Авторефераты по всем темам  >>  Авторефераты по сельскому хозяйству  

На правах рукописи

КАЩЕЕВА Дарья Михайловна

Роль длительного применения факторов

интенсификации в воспроизводстве органического

вещества дерново-подзолистой почвы

Специальность 06.01.01 - общее земледелие, растениеводство

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата сельскохозяйственных наук

Москва Ц 2012

Работа выполнена на кафедре земледелия и методики опытного дела Российского государственного аграрного университета - МСХА имени К.А. Тимирязева

Научный руководитель:        доктор биологических наук, профессор

                                       Мазиров Михаил Арнольдович

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук, профессор

заведующий кафедрой физической и органической химии РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева

Белопухов Сергей Леонидович

доктор сельскохозяйственных наук, в.н.с. кафедры эрозии и охраны почв факультета Почвоведения МГУ имени М.В. Ломоносова

Карпова Дина Вячеславовна

Ведущая организация:        ГНУ Всероссийский научно-исследовательский институт агрохимии имени Д.Н. Прянишникова

Защита состоится л18 декабря 2012 г. в л1430 часов на заседании диссертационного совета Д 220.043.05 при РГАУЦМСХА имени К.А. Тимирязева.

Адрес: 127550, г. Москва, ул. Тимирязевская, д. 49, тел./факс: 8 (499) 976-24-92. Ученый совет РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева.

С диссертацией можно ознакомиться в ЦНБ РГАУ - МСХА имени К.А. Тимирязева.

Автореферат разослан л  ноября 2012 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета                                                  А.В. Шитикова

Актуальность исследований. В условиях сельскохозяйственного использования почв характер и интенсивность почвообразовательного процесса в значительной степени регулируется производственной деятельностью человека, и изменения свойств почвы обуславливаются, главным образом, культурным процессом почвообразования. Окультуривание вызывает глубокие изменения дерново-подзолистых почв, что приводит к формированию новых свойств. Следует указать, что морфологические признаки почв относительно мало изменяются под действием окультуривания, а различия почвенных характеристик под естественной и культурной растительностью носят количественный характер.

С интенсификацией земледелия возрастает роль гумуса, как одного из важнейших факторов повышения культуры земледелия, обеспечения экологической устойчивости агроценозов, основы плодородия и высоких урожаев.

Возрастающая роль органического вещества вызывает необходимость поиска способов, направленных на регулирование его содержания и поддержание его качественного состояния, что достигается рациональным сочетанием звеньев адаптивно-ландшафтных систем земледелия, таких как севооборот, удобрения, интегрированная защита от вредных организмов, технологии возделывания и др. (Лыков А.М., 2004).

Цель исследований. Выявить закономерности изменения содержания органического вещества почвы, его лабильных форм и основных агрохимических показателей плодородия под влиянием длительного применения факторов интенсификации различного уровня и вычленить их долевое участие в формировании продуктивности различных агроценозов.

Для достижения поставленной цели решали следующие задачи.

1. Определить содержание гумуса и проследить динамику лабильной части органического вещества почвы в период вегетации в различных агроценозах и обосновать их взаимосвязь с количеством поступающих в почву растительных остатков после уборки культуры.

2. Провести оценку и выявить пригодность и информативность различных методов исследования органического вещества интенсивно используемой дерново-подзолистой почвы для оценки его качественного состояния.

3. Изучить трансформацию верхней части (0-100 см) почвенного профиля дерново-подзолистой легкосуглинистой почвы естественных биоценозов и различных агроценозов при длительном воздействии природных и антропогенных факторов разной интенсивности.

4. Изучить закономерности изменения электрокинетических свойств дерново-подзолистой почвы в зависимости от уровня обеспечения элементами питания.

5. Оценить влияние агрометеорологических условий вегетационных периодов и факторов интенсификации на продуктивность агрофитоценозов озимой ржи и определить их агрономическую и экономическую эффективность.

Научная новизна исследований. Впервые на основе комплексной оценки состояния органического вещества после 100-летнего применения факторов интенсификации выявлено, что качественное его состояние улучшается в условиях севооборота, применения минеральных и органических удобрений, известкования и особенно при их длительном совместном действии. Установлены закономерности трансформации верхней части почвенного профиля залежных и старопахотных земель по плодородию и выявлены основные тенденции изменения электрокинетических свойств длительно удобряемых дерново-подзолистых почв.

Практическая значимость исследований. Установленные закономерности позволят перейти к практическому управлению процессами трансформации органического вещества с целью создания и поддержания высокой подвижности на заданном количественном уровне. Для перехода к расширенному воспроизводству плодородия дерново-подзолистой почвы установлены наиболее целесообразные дозы применения удобрений с учетом продуктивности культур, агроэкологической устойчивости агроландшафта, а так же агрономической и экономической эффективности.

Апробация работы. Результаты исследований были доложены в РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева на Международной научной конференции молодых ученых и специалистов (Москва, 2010); декабрьской Международной научно-практической конференции (Москва, 2010, 2011); Всероссийской выставке научно-технического творчества молодежи (Москва, 2011); Международной научно-практической конференции, посвященной 100-летию Длительного опыта ТСХА (Москва, 2012).

Публикации. По результатам исследований опубликовано 9 работ, в том числе 3 статьи в рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК.

Структура и объем работы. Диссертация представлена введением, обзором литературы по данной тематике, описанием объектов, методов и условий проведения опытов, экспериментальной частью и ее обсуждением, заключением с выводами и рекомендациями. Объем диссертационной работы составляет 140 стр., включает 17 таблиц, 17 рисунков, список литературы из 224 наименований (в том числе 27 на иностранном языке).

Автор выражает глубокую признательность профессорам кафедры земледелия и методики опытного дела Мазирову М.А. и Матюку Н.С., всем преподавателям и сотрудникам за помощь в проведении исследований и ценные советы.

Объекты и методы исследований

Исследования проводились в 2009Ц2011 гг. в Длительном полевом опыте РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева, заложенном в 1912 г. профессором А.Г. Дояренко, расположенном на территории Полевой опытной станции РГАУЦМСХА имени К.А. Тимирязева.

Почва опытного участка дерново-слабоподзолистая легкосуглинистая старопахотная сформировалась на неоднородной супесчаной и суглинистой бурой морене.

По мере интенсификации сельскохозяйственного производства изменялись дозы удобрений, которые с 1973 года до настоящего времени составляют: N - 100, Р2О5 - 150, К2О - 120 кг/га д.в. и 20 т/га навоза. На нечетных полях севооборота удобрения вносят дифференцировано по схеме принятой в 1912 году (без удобрений, N, P, K, NP, NK, PK, NPK, NPK+навоз), а на четных полях с 1973 года вносят полное минеральное удобрение (NPK) с целью выравнивания плодородия разных по окультуренности почв.

Исследования проводились в севообороте (на поле №135) и бессменных посевах озимой ржи на вариантах без удобрений, N, P, K, NP, NK, PK, NPK, NPK+навоз по фону извести и без извести. Известкование по полной гидролитической кислотности, в качестве одного из изучаемых факторов, введено в 1949 году и проводится один раз в ротацию севооборота. Технология возделывания культур в опыте базируется на традиционной системе основной и предпосевной обработки с использованием современных средств защиты растений на основе фактической оценки фитосанитарного состояния посевов.

Методы исследований. Исходя из цели работы и поставленных задач, нами использовались общепринятые методы лабораторных исследований и статистической обработки данных. Программа исследований включала: определение содержания гумуса - по методу И.В. Тюрина в модификации ЦИНАО и термическим и термографическим анализом на модернизированном термоаналитическом комплексе на базе дериватографа Q-1500Д, а также качественного состава органического вещества (щелочерастворимая и водорастворимая фракция); содержание подвижных форм фосфора и обменного калия - по А.Т. Кирсанову; содержание общего азота - титриметрическим методом; определение реакции почвенной среды (рНKCl) - потенциометрическим методом; определение -потенциала - методом электрофореза с использованием ротационной измерительной камеры на модифицированной установке Булычева С.Н., ОВП - по И.П. Сердобольскому, электропроводность () - кондуктометрическим методом. Урожайность учитывали сплошным методом. Полученные данные подвергали статистической обработке методом дисперсионного анализа (Доспехов Б.А., 1985) и программы Statistika.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

1. Влияние факторов интенсификации разного уровня на содержание и качественное состояние органического вещества дерново-подзолистой почвы

Изучение динамики изменения содержания гумуса за длительный период позволяет вычленить роль отдельных элементов питания, способа возделывания полевых культур, а также известкования и оценить направленность биохимических процессов превращения органических веществ в различных агроценозах.

Систематическое внесение минеральных удобрений, как в форме отдельных их видов, так и разных их сочетаний на кислых дерново-подзолистых почвах без известкования снижает содержание в них гумуса, а их применение на фоне внесения извести значительно уменьшает потери органического вещества.

Сравнительная оценка процессов трансформации углерода в природной экосистеме, представленной залежью, и наиболее интенсивном агроценозе (чистом пару) позволяет установить квазиравновесное его содержание в дерново-подзолистых легкосуглинистых почвах залежи и выпаханных землях.

Наши исследования показали, что при бессменном паровании дерново-подзолистой легкосуглинистой почвы изменения содержания углерода имеют устойчивый тренд к его снижению, причем скорость ежегодных потерь определяется дозами вносимых минеральных и органических удобрений (рисунок 1).

Наибольшие потери углерода отмечали в вариантах без удобрений, где его содержание в первые 10 лет после закладки опыта уменьшилось на 37,5% по сравнению с исходным состоянием (1,20%). В последующие десятилетия темпы минерализации органического вещества замедлялись, что связано с достижением почвой уровня критического содержания углерода (0,48-0,52%), обеспеченного гранулометрическим составом данного типа почвы. Внесение полного минерального удобрения (NPK) замедляло темпы распада углерода почвы и его содержание находилось на уровне 0,81-0,89%. Ежегодное внесение, в среднем за 100 лет 17,7 т/га, навоза обеспечивало положительный баланс углерода в чистом пару с сезонными колебаниями в пределах 1,21-1,27%.

В естественных биоценозах многолетней залежи при замедленных темпах минерализации непрерывно поступающих в почву растительных остатков наблюдалась устойчивая тенденция сохранения положительного баланса углерода, увеличение содержания которого через 100 лет составило 0,11% или 3,3 т/га.

Установлено, что основным источником гумусообразования на минеральных фонах являются растительные остатки, поступающие в почву после уборки культуры, количество которых зависит от уровня общей продуктивности агроценоза.

Так, при бессменном возделывании озимой ржи как на известкованном фоне, так и без извести решающим фактором в накоплении растительных остатков являлась обеспеченность питательными элементами. Их количество колебалось от 2,64 в вариантах без удобрений до 3,38 т/га на делянках с совместным внесением N100P150K120 и 20 т/га навоза.

Возделывание озимой ржи в зернопаропропашном севообороте уменьшало накопление растительных остатков на 0,2-0,6 т/га в зависимости от фона питания за счет ускорения минерализации в чистом пару и под картофелем.

В вариантах с внесением отдельных элементов питания масса пожнивно-корневых остатков увеличилась на 0,1-0,4 т/га, при их парном сочетании - на 0,3-0,6, а на делянках с полным минеральным удобрением в сочетании с 20 т/га навоза - на 0,74 т/га.

Из изучаемых в севообороте культур наименьшее количество растительных остатков оставлял после уборки лен (0,43-1,18 т/га), а наибольшее - клевер одного года использования (4,22-4,64 т/га).

Аналогичные закономерности в накоплении растительных остатков отмечались и на известкованном фоне.

Установлено, что по сравнению с вечным паром под культурами, возделываемыми в опыте, содержание общего углерода в почве было значительно выше и оно коррелировало с массой растительных остатков, оставляемых ими после уборки (рисунок 2).

Зерновые культуры (озимая рожь и ячмень) при длительном бессменном выращивании обеспечивали наибольшее накопление органического вещества в почве, содержание которого варьировало в пределах 1,9-3,1% в зависимости от варианта удобрений. Это свидетельствует об их способности при достаточном уровне обеспеченности элементами питания сохранять высокую гумусированность почвы даже в условиях бессменного возделывания. Выращивание льна даже на варианте полного минерального удобрения и 20 т/га навоза приводило к снижению содержания гумуса до 2,3%.

Длительное применение разных видов минеральных удобрений, а также сочетание NPK с навозом изменяло не только содержание общего органического вещества, но и его качественный состав.

Наши исследования подтвердили общие закономерности изменения гумусированности дерново-подзолистых почв при разном уровне интенсификации земледелия. Как при бессменном выращивании озимой ржи, так и в севообороте содержание общего углерода увеличивалось с повышением суммарных доз внесения минеральных удобрений (таблица 1).

Сочетание полного минерального удобрения (N100P150K120) с 20 т навоза обеспечивало его содержание на уровне 1,72-1,78% при бессменном выращивании и 1,20-1,33% в севообороте. Представляет интерес тот факт, что содержание общего углерода не зависимо от фона минерального питания было больше при бессменном возделывании, чем в севообороте, что связано с различным уровнем урожайности возделываемой культуры, не одинаковой массой растительных остатков, поступающих в почву после уборки и скоростью их минерализации.

Достаточно эффективным в поддержании положительного баланса органического вещества являлось применение полного минерального удобрения, где увеличение содержания углерода составило 0,52 и 0,46% по сравнению с вариантом без удобрений.

Таблица 1

Динамика изменения общего и лабильного органического вещества

под озимой рожью (1 - без извести, 2 - по извести)

Вариант	Фон	Бессменно			Севооборот
		Общий углерод, %	Щелочная	Водная	Общий углерод, %	Щелочная	Водная
			% от общего			% от общего
Без удобрений	1	1,120,01	19,77	1,41	0,790,14	26,7	1,30
	2	0,960,01	16,51	0,77	0,840,01	16,52	1,93
NPK	1	1,380,16	15,03	0,94	1,040,11	20,05	0,97
	2	1,220,09	14,48	0,97	1,080,04	18,11	0,89
NPK + навоз	1	1,780,06	11,82	0,83	1,200,01	22,25	0,96
	2	1,720,06	11,94	0,77	1,330,05	12,25	1,03

Подвижность органического вещества по мере повышения уровня окультуренности почвы наоборот падает, особенно его щелочерастворимых форм. Наибольшее количество лабильных форм органического вещества наблюдается в контрольном варианте, где доля водной и щелочной вытяжки составила 1,4 и 19,8% от общего содержания углерода при бессменном возделывании озимой ржи и 1,3 и 26,7% в севообороте. Внесение минеральных и органических удобрений способствует уменьшению подвижности органического вещества. Стабилизация показателей плодородия почвы, за счет внесения полной дозы NPK, приводила к снижению содержание лабильной части гумуса до 16% в бессменных посевах и до 21% в севообороте, а сочетание данной дозы с 20 т/га навоза - до 12,6 и 23,1 соответственно.

Известкование не оказывало достоверного влияния на содержание органического вещества, но приводило к изменению его лабильной части. На всех изучаемых вариантах отмечается стабильное снижение щелочерастворимой фракции, как в бессменных посевах, так и в севообороте, что связано с повышением содержания катионов кальция в ППК, который, по-видимому, связывает часть подвижных форм гумусовых кислот.

При оценке влияния отдельных факторов интенсификации на количественное и качественное состояние органического вещества важным этапом является изучение природы гумусовых веществ, которое позволяет лучше понять механизм взаимопревращения углеродистых соединений в почве, а познание их структурных характеристик даст возможность ближе подойти к регулированию состава и свойств гумусовых соединений исследуемых почв.

Определение содержания органического вещества почвы термоаналитическим методом позволяет по способности к деструкции в низко- (до 4000С) и высокотемпературной (от 4000С и выше) области условно выделить в структуре гумусовых кислот центральную и периферическую части (рисунок 3). Для количественной оценки участия периферических радикалов и центральных фрагментов в построении молекул гумусовых кислот принято соотношение потери массы в низко - и высокотемпературной области, обозначаемое показателем - Z, предложенное проф. В.А. Черниковым.

Наибольшей степенью участия центральной части в построении органического вещества характеризуются низкоокультуренные почвы бессменного пара, а периферической - органическое вещество среднеокультуренных почв севооборота, что подтверждается показателем соотношения периферических и центральных частей - 0,49 и 1,28 соответственно. Установленные нами соотношения свидетельствуют о том, что в процессе длительного парования, при отсутствии свежих растительных остатков, у гумусовых веществ произошел интенсивный распад компонентов периферической части при относительном накоплении компонентов центральной части. Причем эти компоненты стали менее устойчивыми.

Несмотря на возрастание доли центральной части органического вещества почвы вечного пара, по-прежнему наибольшая степень участия принадлежит периферической части, что подтверждается отношением Z (1,00-2,00 в зависимости от удобрений). Внесение удобрений оказывает влияние в большей степени на периферическую часть и приводит к незначительному увеличению центральных группировок.

2. Трансформация верхней части почвенного профиля

при длительном окультуривании

Длительное сельскохозяйственное использование почвы вызывает изменения морфологических признаков и физико-химических свойств, гумусированности и питательного режима не только пахотного слоя, но и нижележащих горизонтов. Системные обследования агрохимических свойств метровых профилей почвы на полях бессменного участка, севооборота и прилегающей залежи были проведены в 2011 г. на местах почвенных разрезов, сделанных в 1974 г. доц. Кирюшиным Б.Д.

Проведенные нами в 2011 г. исследования свидетельствуют о разнохарактерности процессов гумусонакопления в почвах разной интенсивности их использования: залежи, вечного пара, бессменной ржи и севооборота. Длительное парование, сопровождающееся регулярной механической обработкой с целью уничтожения сорной растительности, приводит к резкому усилению процессов минерализации органического вещества и снижению содержания гумуса в почве. Ежегодное обогащение почвы органикой в виде навоза в сочетании с полным минеральным удобрением значительно замедляет процесс разрушения гумуса, причем эта закономерность не только сохраняется, но и усиливается во времени.

Результаты наших исследований показали, что за последние 37 лет функционирования опыта запасы гумуса в пахотном слое почвы севооборота возросли за счет поступления после уборки растительных остатков в вариантах без удобрений на 4,8 т/га, NPK - на 17,4 т/га, а при совместном действии полного минерального удобрения и 20 т/га навоза - на 21,3 т/га. В подпахотном слое за счет вертикальной миграции водорастворимых форм органического вещества они увеличились в среднем на 3,9-5,4 т/га (рисунок 4).

Такие же закономерности изменения показателей плодородия отмечаются и в нижележащих горизонтах 40-100 см верхней части почвенного профиля. Установлено, что под многолетней залежью сохранилась та же закономерность распределения гумуса по профилю почвы, что и в 1974 г. Увеличение было незначительное и составило в слое 20-60 см 0,14-0,21%. Длительное использование почвы в сельскохозяйственном производстве сопровождается не только изменением содержания гумуса, но и в значительной мере определяет содержание в ней подвижных форм фосфора и обменного калия (рисунки 5, 6).

Принципиальных различий в фосфатном и калийном режимах пахотного и метрового слоя почвы сопоставимых вариантов севооборота и бессменных культур в опыте не установлено. Однако отмечается тенденция удвоения содержания подвижного фосфора и обменного калия на удобренных вариантах во всех изучаемых слоях профиля.

По обеспеченности фосфатами почвы под посевами бессменной ржи превосходили аналогичные варианты севооборота практически по всему профилю. Так в пахотном слое их содержание составляло 472 мг/кг почвы и 417 мг/кг почвы соответственно, а в слое 80-100 см количество подвижного фосфора было на одном уровне. Такие различия в пахотном и подпахотном слое связаны с большим отчуждением элементов питания с основной и побочной продукцией в севообороте, а также более кислой реакцией среды, которая способствует увеличению поглощения фосфатов удобрений.

Обменные формы калия, поступающие с удобрениями и содержащиеся в почве, при избыточном их количестве переходят в необменное состояние и закрепляются.

По профилю почвы содержание калия обычно распределяется более равномерно до глубины 80-100 см. Однако в бессменном пару, где он не поглощается растениями, не зависимо от фона питания большая часть поступившего с удобрениями калия вымывается в нижележащие горизонты и его содержание в подпахотном слое 20-40 см на 10-15 мг/кг почвы выше, чем в пахотном.

Таким образом, пашня, подвергающаяся разной степени природной и антропогенной нагрузки (пар, культуры сплошного сева, пропашные) реагировала на изменение свойств и режимов более значимым увеличением содержания гумуса и элементов питания во всем метровом слое профиля почвы, особенно в чистом пару, где содержание гумуса удвоилось, а фосфора и калия возросло в 5-8 раз. При этом калий за счет миграции равномерно распределялся по глубине, а подвижный фосфор накапливался в основном в слое 0-40 см. Бессменные посевы озимой ржи способствовали более сильному окультуриванию профиля почвы, чем картофель и совместное влияние культур севооборота.

3. Влияние удобрений, извести и способа возделывания на динамику

изменения кислотности

Кислотно-основные свойства почвы в значительной степени определяют интенсивность поступления питательных веществ в растения, активность ферментов, направленность процессов минерализации органического вещества и нитрификации. Подкисляющий эффект, вызванный высокими дозами минеральных удобрений, проявляется в снижении почвенного плодородия из-за увеличения подвижности гумусовых веществ и вредного влияния ионов H+ на минеральную часть почвы. При этом почва обедняется коллоидами, которые вымываются в подпахотные слои. Поэтому увеличение доз минеральных удобрений усиливает необходимость известкования дерново-подзолистых почв.

Анализ динамики изменения кислотности за многолетний период позволяет выявить роль сельскохозяйственных культур, способа их возделывания и известкования, как эффективного приема снижения кислотности, на реакцию почвенной среды (рисунок 7).

Многолетними исследованиями установлено, что периодическое (раз в 6 лет, последнее осенью 2008 г.) известкование почвы по полной гидролитической кислотности в дозе 3 т/га обеспечивало слабокислую или близкую к нейтральной реакцию почвенного раствора независимо от фона питания и возделываемой культуры. Так в среднем за годы исследований в бессменных посевах озимой ржи она снизилась наиболее существенно (1,4 ед.) при внесении NP, чуть меньше на делянках с использованием NK и K (1,2 ед.), а вариантах без удобрений, N и PK уменьшилась на 1,0 ед.

Аналогичная тенденция прослеживается и при возделывании озимой ржи в севообороте. Так наибольшее снижение кислотности почвы произошло в варианте с длительным применением однокомпонентного калия (1,6 ед.), меньшее в вариантах с двойным сочетанием элементов питания, где оно составило 1,4-1,5 ед. Следовательно, известкование почвы в большинстве случаев полностью снимает как негативное действие физиологически кислых азотных и фосфорных удобрений, так и природных факторов подкисления дерново-подзолистой почвы в виде кислотных дождей.

Примечание: для сравнительного анализа использованы данные: 1932 г. - В.Е. Егоров; 1972 г. - Б.Д. Кирюшин; 1996 г. - А.А. Алферов; 2005 г. - А.Ю. Стюхин; 2008 г. - В.А. Розанов

Рисунок 7. Сравнительная картограмма изменения кислотности почвы за 100-летний период

Таким образом, изучаемые в опыте факторы интенсификации по силе положительного воздействия на изменение реакции почвенной среды можно расположить в следующей убывающей последовательности: известкование > способ возделывания культур > вид удобрения.

Электрокинетический (дзета, ) потенциал, который определяет поглотительные свойства почвы и зависит от минералогического состава почвы, содержания органического вещества, реакции почвенной среды, концентрации почвенного раствора, содержания обменных катионов и анионов изменялся по изучаемым вариантам опыта.

Применение агрохимикатов в виде извести, а также различных форм удобрений оказывает влияние на величину электрокинетического потенциала, а, следовательно, и агрохимических свойств почвы. На известкованных вариантах величина электрокинетического потенциала на делянках без внесения удобрений увеличивается практически в 3,5 раза и составляет 7,86 мВ из-за вхождения ионов кальция в обменное состояние ППК, вследствие меньшей коагулирующей их способности по сравнению с Н+- ионами (таблица 2).

Применение полного минерального удобрения на фонах без извести и по извести увеличивает значения -потенциала до 4,98 и 8,77 мВ соответственно.

Таблица 2

Влияние фона питания и способа размещения культур на электрокинетические

свойства, 2010-2012 гг. (1 - без извести, 2 - по извести)

Вариант	Фон	pH	, 10-4, См/м	-потенциал, (-) мВ	ОВП, мВ
Бессменно
Без удобрений	1	4,63	2,00	2,02	308,9
	2	5,86	2,02	7,86	317,8
NPK	1	5,76	2,17	4,98	343,5
	2	5,88	2,32	8,77	306,4
NPK + навоз	1	5,95	3,05	7,94	352,7
	2	6,31	2,33	8,24	329,8
Севооборот
Без удобрений	1	4,14	1,54	1,82	407,6
	2	4,62	1,69	1,58	390,7
NPK	1	4,22	1,54	7,85	405,4
	2	4,46	1,49	6,13	398,7
NPK + навоз	1	4,31	1,68	9,28	393,1
	2	4,54	1,65	8,10	390,7

При внесении навоза величина -потенциала возрастает практически в 3 раза и составляет 7,41 мВ, а при добавлении извести значение достигает 11,71 мВ, что свидетельствует о высокой поглотительной способности почв и хорошей их окультуренности.

4. Влияние 100-летнего применения удобрений и извести на продуктивность озимой ржи в бессменных посевах и в севообороте

Длительные стационарные опыты позволяют изучить действия, взаимодействия и последействия факторов интенсификации на продуктивность возделываемых культур в различные по влаго- и теплообеспеченности вегетационные периоды. В среднем за 100 лет применение однокомпонентных азотных, фосфорных и калийных удобрений повышало урожайность озимой ржи на 0,02-0,11 т/га, двухкомпонентных (NP, NK, PK) - на 0,24-0,41 т/га, полного минерального удобрения - на 0,78, а его сочетание с 17,7 т/га навоза - на 0,97 т/га. В севообороте эффективность изучаемых вариантов удобрений была значительно ниже и составила в среднем 0,06 т/га, 0,32, 0,50 и 0,74 т/га соответственно (таблица 3).

В последние годы исследований при увеличении доз внесения удобрений до N100P150K120 и использовании интенсивных сортов в бессменных посевах эффективность азотных удобрений увеличилась в 8-10 раз, а фосфорно-калийных практически не изменилась. Внесение NK и NP повышало урожайность на 1,56 и 1,30 т/га, а применение полного минерального удобрения и его сочетание с навозом на 1,13 и 1,12 т/га соответственно.

Такая же закономерность сохраняется и при возделывании озимой ржи в севообороте при более высоком уровне урожайности (3,6-6,3 т/га).

В среднем за 100 лет эффективность известкования проявилась в повышении урожайности возделываемых культур на 27,2% в бессменных посевах и на 14,1% в севообороте, а в годы наших исследований она значительно снизилась. Повышение урожайности от размещения ее в севообороте составило 75,3 и 126,5% соответственно.

Таблица 3

Урожайность озимой ржи по основным периодам опыта, т/га

Варианты опыта	Урожайность, т/га
	1912-2012				2009-2012
	Бессменно		Севооборот		Бессменно		Севооборот
	без извести	по извести	без извести	по извести	без извести	по извести	без извести	по извести
Без удобрений	0,87	1,05	2,05	2,24	1,31	1,21	3,62	3,93
N	0,98	1,22	2,02	2,25	2,64	2,49	4,79	5,23
P	0,96	1,13	2,31	2,42	1,55	1,25	4,30	4,39
K	0,89	1,00	2,02	2,45	1,21	1,23	4,31	4,05
NP	1,29	1,68	2,41	2,52	2,61	2,56	4,76	5,29
NK	1,26	1,87	2,15	2,79	2,87	2,72	4,61	4,83
PK	1,11	1,40	2,55	2,77	1,39	1,59	3,08	3,78
NPK	1,65	2,24	2,55	3,22	2,44	2,26	5,28	5,44
навоз	1,62	1,85	-	-	2,43	2,30	-	-
NPK+навоз	1,84	2,42	2,79	3,13	2,41	2,87	6,30	6,29
В среднем по известкованию	1,25	1,59	2,32	2,64	2,09	2,05	4,56	4,20
В среднем по чередованию	1,42		2,48		2,07		4,68
НСР05	0,23	0,25	0,41	0,46	0,82	0,74	1,12	1,17

Таким образом, положительный эффект длительного применения удобрений и извести по мере повышения исходного уровня плодородия почвы со временем затухает, а эффект чередования культур, наоборот, усиливается.

5. Агрономическая и экономическая оценка применения

удобрений и известкования

Наши исследования в длительном полевом опыте показали, что эффективность применения минеральных удобрений, дозы которых отражали определенные этапы интенсификации сельского хозяйства страны, определяется их видами, сочетаниями элементов питания и способом возделывания озимой ржи (рисунок 8).

Установлено, что на известкованном фоне эффективность применения отдельных видов минеральных удобрений была за 100-летний период в среднем ниже по азотным в 1,98 раза, фосфорным - 2,72 и калийным - в 1,43 раза по сравнению с не известкованным фоном.

Наиболее эффективным во все годы исследований было внесение полного минерального удобрения в сочетании с периодическим известкованием (раз в 6 лет) по полной гидролитической кислотности. Прибавка урожайности озимой ржи при таком сочетании в бессменных посевах составила 1,13-1,49 т/га, а в севообороте - 0,39-1,17 т/га по сравнению с вариантами без удобрений. На делянках без извести эффективность внесения NPK совместно с навозом в бессменных посевах снизилась до 0,34-1,33 т/га, а в севообороте - до 0,61-1,20 т/га.

В среднем за 100-летний период при бессменном возделывании озимой ржи прибавка от однокомпонентных удобрений составила 0,11 т/га, двухкомпонентных - 0,35 и полного минерального удобрения - 0,87 т/га, а в севообороте - 0,06, 0,32 и 0,62 т/га соответственно.

Возделывание озимой ржи в севообороте, как без внесения извести, так и по известкованному фону обеспечивало высокую рентабельность применения удобрений, которая была максимальной в вариантах с применением азота (191%). Двойное сочетание элементов питания и применение полного минерального удобрения в дозах N100P150K120, а также совместное их внесение с 20 т/га навоза снижало ее до 84, 16 и 9% соответственно из-за высокой стоимости энергоресурсов (таблица 4).

Таблица 4

Экономическая эффективность применения минеральных удобрений при возделывании озимой ржи в севообороте (числитель) и бессменных посевах (знаменатель), 2009-2011 гг.

Вариант опыта	Внесено удобрений, кг д в/га	Урожайность, т/га	Прибавка урожая, т/га	Стоимость прибавки урожая, тыс. руб./га	Затраты на удобр., их внесение и уборку прибавки, тыс. руб./га	Чистый доход, тыс. руб/га	Рентабельность, %
Без удобрений	0	3,58 1,44	-	-	-	-	-
N	100	5,56 2,78	1,98 1,34	11,88 8,04	4,09 3,56	7,79 4,48	190,5 125,8
NP	250	5,60 2,22	2,02 0,78	12,12 4,68	8,86 7,95	3,26 -	36,8 -
NK	220	5,20 2,94	1,62 1,50	9,72 9,00	5,18 5,01	4,54 3,99	87,6 79,6
NPK	370	5,58 2,67	2,00 1,23	12,00 7,38	10,36 8,05	1,64 -	15,8 -
NPK+ навоз	569	6,44 2,42	2,86 0,98	17,16 5,88	15,75 12,08	1,41 -	9,0 -

Стоимость зерна озимой ржи 6 тыс. руб./т

В бессменных посевах, где уровень урожайности значительно ниже (2,22-2,92 т/га) рентабельным оказалось применение лишь азотных (125,8%) и их сочетание с калийными удобрениями (79,6%).

Выводы

1. Агрофитоценозы в отличие от естественных биоценозов, под воздействием антропогенной нагрузки разной интенсивности со временем снижают свою продуктивность из-за расхода органического вещества, особенно на фонах минерального питания. Неудобренные бессменные варианты по влиянию на масштаб убыли углерода за 100-летний период располагаются в следующий убывающий ряд: пар чистый - картофель - лен - озимая рожь. Систематическое унавоживание в дозе 18-20 т/га обеспечивает многолетнее устойчивое поддержание содержания углерода даже в бессменно парующей почве на уровне 1,21-1,22%, а при естественном фоне питания оно снижается до квазиравновесного содержания (0,48-0,52%), обеспеченного гранулометрическим составом дерново-подзолистой легкосуглинистой почвы. В природных травянистых биоценозах динамика изменения содержания гумуса носит кумулятивный характер.

2. Возделывание культур бессменно и в севообороте оказывает неодинаковое влияние на накопление гумуса и качественное состояние органического вещества. Озимая рожь при длительном бессменном возделывании в вариантах без удобрений обеспечивает наибольшее накопление гумуса (1,94%), ячмень стабилизирует содержание гумуса на уровне 1,87%, а лен снижает до 1,82%. В севообороте смена культур приводит к снижению содержания гумуса в среднем на 0,15% из-за увеличения его минерализации в чистом пару и под пропашными культурами, а также более высокой их урожайности.

3. Возделывание однолетних культур как бессменно, так и в севообороте на низких фонах питания (P, K, PK) вызывает неизбежные потери гумуса (4,3-1,8 т/га), а применение полного минерального удобрения не обеспечивает бездефицитного баланса органического вещества (+1,3 т/га), но стабилизирует колебание содержания гумуса по годам. Положительный баланс достигается лишь при бессменном возделывании озимой ржи и клевера (17,4 т/га).

4. Известкование дерново-подзолистых почв приводит к незначительному увеличению содержания органического вещества, но существенно улучшает его качественный состав за счет увеличения доли периферической части, которая наиболее активно участвует в накоплении продуктивной биомассы. Известь оказывает наиболее сильный положительный эффект при совместном внесении с органическими и минеральными удобрениями как при бессменном возделывании, так и в севообороте, обеспечивая бездефицитный баланс гумуса на уровне 2,5-3,5%.

5. Корневые и пожнивные остатки растений в интенсивном земледелии являются важной приходной статьей баланса органического вещества почвы, а их масса зависит от фона питания и определяется уровнем урожайности возделываемых культур. Внесение отдельных элементов питания (N, P, K) увеличивает количество растительных остатков на 0,8-1,1 т/га, их парное сочетание (NP, NK, PK) - на 1,35-1,53 т/га, а сочетание полного минерального удобрения (N100P150K120) с 20 т/га навоза ежегодно - на 1,57 т/га. По количеству органического вещества, поступающего в почву с растительными остатками, возделываемые в опыте культуры можно расположить в следующей убывающей последовательности: клевер > озимая рожь > ячмень > картофель > лен.

6. Подкисляющий эффект высоких доз минеральных удобрений проявляется в снижении почвенного плодородия из-за увеличения подвижности гумусовых веществ и вредоносного влияния ионов водорода и аммония на минеральную часть почвы. Периодическое (раз в ротацию 6-польного севооборота) известкование по полной гидролитической кислотности обеспечивает поддержание реакции почвенного раствора на уровне близкой к нейтральной (5,1-6,0) в бессменных посевах и на уровне слабокислой (4,2-5,0) в севообороте.

7. Повышение уровня сбалансированности минерального питания способствует увеличению электрокинетического потенциала и улучшению ионно-обменных и агрохимических свойств почвы. При этом азотные удобрения не изменяют потенциал почвы, фосфорные снижают его на 27,5%, а калийные повышают более чем в 3 раза по сравнению с вариантом без удобрений.

8. При длительном окультуривании дерново-подзолистых легкосуглинистых почв в отличие от природных биоценозов агрохимические свойства изменяются не только в пахотном слое, но и в нижележащих подпахотных горизонтах. При этом подвижный фосфор и гумус в основном накапливаются в корнеобитаемом слое 0-40 см, а калий распределяется равномерно по метровому слою почвенного профиля. Бессменные посевы озимой ржи и клевера способствуют более сильному окультуриванию профиля почвы, чем совместное влияние культур севооборота.

9. Совершенствование технологий возделывания озимой ржи за счет улучшения качества выполняемых полевых работ, внедрения высокоинтенсивных сортов и эффективных средств защиты растений от вредных организмов обеспечивает повышение урожайности озимой ржи в 2,3-3,2 раза, совершенствование системы применения удобрений повышает ее урожайность в 1,5-2,0 раза, а периодическое известкование - на 10-12%. По эффективности воздействия на плодородие почвы и урожайность озимой ржи за 100-летний период изучаемые варианты удобрений можно расположить в следующей убывающей последовательности: K - P - N - PK - NK - NP - NPK - NPK+навоз.

10. При повторном и бессменном выращивании озимой ржи на среднеокультуренных почвах агрономически оправданным и экономически выгодным является применение азотных и азотно-калийных удобрений, обеспечивающих уровень рентабельности в 120 и 80% соответственно. В севообороте эти показатели снизились с 190% при внесении азота в дозе 100 кг/га д.в. до 9% на фоне применения N100P150K120 в сочетании с 20 т/га навоза соответственно.

Рекомендации производству

На дерново-подзолистых легкосуглинистых средне- и высокоокультуренных почвах Центрального района Нечерноземной зоны для стабилизации гумусового состояния и более эффективного использования накопленных элементов питания возможны повторные посевы озимой ржи без снижения урожайности при условии дробного внесения азотных удобрений в дозе 100 кг/га д.в. или возделывание их в зернопропашном севообороте с одним полем многолетних бобовых трав при снижении дозы азотного удобрения до 50 кг/га д.в., что обеспечит уровень рентабельности в 125 и 190% соответственно.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

В изданиях ВАК РФ

1. Мазиров, М.А., Матюк, Н.С., Гогмачадзе, Г.Д., Кащеева, Д.М. Экологические функции гумуса в оптимизации плодородия дерново-подзолистой почвы / АгроЭкоИнфо, 2011, №2, agroecoinfo.narod.ru /journal/STATYI/ 2011/2/ st_35.doc

2. Матюк, Н.С., Мазиров, М.А., Кащеева, Д.М. Трансформации верхней части почвенного профиля дерново-подзолистых легкосуглинистых почв при длительном окультуривании (К 100-летию длительного опыта ТСХА). / Известия ТСХА, 3, 2012. - С. 13-26

3. Матюк, Н.С., Мазиров, М.А., Полин, В.Д., Кащеева, Д.М. Действие 100- летних бессменных культур на агрохимические свойства дерново-подзолистой почвы / Агрохимический вестник, 6, 2012. - С. 6-9.

В сборниках научных трудов и материалах конференций

4. Кащеева, Д.М. Влияние фона питания и способа выращивания озимой ржи на воспроизводство гумуса / Сб. докл. конф. мол. уч. - Изд-во ТСХА, 2010. - С.37-42

5. Кащеева, Д.М. Влияние длительного применения удобрений и извести на содержание гумуса под зерновыми культурами / Доклады ТСХА, Изд. РГАУ-МСХА, 2011. - С. 116-118

6. Матюк, Н.С., Солдатова, С.С., Кащеева, Д.М. Эффективность сидератов в экологизации и биологизации земледелия Сб. докл. Межд. научно-практ. конф. Задачи земледельческой механизации в XXI веке. Мелитополь, 2011. - С. 33-40

7. Матюк, Н.С., Сафонов, А.Ф., Мазиров, М.А., Золотарев, М.А., Кащеева, Д.М. Действие длительного применения удобрений и известкования на урожайность полевых культур в бессменных посевах и в севообороте. / Монография, посвященная 100-летию длительного опыта. М., Изд-во РГАУ-МСХА, 2012. - С. 49-89

8. Матюк, Н.С., Стюхин, А.Ю., Полин, В.Д., Кащеева, Д.М. Эффективность длительного применения удобрений и извести при возделывании полевых культур в бессменных посевах и в севообороте. / Монография, посвященная 100-летию длительного опыта. М., Изд-во РГАУ-МСХА, 2012. - С. 89-104

9. Матюк, Н.С., Стюхин, А.Ю., Кащеева, Д.М. Влияние длительного применения удобрений и известкования на физико-химические показатели плодородия почвы под полевыми культурами в бессменных посевах и в севообороте. / Монография, посвященная 100-летию длительного опыта. М., Изд-во РГАУ-МСХА, 2012. - С. 104-148

  Авторефераты по всем темам  >>  Авторефераты по сельскому хозяйству