Экологические аспекты известкования дерново-подзолистых почв Северо-Запада России

Влияние известкования и применения минеральных удобрений на свойства дерново-подзолистых почв и развитие растений. Пути сохранения плодородия почвы. Эффективность известкования в зависимости от биологических особенностей и условий выращивания культур.

Рубрика Сельское, лесное хозяйство и землепользование
Вид автореферат
Язык русский
Дата добавления 29.01.2018
Размер файла 654,1 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

На правах рукописи

Экологические аспекты известкования дерново-подзолистых почв Северо-Запада России

Специальность 06.01.04 - агрохимия

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора сельскохозяйственных наук

Яковлева Лидия Владимировна

Санкт-Петербург - Пушкин 2009

Работа выполнена в лаборатории агрохимии Государственного научного учреждения Ленинградский научно-исследовательский институт сельского хозяйства «Белогорка» Россельхозакадемии (ГНУ ЛНИИСХ «Белогорка» Россельхозакадемии)

Научный консультант - доктор сельскохозяйственных наук, профессор Небольсин Александр Николаевич

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук, профессор Аканова Наталья Ивановна

доктор сельскохозяйственных. Наук Литвинович Андрей Витальевич

доктор сельскохозяйственных наук Цыганова Надежда Александровна

Ведущее учреждение: Российский государственный аграрный университет - МСХА им. К.А. Тимирязева (РГАУ - МСХА им. К.А. Тимирязева)

Защита диссертации состоится «…...»……………….….2009г. в ….. час…..мин. на заседании диссертационного совета ДМ 220.060.03 в Санкт-Петербургском государственном аграрном университете по адресу:196601, Санкт-Петербург - Пушкин, Петербургское шоссе, 2, корп. 1-а, ауд.239; e-mail: spbgau@mail.ru

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

Автореферат разослан «……..»……………………….2009г.

Ученый секретарь диссертационного совета, Н.Ф.Лунина

известкование минеральный подзолистый плодородие

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы.

Деградация плодородия почв Северо-Запада России - результат резкого снижения применения химических мелиорантов и минеральных удобрений и усиления вследствие этого генетических и климатических особенностей формирования почв региона (Кулешов Л.Н., 1997).

Главная задача сельскохозяйственного производства - получение достаточно высоких урожаев хорошего качества при сохранении и приумножении плодородия почвы. На кислых дерново-подзолистых почвах это невозможно без их известкования и внесения органических и минеральных удобрений. Известь и минеральные удобрения являются чрезвычайно сильными средствами воздействия на все фазы почвы. В результате известкования и применения минеральных удобрений изменяются кислотно-основное равновесие, физические, химические, биологические свойства почвы. Изменение режима питания растений приводит к изменению качества продукции, степени поражаемости растений вредителями и болезнями; изменяются источники почвенной кислотности, источники миграции различных веществ в почвах, в том числе оснований. Недостаток кальция снижает устойчивость растений к неблагоприятным погодным условиям и вредным химическим веществам. Роль достаточной обеспеченности кальцием возрастает при загрязнении почв тяжелыми металлами.

При резком сокращении масштабов известкования (в 2003 - 2005 годах известь ежегодно вносили на площади 350 - 400 тыс. га, а необходимо было известковать 7 - 8 млн. га) обеднение почв основаниями и рост кислотности почв достигли катастрофического уровня. Площадь кислых почв по расчетам Шильникова И.А. и Акановой Н.И. (2007) составляет 54 - 56 млн. га. В настоящее время установлено наличие кислых почв даже в Краснодарском крае (Овчаренко М.М., 2006) Результатом такого необдуманного отношения к одному из главных богатств страны является снижение плодородия почвы. При сохранении существующих объемов известкования неизбежны деградация почв из-за потерь кальция и магния. На кислых почвах на 20-40% снижается эффективность минеральных удобрений, а при высоком содержании подвижных форм алюминия, применение азотных и калийных удобрений может даже понизить урожай. Поэтому исследования, направленные на обоснование необходимости известкования кислых почв, на поиск путей снижения непроизводительных потерь оснований из корнеобитаемых горизонтов почв, безусловно, являются актуальными.

Цель и задачи исследований.

Основной целью данной работы было на основании исследований в многолетних полевых, микрополевых, лизиметрических опытах выяснить влияние известкования и длительного применения минеральных удобрений на свойства и режимы почвы и развитие растений и определить пути сохранения плодородия почвы. В связи с этим мы ставили перед собой следующие конкретные задачи:

В длительных экспериментах изучить влияние известкования на свойства дерново-подзолистых почв.

Определить эффективность известкования в зависимости от биологических особенностей и условий выращивания сельскохозяйственных культур.

Изучить миграционную способность и размеры вымывания элементов питания в дерново-подзолистых почвах под влиянием извести и минеральных удобрений.

Разработать научную концепцию создания экологически безопасных минеральных удобрений.

Провести экспериментальную проверку разработанной концепции.

Работа выполнена в рамках государственного задания 01.02. «Разработать рациональные приемы первичного и периодического известкования кислых почв, обеспечивающих снижение потерь кальция и магния, поддержания реакции почвы на оптимальном уровне для сельскохозяйственных культур».

На защиту выносятся следующие положения:

При длительном применении минеральных удобрений, извести принадлежит важная роль в сохранении и приумножении плодородия почв, не насыщенных основаниями.

При известковании почвы и длительном применении минеральных удобрений изменяется структура ППК и состав лизиметрических вод, изменяются источники миграции питательных веществ и ее масштабы. Длительность действия извести связана с условиями, регламентирующими миграционную способность оснований в почвах.

Известкование кислых дерново-подзолистых почв повышает эффективность использования минеральных удобрений сельскохозяйственными культурами, повышает продуктивность растений и обеспечивает их высокое качество. Велика роль извести в питании растений кальцием.

Химический состав минеральных удобрений играет существенную роль в миграции кальция извести по профилю почвы и оказывает влияние на продолжительность положительного действия известкования.

В настоящее время существует реальная возможность создания удобрений нового поколения, способных обеспечить растениям оптимальный режим питания, не нарушая экологического равновесия в системе почва - растение - природные воды.

Научная новизна результатов исследований

Выявлены новые аспекты влияния минеральных удобрений на формирование структуры почвенной кислотности и продолжительности действия известкования.

Доказана тесная корреляционная зависимость содержания различных фракций гумусовых веществ от отдельных свойств почв.

Установлены зависимости развития различных групп микроорганизмов от содержания в почве фитотоксичных элементов.

Показаны изменения режимов питания растений азотом, фосфором и калием в условиях длительного применения минеральных удобрений и известкования.

В опытах с 45Са доказана существенная роль извести в питании растений кальцием.

Изучена миграция веществ в дерново-подзолистых почвах и выявлены источники миграции при различных уровнях и формах применения минеральных удобрений и извести.

Впервые разработана научная концепция создания экологически безопасных удобрений.

Проведена экспериментальная проверка действия удобрений нового поколения, подтвердившая реальную возможность их создания и эффективность действия.

Теоретическая значимость работы.

Установлены новые закономерности влияния извести и минеральных удобрений на структуру почвенной кислотности, содержание фитотоксичных элементов, гумусное состояние почв, биологическую активность, режимы элементов питания и кальция, изменения миграционной способности элементов питания в почвах.

В опытах с известью, меченной изотопом 45Са, выяснена роль извести в питании растений кальцием.

Разработана концепция создания экологически безопасных удобрений.

Практическая значимость работы.

В работе показана существенная роль извести в сохранении плодородия дерново-подзолистых почв Северо-Запада России за счет изменения при известковании режимов и процессов, протекающих в почве, изменения условий развития растений. Продолжительность действия извести связана как с дозой её внесения, химическим и гранулометрическим составом, так и с выносом оснований (прежде всего кальция и магния) урожаями сельскохозяйственных культур и потерями за счет вымывания.

Миграция оснований за пределы пахотного горизонта зависит от уровня применения минеральных удобрений и их химического состава, количества осадков, гранулометрического состава почв и времени, в течение которого почва занята растительностью. Особенно сильно возрастают потери оснований из почв легкого гранулометрического состава, обладающих малой емкостью поглощения.

Разработанная концепция создания удобрений нового поколения позволяет снизить потери оснований при различных условиях в 1,5…5раз за счет изменения химического состава удобрений и изменения ёмкости поглощения почв. Эта концепция позволяет отнести ряд минеральных удобрений, выпускаемых в настоящее время промышленностью, к разряду отвечающих требованиям, предъявляемым (по разработанной концепции) к экологически безопасным удобрениям. Применение их позволяет получать высокие урожаи хорошего качества, не нанося при этом значительного вреда окружающей среде.

Реализация результатов исследований

· На основании результатов проведенных исследований разработана научная концепция «Экологически безопасные удобрения» (Белогорка, 2005);

Основные положения и результаты исследований автора вошли составной частью в следующие разработки:

· «Нормативы расхода известковых материалов для сдвига реакции почвенной среды до оптимального уровня рН на различных типах почв» (М., 1980);

· «Нормы расхода известковых материалов для сдвига реакции почвенной среды до оптимального уровня рН на различных типах почв» (М., 1986);

· «Научные основы применения органических удобрений в Ленинградской области» (Л., 1987);

· «Научные основы и технология использования удобрений и извести» (Изд. СПбГУ, СПб, 1997);

· «Эколого-экономические основы и рекомендации по известкованию, адаптированные к конкретным почвенным условиям» (М.-СПб, 2000);

· «Методология и агротехнические приемы увеличения продолжительности действия извести» (Белогорка, 2005).

· «Рекомендации по использованию органических удобрений» (Белогорка, 2007)

Апробация работы.

Результаты исследований неоднократно докладывались на научных и научно-практических всероссийских и международных конференциях в Санкт-Петербурге, Москве, Иваново, Обнинске, Брянске, Белогорке и других городах, в том числе: на П съезде Всероссийского общества почвоведов (СПб, 1996), на научной конференции профессорско-преподавательского состава и аспирантов в Санкт-Петербургском государственном аграрном университете (1997г.); на 5-ой научно-практической конференции «Агроэкологическое обоснование теории и технологий использования разных видов удобрений и химических мелиорантов в земледелии» (М., 1997г.); на Ш съезде Докучаевского общества почвоведов (г. Суздаль, М., 2000г.); на научно-практической конференции «Круговорот биогенных веществ и плодородие почв в адаптивно-ландшафтном земледелии России» (М., 2000г.); на научной конференции «Современные проблемы сельскохозяйственного землепользования» (Белогорка, 2002г.); на симпозиуме по проблеме лизиметрических исследований в сельском хозяйстве (М., 2004г.); на международном форуме «Земля и урожай» (СПб, 2007г.); на Межрегиональной научно-практической конференции «Почвенные ресурсы Северо-Запада России: их состояние, охрана и рациональное использование» (СПб, 2008г.); на Всероссийской конференции с международным участием «Продукционный процесс растений: теория и практика эффективного и ресурсосберегающего управления» (СПб, 2009 г.)

Публикации.

Основные результаты исследований по теме диссертационной работы опубликованы в 51 научной работе.

Структура и объем диссертации

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, выводов, предложений производству, списка использованной литературы. Она изложена на 374 страницах, содержит 80 таблиц, 39 рисунков, а также 42 таблицы и 3 рисунка в приложении. Список использованной литературы включает 401 наименование.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1.ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Поставленные задачи мы пытались решить на базе исследований, проведенных в течение 1976-2006г.г. в отделе агрохимии Северо-Западного научно-исследовательского института сельского хозяйства (в настоящее время Ленинградский НИИ сельского хозяйства Россельхозакадемии). Работа написана по результатам, полученным в многолетних полевых, микрополевых, лизиметрических опытах (более 100 опыто-лет), а также в вегетационных и лабораторных опытах и с помощью химических, биологических и микробиологических исследований.

ПОЛЕВЫЕ опыты были заложены на дерново-подзолистых супесчаных слабоокультуренных почвах (опыт 1 - в 1977году, а опыт 2 - в 1981году).

МИКРОПОЛЕВЫЕ многолетние опыты проводили на дерново-подзолистых почвах различного гранулометрического состава (песок, супесь, легкая глина - по классификации Н.А.Качинского, 1958г.).

ЛИЗИМЕТРИЧЕСКИЕ опыты закладывали на дерново-подзолистых слабоокультуренных почвах различного гранулометрического состава в насыпных лизиметрах нашей конструкции. Схемы опытов несколько различаются, но объединены общей идеей, целью работы.

Химические анализы почв и растений проводили по общепринятым методикам и утвержденным ГОСТам. При анализе лизиметрических вод использовали «Методические указания по проведению исследований с изотопом азота 15N и определению элементов питания в лизиметрических водах» (М.,1978) и «Методические указания по определению азота нитратов и нитритов в почвах, кормах и растениях» (М. 1981). Особенности проведения некоторых оригинальных опытов, химических, биологических и микробиологических исследований описаны в тексте диссертационной работы.

Все опыты были расположены вблизи пос. Белогорка. Поэтому мы использовали результаты наблюдений Белогорской агрометеостанции, любезно предоставленные нам ее сотрудниками, а также материалы, опубликованные в агрометеорологических бюллетенях по АМС „Белогорка” и результаты наших наблюдений за химическим составом атмосферных осадков. Лизиметрические воды отбирали по мере поступления их в приемники с помощью насоса Камовского и колбы Бунзена.

По нашим наблюдениям количество веществ, поступающих за год в почву с атмосферными осадками в окрестностях п. Белогорка составляет в среднем: ионов калия - 7.4 кг/га; натрия - 2.1; кальция - 12.5; магния - 3; хлора - 2.9; свинца - 0.05; цинка - 0.4; никеля - 0.4; кадмия - 0.01; кобальта - 0.09; меди - 0.1; железа - 0.9; азота нитратов - 9.3; азота аммония - 8.4 кг/га.

Для того, чтобы проследить судьбу кальция извести в почве, его поглощение растениями, потери от вымывания, в микрополевых опытах вносили известь, меченную изотопом 45Са с периодом полураспада 154 дня.

Лабораторные опыты проводили в лизиметрических колонках, изготовленных из полимерных труб с припаянной на одном конце воронкой, в которую помещали дренаж. Колонки заполняли дерново-подзолистой супесчаной слабоокультуренной почвой, взятой с защитной полосы многолетнего полевого опыта № 2. Полученные фильтраты анализировали по тем же методикам, что и лизиметрические воды.

Все почвы, отобранные для опытов, имели кислую реакцию, были бедны фосфором и, за исключением легкой глины из Новгородской области, калием.

2. ИЗВЕСТКОВАНИЕ И ПЛОДОРОДИЕ ПОЧВ, НЕНАСЫЩЕННЫХ ОСНОВАНИЯМИ (НА ПРИМЕРЕ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ)

2.1. В настоящее время считают, что вредное действие кислотности почвы на растения связано с присутствием в ней катионов водорода, алюминия, марганца и железа. Однако в почве совершаются гораздо более сложные процессы и влияние кислотности почвы на среду обитания растений; их продуктивность и качество проявляется в разной степени и зависит от различного сочетания множества условий и свойств почвы: содержания обменных оснований, наличия подвижного алюминия, уровня реакции почвы, содержания органического вещества и подвижного фосфора, подвижных форм марганца и железа, гранулометрического состава почвы. Эффективность известкования в зависимости от сочетания этих факторов может быть различной

Многолетние наблюдения в наших опытах показали, что наибольшие изменения рНКС1 в почве происходят в течение первого года после внесения извести и сохраняются в зависимости от дозы извести и гранулометрического состава почвы от З до 6…8 лет. В этот период происходит наряду с вымыванием оснований взаимодействие почвы с не прореагировавшей известью. Через три года после внесения содержание свободной извести составляло от 10 до 64% от внесенного количества в зависимости от нормы внесения. Применение минеральных удобрений на кислых почвах приводит через 4…5лет к достоверному снижению реакции почвы ниже исходного уровня (табл. 1) в результате вымывания оснований с атмосферными осадками вместе с подвижными анионами удобрений (хлоридами, сульфатами), а также в составе органо-минеральных комплексов.

Таблица 1 Влияние минеральных удобрений на реакцию почвы

Фон удобрений

Год наблюдений

Исходное

1

3

6

9

13

Без удобрений

4.55

4.87

4.27

4.37

4.39

4.35

N1Р1К1

4.55

4.83

4.25

4.21

4.20

4.15

N2Р2К2

4.55

4.73

4.23

4.02

4.06

3.69

N3Р3К3

4.55

4.67

4.21

4.00

3.84.

3.53

НСР05 по фактору «удобрения» - 0.12; НСР05 по фактору «годы» - 0.22

Коэффициент корреляции между продолжительностью применения удобрений и изменением рНКС1 почвы возрастает с увеличением дозы удобрений (рис.1). Темпы подкисления произвесткованной почвы зависят от дозы внесенных удобрений, уровня рН, достигнутого при известковании и буферности почвы. При внесении высоких доз извести роль уровня применения минеральных удобрений в подкислении почвы, по крайней мере втечение первых двадцати лет, не столь ярко выражена как при известковании по полной гидролитической кислотности и меньшими дозами (рис.2).

Обменная кислотность в изучаемых почвах объясняется в основном присутствием подвижного алюминия и, в меньшей степени, - обменного водорода. Как показали исследования образцов пахотных почв Северо-Запада Нечерноземья, в почвах, имеющих реакцию среды (рН в КС1) 4,0, содержится 9…10мг/100г подвижного алюминия; при рН 4,9…5,0 - около 1мг.

Наиболее четко влияние минеральных удобрений на содержание подвижного алюминия проявилось на супесчаной почве, отличающейся невысокой буферностью и значительным содержанием подвижного алюминия в составе почвенного поглощающего комплекса (рис.4).

Влияние минеральных удобрений на изменение величины гидролитической кислотности дерново-подзолистой супесчаной почвы в первые годы четко не выражено (рис.3). Связано это и с методическими особенностями определения гидролитической кислотности почвы (неполнота вытеснения при однократной обработке), и с присутствием в почве непрореагировавшей извести.

Рис.1 Влияние минеральных удобрений на реакцию дерново-подзолистой супесчаной почвы (У=А*еВ*х)

1.Без удобрений

r = -0.26

Уровень значимости не существенен

2.N1Р1К1

r = -0.57

Р = 0.05

У=4,46*е-0,0058*х

3.N2Р2К2

r = -0.74

Р = 0.01

У=4,48*е-0,0105*х

Рис.2 Изменение реакции произвесткованных по 2,5Нг почв во времени

1.Без удобрений

r = -0.93

Р = 0.001

У=7,52*е-0,0146*х

2.N1Р1К1

r = -0.93

Р = 0.001

У=7,63*е-0,0168*х

3.N2Р2К2

r = -0.95

Р = 0.001

У=7,51*е-0,0167*х

4.N3Р3К3

r = -0.94

Р = 0.001

У=7,57*е-0,0232*х

Рис. 3 Динамика гидролитической кислотности в дерново-подзолистой почве многолетнего полевого опыта 2 (варианты известкования по 0,5 Нг) (У=А*еВ*Х)

1.Без удобрений

r = 0,849

Р = 0.001

У=1,791*е0,0452Х

2.N1P1K1

r = 0,909

Р = 0.001

У=2,026*е0,0473Х

3.N2P2K2

r = 0,900

Р = 0.001

У=1,848*е0,0639Х

4.N3P3K3

r = 0,913

Р = 0.001

У=1,752*е0,0818Х

Рис.4 Влияние реакции среды на содержание подвижного алюминия в дерново-подзолистой супесчаной почве. (У=А*еВ*Х)

Без удобрений

r = - 0,850

Р = 0,001

n = 21

У=149,3*е-1,519Х

N120P120K120

r = - 0,936

Р = 0,001

n = 21

У=448,6*е-1,692Х

2.2. Плотность почвы является интегральным показателем агрофизического состояния и оценки ее пригодности для возделывания определенных сельскохозяйственных культур, так как она оказывает существенное влияние на основные факторы жизни растений и биологическую активность почвы. Очень рыхлое или плотное сложение почвы отрицательно влияет на рост и развитие растений.

Мы не ставили цели определения оптимальных параметров плотности наблюдаемых объектов, а пытались определить степень влияния известкования на равновесную плотность почвы. Установлено, что при известковании почва остается более рыхлой, чем почва контрольных вариантов как в пахотном, так и в слое 20 - 30см. Связано это с большей агрегированностью известкованной почвы, а также с лучшим развитием корневых систем растений на известкованных почвах и бульшим количеством поступающих в почву корневых и пожнивных остатков.

2.3. Ёмкость поглощения почвы.

Как известно, в реакциях катионного обмена почвенный поглощающий комплекс проявляет себя как анион кислотной природы. На его поверхности существуют сильнокислотные и слабокислотные обменные позиции, определяемые по гетерополярному (ионному) и ковалентному (полярному) связыванию обменно адсорбируемых водородных ионов. Сильнокислотные позиции представлены базальными поверхностями глинистых структур и являются результатом неэквивалентного изоморфного замещения в октаэдрическом и тетраэдрическом слоях решетки.

В отдельных случаях к сильным ацидоидам почвы относятся относительно сильные органические кислоты негумусовой природы и отчасти гумуса. Слабокислые позиции представлены протонами диссоциирующих гидроксидов боковых поверхностей глинистой решетки и гумусовых кислот. Оба вида позиций почвенного поглощающего комплекса в реакциях катионного обмена участвуют различно из-за их различного отношения к концентрации водородных ионов в окружающем почвенном растворе. В почвах наших опытов емкость поглощения зависит, главным образом, от гранулометрического состава и содержания гумуса. С увеличением дозы извести емкость поглощения возрастает. Емкость поглощения почв увеличивается на 3…31% при известковании почв различного гранулометрического состава до рН 5 и на 28…59% - при внесении извести для доведения реакции почвы до рН 7 (по отношению к неизвесткованной почве) (табл. 2).

Это обусловлено освобождением после известкования мест обмена в ППК, блокированных ранее алюминием и является, как установлено А.Н. Небольсиным (1979), следствием его осаждения в виде нерастворимых гидроксидов и вовлечением в реакции обмена карбоксильных и отчасти гидроксильных групп гумусовых веществ.

Таблица 2 Изменение емкости поглощения дерново-подзолистых почв различного гранулометрического состава в зависимости от доз извести и удобрений (мэкв. на 100г почвы)

Дозы

Е

ДЕ

от 1т извести

удобрений

извести

Без удобрений

(песчаная почва)

0

5,63

-

До рН 5

7,38

1,09

До рН 7

8,45

0,54

N60P60K60

(песчаная почва)

0

5,84

До рН 5

7,37

0,96

До рН 7

8,02

0,42

N120Р120К120

(песчаная почва)

0

6,18

До рН 5

6,55

0,23

До рН 7

7,92

0,33

НСР05

0,62

Без удобрений

(супесчаная почва)

0

8,27

До рН 5

9,53

0,57

До рН 7

12,20

0,42

N60P60K60

(супесчаная почва)

0

8,12

До рН 5

9,30

0,54

До рН 7

11,30

0,34

N120Р120К120

(супесчаная почва)

0

8,58

До рН 5

8,90

0,15

До рН 7

12,14

0,38

НСР05

0,75

Без удобрений

(легкая глина)

0

13,66

До рН 5

14,36

0,37

До рН 7

20,53

0,46

N60P60K60

(легкая глина)

0

13,68

До рН 5

14,14

0,24

До рН 7

21,77

0,55

N120Р120К120

(легкая глина)

0

13,64

До рН 5

14,94

0,68

До рН 7

19,68

0,41

НСР05

0,89

Самое большое увеличение емкости поглощения наблюдалось на дерново-подзолистой глинистой почве при известковании до рН 7 (на 6,87 ± 0,89 мэкв. на 100г почвы) по отношению к контролю. Однако изменение величины емкости поглощения от 1т внесенного мелиоранта было наибольшим на малобуферной, малогумусированной песчаной почве, произвесткованной малыми дозами извести (до рН 5), причем с увеличением доз удобрений с 60 до 120 кг д.в. этот показатель снижался с 1,09 до 0,23 мэкв. на 100г почвы. Определение катионообменной емкости по методике С.Ганева в наших опытах показало, что емкость поглощения в произвесткованных почвах увеличивается за счет слабокислотных обменных позиций органического вещества почвы

2.4. Огромная роль в формировании почвенного плодородия принадлежит гумусовым веществам. Органическое вещество и кальций являются основными экологическими факторами, позволяющими увеличить буферность плодородия почвы, что является основой стабильности земледелия. Известкование, с одной стороны, создает благоприятные условия для новообразования гумусовых веществ, с другой - для возрастания скорости разложения растительных остатков. В зависимости от различных условий и преобладания тех или иных процессов, результаты могут быть различны.

Пока не выявлено, какие группы и фракции гумусовых веществ являются ближайшим резервом почвенного плодородия. Одни авторы считают наиболее важными для растений фракции гуминовых кислот, непосредственно переходящие в щелочную вытяжку, и фульвокислот, выделяемых при декальцировании. В ряде других исследований агрономически ценной фракцией гумуса считается фракция гуминовых кислот, связанных с кальцием.

В почвах наших опытов под влиянием известкования уменьшилось содержание фракции 1 гуминовых кислот и увеличилось содержание фракции 2, несколько уменьшилось содержание фракции 1а и 1 фульвокислот, а фракции 2 - увеличилось. Уменьшение содержания фракции 1 гуминовых кислот при известковании может быть обусловлено:

химическим связыванием с кальцием и переходом во фракцию 2;

переводом связанных с подвижными полуторными оксидами гуминовых кислот во фракции 2 или 3 с более устойчивыми формами полуторных оксидов.

Увеличение содержания фракции 2 гуминовых кислот может быть объяснено:

химическим связыванием гуминовых кислот с кальцием за счет фракции 1;

частичным переводом по мере подщелачивания реакции растворимых форм гуминовых кислот, связанных с малоустойчивыми соединениями железа и алюминия в более устойчивые, растворимые в 0,1н NаOН лишь после обработки Н2SO4.

Основной причиной увеличения содержания гуминовых кислот 2 фракции и уменьшения 1 при одновременном снижении оптической плотности фракции 1 гуминовых кислот, считают перегруппировку в составе самих фракций. Под влиянием внесенного в почву кальция наиболее оптически плотная часть гуминовых кислот 1фракции связывается с ним и пополняет 2 фракцию. А.Н.Небольсин (1978) назвал это явление естественным фракционированием под влиянием кальция.

В отличие от гуминовых кислот фульвокислоты обладают бульшим сродством к почвенным минеральным коллоидам и встречаются в почве только в адсорбированном этими частицами виде. Количество «свободных» фульвокислот, а следовательно и количество кислых функциональных групп определяется не только содержанием гумуса, но и гранулометрическим составом почвы - количеством илистых частиц, способных закрепить фульвокислоты в верхнем слое почвы. Расчет частных коэффициентов корреляции в составе множественной зависимости (между содержанием фракции 1 фульвокислот, величиной гидролитической кислотности и содержанием илистых частиц) показал, что количество фульвокислот фракции 1 почти функционально связано с содержанием илистых частиц (r=0,97).

2.5. Роль микроорганизмов в почвообразовании огромна. Благодаря им подзолообразовательный процесс не приводит к конечному этапу эллювиального процесса, к образованию бесплодного подзола и не является только средой, на фоне которой формируется та или иная микрофлора. Плодородие дерново-подзолистых почв неразрывно связано с интенсивностью биологических процессов, протекающих в них.

Известь играет исключительно важную роль в повышении устойчивости микробной системы почв в связи с применением минеральных удобрений. Известкование оказывает существенное влияние на структуру и численность почвенной микрофлоры. Во всех опытах содержание грибов снижалось на известкованной почве на 15…42%. Количество бактерий, использующих минеральные формы азота увеличивалось в 2,3…4,7 раза, количество бактерий, разлагающих органические азотсодержащие вещества - в 2,5…5,2 раза, количество олиготрофных бактерий - в 1,5…3,5 раза, споровых бактерий - в 1,1…2,1 раза, актиномицетов - в 2,0…10 раз в зависимости от дозы внесенной извести.

Большое влияние на почвенную микрофлору оказывает не только уровень реакции почвы, но и содержание в ней подвижных форм фитотоксичных элементов (алюминия, марганца, железа). Зависимости носят нелинейный характер и имеют высокую тесноту связи (табл.3).

В известкованных почвах наблюдаются более глубокие минерализационные процессы, о чем говорит увеличение численности олиготрофных бактерий. С увеличением дозы извести численность их возрастает. На известкованных почвах значительно увеличивается и численность споровых бактерий, наличие которых говорит о некотором повышении почвенного плодородия.

Действие минеральных удобрений на микрофлору почвы, в отличие от извести, не столь однозначно. Внесение умеренных доз минеральных удобрений в произвесткованную почву повышало содержание в ней бактериальной микрофлоры, а на неизвесткованной - значительно снижало численность бактерий.

Таблица 3 Зависимости между содержанием подвижного алюминия, марганца и железа и численностью микроорганизмов в почвах микрополевых опытов

Параметры

Корреляционое отношение, ?

Число пар, n

Уровень значимости

X

У

Fe

Грибы

0,92

12

0,05

Mn

Аммонификаторы

-0,83

12

0,05

Mn

Грибы

0,79

12

0,05

Fe

Олигинитрофилы

0,90

12

0,05

Mn

Олигиниторофилы

0,91

12

0,05

Mn

Бактерии на КАА

0,93

12

0,05

Mn

Актиномицеты

0,98

12

0,05

Al

Актиномицеты

0,98

12

0,05

Al

Бактерии на КАА

0,98

12

0,05

Al

Бактерии на 19 среде

0,94

12

0,05

Длительное применение повышенных и высоких доз минеральных удобрений (по 120кг д.в. и выше) ингибировало развитие бактериальной микрофлоры даже на фоне извести. Количество грибов и актиномицетов при внесении минеральных удобрений на неизвесткованных почвах значительно возрастало. Способность некоторых видов и родов грибной микрофлоры продуцировать токсины, по-видимому, является одной из причин снижения урожайности растений при кислой реакции почвенной среды

2.6. Почва служит мощным аккумулятором токсичных веществ и практически не теряет их со временем. Особенно прочно тяжелые металлы (ТМ) и многие неметаллы фиксируют верхние гумусосодержащие горизонты. Вклад собственно сельскохозяйственного производства в этот вид загрязнения невелик (1-2%) и часто может не приниматься во внимание по сравнению «с постоянным потоком техногенного загрязнения».

Результаты многолетних полевых опытов показывают, что азотные и калийные удобрения практически не загрязняют почвы ТМ. При длительном применении фосфорных удобрений содержание отдельных ТМ в почве несколько возрастает, оставаясь значительно ниже существующих ПДК. В опыте отдела агрохимии СЗНИИСХ по созданию различных уровней содержания фосфора в почве за 16 лет было внесено по вариантам от 0 до 3650 кг фосфора на гектар (Рсд). Установлена практически прямолинейная взаимосвязь между количеством внесенных фосфорных удобрений и содержанием подвижных (в ацетатно-аммонийном буфере с рН 4,8) кадмия, никеля, кобальта и стронция (табл.4).

Таблица 4 Взаимосвязи между количеством внесенных фосфорных удобрений и содержанием ТМ в почве (х - кг/га Р2О5; у - мг ТМ/кг почвы)

Элемент

n

r

P

Уравнение регрессии

Pb

24

0.49

0.050

у = 0.405 + 0.000012х

Cd

24

0.97

0.001

у = 0.080 + 0.000012х

Ni

24

0.80

0.001

у = 0.194 + 0.000015х

Co

24

0.78

0.001

у = 0.132 + 0.000027х

Zn

24

- 0.50

0.050

у = 1.60 - 0.00013х

Sr

24

0.95

0.001

у = 9.2 + 0.0014х

3. ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИЗВЕСТКОВАНИЯ

Эффективность известкования изучали в полевых севооборотах со следующим чередованием культур: яровые зерновые (пшеница, ячмень) - многолетние травы (клевер + тимофеевка) 1года пользования - мн. травы 2г.п. - озимая рожь - картофель - овес. Выращивали сорта культур, районированные в зоне. Проведенные исследования показали, что оптимальный уровень реакции не является неизменной величиной даже для данного конкретного сорта, он зависит от многих факторов внешней среды, в том числе и от уровня питания. Наиболее эффективно внесение извести было под клевер и кормовую свеклу на супесчаных почвах. В зависимости от уровня удобренности почвы изменялось и отношение растений к известкованию:

у культур, менее чувствительных к кислотности, эффективность известкования в зависимости от уровня питания может снижаться (зерновые);

у культур, высоко чувствительных к кислотности, может наблюдаться обратная зависимость, то есть по мере увеличения количества питательных веществ в почве, эффективность известкования повышается (кормовая свекла) (рис.5).

Причины различия в отзывчивости отдельных видов растений на условия в кислых почвах до конца не выяснены. Одной из возможных причин неодинаковой устойчивости растений к повышенной кислотности могут быть различия в ёмкости и свойствах сорбционного комплекса корней. По мнению К.Г. Крейера (1981), существует связь между устойчивостью различных видов и сортов растений к кислотности и проницаемостью цитоплазматических мембран, определяющейся свойствами образующих их белков и липидов.

Рис. 5 Влияние известкования и минеральных удобрений на урожай корнеплодов кормовой свеклы.

Математическая обработка результатов, полученных в наших многолетних опытах, позволяет наглядно показать зависимость развития различных видов растений от известкования и уровня минерального питания. На дерново-подзолистых супесчаных почвах эта зависимость выражается следующими уравнениями:

для ячменя -

у = 23,65 + 0,34Н + 1,10N - 0,175Н2 - 0,45N2 - 0,0056NН + 0,019N2Н

для многолетних трав -

у = 79,5 + 0,73Н + 0,76N - 0,26Н2 - 0,72N2 + 0,076NН - 0,030N2Н

для озимой ржи -

у = 25,23 - 0,096Н + 1,105N + 0,0012Н2 - 0,475N2 + 0,105NН + 0,0216N2Н

для овса

у = 20,156 + 0,122Н + 0,853N - 0,116N2 + 0,035NН - 0,0062N2Н

для картофеля

у = 169,7 - 0,26Н + 12,08N + 0,16Н2 - 1,82N2 + 0,15NН + 0,27N2Н,

где N -доза удобрений, кг д.в. на 1га; Н -доза извести в долях Нг

4. ВЛИЯНИЕ ИЗВЕСТКОВАНИЯ И ДЛИТЕЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ МИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИЙ НА МИГРАЦИОННУЮ СПОСОБНОСТЬ ОСНОВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ПИТАНИЯ В ПОЧВЕ

4.1. В Нечерноземной зоне рост сельскохозяйственных культур чаще всего лимитируется недостатком азота.

Обобщение результатов опытов показывает, что использование доступных растениям форм азота идет очень слабо в сильнокислых почвах и возрастает в 2…3раза в известкованных.

Из основных питательных элементов азот в форме нитратов легче всего перемещается в почве и, если не поглощается растениями, то вымывается и улетучивается. В результате лизиметрических наблюдений (табл.5) установлено, что:

внесение высоких доз минеральных удобрений, особенно на легких почвах, приводит к усилению вымывания азота;

известкование кислых почв большими дозами извести также усиливает миграцию неиспользованного растениями азота в профиле почвы.

Таблица 5 Вымывание азота из дерново-подзолистых слабоокультуренных почв легкого гранулометрического состава

Фон удобрений

Доза извести, т/га

Вымыто азота, кг/га

зерновые

клевер

Супесчаная почва

N60P60K60

0

7,4±1,5

1,5±0,3

3,4

8,0±0,7

1,6±0,3

14,1

8,0±0,9

1,4±0,3

N120P120K120

0

7,5±0,8

1,5±0,2

3,4

11,0±1,4

1,2±0,3

14,1

11,6±2,3

0,8±0,2

Песчаная почва

N60P60K60

0

3,6±0,4

4,3±0,3

2,4

4,8±0,6

1,5±0,1

7,7

4,9±0,8

2,1±0,4

N120P120K120

0

5,5±0,3

1,9±0,1

2,4

3,5±0,5

1,6±0,1

7,7

3,5±0,6

1,8±0,2

Глинистая почва

N60P60K60

0

3,1±0,1

7,0±0,6

3.8

7,5±0,2

4,6±0,1

9.7

9,2±1,3

5,4±0,2

19.2

8,9±0,8

6,1±0,6

N120P120K120

0

2,6±0,3

5,3±0,1

3.8

3,1±0,2

6,0±1,0

9.7

11,1±1,1

2,8±0,2

19.2

9,5±0,8

13,5±0,4

4.2. Общее содержание фосфора в почвах относительно невелико (0,05…0,1%). Фосфатный режим дерново-подзолистых почв в значительной степени зависит от реакции почвенного раствора и содержания подвижных форм полуторных оксидов.

После известкования в течение десятилетий растения на дерново-подзолистых почвах используют значительно больше фосфатов, чем без извести. В основе этого явления лежит лучшая растворимость и усвояемость растениями фосфатов кальция, особенно одно- и двухзамещенных, а также свежеосажденных трехосновных фосфатов кальция, по сравнению с фосфатами полуторных оксидов.

Результаты исследований показали, что

внесение фосфорных удобрений в дерново-подзолистые почвы снижает подвижность алюминия вследствие связывания его анионом ортофосфорной кислоты;

систематическое применение фосфорных удобрений приводит не только к повышению содержания подвижного фосфора в почвах, но и к изменению свойств почвенного поглощающего комплекса. В богатых фосфором почвах значимую роль играют буферные системы, образованные солями металлов с фосфорной кислотой. Вследствие этого изменяется характер взаимосвязей между реакцией почвы и содержанием подвижного алюминия, марганца, железа, обменных оснований, величиной гидролитической кислотности;

известкование сильнокислых дерново-подзолистых почв увеличивает использование растениями фосфора из почвы и удобрений. Больше всего (в 3,0…6,8 раза) повышаются коэффициенты использования фосфора из удобрений при повышении уровня реакции до рНКС14,9…5,2;

оптимальный уровень реакции для роста растений на дерново-подзолистых почвах при хорошей обеспеченности фосфором сдвигается в сторону более низких значений рН. Для культур, чувствительных к кислотности, существенное значение имеет кальций, входящий в состав фосфорных удобрений (суперфосфата, фосфоритной муки);

фосфор является наименее подвижным элементом-органогеном. Благодаря взаимодействию с илистой фракцией почв, фосфаты сохраняются в почве при промывании ее атмосферными осадками. Вымывание фосфора из пахотного слоя дерново-подзолистых почв невелико (0,04…0,8кг Р2О5 в год). На почвах, очень богатых фосфором, известкование уменьшает потери этого элемента за счет вымывания.

Однако неверно сводить влияние известкования на фосфатный режим только к химическим взаимодействиям, происходящим в почвах. В растениях между фосфором, с одной стороны, алюминием, марганцем и железом, - с другой, существует определенный физиологический антагонизм. Алюминий по природе своего действия является типичным корневым ядом. В его присутствии резко уменьшается общий объем корневой системы, корневые волоски покрываются бурыми чехликами из гидроксидов, снижающих активность их работы. Поэтому часть уже поглощенного фосфора расходуется на инактивацию алюминия в самих растениях (Блэк К.А., 1973).

4.3. Как известно, калий, в отличие от других элементов, в растении находится в ионной форме и не входит в состав органических соединений клеток. Это основной противоион для нейтрализации отрицательных зарядов как неорганических ионов, так и клеточных полиэлектролитов. Кроме того, он создает разность электрических потенциалов между клеткой и средой, играя важную роль в обмене веществ. Считается, что именно в этом проявляется специфическая функция калия, делающая его незаменимым элементом минерального питания растений.

В многолетних опытах на почвах различного гранулометрического состава установлено, что известкование повышает содержание в почве подвижного калия, как на удобренных, так и на неудобренных делянках. Различия эти математически доказаны и высоко достоверны. Содержание подвижных форм калия в неудобренных почвах постепенно снижается со временем (рис.6). По мере увеличения доз минеральных удобрений содержание калия в почве закономерно возрастает. В известкованных почвах этот процесс идет сильнее. Через 18лет после внесения извести в полевом опыте при внесении удобрений (N135Р90К135 ежегодно), количество легкоподвижного калия на известкованных делянках возросло на 20%, подвижного - на 75%, обменного - в 2 раза.

Увеличение или снижение фиксации или же доступности калия при известковании не является общей закономерностью, а зависит от минералогического состава почв.

По данным проведенных исследований, общими для различных культур, чувствительных к кислотности, являются следующие закономерности:

низкая эффективность известкования на очень бедных калием почвах;

по мере улучшения обеспеченности калием возрастает эффективность известкования умеренными дозами (до рН 5…6);

при чрезмерно высоких дозах калия большие дозы извести усиливают их токсичность и вызывают депрессию урожая.

Установлено, что вымывание калия в значительной степени зависит от емкости катионного обмена и гранулометрического состава почвы. На легких почвах при внесении минеральных удобрений вымывание калия больше, чем на почвах глинистых. На известкованных, удобренных калийными удобрениями почвах потери калия не превышают его вымывания из неудобренных почв.

На неудобренных калием почвах известкование уменьшает долю легкоподвижного и обменного калия, но увеличивает необменного. Доля легкодоступного и обменного калия под влиянием удобрений резко увеличивалась: с 25,4% до 41,7% на кислой почве, и с 17,5 до 54,6% - на известкованной (рис. 7).

Рис.6 Влияние извести и минеральных удобрений на содержание подвижного калия в дерново-подзолистой супесчаной почве полевого опыта НСР05 по фактору «известь» (фон без удобрений) - 0,7мг/100г (фон N135P90K135) - 1,0мг/100г

Без удобрений -У=7,403 * е -0,0139Х

N135P90K135 У=6,242*Х 0,289(фон )

Известь по 1,0Нг- У=10,867*е -0,0236Х

Фон +известь по1,0 Нг У=9,370*Х 0,241

Известь по 2,5 Нг У=11,898*е -0,0313Х

Фон +известь по2,5 Нг У=10,982*Х 0,194

Глубина 0 - 20см

Глубина 20 - 40см

Без удобрений и извести

Без удобрений, известь 2,5 Нг

Высокий фон удобрений, без извести

Высокий фон удобрений, известь 2,5 Нг

Рис 7 Изменение содержания различных форм калия в дерново-подзолистой супесчаной почве (мг/100г)

Таким образом, увеличение или снижение фиксации или же доступности калия при известковании, по-видимому, не является общей закономерностью, а зависит от минералогического состава почв.

Нашими исследованиями установлено, что с атмосферными осадками калия вымывается меньше, чем выносится сельскохозяйственными растениями. Внесение минеральных удобрений на кислых почвах приводит к значительному вымыванию калия (до 10…15 кг/га в год). Проведенные лизиметрические опыты показали, что увеличение дозы калийных удобрений на 10 кг К2О на 1 га приводит в среднем к увеличению вымывания калия на легких почвах на 0,52 кг/га в год, а на тяжелых, - на 0,36 кг. При известковании почвы использование даже высоких доз удобрений не увеличивает вымывание калия.

Гринченко Т.А. и др. (1985) установлено, что собственно известкование резко снижает соотношение между активностью ионов калия и кальция (АRо), что повышает РВСк и тем значительнее, чем ниже обеспеченность почвы обменным калием. Это сопровождается наименьшим содержанием в почвенном растворе непосредственно доступного калия и общих подвижных его запасов. Внесение извести увеличивает катионообменную емкость почвы (КОЕ), и увеличивает тем самым стабильность системы. Однако сам кальций извести остается незащищенным от вымывания.

4.4.Кальций. Среднее содержание кальция в литосфере составляет 3,6%. Кислые почвы содержат 900…5000кг обменного кальция на 1га (в пересчете на СаО).

В литературе практически нет данных о значении извести в питании растений кальцием. Считается, что даже на очень кислых почвах растения достаточно обеспечены кальцием как элементом питания. В наших опытах под влиянием известкования содержание кальция в клевере возрастало на песчаной почве в 2.4…3.5 раза, супесчаной - 2.3…3.3, глинистой - 2.3…2.6 раза. Такое увеличение содержания кальция, безусловно, говорит о значении извести не только как мелиорирующего средства, но и как источника жизненно необходимого элемента питания - кальция.

Установлено, что в год внесения доля кальция, усвоенного из извести, на песчаной почве составляла от 16.3 до 29.4% при известковании до рН 5 и от 62.7 до 82.9% при известковании до рН 7, на супесчаной почве соответственно 25…26.1% и 51.9…60.2%, на глине - 7.0…8.9% и 42.5…43.9% . Приведенные данные показывают, что в год внесения на легких почвах (особенно на песчаной) известь служила важным, если не главным, источником кальция для растений. Известкование увеличивает также вынос кальция растениями из самой почвы.

Изучение распределения обменных форм кальция и магния по профилю дерново-подзолистой супесчаной почвы под влиянием извести и минеральных удобрений показало, что внесение минеральных удобрений приводит через две ротации севооборота (12 лет) к обеднению верхнего (пахотного) горизонта кальцием и магнием и повышает содержание их в подпахотном горизонте.

Наши наблюдения за составом осадков показали, что в районе проведения наших опытов ежегодно выпадает около 4кг/га калия, 12,5 кг/га кальция и около 3 кг/га магния. Большее количество кальция попадает с атмосферными осадками в почву в теплый период года, несколько меньше - в зимние месяцы.

В лизиметрических исследованиях установлено, что концентрация кальция в лизиметрических водах может колебаться в широких пределах (от 20мг/л до 200-400 и даже 700мг/л). Это связано с действием многих факторов: с гранулометрическим составом почв, дозой извести, минеральными удобрениями, растительным покровом. Общее вымывание кальция в зависимости от гранулометрического состава почв, дозы извести и уровня применения удобрений составляло от 20 до 200…400 кг/га кальция в год.

Таблица 6 Вымывание кальция из пахотного (0-20см) слоя дерново-подзолистых слабоокультуренных почв


Подобные документы

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.

Фон удобрений

Доза извести, т/га

Вымыто кальция, кг/га

В % от внесенной дозы

Всего

В т.ч. кальций извести

45Са

Общие потери

Песчаная почва

Без удобрений

1,6

335

183

28,6

52,3

5,2

716

464

22,3

34,4

N60Р60К60

1,6

528

166

25,9

82,5

5,2

640

309

14,9

30,8