Влияние антропогенных факторов на плодородие почвы, урожайность и качество корнеплодов сахарной свеклы
| Вид материала | Автореферат диссертации |
- Антистрессовая технология возделывания сахарной свеклы, 16.48kb.
- Влияние аборигенных штаммов bacillus subtilis на микробоценоз чернозема выщелоченного, 352.3kb.
- Осенняя обработка почвы для сахарной свеклы, 93.47kb.
- Влияние частей склона на плодородие выщелоченного чернозема, урожайность и качество, 325.93kb.
- Устойчивость сахарной свёклы к церкоспорозу иотбор исходных селекционных форм в условиях, 486.57kb.
- Влияние биологических факторов Иминеральных удобрений на Продуктивность сахарной свеклы, 335.64kb.
- Агроприемы, увеличивающие выход корнеплодов мс-компонента для выращивания гибридных, 403.28kb.
- Влияние удобрений, способов обработки и пленочной мульчи на питательный режим почвы,, 516.42kb.
- Система машин для возделывания сахарной свеклы на 500, 72.65kb.
- Лукьяненко Е. А. Влияние антропогенных факторов на подземный ландшафт спелеокомплекса, 124.46kb.
На правах рукописи
Супрун Светлана Васильевна
ВЛИЯНИЕ АНТРОПОГЕННЫХ ФАКТОРОВ НА ПЛОДОРОДИЕ ПОЧВЫ, УРОЖАЙНОСТЬ И КАЧЕСТВО КОРНЕПЛОДОВ САХАРНОЙ СВЕКЛЫ
Специальность 06.01.04 – агрохимия
Автореферат
диссертации на соискание учёной степени
кандидата сельскохозяйственных наук
Москва – 2008
Диссертационная работа выполнена в Государственном научном учреждении Научно – исследовательский ордена Трудового Красного Знамени нститут сельского хозяйства Центрально – Чернозёмной полосы им. В.В. Докучаева Российской академии сельскохозяйственных наук
Научный руководитель – доктор сельскохозяйственных наук,
профессор, Заслуженный деятель науки РФ,
Рымарь Валерий Трофимович
Официальные оппоненты – доктор сельскохозяйственных наук , профессор Державин Леонид Михайлович
Доктор сельскохозяйственных наук , профессор Воронин Василий Михайлович
Ведущая организация – ФГУ САС «Таловская»
Защита состоится « 4 » декабря 2008 года в 14:00 часов, на заседании диссертационного совета Д 006.029.01 при Всероссийском научно-исследовательском институте агрохимии имени Д.Н.Прянишникова
Адрес: 127550, г.Москва, ул. Д.Н.Прянишникова, д.31а, ГНУ ВНИИА
Отзывы на автореферат в 2-х экземплярах, заверенных по установленной форме можно присылать по адресу: 127550, г.Москва, ул. Д.Н.Прянишникова, д.31а
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГНУ ВНИИА
Автореферат разослан « » 2008 года
Учёный секретарь
диссертационного совета С.И.Цыганок
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. Экономический рост и благосостояние государства зависят от эффективности функционирования АПК, в составе которого важное место принадлежит свеклосахарному подкомплексу как одному из высокоиндустриальных и энергоемких производств.
Центральное Черноземье относится к ведущим свеклосеющим регионам России, однако в условиях перехода к рыночным отношениям проводимые в последние годы структурные преобразования свекловодческой отрасли повлекли за собой спад урожайности сахарной свеклы и значительное сокращение валовых сборов корнеплодов. Причиной этого явился диспаритет цен на сырье – с одной стороны, и энергоносители, удобрения, средства защиты растений, налоги – с другой.
В результате сокращения применения минеральных и органических удобрений повсеместно отмечается дегумификация и декальцинирование пахотного слоя, нарушение баланса питательных элементов вследствие превышения их выноса с урожаем над возвратом с удобрениями, агрофизическая деградация, биологическое обеднение. По экспертной оценке, вследствие сокращения объемов внесения в почву минеральных удобрений, ежегодно недополучено сельскохозяйственной продукции стоимостью более 4 млрд. долларов (Басманов А.Е., 2001).
Общепризнано, что самым быстродействующим и эффективным приемом повышения продуктивности земледелия являются агрохимические средства. По подсчетам специалистов, для намеченного производства сельскохозяйственной продукции в России на 2010 г. и обеспечения сохранения плодородия почв объем применения минеральных удобрений должен составить 8,5 млн. т д.в., в настоящее же время годовое количество вносимых удобрений составляет 1,4 млн. т д.в. (Сычев В.Г., 2004).
В обстановке ограниченных ресурсов сохранение агроэкосистем в устойчивом состоянии и одновременное поддержание почвенного плодородия требует совершенствования использования средств химизации, разработки технологий применения дешевых местных сырьевых ресурсов в качестве удобрений.
При решении этих проблем достоверную информацию получают в результате многолетних стационарных полевых опытов с длительным применением удобрений в севооборотах, проведение которых основано на комплексном подходе к изучению закономерностей взаимодействия удобрений с почвой и растениями.
Цель исследований. Разработать приемы управления почвенным плодородием с помощью различных сочетаний агрохимических средств, обеспечивающих устойчивую продуктивность сахарной свеклы и получение экологически безопасной продукции.
Задачи исследований:
1. Оценить влияние различных систем удобрений на характер и направленность изменений физико-химических, химических, агрофизических и биологических показателей чернозема обыкновенного.
2. Выяснить параметры содержания основных элементов в почве, обеспечивающих оптимизацию питания растений сахарной свеклы, максимальную урожайность корнеплодов высокого качества.
3. Определить биохимический состав растениеводческой продукции в зависимости от применяемых средств химизации.
4. Дать экологическую оценку различных приемов применения агрохимических средств на содержание в почве и растениеводческой продукции тяжелых металлов и нитратов.
5. Определить вынос питательных веществ основной продукцией сахарной свеклы с учетом побочной при различных системах удобрения.
6. Дать биоэнергетическую и экономическую оценку применяемых агроприемов.
Научная новизна. Впервые дается сравнительная оценка действия различных систем удобрения на фоне кальцийсодержащих мелиорантов на черноземе обыкновенном ЦЧЗ на урожайность и качество продукции сахарной свеклы.
Установлена максимальная урожайность корнеплодов сахарной свеклы от применения органо-минеральной системы удобрения и внесения в пар зернопаропропашного севооборота кальцийсодержащих соединений (5 т/га карбоната кальция или 5 т/га дефеката) – 54,3-55,4 т/га, сбор сахара при этом составил 6,52-7,42 т/га.
Доказано, что применение кальцийсодержащих удобрений улучшает состав почвенно-поглощающего комплекса, повышая содержание обменного кальция, обеспечивает повышение содержания в почве подвижных форм фосфора, обменного калия, при этом не изменяя экологической обстановки окружающей среды.
Защищаемые положения.
1. Комплексное применение кальцийсодержащих мелиорантов, минеральных и органических удобрений на черноземе обыкновенном способствует сохранению и воспроизводству почвенного плодородия, повышая насыщение почвенно-поглощающего комплекса кальцием, гумусонакопление, содержание в почве минерального азота, подвижного фосфора и обменного калия.
2. Совместное использование мелиорантов, туков и органических удобрений оказывает стимулирующее воздействие на численность и активность микробоценоза, общую биогенность и ферментативную активность чернозема обыкновенного.
3. Изучаемые системы удобрения существенно не изменяют природных уровней тяжелых металлов, концентрация в почве и растениях значительно ниже ПДК, но повышают содержание нитратов в растениеводческой продукции в 1,2-1,4 раза, однако их количество также ниже ПДК, поэтому полученная товарная продукция сахарной свеклы экологически безопасна.
4. Комплексное взаимодействие кальцийсодержащих соединений и органо-минеральной системы удобрения под сахарную свеклу обеспечивает максимальный прирост урожая, сбора сахара, прибыли с единицы площади.
Практическая значимость. Полученные экспериментальные результаты достоверно подтверждены сохранением почвенного плодородия, повышением урожайности и являются практической основой для эффективности применения комплекса агрохимических средств при возделывании сахарной свеклы в условиях зернопаропропашного севооборота на черноземе обыкновенном ЦЧЗ.
Проведенные исследования позволили предложить свеклосеющим хозяйствам ЦЧЗ с различными организационно-экономическими возможностями альтернативные варианты систем удобрения под сахарную свеклу, обеспечивающие воспроизводство плодородия чернозема обыкновенного, получение с 1 га пашни прибавки урожая до 7,7 т/га, увеличение сбора сахара на 1,5 т/га, что выше контроля на 25,5%.
Результаты исследований могут найти практическое применение при разработке рекомендаций по применению кальцийсодержащих мелиорантов совместно с различными системами удобрения.
Реализация результатов исследований. Проведенные исследования включены в проектную документацию ФГУ станции агрохимической службы «Таловская» при разработке систем применения удобрений в севооборотах сельскохозяйственных предприятий Воронежской области, прошли производственную проверку в ГУП ОПХ «Докучаевское».
Апробация работы и публикации. Результаты исследований докладывались на заседании Территориального Координационного совета «Проблем земледелия ЦЧЗ» (19-20 мая 2005 г., Каменная Степь), на Всероссийской научной конференции, посвященной 70-летию кафедры почвоведения и агрохимии «Черноземы России: экологическое состояние и современные почвенные процессы» (25-28 сентября 2006 г., Воронеж), на Международной научно-практической конференции «Четверть века на страже плодородия» (30 мая – 2 июня 2006 г., Белгород), на заседаниях проблемного и ученого совета ГНУ НИИСХ ЦЧП им. В.В. Докучаева РАСХН в 2004-2007 гг. По теме диссертации опубликовано 4 статьи.
Структура и объём диссертации. Диссертация изложена на 191 странице машинописного текста, состоит из введения, 8 глав, выводов и предложений производству. Текстовая часть работы иллюстрирована 25 таблицами, 12 рисунками. Список использованной литературы включает 297 наименований, в том числе 20 на иностранных языках. Приложения содержат 40 таблиц и 1 акт о внедрении НИР.
Проведенные исследования являются составной частью НИР отдела агрохимии ГНУ НИИСХ ЦЧП им. В.В. Докучаева РАСХН по выполнению государственной темы 05.02.01 «Теоретически обосновать оптимальный ассортимент удобрений и других средств химизации в технологиях возделывания сельскохозяйственных культур для плодородия почв и продуктивности растений».
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
В данной главе проведен анализ отечественных и зарубежных исследований по влиянию различных систем удобрения на плодородие чернозема, урожайность и качество корнеплодов сахарной свеклы.
Несмотря на накопленный обширный опыт применения удобрений под сахарную свеклу, в условиях дефицита материально-технических средств возникает необходимость совершенствования технологий возделывания этой культуры, поиска путей эффективного использования удобрений и приемов повышения продуктивности и качества корнеплодов свеклы.
2. ОБЪЕКТ И МЕТОДИКИ ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ
Каменная Степь, где проводились исследования, занимает восточную часть Воронежской области. Климат ее континентальный, с относительно холодной зимой, жарким, нередко засушливым летом.
Погодные условия в годы проведения исследований (2004-2006) складывались по-разному, что оказало определенное влияние на рост и развитие растений сахарной свеклы, эффективность удобрений, величину и качество урожая. Количество осадков по годам изменялось от 610 до 683 мм, в то время как по среднемноголетним данным оно составляет 459 мм. Температурный режим вегетационных периодов в среднем был 16,1оС при среднемноголетнем значении 15,0оС.
Экспериментальные исследования проводились в стационарном полевом опыте отдела агрохимии, заложенном в 2001 году, в агроценозе сахарной свеклы сорта Рамонская односемянная 47 в звене севооборота пар – озимая пшеница – сахарная свекла по следующей схеме: 1. Контроль (без удобрений), 2.NPK; 3. Навоз + NPK; 4.Карбонат кальция + NPK; 5. Навоз + карбонат кальция + NPK; 6. Дефекат + NPK; 7. Навоз + дефекат + NPK.
Навоз в дозе 40 т/га, карбонат кальция, дефекат по 5 т/га внесены в черный пар. Под сахарную свеклу вносилась рекомендуемая доза N120P120K120 осенью в основную обработку в виде азофоски (NPK 16%). Подстилочный полуперепревший навоз КРС содержал 0,5% азота, 0,25% фосфора, 0,6% калия. Карбонат кальция, выпускаемый Россошанским ОАО «Минудобрения» в своем составе содержал – СаСО3(86%), азот (1,5%), фосфор (1,25%), калий (0,8%). Дефекат, являющийся отходом Елань-Коленовского свеклосахарного завода, имел следующий состав: СаСО3 (76%), азот (0,5%), фосфор (1,1%), калий (1,0%).
Повторность опыта четырехкратная. Размещение делянок систематическое, последовательное. Посевная площадь делянок 45 м2 (3 х 15), учетная 27м2 (0,45 х 15 х 4). Агротехника возделывания сахарной свеклы проводилась в соответствии с рекомендациями для Воронежской области. Уборку урожая проводили поделяночно вручную. Урожайные данные обрабатывали методом дисперсионного анализа с помощью персонального компьютера по Б.А. Доспехову (1985). Биоэнергетическую оценку изучаемых приемов окультуривания почв выполняли по методике биоэнергетической оценки технологий производства продукции растениеводства (1983).
Почва опытного участка – чернозем обыкновенный среднемощный, среднегумусный, тяжелосуглинистый со следующей агрохимической характеристикой пахотного слоя: гумус - 6,71 %, рН солевой вытяжки – 6,0, гидролитическая кислотность - 1,67 мг-экв./ 100 г почвы, сумма поглощенных оснований – 40,18 мг-экв./100 г, подвижный фосфор – 85,0 мг/кг, обменный калий – 160,0 мг/кг.
Химические анализы почвенных и растительных образцов проводились в лабораториях ГНУ НИИСХ ЦЧП им. В.В. Докучаева РАСХН, ФГУ ГСАС «Таловская» по методикам: гумус по Тюрину (ГОСТ 23740-79), сумма поглощенных оснований – по Каппену (ГОСТ 27821 – 88), обменные Са и Mg – трилонометрически (ГОСТ 26 487 – 85), рН – потенциометрически (ГОСТ 26483-85), гидролитическая кислотность – по Каппену (ГОСТ 26212-91), нитратный азот – спектрофотометрически (ГОСТ 26951-86), аммонийный азот – по Коневу с реактивом Несслера (ГОСТ 26489-85), подвижный фосфор, обменный калий – по Чирикову (ГОСТ 26204-84, ГОСТ 26204-91), тяжелые металлы – атомно-абсорбционным методом.
Анализы растительных образцов: азот – по Къельдалю (ГОСТ 13496.4-93), фосфор – ванадо-молибдатным методом (ГОСТ 26657-97), калий – на пламенном фотометре (ГОСТ 30504-97), кальций – трилонометрически (ГОСТ 26570-95), NO3 – ионометрически (ГОСТ 26488-85), влага – весовым методом (ГОСТ 13496.3-92), сахароза – оптическим методом (ГОСТ 13496.2-91), тяжелые металлы – атомно-абсорбционным методом (ГОСТ 26929-86).
Влажность почвы – взятием проб через 10 см на глубину 1,0 м и высушиванием их до постоянного веса при температуре 105оС (ГОСТ 28268-89), определение водопрочности почвенных агрегатов – прибором Бакшеева методом качания сит микробиологическая активность почвы – по методу Теппера, ферментативная активность почвы – по унифицированным методам Галстяна, фенологические наблюдения – по методике Госкомиссии по сортоиспытанию сельскохозяйственных культур (1971).
3. ВЛИЯНИЕ УДОБРЕНИЙ НА АГРОХИМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ЧЕРНОЗЕМА ОБЫКНОВЕННОГО
3.1. Влияние агрохимических средств на содержание гумуса в почве
Внесение рекомендуемой дозы удобрений под сахарную свеклу N120P120K120 способствовало повышению количества гумуса на 1,5 относительных процента от контрольного варианта, на котором содержание гумуса составляло 6,7% (рисунок 1).
Рис. 1. Влияние применения удобрений на содержание гумуса под
сахарной свеклой в слое почвы 0-30 см, 2004-2006 гг.
Использование минеральных удобрений на фоне 40 т/га навоза, 5 т/га карбоната кальция увеличивало содержание гумуса на 3,0%. На варианте с использованием рекомендуемой дозы удобрений на фоне внесения 5 т/га дефеката содержание гумуса повышается на 4,5%. Оптимальными для гумусонакопления являются варианты с совместным использованием на фоне навоза карбоната кальция, дефеката и минеральных туков, которые повышают содержание гумуса на 6,0%.
3.2. Динамика содержания нитратного и аммонийного азота в почве
В результате проведенных наблюдений за динамикой N-NO3 в слое почвы 0-30 см под сахарной свеклой (таблица 1) установлено, что на контрольном варианте в среднем за вегетационные периоды (2004-2006 гг.) содержание нитратного азота 10,4 мг/кг.
Таблица 1 – Динамика содержания N-NО3 под сахарной свеклой в слое почвы 0-30 см в 2004-2006 гг., мг/кг
| Вариант | Срок определения | Среднее | |||
| всходы | смыкание в рядках | смыкание междурядий | уборка | ||
| 1. Контроль, б/у | 10,2 | 14,8 | 11,4 | 5,4 | 10,4 |
| 2. NРК | 9,9 | 17,1 | 8,8 | 6,7 | 10,6 |
| 3. Навоз + NРК | 10,6 | 14,4 | 10,6 | 6,5 | 10,5 |
| 4. Карб. кальция + NРК | 15,4 | 17,7 | 12,6 | 6,8 | 13,1 |
| 5. Навоз + карб. кальция + NРК | 11,7 | 18,2 | 13,3 | 6,9 | 12,5 |
| 6. Дефекат + NРК | 10,5 | 17,6 | 9,6 | 8,1 | 11,5 |
| 7. Навоз + дефекат + NРК | 15,0 | 18,3 | 10,9 | 6,9 | 12,8 |
| НСР0,95 | 2,1-2,8 | ||||
Азотные туки усиливают нитратонакопление в почве на 1,9%. При внесении навоза в почву вместе с минеральным азотом и энергетическим материалом, необходимым для жизнедеятельности микроорганизмов, поступает дополнительное количество микрофлоры, которая использует частично минеральный азот почвы, сдерживает мобилизационную способность почвы в первый период взаимодействия и снижает запасы нитратов самой почвы. Использование кальцийсодержащих материалов (карбоната кальция, дефеката) совместно с минеральными туками мобилизует нитратный азот, увеличивая его концентрацию на 10,6-26,0%. Внесение 5 т/га карбоната кальция увеличивает нитратную фракцию азота на 23,6% относительно варианта с применением туков. Комплексное использование органо-минеральных удобрений и кальцийсодержащих соединений повышает содержание N-NO3 в почве под сахарной свеклой на 20,2-23,1%. На этих вариантах отмечается максимальная аккумуляция минерального азота в метровом горизонте.
Сезонные изменения содержания минерального азота в черноземе обыкновенном под сахарной свеклой носят однонаправленный характер: весенний максимум в начале вегетации и минимальное его количество в июле-августе. Летом, в период наиболее интенсивного роста и развития растений, из-за ограниченных запасов продуктивной влаги, процессы нитрификации затухают, и содержание нитратного азота снижается в 2,5 раза относительно максимального его накопления.
3.3. Динамика содержания подвижного фосфора
Концентрация подвижного фосфора на контроле 96,5 мг/кг соответствует средней обеспеченности по существующей группировке почв (таблица 2).
Таблица 2 – Динамика содержания Р2О5 под сахарной свеклой в слое почвы 0-30 см в 2004-2006 гг., мг/кг
| Вариант | Срок определения | Среднее | |||
| всходы | смыкание в рядках | смыкание междурядий | уборка | ||
| 1. Контроль, б/у | 85,0 | 108,2 | 97,3 | 95,5 | 96,5 |
| 2. NРК | 95,8 | 118,8 | 101,5 | 112,7 | 107,2 |
| 3. Навоз + NРК | 106,8 | 119,8 | 114,5 | 104,7 | 111,5 |
| 4. Карб. кальция + NРК | 116,8 | 121,0 | 112,3 | 121,8 | 118,0 |
| 5. Навоз + карб. кальция + NРК | 110,0 | 120,3 | 119,5 | 123,8 | 118,4 |
| 6. Дефекат + NРК | 103,3 | 127,5 | 115,3 | 106,8 | 113,2 |
| 7. Навоз + дефекат + NРК | 110,3 | 114,2 | 108,5 | 119,5 | 113,1 |
| НСР0,95 | 9,0-12,8 | ||||
Удобрения оказывают существенное влияние на мобилизацию фосфорной кислоты, улучшая фосфатный режим почвы на 11,0-22,7%. В результате применения минеральных туков содержание подвижного фосфора повысилось на 11,0%. Внесение подстилочного навоза и минеральных удобрений способствовало повышению аккумуляции подвижных фосфатов в пахотном слое почвы на 15,5%. Внесение минеральных удобрений на фоне мелиорантов в виде карбоната кальция и дефеката в дозе 5 т/га повышало концентрацию фосфора на 22,3 и 17,3% соответственно. Последействие карбоната кальция, как на минеральном, так и на органо-минеральном фоне обеспечивало достоверное повышение содержания Р2О5 в пахотном слое почвы. Процесс пополнения подвижного фосфора в почве наиболее интенсивно осуществлялся на варианте совместного использования минеральных, органических и кальцийсодержащих удобрений, где концентрация фосфора выше на 17,2 – 22,3%, что способствует достижению оптимального уровня фосфатного режима и соответствует 118,4 мг/кг почвы, т.е. повышенному содержанию по обеспеченности Р2О5.
Содержание усвояемого фосфора в течение вегетации нестабильно. По всем вариантам опыта наблюдается тенденция к уменьшению содержания Р2О5 от фазы смывания в рядках и междурядьях к уборке.