Изменение состава минеральной части выщелоченного чернозема при длительном применении удобрений в условиях Центрального Черноземного района РФ

Вид материала

Содержание

Подобный материал:

1 2 3

На правах рукописи

Мустафа Машхур Исра

Изменение состава минеральной части

выщелоченного чернозема при длительном

применении удобрений в условиях Центрального

Черноземного района РФ

Специальность – 03.00.27 – почвоведение

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата сельскохозяйственных наук

Санкт-Петербург Пушкин – 2009

Диссертационная работа выполнена на кафедре почвоведения им. Л.Н. Александровой ФГОУ ВПО «Санкт-Петербургский Государственный Аграрный Университет»

Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук,

профессор Донских Иван Николаевич

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук

Литвинович Андрей Витальевич

кандидат сельскохозяйственных наук

Бакина Людмила Георгиевна

Ведущая организация: Санкт-Петербургский Государственный

Университет

Защита диссертации состоится « 19 » марта 2009 года в 15 часов на заседании диссертационного совета ДМ 220.060.03 при Санкт-Петербургском государственном аграрном университете по адресу: 196601, Санкт-Петербург – Пушкин, Петербургское шоссе, д. 2, корпус 1а, аудитория 239. Тел. (812) 476-44-44 (доб. 298), факс (812) 465-05-05, e-mail:spbgau@mail.ru.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного аграрного университета.

Автореферат разослан « 11 » февраля 2009 года.

Автореферат размещен на сайте u.ru « 11 » февраля 2009 года.

Ученый секретарь

диссертационного совета

кандидат сельскохозяйственных

наук, доцент Н.Ф. Лунина

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Чернозем является единственной почвой, в которой органическая и минеральная части находятся в наиболее оптимальном состоянии. Несмотря на то, что чернозем представляет довольно устойчивую природную систему, его современное агроэкологическое состояние вызывает большую тревогу. Интенсивная эксплуатация плодородия черноземов без соответствующих компенсационных мер привела к их сильной антропогенной деградации. Наряду с потерей гумуса, подкислением в черноземах происходят процессы по изменению минеральной части. В пахотных черноземах баланс ила в большой степени сдвигается в отрицательную сторону по сравнению с целинными аналогами. Обезиливание, максимальная интенсивность которого отмечается в пахотных горизонтах, усиливается в выщелоченных и оподзоленных черноземах (Щеглов, 2004). Сельскохозяйственное использование черноземов приводит к однонаправленному изменению структуры в сторону увеличения доли агрегатов более 10 мм и уменьшению зернистой и пылеватой фракций. В агрегатном составе наблюдается снижение водоустойчивости и размеров структурных элементов.

Интенсивное использование черноземов приводит к значительным потерям многих важных химических элементов. Наблюдается отрицательный баланс кальция, магния, калия и других элементов. В.А. Ковда (1973) отмечал, что в процессах выветривания и почвообразования образуются значительные количества вторичных соединений, отличающихся различной геохимической подвижностью. Включаясь в новые циклы геологического, почвенного и биологического круговорота веществ, они переживают сложную историю миграции, перераспределения, взаимодействия и аккумуляции.

В этой связи вызывает большой интерес влияние длительного систематического применения различных систем удобрения на изменение минеральной части выщелоченного чернозема.

Цель и задачи исследований. Целью настоящей работы было изучение изменения гранулометрического, микроагрегатного состава, содержания отдельных макро- и микроэлементов в выщелоченном черноземе при длительном и систематическом применении различных систем удобрения.

В связи с этим основными задачами работы были:

– изучить изменения гранулометрического состава при использовании удобрений и дефеката;

– исследовать микроагрегатный состав;

– выявить изменения в гидрохимическом составе почвенных растворов при длительном применении удобрений и мелиоранта;

– определить изменения в валовом содержании и запасах железа, кальция, магния, калия, натрия и степени мобилизации соединений их при длительном применении удобрений;

– изучить изменения валового содержания и подвижных соединений меди, марганца, молибдена, бора, цинка, кобальта и никеля, при использовании удобрений и мелиоранта.

Научная новизна и практическая ценность. Показано, что в почвах всех вариантов наблюдается в сравнении с почвообразующей породой накопление ила в результате постоянно идущих процессов оглинивания. Длительное применение органо-минеральных систем удобрения привело к образованию значительных масс илистых частиц, не пошедших на цементацию микроагрегатов. Использование удобрений способствовало мобилизации соединений железа особенно в пахотном слое. Органо-минеральные системы удобрения привели к существенному уменьшению доли обменного катиона Ca²⁺ в общих запасах этого элемента. Применение дефеката резко снижает мобилизуемость соединений магния и калия. Длительное применение удобрений привело к небольшому снижению уровня аккумуляции соединений меди в сравнении с контролем (10-25%). Органо-минеральные системы и дефекат снизили запасы подвижных соединений меди и марганца. При длительном использовании удобрений и дефеката снижаются общие запасы цинка, но сохраняется достаточно высокий уровень обеспеченности почв подвижными соединениями цинка и бора. Содержание и запасы кобальта и никеля мало изменились под действием удобрений и мелиоранта.

Результаты работы могут быть использованы при разработке систем удобрения для сельскохозяйственных культур, возделываемых на выщелоченном черноземе в Центральном Черноземном районе РФ. Они могут быть использованы при преподавании курсов почвоведения и агрохимии в сельскохозяйственных вузах и университетах.

Апробация работы. Результаты исследований были доложены и обсуждены: на научных конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов Санкт-Петербургского государственного аграрного университета в 2007 и 2008 годах, на юбилейных Докучаевских молодежных чтениях «Почвы и техногенез» в СПБГУ 1-3 марта 2007 года и на Международной научно-практической конференции «Агрохимия и экология: история и современность», посвященной 80-летию со дня рождения проф. Сиротина Ю.П. в Нижегородской государственной сельскохозяйственной академии 15-18 апреля 2008г.

Публикации. По результатам диссертационных исследований опубликовано 13 работ, в т.ч. шесть работ в изданиях, рекомендованных ВАК.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, семи глав, общих выводов и приложения. Материалы диссертации изложены на 317 страницах, диссертация содержит 46 таблиц и 32 рисунка. Список литературы включает 362 наименований, в том числе 39 на иностранных языках.

Содержание работы

1. Особенности формирования гранулометрического и химического состава черноземов при длительном их сельскохозяйственном использовании.

В данной главе приведен анализ отечественных и зарубежных исследований по влиянию сельскохозяйственного использования черноземов на гранулометрический состав и структурное состояние. Дана характеристика работам, отражающих изменчивость процессов аккумуляции и миграции химических макро- и микроэлементов при интенсивном сельскохозяйственном использовании черноземных почв.

2. Объекты и методы исследований. Изучение влияния длительного применения различных систем удобрения на изменение минеральной части чернозема выщелоченного проводилось на основе длительного стационарного опыта, заложенного в 1987 году на опытном поле кафедры агрохимии Воронежского государственного аграрного университета им. К.Д. Глинки. Опыт состоит из 15 вариантов. Мы включили в программу исследований 6 вариантов: 1. Контроль без удобрений; 2.Фон – 40 т/га навоза за ротацию; 3.Фон + N₆₀P₆₀K₆₀ – ежегодно; 4.Фон +N₁₂₀P₁₂₀K₁₂₀ – ежегодно; 5.Фон +дефекат 28 т/ га за ротацию; 6. Дефекат + N₆₀P₆₀K₆₀ – ежегодно. Кроме того, для сравнения исследовалась целинная черноземная почва, участок которой примыкает непосредственно к опытному полю кафедры. Опыт заложен в четырехкратной повторности. В опыте возделывались следующие культуры в севообороте: пар чистый – озимая пшеница – сахарная свекла – викоовсяная смесь (однолетние травы) – озимая рожь – ячмень. Опыт развернут во времени и в пространстве. Площадь опытной делянки – 90 м².

Все сельскохозяйственные культуры в севообороте выращиваются с учетом агротехнических требований их возделывания в условиях Воронежской области. Минеральные удобрения вносили ежегодно в соответствующих дозах NPK. Применяли аммиачную селитру, двойной суперфосфат, калий хлористый. Навоз вносил один раз в шесть лет в чистом пару под озимую пшеницу. С 1987 года прошло 18 лет. Отбор образцов для исследований производили в 2005–2006 годах.

Для общей характеристики почвы были отобраны образцы из разреза 1, заложенного на делянке контрольного варианта. В образцах определяли: обменную кислотность потенциометрическим методом в суспензии 1 M KCl , (Практикум по почвоведению, 1980). Обменные катионы Ca²⁺и Mg²⁺ вытесняли из почвы 1 M раствором NaCl. Непосредственное определение обменных катионов производили трилонометрическим методом (Александрова, Найденова, 1986).

Гранулометрический состав определяли по методу Н.А. Качинского (1958) с подготовкой почвы к анализу пирофосфатным методом (Вадюнина, Корчагина, 1986). Содержание гумуса находили по методу И.В. Тюрина, в модификации В.Н. Симакова (Александрова, Найденова, 1986).

Среди показателей, отражающих изменение минеральной части выщелоченного чернозема при длительном применении удобрений, в работе исследовали: гранулометрический и микроагрегатный составы по методу Н.А. Качинского. На основе анализа изменчивости основных фракций гранулометрического состава устанавливалось наличие процессов оглинивания по И.А. Крупеникову. Валовое содержание железа, кальция, магния, калия и натрия определяли на рентгенофлюоресцентном спектроанализаторе фирмы «ORTEC – TEFA». Валовое содержание микроэлементов – марганца, меди, молибдена, цинка, кобальта, никеля, бора находили флюресцентным методом с возбуждающей рентгеновской трубкой модели 6110 фирмы ORTEC-TEFA. Подвижные соединения микроэлементов извлекали из почвы 1н раствором CaCl₂ в присутствии ЭДТА по методу A. Cottenie, 1982.

Образцы почв отбирали послойно через 20 см на глубину 1 м, с делянок двух повторений. В пределах площади делянок формировали смешанные образцы из 10 точек в количестве трех образцов с глубин 0-20 и 20-40 см и из пяти точек с глубин 40-60; 60-80 и 80-100 см.

Статистическую обработку экспериментальных данных выполняли на персональном компьютере с помощью программы STATISTICA. Оформление рукописи производилось согласно общим требованиям к текстовым документам ГОСТ- 2.105 – 79 (СТ СЭВ 2667 – 80).

Почва – выщелоченный чернозем характеризуется типичными для этого подтипа свойствами. Средняя мощность гумусового горизонта – 65 см. По гранулометрическому составу почва является тяжелосуглинистой, крупнопылевато – иловатой с содержанием ила по профилю 33-35%. Почва характеризуется средне- и слабокислой реакцией. Содержание обменного катиона Ca²⁺ в слое 0-40 см – равно 18,37 мг-экв/100г. с глубиной оно уменьшается до 10,6 – 15,24 мг-экв/100г. Содержание обменного Mg²⁺,наоборот, с глубиной повышается с 3,34 мг-экв/100г в слое 0-20 см до 7,29-9,28 мг-экв/100г. в более глубоких горизонтах. Степень насыщенности основаниями высокая – 82,98-90,37%. Содержание гумуса изменяется от 4,21% в слое 0-20 см до 2,06% в горизонте 60-80 см. В соответствии с содержанием гумуса изменяется обеспеченность данной почвы азотом с 0,222% в слое 0-20 см до 0,110-0,146% в нижних горизонтах. Содержание подвижных соединений фосфора и калия среднее.

3. Особенности формирования гранулометрического состава выщелоченного чернозёма при длительном применении различных систем удобрения.

Исследуемые черноземные почвы являются тяжелосуглинистыми с содержанием физической глины 47-56%. Верхние горизонты почв изучаемых вариантов (0-40 см), как правило, содержат меньше физической глины (46-49%), а нижние (60-100 см) – 52-56%. Содержание среднего песка небольшое (6-10%). В почве всех вариантов наблюдается отчетливое накопление песчаных частиц в слое 0-40 см и закономерное уменьшение их с глубиной. Мелкопесчаная фракция представлена достаточно отчетливо. Количество ее колеблется по вариантам от 9 до 20%. В почвах вариантов «фон + N₆₀P₆₀K₆₀» и «фон + N₁₂₀P₁₂₀K₁₂₀» содержание ее более низкое (13-17%), чем в почвах других изучаемых вариантов. В почвах вариантов, в которых испытывались системы удобрения, наблюдается обеднение этой фракцией слоя 0-40 см.

Крупнопылеватия фракция в составе гранулометрических частиц занимает большой удельный вес, 17-27%. Наибольшее содержание крупной пыли в почве контрольного варианта и вариантов «фон + N₆₀P₆₀K₆₀» и «фон + N₁₂₀P₁₂₀K₁₂₀» – 24-28%.

Средне- и мелкопылеватые частицы в профиле почв всех вариантов распределены равномерно. В почвах большинства вариантов профили характеризуются примерно одинаковым содержанием мелкопылеватых и среднепылеватых частиц.

Преобладающой гранулометрической фракцией в изучаемых почвах является илистая. Содержание ее по профилю колеблется в пределах 29-37%. Распределение ила по профилю целинного чернозема, а также почв вариантов «контроль», «фон+дефекат» равномерное – 31-33%. В почвах вариантов «фон», «дефекат + N₆₀P₆₀K₆₀» наблюдается обеднение илом слоя 0-40 см и обогащение им нижележащих горизонтов. В почвах вариантов «фон + N₆₀P₆₀K₆₀» и «фон + N₁₂₀P₁₂₀K₁₂₀» элювиальная часть профиля по илу достигает 60-80 см, а также отчетливо выражен иллювиальный горизонт.

Определение послойных запасов ила и коэффициентов накопления его показало, что наблюдается аккумуляция илистых частиц в нижних горизонтах. Особенно отчетливо проявилась такая аккумуляция при длительном применении органо-минеральных систем удобрения.

Определение элювиально-аккумулятивных коэффициентов по илу в почвах всех вариантов показало, что метровая толща выщелоченного чернозема обогащается илистой фракцией в сравнении с почвообразующей породой. В пределах этой толщи наблюдается перераспределение ила. Наиболее отчетливо формируются элювиальные и иллювиальные горизонты в почвах вариантов, где применялись органические и органо-минеральные системы. Использование дефеката, наоборот, способствовало равномерному распределению ила в пределах профиля.

Выявлена функциональная положительная зависимость между илом и суммарным содержанием мелко- и среднепылеватой фракций. Это позволяет считать, что накопление илистых частиц сопровождается достаточно высокой аккумуляцией дисперсных пылеватых частиц.

Результаты определения коэффициентов оглинивания (табл. 1) показывают, что накопление ила в почвах изучаемых вариантов является результатом постоянно идущих процессов оглинивания.

Таблица 1. Коэффициенты оглинивания выщелоченного чернозема при длительном применении разных систем удобрения.

Глубина, см	Целина	Контроль	Фон	Фон + N₆₀P₆₀K₆₀	Фон + N₁₂₀P₁₂₀K₁₂₀	Фон + дефекат	Дефекат + N₆₀P₆₀K₆₀
0-20	1,02	1,10	0,95	1,12	1,05	1,16	1,10
20-40	1,07	1,09	1,16	1,02	1,05	1,19	1,16
40-60	1,14	1,14	1,07	1,12	1,09	1,22	1,14
60-80	1,17	1,14	1,12	1,16	1,21	1,19	1,14
80-100	1,12	1,17	1,05	1,22	1,21	1,22	1,21

Наиболее интенсивно процессы оглинивания минеральной части наблюдаются при применении дефеката. Обнаружено, что в ряде вариантов «фон + N₆₀P₆₀K₆₀» и «фон + N₁₂₀P₁₂₀K₁₂₀» оглинивание наиболее отчетливо проявляется в нижних горизонтах почв.

4. Микроагрегатный состав выщелоченного чернозема при длительном применении различных систем удобрения.

Содержание агрегатов (фракция 1-0,25 мм) в целинной черноземной почве наиболее высокое (32,5%) в верхнем (0-20 см) слое. С глубиной количество их постепенно уменьшается. Среди микроагрегатов преобладают две группы – 0,25-0,05 и 0,05-0,01 мм – 38,04-77,56%. С глубиной доля их закономерно возрастает. Суммарное количество агрегатов <0,01 мм небольшое (7,21-11,65%) Доля микроагрегатов <0,001 мм очень мала и изменяется в пределах профиля от 1,11 до 3,33%.

В почве контрольного варианта высокое (22,11-25,6%) содержание агрегатов размером 1-0,25 мм, а микроагрегатов (>0,01 мм) значительно меньше, чем в целинном черноземе. По профилю четко выражены горизонты как с более высокой долей участия их, так и зоны с меньшим количеством. Содержание микроагрегатов <0,01 мм очень низкое – 5,4-8,8%, а агрегатов <0,001 мм также меньше (1,1-2,22%), чем в почве целинного чернозема. В почве фонового варианта отчетливо выделяется горизонт 20-40 см, в котором сосредоточено максимальное (34,61%) количество агрегатов от 1 до 0,25 мм. При этом доля микроагрегатов размером 0,25-0,05 мм, наоборот, снижена. В распределении микроагрегатов фракции 0,05-0,01 мм наблюдаются зоны более высокого и низкого содержания ее. Суммарное содержание наиболее дисперсной части микроагрегатов (<0,01 мм) небольшое – 6,09-8,32%. Доля микроагрегатов <0,001 мм в составе этой группы более высокая, чем в почве контрольного варианта.

Применение минеральных удобрений в варианте «фон + N₆₀P₆₀K₆₀» существенно уменьшило количество агрегатов 1-0,25 мм и увеличивало суммарное содержание микроагрегатов двух преобладающих фракций до 70-75%. Почва этого варианта характеризуется более высоким содержанием фракций размерностью <0,01 мм (10,54-13,9%). Доля микроагрегатов <0,001 мм очень низкая (1,11-2,22%). В почве варианта «фон + N₁₂₀P₁₂₀K₁₂₀» верхний (0-20 см) слой обеднен агрегатами 1-0,25 мм, а горизонт 40-60 см, наоборот, обогащен этой фракцией (35,7%). Суммарное содержание преобладающих фракций микроагрегатов (>0,01 мм) примерно такое же, как и в варианте «фон + N₆₀P₆₀K₆₀».

Использование дефеката совместно с органическим удобрениями создало условия для более благоприятного микроструктурного состояния почвы, с преобладанием микроагрегатов размером 0,25-0,05 мм (42,7-49,2%). Следует отметить, что в верхних горизонтах преобладают агрегаты фракции 1-0,25 мм, а в нижней части профиля увеличивается доля микроагрегатов 0,25-0,05 мм. При совместном применении минеральных удобрений и дефеката наиболее высокий удельный вес занимала фракция >0,01 мм, а макроагрегаты размером 1-0,25 мм составляли 22-25%. Высокое содержание микроагрегатов 0,25-0,05 мм (44-46%) свидетельствует о положительном влиянии дефеката на формирование микроагрегатного состава и на фоне минеральных удобрений.

Рассчитанные коэффициенты дисперсности во всех вариантах опыта характеризуются низкими величинами – 3,33-9,5%. что свидетельствует о высокой потенциальной структурности почв (более 90%). Выявить влияние той или иной системы удобрения на коэффициент дисперсности почв не удалось.

Определение показателя «фактора структурности (kc)» по Фегелеру и «гранулометрического показателя структурности» по А.Ф. Вадюниной показало, что длительное применение различных систем удобрения не оказало существенного влияния на микроструктурное состояние выщелоченного чернозема. Наблюдалось лишь незначительное уменьшение величин «гранулометрического показателя структурности» при длительном применении органо-минеральных систем удобрения и, наоборот, возрастание их в почвах вариантов с применением дефеката.

«Показатели структурности», определенные по Димо (табл. 2.), отражающие разницу между количеством микроагрегатов 0,25-0,01 мм и гранулометрических частиц таких же размеров, в целинном черноземе высокие – 20,7-30,4%. Длительное применение органических удобрений в фоновом варианте увеличивало показатель микроструктурности до 27,2-35,0%. Длительное применение минеральных удобрений на фоне органических в вариантах «фон + N₁₂₀P₁₂₀K₁₂₀» привело к заметному уменьшению «показателя микроструктурности». Применение дефеката существенного влияния на величины данного показателя не оказало.

Таблица 2. Показатели микроструктурности по Димо и содержание ила в выщелоченном черноземе при длительном применении разных систем удобрения.

Глубина, см	Целина			Контроль			Фон
Глубина, см	К	Ил	±	К	Ил	±	К	Ил	±
0-20	24,7	29,4	4,7	35,0	33,6	-1,1	41,9	31,1	-10,8
20-40	20,7	33,3	12,6	27,2	33,3	6,1	18,3	33,9	15,6
40-60	26,3	36,1	9,8	27,4	35,0	7,6	31,8	36,1	4,3
60-80	30,1	36,1	6,0	28,9	35,0	6,1	36,9	36,7	-0,2
80-100	30,4	35,0	4,6	23,0	34,4	11,4	32,7	32,2	-0,5

Продолжение таблицы 2

Глубина, см	Фон + N₆₀P₆₀K₆₀			Фон + N₁₂₀P₁₂₀K₁₂₀			фон + дефекат			дефекат + N₆₀P₆₀K₆₀
Глубина, см	К	Ил	±	К	Ил	±	К	Ил	±	К	Ил	±
0-20	37,2	33,9	-3,3	25,8	31,7	5,9	29,7	32,8	3,1	33,4	34,4	1,0
20-40	27,7	31,7	4,0	20,3	30,6	10,3	28,7	32,8	4,1	29,1	33,9	4,8
40-60	28,1	34,4	6,3	3,0	32,8	1,8	23,2	33,3	10,1	31,7	35,6	3,9
60-80	29,5	36,7	7,2	24,2	38,3	14,1	36,8	35,0	-1,8	32,9	35,6	2,7
80-100	23,7	38,3	14,6	27,7	37,2	9,5	35,2	33,3	-1,9	33,8	36,1	2,3

К – показатель микроагрегатности по Димо, %;

Ил – содержание ила при гранулометрическом анализе, %.

Длительное применение органо-минеральных систем удобрения («фон + N₆₀P₆₀K₆₀» и «фон + N₁₂₀P₁₂₀K₁₂₀») привело к образованию значительных количеств илистых частиц, не пошедших на цементацию микроагрегатов. При применении дефеката и органических удобрений количество неизрасходованного ила существенно понизилось, а в слое 60-100 см на образование микроагрегатов израсходована вся масса ила. Количество внеагрегатного ила в почве варианта «дефекат + N₆₀P₆₀K₆₀» крайне низкое – 1,0-3,9%.

5. Содержание водорастворимых веществ в выщелоченном черноземе при длительном использовании различных систем удобрения.

Наибольшее количество водорастворимых веществ содержится в целинном черноземе (0,30-0,36%). Содержание их в почвах контрольного и фонового вариантов составило 0,10-0,18%, При применении органо-минеральных систем удобрения – несколько выше. При использовании дефеката количество водорастворимых веществ составило 0,16-0,18%.

Содержание водорастворимых органических веществ изменяется в вариантах опыта в широких пределах. Наибольшее количество этих веществ (9,6-12,0 мг С на 100г) в целинном черноземе. В почвах контрольного варианта и вариантов, в которых применялся дефекат, содержание водорастворимых веществ уменьшено до 4,0-5,4 мг С на 100г. Применение органических удобрений в фоновом варианте способствовало значительному возрастанию количества их до 7,2-9,6 мг С на 100г. Органо-минеральные системы повышали выход этих веществ до 10,8 мг С на 100г в верхнем корнеобитаемом слое. В нижних горизонтах почв этих вариантов содержание водорастворимых органических веществ оставалось на уровне 6 мг С на 100г.

Определяющими анионами минеральных растворимых веществ являются анионы НСО₃^- и Cl^-. Наибольшим содержанием гидрокарбонатного аниона (0,28-0,35 мг-экв./100г) характеризуются почвы контрольного варианта, варианта «фон + N₁₂₀P₁₂₀K₁₂₀» и вариантов, в которых испытывался дефекат. Содержание НСО₃^- в целинном черноземе и в почвах вариантов «фон», «фон + N₆₀P₆₀K₆₀» снижено до 0,20-0,24 мг-экв./100г. Хлор-ион в наименьших количествах (0,12-0,20) содержится в целинном черноземе, а также в почвах контрольного варианта и варианта «фон + дефекат». Во всех других вариантах количество его по профилю почв изменяется в пределах 0,24-0,28 мг-экв./100г.

Катионная часть солей представлена катионами Са²⁺ и Mg²⁺. Наибольшее количество Са²⁺ (0,19-0,26 мг-экв./100г) содержится в верхних горизонтах целинного чернозема и почве вариантов с применением дефеката, наименьшее его содержание (0,07-0,09 мг-экв./100г) в вариантах с органо-минеральными системами. В почвах контрольного и фонового вариантов содержание Са²⁺ составило 0,10-0,12 мг-экв./100г, содержание катиона Mg²⁺ – 0,06-0,11 мг-экв./100г. В целинном черноземе и почвах вариантов с применением дефеката, содержание его более высокое (0,10-0,13 мг-экв./100г), в остальных вариантах оно снижено до 0,06-0,09 мг-экв./100г.

6. Особенности формирования валового химического состава при длительном применении удобрений и мелиоранта ( на примере содержания Fe, Ca, Mg, K, Na).

Железо. Валовое содержание железа в выщелоченном целинном черноземе равно 5%, в почвах контрольного и фонового вариантов – 8-10%. В этих почвах, а также в почвах с органо-минеральными системами отчетливо выражено элювиально-иллювиальное распределение соединений Fe по профилю.

Содержание подвижных соединений железа в целинном черноземе низкое – 2,9-3,2 мг Fe на 1 кг. В почвах контрольного и фонового вариантов наблюдается два горизонта, в которых содержание подвижных соединений Fe наиболее высокое – 6,9-9,8 мг/кг. Длительное применение органо-минеральных систем удобрения в целом не изменило характер распределения подвижных соединений Fe. Максимальное их количество содержится в верхнем (0-20 см) и нижнем (80-100 см) слоях – 6,9-8,8 мг/кг. В почве варианта «фон + дефекат» максимальное количество подвижных соединений Fe – 9,1 и 8,8 мг/кг содержится в слоях 20-40 и 40-60 см. В более глубоких слоях этой почвы (60-100 см) содержание данных соединений Fe снижено до 2,2-2,3 мг/кг.

Таблица 3. Запасы подвижных соединений железа в выщелоченном

черноземе, кг Fe на 1 га.

Слои, см	Целина	Контроль	Фон	Фон + N₆₀P₆₀K₆₀	Фон + N₁₂₀P₁₂₀K₁₂₀	Фон + дефекат	дефекат + N₆₀P₆₀K₆₀
0-20	7,00	23,50	16,32	21,10	19,00	10,80	6,70
0-50	21,05	34,25	32,05	34,10	39,20	45,05	26,95
50-100	21,09	56,70	37,05	38,20	30,20	23,75	22,45
0-100	42,14	90,95	69,10	72,30	69,40	68,80	49,40
% от запасов подвижных соединений железа в почве контрольного варианта
0-20	29,8	100	69,4	89,8	80,8	45,9	58,5
0-50	61,5	100	93,6	99,6	114,0	131,0	78,7
50-100	31,2	100	65,3	67,4	53,3	41,9	39,6
0-100	46,3	100	76,0	79,5	76,3	75,6	54,3

В почвах всех вариантов (табл. 3) в сравнении с целинным черноземом мобилизуемость соединений Fe более высокая. Особенно интенсивно процессы мобилизации соединений Fe идут в почве контрольного варианта.

Кальций. Валовое содержание кальция в почве контрольного варианта составляет 0,8-1,0% на СаО. В почве фонового варианта четко проявляется элювиально-иллювиальное распределение соединений Са в пределах метровой толщи. В почвах вариантов с органо-минеральными системами наблюдается отчетливое обеднение кальцием верхних горизонтов. В почве варианта «фон + дефекат» содержание кальция более высокое – 1,2-1,5%, чем в почвах других вариантов опыта. Минеральные удобрения, вносимые совместно с дефекатом, привели к некоторому снижению содержания Са.

В целинном черноземе доля обменного Са²⁺в суммарных запасах соединений Са составляет в слое 0-20 см 85%, а в слоях от 20 до 80 см – 64-73%. В почве контрольного варианта доля Са²⁺ снижена до 50-61% в верхних слоях и до 38,5-26,8% в слоях 60-100 см. В почве фонового варианта доля обменного Са²⁺ резко снижена в сравнении с ранее рассмотренными вариантами, а наименьшая она в почвах вариантов с органо-минеральными системами (23,4-40,0%) и дефекатом (23,5-32,3%).

Рассчитанные нами коэффициенты аккумуляции выявили отчетливое иллювиирование Ca: в целинном черноземе в слое 0-80 см, в почве контрольного варианта – в слое 20-40 см, а в почве фонового варианта – в слое 0-60 см. Применение минеральных удобрений в дозах N₆₀P₆₀K₆₀на фоне навоза привело к формированию наиболее отчетливого элювиального горизонта 20-40 см, а иллювиальное накопление кальция происходит с глубины 40 см. В варианте N₁₂₀P₁₂₀K₁₂₀, элювиальное выщелачивание соединений кальция проявляется особенно отчетливо. Применение дефеката наоборот, привело к аккумуляции соединений Са в верхних горизонтах.

Магний. Валовое содержание магния в целинном черноземе изменяется по профилю от 0,8 до 1,2%. Почва контрольного варианта в пределах всего профиля содержит не менее 1,2% Mg, а в слое 40-80 см количество Mg достигает 1,5%. В почве фонового варианта наиболее обедненным Mg является слой 0-20 см. В почвах вариантов с органо-минеральными системами удобрения отчетливо выделяются элювиальные горизонты по магнию. В почвах с применением дефеката, содержание магния по профилю изменяется неодинаково: в варианте «фон + дефекат» верхний (0-40 см) слой обеднен соединениями магния (0,8%), а иллювиальный горизонт по отношению к Mg находится на глубине 40-100 см (1,0-1,2%). В другом варианте с дефекатом содержание магния более высокое, чем в почве предыдущего варианта.

Участие наиболее подвижных соединений Mg, каким является обменный катион Mg²⁺, в почвах испытуемых вариантов неодинаково. В целинном черноземе наиболее высокая доля Mg²⁺ в его валовых запасах наблюдается в слое 0-40 см – 16,95-19,35%, в нижележащих слоях она снижена до 11,63-13,46%. Преобладающей формой соединений магния в данной почве (80,86-88,37%) являются силикатные соединения. В почве контрольного варианта доля обменного Mg²⁺ снижена до 4,53-12,86%, при этом наиболее низка она (4,53-5,66%) в слое 0-40 см. Самое низкое содержание обменного Mg²⁺ наблюдались в почве фонового варианта – 4,62-9,28% от общих запасов. Применение органо-минеральных систем удобрения обусловило наибольший удельный вес обменного Mg²⁺– 11,72-21,0%, а применение дефеката, наоборот, снизило долю обменного Mg²⁺ до минимума – 2,75-5,67%. В нижележащих слоях (40-60 см) доля обменного Mg возросла до 11,81-12,65%.

Процессы элювирования магния в целинном черноземе проявляются наиболее отчетливо во всем слое 0-80 см, а в почве контрольного варианта – только в слое 0-40 см. Иллювиальное накопление магния начинается с глубины 40 см. В почве фонового варианта элювирование соединений Mg также наблюдается в верхнем слое 0-40 см. Применение органо-минеральных систем удобрения приводит к значительному выщелачиванию соединений магния, а дефекат, либо снижает это выщелачивание, либо приводит к закреплению и накоплению этого элемента в почвенном профиле.

Калий. Валовое содержание калия в целинном выщелоченном черноземе изменяется по профилю от 1,5 до 2,5% на К₂О. В почве контрольного варианта содержание калия ниже, чем в целинном черноземе: в верхних слоях оно изменяется от 1,0 до 1,2%, а в нижних слоях (60-100 см) – увеличивается до 1,5%. Содержание калия в почве фонового варианта более высокое, чем в контрольном варианте. Длительное применение органо-минеральных систем удобрения заметно увеличивало содержание калия – до 1,2-2,5 %. При применении дефеката содержание калия в сравнении с фоновым вариантом возрастало до 2-3%.

Доля мобильных соединений калия (обменный и необменный катион) в целинном черноземе колеблется в пределах 2,71-4,67% от валового содержания. При этом доля этих соединений в слое 0-20 см более высокая – 4,33%, а в самом нижнем слое 80-100 см она самая низкая – 2,71%. Доля подвижных соединений калия в почвах контрольного и фонового вариантов возросла до 5,0-7,5%. Применение органо-минеральных систем удобрения снижало долю мобильных соединений калия до 3,0-4,5%, за исключением слоя 0-20 см в варианте «фон + N₆₀P₆₀K₆₀» (8,64%). В почве варианта «фон + дефекат» доля мобильных соединений калия изменяется от 5,06% в слое 0-20 см до 2,23% - в слое 80-100 см, а в варианте «дефекат + N₆₀P₆₀K₆₀» – соответственно от 2,89 до 2,48%, но при более высоких валовых запасах калия. Преобладающая часть калийного фонда – 93-97% в изучаемых почвах представлена трудно- и негидролизуемыми соединениями, которые содержатся в составе первичных и вторичных минералов.

Анализ данных по коэффициентам аккумуляции калия показывает, что в целинном черноземе и в почве контрольного варианта наблюдается отчетливое обеднение калием толщи от 0 до 80 см. В почве фонового варианта, напротив, на глубине от 20 до 80 см заметно иллювиальное накопление соединений калия. В почвах вариантов с органо-минеральными системами удобрения элювиирование калия наиболее отчетливо заметно в верхнем слое (0-40 см).

Натрий. Валовое содержание натрия в исследуемых почвах составляет от 0,8 до 1,5% (в пересчёте на Na₂O), причём верхние горизонты обычно обеднены натрием, а нижние содержат больше этого элемента (1,2%). В почве контрольного и фонового вариантов содержание Na более высокое (1,2-1,5%), чем в целинном черноземе. Применение органо-минеральных систем удобрения, особенно в варианте «фон + N₆₀P₆₀K₆₀», способствовало элювиально-иллювиальному перераспределению натрия в профиле почвы. Применение дефеката, особенно в варианте «фон + дефекат», обусловило в целом высокое содержание натрия в пределах всего профиля – 1,2-1,5%.

7. Микроэлементное состояние выщелоченного чернозема при длительном применении различных систем удобрения.

Исследования последних десятилетий показали огромную роль рассеянных элементов в эволюции и функциях жизни, в развитии современной промышленности, охраны здоровья, продуктивности земледелия. (В.А. Ковда). В то же время обеспеченность чернозёмов некоторыми из этих элементов недостаточна для получения высоких и устойчивых урожаев возделываемых культур. Приводим результаты исследований о влиянии длительного применения различных систем удобрения на обеспеченность изучаемых выщелоченных черноземов некоторыми микроэлементами.

Медь. Содержание меди в целинном черноземе изменяется по профилю от 25 до 40 мг Cu на 1 кг почвы (табл. 4), в почвах других вариантов оно выше, чем в целинном черноземе на 18-67%. В сравнении с контрольным вариантом, все системы удобрения снижали запасы меди в метровом слое на 10-25%.

Таблица 4. Валовое содержание меди и ее подвижных соединений

в выщелоченном черноземе, мг Cu на 1 кг почвы

Глуб-ина, см	Целина		Контроль		Фон		Фон + N₆₀P₆₀K₆₀		Фон + N₁₂₀P₁₂₀K₁₂₀		Фон + дефекат		дефекат + N₆₀P₆₀K₆₀
Глуб-ина, см	вал. сод.	подв. соед.	вал. сод.	подв. соед.	вал. сод.	подв. соед.	вал. сод.	подв. соед.	вал. сод.	подв. соед.	вал. сод.	подв. соед.	вал. сод.	подв. соед.
0-20	30	0,1	40	4,3	40	2,9	50	0,7	40	0,5	50	0,3	40	0,3
20-40	30	0,2	40	0,5	40	1,9	25	0,5	40	0,5	40	2,3	40	1,7
40-60	30	0,2	50	0,6	40	0,8	30	0,3	40	0,9	30	1,5	40	0,8
60-80	25	0,5	60	1,4	50	1,5	40	0,7	40	0,3	40	1,3	30	0,9
80-100	40	0,6	40	1,5	30	3,5	40	1,2	50	2,4	40	0,2	25	1,4
НСР₀₅	5,5		7,4		5,2		5,4		5,8		5,0		5,7

Количество подвижных соединений меди в целинном черноземе очень низкое – 0,1-0,6 мг Cu на 1 кг. В почве контрольного и фонового варианта оно многократно выше, особенно в слое 0-20 см (4,3-2,9 мг/кг). При применении органо-минеральных систем удобрения и дефеката содержание подвижных соединений меди было также крайне низким, особенно в верхнем слое почв (0,3-0,7 мг/кг).

Марганец. В почвах всех вариантов опыта (табл. 5) содержание марганца значительно больше, чем в целинном чернозёме - 1200-1500 мг/кг. Длительное применение удобрений и мелиоранта привели к снижению - на 15-17% - количества Mn, в сравнении с контрольным вариантом.

Содержание подвижных соединений марганца в целинном черноземе изменяется по профилю от 2,8 до 1,3 мг/кг. В почве контрольного варианта оно значительно выше. В вариантах с органо-минеральными системами удобрения и с применением дефеката, содержание подвижных соединений марганца снижалось до 2,5-3,0 мг/кг.

Blog

Изменение состава минеральной части выщелоченного чернозема при длительном применении удобрений в условиях Центрального Черноземного района РФ

Содержание