Эродированные почвы Чувашской Республики и их окультуривание

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Эродированные почвы Чувашской Республики и их окультуривание

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора биологических наук

Введение

Актуальность темы. За последние 3 десятилетия запасы гумуса в пахотных почвах Чувашии сократились на 1,5-20т/га [Мониторинг земель сельскохозяйственного назначения Чувашской Республики, 2006]. Сложившееся положение в республике усугубляется широким развитием водно-эрозионных процессов. Площади эродированных почв составляют более 80% пахотных земель республики [Мониторинг земель сельскохозяйственного назначения Чувашской Республики, 2005].

Плодородие эродированных разновидностей почв снижается. Суммарный экономический ущерб, наносимый сельскому хозяйству республики водной эрозией, только из-за пониженного плодородия эродированных почв и недобора в них продукции растениеводства составляет на сегодня в среднем сумму до 1500 млн. рублей в год [Мониторинг земель сельскохозяйственного назначения Чувашской Республики, 2006].

Поиск путей окультуривания эродированных почв с использованием контурно-мелиоративной организации территории и применением удобрений весьма актуален. Однако свойства эродированных почв изучены недостаточно, в связи с чем возникают проблемы при окультуривании и применении минеральных удобрений.

Одним из резервов повышения плодородия эродированных почв является использование осадков городских сточных вод, которых на биологических очистных сооружениях г. Новочебоксарска скопилось свыше 2 млн. тонн. Имеющихся для хранения осадков площадей (шламоотстойников) на предприятии недостаточно, что угрожает в ближайшем будущем городам Чебоксары и Новочебоксарск, с учетом близости р. Волга, серьезными экологическими проблемами. Поэтому на сегодня утилизация осадков городских сточных вод гг. Чебоксары и Новочебоксарск в республике является актуальной проблемой.

Решение проблемы утилизации осадков сточных вод в качестве органического удобрения будет способствовать, с одной стороны, оздоровлению экологической обстановки в пригороде г. Новочебоксарск, с другой - повышению плодородия эродированных почв республики.

Цель и задачи исследований. Цель работы - выявить динамику и закономерности формирования морфологических, водно-физических, агрохимических, биологических свойств основных типов эродированных почв Чувашской Республики и определить их изменение при контурно-мелиоративной организации территории, а также применении местных органических удобрений, в т.ч. и осадков городских сточных вод г. Новочебоксарск (ОСВ). Для этого были поставлены следующие задачи:

- провести двукратное, с промежутком 10 лет, детальное почвенное картирование (1:1000) территории региональных полигонов республики и выявить воздействие контурно-мелиоративной системы земледелия на интенсивность водно-эрозионных процессов;

- выявить интенсивность и влияние водно-эрозионных процессов на морфологические свойства, структуру почвенного покрова, содержание и фракционный состав гумуса и азота, водно-физические свойства почв;

- изучить изменение валового химического состава, органического вещества, окислительно-восстановительного потенциала (ОВП) и буферных свойств в кислой области эродированных почв, а также содержание подвижных форм макро-и микроэлементов в пахотном слое эродированных почвенных разновидностей;

- оценить изменение фракционного состава фосфатов, калийного потенциала и калийной буферной способности эродированных почв республики;

- определить урожайность и качество продукции растениеводства, выращенной в эродированных почвах;

- изучить возможность окультуривания антропогенно нарушенных земель с применением ОСВ;

- выявить изменение количества и качества гумуса пахотного слоя почв, удобренных ОСВ, фракционного состава фосфатов, ОВП, калийного потенциала и буферной способности почв;

- дать оценку визуальным признакам калийного голодания, а также избытка хлора в растениях, проявляющихся в почвах, удобренных ОСВ и рекомендовать методы их устранения;

- изучить миграцию тяжелых металлов в профиле почв, удобренных ОСВ, и дать агроэкологическую оценку эродированным почвам и антропогенно нарушенным землям, удобренными ОСВ в дозах от 10 до 120т/га;

- выявить закономерности роста и развития растений, урожайность и качество продукции растениеводства, выращенной с применением ОСВ.

Научная новизна: Впервые в Чувашской Республике:

1. На основе длительного мониторинга пашни выявлены закономерности формирования основных морфологических, агрофизических, агрохимических и биологических свойств эродированных дерново-подзолистых, серых лесных и черноземных почв, на основании которых возможно прогнозирование их изменений, а также использование выявленных закономерностей при поэтапном окультуривании.

2. Дана оценка интенсивности водно-эрозионных процессов в пахотных почвах республики и изменения структуры почвенного покрова.

3. Выявлена генетико-морфологическая и агроэкологическая характеристика современного состояния эродированных почв и влияние ее на урожайность, и качество сельскохозяйственных культур.

4. Изучено воздействие контурно-мелиоративной организации территории на интенсивность водно-эрозионных процессов и основные факторы почвенного плодородия.

5. Выявлено прямое действие и последействие ОСВ на содержание органического вещества в пахотном слое, агрофизические, биологические и агрохимические свойства почв, рост и развитие сельскохозяйственных растений, количество и качество растениеводческой продукции.

6. Созданы агрохимические картограммы содержания в пахотном слое почв республики микроэлементов (бор, медь, цинк, молибден, кобальт, марганец).

7. Изучена подвижность микроэлементов и динамика содержания тяжелых металлов в почвенном профиле эродированных почв при внесении ОСВ.

8. Определена экономическая и биоэнергетическая оценка возделывания основных сельскохозяйственных культур на эродированных разновидностях почв, а также при применении ОСВ.

Практическая значимость и реализация работы.

Результаты исследований эродированных почв Чувашской Республики и способов их окультуривания послужили базой для:

1. Организации системы мониторинга за состоянием и использованием эродированных почв республики.

2. Уточнения почвенной карты республики и принятой классификации эродированных почв с целью их качественной оценки и бонитировки по хозяйствам и полям севооборотов, что особенно значимо при введении агроландшафтного земледелия.

3. Разработки комплексных мер борьбы с водной эрозией почв и развития агроландшафтной системы земледелия.

4. Составления бонитировочных картограмм почв хозяйств и административных районов республики.

5. Расчета доз применения макро- и микроудобрений в эродированных разновидностях почв при программировании урожаев сельскохозяйственных культур.

6. Результаты проведенных исследований использовались при проведении регионального мониторинга земель сельскохозяйственного назначения Чувашской Республики и изданы в научно-практических рекомендациях по повышению плодородия эродированных почв.

7. Предложенные способы окультуривания эродированных и антропогенно нарушенных почв позволили повысить содержание гумуса в пахотном слое, улучшить биологические, водно-физические и агрохимические факторы плодородия.

8. В ходе работ по использованию осадков городских сточных вод гг. Чебоксары и Новочебоксарск получен сертификат соответствия, выданный ЗАО Научно-производственной фирмой «Бифар» при Министерстве природных ресурсов Российской Федерации; регистрационный номер: СЕР(606) - В-91/ЩС-26 от 20.06.2005 г.

Общее число публикаций автора по теме более 80 работ, в том числе 4 монографии, 9 учебных методических пособий и указаний, 60 научных статей и более 15 сообщений в тезисах международных, всероссийских и региональных конференций, в том числе 5 публикаций в центральных журналах, рекомендованных ВАК РФ. Материалы исследований отражены в научных отчетах по выполненным проектам в рамках целевых и государственных программ и хоздоговорных работ.

Основные положения работ использованы.

Материалы, выносимые на защиту, используются в повседневной деятельности специалистов Министерства природных ресурсов и экологии Чувашской Республики, создании Атласа земель сельскохозяйственного назначения ЧР, в курсе лекций по дисциплинам «Агрохимия», «Мелиорация почв», «Эрозиоведение» и «Почвоведение с основами геологии», читаемых студентам на агрономическом факультете ФГОУ ВПО «Чувашская государственная сельскохозяйственная академия», а также в расчетах, связанными с бонитировкой и повышением плодородия эродированных почв.

Защищаемые положения: 1. Закономерности изменений основных морфологических, водно-физических, биологических и агрохимических свойств пахотного слоя почв Чувашской Республики под влиянием водно-эрозионных процессов.

2. Контурно-мелиоративная организация территории - необходимая основа окультуривания эродированных почв;

3. Окультуривание эродированных и рекультивация антропогенно нарушенных почв республики применением ОСВ г. Новочебоксарск.

4. Экологическая, экономическая и биоэнергетическая оценка возделывания сельскохозяйственных культур в почвах республики с применением ОСВ в качестве удобрения.

Апробация работы. Основные положения работ докладывались на международных, всероссийских и региональных конференциях.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, литературного обзора, результатов исследований из двух частей, 23 глав, выводов, предложений производству, списка литературы из 353 наименований. В работе 465 страниц текста, 48 рисунков, 315 таблиц, литературный обзор из 353 источников, 39 приложений.

Содержание работы

эродированный почва земля сточный

Глава 1. Физико-географические условия почвообразования на территории Чувашской Республики. В главе дана характеристика факторов почвообразования на территории Чувашской Республики.

Глава 2. Литературный обзор. Почвенный покров Чувашской Республики и его характеристика. В главе дан обзор статей основных отечественных и зарубежных исследований по влиянию сельскохозяйственного использования почв на основные свойства и плодородие почв, интенсивность развития водно-эрозионных процессов, а также изучен опыт использования ОСВ в сельском хозяйстве.

Глава 3. Объекты и методы исследований. Почвенный покров Чувашской Республики автором изучался более 20 лет, с 1986 по 2006 гг. При изучении биологических, водно-физических, агрохимических свойств почв использовались общепринятые методы, изложенные в Методах агрохимических исследований [2004], Агрохимические методы исследования почв [1965], Агрофизические методы исследования почв [1966] и др.

Результаты исследований: Часть 1. Закономерности формирования свойств эродированных почв.

Глава 4. Морфологические свойства почв республики и их изменение под воздействием водно-эрозионных процессов. На основе мониторинга почв реперных участков, проводящегося с 1989 г. по 2006 г., показана интенсивность водно-эрозионных процессов в дерново-подзолистых, серых лесных и черноземных почвах республики.

За промежуток времени с 1990 по 2005 гг. на территории 1304 га площади ЭПА слабосмытых почв сократились с 805 до 795 га, а ЭПА среднесмытых - увеличились с 12 до 13 га, и из изоморфной формы приобрели вытянутую.

Увеличилась площадь пятнистостей серых лесных почв (Л₂v+Л₂vv) с 248 до 253 га и (Л₂vv+Л₂vvv) с 16 до 18 га.

В максимальной степени интенсивность эрозионных процессов сильно выражена в дерново-подзолистых, серых лесных и серых лесных грунтово-глееватых почвах (до 20м³/га); в минимальной - в черноземных почвах (до 8м³/га).

Глава 5. Органическое вещество почв республики. Содержание гумуса в почвах зависит от их генетического типа, степени окультуривания, развития эрозионных процессов и варьируется в пахотном слое от 0,5 до 12,0%.

Водно-эрозионные процессы резко уменьшают содержание и запасы гумуса в пахотном слое почв (табл. 1).

Таблица 1. Среднее содержание гумуса в пахотном слое эродированных почв

Степень смытости	Название почв
	Светло-серые лесные	Серые лесные	Темно-серые лесные	Чернозем выщелоченный
	%	т/га	%	т/га	%	т/га	%	т/га
Несмытые	3,08	98,5	3,62	113,4	5,54	167,5	8,32	543
Слабсмытые	2,46	77,5	2,98	92,2	4,87	149,9	8,20	389
Среднесмытые	1,82	53,6	2,25	69,8	3,25	103,9	5,18	215
Сильносмытые	1,26	35,5	1,64	48,0	2,73	85,2	-	-
НСР05	0,16	9,4	0,14	9,0	0,20	12,5	0,60	25,0

В эродированных почвах изменяется и фракционный состав гумуса. Так, общее содержание углерода в среднесмытой серой лесной почве ниже, чем в слабосмытой, в 1,94 раза. В то же время содержание общего гидролизуемого углерода в почве слабосмытой почвы выше, чем среднесмытой, в 1,23 раза.

Содержание подвижного углерода гумуса 1 фракции в слабоэродированной типично-серой лесной почве в 2,33 раза выше, чем в среднесмытой (почти на 2% от общего углерода (табл. 2).

Таблица 2. Фракционный состав гумуса, в% к почве и общему углероду в типично-серой лесной почве

Почва	Общий углерод	Непосредственная	0,1н Н2SО4	Обработка 0,1н NаОН после декальцирования	Вытяжка 0,02н NаОН	Негидролиз. остат.
		обработка
		0,1н NаОН
		Собщ	Сгк,	Сфк,	Собщ	Собщ	Сгк	Сфк	Собщ	Сгк	Сфк	Снег.
Л2с/лv	1,81	0,21	0,12	0,09	0,11	0,78	0,41	0,37	0,24	0,13	0,11	0,47
	100	11,60	6,63	4,97	6,08	43,09	22,65	20,44	13,26	7,18	6,08	25,97
Л2с/лvv	0,93	0,09	0,05	0,04	0,12	0,25	0,14	0,11	0,11	0,06	0,05	0,36
	100	9,68	5,38	4,30	12,90	26,88	15,05	11,83	11,83	6,45	5,38	39,71

Гумус неэродированных и слабоэродированных почв интенсивнее пополняется молодым, свежеобразованным гумусом, чем средне- и сильноэродированных.

Аналогично состав гумуса изменяется и в пахотном слое эродированных разновидностей дерново-подзолистых и черноземных почв.

Результаты дифференциально-термического (ДТА) и дифференциально-термогравиметрического анализа (ДТГ) показывают, что на кривой образца несмытой фиксируется 6 эффектов потери массы, а в образце среднесмытой почвы - 3 эффекта потери массы (табл. 3).

Таблица 3. Результаты дифференциального термогравиметрического анализа серой лесной среднесуглинистой почвы

Вариант	Эффекты потери массы (ТоС/?m)*	Навеска, мг	Общая потеря массы, мг(%)
Л2с/лv	115/28,6; 340/28,6; 400/11,9; 450/9,52; 530/14,3; 680/7,14	540	42 (7,78)
Л2с/лvv	130/43,0; 330/26,2; 540/30,8	636	53,5 (8,41)

*Примечание: Т^оС - температура эффекта, ?m - потеря массы в% от общей

Наибольшим разнообразием по термоустойчивости характеризуется органическое вещество образца несмытой серой лесной почвы, которое разрушается в процессе пяти реакций, достигающих максимальной скорости при 340⁰С (потеря массы 28,6% от общей), 400⁰С (потеря массы 11,9% от общей), 450⁰С (потеря массы 14,3%) и 680⁰С (потеря массы 7,14% от общей).

Глава 6. Биологическая активность эродированных почв. С увеличением степени эродированности во всех типах почв уменьшается скорость выделения углекислого газа на 0,6 - 1,3 кг/га в час, а интенсивность разложения целлюлозы на 20 - 40%.

Результаты вышеприведенных исследований по снижению биологической активности пахотного слоя эродированных разновидностях почв подтверждаются определением численности почвенной мезофауны и микробной биомассы.

Исследования ферментативной активности почв (каталаза, полифенолоксидаза, пероксидаза, протеаза) показали, что в течение всего вегетационного периода четко прослеживается ее снижение в эродированных разновидностях серых лесных и черноземных почв на 22 - 30%.

Глава 7. Водно-физические свойства эродированных почв. С увеличением степени смытости почв в пахотном горизонте несколько возрастает содержание фракции мелкого песка (0,25-0,05 мм) - с 13,3% до 15,1% и существенно - физической глины и ила - с 35,6 до 40,8% и с 9,0% до 18,4% соответственно. Содержание фракций средней и мелкой пыли понижается на 1,8% - 2,0%, крупной пыли - на 6 - 7%.

В эродированных разновидностях серых лесных почв содержание продуктивной влаги в слое 0-50 см понижено на 3 - 4%, а диапазон активной влаги - на 2 - 3%.

В среднеэродированных разновидностях светло-серых лесных почв равновесная плотность сложения под зерновыми культурами увеличивается с 1,16-1,19 г./см³ (в неэродированных) до 1,25-1,28г/см³, типично-серых лесных - с 1,12 до 1,20-1,25г/см³, темно-серых лесных - с 1,08 до 1,18-1,23 г./см³, черноземах - с 1,08 до 1,16-1,18 г./см³.

Общая скважность пахотного слоя средне- и сильноэродированных почв снижается под зерновыми культурами до 48,7% - 50%.

По данным структурного анализа, в эродированных разновидностях возрастает пылеватость (до 30%) и глыбистость (до 35%); на 5-30% уменьшается содержание водопрочных агрегатов.

В эродированных разновидностях почв твердость пахотного слоя возрастает на 10-18 кг/см², а коэффициент фильтрации уменьшается на 1,2 - 2,2 мм/мин.

Сопротивление расклиниванию в пахотном слое почвы 0-15 см в горизонтальном направлении увеличивается в дерново-подзолистых и светло-серых лесных почвах с 25,5 кг в неэродированных разновидностях до 33,1 кг в среднеэродированных; в типично-серых лесных - с 17,2 до 25,4 кг, в темно-серых лесных и черноземных - с 12,1 до 20,3 соответственно. Наблюдается прямая зависимость: чем выше содержание гумуса в пахотном слое, тем лучше ее водно-физические и технологические свойства.

Глава 8. Агрохимические свойства эродированных почв. По результатам валового химического состава отношение SiO₂ к R₂O₃ закономерно уменьшается в дерново-подзолистых почвах с 14,03 до 13,87 в слабо- и до 10,55 в среднеэродированных разновидностях; в светло-серых лесных почвах - соответственно с 10,63 до 9,65 и 8,69; в типично-серых лесных - с 9,69 до 9,17 и 8,08; в темно-серых лесных - с 8,99 до 8,92 и 8,39; в черноземах - с 6,79 до 6,76 и 6,58.

В пахотном слое эродированных почв отмечается закономерное умень-шение показаний ОВП на 10-50мВ, буферности (в кислой области), на 2-4см², общего азота - на 700-1500 мг/кг, легкогидролизуемого азота на 30-40 кг/кг.

В эродированных разновидностях пахотного слоя светло-серой, типично-серой лесной, коричнево-серой лесной и темно-серой лесной почв показания рН водной вытяжки ниже на 0,07-1,0 единиц рН, электрической проводимости - на 0,15-0,40 мSm/м, сухого остатка - на 0,02-0,055%, и воднорастворимого органического вещества - на 0,01%.

Содержание ионов кальция в водной вытяжке пахотного слоя среднеэродированных дерново-подзолистых и серых лесных почв ниже на 0,15-0,51 мг-э/100г, ионов магния - на 0,32-0,16 мг-э/100г, ионов калия - на 0,1-0,21 мг-э/100г; сульфат-ионов - на 0,21-0,61 мг-э/100г.

В среднеэродированном черноземе содержание ионов кальция в водной вытяжке выше на 0,42, ионов магния - на 0,09 мг-э/100г, а содержание ионов калия ниже на 0,02 мг-э/100г.

Отмечены также следующие закономерности: в пахотном слое эродированных дерново-подзолистых, светло-серых лесных и среднесуглинистых типично-серых лесных почвах отмечается увеличение содержания подвижного фосфора по Кирсанову и обменного калия. В темно-серых лесных и черноземных почвах с увеличением степени эродированности уменьшается содержание и подвижного фосфора, и обменного калия.

Буферная калийная способность почв в среднеэродированных разновидностях всех типов почв уменьшается на 230 (светло-серая лесная) - 800 (черноземы) единиц.

Калийный потенциал возрастает в среднеэродированных светло-серых лесных на 0,22 единицы, в типично-серых лесных среднесуглинистых - на 0,43, в среднеэродированных темно-серых лесных и черноземных - уменьшается на 0,54 и 0,19 единиц соответственно.

Составление агрохимических картограмм с отбором почвенных образцов с пахотного слоя в количестве 1 образец с 1 га, показывает тесную связь агрохимических показателей с почвенным покровом территории (табл. 4).

Таблица 4. Результаты корреляционного анализа агрохимических показателей эродированных разновидностей типично-серой лесной среднесуглинистой почвы

Показатели	По гумусу	По рН(кс1)	По Р2О5	По К2О
	Коэффициент корреляции (r)
Гумус	1
рН(кс1)	-0,15609	1
Подвижный Р2О5	-0,72315	0,122359	1
Обменный К2О	-0,7861	0,084915	0,994157	1

Автором диссертации изучено содержание в пахотном слое почв республики микроэлементов (B, Cu, Zn, Mn, Co, Mo), и созданы соответствующие агрохимические картограммы.

Выявлено, что в пахотном слое эродированных почв содержание подвижных форм бора, кобальта, меди и цинка закономерно уменьшается.

Глава 9. Влияние степени эродированности почв на урожайность и качество продукции растениеводства. Урожайность сельскохозяйственных культур в эродированных разновидностях всех типов почв уменьшается. Так, в среднеэродированных светло-серых лесных почвах средняя урожайность зерновых культур (яровая пшеница, ячмень) понижается на 1,84 т/га, картофеля - на 7,8 т/га, шишек хмеля - на 0,44 т/га, сена многолетних бобово-злаковых трав - на 0,46 т/га. В среднеэродированных типично-серых лесных почвах урожайность соответственно понижается на 0,72 т/га, 4,7 т/га, 0,31 т/га и 0,57 т/га; в среднеэродированных черноземах - зерновых на 0,63 т/га, картофеля - на 4,4 т/га, сена многолетних бобово-злаковых трав - на 0,61 т/га.

Качество зерна и картофеля в эродированных почвах снижается за счет уменьшения содержания сырого протеина и крахмала, а шишек хмеля - снижения содержания в них альфа-кислот и горьких веществ.

Глава 12. Экономическая и биоэнергетическая оценка возделывания сельскохозяйственных культур в эродированных почвах. Рентабельность возделывания сельскохозяйственных культур уменьшается в эродированных почвах на 24 - 93%.

Расчеты с использованием содержания энергии в ячмене (16,45 МДж/кг), картофеле (3,66 МДж/кг) и многолетних травах (3,78 МДж/кг) позволили вычислить содержание общей энергии в урожае, получаемого с неэродированных и эродированных почв (Минеев В.Г., 2004).

Биоэнергетический потенциал производительности почв, рассчитанный на основе урожайности основных сельскохозяйственных культур, в среднеэродированных почвах уменьшается при возделывании ячменя на 11350,5 - 19782МДж, картофеля - на 13908 - 16104МДж.

Часть 2. Окультуривание эродированных почв Чувашской Республики.

Глава 11. Проблемы окультуривания эродированных почв. Как показали научные исследования, повышение плодородия эродированных разновидностей почв должно быть связано, прежде всего, с улучшением их водно-физических свойств, максимальным удержанием зимне-весенней влаги в почве, оптимизацией минерального питания сельскохозяйственных культур, известкованием кислых почв.

Достижение вышеперечисленных условий возможно лишь при выполнении следующих мероприятий: повышение в пахотном слое содержания органического вещества, глубокое рыхление почв с созданием мощного пахотного слоя и контурно-мелиоративная организация территории.

Глава 12. Контурно-мелиоративная организация территории - необходимый фактор окультуривания эродированных почв. На территории регионального полигона в колхозе «Ленинская искра» Ядринского района ЧР площадью 365 га с 1986 г. испытываются две организации территории: обычная (ОБОТ) и контурно-мелиоративная (КМОТ).

Сравнение результатов почвенных съемок 1996 и 2006 гг., проведенных автором, показывает, что при обычной организации территории в среднеэродированных типично-серых лесных почвах полигона уменьшение мощности гумусового горизонта (Ап+А₂В) составляет 0,8-1,1 см за 10 лет, или 9-12т/га в год.

В слабоэродированных типично серых лесных почвах полигона отмечена прибавка мощности в среднем от 0,1 до 0,3 см (+1-+5т/га в год).

В среднеэродированных разновидностях смыв составляет в среднем 0,1 - 0,5 см за 10 лет (1 - 6т/га в год), а в слабоэродированных - прибавку мощности в среднем 0,1 - 0,3 см (1 - 4т/га ежегодно) за 10 лет.

На территории с контурно-мелиоративной организацией (и насыщением полевого севооборота многолетними травами до 50%) в слабоэродированных типично-серых лесных почвах отмечена прибавка мощности гумусового горизонта в среднем 0,1-0,3 см/10 лет (+1-+5т/га в год), в среднеэродированных она составила в среднем +0,1 см/10 лет (1т/га в год).

На территории с ОБОТ в среднем за 3 года потери урожая зерновых культур от пониженного плодородия эродированных почв составили соответственно 6,7 и 28,4%.

Влияние организации территории на урожайность сельскохозяйственных культур за ротацию севооборота показана в табл. 5.

Таблица 5. Влияние организации территории на урожайность зерновых культур

Организация территории	Степень эродированности почв	Средняя урожайность (т/га), годы
		Озимая рожь	Яровая пшеница	Ячмень +люцерна	Люцерна на сено	Люцерна на сено	Люцерна на сено
		1996	1997	1998	1999	2000	2001
ОБОТ	Нет	3,21	3,15	3,48	5,43	4,81	4,03
	Слабая	3,00	2,94	3,25	5,28	4,36	3,79
	Средняя	2,05	2,34	2,66	4,96	4,58	3,34
КМОТ	Слабая	3,58	3,33	3,90	5,59	5,22	4,50
	Средняя	3,32	3,19	3,68	5,15	4,93	4,22
НСР05	0,07	0,10	0,07	0,12	0,12	0,10

Глава 13. Окультуривание почв применением навоза крупного рогатого скота и осадков городских сточных вод. Впервые изучен комплекс агрохимических показателей ОСВ гг. Чебоксары и Новочебоксарска в сравнении с навозом, и выявлены достоинства и недостатки осадков при применении их в качестве удобрений сельскохозяйственных культур.

Достоинства ОСВ - повышенное, в сравнении с навозом крупного рогатого скота, содержание органического вещества (на 10 - 20%), азота (на 0,7-1,0%), Р₂О₅ (на 0,9 - 1,1%), СаО (на 3-6%), МgО (на 1,5-2,0%) и микроэлементов.

Недостатки ОСВ - повышенное содержание тяжелых металлов и хлора. Содержание тяжелых металлов в почвах после внесения ОСВ не должно превышать ПДК. В приведенных в диссертации расчетах показано, что лимитирующими дозу внесения в почву ОСВ (до 350 т/га) элементами являются медь, цинк, кадмий и свинец.

На энергию всхожести семян растворы водной вытяжки ОСВ влияют положительно; степень данного воздействия зависит не только от концентрации ОСВ и навоза и их конкретных партий, но и от вида сельскохозяйственной культуры.

Исследовав химический состав ОСВ г. Новочебоксарска, можно заключить, что по своему химическому составу они являются органическим фосфорно-азотным полимикроэлементным удобрением с биофильными свойствами.

Глава 14. Влияние ОСВ и навоза на содержание гумуса в почве и его качественный состав. В вариантах с применением ОСВ содержание общего углерода, как при непосредственной обработке образца почвы 0,1н NаОН, так и после декальцирования, возрастает (табл. 6).

Таблица 6. Изменение фракционного состав гумуса в пахотном слое почв

Вариант	Непосредственная обработка 0,1н NаОН	0,1н Н2SО4	Обработка 0,1н NаОН после декальцирования	Вытяжка 0,02н NаОН
	Собщ %	Сгк, %	Сфк, %	Собщ %	Собщ %	Сгк, %	Сфк %	Собщ %	Сгк, %	Сфк %
Светло-серые лесные почвы, картофель
Контроль	0,17	0,01	0,16	0,12	0,25	0,15	0,10	0,20	0,07	0,13
60т/га ОСВ	0,20	0,02	0,18	0,15	0,34	0,20	0,14	0,25	0,09	0,16
60т/га навоз	0,20	0,03	0,17	0,14	0,24	0,14	0,10	0,27	0,12	0,15

Возрастает также и содержание углерода в вытяжке 0,02н NaOH.

Аналогичные изменения происходят и в типично-серых лесных, и черноземных почвах.

В результате дифференциально-термогравиметрического анализа выявлено, что органическое вещество изучаемых почв разрушается в процессе трех реакций, достигающих максимальной скорости в интервале температур 360-370^оС, 460-470^оС, 540-550 ^оС.

Наибольшая потеря массы обнаружена в образце почвы варианта с применением ОСВ в дозе 180т/га (табл. 7).

Таблица 7. Результаты дифференциального термогравиметрического анализа серой лесной среднесуглинистой слабосмытой почвы хмельника

Вариант	Эффекты потери массы (ТоС/?m)*	Навеска, мг	Потеря массы, мг (%)
Контроль	120/35,1; 310/29,7; 460/13,5; 540/21,6	877,0	74 (8,44)
ОСВ - 180т/га	130/37,9; 300/26,2; 470/14,6; 500-610/21,4; 610-650/15,0	1251	118 (9,44)

*Примечание: Т^оС - температура эффекта, ?m - потеря массы в% от общей

В варианте с применением ОСВ температура экзотермической реакции выше, чем в контрольном, что позволяет предположить об усложнении состава органического вещества и более высоком содержании гумуса в почве.

Таким образом, применение ОСВ положительно сказывается на содержании и качестве гумуса в черноземных и серых лесных почвах - он омолаживается.

Глава 15. Влияние ОСВ на биологическую активность почв. Биологическая активность почв, определенная различными методами, показывает, что при применении ОСВ резко усиливаются целлюлозоразлагающая активность, выделение из почвы углекислого газа и нитрафикационная способность, увеличивается численность почвенной мезофауны. Максимально биологическая активность проявляется в последействии ОСВ в 1 и 2 год.

В результате применения ОСВ (60т/га) содержание углерода микробной биомассы в слабоэродированной типично-серой лесной почве увеличилось с 421 мг/кг до 632, а в среднеэродированной - с 343 до 528 мг/кг; содержание азота в микробной биомассе увеличилось соответственно с 35,6 до 48,5 мг/кг и с 27,4 до 40,2 мг/кг.

Применение ОСВ положительно сказывается и на ферментативной активности каталаз, пероксидаз, полифенолоксидаз и протеаз. Отмечается длительность последействия ОСВ до 5 лет.

Глава 16. Влияние ОСВ на агрофизические свойства почвы. Содержание водопрочных агрегатов в почвах при возделывании монокультуры картофеля видно из рис. 1.



Рис. 1. Влияние ОСВ разных лет применения на содержание водопрочных агрегатов в типично-серой лесной почве при возделывании картофеля по состоянию на 2005 г.

Технологические свойства пахотного слоя почв в результате применения ОСВ 60, 90 и 120т/га значительно улучшаются. Так, твердость пахотного слоя снижается на 9-13 кг/см².

Сопротивление расклиниванию пахотного слоя дерново-подзолистых, серых лесных и черноземных почв в горизонтальном направлении уменьшаются на 3-7 кг в слабоэродированных и на 3-5 кг в среднеэродированных разновидностях.

В результате применения ОСВ снижается плотность сложения, увеличивается общая порозность пахотного слоя почв и улучшается фильтрация.

Глава 17. Влияние ОСВ на агрохимические свойства почв. Применение ОСВ резко улучшает агрохимические свойства пахотного слоя почв: обращает на себя внимание увеличение содержания фосфатов 1 и 2 групп, наиболее доступных растениям (табл. 8).

Таблица 8. Изменение содержания форм фосфатов в пахотном слое типично-серой лесной слабосмытой почвы хмельника при применении ОСВ

№ разреза	Варианты	Содержание фосфора (Р2О5) по группам, мг/кг*
		Вал.	1	2	3	4	5	6
1	ОСВ	12890	60	940	720	830	10340	2680
2	Контроль	1459	17	276	288	420	751	188
3	120т/га ОСВ	1620	20	550	150	425	1045	310
4	180т/га ОСВ	1873	22	744	196	428	1249	424

*Примечание: Вал. - валовой фосфор; 1 - группа легкорастворимых фосфатов; 2 - группа доступных растениям фосфатов кальция и магния; 3 - группа слабодоступных и недоступных фосфатов полуторных окислов; 4 - недоступные фосфаты органического вещества; 5 - недоступные фосфаты минералов; 6 - подвижный фосфор по Кирсанову

В результате применения ОСВ в 2002 г. (120т/га) буферность в кислой области типично-серой лесной среднесуглинистой почвы под хмелем в 2005 г. по сравнению с контролем возросла на 1,7см², а под картофелем - на 1,8 см².

В первый год внесения ОСВ калийный потенциал пахотного слоя серых лесных почв возрастает, что показывает ухудшение условий перехода калия в почвенный раствор. На второй и третий годы исследований (последействие применения ОСВ) калийный потенциал, наоборот, становится ниже по сравнению с контрольным вариантом, т.е. условия перехода необменного калия в обменную форму (и доступную для растений) улучшаются.

При внесении ОСВ, как в первый, так и в последующие годы, значения калийной буферности в пахотном слое светло-, типично-, темно-серых и черноземных почв выше, чем в контрольных вариантах на 7 - 25 единиц.

В катионном составе водной вытяжки образцов типично-серых лесных слабосмытых почв хмельника, отобранных осенью 2003 г. (ОСВ внесены весной 2002 г.) возросло содержание ионов кальция с 1,02 мг-э/100г в контрольном варианте до 1,163 (в варианте ОСВ 180т/га), ионов магния - с 0,218 до 0,285 соответственно, ионов калия - с, 0,106 до 0,128 мг-э/100г. Плотный остаток и рН водной вытяжки возрастают с дозой внесения в почву ОСВ.

Глава 18. Влияние ОСВ на содержание тяжелых металлов в почвах. В слое почвы 0-50 см после применения ОСВ сохраняется несколько повышенное содержание валовых форм тяжелых металлов (табл. 9).

Таблица 9. Содержание тяжелых металлов в слое 0-60 см типично-серой лесной среднесуглинистой слабоэродированной почвы (на 25.09.2005 г.)

№ п.п.	Вариант	Глубина, см	Cu	Zn	Pb	Cd
1	Контроль	0-20	15,7	43,0	7,00	0,22
		30-40	15,9	43,9	6,40	0,12
		40-50	11,5	37,3	6,14	0,08
		50-60	12,8	38,5	6,19	0,11
2	60т/га ОСВ в 2005 г	0-20	18,9	47,5	7,41	0,30
		30-40	16,2	41,7	6,43	0,12
		40-50	11,5	35,3	6,20	0,09
		50-60	12,8	38,3	6,18	0,10
3	60т/га ОСВ в 2003 г	0-20	17,9	45,0	7,42	0,30
		30-40	17,6	35,7	6,20	0,13
		40-50	11,4	34,3	6,01	0,11
		50-60	12,7	38,5	6,19	0,12
4	60т/га ОСВ в 2002 г	0-20	17,0	41,1	7,00	0,22
		30-40	15,9	43,6	7,21	0,17
		40-50	13,3	53,6	6,70	0,13
		50-60	12,9	38,7	6,19	0,11

По годам отчетливо наблюдается миграция тяжелых металлов по профилю почвы и накопление в иллювиальном горизонте на глубине 40 - 50 см.

Глава 19. Влияние ОСВ на рост, развитие сельскохозяйственных культур, урожайность и качество продукции. Влияние ОСВ на рост и развитие сельскохозяйственных культур испытывалось в течение 5 лет, с 2001 по 2006 гг.

Исследования показывают, что до наступления фазы цветения все испытуемые сельскохозяйственные культуры в вариантах с применением ОСВ лучше обеспечены азотом, фосфором и калием, и имели большую массу, чем в контрольных делянках. Однако затем, после фазы цветения, на листьях растений в вариантах с применением ОСВ появляются характерные признаки калийного голодания растений - краевой ожог, а также признаки избытка хлора - скручивание листьев «лодочкой».

Применение ОСВ положительно повлияло на урожайность сельскохозяйственных культур. Данные по картофелю приводятся в табл. 10.

Таблица 10. Влияние ОСВ на урожайность картофеля в эродированных почвах

№ пп	Варианты опыта	Урожайность по годам, т/га
		2001	2002	2003	2004	2005
Светло-серые лесные слабоэродированные, ОСВ внесены весной 2001 г. Картофель Резерв
1	Контроль	12,39	9,78	14,22	-	-
2	50 т/га ОСВ	13,72	11,40	16,55	-	-
3	50 т/га ОСВ+КС1-200 кг д.в./га	-	15,41	19,15	-	-
	НСР05	0,65	0,73	1,01
Типично-серые лесные слабоэродированные, ОСВ, NPK и КС1 внесены весной 2003 г. Картофель Невский
4	Контроль	-	-	17,22	8,07	9,44
5	60т/га ОСВ	-	-	19,05	18,80	10,79
6	120т/га ОСВ	-	-	18,65	14,66	13,28
7	120т/гаОСВ+NPK (по 200 кг/га д.в.)	-	-	26,80	17,90	14,62
8	120т/га ОСВ+КС1 (200 кг/га)	-	-	23,58	20,83	13,85
9	60т/гаОСВ+NPK (по 200 кг/га)	-	-	34,65	19,34	14,01
10	NPK (по 200 кг/га д.в.)	-	-	21,30	13,35	10,34
11	60т/гаОСВ+КС1 (200 кг/га д.в.)	-	-	22,01	20,00	13,57
12	КС1 (200 кг/га д.в.)	-	-	19,70	16,08	9,83
	НСР05			1,33	1,07	0,94
Темно-серые лесные слабоэродированные, ОСВ внесены весной 2002 г., ОСВ+КС1- в 2003 г. Картофель Невский
13	Контроль	-	17,42	18,80	10,63	12,28
14	60т/га ОСВ	-	18,76	20,70	16,25	14,65
15	30т/га ОСВ+30т/га навоз		21,09	22,31	16,06	15,72
16	60т/гаОСВ+КС1 (200 кг/га д.в.)	-	-	25,84	17,75	16,68
17	Контроль+КС1 (200 кг/га д.в.)	-	-	19,96	12,04	13,35
18	60т/гаОСВ+NPK (по200кг/га д.в.)	-	-	32,50	19,47	16,90
19	NPK (по 200 кг/га д.в.)	-	-	26,38	14,65	14,83
	НСР05		0,79	0,86	0,90	0,85
Чернозем выщелоченный среднеэродированный, ОСВ внесены весной 2002 г., ОСВ+КС1- в 2003 г. Картофель Лорх
20	Контроль	-	16,74	17,35	11,98	16,96
21	60т/га ОСВ	-	19,03	20,51	14,49	19,17
22	60т/га навоз	-	18,85	20,04	14,27	18,06
23	30т/га ОСВ+30т/га навоз	-	19,49	20,65	14,63	19,82
24	60т/гаОСВ+КС1 (200 кг/га д.в.)	-	-	29,38	28,92	21,53
25	Контроль+КС1 (200 кг/га д.в.)	-	-	19,61	13,16	17,09
26	60т/гаОСВ+NPK (по200кг/га д.в.)	-	-	31,86	30,05	22,74
27	NPK (по 200 кг/га д.в.)	-	21,42	19,17	15,95	18,58
	НСР05		0,79	0,98	1,25	1,17

Результаты исследований показывают, что при применении ОСВ в клубнях картофеля достоверно возрастает содержание крахмала, сырого протеина, кальция и фосфора, но уменьшается содержание калия.

Особое внимание при анализе качества клубней картофеля уделялось определению концентрации тяжелых металлов (табл. 11).

Таблица 11. Изменение содержания тяжелых металлов в клубнях картофеля в типично-серой лесной слабоэродированной почве (мг/кг)

Варианты (ОСВ - в 2002 г.)	Годы	Cu	Zn	Рb	Cd
Контроль	2002 г.	0,89	4,8	0,010	0,003
	2003 г.	0,93	4,9	0,011	0,002
	2004 г.	0,90	4,5	0,011	0,002
	2005 г.	0,92	4,7	0,012	0,002
60 т/га ОСВ	2002 г.	1,15	6,5	0,018	0,010
	2003 г.	1,25	5,9	0,016	0,004
	2004 г.	1,19	5,8	0,017	0,003
	2005 г.	0,97	5,1	0,014	0,002
НСР05		0,06	0,1	0,002	0,001
ПДК, мг/кг		5	10	0,5	0,03

Урожайность зерновых культур, хмеля, сена трав, корнеплодов увеличивалась в зависимости от дозы ОСВ на 18 - 50%. Качество продукции при этом улучшалось.

Применение совместно с ОСВ сульфата калия или хлорида калия резко повысило урожайность и улучшило качество продукции растениеводства.

Глава 20. Окультуривание ОСВ антропогенно нарушенных почв. В данной главе описывается закладка опытов на почвообразующих породах (лессовидный суглинок и юрская глина), появившихся на дневной поверхности в результате сноса почвогрунта. Применение ОСВ в дозе до 500т/га совместно с хлористым калием резко увеличило агрохимическую характеристику и производительность лессовидного суглинка, и в малой степени - юрской глины.

Результаты опытов предлагается использовать при рекультивации антропогенно нарушенных почв.

Глава 21. Экологическая оценка применению ОСВ в эродированных почвах республики.

Проведенные исследования в эродированных почвах показывают, что применение ОСВ совместно с калийсодержащими минеральными удобрениями по своим удобрительным свойствам не уступает навозу.

Применение ОСВ в средне- и сильноэродированных почвах обязательно должно быть сопряжено с проведением комплексных противоэрозионных мероприятий: внедрение КМОТ, обработка поперек склона, насыщение севооборота злаково-бобовыми многолетними травами и др.

Одной из важнейших задач при применении ОСВ является создание для каждой конкретной партии ОСВ экологического паспорта, а участка земли - земельного паспорта, варианты которых приведены в диссертации.

Глава 22. Экономическая и биоэнергетическая эффективность применения ОСВ. Рентабельность возделывания сельскохозяйственных культур при применении ОСВ повышается на 35-180%.

Накопленная энергия и энергетическая эффективность производства картофеля при использовании ОСВ в прибавке урожая приводятся в табл. 12.

Таблица 12. Содержа...