Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по сельскому хозяйству
На правах рукописи
ЦЫГАНОВА Надежда Александровна
ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ ПЛОДОРОДИЯ ЛЁГКИХ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ ПОЧВ ПРИ ОКУЛЬТУРИВАНИИ И ДЛИТЕЛЬНОМ
ПРИМЕНЕНИИ РАЗЛИЧНЫХ СИСТЕМ УДОБРЕНИЯ В УСЛОВИЯХ
СЕВЕРО-ЗАПАДА РФ
Специальность 06.01.04 - агрохимия
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание учёной степени
доктора сельскохозяйственных наук
Санкт-Петербург - Пушкин
Диссертация выполнена на кафедре агрохимии и агроэкологии Санкт-Петербургского государственного аграрного университета.
Научные консультанты: доктор с.-х. наук, профессор, академик РАСХН
,
доктор с.-х. наук, профессор
Царенко Василий Павлович.
Официальные оппоненты: доктор с.-х. наук, профессор, академик РАСХН Семёнов Виктор Анатольевич, доктор с.-х. наук Воробейков Геннадий Александрович, доктор с.-х. наук Попов Александр Иванович.
Ведущее предприятие (учреждение): ГНУ Псковский научно-исследовательский институт сельского хозяйства
Защита диссертации состоится 25 октября 2007 года в __ часов __ минут на заседании диссертационного совета Д 220.060.03 при Санкт-Петербургском государственном аграрном университете по адресу: 189620, Санкт-Петербург - Пушкин, Петербургское шоссе, 2, корпус 1А, ауд. 239.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного аграрного университета.
Автореферат разослан л________________2007 г.
Учёный секретарь
диссертационного совета В.П.Царенко
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность исследования. Пахотный фонд Северо-Западного района Российской Федерации, по данным Н.Л.Благовидова (1968), на 56 % представлен дерново-подзолистыми почвами лёгкого гранулометрического состава (песчаными, супесчаными и легкосуглинистыми). Они обладают общими неудовлетворительными агропроизводственными свойствами: бесструктурностью, обусловленной низким содержанием илистой фракции; высокой водопроницаемостью и незначительной водоудерживающей способностью, приводящих к вымыванию легкорастворимых элементов питания; малыми запасами гумуса при преобладании в его групповом составе фульвокислот; неблагоприятными физико-химическими свойствами, проявляющимися в низких ёмкости поглощения и буферности; ограниченным содержанием элементов питания. Агрономически и экономически оправданное использование почв лёгкого гранулометрического состава предполагает их окультуривание, однако затратность этого процесса пока не изучена.
Дерново-подзолистые почвы, объединяемые в группу лёгких, всё же характеризуются неоднородными агрогенетическими свойствами, а следовательно, и различной отзывчивостью на окультуривающие мероприятия. Предыдущими исследованиями (Ф.И.Левин, 1972; Б.А.Никитин, 1976, 1986) доказано, что оптимизация агрохимических свойств обычно происходит на стадии хорошей окультуренности последних. Однако и окультуренные дерново-подзолистые почвы - весьма неустойчивые в экологическом отношении объекты. Сохранение высокого уровня их плодородия требует применения дифференцированных агротехнических мероприятий, в частности, использования соответствующих систем удобрения с учётом генетических особенностей почв. В результате возникает необходимость комплексного исследования данной категории почв при особом внимании к их гумусному состоянию, оказывающему влияние практически на все агрономические свойства.
Цель работы - научное обоснование особенностей формирования плодородия лёгких дерново-подзолистых почв при окультуривании и последующем сельскохозяйственном использовании.
Задачи исследования состояли в:
- изучении закономерностей изменения в процессе окультуривания агрогенетических свойств разных по генезису дерново-подзолистых почв;
- установлении агроэкологических последствий длительного применения различных систем удобрения на хорошо окультуренных дерново-подзолистых почвах;
- оценке экономической и энергетической эффективности формирования и сельскохозяйственного использования хорошо окультуренных дерново-подзолистых почв.
Научная новизна. Впервые в условиях Северо-Запада России выполнена комплексная оценка процесса окультуривания дерново-подзолистых почв лёгкого гранулометрического состава с учётом их генетических особенностей. Установлены параметры плодородия песчаных и супесчаных дерново-подзолистых почв разного генезиса и разной степени окультуренности. Дано агроэкологическое обоснование различных систем удобрения на хорошо окультуренных дерново-подзолистых почвах, в том числе оценено их влияние на гумусное состояние хорошо окультуренных видов. Проведена оценка экономической и энергетической эффективности формирования и последующего сельскохозяйственного использования хорошо окультуренных дерново-подзолистых почв.
Практическая значимость исследования состоит в разработке научных рекомендаций по достижению и сохранению оптимальных параметров плодородия дерново-подзолистых почв.
Защищаемые положения:
1) параметры изменения агрохимических свойств дерново-подзолистых почв лёгкого гранулометрического состава в процессе окультуривания в зависимости от генетических особенностей природных аналогов;
2) параметры энергетических и материально-денежных затрат на формирование хорошо окультуренных дерново-подзолистых почв лёгкого гранулометрического состава;
3) агроэкологическая, энергетическая и экономическая эффективность систем удобрения на хорошо окультуренных дерново-подзолистых почвах.
Апробация работы. Результаты исследований были доложены на научно-производственных конференциях Гумус и почвообразование (Санкт-Петербургский ГАУ, 2000 - 2005 гг.); на ХХХIV научно-практической конференции Наука - возрождению сельского хозяйства в ХХI веке (Великолукская ГСХА, 2001 г.); на областной экологической конференции Рио + 10: охрана окружающей среды, природопользование, образование (Великолукская ГСХА, 2002 г.); на общественно-научной конференции Природные и культурные ландшафты: проблемы экологии и устойчивого развития (Псковский ГПИ, 2002 г.); на научных конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов Аграрная наука на современном этапе (Санкт-Петербургский ГАУ, 2002 и 2003 гг.); на региональной научно-практической конференции Проблемы экологической устойчивости жизни на земле (Великолукская ГСХА, 2003 г.); на международной конференции Медико-биологические проблемы экологической безопасности агропромышленного комплекса (НМ - по экологически безопасным технологиям в АПК, Сергиев Посад, 2003 г.); на Всероссийской научно-практической конференции молодых учёных Северо-Западного Федерального округа Молодые учёные в научном обеспечении сельского хозяйства на современном этапе (Санкт-Петербургский ГАУ, 2003 г.); на Всероссийской конференции молодых учёных и специалистов аграрных образовательных и научных учреждений Молодые учёные - сельскому хозяйству России (Московская СХА им. К.А.Тимирязева, 2004 г.); на II Всероссийской конференции молодых учёных и специалистов аграрных образовательных и научных учреждений Инновации молодых учёных - сельскому хозяйству России (РГАУ - МСХА им. К.А.Тимирязева, 2005 г.); на международной научно-практической конференции Роль почв в сохранении устойчивости ландшафтов и ресурсосберегающее земледелие (Пензенская ГСХА, 2005 г.); на научно-практической конференции Инновации молодых учёных - развитию АПК России (Великолукская ГСХА, 2006 г.); на межрегиональной научно-практической конференции Инновационные технологии и тенденции развития сельскохозяйственного производства (Великолукская ГСХА, 2006 г.); на международной научной конференции Агрохимические приёмы повышения плодородия почв и продуктивности сельскохозяйственных культур в адаптивно-ландшафтных системах земледелия (ВНИИА им. Д.Н.Прянишникова, 2006 г.); на международной научно-практической конференции Роль молодых учёных в развитии науки (Великолукская ГСХА, 2007 г.); на международной научно-практической конференции Роль молодых учёных в реализации национального проекта Развитие АПК (МГАУ им. В.П.Горячкина, 2007 г.).
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов и рекомендаций производству. Результаты полевых опытов и аналитических исследований представлены 54 таблицами и 26 рисунками. Список используемой литературы включает 438 наименований, из них 14 - на иностранных языках. Общий объём работы 407 страниц машинописного текста.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
1 УСЛОВИЯ, ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Исследования проводились в южной и юго-восточной частях Псковской области. Природные условия районов проведения исследований (Великолукский, Себежский) типичные для Северо-Запада России. Климат умеренно-континентальный, находящийся под заметным влиянием Атлантического и Северного Ледовитого океанов. За год выпадает 645 мм осадков при среднегодовой температуре воздуха 4,2 С, сумма эффективных температур 1975 С. Дерново-подзолистые почвы занимают более 90 % пахотного фонда. Наиболее распространённые почвообразующие породы (водно-ледниковые, озёрно-ледниковые, моренные) относятся к единой генетической группе гляциальных наносов.
Метеорологические условия в годы проведения исследований (1987 - 2005 гг.) отличались значительной пестротой. В разные вегетационные периоды выпадало от 231 до 599 мм осадков, среднесуточные температуры воздуха изменялись от 12,9 С до 15,6 С. Это оказывало существенное влияние на рост и развитие растений, а также на эффективность систем удобрения.
В качестве объектов исследования использовались целинные, слабо-, средне- и хорошо окультуренные дерново-подзолистые почвы южной части Северо-Западного района России. Характер изменения их свойств в процессе естественно-антропогенного формирования оценивался сравнительно-генетическим методом, заключающимся в сопоставлении почв разной степени окультуренности с их современными целинными аналогами (Б.А.Никитин, 1976, 1986). Почвенные образцы отбирались из верхних горизонтов в 10 точках в радиусе 5 м вокруг разреза, из нижних - в 5 точках по стенке разреза.
Целинные аналоги изучаемых почв, согласно классификации Почвенного института имени В.В.Докучаева (1977), представлены:
1) дерново-слабоподзолистой псевдофибровой песчаной почвой на озёрно-ледниковом песке под вторичным берёзово-сосновым лесом;
2) дерново-слабоподзолистой обычной песчаной почвой на бескарбонатном моренном песке под хвойно-широколиственным лесом;
3) дерново-слабоподзолистой остаточно-карбонатной песчаной почвой на карбонатном моренном песке под разнотравно-злаковым лугом;
4) слабоподзолистой слабодифференцированной песчаной почвой на флювиогляциальном песке под мохово-вересково-брусничниковым сосновым бором;
5) слабоподзолистой обычной песчаной почвой на флювиогляциальном песке, подстилаемом тяжёлым моренным суглинком, под зеленомошным сосновым лесом.
История использования пахотных почв восстановлена на основе книг истории полей севооборотов и путём опроса агрономов и владельцев приусадебных участков. Все слабоокультуренные виды предшествующие 35 - 40 лет использовались в системе полевых севооборотов, где в среднем в год на 1 га вносилось от 2,5 до 5,0 т навоза, от 0,1 до 0,4 т извести и от 50 до 100 кг действующего вещества минеральных удобрений. Среднеокультуренные почвы использовались в полевых и прифермском севооборотах. Их среднегодовая удобренность составила: навоз 7 - 13 т/га, известь 0,2 - 0,4 т/га, минеральные удобрения 100 - 130 кг/га действующего вещества. Хорошо окультуренные почвы сформировались на землях прифермского севооборота и приусадебных участков, где в расчёте на 1 га вносили 18 - 42 т органических удобрений, 0,3 - 0,9 т известковых материалов, 10 - 140 кг действующего вещества минеральных удобрений.
Изучение различных систем удобрения на хорошо окультуренных дерново-подзолистых почвах проведено в 1987 - 2005 гг. в полевых и микрополевом опытах в учхозе Удрайское Великолукской ГСХА.
Полевые опыты выполнялись на базе стационарных зернопропашного (лранний картофель - озимая рожь - кормовая свёкла - овёс - кукуруза - ячмень) и зернотравянопропашного (лвико-овсяный пар - озимая рожь - клевер - клевер - картофель - ячмень - лён) севооборотов. Схема опыта в условиях интенсивного зернопропашного севооборота включала контрольный вариант (без удобрений), вариант с ежегодным применением моноазотной системы удобрения (N90-120), полного минерального удобрения (N90-120P60K60) и его совместного внесения с навозом (N90-120P60K60 + навоз, по 40 т/га под картофель и кукурузу). В севообороте с многолетними травами навоз в дозе 40 т/га вносили под озимую рожь и картофель, остальные культуры выращивались по его последействию. Минеральные удобрения применялись в дозах, эквивалентных по содержанию NPK в соответствующей дозе навоза. Размер делянок в опытах 50 - 112 м2, повторность 3 - 4-кратная.
Микрополевой опыт заложен в полиэтиленовых сосудах без дна размером 1х1х0,4 м. В них искусственно формировалась верхняя часть профиля хорошо окультуренной песчаной дерново-слабоподзолистой почвы, включающая горизонты АПАХ и А2В. Изучение различных видов органических удобрений велось в звене полевого севооборота вико-овсяный пар - озимая рожь - люпин на зелёную массу. Все виды органических удобрений внесены в занятом пару. Их дозы выровнены по содержанию сухого вещества в 40 т навоза и составили: подстилочный навоз - 40 т/га, торфонавозный компост - 41 т/га, органоглинистый сапропель - 156 т/га, зелёная масса люпина - 74 т/га. Повторность опыта 4-кратная.
Во всех опытах возделывались районированные сорта сельскохозяйственных культур по типичным для зоны технологиям с максимально возможным использованием средств механизации. Исследования, наблюдения и анализы выполнялись на основании общих и специальных методических руководств. Почвенные образцы отбирались с 2 - 3 повторений анализируемых вариантов. В отобранных образцах определялись: содержание гумуса - по Тюрину с фотоколориметрическим окончанием; групповой и фракционный состав гумуса - по Пономарёвой и Плотниковой; лабильный гумус - в щелочной вытяжке; валовое содержание азота - по Гинзбург-Щегловой; легкогидролизуемый азот - по Тюрину и Кононовой; нитрификационная способность - по Кравкову; нитратный азот - по Грандваль-Ляжу; аммиачный азот - фотоколориметрически с реактивом Несслера; рНН2О и рНКС1 - потенциометрически; обменная кислотность и содержание подвижного алюминия - по Соколову; гидролитическая кислотность - по Каппену; сумма обменных оснований - по Каппену-Гильковицу; гранулометрический состав - по Качинскому. Аналитические исследования выполнены на кафедре агрохимии и почвоведения Великолукской ГСХА. Учёт урожая в опытах вёлся сплошным весовым методом. Статистическая обработка результатов экспериментов выполнялась дисперсионным и разностным методами с использованием ПК.
2 ИЗМЕНЕНИЕ АГРОГЕНЕТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПЕСЧАНЫХ И
СУПЕСЧАНЫХ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ ПОЧВ РАЗНОГО ГЕНЕЗИСА
В ПРОЦЕССЕ ОКУЛЬТУРИВАНИЯ
Большинство отечественных учёных под окультуриванием понимает процесс антропогенного улучшения почв как среды обитания сельскохозяйственных культур. Вопросу о влиянии окультуривания на свойства дерново-подзолистых почв посвящены многочисленные исследования почвоведов и агрохимиков (Н.Л.Благовидов, 1954; И.Ф.Гаркуша, 1956; А.С.Коновалова, 1967; А.А.Коротков, 1970; Ф.И.Левин, 1972; Т.Н.Кулаковская и др., 1974; Г.И.Григорьев, 1975; В.К.Пестряков, 1977; Б.А.Никитин, 1986; Э.А.Гагарина и др., 1995). Однако они не охватывают в достаточной степени существующее разнообразие лёгких почв, обусловленное прежде всего генетическими различиями почвообразующих пород.
Практически все агрогенетические свойства почвы в значительной степени связаны с содержанием и качественным составом гумуса. Гумусное состояние почв определяет развитие многих элементарных почвообразовательных процессов, в том числе гумусово-аккумулятивного и подзолистого, что находит соответствующее отражение в морфологическом облике почв. Роль органического вещества в формировании кислотно-основного состояния почвы обусловлена, главным образом, выраженными коллоидными свойствами гумусовых веществ. Это имеет особое значение для лёгких почв, отличающихся низкими ёмкостью поглощения и буферностью минеральной части. Гумус почвы традиционно рассматривается как основной источник азотного питания растений. Оптимизация гумусного и азотного состояния почвы и обеспечение сельскохозяйственных культур азотом, по существу, неразрывно связаны между собой и представляют обязательное условие интенсивного земледелия на дерново-подзолистых почвах.
2.1 Изменение морфологических свойств песчаных и супесчаных подзолистых почв при окультуривании
Изменение морфологического строения целинных почв после их освоения бывает столь значительным, что Н.И.Смеян и Г.С.Цитрон (1997) предлагают рассматривать его в качестве диагностического показателя уровня окультуренности.
Объекты нашего исследования - целинные подзолистые и дерново-подзолистые почвы лёгкого гранулометрического состава - имели типичное морфологическое строение: А0 (Ад) - А1 (А1А2) - А2В (А2) - В - ВС. Гумусовый горизонт целинных дерново-подзолистых почв имел мощность от 9 до 16 см. Горизонт А1 целинных аналогов на озёрно-ледниковом и бескарбонатном моренном песках, сформированных под смешанным лесом, вследствие светло-серой окраски мало отличался от расположенного под ним оподзоленного горизонта А2В. Горизонт А1 луговой остаточно-карбонатной почвы имел более тёмную серую окраску из-за большего содержания гуминовых кислот в составе гумуса. В профиле подзолистых почв на флювиогляциальных песках гумусовый горизонт отсутствовал, под лесной подстилкой сформированы небольшой по мощности (5 - 12 см) переходный горизонт А1А2 и белёсый подзолистый горизонт А2 мощностью 23 - 25 см. В целинном аналоге почвы на маломощном флювиогляциальном песке подстилающий его тяжёлый моренный суглинок морфологически чётко отличим от переходного горизонта ВС по гранулометрическому составу, окраске и плотности сложения.
Изменения морфологического строения при окультуривании почв разного генезиса носили сходный характер и затрагивали, в основном, верхнюю часть профиля.
Основное морфологическое отличие пахотных почв на стадии слабой окультуренности заключалось в наличии светло-серого пахотного слоя мощностью 14 - 20 см, сформированного на месте прежних горизонтов А0 (Ад), А1 (А1А2) и А2 (А2В). Дальнейшее окультуривание сопровождалось ослаблением подзолообразовательного и усилением дернового процессов, что находит отражение в изменениях морфологических признаков почвенного профиля. Мощность пахотного слоя среднеокультуренных почв увеличилась до 20 - 23 см. Под ним сформирован переходный горизонт А1А2 мощностью 8 - 26 см, образование которого в большей степени связано с усилением миграции растворимых гумусовых веществ, в меньшей - с новообразованием гумуса в самом горизонте из корневых остатков культурных растений. Тёмно-серый пахотный слой хорошо окультуренных почв мощностью 22 - 25 см имеет благоприятные возможности для углубления, так как на фоне интенсивного применения органических удобрений под ним сформирован горизонт А1 мощностью 5 - 18 см.
В то же время течение подзолообразовательного процесса продолжалось даже на стадии хорошей окультуренности, однако сопровождалось перемещением его признаков в более глубокие горизонты. В изученных объектах отмечено опускание нижней границы горизонта А2 (А2В) на 9 - 36 см. По-видимому, это являлось следствием усиления миграции из пахотного слоя наиболее подвижных гумусовых веществ, разрушающих минералы верхней части иллювиального горизонта.
2.2 Изменение гранулометрического состава песчаных и супесчаных
дерново-подзолистых почв при окультуривании
Гранулометрический состав почв принадлежит к числу весьма консервативных агрогенетических свойств. В природных условиях его существенное изменение под влиянием почвообразовательных процессов требует многих столетий. Деятельность человека может ощутимо ускорить эти изменения, особенно в пределах пахотного слоя (И.Ф.Гаркуша, 1956; Л.Ю.Рейнтам, А.В.Раускас, 1965; Б.П.Градусов, 2005).
Характерной особенностью целинных аналогов, сформированных на песчаных отложениях, являлась слабая дифференциация их профилей по гранулометрическому составу (табл. 1). Все генетические горизонты этих почв принадлежали к крупнопылевато-рыхлопесчаной разновидности. Содержание в них илистой фракции не достигало 2 %. Элювиально-иллювиальные процессы перераспределения илистых частиц по горизонтам ослаблены.
Однако в гранулометрическом составе почв сохранились и особенности, унаследованные ими от материнской породы.
Характерной особенностью гранулометрического состава почв, сформированных на озёрно-ледниковом песке, являлось преобладание фракции мелкого песка (40,8 - 61,6 %), сформированных на моренном и флювиогляциальном песке - фракции крупного и среднего песка (41,3 - 70,3 %). В дерново-подзолистой почве на бескарбонатном моренном песке наблюдалось хотя и слабое, но заметное обогащение физической глиной гумусового горизонта относительно материнской породы, свидетельствующее о выветривании в нём первичных минералов. Верхняя часть профиля остаточно-карбонатной почвы (горизонты А1 и А2В), напротив, обеднена глинистыми частицами относительно горизонтов В и ВССа.
По мнению А.С.Коноваловой (1967), Э.И.Гагариной с соавторами (1995), существенное изменение гранулометрического состава может наблюдаться лишь у хорошо окультуренных почв. У изученных песчаных почв ощутимое на-
Таблица 1 - Изменение гранулометрического состава почв, сформированных на песчаных породах, при окультуривании (в среднем по объектам исследования)
Почвы | Горизонты | Фракции (размер частиц, мм) % | ||||||
1 - 0,25 | 0,25 - 0,05 | 0,05 - 0,01 | 0,01 - 0,005 | 0,005 - 0,001 | менее 0,001 | менее 0,01 | ||
Целинные | А1 (А1А2) | 53,3 | 18,0 | 24,4 | 1,4 | 1,2 | 1,7 | 4,3 |
А2 (А2В) | 49,3 | 16,9 | 30,7 | 1,0 | 0,9 | 1,2 | 3,1 | |
В | 54,2 | 23,8 | 18,2 | 1,1 | 1,1 | 1,6 | 3,8 | |
ВС | 58,0 | 18,3 | 19,8 | 1,5 | 1,1 | 1,3 | 3,9 | |
Слабо- окультуренные | АПАХ | 50,8 | 21,0 | 21,8 | 1,7 | 1,9 | 2,8 | 6,4 |
А2 (А2В) | 49,2 | 19,3 | 27,6 | 1,5 | 0,9 | 1,5 | 3,9 | |
В | 53,9 | 23,3 | 18,4 | 1,2 | 1,3 | 1,9 | 4,4 | |
ВС | 59,2 | 18,0 | 18,9 | 1,3 | 1,1 | 1,5 | 3,9 | |
Средне-окультуренные | АПАХ | 44,9 | 22,4 | 22,7 | 4,1 | 2,6 | 3,3 | 10,0 |
А1А2 | 47,0 | 22,3 | 20,5 | 4,3 | 2,3 | 3,6 | 10,2 | |
А2В | 42,9 | 25,6 | 28,0 | 1,0 | 1,1 | 1,4 | 3,5 | |
В | 49,8 | 22,8 | 22,2 | 1,4 | 1,7 | 2,1 | 5,2 | |
ВС | 53,0 | 21,1 | 21,5 | 1,7 | 1,2 | 1,5 | 4,4 | |
Хорошо окультуренные | АПАХ | 50,0 | 21,1 | 19,3 | 3,2 | 2,9 | 3,5 | 9,6 |
А1 (А1А2) | 43,5 | 30,4 | 17,1 | 3,1 | 2,6 | 3,3 | 9,0 | |
А2В | 51,4 | 23,8 | 19,9 | 1,3 | 1,6 | 2,0 | 4,9 | |
В | 53,3 | 26,9 | 15,1 | 1,4 | 1,3 | 2,0 | 4,7 | |
ВС | 60,4 | 18,0 | 17,5 | 1,5 | 1,2 | 1,4 | 4,1 | |
копление физической глины в пахотном слое отмечалось уже на стадии слабой окультуренности, вследствие чего они перешли в разновидность крупнопылевато-связнопесчаных почв. Ещё отчётливее выражен аккумулятивный характер распределения илистых частиц и физической глины в профиле средне- и хорошо окультуренных почв, пахотный слой которых представлен песчаной супесью. В ослабленном виде этим процессом затронуты и непосредственно расположенные под пахотным аккумулятивно-элювиальные горизонты А1 или А1А2.
Существенное изменение гранулометрического состава исходных песчаных почв связано с действием различных факторов. Э.И.Гагарина с соавторами (1995) считает, что этому способствуют условия контрастного водного режима, при которых образующиеся гумусовые вещества не вызывают нисходящую миграцию, тогда как под их действием активизируется выветривание, способствующее дроблению песчаных фракций. Н.И.Смеян и Г.С.Ржеутская (1988) признают значительную роль в этом процессе высокодисперсных гумусовых веществ, а Ф.И.Левин (1972) объясняет этот факт формированием благоприятных условий для биосинтеза вторичных минералов из золы культурных растений и удобрений. Во всяком случае, утяжеление гранулометрического состава песчаных почв в процессе их использования на пахотных угодьях можно считать закономерным и доказанным.
2.3 Изменение кислотно-основных свойств песчаных и супесчаных
дерново-подзолистых почв при окультуривании
Проведённые исследования выявили, что кислотно-основные свойства целинных почв подзолистого типа, сформированных на бескарбонатных песчаных отложениях (озёрно-ледниковых, моренных и флювиогляциальных), характеризовались неблагоприятными показателями, близкими по абсолютным значениям (табл. 2). По всему профилю они имели очень сильнокислую и сильнокислую реакцию и крайне низкое содержание обменных оснований. При этом пик обменной и гидролитической кислотности приходился на верхний элювиальный слой - горизонты А1 (А1А2) и А2 (А2В). В то же время у остаточно-карбонатной почвы эти свойства вполне удовлетворительные, хотя и её верхние горизонты заметно выщелочены относительно материнской породы.
Обменная кислотность горизонта А1 (А1А2) целинных аналогов сформирована преимущественно катионами алюминия. У подзолистых и дерново-подзолистых почв на кислых песчаных отложениях это свойственно и более глубоким горизонтам; у остаточно-карбонатной почвы соотношение между катионами водорода и алюминия вниз по профилю выравнивалось.
Целинные почвы имели низкую ёмкость катионного обмена и слабо насыщенный основаниями почвенный поглощающий комплекс. В песчаных почвах, крайне обеднённых минеральными коллоидами, ёмкость ППК, по мнению В.Н.Переверзева (2001), определяется в основном органической частью. Это обусловливает высокую зависимость этого показателя от содержания гумуса.
После сельскохозяйственного освоения действие ряда природных факторов формирования неблагоприятных кислотно-основных свойств почвы ослабевает. В частности, исчезает лесная подстилка, что ведёт к уменьшению количества образующихся фульвокислот (Ф.И.Левин, 1972). Однако в пахотных почвах значительно возрастают потери кальция и магния вследствие их выноса урожаем, инфильтрации в грунтовые воды и эрозионного смыва (А.Н.Небольсин и др., 1983), поэтому изменение кислотно-основных свойств определяется, в основном, балансом кальция и магния в системах удобрения.
Применяемые на слабо- и среднеокультуренных почвах дозы навоза и извести обеспечивали повышение pH водной вытяжки пахотного слоя в среднем на 0,89 единицы, pH солевой вытяжки - на 0,83 единицы, суммы обменных оснований - на 3,16 мг-экв/100 г почвы, ёмкости катионного обмена - на 3,45 мг-экв/100 г и снижение гидролитической кислотности на 0,61 мг-экв/100 г почвы. Этого оказалось достаточно для оптимизации кислотно-основного состояния остаточно-карбонатной почвы. У почв, сформированных на кислых материнских породах, реакция среды оставалась далёкой от оптимума (pHKCl - 4,83). Сельскохозяйственное использование последних даже при известковании (0,1 - 0,4 т/га в среднем в год) не способствовало повышению ёмкости катионного обмена, что, по мнению Г.И.Григорьева (1975), является главным препятствием при окультуривании песчаных и супесчаных дерново-подзолистых почв.
Кислотно-основные свойства хорошо окультуренных почв улучшились не
Таблица 2 - Изменение кислотно-основных свойств почв, сформированных на песчаных породах, при окультуривании
Почвы | Гори- зонты | рНН20 | рНКС1 | Нобм | А1 | Нг | S | V, % | А1 Нобм | Нг Нобм |
мг-экв/100 г | ||||||||||
Почвы на бескарбонатных песчаных отложениях (в среднем) | ||||||||||
Целинные | А1 (А1А2) | 4,70 | 3,79 | 0,53 | 0,39 | 3,23 | 1,69 | 34 | 0,74 | 6,1 |
А2 (А2В) | 5,09 | 3,99 | 0,53 | 0,39 | 3,01 | 1,18 | 28 | 0,74 | 5,7 | |
В | 5,39 | 4,32 | 0,43 | 0,33 | 1,28 | 1,21 | 49 | 0,77 | 3,0 | |
ВС | 5,29 | 4,31 | 0,39 | 0,27 | 1,20 | 1,86 | 61 | 0,69 | 3,1 | |
Слабоокультуренные | АПАХ | 5,61 | 4,85 | 0,26 | 0,16 | 2,58 | 2,21 | 46 | 0,62 | 9,9 |
А2 (А2В) | 4,98 | 4,21 | 0,37 | 0,28 | 2,09 | 1,75 | 46 | 0,76 | 5,7 | |
В | 5,43 | 4,52 | 0,38 | 0,29 | 1,03 | 1,72 | 63 | 0,76 | 2,7 | |
ВС | 5,13 | 4,48 | 0,39 | 0,28 | 1,06 | 1,56 | 60 | 0,72 | 2,7 | |
Среднеокультуренные | АПАХ | 5,95 | 4,80 | 0,24 | 0,14 | 2,84 | 2,50 | 47 | 0,58 | 11,8 |
А1А2 | 5,70 | 4,56 | 0,32 | 0,25 | 2,43 | 2,17 | 47 | 0,78 | 7,6 | |
А2В | 5,55 | 4,75 | 0,33 | 0,26 | 1,36 | 1,97 | 59 | 0,79 | 4,1 | |
В | 5,29 | 4,50 | 0,36 | 0,26 | 1,12 | 1,84 | 62 | 0,72 | 3,1 | |
ВС | 5,72 | 4,80 | 0,43 | 0,34 | 0,91 | 2,02 | 69 | 0,79 | 2,1 | |
Хорошо окультуренные | АПАХ | 6,49 | 5,78 | 0,12 | 0,06 | 2,12 | 4,84 | 70 | 0,50 | 17,7 |
А1 (А1А2) | 6,62 | 5,72 | 0,16 | 0,09 | 1,39 | 3,85 | 74 | 0,56 | 8,7 | |
А2В | 5,01 | 4,83 | 0,23 | 0,16 | 1,27 | 2,43 | 66 | 0,70 | 5,5 | |
В | 5,97 | 4,72 | 0,37 | 0,23 | 1,01 | 2,02 | 67 | 0,62 | 2,7 | |
ВС | 5,61 | 4,67 | 0,38 | 0,29 | 0,96 | 2,21 | 70 | 0,76 | 2,5 | |
Почвы на карбонатном моренном песке | ||||||||||
Целинная | А1 | 6,21 | 5,21 | 0,07 | 0,06 | 1,40 | 5,94 | 81 | 0,86 | 20,0 |
А2В | 6,48 | 5,68 | 0,04 | 0,03 | 1,05 | 2,57 | 71 | 0,75 | 26,3 | |
В | 6,92 | 6,11 | 0,03 | 0,02 | 0,58 | 2,38 | 60 | 0,67 | 19,3 | |
ВССа | 7,47 | 6,98 | 0,03 | 0,01 | 0,70 | 2,38 | 77 | 0,33 | 23,3 | |
Слабоокультуренная | АПАХ | 6,48 | 5,44 | 0,05 | 0,04 | 0,88 | 11,00 | 93 | 0,80 | 17,6 |
А2В | 6,23 | 4,90 | 0,02 | 0,01 | 0,40 | 5,30 | 79 | 0,50 | 20,0 | |
В | 7,03 | 5,97 | 0,02 | 0,01 | 0,53 | 4,20 | 89 | 0,50 | 26,5 | |
ВССа | 7,46 | 6,80 | 0,02 | 0,01 | 0,53 | 1,50 | 74 | 0,50 | 26,5 | |
Среднеокультуренная | АПАХ | 7,33 | 6,24 | 0,04 | 0,03 | 0,53 | 12,20 | 96 | 0,75 | 13,3 |
А1А2 | 6,81 | 6,35 | 0,02 | 0,01 | 0,53 | 4,30 | 89 | 0,50 | 26,5 | |
А2В | 6,84 | 5,58 | 0,03 | 0,02 | 0,53 | 2,20 | 81 | 0,67 | 17,7 | |
В | 7,11 | 6,13 | 0,02 | 0,01 | 0,35 | 3,10 | 90 | 0,50 | 17,5 | |
ВССа | 7,44 | 6,98 | 0,02 | 0,01 | 0,18 | 3,76 | 95 | 0,50 | 9,0 | |
Хорошо окультуренная | АПАХ | 7,81 | 6,94 | 0,05 | 0,04 | 0,45 | 9,90 | 96 | 0,80 | 9,0 |
А1 | 7,12 | 6,41 | 0,04 | 0,03 | 1,08 | 8,71 | 89 | 0,75 | 27,0 | |
А2В | 6,55 | 5,13 | 0,02 | 0,01 | 0,58 | 5,54 | 91 | 0,50 | 29,0 | |
В | 6,55 | 5,74 | 0,02 | 0,01 | 0,23 | 8,71 | 88 | 0,50 | 11,5 | |
ВССа | 7,65 | 7,12 | 0,02 | 0,01 | 0,53 | 4,16 | 89 | 0,50 | 26,5 | |
только в пределах пахотного, но и в подпахотных горизонтах. Наиболее высокими величинами pHKCl (6,94)и S (9,90 мг-экв/100 г почвы) характеризовалась остаточно-карбонатная почва, причём достигнуты они на фоне низких среднегодовых доз извести (0,4 т/га). Окультуривание почв на озёрно-ледниковом и бескарбонатном моренном песках при среднегодовом внесении 0,6 - 0,9 т/га извести сопровождалось формированием близких к оптимальным параметров кислотно-основного состояния: рНКС1 6,16 - 6,55; Нг 1,40 - 1,98 мг-экв/100 г почвы; S 5,60 - 6,10 мг-экв/100 г почвы; V 74 - 81 %. Применение преимущественно органической системы удобрения со среднегодовым внесением 42 т/га не обеспечивало принципиального улучшения кислотно-основных свойств сформированной на очень сильнокислом флювиогляциальном песке почвы приусадебного участка (pHKC1 - 4,96, Hг - 2,64 мг-экв/100 г, S - 3,99 мг-экв/100 г, V - 60 %).
В верхней части профилей хорошо окультуренных почв на бескарбонатных песчаных отложениях произошло значительное расширение отношения Нг/Нобм, что указывает на опережающее снижение активной и обменной кислотности. Увеличение суммы обменных оснований и степени насыщенности ими свидетельствуют об усилении процесса аккумуляции поглощённых оснований на стадии хорошей окультуренности песчаных и супесчаных дерново-подзолистых почв. Этот процесс связан, в первую очередь, с гумусонакоплением и изменением качественного состояния составных частей поглощающего комплекса.
2.4 Изменение гумусного состояния песчаных и супесчаных дерново-подзолистых почв при окультуривании
Природные условия Северо-Западного района России не благоприятствуют гумусонакоплению. В особой степени это проявляется на почвах лёгкого гранулометрического состава, интенсивно промываемых осадками, обеднённых илистой фракцией и, как правило, основаниями. Отказаться от сельскохозяйственного использования песчаных и супесчаных почв невозможно, поскольку их доля в составе почвенного покрова региона превышает 30 %. К тому же их значительная часть принадлежит к окультуренным видам.
2.4.1 Изменение содержания и общих запасов гумуса
Содержание гумуса в верхних горизонтах изучаемых целинных почв находилось в пределах 0,53 - 1,66 % (табл. 3) и существенно зависело от особенностей химического состава растительных остатков и почвообразующих пород.
Вследствие очень малой массы органических остатков, преобладания грибной микрофлоры и исключительно высокого окислительного потенциала минимальным содержанием гумуса в верхнем аккумулятивно-элювиальном горизонте (0,53 - 0,81 %) и в целом в метровой толще (17 - 38 т/га) характеризовались песчаные почвы, сформированные на флювиогляциальных и озёрно-ледниковых отложениях под лесной растительностью. Более высокая гумусиро-
Таблица 3 - Изменение содержания и запасов гумуса в почвах,
сформированных на песчаных породах, при окультуривании
Окультуренность | Содержание гумуса, % | Запасы в слое 0 - 100 см, т/га | ||||
АПАХ | А1 (А1А2) | А2 (А2В) | В | ВС | ||
Псевдофибровые дерново-подзолистые почвы на озёрно-ледниковом песке | ||||||
Целинная | - | 0,71 | 0,19 | 0,10 | 0,12 | 38 |
Слабоокультуренная | 0,53 | - | 0,17 | 0,17 | 0,14 | 39 |
Среднеокультуренная | 1,14 | 0,24 | 0,29 | 0,21 | 0,16 | 69 |
Хорошо окультуренная | 1,64 | 1,00 | 0,21 | 0,24 | 0,17 | 102 |
Обычные дерново-подзолистые на бескарбонатном моренном песке | ||||||
Целинная | - | 1,03 | 0,22 | 0,10 | 0,04 | 41 |
Слабоокультуренная | 1,14 | - | 0,14 | 0,14 | 0,05 | 52 |
Среднеокультуренная | 1,85 | 1,59 | 0,33 | 0,26 | 0,10 | 108 |
Хорошо окультуренная | 2,22 | 1,78 | 0,47 | 0,28 | 0,10 | 133 |
Остаточно-карбонатные дерново-подзолистые на карбонатном моренном песке | ||||||
Целинная | - | 1,66 | 0,33 | 0,40 | 0,16 | 71 |
Слабоокультуренная | 1,19 | - | 0,26 | 0,33 | 0,16 | 66 |
Среднеокультуренная | 1,41 | 0,45 | 0,26 | 0,33 | 0,24 | 83 |
Хорошо окультуренная | 1,97 | 0,90 | 0,52 | 0,48 | 0,31 | 118 |
Слабодифференцированные подзолистая и дерново-подзолистые почвы на флювиогляциальном песке | ||||||
Целинная | - | 0,52 | 0,12 | 0,04 | 0 | 17 |
Слабоокультуренная | 0,59 | - | 0,10 | 0,07 | 0 | 23 |
Среднеокультуренная | 1,33 | 1,02 | 0,48 | 0,19 | 0,05 | 83 |
Хорошо окультуренная | 1,59 | 0,97 | 0,19 | 0,16 | 0,07 | 95 |
Обычные подзолистая и дерново-подзолистые почвы на флювиогляциальном песке, подстилаемом тяжёлым моренным суглинком | ||||||
Целинная | - | 0,81 | 0,17 | - | 0,12 | 28 |
Слабоокультуренная | 1,03 | - | 0,28 | - | 0,16 | 50 |
Хорошо окультуренная | 1,97 | 1,31 | 0,38 | - | 0,16 | 90 |
ванность (1,03 %) была свойственна почве, образовавшейся на моренном песке под смешанным лесом с участием травянистой растительности. Вполне удовлетворительные показатели содержания (1,66 %) и запасов (71 т/га) гумуса были у дерново-подзолистой почвы на карбонатном моренном песке, развивающейся под луговой растительностью, которой свойственны значительные темпы гумификации.
Профиль всех целинных почв характеризовался снижением содержания гумуса с глубиной, хотя и менее резким, чем у суглинистых почв. Его среднее содержание в горизонте А2 (А2В) составило 0,21 %, в горизонте В - 0,16 %, в горизонте ВС - 0,09 %.
Большинство учёных (И.В.Тюрин, 1965; В.К.Пестряков, 1977; Л.Н.Александрова, 1980), изучавших процесс окультуривания подзолистых почв, пришли к выводу, что в результате их сельскохозяйственного освоения содержание гумуса уменьшается. Это объясняется частичным удалением лесной подстилки при проведении культуртехнических мероприятий и последующим вовлечением в пахотный слой крайне бедного гумусом подзолистого горизонта. Полученные нами данные, не отвергая указанной концепции, свидетельствуют о зависимости характера изменения гумусного состояния почвы от свойств исходного аналога. Если условия для накопления гумуса в последнем были крайне неблагоприятными (в нашем случае в почвах на любых кислых материнских породах), то у слабоокультуренных почв может и не наблюдаться уменьшение его содержания. И, наоборот, если целинный аналог имел удовлетворительный уровень гумусированности, как у остаточно-карбонатной почвы, то восстановить его не всегда удаётся и на стадии средней окультуренности.
По причине природной обеднённости гумусом подзолистых и дерново-подзолистых песчаных почв относительный рост его содержания у средне- и хорошо окультуренных видов составлял значительную величину - от 1,2 до 3,1 раза. Но абсолютные показатели и в этом случае продолжали оставаться невысокими (1,43 % у средне- и 1,88 % у хорошо окультуренных). Это указывает на то, что превращение вносимых в лёгкие почвы органических удобрений происходит, главным образом, в направлении минерализации. Согласно проведённым расчётам, коэффициент гумификации органических удобрений не превышал 14 %.
У средне- и хорошо окультуренных почв содержание гумуса существенно увеличилось и в подпахотных горизонтах, поэтому общие запасы гумуса в метровом слое возросли относительно целинных аналогов в 1,2 - 5,6 раза.
Таким образом, широко распространённые на Северо-Западе России песчаные и супесчаные почвы, как и любые другие, поддаются процессу окультуривания. Однако положительные изменения количественных параметров их гумусного состояния связаны с большими затратами и по абсолютным показателям не могут достигать уровня суглинистых почв.
2.4.2 Изменение качественного состава гумуса
Причинами неблагоприятного качественного состава гумуса песчаных почв подзолистого типа являются промывной водный режим, кислая реакция, тормозящая развитие бактериальной микрофлоры, низкая насыщенность основаниями и обеднённость высокодисперсными глинистыми минералами, необходимыми для закрепления гумусовых веществ. Содержание гуминовых кислот в составе гумуса изученных целинных почв невелико (14,4 - 29,0 %), причём 35 - 65 % их суммы приходилось на подвижную фракцию (табл. 4). Значительно выше доля фульвокислот (39,0 - 53,5 %), представленных преимущественно фракциями 1а и 1 (12,4 - 40,5 %). Гуматы и фульваты кальция в значительном количестве (34,7 %) обнаружены лишь в остаточно-карбонатной почве на карбонатном моренном песке.
Таблица 4 - Изменение качественного состава гумуса верхних горизонтов (А1, АПАХ) почв, сформированных на
песчаных породах, при окультуривании (в % от общего углерода)
Окультуренность | Фракции гуминовых кислот | Фракции фульвокислот | Сгк Сфк | абильный гумус | НО | Собщ Nобщ | |||||||
1 | 2 | 3 | сумма | 1а | 1 | 2 | 3 | сумма | |||||
Псевдофибровые дерново-подзолистые почвы на озёрно-ледниковом песке | |||||||||||||
Целинная | 6,9 | 2,0 | 10,6 | 19,5 | 5,9 | 15,9 | 18,6 | 6,6 | 47,0 | 0,42 | 28,7 | 33,5 | 10,4 |
Слабоокультуренная | 19,9 | 0 | 11,3 | 31,2 | 7,0 | 18,7 | 14,5 | 5,6 | 45,8 | 0,68 | 45,6 | 23,0 | 10,2 |
Среднеокультуренная | 22,0 | 0 | 13,1 | 35,1 | 4,8 | 16,8 | 21,0 | 3,8 | 47,4 | 0,76 | 43,6 | 18,5 | 11,9 |
Хорошо окультуренная | 20,9 | 4,5 | 17,3 | 42,7 | 4,2 | 12,7 | 18,7 | 8,8 | 44,4 | 0,96 | 37,8 | 12,9 | 13,6 |
Обычные дерново-подзолистые на бескарбонатном моренном песке | |||||||||||||
Целинная | 9,3 | 0 | 5,1 | 14,4 | 4,2 | 22,9 | 5,1 | 6,8 | 39,0 | 0,37 | 36,4 | 46,6 | 10,9 |
Слабоокультуренная | 15,0 | 0 | 10,7 | 25,7 | 3,0 | 18,7 | 4,6 | 13,2 | 39,5 | 0,65 | 36,7 | 34,8 | 10,6 |
Среднеокультуренная | 13,7 | 1,9 | 17,5 | 33,1 | 3,6 | 14,1 | 5,0 | 15,2 | 37,9 | 0,87 | 31,4 | 29,0 | 10,8 |
Хорошо окультуренная | 12,5 | 7,0 | 15,8 | 35,3 | 4,5 | 7,8 | 5,8 | 16,4 | 34,5 | 1,02 | 24,8 | 30,2 | 11,4 |
Остаточно-карбонатные дерново-подзолистые на карбонатном моренном песке | |||||||||||||
Целинная | 16,7 | 8,0 | 4,3 | 29,0 | 12,4 | 0 | 26,7 | 9,0 | 48,1 | 0,60 | 29,1 | 22,9 | 13,8 |
Слабоокультуренная | 15,0 | 2,2 | 8,6 | 26,7 | 17,3 | 0,8 | 23,4 | 7,9 | 49,4 | 0,54 | 34,0 | 23,9 | 12,5 |
Среднеокультуренная | 18,5 | 5,1 | 11,9 | 35,5 | 11,7 | 0 | 19,4 | 12,7 | 43,8 | 0,81 | 30,2 | 20,7 | 13,9 |
Хорошо окультуренная | 19,3 | 9,5 | 11,4 | 40,2 | 9,7 | 0 | 16,7 | 8,8 | 35,2 | 1,14 | 29,0 | 24,6 | 14,7 |
Слабодифференцированные подзолистая и дерново-подзолистые почвы на флювиогляциальном песке | |||||||||||||
Целинная | 8,8 | 0 | 7,4 | 16,2 | 16,1 | 24,4 | 0 | 10,0 | 50,5 | 0,32 | 49,3 | 33,3 | 9,1 |
Слабоокультуренная | 10,5 | 0 | 8,3 | 18,8 | 13,6 | 18,6 | 0 | 13,3 | 45,5 | 0,41 | 42,7 | 35,7 | 9,9 |
Среднеокультуренная | 12,9 | 3,4 | 12,3 | 28,6 | 18,0 | 16,3 | 3,2 | 12,7 | 50,2 | 0,57 | 47,2 | 21,2 | 12,0 |
Хорошо окультуренная | 16,7 | 6,0 | 10,1 | 32,8 | 4,4 | 19.4 | 0 | 12,8 | 36,6 | 0,90 | 40,5 | 30,6 | 12,9 |
Обычные подзолистая и дерново-подзолистые почвы на флювиогляциальном песке, подстилаемом моренным суглинком | |||||||||||||
Целинная | 15,6 | 1,2 | 9,7 | 26,3 | 17,8 | 21,4 | 0 | 14,3 | 53,5 | 0,50 | 54,8 | 20,0 | 11,5 |
Слабоокультуренная | 12,2 | 1,7 | 10,9 | 24,8 | 11,1 | 19,4 | 0 | 11,3 | 41,8 | 0,59 | 42,7 | 33,4 | 12,1 |
Хорошо окультуренная | 21,2 | 3,4 | 7,0 | 31,6 | 12,8 | 12,8 | 0 | 7,0 | 32,6 | 0,97 | 46,8 | 35,8 | 13,5 |
Для верхних горизонтов целинных подзолистых и дерново-подзолистых почв на бескарбонатных песчаных отложениях характерен фульватный тип гумусообразования (Сгк:Сфк 0,32 - 0,50), на карбонатных - гуматно-фульватный (Сгк:Сфк - 0,60). Гумус нижних горизонтов этих почв принадлежит к фульватному типу. Общей особенностью качественного состава гумуса песчаных почв является высокое содержание лабильных соединений органического вещества (в среднем 39,7 %) и низкое - негидролизуемого остатка (31,3 %). Особенно значительной долей лабильного гумуса отличались целинные почвы на флювиогляциальных отложениях, что, по-видимому, связано с особенностями их минералогического состава: водно-ледниковые пески по своей сути являются чисто кварцевыми. Доля негидролизуемого остатка в составе гумуса целинных почв, сформированных под лесной растительностью, на 46 % выше по сравнению с луговой, что объясняется наличием в лесном опаде большого количества трудноразлагаемых веществ.
Изменения в групповом и фракционном составе гумуса пахотных почв в определённой степени повторяли количественные закономерности. У почв на кислых материнских породах улучшение качественного состава наблюдалось уже на стадии слабой окультуренности. Оно выражалось в увеличении на 16 - 79 % доли гуминовых кислот и расширении отношения Сгк:Сфк до 0,41 - 0,68. У среднеокультуренных почв это направление позитивных изменений выражено существеннее. В противоположность этой группе почв, у слабоокультуренной остаточно-карбонатной почвы показатели группового и фракционного состава ухудшались по сравнению с целинной.
Гумус хорошо окультуренных почв в пределах пахотного слоя выравнивался по содержанию гуминовых и фульвокислот. Относительно целинных аналогов доля первых увеличилась в среднем в 1,9 раза, а вторых - уменьшилась на 22 %. В результате произошедших изменений гумус почв, сформированных на озёрно-ледниковых и флювиогляциальных песках, стал относиться к гуматно-фульватному типу, у почв на моренных отложениях - к фульватно-гуматному. Однако доля лабильных соединений в составе гумуса осталась высокой (в среднем 36 %). Исходный состав гумуса подпахотных горизонтов хорошо окультуренных почв изменился незначительно.
С окультуренностью почвы связан и такой важный качественный показатель гумуса, как содержание в нём азота. Имеющиеся на этот счёт данные весьма противоречивы. Б.А.Никитин (1976, 1986), в частности, считает, что окультуривание сопровождается обеднением гумуса азотом; В.П.Дьяков (1974) и В.Д.Муха и др. (1994) придерживаются противоположного мнения. В процессе окультуривания исследованных почв отношение C:N расширилось с 9,1 - 13,8 до 11,4 - 14,7.
Таким образом, окультуривание широко распространённых на Северо-Западе России песчаных и супесчаных почв связано со значительными затратами. Особую сложность представляет оптимизация их гумусного состояния, которое даже у почв приусадебных земель далеко от показателей суглинистых разновидностей. При этом карбонатность материнской породы является фактором, благоприятствующим процессу окультуривания.
2.5 Изменение азотного состояния песчаных и супесчаных дерново-подзолистых почв при окультуривании
Поскольку азотное состояние почв тесно связано с содержанием в них гумуса, общее содержание азота в профиле целинных почв лёгкого гранулометрического состава крайне низкое и находится в соответствии с распределением в них гумуса (табл. 5).
Таблица 5 - Изменение азотного состояния почв, сформированных на песчаных породах, при окультуривании (в среднем по объектам исследования)
Почвы | Гори- зонты | Содержание соединений азота, мг N в 1 кг почвы | Запасы N в слое 0 - 100 см, т/га | |||||
валовой | егко- гидролизумый | нитрификационная способность | минеральный | |||||
всего | в том числе | |||||||
N-NО3 | N-NН4 | |||||||
Целин- ные | А1 (А1А2) | 458 | 23 | 10 | 11 | 2 | 9 | 3,0 |
А2 (А2В) | 229 | 16 | 5 | 6 | 2 | 4 | ||
В | 153 | 13 | 3 | 4 | 2 | 2 | ||
ВС | 146 | 8 | 1 | 5 | 0 | 5 | ||
Слабо- окуль- турен- ные | Апах | 430 | 27 | 12 | 11 | 2 | 9 | 3,2 |
А2 (А2В) | 178 | 17 | 6 | 5 | 1 | 4 | ||
В | 187 | 12 | 3 | 4 | 1 | 3 | ||
ВС | 146 | 7 | 1 | 6 | 0 | 6 | ||
Средне- окуль- турен- ные | Апах | 720 | 38 | 15 | 16 | 5 | 11 | 5,3 |
А1А2 | 547 | 18 | 8 | 9 | 2 | 6 | ||
А2В | 265 | 14 | 4 | 5 | 2 | 3 | ||
В | 260 | 16 | 3 | 5 | 2 | 3 | ||
ВС | 166 | 7 | 1 | 4 | 1 | 3 | ||
Хорошо окуль- турен- ные | Апах | 833 | 45 | 26 | 18 | 7 | 11 | 5,8 |
А1 (А1А2) | 738 | 26 | 14 | 12 | 4 | 8 | ||
А2В | 241 | 15 | 5 | 5 | 3 | 2 | ||
В | 282 | 13 | 3 | 6 | 2 | 4 | ||
ВС | 227 | 11 | 1 | 4 | 1 | 3 | ||
На величину этого показателя оказали влияние характер естественной растительности и карбонатность почвообразующих пород. Особенно низким содержанием общего азота (330 мг/кг) отличался горизонт А1А2 подзолистой почвы на флювиогляциальном песке, сформированной под хвойным лесом. В гумусовом горизонте дерново-подзолистых почв на озёрно-ледниковом и бескарбонатном моренном песках, образовавшихся при участии лиственных пород, его количество оказалось выше (390 и 551 мг/кг, соответственно). Максимальное содержание валового азота (696 мг/кг) свойственно горизонту А1 луговой почвы на карбонатном моренном песке. Аналогичная закономерность наблюдалась и с запасами азота в метровом слое почвы. Они на 50 % выше в остаточно-карбонатной почве по сравнению с целинными почвами на бескарбонатных песчаных отложениях.
Верхние горизонты целинных аналогов изучаемых почв характеризовались низким содержанием легкогидролизуемых (15 - 33 мг/кг) и минеральных (7 - 16 мг/кг) соединений азота и слабой нитрификационной способностью (3 - 14 мг/кг) независимо от условий их формирования. Это служит ещё одним подтверждением неблагоприятности азотного режима лёгких дерново-подзолистых почв. Количество легкогидролизуемого азота вниз по профилю снижалось, коррелируя с его общим содержанием. Нитрификационная способность в нижней части профилей крайне слабая (0 - 6 мг/кг).
Общее содержание азота в пахотном слое слабоокультуренных вариантов либо снижалось (на 22 % в почве на озёрно-ледниковом песке, на 21 % в почве на карбонатном моренном песке), либо сохранялось на уровне целинных аналогов. Существенно не изменялись и запасы азота. Содержание легкогидролизуемого азота и нитрификационная способность имели тенденцию к увеличению.
Более заметные положительные изменения рассматриваемых показателей азотного состояния наблюдались на стадии средней и, особенно, хорошей окультуренности.
Валовое содержание азота в пахотном слое среднеокультуренной почвы на озёрно-ледниковом песке возросло на 42 %, на бескарбонатном моренном песке - на 80 %, на флювиогляциальном песке - на 95 %. Лишь у среднеокультуренной остаточно-карбонатной почвы оно сохранилось на уровне целинного аналога. Параметры относительного роста содержания валового азота на стадии хорошей окультуренности (от 1,1 до 2,6 раза) находились в зависимости от исходных величин. Возросла миграция азота в подпахотные горизонты. В результате запасы азота в метровом слое почвы увеличились в среднем в 1,9 раза.
Интенсивное окультуривание сопровождалось повышением содержания легкогидролизуемых соединений в пахотном слое среднеокультуренных почв в 1,7 раза, хорошо окультуренных - в 2,0 раза и усилением нитрификационной способности в 1,5 и 3,0 раза, соответственно. Однако лишь у остаточно-карбонатной почвы они достигли параметров хорошо окультуренного вида (63 и 34 мг/кг, соответственно). Увеличилось и содержание минеральных соединений азота, но осталось при этом невысоким по абсолютной величине (в среднем 18 мг/кг), чем, вероятно, и объясняется высокая эффективность азотных удобрений на дерново-подзолистых почвах даже на стадии их хорошей окультуренности.
3 ВЛИЯНИЕ СИСТЕМ УДОБРЕНИЯ НА АГРОХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ХОРОШО ОКУЛЬТУРЕННЫХ ДЕРНОВО-ПОЗОЛИСТЫХ ПОЧВ
Формирование хорошо окультуренных видов дерново-подзолистых почв представляет сложную задачу. Однако не меньшая сложность связана и с воспроизводством плодородия этих почв, особенно в условиях современного экономического кризиса в сельском хозяйстве, когда применение органических и минеральных удобрений сведено к минимуму. Последствия такой ситуации можно прогнозировать по данным многолетних опытов кафедры агрохимии и почвоведения Великолукской ГСХА.
Изменение гумусного состояния. 20-летнее сельскохозяйственное использование хорошо окультуренной дерново-подзолистой почвы в интенсивном зернопропашном севообороте без применения удобрений привело к среднегодовому снижению содержания гумуса на 0,019 %. Внесение азотного и полного минерального удобрения почти не отразилось на процессе дегумификации почвы: среднегодовые темпы снижения гумусированности составили в среднем 0,015 %. В аналогичных вариантах зернотравянопропашного севооборота с долей многолетних бобовых трав 29 % темпы дегумификации сократились в 3 - 4 раза, однако дефицит баланса гумуса не был преодолён. Это привело к снижению его содержания за 10 лет в неудобренном варианте на 0,19 %, в вариантах с минеральными удобрениями - на 0,14 - 0,17 % (табл. 6).
В обоих опытах дегумификация почвы сопровождалась ухудшением качественного состава гумуса: относительная доля гуминовых кислот уменьшилась на 8 - 16 %, а фульвокислот - повысилась на 14 - 32 %. Отношение Сгк:Сфк в пахотном слое в начале исследования составляло 1,08 - 1,14. Изменения в составе гумусовых кислот привели к сужению величины этого показателя до 0,74 - 0,91.
Применение азотных удобрений способствовало сохранению отношения С:N на первоначальном уровне. В контрольных же вариантах потери азота происходили опережающими относительно углерода темпами (доля азота в составе гумуса снизилась с 5,2 - 6,4 до 4,5 - 4,7 %).
Гумусное состояние хорошо окультуренных дерново-подзолистых почв благоприятное, но недостаточно устойчивое вследствие значительного участия в составе гумуса легкогидролизуемых органических веществ (Э.Шульц, М.Кёршенс, 1998). Стабилизация исходных количественных и качественных показателей гумусного состояния в легкосуглинистой почве полевого севооборота без многолетних трав обеспечивалась среднегодовым внесением на 1 га 13 т подстилочного навоза (на фоне полного минерального удобрения), в почве севооборота с двумя полями клевера - 11 т. Аналогичный результат был достигнут в микрополевом опыте на хорошо окультуренной песчаной почве при среднегодовом внесении 13 т/га подстилочного навоза, или 14 т/га торфонавозного компоста, или 52 т/га органоглинистого сапропеля.
Признавая важность всех компонентов органического вещества для почвенного плодородия, следует подчеркнуть особую роль его лабильной части, характеризующейся реальной возможностью регулирования (А.М.Лыков, 1985; А.И.Жуков, 1990). Содержание лабильного гумуса в пахотных почвах обусловлено не только их генетическими особенностями, но и характером сельскохозяйственного использования. Особенно это касается системы удобрения.
Применение минеральных удобрений в севообороте с многолетними травами хотя и способствовало некоторому увеличению содержания лабильных гумусовых веществ, однако по сравнению с контрольным вариантом разница
Таблица 6 - Изменение гумусного состояния хорошо окультуренной дерново-подзолистой почвы, в % к Собщ
Годы | Баланс гумуса, т/га | Гумус, % в почве | Фракции гуминовых кислот | Фракции фульвокислот | Сгк Сфк | абильный гумус | НО | Собщ Nобщ | |||||||
1 | 2 | 3 | сумма | 1а | 1 | 2 | 3 | сумма | |||||||
Полевой опыт в севообороте без многолетних трав | |||||||||||||||
Без удобрений | |||||||||||||||
1987 | -27,2 | 2,74 | 6,0 | 10,4 | 16,9 | 33,3 | 5,9 | 1,1 | 9,4 | 14,1 | 30,5 | 1,09 | 13,0 | 36,2 | 9,1 |
2004 | 2,40 | 5,3 | 7,6 | 15,9 | 28,8 | 8,3 | 1,6 | 9,8 | 16,1 | 35,8 | 0,80 | 15,2 | 35,4 | 12,3 | |
N90-120 | |||||||||||||||
1987 | -10,4 | 2,71 | 5,9 | 10,9 | 18,1 | 34,9 | 5,9 | 1,3 | 10,1 | 13,4 | 30,7 | 1,14 | 13,1 | 34,4 | 9,3 |
2004 | 2,40 | 7,6 | 7,0 | 14,6 | 29,2 | 10,6 | 1,6 | 11,0 | 15,5 | 38,7 | 0,76 | 16,8 | 32,1 | 9,5 | |
N90-120Р60К60 | |||||||||||||||
1987 | -11,0 | 2,64 | 6,3 | 10,7 | 17,4 | 34,4 | 6,2 | 1,7 | 10,0 | 13,4 | 31,3 | 1,10 | 14,2 | 34,2 | 9,2 |
2004 | 2,40 | 7,3 | 7,5 | 15,8 | 30,6 | 11,3 | 1,8 | 12,1 | 16,0 | 41,2 | 0,74 | 17,4 | 28,2 | 9,2 | |
N90-120Р60К60 + навоз, 40 т/га* | |||||||||||||||
1999 | +1,9 | 2,50 | 6,1 | 10,8 | 17,7 | 34,6 | 6,1 | 1,5 | 9,8 | 13,7 | 31,1 | 1,11 | 13,7 | 34,3 | 9,1 |
2004 | 2,69 | 7,1 | 11,2 | 18,3 | 36,6 | 11,5 | 0,6 | 6,7 | 14,8 | 33,6 | 1,09 | 19,2 | 29,8 | 9,6 | |
Полевой опыт в севообороте с многолетними травами | |||||||||||||||
Без удобрений | |||||||||||||||
1996 | -7,0 | 2,45 | 8,2 | 10,5 | 12,7 | 31,4 | 4,7 | 1,2 | 9,3 | 13,9 | 29,1 | 1,08 | 14,1 | 39,5 | 11,2 |
2005 | 2,26 | 6,4 | 9,5 | 10,9 | 26,8 | 7,3 | 2,3 | 9,1 | 14,4 | 33,1 | 0,81 | 16,0 | 40,1 | 12,9 | |
Навоз, 40 т/га | |||||||||||||||
1996 | +8,4 | 2,40 | 7,8 | 10,4 | 13,6 | 31,8 | 5,5 | 0,7 | 9,5 | 14,2 | 29,9 | 1,06 | 14,0 | 38,3 | 11,4 |
2005 | 2,67 | 9,5 | 11,6 | 13,4 | 34,5 | 4,1 | 0,1 | 9,4 | 15,5 | 29,1 | 1,19 | 13,7 | 36,4 | 12,5 | |
NРК, экв. 40 т/га навоза | |||||||||||||||
1996 | -0,4 | 2,45 | 6,9 | 10,7 | 16,5 | 34,1 | 6,8 | 1,7 | 8,3 | 13,5 | 30,3 | 1,14 | 15,4 | 35,9 | 11,6 |
2005 | 2,31 | 7,1 | 8,4 | 14,4 | 29,9 | 10,3 | 0,9 | 10,3 | 14,7 | 36,2 | 0,83 | 18,3 | 33,9 | 11,6 | |
N, экв. 40 т/га навоза | |||||||||||||||
1996 | -0,8 | 2,43 | 7,4 | 10,5 | 15,5 | 33,4 | 6,2 | 1,5 | 8,2 | 13,3 | 29,2 | 1,14 | 15,1 | 37,4 | 10,9 |
2005 | 2,26 | 6,4 | 9,5 | 14,7 | 30,6 | 9,3 | 1,4 | 9,6 | 13,5 | 33,8 | 0,91 | 17,1 | 35,6 | 10,2 | |
*вариант введён в схему опыта с третьей ротации
оказалась недостоверной (рис. 1 - 4). По-видимому, их новообразование за счёт ежегодного поступления растительных остатков не компенсировало минерализационные потери. Органические удобрения в большей степени, чем минеральные, увеличивают долю лабильной части гумуса. Абсолютное и относительное количество подвижных фракций гумуса в почве, удобренной навозом, за 3-летний период наблюдений оказалось достоверно выше: на 19 % по сравнению с контрольным вариантом и на 10 - 13 % по сравнению с вариантами NРК, экв. и N, экв.
1.05 1.06 1.07 1.08 1.09 1.05 1.06 1.07 1.08 1.09
Рис. 1 - Содержание лабильного Рис. 2 - Содержание лабильного
гумуса в контрольном варианте гумуса в варианте навоз, 40 т/га
севооборота с травами севооборота с травами
(среднее за 2003 - 2005 гг.) (среднее за 2003 - 2005 гг.)
1.05 1.06 1.07 1.08 1.09 1.05 1.06 1.07 1.08 1.09
Рис. 3 - Содержание лабильного Рис. 4 - Содержание лабильного
гумуса в варианте NРК, экв. гумуса в варианте N, экв.
севооборота с травами севооборота с травами
(среднее за 2003 - 2005 гг.) (среднее за 2003 - 2005 гг.)
Таким образом, изменение гумусного состояния хорошо окультуренных дерново-подзолистых почв как без применения удобрений, так и на фоне минеральных удобрений во многом аналогично и направлено на ухудшение. Однако применение азотных удобрений предохраняло гумус от потери азота, а значит, обеспечивало оптимизацию азотного питания сельскохозяйственных культур. Обеспечение бездефицитного баланса гумуса, сохранение исходного группового и фракционного состава и увеличение содержания его лабильной части в хорошо окультуренной почве достигалось при внесении органических удобрений. Однако отмеченные изменения не затрагивали генетических особенностей процесса гумусообразования. Основанием для такого утверждения является сохранение на исходном уровне доли гумусовых веществ, прочно связанных с минеральной частью почвы.
Изменение азотного состояния. Баланс азота в вариантах без органических удобрений полевого опыта на основе севооборота без многолетних трав складывался с дефицитом (табл. 7). В соответствии с абсолютными параметрами дефицита баланса азота его валовое содержание в контрольном варианте уменьшилось на 35 %, в удобренных минеральным азотом вариантах - на 10 - 13 %. В отсутствие удобрений произошло значительное снижение содержания легкогидролизуемого азота (на 54 %) и нитрификационной способности почвы (на 56 %). Ежегодное внесение N90-120 существенно сократило эти потери.
Таблица 7 - Влияние систем удобрения на азотное состояние хорошо
окультуренной дерново-подзолистой почвы
Варианты | Годы | Баланс N, кг/га | Содержание соединений азота, мг N в 1 кг почвы | |||||
валовой | егко гидролизуемый | нитрифи- кационная способ- ность | минеральный | |||||
всего | в том числе | |||||||
N-NО3 | N-NН4 | |||||||
Полевой опыт в севообороте без многолетних трав | ||||||||
0 (контроль) | 1987 | -1603 | 1740 | 138 | 41 | 38 | 8 | 30 |
2004 | 1130 | 63 | 18 | 30 | 8 | 22 | ||
N90-120 | 1987 | -436 | 1690 | 131 | 39 | 39 | 8 | 31 |
2004 | 1461 | 100 | 37 | 35 | 16 | 19 | ||
N90-120Р60К60 | 1987 | -406 | 1670 | 131 | 38 | 40 | 8 | 32 |
2004 | 1504 | 100 | 34 | 31 | 16 | 15 | ||
N90-120Р60К60 + навоз, 40 т/га* | 1999 | +381 | 1600 | 150 | 35 | 24 | 9 | 15 |
2004 | 1630 | 200 | 44 | 29 | 17 | 12 | ||
Полевой опыт в севообороте с многолетними травами | ||||||||
0 (контроль) | 1996 | -703 | 1270 | 65 | 22 | 27 | 17 | 10 |
2005 | 1013 | 63 | 23 | 30 | 15 | 15 | ||
навоз, 40 т/га | 1996 | -291 | 1220 | 66 | 21 | 26 | 14 | 12 |
2005 | 1143 | 100 | 29 | 26 | 11 | 15 | ||
NРК, экв. 40 т/га навоза | 1996 | -353 | 1220 | 76 | 22 | 25 | 16 | 9 |
2005 | 1156 | 112 | 29 | 31 | 14 | 17 | ||
N, экв. 40 т/га навоза | 1996 | -386 | 1300 | 71 | 22 | 31 | 20 | 11 |
2005 | 1283 | 100 | 27 | 36 | 21 | 15 | ||
*вариант введён в схему опыта с третьей ротации
Совместное применение навоза и полного минерального удобрения поддерживало содержание валового азота и нитрификационную способность на исходном уровне и повысило содержание легкогидролизуемых соединений на 33 %.
В севообороте с многолетними бобовыми травами положительное влияние последних проявилось на содержании легкогидролизуемого азота и на нитрификационной способности почвы. В контрольном варианте величины этих показателей сохранились на первоначальном уровне, однако содержание валового азота уменьшилось на 20 %. Применение среднегодовой дозы азота 52 кг/га в составе навоза или минеральных азотных удобрений способствовало увеличению содержания легкогидролизуемого азота в среднем по вариантам опыта на 47 % и повышению нитрификационной способности на 31 %.
Таким образом, ускоренные темпы деградации азотного состояния хорошо окультуренных дерново-подзолистых почв связаны с отказом от применения азотсодержащих удобрений. Внесение повышенных доз минерального азота (N90-120 ежегодно) в севообороте без многолетних трав замедлило процесс деградации, но не предотвратило его полностью. Существенными факторами стабилизации азотного состояния выступали многолетние бобовые травы (при их доле в структуре посевов 29 %) и органические удобрения.
Изменение кислотно-основного состояния. Сельскохозяйственное использование хорошо окультуренных дерново-подзолистых почв сопровождается повышением непродуктивных и продуктивных потерь кальция и магния (В.Д.Панников, В.Г.Минеев, 1977; А.М.Лыков и др., 1984; Н.Т.Чеботарев и др., 2005). Это создаёт предпосылки для ускоренной деградации их кислотно-основного состояния, даже при карбонатности материнской породы (табл. 8).
Ежегодные параметры снижения обменной кислотности в контрольном варианте опыта в полевом севообороте без трав составили 0,022 единицы, в полевом севообороте с травами - 0,054 единицы, содержания обменных оснований - 0,053 и 0,048 мг-экв/100 г почвы, соответственно. Деградация кислотно-основных свойств сопровождалась ускоренными темпами увеличения актуальной и обменной кислотности, а также доли подвижного алюминия в составе последней.
Минеральная система удобрения вызывала дополнительное подкисление почвы. Уровень среднегодового снижения обменной кислотности и суммы обменных оснований в вариантах N90-120 и N90-120P60K60 полевого севооборота без трав составил 0,032 - 0,034 единицы и 0,074 - 0,078 мг-экв/100 г почвы, в вариантах N, экв.и NPK, экв. 40 т/га навоза в севообороте с травами - 0,038 - 0,043 единицы и 0,017 - 0,038 мг-экв/100 г почвы, соответственно.
Органические удобрения, применяемые в полевых и микрополевом опытах, способствовали сохранению кислотно-основных свойств почвы.
Обобщённые данные свидетельствуют о значительной деградации кислотно-основного состояния хорошо окультуренных дерново-подзолистых почв под влиянием минеральной системы удобрения. На остаточно-карбонатных почвах для снижения рНКС1 с оптимального уровня (6,5) до критического (5,5) потребуется 27 лет. Сохранение благоприятных кислотно-основных свойств
Таблица 8 - Влияние систем удобрения на кислотно-основное состояние
хорошо окультуренной дерново-подзолистой почвы
Варианты | Годы | Кислотно-основные свойства | ||||||||
рНН2О | рНКС1 | Нобм | А1 | Нг | S | V, % | А1 Нобм | Нг Нобм | ||
мг-экв/100 г | ||||||||||
Полевой опыт в севообороте без многолетних трав | ||||||||||
0 (контроль) | 1987 | 7,17 | 6,35 | 0,10 | 0,03 | 1,82 | 9,45 | 84 | 0,30 | 18 |
2004 | 6,48 | 5,95 | 0,13 | 0,05 | 1,93 | 8,50 | 80 | 0,39 | 15 | |
N90-120 | 1987 | 7,20 | 6,40 | 0,10 | 0,03 | 1,85 | 8,70 | 83 | 0,30 | 19 |
2004 | 6,35 | 5,78 | 0,14 | 0,07 | 2,10 | 7,30 | 78 | 0,50 | 15 | |
N90-120Р60К60 | 1987 | 7,03 | 6,20 | 0,09 | 0,04 | 2,00 | 7,43 | 79 | 0,44 | 22 |
2004 | 6,21 | 5,63 | 0,12 | 0,06 | 2,20 | 6,10 | 74 | 0,50 | 18 | |
N90-120Р60К60 + навоз, 40 т/га* | 1999 | 6,81 | 5,99 | 0,12 | 0,04 | 1,61 | 7,31 | 79 | 0,33 | 13 |
2004 | 6,05 | 5,57 | 0,13 | 0,05 | 2,19 | 11,90 | 85 | 0,39 | 18 | |
Полевой опыт в севообороте без многолетних трав | ||||||||||
0 (контроль) | 1996 | 7,39 | 6,70 | 0,06 | 0,01 | 0,89 | 6,98 | 89 | 0,17 | 15 |
2005 | 6,94 | 6,16 | 0,08 | 0,02 | 1,06 | 6,50 | 87 | 0,25 | 13 | |
навоз, 40 т/га | 1996 | 7,35 | 6,61 | 0,08 | 0,01 | 0,92 | 8,11 | 90 | 0,13 | 12 |
2005 | 6,92 | 6,37 | 0,08 | 0,01 | 0,99 | 11,70 | 92 | 0,13 | 12 | |
NРК, экв. 40 т/га навоза | 1996 | 7,38 | 6,68 | 0,07 | 0,01 | 0,90 | 6,67 | 88 | 0,14 | 13 |
2005 | 6,86 | 6,25 | 0,09 | 0,02 | 1,16 | 6,50 | 85 | 0,22 | 13 | |
N, экв. 40 т/га навоза | 1996 | 7,59 | 6,66 | 0,07 | 0,01 | 0,85 | 6,68 | 89 | 0,14 | 12 |
2005 | 6,88 | 6,28 | 0,09 | 0,02 | 1,16 | 6,30 | 85 | 0,22 | 13 | |
*вариант введён в схему опыта с третьей ротации
почвы возможно при использовании органической системы удобрения.
4 АГРОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ СИСТЕМ УДОБРЕНИЯ НА
ХОРОШО ОКУЛЬТУРЕННЫХ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ ПОЧВАХ
Значение удобрений в увеличении урожайности сельскохозяйственных культур доказано многочисленными опытами и подтверждено практикой земледелия. Особенно велика роль удобрений на дерново-подзолистых почвах, обладающих невысоким природным потенциалом плодородия. На слабо- и среднеокультуренных их видах, в зависимости от конкретных условий, может превалировать действие азота, фосфора или калия (Н.А.Сапожников, 1973; В.А.Прудников, М.П.Шкель, 1989; В.Н.Якименко, 1995). Относительно хорошо окультуренных почв информации пока недостаточно.
В наших исследованиях хорошо окультуренная дерново-подзолистая почва уже за счёт созданного в прошлом потенциала плодородия обеспечивала получение высоких урожаев сельскохозяйственных культур зернопропашного севооборота: в среднем за три ротации 19 т/га клубней картофеля, 47 т/га корнеплодов кормовой свёклы, 29 т/га зелёной массы кукурузы, 4 т/га зерна яровых и озимых зерновых культур при среднегодовой продуктивности севооборота 5 т/га зерновых единиц. Это указывает на особую ценность данной категории почв в современном земледелии.
Наиболее высокую агрономическую эффективность обеспечивала моноазотная система удобрения. В среднем за 18 лет исследования прибавки урожая от внесения N90-120 составили на пропашных культурах 35 %, на зерновых - 24 %. Эффективность снижалась лишь в редкие для Северо-Запада жаркие и сухие вегетационные периоды, благоприятствующие процессам минерализации органического вещества почвы.
Напротив, фосфорные и калийные удобрения были, как правило, неэффективными. Продуктивность севооборота в вариантах с односторонним азотным (N90-120) и полным минеральным (N90-120P60K60) удобрением была почти одинаковой - 38,5 - 39,4 т/га зерновых единиц. Это объясняется очень высоким исходным содержанием подвижных соединений фосфора (585 - 624 мг/кг) и калия (382 - 499 мг/кг), в целом типичным для хорошо окультуренных почв. Достоверные прибавки урожая (8 - 18 %) за период исследования регистрировались лишь дважды.
Действие 40 т/га навоза на фоне полного минерального удобрения было весьма слабым (прибавка урожая относительно варианта NPK в среднем за ротацию севооборота составила всего 7 %). Оно проявлялось только на первых культурах (картофель, кукуруза), что подтверждает значительные темпы минерализации органических удобрений, вносимых в хорошо окультуренные почвы.
В меньшем по продолжительности полевом опыте на базе зернотравянопропашного севооборота также отмечена высокая среднегодовая продуктивность 1 га в неудобренном варианте - 5,1 т/га зерновых единиц. Однако возделывание клевера лугового привело к снижению окупаемости азотного удобрения, особенно на первой после него культуре - картофеле (если в первом опыте прибавки урожайности от N120 составляли в среднем 30 %, то в анализируемом - только 15 %). В то же время на озимой ржи наблюдался высокий эффект прямого действия азотного удобрения: прибавка урожая составила в среднем 49 %. Последействие моноазотной системы удобрения на остальных культурах севооборота не обнаружено. Её эффективность в целом за ротацию было значительно ниже по сравнению с севооборотом без многолетних трав, так как возделывание клевера способствовало улучшению азотного состояния почвы. Периодическое применение фосфорных и калийных удобрений, среднегодовое внесение которых составило P25K63, не давало агрономического эффекта.
В прямом действии на урожайность культур минеральные удобрения не отличались от эквивалентной по NPK дозы навоза. Прибавки урожая озимой ржи от внесения 40 т/га навоза составляла 37 %, от использования минеральных систем удобрения - 43 - 49 %, картофеля - 13 и 15 %, соответственно. Как и в первом опыте, последействие навоза было весьма слабым.
В микрополевом опыте по сравнительной оценке различных видов органических удобрений равнозначными по агрономической эффективности были подстилочный навоз и органо-глинистый сапропель. Они обеспечивали увеличение продуктивности звена севооборота на 13 - 16 %. Включение торфа в состав органического удобрения снижало продуктивность на 8 - 10 %. Ограниченным по времени было влияние на урожайность сельскохозяйственных культур зелёной массы люпина в связи с быстрыми темпами минерализации органического вещества этого удобрения.
Приведённые нами данные показывают, что изучаемые системы удобрения отличаются разной агрономической эффективностью. Хорошо окультуренные дерново-подзолистые почвы характеризуются высокими запасами подвижных соединений фосфора и калия, что предопределяет отсутствие агрономического эффекта от средних доз фосфорных и калийных удобрений. Однако хорошая окультуренность дерново-подзолистых почв не служит гарантией достаточной обеспеченности растений доступными соединениями азота. Поэтому применение на таких почвах повышенных и высоких доз азотного удобрения служит основой значительного улучшения азотного состояния почв, а значит и повышения урожайности сельскохозяйственных культур.
5 ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ И ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ
ФОРМИРОВАНИЯ И СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ХОРОШО ОКУЛЬТУРЕННЫХ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ ПОЧВ
Природные условия Нечернозёмной зоны в основном благоприятствуют эффективному использованию удобрений, хотя и не всегда могут гарантировать их высокую окупаемость. В области экономики многое зависит от государственной ценовой политики, поэтому и отношение учёных к проблеме формирования хорошо окультуренных почв меняется с учётом экономической ситуации. Более устойчивой и объективной может стать агроэнергетическая оценка процесса окультуривания почв, которая позволяет всё разнообразие живого и овеществленного труда выразить в единых энергетических показателях (В.Р.Волобуев и др., 1982; Г.А.Булаткин, 1986; В.М.Володин, 1989).
Расчёт агроэнергетической и экономической эффективности окультуривания дерново-подзолистых почв лёгкого гранулометрического состава проведён на основе фактической научной информации. Полученные данные подтверждают, что окультуривание таких почв - высокозатратный процесс. Формирование 1 га хорошо окультуренной песчаной почвы в течение 34 лет потребовало 768 ГДж энергии или 404,6 тыс. рублей (без учёта стоимости собранной за эти годы побочной продукции). В структуре и энергетических, и материально-денежных затрат значительная доля приходилась на удобрения (70 - 92 %), сельскохозяйственную технику и горюче-смазочные материалы (7 - 28 %).
Накопление валовой энергии в полученных прибавках урожая обеспечит полную окупаемость 34-летних антропогенных затрат энергии за 13 лет. Вследствие значительного диспаритета цен на промышленную и сельскохозяйственную продукцию окупаемость материально-денежных затрат по окультуриванию растягивается до 21 лет.
Процесс окультуривания дерново-подзолистых почв - энергозатратное мероприятие, однако и продуктивность их хорошо окультуренных видов значительна. Высокую энергетическую эффективность обеспечивали минеральные системы удобрения, изучаемые в зернопропашном севообороте: на один затраченный МДж в вариантах N90-120 и N90-120P60K60 получено 1,8 - 1,9 МДж валовой энергии. Затраты энергии на внесение навоза превосходили затраты по применению минеральных удобрений в 1,5 раза, поэтому вариант совместного применения навоза и минеральных удобрений характеризовался более низким энергетическим коэффициентом - 1,4.
Органическая и минеральные системы удобрения, используемые в зернотравянопропашном севообороте, отличались более низкой энергетической эффективностью (энергетический коэффициент 1,0). Это напрямую связано с незначительным агрономическим эффектом при применении удобрений в севообороте с многолетними травами.
Весьма эффективным с экономической точки зрения на хорошо окультуренной дерново-подзолистой почве оказалось внесение азотных удобрений. Каждый рубль, вложенный в их применение в зернопропашном севообороте, обеспечил получение 1 руб. 47 коп. условного чистого дохода, в зернотравянопропашном - 1 руб. 12 коп. Высокая стоимость фосфорных и калийных удобрений и низкая агрономическая отдача от их применения привели к значительному снижению экономической эффективности полного минерального удобрения. Рентабельность в вариантах N90-120P60K60 и NPK, экв. 40 т/га навоза составила 56 и 21 %, соответственно. Наименьшую экономическую эффективность обеспечивало применение органической и органо-минеральной систем удобрения, где стоимость полученной дополнительно продукции превышала сумму затрат лишь в 1,03 - 1,27 раза.
Таким образом, в многолетних полевых опытах на хорошо окультуренной дерново-подзолистой почве установлено, что с точки зрения агроэнергетической и экономической эффективности наиболее приемлемой можно считать систему удобрения, базирующуюся на одностороннем внесении азотных минеральных удобрений. И всё же, несмотря на это, недопустимо пренебрегать использованием фосфорных, калийных и органических удобрений, так как их внесение способствует поддержанию высокого потенциала плодородия хорошо окультуренных почв.
ВЫВОДЫ
- Целинные подзолистые и дерново-подзолистые почвы лёгкого гранулометрического состава Северо-Западного района Российской Федерации имеют типичное морфологическое строение: А0 (Ад) - А1 (А1А2) - А2В (А2) - В - ВС - С. Гумусовый горизонт целинных дерново-подзолистых почв имел мощность 9 - 16 см (у подзолистых почв он отсутствовал) и вследствие светло-серой окраски слабо отличался от расположенных под ним оподзоленных горизонтов. Исключение составляла остаточно-карбонатная почва, имеющая серую окраску горизонта А1 вследствие более высокого содержания гуминовых кислот в составе гумуса.
Основное морфологическое отличие слабоокультуренных почв заключается в наличии пахотного слоя мощностью 14 - 20 см, сформированного из прежних горизонтов А0 (Ад), А1 (А1А2) и А2 (А2В).
Формирование средне- и хорошо окультуренных дерново-подзолистых почв обусловлено ослаблением подзолообразовательного и усилением дернового процессов. Это нашло отражение в изменениях морфологических признаков почвенного профиля, имеющих одинаковую направленность независимо от генезиса материнских пород. Мощность пахотного слоя средне- и хорошо окультуренных видов возросла на 7 - 20 см. Под ним сформирован горизонт А1А2 мощностью 8 - 26 см на стадии средней окультуренности и горизонт А1 мощностью 5 - 18 см на стадии хорошей окультуренности. Окультуривание почв на флювиогляциальных песках привело к исчезновению сплошного подзолистого горизонта. Во всех изученных объектах отмечено опускание нижней границы подзолистого (подзолисто-иллювиального) горизонта на 8 - 36 см.
- Целинным песчаным и супесчаным подзолистым и дерново-подзолистым почвам свойственна слабая дифференциация профилей по гранулометрическому составу. Им характерно крайне низкое содержание фракции средней пыли (в среднем по всем объектам 1,4 %), мелкой пыли (1,2 %) и ила (1,7 %). Генетические отличия заключаются в преобладании фракции мелкого песка у почв, сформированных на озёрно-ледниковых отложениях, и фракции крупного и среднего песка - у почв, сформированных на моренных и флювиогляциальных отложениях. Гранулометрический состав пахотных почв обусловлен не только составом почвообразующих пород, но и современным этапом почвообразовательного процесса. На стадии слабой окультуренности содержание физической глины в пахотном слое изученных объектов возросло в среднем на 51 %. Аккумулятивный характер распределения физической глины в профиле средне- и хорошо окультуренных видов выражен ещё более отчётливо.
- Кислотно-основные свойства целинных подзолистых и дерново-подзолистых почв лёгкого гранулометрического состава существенно зависят от химического состава почвообразующих пород. Максимальные значения всех видов кислотности приходились на элювиальную часть профиля (горизонты А1 (А1А2) и А2 (А2В)) и составляли: актуальной - 4,90 единицы у почв на кислых песчаных отложениях и 6,35 единицы - на карбонатных, обменной - 3,89 и 5,45 единицы, гидролитической - 3,12 и 1,23 мг-экв/100 г почвы, соответственно. Целинные почвы легкого гранулометрического состава имели низкую ёмкость катионного обмена (в среднем 5,63 мг-экв/100 г почвы) и слабо насыщенный основаниями почвенный поглощающий комплекс (46 %).
Применяемые в процессе формирования слабо- и среднеокультуренных почв дозы навоза и извести обеспечивали повышение pH водной вытяжки пахотного слоя в среднем на 0,89 единицы, pH солевой вытяжки - на 0,83 единицы, суммы обменных оснований - на 3,16 мг-экв/100 г и снижение гидролитической кислотности на 0,61 мг-экв/100 г почвы. При этом изменение изначально вполне удовлетворительных кислотно-основных свойств остаточно-карбонатной почвы было направлено на их дальнейшее улучшение (рНКС1 - 6,24; Нг - 0,53 мг-экв/100 г почвы; S - 12,20 мг-экв/100 г почвы; V - 96 %). Кислотно-основные свойства почв, сформированных на кислых материнских породах, не достигли оптимальных значений (рНКС1 - 4,80; Нг - 2,84 мг-экв/100 г почвы; S - 2,50 мг-экв/100 г почвы; V - 47 %).
Ослабление подзолообразования на фоне вторичного насыщения почв карбонатами на стадии хорошей окультуренности привело к снижению всех видов почвенной кислотности (актуальной - с 4,37 - 6,21 до 5,29 - 7,81 единиц, обменной - с 3,63 - 5,21 до 4,96 - 6,94 единиц, гидролитической - с 1,40 - 3,88 до 0,45 - 2,64 мг-экв/100 г почвы), повышению степени насыщенности основаниями с 27 - 81 до 60 - 96 %, уменьшению доли подвижного алюминия в составе обменной кислотности - с 65 - 86 до 13 - 80 %. Однако и у хорошо окультуренных видов почв генетические различия остаются весьма существенными. Наиболее высокими величинами рНКС1 (6,94) и V (96 %) характеризовалась остаточно-карбонатная почва. В то же время окультуривание почвы, сформированной на очень сильнокислом флювиогляциальном песке, не обеспечивало принципиального улучшения её кислотно-основных свойств (рНКС1 - 4,96; V - 60 %).
- Целинные подзолистые и дерново-подзолистые почвы лёгкого гранулометрического состава характеризуются неодинаковым, но в целом низким содержанием гумуса. В верхних горизонтах изученных почв оно составляло в среднем 0,95 %. Повышенному накоплению гумусовых веществ способствуют луговая растительность и карбонатность материнских пород (гумусированность луговой остаточно-карбонатной почвы в 2,2 раза выше в сравнении с почвами рода обычных дерново-подзолистых почв, сформированных под лесом); тяжёлый гранулометрический состав подстилающей породы (содержание гумуса в почве, сформированной на флювиогляциальном песке, подстилаемом тяжёлым моренном суглинком, на 56 % выше в сравнении с почвой на глубоком флювиогляциальном песке).
- Профиль целинных подзолистых и дерново-подзолистых почв лёгкого гранулометрического состава характеризуется снижением содержания гумуса с глубиной: его среднее содержание в горизонте А2В (А2) составило 0,21 %, в горизонте В - 0,15 %, в горизонте ВС - 0,11 %.
- Процессы освоения и окультуривания дерново-подзолистых почв лёгкого гранулометрического состава приводят к существенному изменению содержания гумуса. Абсолютные показатели изменений зависят как от объёмных показателей окультуривающих мероприятий, так и от генетических особенностей почвы. На стадии слабой окультуренности содержание гумуса у почв, имевших исключительно низкие исходные показатели (сформированных на озёрно-ледниковых, бескарбонатных моренных и флювиогляциальных песках), оставалось практически на прежнем уровне (0,77 % - у целинных, 0,82 % - у слабоокультуренных). У слабоокультуренной остаточно-карбонатной почвы, напротив, произошло снижение содержания гумуса - на 28 % по отношению к целинному аналогу,
Формирование хорошо окультуренных почв, происходившее на фоне длительного применения высоких среднегодовых доз органических удобрений (18 - 42 т/га), сопровождалось достоверным повышением гумусированности - в среднем на 98 %. В группе хорошо окультуренных песчаных и супесчаных почв наблюдались существенные различия в содержании гумуса, связанные с особенностями минералогического состава почвообразующих и гранулометрического состава подстилающих пород. Более высокий уровень гумусированности пахотного слоя почв на моренных песках (1,97 - 2,22 %) по сравнению с почвами на озёрно-ледниковых и флювиогляциальных песках (1,59 - 1,64 %) связан, по-видимому, с тем, что первичные минералы последних практически нацело представлены кварцем. Сохранилось преимущество в содержании гумуса у хорошо окультуренной почвы, сформированной на флювиогляциальном песке, подстилаемом тяжёлым моренным суглинком (оно на 24 % выше в сравнении с хорошо окультуренной почвой на глубоком флювиогляциальном песке).
- Общие запасы гумуса в метровом слое дерново-подзолистых почв низкие (в среднем по всем объектам 69 т/га). Величина этого показателя определяется степенью окультуренности почвы (средние запасы гумуса в слабоокультуренных почвах - 46, в среднеокультуренных - 86, в хорошо окультуренных - 108 т/га). Меньшее, однако также существенное значение имеет карбонатность материнской породы (средние запасы гумуса в почвах на бескарбонатных породах - 54 т/га, на карбонатных - 85 т/га).
- Для верхних горизонтов целинных подзолистых и дерново-подзолистых почв, сформированных на бескарбонатных песчаных отложениях, характерен фульватный тип гумусообразования (Сгк:Сфк - 0,40), на карбонатных - гуматно-фульватный (Сгк:Сфк - 0,60). В нижних горизонтах всех целинных почв гумус принадлежит к фульватному типу. В процессе окультуривания происходит увеличение относительной доли гуминовых кислот, и у хорошо окультуренных аналогов гумус пахотного слоя относится к фульватно-гуматному типу (Сгк:Сфк - 1,00). Лучший показатель (1,14) зарегистрирован в остаточно-карбонатной почве. В нижних горизонтах хорошо окультуренных почв, хотя и наблюдалось некоторое расширение отношения Сгк:Сфк, в составе гумуса преобладающими остаются фульвокислоты.
- В составе гуминовых кислот верхних горизонтов целинных подзолистых и дерново-подзолистых почв лёгкого гранулометрического состава значительная доля (54 %) приходится на подвижную фракцию ГК-1. В составе фульвокислот также преобладают подвижная и агрессивная фракции ФК-1 и ФК-1а (59 %). В то же время доля фракций, связанных с кальцием (ГК-2 + ФК-2), весьма низкая - в среднем 12 %. Этот показатель значительно выше у остаточно-карбонатной почвы (34,7 %). Относительная доля негидролизуемого остатка составляла в среднем по всем целинным объектам 31 %, что указывает на неустойчивый гумусовый режим дерново-подзолистых почв лёгкого гранулометрического состава.
В процессе окультуривания наиболее закономерно изменяется содержание фракций гумусовых кислот, связанных с кальцием. Их относительная доля в гумусе хорошо окультуренных почв на 16 % выше в сравнении с целинными и на 54 % в сравнении со слабоокультуренными. По другим фракциям гумусовых кислот определённых закономерностей не установлено. Доля лабильного гумуса в процессе окультуривания имеет тенденцию к снижению, однако продолжает оставаться высокой (36 % к общему содержанию углерода в хорошо окультуренных видах).
10. Содержание азота в составе гумуса целинных подзолистых и дерново-подзолистых почв составляло в среднем 5,3 %. При этом более узкое отношение С:N (9,1) соответствовало наименее гумусированной почве на водно-ледниковом песке, более широкое (13,8) - наиболее гумусированной почве на карбонатном моренном песке. Вероятно, это стало следствием специфики процесса гумификации в песчаных почвах, когда на фоне высокого окислительного потенциала равновесному состоянию биохимической системы, лучше обеспеченной органическим веществом, соответствует меньшая концентрация в нём азота. В процессе окультуривания относительная доля азота снижалась и в хорошо окультуренных аналогах составила 4,4 %.
11. Общее содержание азота в профиле целинных подзолистых и дерново-подзолистых почв лёгкого гранулометрического состава крайне низкое и находится в соответствии с распределением в них гумуса. В верхних горизонтах оно колебалось от 0,03 до 0,07 % от массы почвы. На величину этого показателя оказали влияние характер естественной растительности и карбонатность почвообразующих пород. Особенно низким содержанием общего азота (330 мг/кг) отличался горизонт А1А2 подзолистой почвы на флювиогляциальном песке, сформированной под хвойным лесом. Максимальное содержание валового азота (696 мг/кг) свойственно горизонту А1 луговой почвы на карбонатном моренном песке. Целинные аналоги изучаемых почв характеризовались низким содержанием легкогидролизуемых (15 - 33 мг/кг) и минеральных (7 - 16 мг/кг) соединений азота и слабой нитрификационной способностью (3 - 14 мг/кг) независимо от условий их формирования.
Параметры изменения валового содержания азота в процессе окультуривания почв лёгкого гранулометрического состава зависят от исходной величины, характерной целинному аналогу. При значительном содержании общего азота, свойственном целинной остаточно-карбонатной почве, на стадии слабой окультуренности произошло его снижение на 21 %. В пахотном слое хорошо окультуренного вида оно возросло лишь в 1,1 раза. Напротив, крайне низкое содержание валового азота в лесных подзолистых почвах на флювиогляциальном песке, в слабоокультуренных вариантах сохранилось на уровне целинного аналога. Их хорошо окультуренные виды характеризовались значительным относительным ростом рассматриваемого показателя, который составил 2,1 - 2,6 раза. При этом генетические различия между почвами на стадии хорошей окультуренности были снивелированы.
В хорошо окультуренных видах изучаемых объектов наблюдалось увеличение содержания легкогидролизуемого азота в 1,4 - 2,8 раза, нитрификационной способности - в 1,8 - 4,1 раза. Однако лишь у остаточно-карбонатной почвы они достигли параметров хорошо окультуренного вида (63 и 34 мг/кг, соответственно). Содержание минеральных соединений азота оставалось низким (14 - 24 мг/кг), чем, вероятно, и объясняется сохранение высокой эффективности азотных удобрений на стадии хорошей окультуренности.
12. Хорошо окультуренные дерново-подзолистые почвы характеризуются неустойчивым гумусным состоянием. Их 18-летнее использование в зернопропашном севообороте без удобрений привело к снижению содержания гумуса на 0,35 %, или по 0,019 % в среднем в год. При этом относительная доля гуминовых кислот в составе последнего уменьшилась на 13 %, а фульвокислот - повысилась на 17 %. Снизилась и доля азота в составе гумуса (с 6,4 % в начале опыта до 4,7 % - в конце). Дегумификация почвы не была предотвращена и в контрольном варианте зернотравянопропашного севооборота, но её темпы удалось замедлить в 2,4 раза по сравнению с первой ротацией севооборота без трав. Отмечалось и обеднение гумуса азотом - с 5,2 % в начале опыта до 4,5 % - в конце.
13. Применение минеральных удобрений, включая и азотные, практически не отражается на темпах дегумификации хорошо окультуренной дерново-подзолистой почвы. В полевом севообороте без трав среднегодовое снижение содержания гумуса в пахотном слое составило в варианте без удобрений 0,019 %, в вариантах N90-120 и N90P60K60 - в среднем 0,015 %; в полевом севообороте с клевером - в варианте без удобрений 0,019 %, в вариантах N, экв. и NPK, экв. - 0,016 %. В то же время среднегодовое внесение N116 в составе аммиачной селитры в севообороте без трав и N52 в севообороте с травами обеспечивало сохранение исходного содержания этого элемента в составе гумуса.
Стабилизация исходных количественных и качественных показателей гумусного состояния в почве полевого севооборота без многолетних трав обеспечивалась среднегодовым внесением на 1 га 13 т подстилочного навоза (на фоне полного минерального удобрения), в почве севооборота с двумя полями клевера - 11 т. Сохранение первоначального уровня гумусированности в хорошо окультуренной песчаной почве возможно при среднегодовом внесении 13 т/га подстилочного навоза, или 14 т/га торфонавозного компоста, или 52 т/га органоглинистого сапропеля.
14. При использовании хорошо окультуренных почв в интенсивных севооборотах без применения удобрений относительные потери азота значительно превышали убыль гумуса. В зернопропашном севообороте, где за 18 лет исследований дефицит баланса азота в контрольном варианте составил 1603 кг/га (по 89 кг/га в год), снижение общих запасов этого элемента достигло 35 % к исходному уровню. Двухлетнее возделывание в севообороте клевера лугового сократило дефицит баланса азота до 70 кг/га в год. Хотя и в этом случае наблюдалось уменьшение валового содержания азота на 20 %. Кроме того, в севообороте без многолетних трав содержание легкогидролизуемого азота уменьшилось на 54 %, нитрификационная способность почвы - на 56 %.
Ежегодное внесение N90-120 замедляло процесс деградации азотного состояния хорошо окультуренной почвы, но не предотвращало его полностью. Существенными факторами стабилизации азотного состояния выступали посевы многолетних бобовых трав и внесение различных видов органических удобрений.
15. В отсутствие возмещения значительных инфильтрационных и продуктивных потерь кальция, кислотно-основные свойства хорошо окультуренных почв в процессе их сельскохозяйственного использования подвержены деградации. Даже при карбонатности материнской породы параметры среднегодового снижения рНКС1 в варианте без удобрений составляли 0,02 единицы, содержания обменных оснований - 0,05 мг-экв/100 г почвы. Деградация кислотно-основных свойств сопровождалась ускоренными темпами увеличения актуальной и обменной кислотности, а также доли подвижного алюминия в составе последней.
Минеральная система удобрения усиливала подкисление почвы. Уровень среднегодового снижения рНКС1 при длительном использовании азотного и полного минерального удобрения составлял 0,03 единицы, а суммы обменных оснований - 0,08 мг-экв/100 г почвы.
Органическая система удобрения, применяемая в полевых опытах, способствовала сохранению исходных кислотно-основных свойств хорошо окультуренной дерново-подзолистой почвы.
16. Хорошо окультуренные дерново-подзолистые почвы Северо-Западного района России обладают высоким уровнем эффективного плодородия, обеспечивающим в длительных опытах среднегодовую продуктивность полевых севооборотов 5 т/га зерновых единиц. Специфика их питательного режима определяет высокую эффективность азотных (прибавка урожая в среднем составила 26 %) и пониженную - фосфорных и калийных удобрений (9 %). Эффективность органических удобрений на этих почвах средняя (18 %), а последействие весьма слабое (7 %).
17. Высокая агроэкономическая и агроэнергетическая эффективность использования хорошо окультуренных дерново-подзолистых почв на базе ресурсосберегающих (в том числе моноазотных) минеральных систем удобрения абсолютно несовместима с агроэкологическими требованиями воспроизводства почвенного плодородия. Длительное применение одних минеральных удобрений приводит к деградации ряда важных агрохимических составляющих плодородия до диагностического уровня среднеокультуренной почвы.
18. Энергетические затраты на формирование 1 га окультуренных дерново-подзолистых почв лёгкого гранулометрического состава составляли 768 ГДж. Затраченная на окультуривание энергия окупится валовой энергией сельскохозяйственной продукции за 13 лет. Вследствие диспаритета цен на промышленную и сельскохозяйственную продукцию окупаемость материально-денежных затрат потребует большего времени - 21 год.
РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ
1. Учитывая особую ценность хорошо окультуренных дерново-подзолистых почв, по сути близких по уровню эффективного плодородия чернозёмам, формирование таких почв на сельскохозяйственных землях Северо-Западного района следует рассматривать как одну из главных стратегических задач земледелия.
2. В условиях экономической нестабильности сельского хозяйства допустимо на протяжении не более 10 лет использовать хорошо окультуренные почвы в системе полевых севооборотов на фоне средних или повышенных доз азотных удобрений (60 - 120 кг/га), принимая во внимание, что за это время произойдёт снижение содержания гумуса на 0,2 %, валового азота - на 0,01 %, рНКС1 - на 0,32 единицы.
3. Наиболее реальными мерами предотвращения деградации гумусного состояния хорошо окультуренных почв региона будет доведение доли многолетних трав в структуре посевов до 25 - 30 % и внесение навоза в среднегодовых дозах не менее 11 т/га.
СПИСОК ОСНОВНЫХ РАБОТ,
ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
Статьи в рецензируемых изданиях, согласно перечню ВАК
1. Иванов И.А., Иванов А.И., Цыганова Н.А. Изменение свойств подзолистых и дерново-подзолистых почв лёгкого гранулометрического состава при окультуривании // Почвоведение. - 2004. - № 4. - С. 489 - 499.
2. Цыганова Н.А. Изменение азотного состояния подзолистых и дерново-подзолистых почв на песчаных породах при окультуривании // Агро XXI. - 2007. - № 1 - 3. - С. 44 - 46.
3. Цыганова Н.А. Изменение кислотно-основного состояния подзолистых и дерново-подзолистых почв на песчаных породах при окультуривании // Аграрная наука.- 2007. - № 4. - С. 9 - 11.
4. Цыганова Н.А. Изменение кислотно-основных свойств в процессе окультуривания дерново-подзолистых почв // Агрохимический вестник. - 2007. - № 3. - С. 12 - 13.
5. Иванов И.А., Цыганова Н.А., Воробьёв В.А. Агроэкологическая оценка длительного применения минеральных удобрений // Приложение к журналу Плодородие. - 2007. - № 3. - С. 26.
Статьи и материалы конференций
6. Иванов А.И., Цыганова Н.А. Изменение гумусного состояния подзолистых и дерново-подзолистых почв на флювиогляциальных песках при окультуривании // Гумус и почвообразование. Сборник научных трудов / Санкт-Петербургский ГАУ. - Санкт-Петербург, 2000. - С. 68 - 71.
7. Цыганова Н.А. Гумусное состояние окультуриваемых дерново-подзолистых почв, сформированных на водно-ледниковых и озёрно-ледниковых песках // Гумус и почвообразование. Сборник научных трудов / Санкт-Петербургский ГАУ. - Санкт-Петербург, 2001. - С. 36 - 40.
8. Цыганова Н.А., Иванов А.И. Изменение гумусного состояния подзолистых и дерново-подзолистых почв лёгкого гранулометрического состава при окультуривании // Наука - возрождению сельского хозяйства в ХХI веке. Материалы 34 межвузовской научно-практической конференции / Великолукская ГСХА. - Великие Луки, 2001. - С. 21 - 23.
9. Цыганова Н.А. Проблема гумусного состояния дерново-подзолистых почв лёгкого гранулометрического состава // Использование достижений современной биологической науки при разработке технологий в агрономии, зоотехнии и ветеринарии. Иатериалы Международной научно-практической конференции (3 - 5 декабря 2002 г.) / Брянская ГСХА. - Брянск, 2002. - С. 134 - 136.
10. Цыганова Н.А. Гумусное состояние лёгких дерново-подзолистых почв при сельскохозяйственном использовании / Бюллетень ВИУА. Материалы Международной научной конференции Агрохимические аспекты повышения продуктивности сельскохозяйственных культур. - М.: Агроконсалт, 2002. - № 116. - С. 48 - 51.
11. Яковлева Т.И., Цыганова Н.А. Состояние тяжёлых металлов в дерново-подзолистых почвах лёгкого гранулометрического состава / Бюллетень ВИУА. Материалы Международной научной конференции Агрохимические аспекты повышения продуктивности сельскохозяйственных культур. - М.: Агроконсалт, 2002. - № 116. - С. 48 - 51.
12. Цыганова Н.А. Изменение гумусного состояния лёгких дерново-подзолистых почв Северо-Запада России при сельскохозяйственном использовании // Гумус и почвообразование. Сборник научных трудов / Санкт-Петербургский ГАУ. - Санкт-Петербург, 2002. - С. 32 - 33.
13. Иванов А.И., Волосевич А.Н., Яковлева Т.И., Цыганова Н.А. Влияние генезиса и окультуривания на состояние тяжёлых металлов в песчаных дерново-подзолистых почвах // Гумус и почвообразование. Сборник научных трудов / Санкт-Петербургский ГАУ. - Санкт-Петербург, 2002. - С. 32 - 33.
14. Цыганова Н.А. Гумусное состояние дерново-подзолистых почв, сформированных на бескарбонатных и карбонатных моренных песках // Материалы научной конференции профессорско-преподавательского состава и аспирантов 29 января - 1 февраля 2002 г. / Санкт-Петербургский ГАУ - Санкт-Петербург-Пушкин, 2002. ЦС. 140.
15. Иванов А.И., Цыганова Н.А., Яковлева Т.И. Состояние тяжёлых металлов в песчаных дерново-подзолистых почвах разной степени окультуренности и генезиса // Материалы научной конференции профессорско-преподавательского состава и аспирантов 29 января - 1 февраля 2002 г. / Санкт-Петербургский ГАУ - Санкт-Петербург-Пушкин, 2002. ЦС. 159.
16. Цыганова Н.А. Изменение гумусного состояния антропогенных ландшафтов Северо-Запада России // Природные и культурные ландшафты: проблемы экологии и устойчивого развития. Материалы общественно-научной конференции с международным участием (28 - 29 ноября 2002 г.). - Псков, 2002. - Ч. 2. - С. 28 - 30.
17. Иванов А.И., Яковлева Т.И., Цыганова Н.А. Состояние тяжёлых металлов в песчаных дерново-подзолистых почвах агроландшафтов Псковской области // Природные и культурные ландшафты: проблемы экологии и устойчивого развития. Материалы общественно-научной конференции с международным участием (28 - 29 ноября 2002 г.). - Псков, 2002. - Ч. 2. - С. 28 - 30.
18. Иванов И.А., Цыганова Н.А. Влияние минеральной системы удобрения на гумусное состояние хорошо окультуренной дерново-подзолистой почвы / Проблемы плодородия почв на современном этапе развития. Сборник материалов Всероссийской научно-практической конференции, посвящённой 50-летию кафедры почвоведения и агрохимии Пензенской ГСХА (19 - 20 ноября 2002 г.) - Пенза, 2002. - С. 84 - 86 (в соавторстве).
19. Цыганова Н.А. Изменение гумусного состояния суглинистых дерново-подзолистых почв при их сельскохозяйственном использовании / РИО+10: охрана окружающей среды, природопользование, образование. Материалы Псковской областной экологической конференции. - Великие Луки, 2002. - Вып. 7. - С. 200 - 202.
20. Цыганова Н.А. Изменение гумусного состояния дерново-подзолистых почв на моренных песках при сельскохозяйственном использовании / Биология - наука 21 века. 6-я Пущинская школа-конференция молодых учёных (20 - 24 мая 2002 г.) - Пущино, 2002. - Т. 3. - С. 172.
21. Иванов А.И., Волосевич А.Н., Яковлева Т.И., Цыганова Н.А. Состояние тяжёлых металлов в дерново-подзолистых почвах, сформированных на бескарбонатных и карбонатных моренных песках / Биология - наука 21 века. 6-я Пущинская школа-конференция молодых учёных (20 - 24 мая 2002 г.) - Пущино, 2002. - Т. 3. - С. 113.
22. Цыганова Н.А. Изменение азотного состояния песчаных и супесчаных дерново-подзолистых почв в процессе их окультуривания // Гумус и почвообразование. Сборник научных трудов / Санкт-Петербургский ГАУ. - Санкт-Петербург, 2003. - С. 130 - 132.
23. Цыганова Н.А. Изменение агрохимических свойств дерново-подзолистых почв, сформированных на моренных песках, при окультуривании / Экология, ресурсо- и энергосберегающие технологии на предприятиях народного хозяйства (промышленность, транспорт, сельское хозяйство). Сборник материалов III Всероссийской научно-практической конференции. - Пенза, 2003. - С. 46 - 48.
24. Цыганова Н.А. Изменение гумусного состояния хорошо окультуренной почвы под влиянием органической и минеральной систем удобрения / Проблемы экологической устойчивости жизни на земле. Материалы региональной экологической научно-практической конференции. - Великие Луки, 2003. - Вып. 8. - С. 200 - 202.
25. Иванов И.А., Цыганова Н.А. Проблема оптимизации и устойчивости гумусного состояния легосуглинистых дерново-подзолистых почв Северо-Запада России / Медико-биологические проблемы экологической безопасности агропромышленного комплекса. Материалы традиционной международной конференции. - Москва - Сергиев Посад, 2003. - С. 55 - 59.
26. Цыганова Н.А. Изменение кислотно-основных свойств дерново-подзолистых почв лёгкого гранулометрического состава при окультуривании // Гумус и почвообразование. Сборник научных трудов / Санкт-Петербургский ГАУ. - Санкт-Петербург, 2004. - С. 157 - 159.
27. Цыганова Н.А. Изменение агрогенетических свойств дерново-подзолистых почв лёгкого гранулометрического состава Северо-Запада России при окультуривании / Сборник материалов Всероссийской конференции Молодые учёные - сельскому хозяйству России (12 - 13 февраля 2004 г.) - М.:ФГНУ Росинформагротех, 2004. - С. 42 - 46.
28. Цыганова Н.А. Особенности азотного состояния песчаных и супесчаных дерново-подзолистых почв лёгкого гранулометрического состава / Молодые учёные в научном обеспечении сельского хозяйства на современном этапе. Сборник научных трудов. - Санкт-Петербург, 2004. - Ч. 1. - С. 86 - 89.
29. Иванов И.А., Цыганова Н.А. Изменение гумусного состояния пахотных дерново-подзолистых почв в современных условиях / Роль почв в сохранении устойчивости ландшафтов и ресурсосберегающее земледелие. Материалы международной научно-практической конференции (5 - 10 сентября 2005 г.) - Пенза: РИО ПГСХА, 2005. - С. 223 - 225.
30. Цыганова Н.А. Влияние минеральной и органической систем удобрения на гумусное состояние хорошо окультуренной дерново-подзолистой почвы / Инновации молодых учёных - развитию АПК России. Материалы научно-практической конференции (23 - 24 марта 2006 г.) - Великие Луки: РИО ВГСХА, 2006. - Ч. 1. - С. 98 - 101.
31. Воробьёв В.А., Цыганова Н.А. Влияние минеральной системы удобрения на агрохимические свойства хорошо окультуренной дерново-подзолистой почвы / Материалы 40-й Международной научной конференции Агрохимические приёмы повышения плодородия почв и продуктивности сельскохозяйственных культур в адаптивно-ландшафтных системах земледелия (19 - 20 апреля 2006 г.) - Москва: ВНИИА, 2006. - С. 19 - 21.
32. Цыганова Н.А. Изменение кислотно-основных свойств хорошо окультуренной дерново-подзолистой почвы под влиянием органической и минеральной систем удобрения // Молодые учёные в реализации национального проекта Развитие АПК. Материалы I Всероссийской научно-практической конференции молодых учёных (25 - 26 мая 2006 г.) / Башкирский ГАУ. - Уфа: Изд-во БГАУ, 2006. - Ч. 1. - С. 54 - 55.
33. Цыганова Н.А. Влияние минеральных систем удобрения на агрохимические свойства и продуктивность хорошо окультуренной дерново-подзолистой почвы / Сборник материалов Всероссийской конференции Инновации молодых учёных - сельскому хозяйству России. - М.: ФГНУ Росинформагротех, 2006. - Ч. 2. - С. 296 - 298.
34. Цыганова Н.А. Влияние систем удобрения на гумусное состояние хорошо окультуренной дерново-подзолистой почвы // Технологические проблемы сельскохозяйственного производства. Материалы научно-практической конференции / Ярославская ГСХА. - Ярославль: ЯГСХА, 2006. - С. 96 - 100.
35. Цыганова Н.А. Изменение азотного состояния хорошо окультуренной дерново-подзолистой почвы под влиянием минеральной системы удобрения // Роль молодых учёных в развитии науки. Материалы II научно-практической конференции / Великолукская ГСХА. - Великие Луки: РИО ВГСХА, 2007. - С 71 - 73.
36. Цыганова Н.А. Сравнительная эффективность различных систем удобрения на хорошо окультуренной дерново-подзолистой почве / Молодёжь и наука 21 века. Материалы II Открытой Всероссийской научно-практической конференции молодых учёных. - Ульяновск, 2007. - Ч. 2. - С. 100 - 103.
37. Цыганова Н.А. Изменение азотного состояния хорошо окультуренной дерново-подзолистой почвы под влиянием минеральной системы удобрения / Сборник материалов Международной научно-практической конференции л Роль молодых учёных в реализации национального проекта Развитие АПК (29 - 30 мая 2007 г.). - М., 2007. - Ч.1. - С. 95 - 97.
38. Цыганова Н.А. Оптимизация кислотно-основного состояния при окультуривании песчаных и супесчаных дерново-подзолистых почв / Проблемы и пути повышения эффективности растениеводства в Беларуси. Материалы Международной научно-практической конференции, посвящённой 80-летию образования института земледелия (29 июня 2007 г.). - Жодино, 2007. - С. 136 - 139.
Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по сельскому хозяйству