Экологические аспекты известкования дерново-подзолистых почв северо-запада россии
| Вид материала | Автореферат диссертации |
- Влияние сельскохозяйственных культур, известкования и удобрений на реакцию почвенной, 614.56kb.
- Гумусное состояние дерново-подзолистых почв предуралья при различном землепользовании, 1074.47kb.
- Факторы окультуривания песчаных и супесчаных дерново-подзолистых почв и их эколого-агрохимическая, 704.97kb.
- Межрегиональная ассоциация общественных объединений анестезиологов и реаниматологов, 284.79kb.
- Социологические организации Санкт-Петербурга и Северо-Запада, 1673.55kb.
- Уважаемый Сергей Юрьевич! Направляем Вам материалы на заседание, 1072.91kb.
- Оптимизация элементов технологии возделывания сортов озимой пшеницы на дерново-подзолистых, 595.44kb.
- Программа вступительного экзамена в магистратуру, 315.49kb.
- Программа вступительных испытаний по «Почвоведению» Направление подготовки 021900 почвоведение, 322.74kb.
- Парламентская Ассоциация Северо-Запада России работает в соответствии с Уставом, утвержденным, 83.66kb.
2. ИЗВЕСТКОВАНИЕ И ПЛОДОРОДИЕ ПОЧВ, НЕНАСЫЩЕННЫХ
ОСНОВАНИЯМИ (НА ПРИМЕРЕ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ)
2.1. В настоящее время считают, что вредное действие кислотности почвы на растения связано с присутствием в ней катионов водорода, алюминия, марганца и железа. Однако в почве совершаются гораздо более сложные процессы и влияние кислотности почвы на среду обитания растений; их продуктивность и качество проявляется в разной степени и зависит от различного сочетания множества условий и свойств почвы: содержания обменных оснований, наличия подвижного алюминия, уровня реакции почвы, содержания органического вещества и подвижного фосфора, подвижных форм марганца и железа, гранулометрического состава почвы. Эффективность известкования в зависимости от сочетания этих факторов может быть различной
Многолетние наблюдения в наших опытах показали, что наибольшие изменения рНКС1 в почве происходят в течение первого года после внесения извести и сохраняются в зависимости от дозы извести и гранулометрического состава почвы от З до 6…8 лет. В этот период происходит наряду с вымыванием оснований взаимодействие почвы с не прореагировавшей известью. Через три года после внесения содержание свободной извести составляло от 10 до 64% от внесенного количества в зависимости от нормы внесения. Применение минеральных удобрений на кислых почвах приводит через 4…5лет к достоверному снижению реакции почвы ниже исходного уровня (табл. 1) в результате вымывания оснований с атмосферными осадками вместе с подвижными анионами удобрений (хлоридами, сульфатами), а также в составе органо-минеральных комплексов.
Таблица 1. Влияние минеральных удобрений на реакцию почвы
| Фон удобрений | Год наблюдений | |||||
| Исходное | 1 | 3 | 6 | 9 | 13 | |
| Без удобрений | 4.55 | 4.87 | 4.27 | 4.37 | 4.39 | 4.35 |
N1Р1К1 | 4.55 | 4.83 | 4.25 | 4.21 | 4.20 | 4.15 |
| N2Р2К2 | 4.55 | 4.73 | 4.23 | 4.02 | 4.06 | 3.69 |
| N3Р3К3 | 4.55 | 4.67 | 4.21 | 4.00 | 3.84. | 3.53 |
| НСР05 по фактору «удобрения» – 0.12; НСР05 по фактору «годы» – 0.22 |
Коэффициент корреляции между продолжительностью применения удобрений и изменением рНКС1 почвы возрастает с увеличением дозы удобрений (рис.1). Темпы подкисления произвесткованной почвы зависят от дозы внесенных удобрений, уровня рН, достигнутого при известковании и буферности почвы. При внесении высоких доз извести роль уровня применения минеральных удобрений в подкислении почвы, по крайней мере втечение первых двадцати лет, не столь ярко выражена как при известковании по полной гидролитической кислотности и меньшими дозами (рис.2).
Влияние минеральных удобрений на изменение величины гидролитической кислотности дерново-подзолистой супесчаной почвы в первые годы четко не выражено (рис.3). Связано это и с методическими особенностями определения гидролитической кислотности почвы (неполнота вытеснения при однократной обработке), и с присутствием в почве непрореагировавшей извести.
| Обменная кислотность в изучаемых почвах объясняется в основном присутствием подвижного алюминия и, в меньшей степени, - обменного водорода. Как показали исследования образцов пахотных почв Северо-Запада Нечерноземья, в почвах, имеющих реакцию среды (рН в КС1) 4,0, содержится 9…10мг/100г подвижного алюминия; при рН 4,9…5,0 – около 1мг. Наиболее четко влияние минеральных удобрений на содержание подвижного алюминия проявилось на супесчаной почве, отличающейся невысокой буферностью и значительным содержанием подвижного алюминия в составе почвенного поглощающего комплекса (рис.4). |
Рис.1. Влияние минеральных удобрений на реакцию дерново-подзолистой супесчаной почвы (У=А•еВ•х)
| 1.Без удобрений | r = –0.26 | Уровень значимости не существенен | |
| 2.N1Р1К1 | r = –0.57 | Р = 0.05 | У=4,46•е-0,0058•х |
| 3.N2Р2К2 | r = –0.74 | Р = 0.01 | У=4,48•е-0,0105•х |
| 4.N3Р3К3 | r = –0.77 | Р = 0.01 | У=4,49•е-0,0133•х |
Рис.2. Изменение реакции произвесткованных по 2,5Нг почв во времени
| 1.Без удобрений | r = –0.93 | Р = 0.001 | У=7,52•е-0,0146•х |
| 2.N1Р1К1 | r = –0.93 | Р = 0.001 | У=7,63•е-0,0168•х |
| 3.N2Р2К2 | r = –0.95 | Р = 0.001 | У=7,51•е-0,0167•х |
| 4.N3Р3К3 | r = –0.94 | Р = 0.001 | У=7,57•е-0,0232•х |
Рис. 3. Динамика гидролитической кислотности в дерново-подзолистой почве многолетнего полевого опыта 2 (варианты известкования по 0,5 Нг) (У=А*еВ*Х)
| 1.Без удобрений | r = 0,849 | Р = 0.001 | У=1,791*е0,0452Х |
| 2.N1P1K1 | r = 0,909 | Р = 0.001 | У=2,026*е0,0473Х |
| 3.N2P2K2 | r = 0,900 | Р = 0.001 | У=1,848*е0,0639Х |
| 4.N3P3K3 | r = 0,913 | Р = 0.001 | У=1,752*е0,0818Х |
| | | | |
| Без удобрений | r = - 0,850 | Р = 0,001 | n = 21 | У=149,3*е-1,519Х |
| N120P120K120 | r = - 0,936 | Р = 0,001 | n = 21 | У=448,6*е-1,692Х |
Рис.4. Влияние реакции среды на содержание подвижного алюминия в дерново-подзолистой супесчаной почве. (У=А·еВ*Х)
2.2. Плотность почвы является интегральным показателем агрофизического состояния и оценки ее пригодности для возделывания определенных сельскохозяйственных культур, так как она оказывает существенное влияние на основные факторы жизни растений и биологическую активность почвы. Очень рыхлое или плотное сложение почвы отрицательно влияет на рост и развитие растений.
Мы не ставили цели определения оптимальных параметров плотности наблюдаемых объектов, а пытались определить степень влияния известкования на равновесную плотность почвы. Установлено, что при известковании почва остается более рыхлой, чем почва контрольных вариантов как в пахотном, так и в слое 20 – 30см. Связано это с большей агрегированностью известкованной почвы, а также с лучшим развитием корневых систем растений на известкованных почвах и бóльшим количеством поступающих в почву корневых и пожнивных остатков.
2.3. Ёмкость поглощения почвы.
Как известно, в реакциях катионного обмена почвенный поглощающий комплекс проявляет себя как анион кислотной природы. На его поверхности существуют сильнокислотные и слабокислотные обменные позиции, определяемые по гетерополярному (ионному) и ковалентному (полярному) связыванию обменно адсорбируемых водородных ионов. Сильнокислотные позиции представлены базальными поверхностями глинистых структур и являются результатом неэквивалентного изоморфного замещения в октаэдрическом и тетраэдрическом слоях решетки.
В отдельных случаях к сильным ацидоидам почвы относятся относительно сильные органические кислоты негумусовой природы и отчасти гумуса. Слабокислые позиции представлены протонами диссоциирующих гидроксидов боковых поверхностей глинистой решетки и гумусовых кислот. Оба вида позиций почвенного поглощающего комплекса в реакциях катионного обмена участвуют различно из-за их различного отношения к концентрации водородных ионов в окружающем почвенном растворе. В почвах наших опытов емкость поглощения зависит, главным образом, от гранулометрического состава и содержания гумуса. С увеличением дозы извести емкость поглощения возрастает. Емкость поглощения почв увеличивается на 3…31% при известковании почв различного гранулометрического состава до рН 5 и на 28…59% - при внесении извести для доведения реакции почвы до рН 7 (по отношению к неизвесткованной почве) (табл. 2).
Это обусловлено освобождением после известкования мест обмена в ППК, блокированных ранее алюминием и является, как установлено А.Н.Небольсиным (1979), следствием его осаждения в виде нерастворимых гидроксидов и вовлечением в реакции обмена карбоксильных и отчасти гидроксильных групп гумусовых веществ.
Таблица 2. Изменение емкости поглощения дерново-подзолистых почв различного гранулометрического состава в зависимости от доз извести и удобрений (мэкв. на 100г почвы).
| Дозы | Е | ΔЕ от 1т извести | |
| удобрений | извести | ||
| Без удобрений (песчаная почва) | 0 | 5,63 | – |
| До рН 5 | 7,38 | 1,09 | |
| До рН 7 | 8,45 | 0,54 | |
| N60P60K60 (песчаная почва) | 0 | 5,84 | |
| До рН 5 | 7,37 | 0,96 | |
| До рН 7 | 8,02 | 0,42 | |
| N120Р120К120 (песчаная почва) | 0 | 6,18 | |
| До рН 5 | 6,55 | 0,23 | |
| До рН 7 | 7,92 | 0,33 | |
| НСР05 | | 0,62 | |
| Без удобрений (супесчаная почва) | 0 | 8,27 | |
| До рН 5 | 9,53 | 0,57 | |
| До рН 7 | 12,20 | 0,42 | |
| N60P60K60 (супесчаная почва) | 0 | 8,12 | |
| До рН 5 | 9,30 | 0,54 | |
| До рН 7 | 11,30 | 0,34 | |
| N120Р120К120 (супесчаная почва) | 0 | 8,58 | |
| До рН 5 | 8,90 | 0,15 | |
| До рН 7 | 12,14 | 0,38 | |
| НСР05 | | 0,75 | |
| Без удобрений (легкая глина) | 0 | 13,66 | |
| До рН 5 | 14,36 | 0,37 | |
| До рН 7 | 20,53 | 0,46 | |
| N60P60K60 (легкая глина) | 0 | 13,68 | |
| До рН 5 | 14,14 | 0,24 | |
| До рН 7 | 21,77 | 0,55 | |
| N120Р120К120 (легкая глина) | 0 | 13,64 | |
| До рН 5 | 14,94 | 0,68 | |
| До рН 7 | 19,68 | 0,41 | |
| НСР05 | | 0,89 | |
Самое большое увеличение емкости поглощения наблюдалось на дерново-подзолистой глинистой почве при известковании до рН 7 (на 6,87 ± 0,89 мэкв. на 100г почвы) по отношению к контролю. Однако изменение величины емкости поглощения от 1т внесенного мелиоранта было наибольшим на малобуферной, малогумусированной песчаной почве, произвесткованной малыми дозами извести (до рН 5), причем с увеличением доз удобрений с 60 до 120 кг д.в. этот показатель снижался с 1,09 до 0,23 мэкв. на 100г почвы. Определение катионообменной емкости по методике С.Ганева в наших опытах показало, что емкость поглощения в произвесткованных почвах увеличивается за счет слабокислотных обменных позиций органического вещества почвы
2.4. Огромная роль в формировании почвенного плодородия принадлежит гумусовым веществам. Органическое вещество и кальций являются основными экологическими факторами, позволяющими увеличить буферность плодородия почвы, что является основой стабильности земледелия. Известкование, с одной стороны, создает благоприятные условия для новообразования гумусовых веществ, с другой – для возрастания скорости разложения растительных остатков. В зависимости от различных условий и преобладания тех или иных процессов, результаты могут быть различны.
Пока не выявлено, какие группы и фракции гумусовых веществ являются ближайшим резервом почвенного плодородия. Одни авторы считают наиболее важными для растений фракции гуминовых кислот, непосредственно переходящие в щелочную вытяжку, и фульвокислот, выделяемых при декальцировании. В ряде других исследований агрономически ценной фракцией гумуса считается фракция гуминовых кислот, связанных с кальцием.
В почвах наших опытов под влиянием известкования уменьшилось содержание фракции 1 гуминовых кислот и увеличилось содержание фракции 2, несколько уменьшилось содержание фракции 1а и 1 фульвокислот, а фракции 2 – увеличилось. Уменьшение содержания фракции 1 гуминовых кислот при известковании может быть обусловлено:
- химическим связыванием с кальцием и переходом во фракцию 2;
- переводом связанных с подвижными полуторными оксидами гуминовых кислот во фракции 2 или 3 с более устойчивыми формами полуторных оксидов.
Увеличение содержания фракции 2 гуминовых кислот может быть объяснено:
- химическим связыванием гуминовых кислот с кальцием за счет фракции 1;
- частичным переводом по мере подщелачивания реакции растворимых форм гуминовых кислот, связанных с малоустойчивыми соединениями железа и алюминия в более устойчивые, растворимые в 0,1н NаOН лишь после обработки Н2SO4.
Основной причиной увеличения содержания гуминовых кислот 2 фракции и уменьшения 1 при одновременном снижении оптической плотности фракции 1 гуминовых кислот, считают перегруппировку в составе самих фракций. Под влиянием внесенного в почву кальция наиболее оптически плотная часть гуминовых кислот 1фракции связывается с ним и пополняет 2 фракцию. А.Н.Небольсин (1978) назвал это явление естественным фракционированием под влиянием кальция.
В отличие от гуминовых кислот фульвокислоты обладают бóльшим сродством к почвенным минеральным коллоидам и встречаются в почве только в адсорбированном этими частицами виде. Количество «свободных» фульвокислот, а следовательно и количество кислых функциональных групп определяется не только содержанием гумуса, но и гранулометрическим составом почвы – количеством илистых частиц, способных закрепить фульвокислоты в верхнем слое почвы. Расчет частных коэффициентов корреляции в составе множественной зависимости (между содержанием фракции 1 фульвокислот, величиной гидролитической кислотности и содержанием илистых частиц) показал, что количество фульвокислот фракции 1 почти функционально связано с содержанием илистых частиц (r=0,97).
2.5. Роль микроорганизмов в почвообразовании огромна. Благодаря им подзолообразовательный процесс не приводит к конечному этапу эллювиального процесса, к образованию бесплодного подзола и не является только средой, на фоне которой формируется та или иная микрофлора. Плодородие дерново-подзолистых почв неразрывно связано с интенсивностью биологических процессов, протекающих в них.
Известь играет исключительно важную роль в повышении устойчивости микробной системы почв в связи с применением минеральных удобрений. Известкование оказывает существенное влияние на структуру и численность почвенной микрофлоры. Во всех опытах содержание грибов снижалось на известкованной почве на 15…42%. Количество бактерий, использующих минеральные формы азота увеличивалось в 2,3…4,7 раза, количество бактерий, разлагающих органические азотсодержащие вещества – в 2,5…5,2 раза, количество олиготрофных бактерий – в 1,5…3,5 раза, споровых бактерий – в 1,1…2,1 раза, актиномицетов – в 2,0…10 раз в зависимости от дозы внесенной извести.
Большое влияние на почвенную микрофлору оказывает не только уровень реакции почвы, но и содержание в ней подвижных форм фитотоксичных элементов (алюминия, марганца, железа). Зависимости носят нелинейный характер и имеют высокую тесноту связи (табл.3).
В известкованных почвах наблюдаются более глубокие минерализационные процессы, о чем говорит увеличение численности олиготрофных бактерий. С увеличением дозы извести численность их возрастает. На известкованных почвах значительно увеличивается и численность споровых бактерий, наличие которых говорит о некотором повышении почвенного плодородия.
Действие минеральных удобрений на микрофлору почвы, в отличие от извести, не столь однозначно. Внесение умеренных доз минеральных удобрений в произвесткованную почву повышало содержание в ней бактериальной микрофлоры, а на неизвесткованной – значительно снижало численность бактерий.
Таблица 3. Зависимости между содержанием подвижного алюминия, марганца и железа и численностью микроорганизмов в почвах микрополевых опытов
| Параметры | Корреляционое отношение, ŋ | Число пар, n | Уровень значимости | |
| X | У | |||
| Fe | Грибы | 0,92 | 12 | 0,05 |
| Mn | Аммонификаторы | –0,83 | 12 | 0,05 |
| Mn | Грибы | 0,79 | 12 | 0,05 |
| Fe | Олигинитрофилы | 0,90 | 12 | 0,05 |
| Mn | Олигиниторофилы | 0,91 | 12 | 0,05 |
| Mn | Бактерии на КАА | 0,93 | 12 | 0,05 |
| Mn | Актиномицеты | 0,98 | 12 | 0,05 |
| Al | Актиномицеты | 0,98 | 12 | 0,05 |
| Al | Бактерии на КАА | 0,98 | 12 | 0,05 |
| Al | Бактерии на 19 среде | 0,94 | 12 | 0,05 |
Длительное применение повышенных и высоких доз минеральных удобрений (по 120кг д.в. и выше) ингибировало развитие бактериальной микрофлоры даже на фоне извести. Количество грибов и актиномицетов при внесении минеральных удобрений на неизвесткованных почвах значительно возрастало. Способность некоторых видов и родов грибной микрофлоры продуцировать токсины, по-видимому, является одной из причин снижения урожайности растений при кислой реакции почвенной среды
2.6. Почва служит мощным аккумулятором токсичных веществ и практически не теряет их со временем. Особенно прочно тяжелые металлы (ТМ) и многие неметаллы фиксируют верхние гумусосодержащие горизонты. Вклад собственно сельскохозяйственного производства в этот вид загрязнения невелик (1-2%) и часто может не приниматься во внимание по сравнению «с постоянным потоком техногенного загрязнения».
Результаты многолетних полевых опытов показывают, что азотные и калийные удобрения практически не загрязняют почвы ТМ. При длительном применении фосфорных удобрений содержание отдельных ТМ в почве несколько возрастает, оставаясь значительно ниже существующих ПДК. В опыте отдела агрохимии СЗНИИСХ по созданию различных уровней содержания фосфора в почве за 16 лет было внесено по вариантам от 0 до 3650 кг фосфора на гектар (Рсд). Установлена практически прямолинейная взаимосвязь между количеством внесенных фосфорных удобрений и содержанием подвижных (в ацетатно-аммонийном буфере с рН 4,8) кадмия, никеля, кобальта и стронция (табл.4).
Таблица 4.Взаимосвязи между количеством внесенных фосфорных удобрений и содержанием ТМ в почве (х – кг/га Р2О5; у – мг ТМ/кг почвы)
| Элемент | n | r | P | Уравнение регрессии |
| Pb | 24 | 0.49 | 0.050 | у = 0.405 + 0.000012х |
| Cd | 24 | 0.97 | 0.001 | у = 0.080 + 0.000012х |
| Ni | 24 | 0.80 | 0.001 | у = 0.194 + 0.000015х |
| Co | 24 | 0.78 | 0.001 | у = 0.132 + 0.000027х |
| Zn | 24 | - 0.50 | 0.050 | у = 1.60 - 0.00013х |
| Sr | 24 | 0.95 | 0.001 | у = 9.2 + 0.0014х |
3. ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИЗВЕСТКОВАНИЯ
Эффективность известкования изучали в полевых севооборотах со следующим чередованием культур: яровые зерновые (пшеница, ячмень) – многолетние травы (клевер + тимофеевка) 1года пользования - мн. травы 2г.п. – озимая рожь – картофель – овес. Выращивали сорта культур, районированные в зоне. Проведенные исследования показали, что оптимальный уровень реакции не является неизменной величиной даже для данного конкретного сорта, он зависит от многих факторов внешней среды, в том числе и от уровня питания. Наиболее эффективно внесение извести было под клевер и кормовую свеклу на супесчаных почвах. В зависимости от уровня удобренности почвы изменялось и отношение растений к известкованию:
- у культур, менее чувствительных к кислотности, эффективность известкования в зависимости от уровня питания может снижаться (зерновые);
- у культур, высоко чувствительных к кислотности, может наблюдаться обратная зависимость, то есть по мере увеличения количества питательных веществ в почве, эффективность известкования повышается (кормовая свекла) (рис.5).
Причины различия в отзывчивости отдельных видов растений на условия в кислых почвах до конца не выяснены. Одной из возможных причин неодинаковой устойчивости растений к повышенной кислотности могут быть различия в ёмкости и свойствах сорбционного комплекса корней. По мнению К.Г.Крейера (1981), существует связь между устойчивостью различных видов и сортов растений к кислотности и проницаемостью цитоплазматических мембран, определяющейся свойствами образующих их белков и липидов.
Рис. 5. Влияние известкования и минеральных удобрений на урожай корнеплодов кормовой свеклы.
Математическая обработка результатов, полученных в наших многолетних опытах, позволяет наглядно показать зависимость развития различных видов растений от известкования и уровня минерального питания. На дерново-подзолистых супесчаных почвах эта зависимость выражается следующими уравнениями:
- для ячменя –
у = 23,65 + 0,34Н + 1,10N - 0,175Н2 - 0,45N2 - 0,0056NН + 0,019N2Н
- для многолетних трав –
у = 79,5 + 0,73Н + 0,76N - 0,26Н2 - 0,72N2 + 0,076NН - 0,030N2Н
- для озимой ржи –
у = 25,23 - 0,096Н + 1,105N + 0,0012Н2 - 0,475N2 + 0,105NН + 0,0216N2Н
- для овса
у = 20,156 + 0,122Н + 0,853N - 0,116N2 + 0,035NН - 0,0062N2Н
- для картофеля
у = 169,7 - 0,26Н + 12,08N + 0,16Н2 – 1,82N2 + 0,15NН + 0,27N2Н,
где N –доза удобрений, кг д.в. на 1га; Н –доза извести в долях Нг
4. ВЛИЯНИЕ ИЗВЕСТКОВАНИЯ И ДЛИТЕЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ МИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИЙ НА МИГРАЦИОННУЮ СПОСОБНОСТЬ ОСНОВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ПИТАНИЯ В ПОЧВЕ
4.1. В Нечерноземной зоне рост сельскохозяйственных культур чаще всего лимитируется недостатком азота.
Обобщение результатов опытов показывает, что использование доступных растениям форм азота идет очень слабо в сильнокислых почвах и возрастает в 2…3раза в известкованных.
Из основных питательных элементов азот в форме нитратов легче всего перемещается в почве и, если не поглощается растениями, то вымывается и улетучивается. В результате лизиметрических наблюдений (табл.5) установлено, что:
- внесение высоких доз минеральных удобрений, особенно на легких почвах, приводит к усилению вымывания азота;
- известкование кислых почв большими дозами извести также усиливает миграцию неиспользованного растениями азота в профиле почвы.
Таблица 5. Вымывание азота из дерново-подзолистых
слабоокультуренных почв легкого гранулометрического состава
| Фон удобрений | Доза извести, т/га | Вымыто азота, кг/га | |
| зерновые | клевер | ||
| Супесчаная почва | |||
| N60P60K60 | 0 | 7,4±1,5 | 1,5±0,3 |
| 3,4 | 8,0±0,7 | 1,6±0,3 | |
| 14,1 | 8,0±0,9 | 1,4±0,3 | |
| N120P120K120 | 0 | 7,5±0,8 | 1,5±0,2 |
| 3,4 | 11,0±1,4 | 1,2±0,3 | |
| 14,1 | 11,6±2,3 | 0,8±0,2 | |
| Песчаная почва | |||
| N60P60K60 | 0 | 3,6±0,4 | 4,3±0,3 |
| 2,4 | 4,8±0,6 | 1,5±0,1 | |
| 7,7 | 4,9±0,8 | 2,1±0,4 | |
| N120P120K120 | 0 | 5,5±0,3 | 1,9±0,1 |
| 2,4 | 3,5±0,5 | 1,6±0,1 | |
| 7,7 | 3,5±0,6 | 1,8±0,2 | |
| Глинистая почва | |||
| N60P60K60 | 0 | 3,1±0,1 | 7,0±0,6 |
| 3.8 | 7,5±0,2 | 4,6±0,1 | |
| 9.7 | 9,2±1,3 | 5,4±0,2 | |
| 19.2 | 8,9±0,8 | 6,1±0,6 | |
| N120P120K120 | 0 | 2,6±0,3 | 5,3±0,1 |
| 3.8 | 3,1±0,2 | 6,0±1,0 | |
| 9.7 | 11,1±1,1 | 2,8±0,2 | |
| 19.2 | 9,5±0,8 | 13,5±0,4 |
4.2. Общее содержание фосфора в почвах относительно невелико (0,05…0,1%). Фосфатный режим дерново-подзолистых почв в значительной степени зависит от реакции почвенного раствора и содержания подвижных форм полуторных оксидов.
После известкования в течение десятилетий растения на дерново-подзолистых почвах используют значительно больше фосфатов, чем без извести. В основе этого явления лежит лучшая растворимость и усвояемость растениями фосфатов кальция, особенно одно- и двухзамещенных, а также свежеосажденных трехосновных фосфатов кальция, по сравнению с фосфатами полуторных оксидов.
Результаты исследований показали, что
- внесение фосфорных удобрений в дерново-подзолистые почвы снижает подвижность алюминия вследствие связывания его анионом ортофосфорной кислоты;
- систематическое применение фосфорных удобрений приводит не только к повышению содержания подвижного фосфора в почвах, но и к изменению свойств почвенного поглощающего комплекса. В богатых фосфором почвах значимую роль играют буферные системы, образованные солями металлов с фосфорной кислотой. Вследствие этого изменяется характер взаимосвязей между реакцией почвы и содержанием подвижного алюминия, марганца, железа, обменных оснований, величиной гидролитической кислотности;
- известкование сильнокислых дерново-подзолистых почв увеличивает использование растениями фосфора из почвы и удобрений. Больше всего (в 3,0…6,8 раза) повышаются коэффициенты использования фосфора из удобрений при повышении уровня реакции до рНКС14,9…5,2;
- оптимальный уровень реакции для роста растений на дерново-подзолистых почвах при хорошей обеспеченности фосфором сдвигается в сторону более низких значений рН. Для культур, чувствительных к кислотности, существенное значение имеет кальций, входящий в состав фосфорных удобрений (суперфосфата, фосфоритной муки);
- фосфор является наименее подвижным элементом-органогеном. Благодаря взаимодействию с илистой фракцией почв, фосфаты сохраняются в почве при промывании ее атмосферными осадками. Вымывание фосфора из пахотного слоя дерново-подзолистых почв невелико (0,04…0,8кг Р2О5 в год). На почвах, очень богатых фосфором, известкование уменьшает потери этого элемента за счет вымывания.
Однако неверно сводить влияние известкования на фосфатный режим только к химическим взаимодействиям, происходящим в почвах. В растениях между фосфором, с одной стороны, алюминием, марганцем и железом, - с другой, существует определенный физиологический антагонизм. Алюминий по природе своего действия является типичным корневым ядом. В его присутствии резко уменьшается общий объем корневой системы, корневые волоски покрываются бурыми чехликами из гидроксидов, снижающих активность их работы. Поэтому часть уже поглощенного фосфора расходуется на инактивацию алюминия в самих растениях (Блэк К.А., 1973).
4.3. Как известно, калий, в отличие от других элементов, в растении находится в ионной форме и не входит в состав органических соединений клеток. Это основной противоион для нейтрализации отрицательных зарядов как неорганических ионов, так и клеточных полиэлектролитов. Кроме того, он создает разность электрических потенциалов между клеткой и средой, играя важную роль в обмене веществ. Считается, что именно в этом проявляется специфическая функция калия, делающая его незаменимым элементом минерального питания растений.
В многолетних опытах на почвах различного гранулометрического состава установлено, что известкование повышает содержание в почве подвижного калия, как на удобренных, так и на неудобренных делянках. Различия эти математически доказаны и высоко достоверны. Содержание подвижных форм калия в неудобренных почвах постепенно снижается со временем (рис.6). По мере увеличения доз минеральных удобрений содержание калия в почве закономерно возрастает. В известкованных почвах этот процесс идет сильнее. Через 18лет после внесения извести в полевом опыте при внесении удобрений (N135Р90К135 ежегодно), количество легкоподвижного калия на известкованных делянках возросло на 20%, подвижного – на 75%, обменного – в 2 раза.
Увеличение или снижение фиксации или же доступности калия при известковании не является общей закономерностью, а зависит от минералогического состава почв.
По данным проведенных исследований, общими для различных культур, чувствительных к кислотности, являются следующие закономерности:
- низкая эффективность известкования на очень бедных калием почвах;
- по мере улучшения обеспеченности калием возрастает эффективность известкования умеренными дозами (до рН 5…6);
- при чрезмерно высоких дозах калия большие дозы извести усиливают их токсичность и вызывают депрессию урожая.
Установлено, что вымывание калия в значительной степени зависит от емкости катионного обмена и гранулометрического состава почвы. На легких почвах при внесении минеральных удобрений вымывание калия больше, чем на почвах глинистых. На известкованных, удобренных калийными удобрениями почвах потери калия не превышают его вымывания из неудобренных почв.
На неудобренных калием почвах известкование уменьшает долю легкоподвижного и обменного калия, но увеличивает необменного. Доля легкодоступного и обменного калия под влиянием удобрений резко увеличивалась: с 25,4% до 41,7% на кислой почве, и с 17,5 до 54,6% - на известкованной (рис. 7).
Рис.6. Влияние извести и минеральных удобрений на содержание подвижного калия в дерново-подзолистой супесчаной почве полевого опыта
НСР05 по фактору «известь» (фон без удобрений) – 0,7мг/100г
(фон N135P90K135) – 1,0мг/100г
| Без удобрений -У=7,403 * е -0,0139Х | N135P90K135 У=6,242*Х 0,289(фон ) |
| Известь по 1,0Нг- У=10,867*е -0,0236Х | Фон +известь по1,0 Нг У=9,370*Х 0,241 |
| Известь по 2,5 Нг У=11,898*е -0,0313Х | Фон +известь по2,5 Нг У=10,982*Х 0,194 |
| Глубина 0 - 20см | Глубина 20 – 40см |
| Без удобрений и извести | |
 |  |
| Без удобрений, известь 2,5 Нг | |
 |  |
| Высокий фон удобрений, без извести | |
 |  |
| Высокий фон удобрений, известь 2,5 Нг | |
 |  |
Рис 7.Изменение содержания различных форм калия в дерново-подзолистой супесчаной почве (мг/100г)
Таким образом, увеличение или снижение фиксации или же доступности калия при известковании, по-видимому, не является общей закономерностью, а зависит от минералогического состава почв.
Нашими исследованиями установлено, что с атмосферными осадками калия вымывается меньше, чем выносится сельскохозяйственными растениями. Внесение минеральных удобрений на кислых почвах приводит к значительному вымыванию калия (до 10…15 кг/га в год). Проведенные лизиметрические опыты показали, что увеличение дозы калийных удобрений на 10 кг К2О на 1 га приводит в среднем к увеличению вымывания калия на легких почвах на 0,52 кг/га в год, а на тяжелых, – на 0,36 кг. При известковании почвы использование даже высоких доз удобрений не увеличивает вымывание калия.
Гринченко Т.А. и др. (1985) установлено, что собственно известкование резко снижает соотношение между активностью ионов калия и кальция (АRо), что повышает РВСк и тем значительнее, чем ниже обеспеченность почвы обменным калием. Это сопровождается наименьшим содержанием в почвенном растворе непосредственно доступного калия и общих подвижных его запасов. Внесение извести увеличивает катионообменную емкость почвы (КОЕ), и увеличивает тем самым стабильность системы. Однако сам кальций извести остается незащищенным от вымывания.
4.4.Кальций. Среднее содержание кальция в литосфере составляет 3,6%. Кислые почвы содержат 900…5000кг обменного кальция на 1га (в пересчете на СаО).
В литературе практически нет данных о значении извести в питании растений кальцием. Считается, что даже на очень кислых почвах растения достаточно обеспечены кальцием как элементом питания. В наших опытах под влиянием известкования содержание кальция в клевере возрастало на песчаной почве в 2.4…3.5 раза, супесчаной – 2.3…3.3, глинистой – 2.3…2.6 раза. Такое увеличение содержания кальция, безусловно, говорит о значении извести не только как мелиорирующего средства, но и как источника жизненно необходимого элемента питания – кальция.
Установлено, что в год внесения доля кальция, усвоенного из извести, на песчаной почве составляла от 16.3 до 29.4% при известковании до рН 5 и от 62.7 до 82.9% при известковании до рН 7, на супесчаной почве соответственно 25…26.1% и 51.9…60.2%, на глине – 7.0…8.9% и 42.5…43.9% . Приведенные данные показывают, что в год внесения на легких почвах (особенно на песчаной) известь служила важным, если не главным, источником кальция для растений. Известкование увеличивает также вынос кальция растениями из самой почвы.
Изучение распределения обменных форм кальция и магния по профилю дерново-подзолистой супесчаной почвы под влиянием извести и минеральных удобрений показало, что внесение минеральных удобрений приводит через две ротации севооборота (12 лет) к обеднению верхнего (пахотного) горизонта кальцием и магнием и повышает содержание их в подпахотном горизонте.
Наши наблюдения за составом осадков показали, что в районе проведения наших опытов ежегодно выпадает около 4кг/га калия, 12,5 кг/га кальция и около 3 кг/га магния. Большее количество кальция попадает с атмосферными осадками в почву в теплый период года, несколько меньше – в зимние месяцы.
В лизиметрических исследованиях установлено, что концентрация кальция в лизиметрических водах может колебаться в широких пределах (от 20мг/л до 200-400 и даже 700мг/л). Это связано с действием многих факторов: с гранулометрическим составом почв, дозой извести, минеральными удобрениями, растительным покровом. Общее вымывание кальция в зависимости от гранулометрического состава почв, дозы извести и уровня применения удобрений составляло от 20 до 200…400 кг/га кальция в год.
Таблица 6. Вымывание кальция из пахотного (0-20см) слоя
дерново-подзолистых слабоокультуренных почв
| Фон удобрений | Доза извести, т/га | Вымыто кальция, кг/га | В % от внесенной дозы | |||
| Всего | В т.ч. кальций извести | 45Са | Общие потери | |||
| Песчаная почва | ||||||
| Без удобрений | 1,6 | 335 | 183 | 28,6 | 52,3 | |
| 5,2 | 716 | 464 | 22,3 | 34,4 | ||
| N60Р60К60 | 1,6 | 528 | 166 | 25,9 | 82,5 | |
| 5,2 | 640 | 309 | 14,9 | 30,8 | ||
| N120Р120К120 | 1,6 | - | 305 | 47,7 | - | |
| 5,2 | 481 | 405 | 19,5 | 23,1 | ||
| Супесчаная почва | ||||||
| Без удобрений | 2,2 | 445 | 114 | 13,0 | 50,6 | |
| 9,4 | 1113 | 429 | 11,4 | 29,6 | | |
| N60Р60К60 | 2,2 | 465 | 136 | 15,4 | 52,8 | |
| 9,4 | 1479 | 569 | 15,1 | 39,3 | | |
| N120Р120К120 | 2,2 | 613 | 221 | 25,1 | 69,7 | |
| 9,4 | 1166 | 508 | 13,5 | 31,0 | | |
| Легкая глина | | |||||
| Без удобрений | 1,9 | 541 | 144 | 18,9 | 71,2 | |
| 14,8 | 499 | 279 | 4,7 | 8,4 | | |
| N60Р60К60 | 1,9 | 373 | 123 | 16,2 | 48,3 | |
| 14,8 | 365 | 290 | 4,9 | 6,1 | | |
| N120Р120К120 | 1,9 | 461 | 199 | 26,2 | 60,6 | |
| 14,8 | 401 | 221 | 3,7 | 6,8 | |
Доля кальция извести в общем количестве кальция, вымытом за пределы пахотного слоя, зависит от внесенной дозы извести, а также естественного содержания кальция в неизвесткованной почве. Соотношение это сильно варьирует по отдельным делянкам и составляет в среднем за 2,5года для песчаной почвы: при дозе 1,6 т/га – 31…54%, при дозе 5,2 т/га – 40…84%; для супесчаной почвы: при дозе 2,2 т/га –25…35%, при дозе 9,4 т/га – 38…44%; для глинистой почвы: при дозе 1,9 т/га – 24…33%, при дозе – 14,8 т/га – 56…70% (табл.6).
Если учесть эти суммарные потери из извести и почвы, то из известкованной малой дозой извести песчаной почвы за 2,5года вымылось количество кальция, составляющее 52…82% от внесенного с известью.
Удобрения в дозе N120Р120К120 увеличивали потери кальция из извести (при малых дозах извести). В среднем из песчаной почвы вымылось (по всем фонам удобрений) кальция извести - 218 кг (при внесении малой дозы извести) и 392 кг – при внесении большой дозы; из супесчаной соответственно 157кг и 502кг, из глинистой – 155 и 263кг. Суммарные потери кальция (кальция извести и кальция почвы) были значительно больше.
Относительная доля и значимость кальция, поступившего в почву из извести, значительно больше на почвах легкого гранулометрического состава, чем на тяжелых при равных уровнях реакции. Доля кальция, поступившего в почвенный поглощающий комплекс из извести, по отношению ко всему обменному кальцию, составляет для легких почв – 15…40%, для глинистой почвы – 4…11%. Доля кальция извести, в общем количестве кальция, вымытом за пределы пахотного слоя, зависит от внесенной дозы извести, а также естественного содержания кальция в неизвесткованной почве. Для песчаной почвы она составляет 31…84%, для супесчаной – 25…44%, для глинистой – 24…70%.
Из полученных данных видно, что основной статьей прихода является кальций, внесенный с известью. Кальций минеральных удобрений (суперфосфата), а также поступивший с атмосферными осадками, не покрывает выноса с урожаем сельскохозяйственных культур и потерь от вымывания. Вследствие этого на неизвесткованных делянках происходило дальнейшее подкисление почвы при всех уровнях применения удобрений. Внесение малых доз извести также не обеспечивало существенного превышения прихода над расходом, особенно на песчаной почве.
Таким образом, имеющийся экспериментальный материал свидетельствует о необходимости опережающего известкования кислых почв и создания резко положительного баланса кальция для сохранения плодородия почв.
5. ПУТИ СНИЖЕНИЯ ВЫМЫВАНИЯ КАЛЬЦИЯ АТМОСФЕРНЫМИ ОСАДКАМИ И УВЕЛИЧЕНИЯ СРОКА ДЕЙСТВИЯ ИЗВЕСТИ
5.1 Влияние различных факторов на миграцию элементов питания в дерново-подзолистых почвах
Первое место по влиянию на миграцию элементов питания в более глубокие слои почвы занимают климатические- факторы, обусловливающие количество, периодичность и интенсивность выпадения атмосферных осадков и определяющие степень увлажнения почв и величину гидротермического коэффициента. Большое влияние оказывает растительность. Более всего веществ в дренажные и грунтовые воды поступает на пашне, в меньшей степени - на лугах, под травами. Повышение урожайности сельскохозяйственных культур, а, следовательно, и поступление веществ в растение, снижает вымывание.
Величины вымывания некоторых питательных веществ из дерново-подзолистых почв Северо-Запада РФ по данным наших лизиметрических исследований составляют: Са – 200-400 кг/га в год; Mg – 20-40 кг/га; К2О – 5-20 кг/га; Р2О5 – 0,3-0,9 кг/га; N- N NО3-– 10-20кг/га.
При минимальном в настоящее время внесении в почву известковых материалов, очень важно определить пути увеличения срока действия мелиорантов. Пожалуй, самыми реальными и доступными являются агротехнические приемы снижения вымывания. Это, прежде всего, строгое соблюдение сроков внесения удобрений и посева сельскохозяйственных культур при оптимальном уровне питания. Благодаря этому удается достичь наилучшего развития растений, получить высокий урожай и за счет этого снизить вымывание. Радикальным приемом охраны почв считают посев многолетних трав.
Для повышения урожайности культур и высокоэффективного использования элементов питания большое значение имеет их локальное размещение. При этом коэффициенты использования удобрений повышаются: азота – на 10-15%, фосфора – на 5-10%, калия – на 10-12%. Но все эти приемы не решают коренным образом проблему снижения вымывания кальция и элементов питания растений в почве при одновременном повышении продуктивности пашни.
В лизиметрических исследованиях нами выяснено, что сильное влияние на вымывание веществ в почве оказывает уровень применения минеральных удобрений и их химический состав, особенно анионный состав удобрений. Сопоставление концентрации кальция и различных анионов в лизиметрических водах осенних сроков отбора проб в проведенных опытах позволяет утверждать, что концентрация кальция в значительной степени связана с анионным составом удобрений (табл. 7).