Факторы окультуривания песчаных и супесчаных дерново-подзолистых почв и их эколого-агрохимическая оценка
| Вид материала | Автореферат диссертации |
- Агроэкологическое обоснование систем применения удобрений в севооборотах на дерново-подзолистых, 1334.17kb.
- Экологические аспекты известкования дерново-подзолистых почв северо-запада россии, 791.21kb.
- Гумусное состояние дерново-подзолистых почв предуралья при различном землепользовании, 1074.47kb.
- Влияние сельскохозяйственных культур, известкования и удобрений на реакцию почвенной, 614.56kb.
- Программа вступительного экзамена в магистратуру, 315.49kb.
- Программа вступительных испытаний по «Почвоведению» Направление подготовки 021900 почвоведение, 322.74kb.
- Оптимизация элементов технологии возделывания сортов озимой пшеницы на дерново-подзолистых, 595.44kb.
- Применяются на ранневесенних полевых работах в хозяйствах различных зон страны и тем, 146.71kb.
- Черноземы с участками серых лесных почв, 21.07kb.
- "Роль биологического азота в азотном балансе почв", 330.23kb.
На правах рукописи
ДУХАНИН Юрий Александрович
ФАКТОРЫ ОКУЛЬТУРИВАНИЯ ПЕСЧАНЫХ И
СУПЕСЧАНЫХ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ ПОЧВ
И ИХ ЭКОЛОГО-АГРОХИМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА
Специальность 06.01.04 – «Агрохимия»
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
доктора сельскохозяйственных наук
Москва 2007
Работа выполнена на кафедре агрохимии факультета почвоведения
Московского Государственного университета имени М.В. Ломоносова
Научный консультант: | доктор сельскохозяйственных наук, профессор, академик РАСХН Минеев Василий Григорьевич |
| | |
Официальные оппоненты: | доктор сельскохозяйственных наук Шафран Станислав Аронович |
| | доктор биологических наук, профессор Никитишен Владимир Иванович |
| | доктор биологических наук, профессор Надежкин Сергей Михайлович |
| | |
| | |
| Ведущая организация – | Российский государственный аграрный университет – МСХА имени К.А. Тимирязева |
| | |
| | |
Защита диссертации состоится «____» ноября 2007 года в 14 часов на
заседании диссертационного совета Д 006.049.01 при Научно-исследова-тельском институте сельского хозяйства Центральных районов Нечерноземной зоны.
Адрес: 143026, Московская область, Одинцовский район, пос. Немчиновка-1, ул. Калинина, дом 1.
С диссертацией можно ознакомится в библиотеке Научно-исследовательского института сельского хозяйства Центральных районов Нечерноземной зоны (НИИСХ ЦРНЗ).
Автореферат разослан «____» ______________ 2007 года.
Ученый секретарь
диссертационного совета А.С. Мерзликин
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность проблемы. В настоящее время 20 % пахотных почв легкого гранулометрического состава Центрального Нечерноземья нуждаются в улучшении эколого - агрохимического состояния. Дерново-подзолистые песчаные и супесчаные почвы в сравнении с суглинками и глинами экологически наиболее уязвимы. Эффективным средством повышения их продуктивности является сбалансированное применение удобрений и мелиорантов. Обладая низкой поглотительной способностью и слабой буферностью, под воздействием физиологически кислых минеральных удобрений они сильно подкисляются и десорбируют обменные катионы в почвенный раствор. Высокая влагопроницаемость этих почв способствует вымыванию обменных оснований, а также легкоподвижных соединений элементов питания, прежде всего азота из корнеобитаемого слоя. Низкая емкость катионного обмена песчаных и супесчаных почв, обусловленная их гранулометрическим, минералогическим составом и недостаточной гумусированностью, существенно ограничивает их сельскохозяйственное использование в случае техногенного загрязнения территорий тяжелыми металлами и радионуклидами. В таких почвенных условиях подвижность токсикантов многократно возрастает, и они могут накапливаться растениями в концентрациях, представляющих опасность для здоровья животных и человека. Фитотоксичность свойственна почвам с низким уровнем плодородия, и она может усиливаться в результате антропогенного воздействия.
Цель диссертационной работы – научное обоснование приемов окультуривания дерново-подзолистых песчаных и супесчаных почв, обеспечивающих достижение высокой продуктивности выращиваемых на них сельскохозяйственных культур, отвечающих экологическим требованиям современного земледелия при ведении его в условиях глобального и локального техногенного загрязнения природной среды токсичными веществами.
Для ее выполнения были поставлены следующие задачи:
- изучить эффективность органических и минеральных удобрений в севооборотах с сидеральным и занятым бобовыми культурами паром;
- выявить особенности действия удобрений на продуктивность основных культур полевого севооборота;
- изучить взаимодействие азотных, фосфорных и калийных удобрений при внесении их в сочетании с известкованием;
- оценить эффективность последействия органических и минеральных удобрений в севообороте;
- изучить обеспеченность почвы микроэлементами и установить их эффективность в севообороте;
- выявить закономерности миграции нитратного азота по профилю почвы в условиях систематического внесения органических и минеральных удобрений;
- проанализировать изменение структурных и функциональных показателей комплекса почвенных микроорганизмов под влиянием удобрений;
- определить накопление тяжелых металлов и фтора в почве и растениях в результате длительного применения удобрений;
- дать оценку роли удобрений и мелиорантов в регулировании подвижности радионуклидов в почве и аккумуляции их растениями.
Научная новизна. Исследования, проведенные в многолетних и краткосрочных стационарных полевых опытах на песчаных и супесчаных дерново-подзолистых почвах, позволили обосновать систему последовательного повышения плодородия этих почв, ключевыми элементами которой на первых этапах окультуривания являются использование сидерального люпинового пара в сочетании с внесением торфонавозного компоста и умеренных доз минеральных удобрений, а на заключительных этапах – применение повышенных доз минеральных и органических удобрений на фоне известкования. Достигнутый благодаря применению такого комплекса агрохимических приемов уровень окультуренности почв, характеризующийся достаточной гумусированностью и обогащением корнеобитаемого слоя подвижными фосфатами, предопределяет первоочередное значение азотных удобрений в повышении продуктивности выращиваемых на них таких культур, как ячмень, овес, гречиха. Выявлено высокое и длительное последействие органических и фосфорных минеральных удобрений на урожайность культур севооборота.
Установлены закономерности миграции нитратного азота в песчаных дерново-подзолистых почвах. В условиях обильного выпадения атмосферных осадков в весенне-летний период нитраты, внесенные с минеральным удобрением и образующиеся вследствие минерализационных почвенных процессов, подвержены сильно выраженной миграции по профилю песчаных дерново-подзолистых почв. Наряду с нисходящей миграцией нитратов, достигающей глубины 1,5 м и более, наблюдается восходящее их передвижение в почве в вышележащие горизонты в процессе испарения почвенной влаги.
Показано, что сбалансированное применение органических и минеральных удобрений в агроценозах на супесчаных окультуренных почвах приводит к изменению структурных и функциональных показателей комплекса почвенных микроорганизмов в допустимых пределах, не вызывающих нарушений устойчивости микробоценоза.
Выявлены закономерности воздействия агрохимических средств на подвижность тяжелых металлов и радионуклидов в загрязненной ими песчаной и супесчаной почве, исходя из которых обоснованы приемы внесения удобрений, снижающие уровень накопления этих токсических веществ растениями. Получены данные, свидетельствующие о положительной роли оптимизации применения органических и минеральных удобрений в снижении фитотоксичности почвы, обусловленной формированием определенной структуры комплекса почвенных микроорганизмов.
Защищаемые положения. На защиту выносятся следующие научные положения:
1. Комплексное применение сидератов, органических и минеральных макро- и микроудобрений в сочетании с известкованием составляет основу повышения плодородия песчаных и супесчаных дерново-подзолистых почв, обеспечивает устойчивое развитие высокопродуктивного земледелия в изучаемых почвенно-климатических условиях Нечерноземной зоны. Положительное действие этих агрохимических средств на продуктивность культур полевого севооборота проявляется продолжительное время.
2. При оптимизации азотного питания растений на песчаных и супесчаных почвах следует учитывать высокую водопроницаемость этих почв, определяющую усиленную миграцию минеральных соединений азота, преимущественно нитратов, за пределы корнеобитаемого слоя. Нитраты, внесенные с минеральным удобрением и образующиеся при минерализации почвенных органических соединений азота и торфонавозного компоста, вымываются атмосферными осадками в теплое время года на глубину до 1,5 м и более. Восходящее передвижение этих азотных соединений по профилю почвы, вызываемое испарением влаги из верхних почвенных горизонтов, выражено в меньшей степени.
3. Дерново-подзолистые песчаные и супесчаные почвы характеризуются низкой биологической активностью. Повышение их окультуренности посредством сбалансированного применения агрохимических средств оказывает положительное влияние на активность и структуру микробного сообщества.
4. Важной экологической функцией агрохимических средств на высокоокультуренных песчаных и супесчаных дерново-подзолистых почвах является обеспечение оптимальных параметров физико-химических, биологических свойств и питательного режима корнеобитаемого слоя почв, при которых достигается иммобилизация тяжелых металлов и радионуклидов, а также снижение их накопления в растениях.
Практическое значение результатов исследований. Результаты исследований использованы при подготовке научно-практических рекомендаций по повышению плодородия и продуктивности песчаных и супесчаных дерново-подзолистых почв: Технологии возделывания озимых зерновых культур в Центральном районе Нечерноземной зоны Российской Федерации. – М., ФГНУ «Росинформагротех», 2000, 52 с.; Типовые нормативно-технологические карты по производству основных видов растениеводческой продукции. – М., ООО «Экономика и право», 2004, 391 с.
Экспериментальные данные по изучению закономерностей поведения тяжелых металлов и радионуклидов в агроценозах положены в основу системы агротехнических мероприятий, ограничивающих токсичное действие этих загрязняющих веществ на растения, животных и человека: Технологии реабилитации радиоактивно загрязненных естественных кормовых угодий. – М., ФГНУ «Росинформагротех», 2002, 40 с.; Методические рекомендации по разработке региональных программ защиты сельскохозяйственного производства от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера, учитывающие вопросы страхования. – М., Изд-во ФГОУ РИАМА, 2004, 62 с.; Концепция региональных программ защиты сельскохозяйственного производства от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера, учитывающая вопросы страхования. – М., Изд-во ФГОУ РИАМА, 2004, 14 с.
Материалы диссертации включены в учебное пособие «Радиационная безопасность в сельском хозяйстве». – М., РУДН, 2004, 78 с.
Апробация работы. Результаты исследований по теме диссертационной работы доложены на следующих научных конференциях и совещаниях:
- Всероссийском научно-техническом совещании Географической сети опытов с удобрениями. Москва, 1998 г.
- Четвертом международном форуме “Мировой опыт в России”. Москва, 1994 г.
- Международной конференции “Опыт работы по реабилитации территорий, пострадавших от Чернобыльской катастрофы”. Брянск, 1995 г.
- Всероссийской конференции “Микробиология почв и земледелие”. Санкт-Петербург, 1998 г.
- Международной научно-практической конференции “Современные проблемы опытного дела”. Санкт-Петербург, 2000 г.
- Международном симпозиуме “Проблема фосфора и комплексное использование нетрадиционного минерального сырья в земледелии”. Москва-Немчиновка, 2000 г.
- Международной научной конференции “Селекция, ветеринария, генетика и экология”. Новосибирск, 2001 г.
- ХII-th International Conference on Heavy Metals in the Environement. Grenobl, France, 2003.
- Proceedin of the 2-nd International Conference. Novosibirsk, 2003.
Результаты исследований по теме диссертации неоднократно докладывались на заседаниях кафедры агрохимии факультета почвоведения Московского Государственного университета имени М.В. Ломоносова.
Работа является частью плановой тематики кафедры агрохимии МГУ имени М.В. Ломоносова и выполнялась в рамках тем: «Эколого-агрохими-ческое обоснование путей воспроизводства плодородия и повышения продуктивности почв» (№ госрегистрации 01.0.20.001721), «Агрохимические пути воспроизводства плодородия разных типов почв» (№ 01.2.00109763), при частичной поддержке программы Университеты России и проектов РФФИ.
Результаты исследований используются при чтении курсов лекций «Агрохимия и биосфера», «Агрохимия» на факультете почвоведения МГУ имени М.В. Ломоносова.
Публикации. Основные положения работы опубликованы в 43 печатных работах, в том числе 1 личной и 7 коллективных монографиях.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов, изложена на 333 страницах машинописного текста, содержит 15 рисунков и 87 таблиц. Список литературы включает 314 наименований работ отечественных и зарубежных авторов.
Автор выражает признательность научному консультанту академику Россельхозакадемии В.Г. Минееву, сотрудникам Новозыбковской опытной станции ВНИИА, Всероссийского научно-исследовательского института агрохимии имени Д.Н.Прянишникова (ВНИИА), Всероссийского научно-исследовательского института сельскохозяйственной радиологии и агроэкологии (ВНИИСХРАЭ), Брянской государственной сельскохозяйственной академии, Всероссийского научно-исследовательского института кормов им. В.Р. Вильямса, Брянского центра «Агрохимрадиология», сотрудникам кафедры агрохимии Московского государственного университета имени М.В.Ломоносова.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Условия и методика проведения исследований.
Исследования проводили в условиях Брянской области на песчаных и супесчаных почвах, площадь которых на юго-западе Российской Федерации, составляет около 6 млн. га. Рельеф территории области представляет собой слабоволнистую равнину с общим пологим склоном на юго-запад при колебании высот местности над уровнем моря от 292 до 125 м.
Климат Брянской области умеренно-континентальный с теплым летом и умеренно холодной зимой. Годовая сумма солнечной радиации увеличивается с 88 ккал на кв. см поверхности на севере до 92 ккал на кв. см на юге. На период май, июнь, июль приходится около 45 % годового поступления тепла. Величина солнечной радиации в ясную погоду в середине июля составляет примерно 800 ккал на кв. см в сутки. Среднегодовая температура воздуха на территории области колеблется в пределах от 4,7 до 5,9оС. Годовая амплитуда среднемесячной температуры воздуха составляет 27оС. Продолжительность теплого времени года с температурами выше 0оС изменяется от 217 до 234 дней, продолжительность вегетационного периода (с температурами выше 5оС) равна 180-190 дням, продолжительность периода с активной вегетацией (с температурами выше 10оС) – 136-154 дням.
По количеству атмосферных осадков территория области относится к зоне умеренного увлажнения со среднегодовым многолетним количеством их выпадения 530-655 мм. Максимум атмосферных осадков приходится на июль месяц, минимум – на февраль-март. За период активной вегетации растений выпадает от 270 до 330 мм.
Продолжительность зимнего периода составляет примерно 155 дней, предзимья – 20-30 дней. Предзимье характеризуется неустойчивой погодой, частой сменой морозных дней оттепелями, становлением и сходом снежного покрова. Оттепели наступают каждую зиму. Средняя температура января колеблется от -7оС в юго-западных районах до -9оС (Карачев). Абсолютный минимум низких отрицательных температур достигает -42оС (Дубровка). Наибольшая высота снежного покрова наблюдается в северо-западных районах области и достигает 34-45 см, в малоснежные зимы она не превышает 10 см. Промерзание почвы начинается, как правило, в ноябре, достигая максимума в марте, глубина его колеблется от 17 до 151 см.
Новозыбковская опытная станция ВНИИА, где проводились исследования, расположена в юго-западной части Брянской области в зоне лесостепи. По данным метеорологического поста опытной станции за 75-летний период проведения наблюдений погодные условия на ее территории характеризовались следующими особенностями. Весна наступала в третьей декаде марта и отличалась быстрым ростом температуры с -1,8оС в марте до +6,7оС в апреле и до +14,5оС в мае. В отдельные годы она бывала затяжной, с неустойчивой температурой и несколькими периодами похолодания, вплоть до возврата заморозков. Переход среднемесячной температуры через +10оС происходил в начале мая. Наиболее теплый из трех летних месяцев июль (+19,4оС), в августе начинается плавное понижение температуры с 18,2оС до 12,9оС в сентябре, 6,4оС в октябре и 0,4оС в ноябре. Снижение среднесуточной температуры ниже +10оС происходит в середине третьей декады сентября. Продолжительность периода с температурами выше 10оС составляет 146 дней при сумме активных температур 2050-2450оС. Отклонения от среднемноголетних показателей температуры в отдельные годы бывают очень значительными. Так, при среднемноголетней температуре января, равной -6,8оС, колебания ее составили от +13,7о до -36,5оС, при средней температуре мая +14,5о отклонения достигали от -11о до +32,9оС.
Осадки в течение года на территории опытной станции выпадают неравномерно. При среднегодовом их количестве в 589,1 мм на вегетационный период (апрель - сентябрь) приходится 364,3 мм осадков с колебаниями по годам от 180 до 560 мм. В летний период иногда создаются условия проявления почвенной и воздушной засухи, как это имело место в 1995 году, когда острый дефицит влаги посевы испытывали в первой декаде июня, весь июль и во второй декаде августа. Максимальное количество осадков выпадает в июле (77,1 мм), минимальное – в феврале (27,6 мм). Высота снежного покрова в среднем колеблется в пределах 16-20 см, в отдельные годы (1994/1995 гг.) наблюдалось отсутствие образования устойчивого снежного покрова.
Почвенный покров территории Брянской области характеризуется большим разнообразием. Здесь преобладают дерново-подзолистые почвы, занимающие почти 60 % пахотных земель, представленные слабо-, средне- и сильноподзолистыми видами и имеющими песчаный, супесчаный и легкосуглинистый гранулометрический состав.
Дерново-подзолистые супесчаные почвы распространены в основном в западных и северо-западных районах области, в том числе и в Новозыбковском районе, где ими занята большая часть пахотных земель. В хорошо выраженном пахотном гумусовом горизонте этих почв, мощностью 18-20 см, преобладают фракции среднего и легкого песка, в сумме составляющие 45-82 %. Содержание физической глины в них не превышает 15-16 %, илистой фракции – 1,5-5 %. Для почвенного профиля супесчаных почв характерны слабая оструктуренность, высокая водопроницаемость и низкая влагоёмкость. В засушливые годы почва быстро теряет влагу до критических значений, при этом посевы могут испытывать ее дефицит даже в условиях умеренного увлажнения.
Дерново-подзолистые супесчаные почвы имеют невысокое содержание гумуса в пахотном горизонте (0,9-1,4 %), сумма поглощенных оснований в них составляет 1,9-4,5 мг-экв/100 г, рН солевой вытяжки – 4,7-5,0. Буферная способность этих почв низкая.
Дерново-подзолистые песчаные почвы сформировались на тех же породах, что и супесчаные (на мощных рыхлых песчаных отложениях). Они встречаются во всех районах области, но не образуют больших массивов. Характеризуются более низким уровнем плодородия по сравнению с супесчаными почвами, слабо гумусированы (около 0,8% гумуса), имеют слабый гумусовый горизонт. Верхние горизонты песчаных дерново-подзолистых почв обеднены обменными основаниями и имеют повышенную кислотность. Благодаря высокой водопроницаемости этих почв, внесенные с удобрениями растворимые соединения питательных веществ быстро вымываются глубже корнеобитаемого слоя и могут попадать в грунтовые воды. Биологическая активность их также очень низкая, обусловленная низкой гумусированностью и повышенной кислотностью.
Исследования проводили на Новозыбковской опытной станции ВНИИА на дерново-подзолистых песчаных и супесчаных почвах, сформировавшихся на древнеаллювиальной супеси с глубиной песчаного слоя от 0,6 до 3 м. Эти почвы характеризуются низким уровнем естественного плодородия, обусловленного неблагоприятными агрохимическими, физико-химическими и биологическими свойствами. Содержание гумуса в пахотном слое при закладке полевых опытов (1964-1967 гг.) не превышало 0,8-0,9 %, подвижных фосфатов и обменного калия соответственно 80-100 и 30-50 мг/кг почвы. Почвы отличаются повышенной кислотностью, рНKCl составляла 4,5-4,6.
Полевые опыты по изучению трансформации радионуклидов в почвах и поступлению в растения, а также исследование биологических свойств почв проводили на рыхлопесчаных дерново-подзолистых почвах с более высоким уровнем плодородия, достигнутого в период интенсивной химизации земледелия. Содержание гумуса в пахотном слое этих почв колебалось в пределах 1,2-2,9 %, обеспеченность подвижными формами фосфора и калия достигало соответственно более 218 и 117 мг/кг.
Методика проведения агрохимических и биологических исследований. Исследования проводили в многолетних стационарных полевых опытах, заложенных в 1964-1967 гг., краткосрочных полевых опытах 1980, 1982, 1983, 1985 гг., полевых опытах 1980-1985 гг., двух вегетационных с 32Р 1980 г. и модельно-полевых 1988, 1989, 1990, 1991 годах и продолжающихся в настоящее время. Чередование культур в севооборотах многолетнего стационарного опыта было следующим: в четырехпольном севообороте: картофель, овес, люпин, озимая рожь; в пятипольном: ячмень, овес, картофель, яровая пшеница, сераделла; в восьмипольном: люпин на удобрение, озимая рожь, картофель, овес, сераделла, озимая рожь, люпин на зерно, ячмень. В последние годы в опытах использовали районированные в зоне сорта культурных растений: картофель Темп, овес Скакун, озимая рожь Пуховчанка, Люпин Брянский 123, ячмень Зазерский 85, сераделла Скороспелая 3587, гречиха Краснострелецкая. Повторность вариантов в полевых опытах – четырехкратная, площадь опытных делянок составляла 70-247 м2, учетная – 52-156 м2. Технологии возделывания культур севооборота общепринятые для данной зоны. В качестве органических удобрений в полевых опытах применяли торфонавозный компост (ТНК) с соотношением торфа к навозу 1:1. Азотные удобрения вносили в форме аммиачной селитры, фосфорные – простого и двойного суперфосфата, калийные – хлористого калия и калимагнезии. Известкование проводили доломитовой и известняковой мукой.
Вегетационные опыты с радиоактивной меткой 32Р проводили с овсом и гречихой во Всероссийском научно-исследовательском институте кормов им. В.Р. Вильямса.
В полевых опытах 1981-1985 гг. изучение влияния минеральных удобрений в широком диапазоне доз и сочетаний проводили в посевах гречихи по факториальной схеме (4×4×4). Обработку экспериментальных данных делали регрессионным методом [Перегудов, Иванова, 1972] по модели:
У = a0 + a1N0,5+a2N+a3P0,5+a4P+a5K0,5+a6K+a7 (NP)0,5 +a8(NK)0,5+a9(PK)0,5
Анализы почвы на содержание макро- и микроэлементов, а также тяжелых металлов проводили, используя общепринятые методики и существующие ГОСТы. Определение цезия-137 в почвенных и растительных образцах осуществляли на гамма-спектрометре “Гамма-1С”. При проведении микробиологических исследований в полевых опытах образцы почвы отбирали ежемесячно по 500-700 г стандартным методом конверта с каждой делянки и высушивали до воздушно-сухого состояния. Подготовка почвенных проб для микробиологического проводилась в соответствии со стандартными методами. Анализы проводились в ВНИИ сельскохозяйственной радиологии и агроэкологии, Почвенном институте им. В.В. Докучаева, МГУ им. М.В. Ломоносова.
Для оценки состояния комплекса почвенных микроорганизмов при применении различных средств химизации были изучены структурные и функциональные параметры биологической активности почвы в динамике в течение вегетационного периода. Структурные параметры: численность основных групп почвенных микроорганизмов (бактерии, грибы, актиномицеты); длина гифов грибов, актиномицетов. Функциональные параметры: азотфиксация; активность ферментов (каталаза, дегидрогеназа); денитрификация; дыхание по выделению СО2; фитотоксичность почвы.
Численность почвенных микроорганизмов определяли методом посева и методом прямого люминесцентного микроскопирования. Сочетание этих методов позволяет охарактеризовать микробную сукцессию в почве [Звягинцев, 1987].
Общее количество бактерий определяли с помощью метода люминесцентной микроскопии по Звягинцеву и Кожевину [Полянская, 1988].
Для определения грибного мицелия и спор грибов использовали метод люминесцентной микроскопии. Учет вели так же, как и для бактерий. Для окраски мицелия и спор грибов применяли калькофлуор белый [Полянская, 1989].
При определении каталазы количество молекулярного кислорода измеряли газометрическим методом [Хазиев, 1976].
Активность дегидрогеназы определяли стандартным методом [Галстян, 1974].
Потенциальную активность азотфиксации определяли ацетиленовым методом на газовом хроматографе “Цвет 106” [Умаров, 1976].
Потенциальную активность денитрификации определяли газо-хроматографическим методом [Бабьева, Зенова, 1989].
Определение фитотоксичности почвы проводили методом почвенных пластинок [Бабьева, Агре, 1971]. В качестве тест-объекта использовали семена районированного в Брянской области сорта озимой ржи Пуховчанка.
Результаты опытов обрабатывали статистическими методами [Доспехов, 1979, Лакин, 1990].
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Агрохимические свойства песчаных и супесчаных
дерново-подзолистых почв и эффективность удобрений
Анализ работы Новозыбковской опытной станции по изучению эффективности систем применения удобрений в севооборотах, позволил нам выделить ряд последовательных этапов при проведении исследований в этом направлении (табл. 1). Каждый этап характеризуется определенным уровнем плодородия почвы, следовательно, и соответствующей урожайностью. Начальный этап – это освоение песчаных почв, естественное плодородие которых в данный период настолько низкое, что средний урожай зерна озимой ржи не превышал 3 ц/га. Одним из важных приемов повышения плодородия песчаных почв в начале их освоения явилось использование сидерального удобрения – запахивание всей зеленой биомассы люпина в сочетании с внесением фосфорно-калийного удобрения. Это позволило повысить урожайность следующей после люпина озимой ржи до 8,3 ц/га зерна со средним выходом продуктивности севооборота 6,7 ц/га кормовых единиц (к.е.).
Второй этап освоения песчаных почв заключался во введении люпина в четырехпольный севооборот (люпиновый пар, озимая рожь, картофель, овес), в котором всю биомассу люпина запахивали на удобрение под озимую рожь, а под картофель вносили 18 т/га навоза. Минеральные удобрения использовались при выращивании всех культур севооборота. Это наиболее продолжительный во времени этап, в течение которого резко улучшились основные агрохимические показатели почвы: содержание гумуса в пахотном слое, сумма поглощенных оснований, рН, нитрифицирующая способность и ряд других. В данный период урожай озимой ржи повысился до 11,2 ц/га, картофеля – до 175,6 ц/га, овса – до 8,6 ц/га со среднегодовой продуктивностью севооборота за 23 года 20,4 ц/га к.е.
Таблица 1
Этапы окультуривания и продуктивность дерново-подзолистой песчаной почвы
| Показатели | Продуктивность неокультуренной почвы (до закладки опыта) | I этап | II этап | III этап | IV этап |
| Факторы окультуривания | – | Запахивание зеленой массы люпина +NPK | Введение люпина в 4-х - польный севооборот (люпиновый пар, озимая рожь, картофель, овес) + 18 т/га навоза под картофель и NPK под все культуры | Совершенствование системы удобрений в севообороте с сидеральным паром (применение известняковой муки и повышенных доз NPK, рациональное размещение их под культуры севооборота) | Комплексное применение минеральных и органических удобрений в сочетании с известняковой и доломитовой мукой, использованием пожнивных остатков люпина на сидерацию |
| Средняя урожайность озимой ржи, ц/га | 3,0 | 8,3 | 11,2 | 21,0 | 25,8 |
| Среднегодовая продуктивность культур сево-оборота, к.е. | | 6,7 | 20,4 | 29,1 | 37,5 |
Третий этап окультуривания песчаных почв имел своей целью совершенствование системы удобрения в севообороте, включающей использование извести и повышенных доз удобрений, а также рациональное размещение их под отдельные культуры севооборота. В этих условиях урожай озимой ржи возрос до 21,0 ц/га, а среднегодовая продуктивность севооборота – до 29,1 ц/га к.е. На данном этапе стало возможным использование всей или части выращиваемой зеленой массы люпина на корм животным без ущерба для урожая последующих культур севооборота.
На четвертом, заключительном этапе освоения песчаных почв, имеющих к этому времени гумусовый горизонт не менее 22 см и обеспечивающих продуктивность посевов озимой ржи до 21 ц/га зерна и выше, оказалось возможным применение системы удобрения в сочетании с использованием для улучшения гумусного состояния почв только пожнивных остатков люпина. Применение, наряду с органическими и минеральными удобрениями, также извести и магния позволило обеспечить дальнейший рост урожайности озимой ржи до 25,8 ц/га зерна и общую среднегодовую продуктивность культур севооборота до 37,5 ц/га к. е.
Таким образом, использование люпина в качестве зеленого удобрения в сочетании с органическими, минеральными удобрениями и известкованием имело определяющее значение в повышении плодородия песчаных дерново-подзолистых почв и продуктивности выращиваемых на них сельскохозяйственных культур.
Исследования, проведенные в полевых опытах с различными сортами овса на дерново-подзолистой произвесткованной (рНKCl 6,3-6,6) песчаной почве с содержанием подвижных фосфатов по Кирсанову до 300 мг/кг выявили высокое положительное действие азотного удобрения на продуктивность посевов (табл. 2). Эффективность калия была слабой, а внесение фосфора практически не обеспечивало роста урожая. Оптимальный уровень минерального питания этой культуры складывался при внесении минерального удобрения в дозе N80P60K80, что позволило сформировать урожай зерна овса сорта Астор 26,8 ц/га, Кировский – 25,3 ц/га, Льговский – 20,4 ц/га. Величина сбора зерна сильно зависела от влагообеспеченности вегетационного периода и колебалась в годы с дефицитом влаги и с достаточным увлажнением у различных сортов овса в следующих пределах: Астор – без удобрений 9,9-22,3 ц/га, вариант N80P60K80 – 12,8-35,1 ц/га; Кировский – без удобрений 7,3-24,4 ц/га, вариант N80P60K80 – 11,0-35,8 ц/га; Льговский 78 – без удобрений 9,6-21,1 ц/га, вариант N80P60K80 – 10,5-31,6 ц/га.
О высокой потребности растений в азоте на песчаной дерново-подзолистой почве, высокообеспеченной подвижным фосфором (250 мг/кг) свидетельствуют также данные 5-летних полевых опытов с гречихой (табл. 3, уравнение 1). Как показали наши исследования, во все годы проведения экспериментов урожай семян этой культуры повышался только под действием азотного удобрения. Внесение под нее фосфора и калия было неэффективным, что объясняется высоким содержанием подвижного фосфора в почве и биологическими особенностями растений гречихи.
Таблица 2
Эффективность минеральных удобрений при возделывании разных сортов овса
| Вариант опыта | Сбор зерна в среднем за 4 года, ц/га | ||
| Астор | Кировский | Льговский 78 | |
| Без удобрений | 18,1 | 17,3 | 16,8 |
| К120 | 19,4 | 20,0 | 18,4 |
| Р90 | 18,3 | 18,1 | 17,9 |
| Р90К120 | 19,8 | 18,4 | 18,0 |
| N80P60K80 | 26,8 | 25,3 | 20,4 |
| N120 | 24,1 | 22,5 | 19,3 |
| N120K120 | 24,5 | 21,2 | 21,4 |
| N120P90K120 | 22,7 | 21,8 | 18,4 |
| N160P120K40 | 25,3 | 21,5 | 18,7 |
| НСР0,5, ц/га | 1,3 | 1,7 | 1,1 |
Таблица 3
Эффективность минеральных удобрений на гречихе, ц/га
при высокой обеспеченности почвы фосфором (среднее за 5 лет)
| Доза азота, кг/га | Доза Р2О5, кг/га | Доза К2О, кг/га | |||||||
| 0 | 50 | 100 | 150 | 0 | 50 | 100 | 150 | ||
| урожай зерна, ц/га | прибавка урожая, ц/га | ||||||||
| 0 | 0 | 6,8 | 6,8 | 6,8 | 6,8 | – | – | – | – |
| 50 | 6,4 | 6,4 | 6,4 | 6,4 | -0,4 | -0,4 | -0,4 | -0,4 | |
| 100 | 6,0 | 6,0 | 6,0 | 6,0 | -0,8 | -0,8 | -0,8 | -0,8 | |
| 150 | 5,6 | 5,6 | 5,6 | 5,6 | -1,2 | -1,2 | -1,2 | -1,2 | |
| 50 | 0 | 12,7 | 11,1 | 10,4 | 9,9 | 5,9 | 4,3 | 3,6 | 3,1 |
| 50 | 12,3 | 10,7 | 10,0 | 9,5 | 5,5 | 3,9 | 3,2 | 2,7 | |
| 100 | 11,8 | 10,3 | 9,6 | 9,1 | 5,0 | 3,5 | 2,8 | 2,3 | |
| 150 | 11,4 | 9,8 | 9,2 | 8,7 | 4,6 | 3,0 | 2,4 | 1,9 | |
| 100 | 0 | 15,1 | 12,9 | 11,9 | 11,2 | 8,3 | 6,1 | 5,1 | 4,4 |
| 50 | 14,7 | 12,4 | 11,5 | 10,8 | 7,9 | 5,6 | 4,7 | 4,0 | |
| 100 | 14,3 | 12,0 | 11,1 | 10,4 | 7,5 | 5,2 | 4,3 | 3,6 | |
| 150 | 13,8 | 11,6 | 10,7 | 10,0 | 7,0 | 4,8 | 3,9 | 3,2 | |
| 150 | 0 | 17,0 | 14,2 | 13,1 | 12,2 | 10,2 | 7,4 | 6,3 | 5,4 |
| 50 | 16,5 | 13,8 | 12,6 | 11,8 | 9,7 | 7,0 | 5,8 | 5,0 | |
| 100 | 16,1 | 13,4 | 12,2 | 11,4 | 9,3 | 6,6 | 5,4 | 4,6 | |
| 150 | 15,7 | 12,9 | 11,8 | 10,9 | 8,9 | 6,1 | 5,0 | 4,1 | |
Y1981-1985 = 6,84 + 5,84 N0,5 – 0,42 P – 1,59 (NK)0,5 R =0,99 (1)
Характерно, что в случае выращивания гречихи на почве со средним содержанием подвижных фосфатов (около 100 мг/кг) проявилось положительное действие фосфорного удобрения на ее продуктивность (табл. 4, уравнение 2). При этом, прибавки урожая от его внесения возрастали по мере увеличения уровня азотного питания посевов с 1,7-2,9 до 3,8-5,0 ц/га.
Таблица 4
Эффективность минеральных удобрений в посевах гречихи, ц/га
при средней обеспеченности почвы фосфором (среднее за три года)
| Доза азота, кг/га | Доза Р2О, кг/га | |||||||
| 0 | 50 | 100 | 150 | 0 | 50 | 100 | 150 | |
| урожай зерна, ц/га | прибавка урожая, ц/га | |||||||
| 0 | 11,1 | 12,8 | 13,4 | 14,0 | - | 1,7 | 2,3 | 2,9 |
| 50 | 12,3 | 14,0 | 14,7 | 15,2 | 1,2 | 2,9 | 3,6 | 4,1 |
| 100 | 12,8 | 14,5 | 15,2 | 15,7 | 1,7 | 3,4 | 4,1 | 4,6 |
| 150 | 13,2 | 14,9 | 15,6 | 16,1 | 2,1 | 3,8 | 4,5 | 5,0 |
Y1981-1983 = 11,07 +1,25N0,5 + 1,68 P0,5 – 1,83 (PK)0,5, R = 0,82 (2)
В условиях вегетационного опыта с применением изотопа 32Р было установлено, что благодаря активной поглотительной способности корневой системы гречиха усваивает из почвы вдвое больше фосфора, нежели овес при равном потреблении фосфора из удобрения (табл. 5).
Таблица 5
Влияние удобрений на усвоение фосфора из почвы и удобрения растениями гречихи и овса (вегетационный опыт с 32Р)
| Вариант опыта | Внесено, мг/сосуд | Сбор сухой биомассы, г/сосуд | Вынос фосфора урожаем, мг/сосуд | |||
| N | P | всего | из почвы | из удобрений | ||
| Гречиха | ||||||
| N1P1 | 300 | 78 | 26,5 | 95,2 | 87,6 | 7,6 |
| N2P1 | 600 | 78 | 33,2 | 120,1 | 109,5 | 10,6 |
| Овес | ||||||
| N1P1 | 300 | 78 | 26,7 | 53,8 | 46,0 | 7,8 |
| N2P1 | 600 | 78 | 32,8 | 67,8 | 57,1 | 10,7 |
В течение 1966-1989 гг. изучена эффективность последействия разового внесения возрастающих доз торфо-навозного компоста в сочетании с ежегодным применением минеральных удобрений (табл. 6). Установлено, что последействие торфо-навозного компоста, внесенного под первую культуру севооборота – картофель в 1966 году, прослеживалось в течение 24-х лет и было наиболее ощутимым в случае применения максимальной дозы органического удобрения (500 т/га ТНК). Приведенные данные показывают, что за счет окультуривания почв обеспечивалось повышение продуктивности проса на 21,5 ц/га, озимой ржи – на 16,7-18,9 ц/га, овса – на 8,3 ц/га, картофеля – на 83 ц/га и зеленой массы сераделлы – на 168 ц/га.
Таблица 6
Влияние приемов окультуривания почвы на урожай культур
полевого севооборота, ц/га
| Вариант | Карто-фель, 1966 г. | Просо, 1967 г. | Озимая рожь, 1969 г. | Озимаярожь, 1973 г. | Карто- фель, 1984 г. | Овес, 1988 г. | Сераделла, 1989 г. |
| Контроль | 109 | 9,6 | 16,4 | 19,4 | 108 | 24,8 | 152 |
| ТНК 50 т + NPK | 160 | 11,6 | 18,5 | 27,8 | 132 | 27,1 | 186 |
| ТНК 100 т | 173 | 16,1 | 22,0 | 27,8 | 162 | 27,1 | 201 |
| ТНК 500 т | 270 | 31,1 | 35,3 | 36,1 | 191 | 31,9 | 320 |
| НСР0,5, ц/га | 24 | 3,3 | 4,7 | 5,1 | 27 | 4,7 | 51 |