потреблении фосфора из удобрения (табл. 5).
Таблица 5
Влияние удобрений на усвоение фосфора из почвы и удобрения растениями гречихи и овса (вегетационный опыт с 32Р)
Вариант опыта | Внесено, мг/сосуд | Сбор сухой биомассы, г/сосуд | Вынос фосфора урожаем, мг/сосуд | |||
N | P | всего | из | из | ||
Гречиха | ||||||
N1P1 | 300 | 78 | 26,5 | 95,2 | 87,6 | 7,6 |
N2P1 | 600 | 78 | 33,2 | 120,1 | 109,5 | 10,6 |
Овес | ||||||
N1P1 | 300 | 78 | 26,7 | 53,8 | 46,0 | 7,8 |
N2P1 | 600 | 78 | 32,8 | 67,8 | 57,1 | 10,7 |
В течение 1966-1989 гг. изучена эффективность последействия разового внесения возрастающих доз торфо-навозного компоста в сочетании с ежегодным применением минеральных удобрений (табл. 6). Установлено, что последействие торфо-навозного компоста, внесенного под первую культуру севооборота - картофель в 1966 году, прослеживалось в течение 24-х лет и было наиболее ощутимым в случае применения максимальной дозы органического удобрения (500 т/га ТНК). Приведенные данные показывают, что за счет окультуривания почв обеспечивалось повышение продуктивности проса на 21,5 ц/га, озимой ржи - на 16,7-18,9 ц/га, овса - на 8,3 ц/га, картофеля - на 83 ц/га и зеленой массы сераделлы - на 168 ц/га.
Таблица 6
Влияние приемов окультуривания почвы на урожай культур
полевого севооборота, ц/га
Вариант | Карто-фель, 1966 г. | Просо, 1967 г. | Озимая рожь, 1969 г. | Озимаярожь, 1973 г. | Карто- фель, 1984 г. | Овес, 1988 г. | Сераделла, 1989 г. |
Контроль | 109 | 9,6 | 16,4 | 19,4 | 108 | 24,8 | 152 |
ТНК 50 т + NPK | 160 | 11,6 | 18,5 | 27,8 | 132 | 27,1 | 186 |
ТНК 100 т | 173 | 16,1 | 22,0 | 27,8 | 162 | 27,1 | 201 |
ТНК 500 т | 270 | 31,1 | 35,3 | 36,1 | 191 | 31,9 | 320 |
НСР0,5, ц/га | 24 | 3,3 | 4,7 | 5,1 | 27 | 4,7 | 51 |
Примечание: на всех вариантах, за исключением контроля, под каждую культуру вносили удобрения в следующих дозах: картофель (1966 г.) - N60P60K60, (1984 г.) - ТНК 40 т + N60P60K60Mg30; просо (1967 г.) - N30, озимая рожь (1969 г.) - N90P60K90Mg30, (1973 г.) - N90P60K90Mg30; овес (1988 г.) - N60P60K90; сераделла (1989 г.) - N60P60K90Mg30.
Более высокое содержание подвижных фосфатов и обменного калия в почве по сравнению с контролем сохранилось и по прошествии 20-ти лет после внесения торфо-навозного компоста. Анализ почвы показал, что на фоне применения максимальной дозы ТНК в слое почвы 0-20см содержалось на 180 мг/кг, а в слое 20-40 см - на 420 мг/кг больше подвижного фосфора, чем на фоне применения минимальной дозы ТНК. При этом характерно, что остаточные фосфаты обогащали и более глубокие горизонты почвы. Заметно улучшалось и гумусное состояние песчаной почвы. Содержание гумуса в слое 0-20 см возрастало с 0,9 до 2,4%, в слое 20-40 см - с 0,1 до 1,6 %. Полученные данные позволяют заключить, что использование торфонавозного компоста в сочетании с минеральными удобрениями на дерново-подзолистых песчаных почвах является одним из определяющих условий повышения их плодородия, последействие которого сохраняется в течение достаточно длительного времени.
Исследования показали, что песчаные и супесчаные дерново-подзолистые почвы имеют низкое содержание Co и Cu, средне обеспечены B и Mo. В полевых опытах, проведенных с различными культурами (1976-1979 гг.), установлено положительное значение кобальта в усилении симбиотической азотфиксации в посевах люпина, продуктивность которого возрастала на 18%. Применение меди оказалось эффективным при выращивании озимой ржи (прибавка урожая зерна 10 %). Посевы картофеля, размещаемого на фоне торфонавозного компоста и формирующего урожай клубней 164-230 ц/га, не реагировали на внесение борного удобрения.
Миграция минеральных форм азота в почве при интенсивном
внесении удобрений
Изучение миграции минеральных соединений азота в почве проводили на паровых площадках, ежегодно удобряемых аммиачной селитрой (N120) на фоне разового внесения торфонавозного компоста (40 и 400 т/га). Вегетационный период 1988, 1990 и 1991 гг. характеризовался обильным выпадением атмосферных осадков в мае - августе (344-365 мм), а в 1989 г. складывался более умеренный режим увлажнения (269 мм).
Исследования показали, что нитраты, внесенные с аммиачной селитрой и образующиеся при нитрификации ее аммонийной формы, а также в результате минерализации торфонавозного компоста и почвенных органических соединений азота, достаточно быстро передвигались вниз по профилю почвы, достигая в течение весенне-летнего периода глубины 150 см. В 1988 г. по прошествии около трех месяцев после внесения аммиачной селитры в почву (4.04 - 29.06) нитраты мигрировали на глубину 90 см с максимумом их концентрации в слое 60-80 см. Этому способствовали сильные дожди, прошедшие в июне (155 мм). В последующие 20 дней (19.07) нитраты опускались еще ниже - до 100 см, одновременно с этим наблюдалось заметное увеличение их содержания в слое 30-50 см, сопровождающееся резкой убылью этих азотных соединений в слое 50-70 см. Последнее, на наш взгляд, было обусловлено восходящей миграцией нитратов с потоком влаги, вызываемым испарением ее из верхних горизонтов почвы при недостаточном количестве осадков, выпавших в июле (30 мм).
К началу вегетационного периода имело место минимальное и почти равномерное распределение этих азотных соединений в слое 0-100 см в пределах 1,5-2,5 мг/кг и незначительное увеличение их в нижнем слое 100-150 см до 2,6-3,7 мг/кг почвы (рис. 1). В последующие четыре срока проведения исследований выявлено обогащение нитратами, главным образом, верхних горизонтов почвы. Так, 11 апреля через неделю после внесения N120 наблюдалось значительное увеличение содержания их в верхнем 0-10 сантиметровом слое, а в толще 10-150 см (как и в 1988 г.) отмечено некоторое уменьшение концентрации N-NO3.
Анализ почвы, проведенный 25 апреля, спустя 28 дней после внесения удобрения, выявил увеличение содержания нитратов уже в слое 0-30 см с максимумом в слое 0-10 см. Глубже по профилю почвы вплоть до 150 см концентрация их изменялась очень незначительно по сравнению с предыдущим сроком. Существенному повышению содержания нитратов в почве верхних горизонтов в апреле способствовали нитрификация аммонийного азота и миграция нитратов по почвенному профилю на глубину до 30 см. На варианте без внесения азотного удобрения, как показали наблюдения, такого увеличения не было.
Рис.1. Динамика содержания N-NO3 в профиле почвы при внесении N120
на фоне ТНК 40 т/га на паровых площадках
Продолжение рис.1
Наблюдения за нитратным режимом почвы, проведенные 11 мая, выявили уменьшение содержания их по профилю с преобладанием в слое 0-10 и 10-20 см. Аналогичное распределение этих азотных соединений отмечено и 30 мая, однако в этот срок уже проявилось незначительное передвижение их в более глубокие горизонты почв вплоть до 120 см. Данные, полученные 23 июня показали снижение содержания N-NO3 в верхнем слое почвы 0-20 см при одновременном увеличении его в более глубоких горизонтах по всему почвенному профилю с максимумом на глубине 40-60 см, что свидетельствует об усилении нисходящей миграции нитратов в этот период.
Аккумуляция нитратов в глубоких горизонтах почвы выявлена и в последующие сроки проведения наблюдений (12.07, 26.07, 9.08, 22,08, 8.09), при этом максимум их постепенно смещался в глубь почвы с 20 до 80 см. Следует отметить, что в толще почвы 100-150 см в 1989 году, в отличие от 1988 года, наблюдалось периодическое накопление нитратов и обеднение ими в течение вегетационного периода. Последнее свидетельствует о возможности их миграции в более глубокие горизонты почвы за пределы 0-150 см.
Сравнение содержания нитратного азота в профиле почвогрунта в вариантах с внесением N120 и без его внесения показало, что во все сроки наблюдений количество азота на варианте N120 было выше.
Результаты исследований, проведенных в 1990 г., показали, что в начале вегетационного периода (23.04) через пять дней после внесения азотного удобрения основное количество нитратного азота равномерно распределялось по всему почвенному профилю, постепенно снижаясь с глубиной с 7,2 до 1,9 мг/кг. К середине мая через 27 дней после внесения азота удобрений наблюдалось резкое повышение содержания нитратов в почве по сравнению с предыдущим сроком и передвижение их с нисходящим потоком влаги на глубину 20-40 см. При этом отмечено также некоторое обогащение нитратами и глубоких горизонтов 110-150 см.
Миграция нитратного азота в нижележащие горизонты почвы выявлена и в последующем, о чем свидетельствует распределение их по профилю 5 июня, спустя 48 дней после внесения азотного удобрения.
Наблюдения, проведенные 21.06 и 12.07, показали, что нисходящее передвижение нитратов по профилю почвы продолжалось, достигая соответственно глубины 60-100 см в количестве 11,1-14,8 мг/кг и глубины 70-100 см в количестве 13,8-18,6 мг/кг.
Определение содержания нитратов в почвенной толще в последующие сроки (31.07, 29.08, 18.09) позволило констатировать достаточно равномерное распределение их по профилю почвы и заметное снижение суммарного количества. На основании этих данных можно предположить, что в условиях достаточного увлажнения 1990 года часть нитратов могла передвигаться с нисходящим потоком влаги за пределы полутораметрового слоя почвы. В пользу такого предположения свидетельствует также постепенное накопление N-NO3 в слое почвы 100-150 см.
Наблюдения за миграцией нитратов в профиле почвы, проведенные в 1991 г. подтвердили характер миграции этих азотных соединений за пределы 1,5-метрового слоя почвы. Анализы, проведенные 17 апреля, показали, что за осенне-зимний период 1990/1991 гг. произошло резкое снижение суммарного количества нитратного азота в профиле почвы 0-150 см (с 84,5 до 20,6 мг/кг). За счет внесения азотного удобрения в середине апреля 1991 г. произошло обогащение нитратами верхнего слоя почвы 0-20 см, выявленное 14.05, из которого они со временем мигрировали в более глубокие горизонты. Об этом свидетельствует распределение этих азотных соединений по профилю почвы, для которых характерно постепенное смещение максимума их концентрации от верхних горизонтов к нижележащим. Так, если 31.05 нитратный максимум приходился на слой почвы 20-40 см, то уже спустя месяц (27.06) он опустился до 50-80 см, сохраняясь на этом уровне и в последующие сроки наблюдений, несколько снижаясь количественно к 12.08. Равномерное распределение нитратов в почвенном профиле в конце августа (26.08) и уменьшение суммарного их количества в изучаемой толще почвы, по сравнению с определением, проведенным 10.07, более чем в два раза, также свидетельствуют о миграции этих азотных соединений глубже 1,5-метровой толщи почвы.
Данные о закономерностях миграции минеральных форм азота в песчаных дерново-подзолистых почвах являются основополагающими для определения оптимальных сроков и способов внесения азотных удобрений в севообороте, позволяющих свести к минимуму возможные его потери вследствие вымывания.
Влияние удобрений на биологическую активность почвы
Как показали исследования, минимальные значения численности бактерий в контрольных вариантах по всем изученным опытам не превышали 60-190 тыс. клеток на 1 г почвы (табл. 7). Однако минимальные значения численности бактерий в вариантах опытов находились в пределах контрольных (70-370 тыс. на 1 г почвы), то есть, отрицательного эффекта не было обнаружено. Микробный пул или фоновое содержание - наиболее стабильный показатель. К наиболее лабильным параметрам относятся: емкость почвенной среды (максимальные показатели численности микроорганизмов за исследуемый период) и амплитуда их колебаний (аmax - amin), характеризующие способность биосистемы почвы реагировать на действие возмущающих внешних факторов.
В соответствии с полученными данными по динамике численности почвенных микроорганизмов у бактериальной части комплекса почвенных микроорганизмов емкость почвенной среды и амплитуда колебаний увеличиваются в опыте 1 с внесением органического удобрения и минерального азота в дозе 120 кг/га, более низкие дозы азота N45 снижают значение этих параметров. Аналогичные закономерности и в опыте 3.
Таблица 7
Параметры комплекса почвенных микроорганизмов
Вариант | Микробный пул (аmin) 105 | Емкость почвенной среды | Амплитуда колебаний численности (аmax - amin) 105 | ||
1 | 2 | 3 | 4 | ||
Бактерии | |||||
Контроль | Ячмень (опыт 1) | ||||
0,6 ± 0,1 | 56,4 ± 43,3 | 55,8 | |||
N45P60K90Mg30 | 1,0 ± 0,1 | 38,0 ± 15,6 | 37,0 | ||
N120P60K90Mg30 | 0,7 ± 0,1 | 101,5 ± 34,2 | 100,8 | ||
ТНК 400 т | 1,0 ± 0,1 | 125,8 ± 41,7 | 124,8 | ||
ТНК 400 т + +N45P60K90Mg30 | 1,3 ± 0,1 | 145,1 ± 47,2 | 143,8 | ||
ТНК 400 т + +N120P60K90Mg30 | 1,5 ± 0,1 | 65,2 ± 24,2 | 63,7 | ||
Контроль | Озимая рожь (опыт 2) | ||||
1,2 ± 0,1 | 130,0 ± 8,7 | 128,8 | |||
N120P60K120Cu5 | 1,2 ± 0,1 | 210,0 ± 85,1 | 208,8 | ||
N120P60K120Cu5 + 9 т доломитовой муки | 1,8 ± 0,1 | 117,0 ± 45,3 | 115,2 | ||
| Контроль (вся зеленая масса люпина) | Озимая рожь (опыт 3) | ||||
0,8 ± 0,1 | 120,0 ± 52,6 | 119,2 | |||
N90P60K90 | 0,8 ± 0,1 | 61,5 ± 36,8 | 61,2 | ||
N120P90K120 + ТНК 20 т | 0,8 ± 0,1 | 150,0 ± 38,7 | 149,2 | ||
Вариант | Грибы | ||||
Микробный пул (аmin) 102 | Емкость почвенной среды (аmax) 102 | Амплитуда колебаний численности (аmax - amin) 102 | |||
Контроль | Ячмень (опыт 1) | ||||
12,4 | 41,0 | 28,6 | |||
N45P60K90Mg30 | 7,9 | 38,4 | 30,6 | ||
N120P60K90Mg30 | 5,8 | 36,6 | 30,8 | ||
ТНК 400 т | 3,9 | 33,5 | 29,6 | ||
ТНК 400 т + +N45P60K90Mg30 | 6,3 | 36,5 | 30,2 | ||
ТНК 400 т + +N120P60K90Mg30 | 3,6 | 28,8 | 25,2 | ||
Продолжение таблицы 7 | |||||
1 | 2 | 3 | 4 | ||
Контроль | Озимая рожь (опыт 2) | ||||
19,4 | 64,2 | 44,8 | |||
N120P60K120Cu5 | 22,8 | 37,2 | 14,4 | ||
N120P60K120Cu5 + 9 т доломитовой муки | 28,5 | 84,4 | 55,9 | ||
| Контроль (вся зеленая масса люпина) | Озимая рожь (опыт 3) | ||||
18,8 | 28,9 | 10,1 | |||
N90P60K90 | 19,8 | 44,2 | 24,4 | ||
N120P90K120 + ТНК 20 т | 18,9 | 40,3 | 21,4 | ||
Вариант | Актиномицеты | ||||
Микробный пул (аmin) 103 | Емкость почвенной среды (аmax) 103 | Амплитуда колебаний численности (аmax - аmin) 103 | |||
| Контроль | Ячмень (опыт 1) | ||||
14,6 | 82,6 | 68,0 | |||
N45P60K90Mg30 | 13,3 | 66,1 | 52,8 | ||
N120P60K90Mg30 | 17,7 | 60,2 | 42,5 | ||
ТНК 400 т | 20,7 | 69,0 | 48,3 | ||
ТНК 400 т + N45P60K90Mg30 | 25,8 | 99,4 | 73,6 | ||
ТНК 400 т + N120P60K90Mg30 | 19,6 | 60,2 | 40,6 | ||
| Контроль | Озимая рожь (опыт 2) | ||||
26,0 | 44,0 | 18,0 | |||
N120P60K120Cu5 | 27,4 | 31,1 | 14,3 | ||
N120P60K120Cu5+ | 15,0 | 42,3 | 27,0 | ||
| Контроль (вся зеленая масса люпина) | Озимая рожь (опыт 3) | ||||
16,7 | 59,4 | 42,7 | |||
N90P60K90 | 21,0 | 31,7 | 10,7 | ||
N120P90K120 + | 12,5 | 50,2 | 37,7 | ||
У комплекса почвенных микроорганизмов (грибы) в опыте с торфонавозным компостом и минеральными удобрениями (опыт 1) значения аmin и amax снижаются, амплитуда колебаний численности на уровне контроля. Внесение доломитовой муки повышает значение этих параметров. На фоне зеленых удобрений (опыт 3) показатели микробного пула грибов не снижаются при внесении минеральных удобрений, увеличиваются емкость почвенной среды и амплитуда колебаний.
В опыте 1 на фоне минеральных удобрений с различными дозами азота (N45 и N120) и органических удобрений повышается значение микробного пула и уменьшается аmax и амплитуда колебаний численности.
Таким образом, реакция почвенных микроорганизмов, обнаруживаемых методом посева на внесение различных доз минеральных и органических удобрений не однозначна и в значительной степени зависит от возделываемой культуры. И органические, и минеральные удобрения в целом снижают уровень численности грибов (по значению микробного пула), увеличивают численность бактерий.
Следует отметить, что методом посева учитываются не все микроорганизмы, а преимущественно быстрорастущие формы. Более полное представление о численности микроорганизмов дают прямые методы, в частности метод люминесцентной микроскопии (табл. 8). Естественные флуктуации численности прямого микроскопирования находятся в пределах одного порядка. В опыте 1 применение минеральных удобрений (N45 и N120) не вызывает изменения значений аmin и аmax (численность бактерий), амплитуда колебаний численности - на уровне контрольного показателя. Внесение органических удобрений повышает показатель аmin, но уровень аmax и амплитуда колебаний ниже контрольного варианта.
В опыте 2 при неизменной минимальной численности бактерий снижались показатели емкости почвенной среды и амплитуды колебаний при внесении удобрений. В опыте 3 на фоне зеленого удобрения эти показатели были выше уровня контрольного варианта. Учет численности почвенных микроорганизмов методом посева и методом прямого микроскопирования дает различную информацию. Однако сопоставление данных этих методов позволяет рассмотреть существенные процессы, происходящие в почве и возможные отклонения при различных нагрузках на почвенную биоту. Исследования сукцессионных изменений позволяют установить степень гомеостатичности, проявляющейся в почве при воздействии внешних возмущающих факторов, отклонение от нормы и возможности возврата к норме.
Для наблюдения за микробной сукцессией в почве используют различные критерии. Одним из таких критериев является коэффициент К, представляющий собой отношение численности бактерий по прямому методу (аm) к численности бактерий по посеву (аn) - К=аm/аn.
По изменению коэффициента К можно судить о стадии микробной сукцессии и напряженности микробиологических процессов в почве. Для зрелых сообществ коэффициент К будет возрастать, а для молодых уменьшаться. Высокое значение К характеризует поздние стадии микробной сукцессии, низкое значение К указывает на увеличение доли быстрорастущих бактерий, что характерно для начальных этапов сукцессии. Как правило, для верхних горизонтов почвенного профиля, где интенсивно идут процессы разложения органического вещества, коэффициент К колеблется в пределах от 10-15 до 200-300, в нижних горизонтах К возрастает до 1000-1300.
Таблица 8
Параметры комплекса почвенных микроорганизмов
(прямое микроскопирование, бактерии)
Варианты | Микробный пул аmin 108 | Емкость почвенной среды аmax 108 | Амплитуда колебаний численности (аmax - amin ) 108 |
Ячмень (опыт 1) | |||
Контроль | 1,4 | 12,0 | 10,6 |
N45P60K90Mg30 | 2,3 | 12,0 | 9,7 |
N120P60K90Mg30 | 1,9 | 12,0 | 11,1 |
ТНК 400 т | 2,1 | 6,7 | 4,6 |
ТНК 400 т +N45P60K90Mg30 | 2,7 | 6,2 | 3,5 |
ТНК 400 т + N120P60K90Mg30 | 4,5 | 8,5 | 4,0 |
Озимая рожь (опыт 2) | |||
Контроль | 7,2 | 20,0 | 13,8 |
N120P60K120Cu5 | 5,4 | 11,0 | 5,6 |
N120P60K120Cu5 + | 5,8 | 14,0 | 8,2 |
Озимая рожь (опыт 3) | |||
Контроль (вся зеленая масса люпина) | 3,1 | 12,0 | 8,9 |
N90P60K90 | 2,9 | 13,0 | 10,1 |
N120P90K120 + | 3,3 | 25,0 | 21,5 |
Нами установлено, что в начальные периоды наблюдений коэффициент К имел очень высокие значения во всех опытах, причём для каждого опыта характерно превышение контрольных значений над значениями, рассчитанными в вариантах. За период вегетации происходит резкое снижение коэффициента К за счёт возрастания численности бактерий, учитываемых на питательных средах. Практически во всех опытах при внесении удобрений значение коэффициента К по отношению к контролю снижается. Несколько иные закономерности получены в опыте 3 с запахиванием люпина. В данном случае при внесении минерального удобрения (N90P60K90) и доломитовой муки + N120P90K120 на начальных этапах сукцессии коэффициент К выше контрольного значения.
В числе функциональных показателей комплекса почвенных микроорганизмов изучены ферментативная активность, дыхание почвы, ее азотфиксирующая и денитрифицирующая способность. Исследования показали, что активность ферментов класса оксидоредуктаз - каталазы и дегидрогеназы, играющих большую роль во многих почвенных процессах, в дерново-подзолистых песчаных почвах является крайне низкой: соответственно менее 2,1 см3 О2 на 1 г почвы за 2,5 мин для каталазы и менее 1 мг ТФФ на 10 г почвы за 24 ч - для дегидрогеназы. В опыте 1 ( ячмень) в вариантах с высокими дозами ТНК активность каталазы в мае была выше, чем без органических удобрений, однако к июню она снижалась почти до одинаковых уровней. В конце срока наблюдений отмечалось снижение каталазной активности в вариантах без минеральных удобрений (контроль и 400 т/га ТНК). В среднем активность каталазы была несколько выше в вариантах с высокими дозами органических удобрений.
В опыте 2 с озимой рожью внесение микроудобрений и доломитовой муки слабо влияло на каталазную активность почв. Лишь в мае отмечен высокий уровень активности каталазы в контроле.
В опыте 3 с озимой рожью по люпину активность фермента была несколько выше в варианте с внесением 20 т/га ТНК.
В отличие от каталазы, активность дегидрогеназы закономерно увеличивалась от начала к концу вегетации во всех опытах. В опыте 1 в вариантах с высокими дозами ТНК активность дегидрогеназы была выше, чем в вариантах без внесения органических удобрений. Применение минеральных удобрений в посевах озимой ржи (опыт 2) в дозе N120P60K120Cu5 способствовало снижению активности дегидрогеназы вследствие повышения кислотности почвы. Нейтрализация кислотности посредством внесения доломитовой муки повышало активность этого фермента.
В опыте с озимой рожью по люпиновому пару лишь дополнительное внесение 20 т/га ТНК приводило к увеличению активности дегидрогеназы по сравнению с контрольным вариантом (зеленая масса люпина в качестве сидерального удобрения).
На основании вышеизложенного можно сделать вывод о том, что минеральные удобрения не оказывают значимого влияния на дегидрогеназную активность исследованной почвы.
Принято считать, что интенсивность выделения углекислоты из почвы (дыхание почвы) является одним из интегральных показателей биологической активности и до некоторой степени отражает уровень ее плодородия. Как показали исследования, интенсивность дыхания песчаной дерново-подзолистой почвы не превышала 1 мг СО2 на 1 г почвы в час, то есть, как и все другие показатели биологической активности, была низкой. В опыте с ячменем (опыт 1) внесение только минеральных или только органических удобрений существенно не влияло на скорость выделения углекислоты из почвы. Однако совместное действие ТНК и минеральных удобрений способствовало увеличению дыхания почв в этих вариантах в 1,6 раза.
В опытах по применению минеральных удобрений, микроэлементов и доломитовой муки в посевах ржи (опыт 2) интенсивность дыхания почвы снижалась под действием удобрений и мелиорантов по сравнению с контролем, причем, наибольшее ингибирование процесса было в варианте с использованием бора в качестве микроудобрения.
В посевах ржи по люпину (опыт 3) средние дозы минеральных удобрений интенсифицировали дыхание, однако повышение их доз отрицательно действовало на скорость выделения углекислоты из почвы.
Азотфиксация - чрезвычайно динамичный процесс и ее активность в почве может изменяться на два-три порядка за вегетационный период. Кроме того, она в значительной степени зависит от вида возделываемой культуры. Как показали исследования, уровень азотфиксации исследуемой почвы невысок и составил (0,7-5,6) 10-6 мг N2, фиксированного 1 г почвы за 1 час.
В посевах яровых и озимых культур динамика потенциальной азотфиксации была различна. В почве под ячменем (опыты 1) отмечено снижение количества азота, фиксированного почвенными микроорганизмами. В посевах озимой ржи (опыты 3, 2) уровень азотфиксации в почве был выше в июне-августе, нежели в мае. Органические удобрения, вносимые под ячмень отдельно и в сочетании с минеральными удобрениями, не оказывали влияния на величину азотфиксации. В опыте с запахиванием зеленой массы люпина в почву предполагаемого стимулирования процесса азотфиксации не наблюдалось. Внесение минеральных удобрений в посевах овса достоверно снижало значение потенциальной азотфиксации в почве в 3-4 раза в июне, однако к августу отмечено превышение интенсивности этого процесса по сравнению с контрольным вариантом. Наиболее существенные различия в уровне фиксации атмосферного азота почвенными микроорганизмами выявлены в опыте 2 с внесением микроэлементов меди и бора в сочетании с доломитовой мукой на фоне NPK. Достоверное увеличение активности нитрогеназы, ответственной за процесс азотфиксации, отмечено в вариантах с добавками микроэлементов Cu и В к минеральным удобрениям.
Определение денитрифицирующей способности почвы показало, что внесение различных удобрений не приводило к существенным изменениям величины этого показателя. Уровень денитрификации был достоверно выше в опыте 1, когда в почву вносили органическое удобрение. Соотношение процессов ассимиляции и диссимиляции азота в определенной мере можно характеризовать показателем А/Д (А - уровень азотфиксации, Д - уровень денитрификации). В наших исследованиях этот показатель в опытах с яровыми культурами был ниже, а в опытах с озимой рожью выше. Однако, как показали данные корреляционного анализа, связь между этими процессами весьма слаба (r=0,36). Последнее указывает на наличие большого числа факторов, оказывающих влияние на активность азотфиксации и денитрификации.
Экологические функции почвы и агрохимических средств
Важной функцией удобрений и химических мелиорантов является обеспечение с их помощью такого уровня минерального питания растений, агрохимических, физико-химических и биологических свойств корнеобитаемого слоя почвы, которые дают возможность эффективно противостоять токсическому воздействию на посевы, а через них - на сельскохозяйственных животных и человека - загрязняющих веществ, таких как тяжелые металлы и радионуклиды. Применение этих средств химизации является также одним из сильнодействующих факторов снижения фитотоксичности почвы [Черных, 1995; Минеев, 1998; Воробьев, 1999 и др.].
Исследования, проведенные в этом направлении в полевых опытах на песчаных дерново-подзолистых почвах показали, что применение торфонавозного компоста в севообороте не представляет опасности загрязнения пахотного слоя тяжелыми металлами (табл. 9). Некоторую осторожность следует проявлять в отношении фтора, который накапливается в почве в незначительном количестве. Установлено, что при использовании органоминеральной системы внесения удобрений в дозах торфонавозного компоста 40 т/га и азотного удобрения N120 происходило некоторое повышение содержания свинца, никеля и фтора в почве. На этом варианте в пахотном слое появилось незначительное количество кадмия, которого на фоне внесения ТНК в дозе 40 т/га не было обнаружено. Применение N120 в сочетании с интенсивной дозой ТНК 400 т/га также способствовало некоторому повышению содержание в почве свинца, фтора (табл. 9) и микроэлементов цинка и меди (табл. 10). При этом наблюдалось снижение содержания в ней никеля, а кадмий обнаружен лишь в виде следов.
Таблица 9
Влияние органических и минеральных удобрений на содержание
тяжелых металлов и фтора в почве
Вариант опыта | Содержание тяжелых металлов и фтора в почве, мг/кг | |||
Pb | Cd | Ni | F | |
Контроль | 2,24 | 0 | 0,71 | 0,224 |
ТНК 40 т | 1,90 | 0 | 0,57 | 0,345 |
ТНК 40 т + N120 | 2,00 | 0,014 | 0,89 | 0,394 |
ТНК 400 т | 1,97 | 0 | 0,63 | 0,433 |
ТНК 400 т + N120 | 2,20 | 0,001 | 0,52 | 0,477 |
Изменение содержания ряда тяжелых металлов в почве не оказало существенного влияния и на поступление их в растения. Некоторое превышение концентрации Cu и в меньшей мере Pb наблюдалось даже на контрольном варианте. Внесение аммиачной селитры под ячмень способствовало снижению содержания в почве всех изучаемых тяжелых металлов и особенно значительно - меди, никеля и хрома. На фоне последействия ТНК, внесенного под картофель в дозе 40 т/га, содержание всех тяжелых металлов в зерне ячменя не превышало уровня контрольного варианта, а у некоторых из них отмечено снижение концентрации (Ni, Cr).
Таблица 10
Влияние органических и минеральных удобрений на содержание
микроэлементов в почве
Вариант опыта | Содержание микроэлементов в почве, мг/кг | |
Zn | Cu | |
Контроль | 1,65 | 3,40 |
ТНК 40 т | 1,50 | 2,51 |
ТНК 40 т + N120 | 1,45 | 2,58 |
ТНК 400 т | 2,55 | 1,92 |
ТНК 400 т + N120 | 2,70 | 2,35 |
Аналогичный эффект наблюдался при воздействии очень высокой дозы ТНК на накопление тяжелых металлов в зерне ячменя. Внесение этого органического удобрения в дозе 400 т/га не оказало влияния на содержание в нем таких элементов, как Cu, Zn, Cd и несколько увеличивало концентрацию Pb, Ni и Sr, правда, в допустимых пределах. Исключение составили Cu и Pb, накопление которых в зерне в этом варианте, так же, как и на контроле, несколько превышало ПДК. Внесение азотного удобрения в дозе N120 на фоне ТНК 400 т/га способствовало уменьшению содержания в зерне Cu, Zn, Cd, Sr и Cr и некоторому увеличению концентрации в нем Ni и Pb, причем, Pb накапливался в зерне в количестве, превышающем допустимый уровень.
Таким образом, используя известные агроприемы окультуривания дерново-подзолистых почв легкого гранулометрического состава, удается существенно снизить подвижность ряда тяжелых металлов в почве, таких как Cu, Zn, Cd и Сr и ограничить поступление их в растения. Наиболее эффективными в этом отношении являются совместное применение высоких доз торфяно-навозного компоста и азотного удобрения в сочетании с глубоким рыхлением почвы.
Почвенный покров играет особое значение как биологический поглотитель в случае загрязнения природной среды радионуклидами.
Как известно, наибольшему радиоактивному загрязнению в результате аварии на Чернобыльской АЭС подверглась территория юго-западных областей России и особенно Брянской области, где широко распространены кислые, малоплодородные песчаные и супесчаные дерново-подзолистые почвы в которых радионуклиды, как и тяжелые металлы, отличаются высокой миграционной способностью [Ратников с соавт., 1997; Воробьев, 1999 и др.].
На песчаных дерново-подзолистых почвах Новозыбковской опытной станции, нами было изучено влияние комплексного применения агротехнических и агрохимических приемов на трансформацию радио-цезия в почве и поступление его в растительную продукцию. Плотность загрязнения почвы 137Cs во время проведения полевых опытов колебалась в пределах 463-666 кБк/м2. Установлено, что в случае концентрации основного количества радионуклидов в верхнем слое почвы проведение глубокой обработки способствовало перемещению их в нижележащие горизонты и благодаря этому снижало уровень накопления 137Сs в растениях.
В полевых опытах на пойменных супесчаных дерново-оглееных почвах с плотностью загрязнения 137Cs 1221-1554 кБк/м2 также выявлено ограничивающее воздействие обработки почвы на размеры поступления 137Cs в растения многолетних трав, эффективность которой в этом отношении существенно возрастала при сочетании с минеральными удобрениями (табл. 11).
Таблица 11
Влияние способов обработки почвы и минеральных удобрений на
содержание 137Cs в сене многолетних трав, среднее за 7 лет
Вариант | Содержание 137Cs в сене, Бк/кг | ||||
естественный травостой | обработка | вспашка плугом | |||
раундапом | дисками | обычным | 2-х ярусным | ||
Контроль | 4909 | 3815 | 3459 | 2367 | 2155 |
Р90К120 | 1358 | 810 | 736 | 507 | 494 |
N120P90K120 | 1883 | 1792 | 1462 | 1013 | 999 |
N120P90K180 | 1011 | 867 | 733 | 508 | 469 |
N120P90K240 | 745 | 568 | 433 | 304 | 329 |
P120K180 | 1090 | 285 | 459 | 384 | 311 |
N180P120K180 | 1542 | 927 | 745 | 817 | 708 |
N180P120K270 | 532 | 362 | 382 | 328 | 306 |
N180P120K360 | 431 | 322 | 267 | 247 | 210 |
Исследования показали, что применение фосфорно-калийных удобрений повышало урожай сена многолетних трав (с 27,4-40,5 до 52,3-72,5 ц/га) и оказывало существенное воздействие на снижение концентрации 137Cs в биомассе. При этом сочетание умеренной дозы этих удобрений (Р90К120) с обычной и двухъярусной вспашкой, а более высокой дозы (Р120К180) - наряду с этим, также с обработкой почвы раундапом и дисками обеспечивало накопление 137Сs в сене трав ниже допустимого контрольного уровня содержания радионуклидов в кормах (менее 600 Бк/кг). Внесение азотного удобрения на фоне фосфорно-калийных туков значительно повышало продуктивность трав (до 98,3-140,9 ц/га сена), однако при этом наблюдалось заметное увеличение содержание в них 137Cs.
Определяющим условием снижения концентрации 137Cs в биомассе сена оказалось регулирование должного соотношения N:K в составе полного минерального удобрения, в котором количество вносимого калия в 1,5-2 раза превышало количество азота. При таком уровне корневого питания растений, создающемся на фоне внесения минеральных удобрений с преобладанием калия над азотом, а также проведении необходимых обработок почвы содержание 137Cs в растениях снижалось ниже предельно допустимых значений (210-568 Бк/кг). Можно полагать, что ограничивающее действие на поступление 137Cs в надземную биомассу трав оказывает избыток калия, концентрация которого в растениях на вариантах с внесением повышенных доз калийного удобрения по сравнению с контролем возросла примерно вдвое (с 1,76-1,85 % до 3,20-3,72 %).
Данные по динамике уровня радиоактивного загрязнения почв Брянской области свидетельствуют о том, что в первые пять лет после Чернобыльской аварии благодаря проведению больших объемов агротехнических, агрохимических и культуртехнических защитных мероприятий уровень загрязнения почв радионуклидами уменьшился весьма значительно: в 1,3 раза на сенокосах и пастбищах и в 2 раза на пахотных землях.
Таким образом, результаты научных исследований и практика ведения земледелия на почвах, загрязненных 137Cs, убедительно свидетельствуют о том, что регулированием плодородия почв, можно снизить подвижность этих радионуклидов в почвенной среде и поступление их в надземные органы культурных растений.
Одной из важнейших характеристик почвы, в значительной степени определяющей продуктивность культурных растений, является фитотоксичность почвы. Фитотоксичность почвы обусловлена наличием в ней токсинов различной природы, подавляющих рост растений. Продуцентами токсинов являются преимущественно микроорганизмы (бактерии, в основном грибы, актиномицеты). Фитотоксичность почвы - это своего рода интегральный показатель, являющийся результатом формирования определенной структуры комплекса почвенных микроорганизмов и его функциональной активности. В соответствии с общепринятой методикой токсичными являются почвы, ингибирующие прорастание семян на 20-30 % и более.
Исследования, проведенные в полевых опытах с зерновыми культурами севооборота, показали, что песчаная дерново-подзолистая не удобренная почва обладает повышенной токсичностью по отношению к ростовым процессам, что выражается в уменьшении длины корней проростков (биотест на фитотоксичность).
Внесение минеральных и органических удобрений в большинстве случаев снижает токсическое действие исходной почвы. При внесении микроудобрений (Cu, B) на фоне минеральных удобрений и известкования доломитовой мукой число проросших семян снижалось в опытах с почвенными образцами, отобранными в июне. В июльских же образцах токсичность почвы на этих вариантах не выходила за пределы нормы (0-7 %).
Подводя итог проведенным исследованиям, можно заключить, что формирование высокопродуктивных и устойчивых агроценозов на дерново-подзолистых песчаных и супесчаных почвах возможно при существенном повышении их плодородия, основными факторами которого являются обогащение корнеобитаемого слоя органическим веществом, оптимизация агрохимических, физико-химических, биологических свойств и питательного режима почв. Сбалансированное применение органических и минеральных удобрений на песчаных и супесчаных дерново-подзолистых почвах является определяющим условием нейтрализации их фитотоксичности.
ВЫВОДЫ
- Песчаные и супесчаные дерново-подзолистые почвы отличаются низким уровнем естественного плодородия, обусловленного слабой гумусированностью, повышенной кислотностью, ограниченной емкостью катионного обмена и сильной водопроницаемостью, что усиливает проявление негативных свойств этих почв, особенно при несбалансированности применяемых минеральных удобрений и техногенном загрязнении агроэкосистем.
- Комплекс агроприемов поэтапного окультуривания песчаных и супесчаных дерново-подзолистых почв включает применение органических и минеральных удобрений, использование сидератов и известкования, что позволяет повысить среднегодовую продуктивность культур севооборота с 6-7 до 36-38 ц/га кормовых единиц.
- Решающим условием дальнейшего повышения продуктивности хорошо окультуренных песчаных и супесчаных дерново-подзолистых почв, достаточно обеспеченных подвижными фосфатами, является применение азотных удобрений в посевах зерновых, крупяных культур, картофеля и оптимальный водный режим. Посевы различных сортов овса, имеющие оптимальный уровень минерального питания, при остром дефиците влаги формировали урожай зерна не более 11-13 ц/га, при достаточном увлажнении втрое выше - 32-36 ц/га.
- На дерново-подзолистых почвах легкого гранулометрического состава, наблюдается сильно выраженное нисходящее передвижение нитратов по профилю почвы, достигающее глубины 150 см, связанное с количеством применяемых азотных удобрений и интенсивностью выпадения атмосферных осадков. Высокая концентрация в нижней части профиля к концу вегетационного периода и резкая убыль этих азотных соединений в толще 0-150 см за осенне-зимний-ранневесенний период свидетельствуют о возможности миграции их в более глубокие горизонты. В период с недостаточным количеством осадков в летнее время может происходить восходящее их передвижение по почвенному профилю, вызванное испарением влаги из верхних горизонтов.
- Оптимизация структурных показателей комплекса почвенных микроорганизмов получена за счет применения системы органических и минеральных удобрений. При их совместном использовании в песчаных дерново-подзолистых почвах, занятых посевами зерновых культур, увеличивается численность бактерий и актиномицетов, снижается количество грибов и микомицетов.
- Воздействие удобрений на ряд функциональных показателей комплекса почвенных микроорганизмов путем внесения в песчаную дерново-подзолистую почву торфонавозного компоста и запашки зеленой массы люпина повышало активность фермента дегидрогеназы и слабо влияло на активность каталазы. Интенсивность дыхания почвы возрастала в случае совместного применения органических и минеральных удобрений и снижалась под воздействием микроэлементов (Cu, B). Положительная роль этих микроэлементов проявилась в усилении азотфиксирующей способности почвы. Денитрифицирующая способность почвы при внесении в нее макро- и микроудобрений изменялась незначительно и несколько возрастала на фоне органического удобрения.
- При окультуривании дерново-подзолистых песчаных почв достигается существенное ограничение подвижности ряда микроэлементов и тяжелых металлов в почве, а также снижение уровня накопления их в зерне ячменя. Наибольший эффект в этом отношении обеспечивается при совместном применении высоких доз торфонавозного компоста и азотного удобрения в сочетании с глубоким рыхлением почвы.
- Определяющее значение в снижении уровня накопления 137Cs многолетними травами при выращивании их на почвах с плотностью загрязнения 1221-1554 кБк/м2 оказывали минеральные, особенно калийные удобрения, на фоне обработки почвы обычным и двухъярусным плугом. Применение доз калия в 1,5-2 раза больших по отношению к азоту в составе полного минерального удобрения снижало содержание 137Cs в сене трав - с 2155-2367 Бк/кг на контроле до 210-247 Бк/кг на варианте N180P120K360.
- Сбалансированное применение минеральных и органических удобрений на песчаных и супесчаных дерново-подзолистых почвах способствует обогащению корнеобитаемого слоя почвы элементами питания, оптимизации агрохимических, физико-химических, биологических свойств почвы, а также является определяющим условием нейтрализации их фитотоксичности.
ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ
1. Разработанная система минеральных и органических удобрений на песчаных и супесчаных дерново-подзолистых почвах способствует обогащению корнеобитаемого слоя питательными веществами, оптимизации агрохимических, физико-химических и биологических свойств.
2. Система агроприемов поэтапного окультуривания песчаных и супесчаных дерново-подзолистых почв, включая применение органических и минеральных удобрений, сидератов и известкования, позволяет увеличить среднегодовую продуктивность культур севооборота с 6-7 до 36-38 ц/га кормовых единиц. При этом повышается не только продуктивность севооборота, но и снижаются потери питательных веществ за счет меньшей миграции их по профилю почвы.
3. Комплексное применение минеральных и органических удобрений в сочетании с известкованием и использованием сидератов улучшает экологическую ситуацию в агроценозе. На почвах, загрязненных радионуклидами, применение высоких доз калия (270-360 кг/га) в составе полного минерального удобрения и в системе других агроприемов приводит к снижению накопления 137Cs в сене кормовых трав до десяти раз, что позволяет получать нормативную экологически безопасную продукцию.
СПИСОК ОСНОВНЫХ РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
Монографии и учебно-методические пособия
1. Духанин Ю.А. Агрохимия, биология и экология песчаных и супесчаных дерново-подзолистых почв. М., ФГНУ Росинформагротех, 2003, 240 с. (монография).
2. Духанин Ю.А., Савич В.И., Замараев А.Г. и др. Экологическая оценка взаимодействия удобрений и мелиорантов с почвой. М., ФГНУ Росинформагротех, 2005, 324 с. (монография).
3. Духанин Ю.А., Савич В.И., Батанов Б.Н., Савич К.В. Информационная оценка плодородия почв. М., ФГНУ Росинформагротех, 2006, 320 с. (монография).
4. Еськов А.И., Духанин Ю.А., Тарасов С.А. Фиторемедиация почв, загрязненных бесподстилочным навозом. М., ФГНУ Росинформагротех, 2004, 126 с. (монография).
5. Плющиков В.Г., Солдатенков В.Ю., Духанин Ю.А. Практикум по сельскохозяйственной радиоэкологии. М., РУДН, 2004, 78 с. (монография).
6. Савич В.И., Сычев В.Г., Шишов Л.Л., Духанин Ю.А., Замараев А.Г., Санчи П., Аларкон А.В. Экспрессные методы оценки обеспеченности почв элементами питания и уровня загрязнения токсикантами. М., ВНИИА, 2004, 152 с. (монография).
7. Попов В.К., Пискарева Л.А., Духанин Ю.А. и др., Типовые нормативно-технологичские карты по производству основных видов растениеводческой продукции. М., ООО Экономика и право, 2004, 391 с. (монография).
8. Методы анализов органических удобрений. М., Россельхозакадемия, ГНУ ВНИПТИОУ, 2003, 552 с. (монография) (в соавторстве).
Статьи в научных журналах, сборниках научных трудов и в
материалах научных конференций
9. Духанин Ю.А. Некоторые особенности динамики подвижного фосфора в профиле песчаных почв дерново-подзолистого типа Нечерноземной зоны РСФСР в зависимости от обеспеченности их Р2О5 и в связи с внесением удобрений. // Бюллетень ВИУА. М., 1991, № 103, с. 68-72.
10. Духанин Ю.А. Комплексное применение и экологическая оценка средств химизации при возделывании гречихи // Достижения науки и техники в АПК. 1993, № 2, с. 17-18.
11. Духанин Ю.А., Попов В.В., Духанин М.А. Локальный агроэкологический мониторинг в опытах с удобрениями на территории, загрязненной радионуклидами // Химия в сельском хозяйстве. 1994, № 1, с. 21-22.
12. Духанин Ю.А. Особенности сезонной динамики подвижного фосфора по профилю песчаных почв при проведении агроэкологического мониторинга // Проблемы агроэкологического мониторинга в ландшафтном земледелии. М., ВИУА-АПЭК, 1994, с. 64-66.
13. Духанин Ю.А., Попов В.В., Духанин М.А. Организация и проведение локального агроэкологического мониторинга по содержанию радионуклидов и тяжелых металлов на территории, загрязненной в результате аварии на Чернобыльской атомной электростанции // Проблемы агроэкологического мониторинга в ландшафтном земледелии. М., ВИУА-АПЭК, 1994, с. 73-75.
14. Духанин Ю.А., Пайкова И.В. Особенности использования растениями фосфора удобрений и почвы в условиях дерново-подзолистых песчаных почв Нечерноземной зоны России (по данным опытов с 32Р) // Повышение плодородия и продуктивности песчаных почв. Брянск, 1994, вып. 5, с. 174-178.
15. Духанин Ю.А. Влияние доз и соотношений минеральных удобрений на урожай и качество зерна гречихи при экологически безопасных технологиях возделывания // Повышение плодородия и продуктивности песчаных почв. Брянск, 1994, вып. 5, с. 179-187.
16. Духанин Ю.А. Комплексное применение и экологическая оценка средств химизации в интенсивных технологиях возделывания гречихи //Повышение плодородия и продуктивности песчаных почв. Брянск, 1994, вып. 5, с. 188-194.
17. Духанин Ю.А. Особенности взаимосвязей процессов формирования урожая сельскохозяйственных культур и интенсивности фотосинтетически активной радиации (ФАР) // Повышение плодородия и продуктивности песчаных почв. Брянск, 1994, вып. 5, с. 195-203.
18. Духанин А.А., Колосова А.А., Духанин Ю.А., Духанин М.А. Действие низких доз минеральных удобрений на песчаных почвах // Химия в сельском хозяйстве, 1996, № 2, с. 26-28.
19. Духанин А.А., Колосова А.А., Духанин М.А, Духанин Ю.А. Продолжительность влияния приемов окультуривания песчаных дерново-подзолистых почв на повышение их плодородия и урожайность сельскохозяйственных культур // Агрохимия. 1996, № 3, с. 3-8.
20. Духанин А.А., Колосова А.А., Духанин М.А, Духанин Ю.А. Приемы интенсивного окультуривания почвы // Химия в сельском хозяйстве. 1996, № 3, с. 3-5.
21. Духанина М.А., Духанин Ю.А. Особенности увлажнения песчаной почвы при возделывании озимой ржи в естественных метеорологических условиях при орошении // Химия в сельском хозяйстве. 1996, № 3, с. 26-2 7.
22. Духанин А.А., Колосова А.А., Духанин Ю.А. Применение зеленых удобрений в целях повышения плодородия почвы и урожайности сельскохозяйственных культур // Повышение плодородия и продуктивности песчаных почв. Брянск, 1996, вып. 6, с. 14-23.
23. Духанин А.А., Колосова А.А., Духанин М.А, Духанин Ю.А. Повышение урожайности культур в системе севооборотов с занятыми и сидеральными парами при внесении низких доз минеральных удобрений // Повышение плодородия и продуктивности песчаных почв. Брянск, 1996, вып. 6, с. 36-45.
24. Духанин Ю.А., Духанин М.А. Эколого-микологический мониторинг почвы // Бюллетень ВИУА, М., 1997, № 110, с. 40-41.
25. Духанин Ю.А. Результаты картирования почвы агроэкологического полигона на содержание хлора // Бюллетень ВИУА. М., 1997, № 110, с. 45-46.
26. Духанин Ю.А., Попов В.В., Волчанская О.Б., Веселовская В.И. Агроэкологический мониторинг содержания фтора // Повышение плодородия почв в современном земледелии с использованием удобрений и ресурсосберегающих технологий возделывания сельскохозяйственных культур. М., Агроконсалт, 1998, с. 98-110.
27. Духанин Ю.А., Духанина М.А. Влияние удобрений и сочетания их с орошением на урожайность крупяных культур в условиях Нечерноземной зоны России // Агрохимия на пороге ХХI века. Бюллетень ВИУА, М., 1998, № 111, с. 21-22.
28. Фридзон К.Я., Духанин Ю.А., Духанин М.А., Литвак В.Ш. Влияние новой формы органо-минерального удобрения на переход радионуклидов в сельскохозяйственную продукцию // Агрохимия на пороге ХХI века. Бюллетень ВИУА, М., 1998, № 111, с. 51.
29. Духанин М.А., Бардадын М.А., Духанин Ю.А. Влияние калийных удобрений на переход Cs-137 в растения ячменя // Агрохимия на пороге ХХI века. Бюллетень ВИУА. М., 1998, № 111, с. 58.
30. Литвак Ш.И., Аканов Э.Н., Попов В.В., Духанин Ю.А. Передвижная лаборатория в системе агроэкологического мониторинга // Агрохимический вестник, 1998, № 4, с. 20-22.
31. Духанин Ю.А., Гришин В.А. Продуктивность сортовой яровой пшеницы в зависимости от условий азотного питания // Бюллетень ВИУА. М., 2000, № 113, с.69-70.
32. Гришин В.А., Духанин Ю.А. Качество зерна яровой пшеницы в зависимости от условий выращивания // Бюллетень ВИУА. М., 2000, № 113, с. 71-73.
33. Ратников А.Н., Духанин Ю.А., Жигарева Т.А., Попова Г.И., Петров К.В. Особенности проведения агроэкологического мониторинга в географической сети длительных опытов в условиях радиоактивного загрязнения после аварии на Чернобыльской АЭС // Современные проблемы опытного дела. С.-Петербург, 2000, т. 2, с. 241-249.
34. Духанин Ю.А. Особенности сезонной динамики подвижного фосфора по профилю почв // Проблема фосфора и комплексное использование нетрадиционного минерального сырья в земледелии. М. - Немчиновка, 2000, с. 399-404.
35. Духанин М.А., Бардадын М.А., Духанин Ю.А. Влияние возрастающих доз калийных удобрений на урожайность сельскохозяйственных культур и переход 137Cs в товарную часть продукции //60 лет географической сети опытов с удобрениями. Бюллетень ВИУА. М., 2001, № 114, с. 84.
36. Шильников И.А., Духанин Ю.А., Аканова Н.И., Удолова Л.П., Нестеров А.А. Известкование повышает эффективность и окупаемость минеральных удобрений // Плодородие, 2001, № 3, с.23-25.
37. Белоус Н.М., Шаповалов В.Ф., Моисеенко Ф.В., Курганов А.А., Духанин Ю.А., Харкевич Л.П., Духанин М.А., Воробьева Л.А. Влияние комплексного применения агротехнических и агрохимических приемов на продуктивность и качество урожая многолетних трав в условиях радиоактивного загрязнения // Повышение плодородия и продуктивности дерново-подзолистых песчаных почв и реабилитация радиационно загрязненных сельскохозяйственных угодий. М., Агроконсалт, 2002, с. 110-124.
38. Гончарик Н.В., Курганов А.А. Духанин Ю.А. и др. Технологии реабилитации радиоактивно загрязненных естественных кормовых угодий (рекомендаций). М., ФГНУ Росинформагротех, 2002, 40 с.
39. Petukhov V.L., Gorb T.S., Dukhanin Yu.A., Sevryuk I.Z., Patrahkov S.A., Korotkevich O.S. Cs-137 and Sr-90 level in diary products. XIIth International Conference on Heavy Metals in the Environment.Volum II, Grenobl, France, May 26-30, 2003 // Journal de physique IV, volume 107, p.1056-1066.
40. Савич В.И., Трубицина Е.В., Замараев А.Г., Кобзаренко В.И., Духанин Ю.А., Никольский Ю.Н. Баланс вещества и энергии в пахотной дерново-подзолистой почве. М., Известия ТСХА, 2005, № 4, с.11-23.
41. Савич В.И., Платонов И.Г., Духанин Ю.А., Поветкина Н.Л., Сафонов А.Ф. Комплексная оценка состояния калия в почве. М., Известия ТСХА, 2006, № 3, с. 15-28 .
42. Духанин Ю.А., Трубицина Е.В., Поветкина Н.Л., Байкалова Ю.С. Экологические особенности взаимодействия удобрений и мелиорантов с песчаными почвами. М., Плодородие, 2006, № 3, с.13-14
43. Савич В.И., Булгаков Д.С., Духанин Ю.А., Оглоблина А.А. Взаимосвязи между свойствами почв, как фактор плодородия. Агрохимия, 2007, № 2, с.5-14
Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по сельскому хозяйству