Гумусное состояние дерново-подзолистых почв предуралья при различном землепользовании и длительном применении удобрений и извести
| Вид материала | Автореферат |
- Влияние сельскохозяйственных культур, известкования и удобрений на реакцию почвенной, 614.56kb.
- Агроэкологическое обоснование систем применения удобрений в севооборотах на дерново-подзолистых, 1334.17kb.
- Факторы окультуривания песчаных и супесчаных дерново-подзолистых почв и их эколого-агрохимическая, 704.97kb.
- Экологические аспекты известкования дерново-подзолистых почв северо-запада россии, 791.21kb.
- Изменение состава минеральной части выщелоченного чернозема при длительном применении, 576.22kb.
- Технология переработки сапропеля и навоза в удобрения и биогаз. Реактор «фермер» Содержание, 297.46kb.
- Занятия лфк оказывают лечебный эффект только при правильном, регулярном, длительном, 202.6kb.
- Методические рекомендации применения удобрений по интенсивной технологии, 226.3kb.
- Оптимизация элементов технологии возделывания сортов озимой пшеницы на дерново-подзолистых, 595.44kb.
- Программа вступительного экзамена в магистратуру, 315.49kb.
На правах рукописи
Завьялова Нина Егоровна
ГУМУСНОЕ СОСТОЯНИЕ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ ПОЧВ
ПРЕДУРАЛЬЯ ПРИ РАЗЛИЧНОМ ЗЕМЛЕПОЛЬЗОВАНИИ
И ДЛИТЕЛЬНОМ ПРИМЕНЕНИИ УДОБРЕНИЙ И ИЗВЕСТИ
Специальность 06.01.04 - агрохимия
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
доктора биологических наук
Москва – 2007
Работа выполнена в Государственном учреждении Пермский научно-исследовательский институт сельского хозяйства
Научный консультант:
доктор биологических наук, профессор Шевцова Людмила
Константиновна
Официальные оппоненты:
Доктор сельскохозяйственных наук, профессор Мерзлая Генриетта
Егоровна
Доктор сельскохозяйственных наук Фрид Александр
Соломонович
Доктор биологических наук, профессор Никитишен Владимир
Иванович
Ведущее учреждение:
ГНУ Всероссийский научно-исследовательский конструкторский и проектно-технологический институт органических удобрений и торфа (ВНИПТИОУ)
Защита состоится «25» октября 2007 г. в 14 часов на заседании
диссертационного совета Д.006.029.01 при ГНУ Всероссийский
научно-исследовательский институт агрохимии им. Д.Н. Прянишникова.
Адрес: 127550, Москва, И-550, ул. Прянишникова, д.31а, диссертационный
совет Д.006.029.01.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВНИИА
им. Д.Н. Прянишникова
Автореферат разослан “____” ______________ 2007 года
Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью, можно присылать по адресу: 127550, Москва, И-550, ул. Прянишникова, д.31а
Ученый секретарь
диссертационного совета
кандидат биологических наук С.И. Цыганок
Общая характеристика работы
Актуальность темы: Проблема органического вещества почв, начиная с работ В.В.Докучаева, П.А.Костычева и Н.М.Сибирцева занимает одно их центральных мест в почвоведении в целом и в агрономической науке, в частности. Наше поколение с огромным интересом читает научные труды и с большой благодарностью использует в своей работе результаты исследований органического вещества почвы таких ученых - классиков, как Ваксман (1937), И.В Тюрин. (1937), М.М.Кононова (1951, 1963), В.Р.Волобуев (1963, 1968, 1973), В.В.Пономарева., Т.А. Плотникова (1980), Д.С. Орлов (1974, 1990), Л.Н.Алек-сандрова (1980) и др.
В настоящее время исследованию состава и свойств гумуса посвящены труды М.И.Дергачевой (1984), К.В.Дьяконовой (1990), Р.Тейта (1991), Н.Кёршенса (1992), В.А. Черникова (1973-2002), А.М. Лыкова (2004) и др., где предлагаются различные методы и подходы к изучению гумусного состояния, которые наряду с углубленной характеристикой химической структуры и свойств гумусовых веществ дают представление об агрономическом значении отдельных компонентов органического вещества. Особый интерес представляют методы, позволяющие в пределах одного типа почв выделить наиболее агрономически ценные составляющие гумуса, которые в качественном и количественном отношении достаточно чувствительны к условиям агротехники и оказывают существенное воздействие на продуктивность пашни.
В Предуралье вопросам исследования гумусного состояния почв посвящены работы Л.К.Юферовой (1969), В.П.Дьякова (1971), Н.Я.Таракановой (1985), С.И. Поповой (1970-1990 ).
Однако на сегодняшний день нет единого подхода к решению проблемы оптимизации гумусного состояния пахотных почв, не разработаны оптимальные параметры содержания и качественного состава гумуса при разном уровне интенсификации сельскохозяйственного производства, обеспечивающие получение высоких и стабильных урожаев при эффективном использовании органических и минеральных удобрений.
Решение существующих проблем возможно только при проведении систематических исследований в длительных полевых опытах, которые являются фундаментальной базой для изучения воздействия сельскохозяйственного использования земель на плодородие почв, стабильность урожаев сельскохозяйственных культур и окружающую среду.
Цель работы: изучить влияние длительного воздействия различных способов землепользования, удобрений и извести на содержание, состав и свойства гумуса и определить оптимальные параметры гумусного состояния дерново-подзолистых тяжелосуглинистых почв Предуралья, обеспечивающие получение максимальной продуктивности пашни при эффективном использовании различных систем удобрения.
Задачи исследований: изучить динамику содержания и запасов гумуса
дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почвы при различном землепользовании и длительном применении удобрений и извести;
- сформировать электронную базу данных на основе информации многолетних опытов Пермского НИИСХ за весь период их проведения (25-32 года ) по основным параметрам, влияющим на баланс и трансформацию углерода почвы;
- выявить влияние способов землепользования, удобрений и извести на распределение органического углерода и биогенных элементов по профилю почвы;
- изучить влияние способов землепользования, удобрений и извести на содержание инертных и активных компонентов в составе гумуса;
- исследовать фракционно-групповой состав гумуса дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почвы;
- выделить препаративно и исследовать состав и молекулярную структуру гуминовых кислот дерново-подзолистой почвы на основе элементного состава, метода ИК-спектроскопии и дифференциально- термогравиометрического анализа;
- изучить биологическую активность дерново-подзолистой тяжелосуглини-стой почвы при различном землепользовании, внесении удобрений и извести;
- определить оптимальные параметры гумусного состояния пахотных дерново-подзолистых тяжелосуглинистых почв Предуралья, на основе анализа взаимосвязи комплекса основных агрохимических и биологических показателей, с урожаем сельскохозяйственных культур и продуктивностью пашни;
- верифицировать модель динамики и баланса гумуса (Roth –C) (Ротамстедская опытная станция) на информационной базе длительных опытов Пермского НИИСХ для прогноза изменения уровня содержания гумуса при использовании различных агротехнологий.
Научная новизна исследований. Впервые в условиях Предуралья проведены комплексные исследования гумусного состояния дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почвы:
- изучена многолетняя динамика содержания гумуса;
- для пахотных дерново-подзолистых почв данной территории установлен минимальный уровень гумуса (Сmin), равный 0.78 ± 0.01% С и максимальный – 1,42 + 0,03% С; в условиях естественного гумусообразования (многолетняя залежь) - 1.29 ± 0.03% С;
- установлена область необходимого содержания трансформируемого органического вещества (Сtrans), позволяющая получать максимальный урожай культур при эффективном использовании удобрений;
- изучено распределение органического углерода, биогенных элементов и фракций механического состава по профилю. Определены запасы гумуса и азота в метровом слое почвы;
- исследован фракционно-групповой состав гумуса;
- исследовано влияние длительного применения различных способов землепользования, удобрений и извести на интенсивность протекания биологических процессов в почве;
- установлены взаимосвязи между качественным составом гумуса, продуктивностью севооборота и биологической активностью почвы;
- впервые изучен элементный состав и молекулярная структура препаративновыделенных гуминовых кислот дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почвы Предуралья при длительном применении различных агротехнологий;
- сформулировано положение об агрономически оптимальной структуре макромолекул гуминовых кислот, которая характеризуется, с одной стороны, устойчивостью к чрезмерной микробиологической деструкции, а с другой – активным участием в круговороте углерода и определены условия ее формирования;
- проведена верификация динамической модели Roth–C баланса и трансформации углерода на основе информационной базы данных длительных опытов Пермского НИИСХ, которая позволяет составить прогноз изменения уровня содержания углерода в почве на 200 лет;
- установлены оптимальные параметры гумусного состояния пахотных дерново-подзолистых тяжелосуглинистых почв Предуралья, соответствующие экономическим и экологическим критериям и принципам устойчивости почв.
Практическая значимость. Положения и выводы диссертации о критическом минимальном уровне содержания гумуса и диагностические параметры гумусного состояния пахотных почв могут быть использованы при проведении мониторинговых исследований и разработке концепции сохранения и повышения плодородия пахотных дерново-подзолистых почв Предуралья, рекомендаций по эффективному применению различных систем удобрения.
Основные положения, выносимые на защиту
- Теоретическое и экспериментальное обоснование процессов трансформации органического вещества пахотной дерново-подзолистой почвы в зависимости от длительного применения различных способов землепользования, удобрений и извести.
- Динамика и уровни стабилизации гумуса при применении различных способов землепользования и агротехнологий.
- Запасы гумуса и распределение органического углерода и биогенных элементов по профилю дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почвы.
- Оптимальные параметры количества, запасов и качества гумуса дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почвы, позволяющие реализовать основные функции органического вещества и биоклиматический потенциал сельскохозяйственных культур.
- Показатели фракционно-группового состава гумуса и направленность их изменений в зависимости от способов землепользования , систем удобрения и извести.
- Определение агрономически оптимальной молекулярной структуры гуминовых кислот и выявление агротехнических условий ее формирования.
- Оценка состояния биологической активности почв различного землепользования и её изменение при длительном применении систем удобрения.
- Предварительные оптимальные параметры гумусного состояния дерново- подзолистой тяжелосуглинистой почвы, отвечающие принципам экологической и экономической устойчивости почв на современном этапе проведения многолетних опытов.
- Верифицированная модель баланса и трансформации гумуса (Roth –C), позволяющая использовать электронную информационную базу данных длительных опытов для исследования дальнейших изменений уровня содержания гумуса при различном сельскохозяйственном использовании почвы.
Апробация результатов исследований. Материалы диссертации использованы при составлении рекомендаций по методам воспроизводства почвенного плодородия, регулирования содержания и состава органического вещества (Пермь, 2005) и составляют основу сборника научных трудов Пермского НИИСХ «Агротехнологические аспекты адаптивно-ландшафтного земледелия и органическое вещество пахотных почв Предуралья», Пермь, 2006.
Основные положения работы доложены на Всероссийской научно-практической конференции «Совершенствование технологического и технического обеспечения производства и применения органических удобрений», Киров, 2002 г; на международных научно-практических конференциях: «Агротехнологические функции органического вещества почв и использование органических удобрений и биоресурсов в ландшафтном земледелии», Владимир, 2004; «Методы исследования органического вещества почв», Владимир, 2005; «Агроэкологическая эффективность применения средств химизации в современных технологиях возделывания сельскохозяйственных культур», Москва, 2005; «Основные итоги и приоритеты научного обеспечения АПК Евро-Северо-Востока», Киров, 2005; на координационном совещании «Совершенствование систем земледелия Уральского региона», Екатеринбург, 2005; на III Всероссийской конференции «Гуминовые вещества в биосфере», С-Петербург,2005; на Международной научно-практической конференции «Агрохимические приемы повышения плодородия почв и продуктивность сельскохозяйственных культур в адаптивно-ландшафтных системах земледелия», Москва, 2006.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 23 печатных работы общим объемом 12.95 п.л., в том числе: рекомендаций - 1, сборник научных трудов – 1.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, 5 разделов экспериментальной части, заключения, основных выводов и списка литературы. Работа изложена на … страницах, содержит 57 таблиц , 24 рисунка, 14 приложений. Список литературы включает 357 работ отечественных и 32 зарубежных авторов.
В работу вошли результаты собственных исследований автора.
Благодарности. Автор выражает искреннюю благодарность научному консультанту доктору биологических наук, профессору Л.К. Шевцовой за ценные советы и замечания при подготовке диссертации; заведующей отделом агрохимии и земледелия Пермского НИИСХ А.И.Косолаповой, ответственным исполнителям полевых опытов и соавторам публикаций Е.М.Митрофановой, В.Р.Ямалтдиновой, И.Д.Сосниной и работникам аналитической лаборатории Т.М.Костаревой, С.Н. Красильниковой, Е.Ф.Гарцевой за активную помощь и непосредственное участие в проведении полевых и лабораторно-аналитических работ.
Объекты и методы исследований. Исследования проводили в трех длительных стационарных опытах, заложенных на дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почве под руководством С.И. Поповой. Краткая характеристика опытов приведена в таблице 1. Агротехника соответствовала зональным рекомендациям. Учет урожая – сплошной поделяночный.
Экспериментальная работа по оценке качественных и количественных изменений гумусного состояния дерново-подзолистых почв проводилась на базе аналитической лаборатории ПНИИСХ. Для проведения исследований в трех длительных опытах были отобраны почвенные образцы в 2001-2005 гг. после уборки урожая возделываемых культур. Отбор образцов проводили с трех полевых повторений по пяти точкам на каждом повторении из пахотного (0-20 см) горизонта. Для изучения динамики гумуса были использованы архивные образцы. Запасы гумуса в метровом слое дерново-подзолистой почвы и его распределение по профилю изучали на глубинных образцах, которые отбирали с двух полевых повторений по трем точкам на каждом, ручным буром послойно с шагом 20 см до глубины 100 см.
В почвенных образцах проводили следующие виды исследований:
- определение рНКСl по методу ЦИНАО. ГОСТ 26483-85;
- определение гидролитической кислотности по методу Каппена в
модификации ЦИНАО. ГОСТ 26212-91;
- определение суммы поглощенных оснований по методу Каппена. ГОСТ 27821-88;
- определение подвижных соединений фосфора и калия по методу Кирсанова в модификации ЦИНАО. ГОСТ 26207-91;
- метод определения обменной кислотности. ГОСТ 26484-85;
- определение гумуса по методу Тюрина;
- общий азот по методу Кьельдаля;
- легкогидролизуемый азот по Тюрину и Кононовой;
- аммиачный азот по методу ЦИНАО. ГОСТ 26489-85;
- определение нитратов потенциометрический. ГОСТ 26489-85
- определение обменного кальция и магния методом ЦИНАО
ГОСТ 26487-85;
- гранулометрический состав почвы по методу Качинского;
- групповой и фракционный состав гумуса по схеме Тюрина в модификации Пономаревой и Плотниковой.
Для характеристики природы гуминовых кислот определяли их оптические свойства, снимая спектры гуматов натрия в видимой области (400-750 нм) на спектрофотометре КФК-3 МП.
Препаративное выделение гуминовых кислот осуществляли трехкратным экстрагированием 0.1н раствором NаОН из декальцированной почвы. Для очистки от илистой фракции применяли коагулятор (Nа2S04) и центрифугирование. Из раствора гумусовых веществ, очищенного от минеральных примесей, гуминовые кислоты осаждали при t 50-60°С подкислением раствора до рН 2-3. Для дальнейшей очистки препаратов гуминовых кислот проводили их двухкратное переосаждение. Препараты высушивали при температуре 40°С.
Изучение молекулярной структуры гуминовых кислот выделенных препаративно, проводили в Тимирязевской сельскохозяйственной академии и на кафедре почвоведения Ленинградского государственного университета:
- элементный состав гуминовых кислот определяли на СНN–элементном анализаторе фирмы «Реrkin-Elmer» (США). Количество кислорода вычисляли по разности;
- идентификацию важнейших атомных группировок и элементов
структуры молекул гуминовых кислот проводили методы инфракрасной спектроскопии на двухлучевом спектрометре Spесоrd-М80 (производство ГДР) в диапазоне волновых чисел 4000-400 см-1;
- термический анализ препаратов гуминовых кислот проводили на приборе Q – 1500 Д (производство ВНР). Навеска образца колебалась в пределах 40-50 мг. Скорость поднятия температуры 10 0/мин. В качестве эталона использовали прокаленный оксид Al (Al2О3). Анализ проводили в интервале температур от комнатной до 10000 С.
Биологические свойства почвы изучали с помощью комплекса известных методов:
- нитрифицирующая способность почвы по методу Кравкова в модификации Болотиной и Абрамовой;
- количество продуцируемой углекислоты определяли методом Аксенова С.М. и Банкина М.П. путем компостирования почвы при температуре 280С, влажности 60% ПВ, фиксируя выделение СО2 на газовом хронометре ХРОМ-5;
- степень разложения клетчатки - методом «аппликаций».
Определение численности микроорганизмов отдельных физиологических групп проводили в институте экологии и генетики микроорганизмов Уральского отделения РАН (г. Пермь) методом высева из предельных десятичных разведений пробы на соответствующие среды с последующим расчетом по таблицам МакКреди.
Таблица 1 - Характеристика длительных опытов Пермского НИИСХ
| ОПЫТ 1 ( год закладки - 1977) Ответственный исполнитель опыта Соснина И.Д. | |||||||||
| Тип землепользования | Вариант опыта | Известь, т/га | Среднегодовые дозы удобрений | ||||||
| Навоз, т/га | NРК кг/га д.в. | ||||||||
| N | Р2О5 | К2О | |||||||
| Бессменный пар | - | 10 (перед закладкой опыта) | - | - | - | - | |||
| Бессменный ячмень | Без удобрений | - | - | - | - | ||||
| NРК | - | 60 | 60 | 60 | |||||
| Типичный севооборот | Навоз | 6 | - | - | - | ||||
| -чистый пар - озимая рожь -яровая пшеница -клевер 1 г.п. -клевер 2 г.п. -ячмень - овес | Навоз +NPK | 6 | 34 | 30 | 43 | ||||
| Севооборот с высоким насыщением бобовыми (42.8%)* : - клевер 1 г.п. - клевер 2 г.п. - озимая рожь - ячмень - люпин - ячмень - пшеница с подсевом клевера | Без удобрений | - | - | - | - | ||||
| NPK | - | 38 | 38 | 51 | |||||
| Залежь | | - | - | - | - | ||||
| ОПЫТ 2 (год закладки -1980) Ответственный исполнитель Митрофанова Е.М. | |||||||||
| Севооборот : - чистый пар -озимая рожь -яровая пшеница -клевер 1 г.п. -клевер 2 г.п. - ячмень - овес | -контроль | - | - | - | - | - | |||
| -СаСО3 по 0.5 г.к. | 3.7 | - | - | | | ||||
| -СаСО3 по 1.0 г.к. | 7.5 | - | - | | | ||||
| -NPK | - | - | 21 | 34 | 35 | ||||
| -NPK+СаСО3 по 0.5 г.к. | 3.9 | - | 21 | 34 | 35 | ||||
| -NPK+СаСО3 по 1.0 г.к. | 8.6 | - | 21 | 34 | 35 | ||||
| -2NPK | - | - | 41 | 69 | 70 | ||||
| -2NPK+CаСО3 по 0.5 г.к. | 3.8 | - | 41 | 69 | 70 | ||||
| -2NPK+CаСО3 по 1.0 г.к. | 7.5 | - | 41 | 69 | 70 | ||||
| - СаСО3 по 1.0 г.к. + СаСО3 по 0.5 г.к. | 7.5+2.2** | - | - | - | - | ||||
| -NPK+CаСО3 по 1.0 г.к. +СаСО3 по 0.5 г.к. | 8.6+2.3** | - | 21 | 34 | 35 | ||||
| 2NPK+CаСО3 по 1.0 г.к. +СаСО3 по 0.5 г.к. | 7.5+2.5** | - | 41 | 69 | 70 | ||||
| ОПЫТ 3 (год закладки - 1971) Ответственный исполнитель Ямалтдинова В.Р. | |||||||||
| Севооборот: - чистый пар -оз.рожь -яровая пшеница -клевер 1 г.п. -клевер 2 г.п. -ячмень -картофель -овес | -Без удобрений -Навоз 10 т/га в год -NPK, экв. 10 т/га навоза -Навоз 5 т/га +NPKэкв.. 5 т/га навоза - Навоз 10 т/га +NPKэкв. 10 т/га навоза -Навоз 20 т/га -NPK экв.20 т/га -Навоз 20 т/га навоза + NPKэкв. 20 т/га навоза | 5 (в первой ротации после озимой ржи) | - 10 - 5 10 20 - 20 | - - 38 19 38 - 70 70 | - - 23 12 23 - 43 43 | - - 48 24 48 - 89 89 | |||
*Севооборот введен в 1993 г. 1993-96 гг. – N, с 1997 - NPK; ** известь внесена во второй ротации севооборота
Результаты исследований
- Динамика содержания гумуса при длительном применении
различных агротехнологий
Опыт 1 представляет собой особый интерес, так как кроме пахотных почв с применением различных агротехнологий имеет делянки с бессменным паром и залежью. Результаты исследования динамики содержания гумуса за 28 лет ведения опыта представлены в таблице 2. Многолетнее парование дерново-подзолистой почвы, интенсивная механическая обработка и отсутствие поступления растительных остатков обусловило снижение содержания гумуса в пахотном слое на 30% по сравнению с исходным (1.90%). Максимальные потери наблюдались в первые 7 лет ведения опыта. В последующие годы темпы минерализации значительно снизились, с 1984 г. по 2001 г. содержание гумуса изменилось с 1.42 до 1.34%.
Таблица 2 - Динамика гумуса в длительном опыте 1 при различном
землепользовании ,%
| Тип землепользования | Годы наблюдений | ||||
| 1977 | 1983 | 1993 | 2001 | 2005 | |
| Бессменный чистый пар | 1.90 | 1.42 | - | 1.34 | 1.34 |
| Бессменный ячмень, без удобрений | -«- | 1.72 | - | 1.54 | 1.59 |
| Бессменный ячмень,N60P60К60 | -«- | 1.82 | - | 1.69 | 1.70 |
| Типичный севооборот, навоз | -«- | 1.90 | - | 1.92 | 2.11 |
| Типичный севооборот, навоз +N60P60К60 | -«- | 1.93 | - | 2.00 | 2.29 |
| Севооборот с высоким насыщением бобовыми культурами (42.8%),без удобрений | -«- | - | 1.71 | 1.75 | 1.83 |
| Севооборот с высоким насыщением бобовыми культурами (42,8%), N60P60К60 | -«- | - | 1.71 | 1.89 | 1.90 |
| Залежь | -«- | - | - | 2.17 | 2.24 |
| НСР05 | | | | 0.11 | 0.08 |
Поступление в почву растительных остатков даже в незначительном количестве (вариант: Бессменный ячмень, без удобрений) несколько замедлило скорость минерализации органического вещества и способствовало поддержанию гумуса на уровне 1.54-1.59%, а с внесением минеральных удобрений (NPK по 60 кг д.в. на 1 га) - 1.69-1.70%.
В типичном для Предуралья семипольном севообороте с двумя полями многолетних трав (зеленая масса отчуждается) при применении подстилочного навоза из расчета по 6 т/га сохранен исходный уровень содержания гумуса. Совместное применение органических и минеральных удобрений повысило уровень гумусированности почвы до 2.29% .
Насыщение зернотравяного семипольного севооборота бобовыми культурами до 42,8% (два поля клевера и одно люпина однолетнего) при отчуждении зеленой массы трав не привело к заметному повышению уровня гумусированности почвы. На варианте без минеральных удобрений к 2001 г. его содержание было близким к исходному и составило 1.75%. Дополнительное внесение удобрений в севообороте с высоким насыщением бобовыми, обеспечило бездефицитный баланс гумуса.
В залежной почве установилось максимальное (по Л.П.Шишову и Б.М.Когут) в естественных условиях почвообразования содержание гумуса (2.17-2.24%), что соответствует целинной почве.
В опыте 2 известкование дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почвы действовало на содержание гумуса по-разному в зависимости от доз и способов внесения. Внесение извести по 0.5 и 1. 0 г.к. перед закладкой опыта без минеральных удобрений не способствовало сохранению исходного уровня гумусированности дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почвы, наблюдалось его снижение от исходного на 14.4 и 20.2% соответственно (таблица 3).
Таблица 3 - Динамика содержания гумуса в почве длительного опыта 2, %
| Вариант | Исходное (1980 г.) | I ротация (1987 г.) | II ротация (1993 г.) | III ротация (2000 г.) | Убыль гумуса за 21 год к исходному содержанию в почве, % |
| Контроль | 2.69 | 2.59 | 2.39 | 2.09 | 22.0 |
| СаСО3 по 0.5 г.к. | 2.64 | 2.67 | 2.52 | 2.26 | 14.4 |
| СаСО3 по 1.0 г.к. | 2.97 | 2.60 | 2.63 | 2.37 | 20.2 |
| NPК | 2.76 | 2.56 | 2.48 | 2.28 | 17.4 |
| NPК+СаСО3 по 0.5 г.к. | 2.74 | 2.52 | 2.40 | 2.31 | 15.7 |
| NPК+СаСО3 по 1.0 г.к. | 2.75 | 2.63 | 2.54 | 2.29 | 16.7 |
| 2 NPК | 2.68 | 2.60 | 2.50 | 2.34 | 12.7 |
| 2 NPК+СаСО3по 0.5 г.к. | 2.72 | 2.65 | 2.52 | 2.35 | 13.7 |
| 2 NPК+СаСО3по 1.0 г.к. | 2.85 | 2.74 | 2.58 | 2.68 | 6.0 |
| СаСО3 по 1.0 г.к. + СаСО3 по 0.5 г.к. | 2.64 | 2.50 | 2.53 | 2.33 | 11.7 |
| NPК +СаСО3 по 1,0 г.к. +СаСОз по 0.5 г.к. | 2.75 | 2.64 | 2.64 | 2.53 | 8.0 |
| 2 NPК+СаСОз по1.0 г.к. +СаСОз по 0.5 г.к. | 2.82 | 2.84 | 2.82 | 2.82 | 0.0 |
| НСР05 | 0.10 | 0.09 | 0.07 | 0.06 | |
Проведение повторного известкования во второй ротации севооборота уменьшило потери гумуса до 11.7%. При известковании почвы в сочетании с минеральными удобрениями ( вариант 2NРК + Са по 1.0 г.к.) потери гумуса за 21 год составили только 6.0%. Исходный уровень содержания гумуса (2.82% ) был сохранен на варианте 2NPK +СаСОз по 1.0 г.к. +СаСОз по 0.5 г.к.
Во второй и третьей ротациях севооборота усилились темпы минерализации гумуса, что, по-видимому, связано с ослабляющим действием извести.
В опыте 3 насыщение пашни навозом по 10 т/га обеспечило не только сохранение исходного уровня содержания гумуса в течение четырех ротаций севооборота, но и несколько повысило его. Уровень гумуса составил в этом варианте 2.25%, что на 9% выше, чем в исходной почве. Увеличение дозы навоза до 20 т/га в год существенно обогатило почву органическом веществом. Прирост гумуса за три ротации восьмипольного севооборота составил 17%.
Совместное внесение 10 т/га навоза и эквивалентного количества NРК способствовало улучшению целого комплекса показателей, в частности, заметно увеличилось содержание подвижного фосфора и калия (33.1 и 34.8 мг/100 г соответственно), а также гумуса, наличие которого через 32 года ведения опыта составило 2.37%.
Многолетняя динамика гумуса при применении различных систем удобрения представлена на рис. 1. Начальной точкой явилось исходное содержание, равное 2.06% .
Тренды динамики гумуса показывают, что к концу третьей ротации уровень гумуса в почве приблизился к равновесному и далее его количество слабо изменялось. При этом уровни содержания гумуса установились различными в зависимости от применяемых систем удобрений: минимальный – на контроле без удобрений (1.82%), максимальный – при внесении 10 т навоза совместно с NPK (2.37%).
В целом по трем опытам выявлено, что потеря или накопление гумуса наиболее интенсивно происходило в первые годы после резкого изменения условий землепользования, затем его количество стабилизировалось на определенном стационарном уровне.
1.2. Влияние приемов землепользования удобрений и извести на распределе-
ние органического углерода и биогенных элементов по профилю почвы
Изменение гранулометрического состава профиля почвы в ходе агрогенеза принадлежит к числу наиболее важных и трудно регулируемых факторов, определяющих динамику почвенного плодородия (Козловский, 2003). Определение гранулометрического состава по методу Качинского показало, что почва опыта 1 тяжелосуглинистая, крупнопылеватая, содержание физической глины > 40%. Отмечена тенденция к увеличению содержания фракции крупной пыли в пахотном горизонте при внесении удобрений, особенно органических. Максимальным (40.9%) количеством частиц данной фракции характеризуется почва типичного севооборота при внесении навоза совместно с NPK (таблица 4). Вниз по профилю содержание этих частиц постепенно уменьшается. При длительном применении приемов землепользования в составе механических фракций отмечено изменение содержания ила в слое 0-20 см от 14.5 до 18.8%. Максимальное его количество определено в почве бессменного пара, а минимальное – в почве залежи и на варианте с применением навоза. Вниз по профилю содержание илистых частиц возрастет до 35.5%. В целом содержание физической глины в нижележащих горизонтах (40-100 см) значительно выше, чем в пахотном слое, что, по-видимому, объясняется влиянием почвообразующей породы, которая богата физической глиной. Значимых изменений других фракций гранулометрического состава по профилю не установлено.
В опыте 2 известкование слабо повлияло на гранулометрический состав почвы. Отмечена лишь тенденция к увеличению частиц крупной пыли и уменьшение фракции ила при внесении извести и минеральных удобрений с 15.3% на контроле до 11.6% - на варианте 2NPK + СаСО3 по 1.0 г.к.
В опыте 3 органо-минеральная система удобрения (навоз 10 т/га + экв. NPK) способствовала повышению содержания фракции крупной пыли в пахотном слое до 32.9% относительно 27.9% на контроле. Для фракции ила отмечена обратная тенденция. Максимальное его количество (19.3%) было в почве контрольного варианта, минимальное (14.6%) – на варианте Навоз 10 т/га + экв. NPK. Характер распределения фракций гранулометрического состава в опытах 2, 3 по профилю аналогичен их распределению в опыте 1.
Длительное применение различных агротехнологий не изменило классификационную принадлежность исследуемой почвы по гранулометрическому составу, но повлияло на ее агрохимические параметры и распределение биогенных элементов по профилю. Основные изменения произошли в пределах верхнего 0-40 см слоя и обусловлены типом землепользования, известкованием и внесением органических и минеральных удобрений.
В опыте 1 длительное парование и возделывание монокультуры без удобрений привело к потере почвой основных элементов питания. Содержание подвижного фосфора и обменного калия уменьшилось за 25 лет ведения опыта почти на 40%, гумуса – на 30%. Не выявлено закономерных изменений катионов кальция и магния под влиянием различных приемов землепользования. Установлено, что концентрация этих элементов увеличивается в глубь по профилю. Аналогичная тенденция отмечена для подвижных форм фосфора и калия, концентрация которых в верхнем 0-40 см слое почвы значительно ниже, чем в нижележащих горизонтах.