Удобрения и нетрадиционное агрохимическое сырьё как факторы повышения продуктивности агроценозов европейского северо-востока

Размещено на http://www.allbest.ru/

Удобрения и нетрадиционное агрохимическое сырьё как факторы повышения продуктивности агроценозов европейского северо-востока

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

плодородие почва земледелие

Актуальность проблемы. Повышение продуктивности агроценозов Европейского Северо-Востока требует неотложного решения вопросов сохранения и повышения плодородия почв, сокращения материальных и энергетических затрат на производство сельскохозяйственной продукции. Для этого региона характерны прохладное и короткое лето, поздние весенние и ранние осенние заморозки, что ослабляет рост растений и снижает потребление питательных веществ. Преобладающие здесь подзолистые и дерново-подзолистые почвы характеризуются очень низким естественным плодородием и при резком сокращении объемов применения удобрений и мелиорантов подвергаются деградационным процессам, которые сопровождаются снижением содержания гумуса, питательных веществ и ухудшением физико-химических свойств. Для широкого воспроизводства продуктивности агроценозов требуется разработка и освоение эффективных систем удобрений сельскохозяйственных культур, обеспечивающих рациональное использование материальных ресурсов и возмещение в почву элементов питания и органического вещества. Наряду с использованием дорогостоящих удобрений и мелиорантов, важным резервом воспроизводства плодородия почв и источником элементов питания для растений является сравнительно дешевое местное агрохимическое сырьё -- доломиты, фосфориты и цеолиты, запасы которых в этом регионе России весьма значительны, а изученность их эффективности применения в земледелии крайне недостаточная.

Вышеизложенное обусловливает актуальность исследований данной проблемы в условиях сильно выраженного дефицита баланса питательных веществ и недостаточной изученностью этого вопроса на Северо-Востоке Европейской части России.

Цель и задачи исследований. Цель работы состоит в изучении взаимодействия агрогенных и природных факторов, оценке значимости основных агрохимических параметров плодородия для развития более продуктивного и устойчивого земледелия с использованием удобрений, извести и местных агроруд.

В задачи исследований входило:

-- оценить изменение агрохимических параметров плодородия почв по результатам агрохимического обследования за период 1966-2004 гг. в условиях различного уровня применения агрохимических средств;

-- определить баланс элементов питания в пахотных почвах и выявить потребность в удобрениях и мелиорантах для восполнения дефицита питательных веществ в почвах;

-- установить степень загрязнения почв тяжелыми металлами и радионуклидами ;

-- изучить влияние длительного применения удобрений, извести и агроруд на воспроизводство плодородия и продуктивности дерново-подзолистых почв;

-- установить оптимальные агрохимические параметры плодородия дерново-подзолистых почв и обосновать дозы удобрений, обеспечивающие формирование урожаев на уровне биоклиматического потенциала региона;

-- разработать приемы оптимизации гумусового состояния дерново-подзолистых почв в условиях экологизации земледелия и воспроизводства плодородия почв;

-- дать энергетическую, экономическую и экологическую оценку применения агрохимических средств в агроценозах.

Научная новизна работы. Впервые по материалам агрохимического обследования почв Республики Коми за 38-летний период дана комплексная оценка значимости основных показателей их плодородия для развития более продуктивного и устойчивого земледелия в регионе. Определены степень загрязнения почвенного покрова тяжелыми металлами и накопление их сельскохозяйственными культурами в зависимости от кислотности почв, содержания гумуса и обеспеченности элементами минерального питания. Впервые на дерново-подзолистых почвах, относящихся к очень холодному подтипу сезоннопромерзающего типа Европейского Северо-Востока, в условиях короткого периода активных температур выявлены свойства дерново-подзолистых почв и режимы минерального питания растений в реальных условиях северного земледелия. Установлено влияние длительного применения удобрений, извести и местных агроруд на воспроизводство плодородия и продуктивность дерново-подзолистых почв. Рассчитан баланс гумуса в кормовом севообороте и длительном внесении минеральных удобрений по различным фонам извести и возделывании многолетних трав. Дана энергетическая, экономическая и экологическая оценка применения удобрений, извести и агроруд в агроценозах.

Установлены оптимальные параметры основных показателей агрохимических и агрофизических свойств почвы и определены экономически целесообразные способы их регулирования. Изучено влияние разных систем удобрений на продуктивность агроценозов, их качество и экологическую безопасность продукции. Впервые установлено, что анальцимсодержащая порода (АП, цеолит) является не только источником зольных элементов питания растений, но и активным сорбентом биофильных элементов, особенно аммиачного азота и калия. Положительный эффект от внесения цеолита получен на легких почвах с низкой емкостью поглощения. Выявлена высокая эффективность доломитов и фосфоритов при удобрении однолетних трав. Органические и минеральные удобрения и местные агроруды снижали реакцию почвенной среды, увеличивали содержание гумуса и элементов минерального питания, улучшали физические свойства и продуктивность пахотных почв.

Защищаемые положения:

-- комплексное применение органических и минеральных удобрений, известковых материалов и агроруд является непременным условием развития более продуктивного и устойчивого земледелия на бедных дерново-подзолистых почвах Севера;

-- обоснование прогнозирования бездефицитного баланса гумуса в агроценозах и приёмов повышения эффективности удобрений и мелиорантов в регионе;

-- длительное применение органических и минеральных удобрений, извести и местного минерального сырья на слабо- и среднеокультуренных почвах в кормовом севообороте является наиболее эффективным приёмом повышения продуктивности дерново-подзолистых почв.

Практическая значимость и реализация результатов исследований. На основании многолетних комплексных исследований на дерново-подзолистых и подзолистых почвах рекомендованы перспективные кормовые севообороты, оптимальные дозы удобрений, извести и местных агроруд -- доломитов, цеолитов, фосфоритов для использования в сельскохозяйственном производстве, особенно на легких почвах с низкой емкостью поглощения. Разработаны агроэкологические подходы к оптимизации воспроизводства плодородия и продуктивности дерново-подзолистых почв в регионе. Впервые предложены эффективные дозы и сроки применения торфонавозного компоста и извести с применением минеральных удобрений в дозах по выносу элементов питания планируемым урожаем. Такие системы применения удобрений позволяют создать бездефицитный баланс органического вещества в пахотных дерново-подзолистых почвах, повысить эффективность и экологическую безопасность применения агрохимических средств.

Апробация работы. Основные результаты исследований доложены на Международных, Российских и Республиканских конференциях и совещаниях: «Проблемы антропогенного почвообразования» (Москва, 1997, 1998); «Растительные ресурсы и биотехнология в агропромышленном комплексе» (Владикавказ, 1998, 1999); «Развитие агропромышленного комплекса в зонах рискованного земледелия» (Новокузнецк, 1998, 1999); «Эколого-популяционный анализ кормовых растений естественной флоры, интродукция и использование» (Сыктывкар, 1999); «Совершенствование методологии исследований фосфатного режима почв» (Москва, 1999); III съезде Докучаевского общества почвоведов (Москва, 2000); Всероссийском совещании Географической сети опытов с удобрениями (Москва, 2001); «Актуальные проблемы земледелия на современном этапе развития сельского хозяйства» (Пенза, 2004); «Агроэкологические функции органического вещества почв и использование органических удобрений и биоресурсов в ландшафтном земледелии» (Владимир, 2004).

Публикации. По результатам исследований опубликовано 42 работы, в том числе 1 учебное пособие (в соавторстве) и 14 научных статей в изданиях, рекомендуемых ВАК РФ.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 7 глав, выводов и предложений производству, изложена на страницах машинописного текста, содержит 100 таблиц, 6 рисунков и 14 приложений. Список литературы включает 478 источников, в том числе 43 на иностранных языках.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

ОБЪЕКТЫ, МЕТОДЫ И УСЛОВИЯ ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

Почвенно-климатические ресурсы. Район исследований расположен в северо-восточной части Русской платформы в Онего-Двинской провинции среднетаежных дерново-подзолистых и подзолистых почв. Почвообразующие породы -- покровные и моренные суглинки. Климат территории -- умеренно-континентальный, умеренно-холодный. По данным метеостанции Сыктывкар в крайне холодные или теплые годы среднегодовая температура воздуха может отклонятся от среднемноголетней величины (+0,4С), колеблясь от -2С до +2,5С.

Дерново-подзолистые почвы средней тайги по температурному режиму относятся к очень холодному подтипу сезонно промерзающего типа и характеризуются коротким периодом активных температур, небольшими тепловыми ресурсами. Благоприятные для начала вегетации растений температурные условия в слое 0-20 см наступают во второй половине июня, иногда в начале июля и сохраняются в течение 3-4 месяцев. Сумма температур выше 10С составляет 1454, мощность зоны активных температур в редкие годы достигает 70-80 см, чаще всего варьирует в интервале 40-55 см. Поэтому максимум микронаселения и биологической активности приходится на верхние почвенные горизонты. Пониженные температуры препятствуют также и глубокому проникновению в почву корней растений.

Валовой химический состав освоенных дерново-подзолистых почв указывает на наличие подзолообразовательного процесса. Обезъиливание верхней части профиля объясняется в основном процессами разрушения и выноса ила. Облегченная толща относительно обогащена SiO₂ и обеднена R₂O₃, CaO, MgO. В то же время в кислых и ненасыщенных основаниями горизонтах отмечается слабое биогенное накопление железа, кальция, магния, калия, фосфора, азота. Состав гумуса -- фульватный, фракции, связанные с кальцием, отсутствуют, гумус отличается высокой подвижностью. С подзолообразованием связаны такие свойства, как низкая емкость поглощения, ненасыщенность поглощающего комплекса основаниями, обусловленность обменной кислотности алюминием.

Методика проведения полевых и лабораторных исследований

Исследования проводили на следующих стационарных опытах в ОПХ «Северное» ГНУ «НИПТИ АПК Республики Коми Россельхозакадемии»:

Опыт по заданию 06.02.01. «Провести исследования по комплексному применению удобрений в кормовом севообороте и воспроизводству плодородия среднеподзолистых почв северной части Евро-Северо-Востока России». Опыт в 2002 году внесен в «Реестр аттестатов длительных опытов с удобрениями и др. агрохимическими средствами РФ». Исследования проводятся с 1978 года в шестипольном, кормовом севообороте со следующим чередованием культур: картофель; однолетние с подсевом многолетних злаковых трав; многолетние злаковые травы 1 г.п.; многолетние злаковые травы 2 г.п.; однолетние травы; картофель.

Исследования проводились в стационарном опыте в 1978-2004 г.г. на дерново-подзолистой легкосуглинистой среднеокультуренной почве.

Перед закладкой опыта агрохимические показатели пахотного слоя почвы (0-20 см) были следующими: содержание гумуса -- 2,1-2,5%, Нr -- 3,1-4,2, S -- 10,3-15,5 мг-экв./100 г почвы, рH_KCl -- 4,8-5,5, V -- 75-80%, содержание подвижного фосфора (Р₂О₅) по Кирсанову -- 184-227 и обменного калия (К₂О) -- 146-190 мг/кг почвы. Схема опыта: без удобрений (контроль); NPK; ТНК 40 т/га; ТНК 40 т/га + NPK; ТНК 80 т/га; ТНК 80 т/га + NPK. Сорта возделываемых культур в кормовом севообороте: картофель «Приекульский ранний», «Невский»; горох «Казанский», «Уладовский»; овес - «Горизонт», «Нарым»; тимофеевка луговая - «Северодвинская 18», овсяница луговая - «Цилемская». Органические удобрения вносили в форме торфонавозного компоста (ТНК), агрохимические показатели которого были следующими: рН_KCl -- 7,3-7,5; сухое вещество -- 28-30%, зольность -- 20-22%, содержание общего азота -- 0,52-0,60 %; общего фосфора -- 0,50-0,56; общего калия -- 0,42-0,48%. Для восполнения выноса элементов питания растений ежегодные дозы минеральных удобрений составили (кг/га д.в.): под картофель -- N₆₀P₃₀K₁₈₀; горохоовсяную смесь -- N₄₀P₃₂K₁₁₆; и многолетние злаковые травы -- N₄₀P₃₂K₁₀₈. Для расчета доз минеральных удобрений по культурам севооборота применяли общепринятые коэффициенты использования питательных веществ из удобрений (в %): азот -- 50, фосфор -- 20, калий -- 60; из почвы: азот -- 20, фосфор -- 5, калий -- 20%.

Планируемая урожайность зеленой массы горохоовсяной смеси -- 200, многолетних трав -- 150, картофеля -- 150 ц/га. Площадь опытной делянки 200 м², повторность опыта 4-кратная. Учет урожая -- сплошной, поделяночный.

Опыт по заданию 09.01.01. «Провести исследования по изучению влияния извести и минеральных удобрений на почвенно-растительную систему». Этот длительный опыт проводится с 1983 года на дерново-подзолистой среднесуглинистой слабоокультуренной почве, в 2006 году он внесен в «Реестр аттестатов длительных опытов с удобрениями и др. агрохимическими средствами РФ». Перед закладкой опыта агрохимические показатели почвы были следующими: гумус -- 1,1-1,8%; рH_KCl -- 3,9-4,4; Нr -- 5,0-7,1 мг-экв./100 г почвы; Р₂О₅ -- 40-82 и К₂О -- 66-100 мг/кг почвы.

Схема опыта: без удобрений (контроль); известь 1,0 г.к.; известь 2,0 г.к.; NPK; известь 1,0 г.к. + NPK; известь 2,0 г.к. + NPK.

В опыте возделывалась бобово-злаковая травосмесь (клевер луговой «Трио», тимофеевка луговая «Северодвинская», ежа сборная «Хлыновская»). Учет урожая -- сплошной, поделяночный. Площадь делянки -- 50 м², повторность опыта -- 4-кратная. Известь в опыте вносили в 1983 году, в последующие годы изучали ее последействие. Минеральные удобрения применяли ежегодно в дозах по выносу NPK на планируемый урожай зеленой массы (150 ц/га). Доза удобрений составляла N₆₀P₇₅K₇₅.

В качестве объектов изучения были местные агроруды Тиманского месторождения: анальцимсодержащая порода (АП, цеолит), доломиты и фосфориты. Агроруды не обогащались. Перед внесением в почву их измельчали путем размола на механической мельнице (доломиты, фосфориты) и гидратационным способом (АП). В результате получали доломитовую и фосфоритную муку, отвечающую требованиями ГОСТ. Глыбистую анальцимсодержащую породу измельчали в крошку, представленную на 80% агрономически ценными фракциями. Содержание анальцима в измельченной породе достигало 30%. Химический состав валового элементного состава изучаемых агроруд показал, что доломитовая мука содержит 52% Ca и Mg или 99% в форме карбонатов кальция и магния, что существенно превышает нижнюю границу их содержания по ГОСТ (85%, сорт 2). Агроруды по содержанию тяжёлых металлов и радионуклидов безопасны. Фосфоритная мука из местного сырья содержит более 26% P₂O₅, что также превышает нижнюю границу содержания подвижного фосфора по ГОСТ. При этом часть фосфора, растворимая в 0,2Н НСl достигает 31% от валового количества (табл. 1).

Для выявления эффективности местных агроруд на полевые культуры в 1994-2000 г.г. в совхозе «Пригородный» Сыктывдинского района Республики Коми проведено 5 полевых опытов:

1. «Изучить эффективность доломитовой муки на плодородие и продуктивность дерново-подзолистой среднесуглинистой новоосвоенной почвы». Перед закладкой опыта агрохимические показатели были следующими: гумус -- 2,06%, рH_KCl -- 4,0, Р₂О₅ -- 30,0, К₂О -- 79,0 мг/кг почвы, СаО -- 4,1, MgО -- 2,4 мг-экв./100 г почвы. Схема опыта: без удобрений (контроль); ДМ 2,5 т/га; ДМ 5 т/га; N₆₀P₆₀K₆₀; ДМ 2,5 т/га + N₆₀P₆₀K₆₀; ДМ 5 т/га + N₆₀P₆₀K₆₀.

2. «Определить влияние анальцимсодержащей породы (АП - цеолит) на свойства дерново-подзолистой суглинистой новоосвоенной почвы и её продуктивность». Агрохимические показатели почвы были следующими: гумус -- 2,12%, рH_KCl -- 4,3, Р₂О₅ -- 28,2, К₂О -- 110,2 мг/кг почвы, СаО -- 4,1 и MgО -- 1,47 мг-экв./100 г почвы. Схема опыта: без удобрений (контроль); АП 5 т/га; АП 10 т/га; N₆₀; АП 5 т/га + N₆₀; АП 10 т/га + N₆₀.

В этих опытах агроруды и минеральные удобрения вносили в 1994 году, а с 1995 года изучали их последействие -- без удобрений и с ежегодным внесением NPK: в опыте с доломитовой мукой -- N₆₀P₆₀K₆₀; с АП (цеолитом) -- N₆₀.

3. Полевой модельный опыт «Провести исследования по изучению влияния фосфоритной муки на почвенно-растительную систему». Опыт проводился на дерново-подзолистой среднесуглинистой слабоокультуренной почве, которая характеризовалась следующими агрохимическими показателями: гумус -- 2,04%, рH_KCl -- 4,9, Р₂О₅ -- 35,6, К₂О -- 82,2 мг/кг почвы, СаО -- 2,8 и MgО -- 1,4 мг-экв./100 г почвы. Схема опыта: без удобрений (контроль); фосмука 266 кг/га д. в. Площадь опытной делянки 10 м², повторность опыта -- 4-кратная.

4. Полевой модельный опыт «Определить эффективность анальцимсодержащей породы (АП, цеолит) на плодородие и продуктивность подзолистой песчаной новоосвоенной почвы». Перед закладкой опыта агрохимические показатели были следующими: гумус -- 1,25%, рH_KCl -- 5,36, Р₂О₅ -- 36,2, К₂О -- 49,2 мг/кг почвы, СаО -- 2,3 и MgО -- 3,2 мг-экв./100 г почвы. Схема опыта: без удобрений (контроль); АП 20 т/га; N₆₀P₆₀K₆₀; АП 20 т/га + N₆₀P₆₀K₆₀. Площадь опытной делянки 10 м², повторность опыта -- 4-кратная.

5. Полевые модельные опыты по изучению перемещения питательных веществ в почве из очага удобрений размещали на делянках длиной 10 м и шириной 1 м. Очаг из агроруд в виде сплошной ленты шириной 1 см, помещали на глубину пахотного горизонта. На различном удалении от очага удобрений изучали изменение агрохимических свойств почвы, нитрогенозную активность, дыхание почвы. Опыты проводили на дерново-подзолистой среднесуглинистой почве в различных условиях микрорельефа, окультуренности и гидроморфизма.

Дерново-подзолистая среднесуглинистая слабоокультуренная почва полевого модельного опыта:

а) микроповышение: гумус -- 2,02%, рH_KCl -- 4,8, Р₂О₅ -- 140,0, К₂О -- 152,0 мг/кг почвы, СаО -- 4,9, MgО -- 3,2 мг-экв./100 г почвы;

б) микроповышение: гумус -- 1,28%, рH_KCl -- 4,18, Р₂О₅ -- 92,0, К₂О -- 22,0 мг/кг почвы, СаО -- 2,6, MgО -- 1,5 мг-экв./100 г почвы;

в) временно переувлажнённая почва: гумус -- 1,21%, рH_KCl -- 4,3, Р₂О₅ -- 15, К₂О -- 52,0 мг/кг почвы, СаО -- 0,8, MgО -- 0,4 мг-экв./100 г почвы.

Таблица 1 Валовое содержание основных элементов питания и токсичных веществ в удобрениях из местных агроруд Республики Коми

* Кларк в земной коре

Во всех опытах с местными агрорудами возделывали горохоовсяную смесь (горох «Уладовский», овёс «Горизонт»). Скашивали зеленую массу в фазе молочно-восковой спелости овса. Учёт урожая -- сплошной, поделяночный. Минеральные удобрения в опытах вносили в форме аммиачной селитры, двойного суперфосфата и хлористого калия.

В работе использовали следующие методы анализов:

в почве: гумус -- ГОСТ 26213-91, общий азот -- ГОСТ 26107-84, гидролитическая кислотность -- ГОСТ 26212-91, сумма поглощенных оснований -- ГОСТ 27821-88, РН в солевой вытяжке -- ГОСТ 26483-85, подвижный фосфор и обменный калий -- ГОСТ 26207-91, валовой анализ биофильных элементов в почве и удобрениях -- абсорбционным и ренгенофлюоресцентным (VRA-33) методами, содержание тяжелых металлов в почве и с.-х. продукции -- атомно-абсорционным методом, кальций и магний -- комплекснометрически, лабильные формы гумуса -- по схеме Пономаревой-Плотниковой (1982), гранулометрический состав почвы -- по Качинскому (1986), объемная и удельная масса почвы -- по методике кафедры земледелия ТСХА (С.А. Воробьев и др., 1971), наименьшая влагоемкость -- методом заливки площадок, влажность устойчивого завядания (ВЗ) методом проростков по Долгову (1978), разложение клетчатки в почве -- по методике И.С. Вострова и А.Н. Петровой (1969), индуцированное «дыхание» почвы -- респирометрическим методом (Панников, Мирчинк, 1985), потенциальная активность азотфиксации почв по методике З.И. Егорова (1984); актуальная в почвах и симбиотическая у растений гороха в сосудах фиксированной емкости;

в растениях: азот общий -- фотоколометрическим методом, сырая клетчатка -- по Геннебергу и Штоману (1969), сырая зола -- сухим озолением в муфельной печи, фосфор -- по Курмису (1974) ванадомолибдатным методом, калий -- на пламенном фотометре после сухого озоления, кальций -- трилонометрически, кормовые единицы, БЭВ, сырой протеин -- расчетным методом, нитратный азот -- ионоселективным методом, азот и углерод -- методом газовой хроматографии. Урожайные данные, результаты анализов почв и растений обработаны методом дисперсионного анализа (Доспехов, 1985). Учет объемов пожнивно-корневых остатков растений и расчет их количества проводили по методике А.М. Лыкова (1982). Наблюдения и исследования в опытах проводили по следующим методикам: Агрохимические методы исследования почв., М., Наука, 1985; Доспехов Б.А. Методика полевого опыта. М., 1965; Методика опытов на сенокосах и пастбищах ВНИИК, М. -- 1971.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

ДИНАМИКА АГРОХИМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПАХОТНЫХ ПОЧВ В РАЗЛИЧНЫЕ ПЕРИОДЫ ХИМИЗАЦИИ ЗЕМЛЕДЕЛИЯ РЕСПУБЛИКИ КОМИ

По результатам почвенного обследования пашни на 1.01.2004 года (67,6 тыс. га), площади дерново-подзолистых почв составляют 61,3 тыс. га или 90,7% от всей площади пашни Республики Коми, остальные 6,3 тыс. га (9,3%) пашни - почвы гидроморфные (аллювиальные дерновые кислые - 5%, болотные низинные торфяные - 0,94% и др.) (Классификация … почв, 1977).

По результатам почвенного обследования почв пашни (67,6 тыс. га), площади дерново-подзолистых почв составляют 60,8 тыс. га или 91% от всей площади пашни Республики Коми.

По уровню химизации за 38 лет в регионе выделяется четыре периода: начало химизации (1966-1970 гг.), интенсивная химизация (1971-1993 гг.), спад химизации (1994-1997 гг.), низкий уровень химизации (1998-2004 гг.). В начальный период химизации в республике ежегодно известковалось около 9 тысяч га (табл. 2).

В дальнейшем была достигнута определенная цикличность, от половинных доз известковых материалов перешли к внесению полных доз, и к 1990 году ежегодные объемы известкования достигли 20 тысяч га. В начале 70-х годов стали проводиться работы по фосфоритованию почв. За период с 1971-1993 гг. в регионе было профосфоритовано около 100 тыс. га, в последние годы объемы фосфоритования упали до 2,5 тыс. га.

В начале периода химизации объемы внесения минеральных удобрений составляли 78 кг/га д.в., в период интенсивной химизации они возросли до 153 кг/га д.в., начиная с начала 90-х годов объемы использования минеральных удобрений снижались и в 1994-1997 гг. их количество составило 46 кг/га д.в., а в настоящее время -- лишь 21 кг/га д.в. Одновременно уменьшались объемы использования органических удобрений, что привело к падению продуктивности пашни и урожайности сельскохозяйственных культур. Так, если среднегодовая урожайность картофеля в 1971-1993 гг. составляла 144 ц/га, то к началу 2000-х годов она снизилась до 126 ц/га. Продуктивность пашни за тот же период снизилась с 14,4 до 8,3 ц/га з. е.

Содержание гумуса в почвах. Гумусовое состояние почв пашни оценивали по результатам агрохимического обследования земель республики. Установлено, что преобладающая часть пахотных почв имеет низкое содержание органического вещества, что в условиях Севера определяет низкое содержание минерального азота в почвах.

Таблица 2 Изменение показателей плодородия почв, применения удобрений и агромелиорантов и продуктивности пашни Республики Коми в различные периоды химизации земледелия за 38 лет

Рис. 1. Изменение содержание гумуса в пахотных почвах Республики Коми, % от обследованной площади.

В 1994 году содержание гумуса в почвах пашни было низким, и доля таких почв составляла 89%. Площадь же с высоким содержанием гумуса составила менее одного процента (рис. 1). Агрохимическое обследование почв пашни показало, что на 1.01.2004 года площади почв с низким содержанием гумуса в пахотных почвах увеличились (на 7%), вследствие снижения объемов внесения органических удобрений и поступления растительных остатков в почву.

Реакция почвенной среды. Данные агрохимического обследования пахотных земель в период начала химизации (1966-1970 гг.) свидетельствуют о том, что количество почв с кислой реакцией среды составляло 86%, близких к нейтральным и нейтральных -- 14%, средневзвешенная величина рН_KCl равнялась 4,8.

В период интенсивной химизации (1971-1993 гг.) средневзвешенный показатель рН составил 5,3; площади кислых почв снизились до 76,6%, доля нейтральных и близких к нейтральным почвам возросли до 23,4%. Снижение кислотности почв произошло в связи с повышением объемов известкования (до 18,9 тыс. га ежегодно), фосфоритования (11,7 тыс. га) и внесения повышенных доз органических удобрений (16 т/га). В последующие годы объемы применения средств химизации резко снижались и к 2004 году количество кислых почв сохранилось на прежнем уровне.

Такой режим почвенной кислотности можно было бы признать удовлетворительным, рассчитывая на приемлемый уровень плодородия и в дальнейшем полагаясь на последействие высоких доз извести, внесенных в течение 10 и более лет. Вместе с тем малые масштабы известкования в последние годы не дают основания для такого оптимизма и реальная необходимость требует резкого повышения объемов известкования, фосфоритования и внесения органических удобрений.

Фосфатный режим почв. За период с 1966 по 2004 г.г. средневзвешенное содержание подвижных форм фосфатов в почвах возросло от 135 до 161 мг/кг, а доля пахотных земель с повышенной и высокой обеспеченностью этим элементом питания (более 50 мг/кг) увеличилась с 75 до 87%. В период начала химизации (1966-1970 г.г.) низкообеспеченных фосфором почв (< 50 мг/кг) было 25% а высокообеспеченных -- 75%. В период интенсивной химизации средневзвешенная величина подвижных фосфатов увеличилась от 132 до 188 мг/кг. Доля низкообеспеченных почв снизились до 14%, а почв с высоким содержанием фосфора стало больше на 11% (86,2%). В последующие периоды (1993-2004 г.г.) содержание подвижных фосфатов в почве стабилизировалось, средневзвешенная величина P₂O₅ была в пределах 160-166 мг/кг. Доля почв с низким содержанием фосфора -- 13-14% и с высоким содержанием -- 86-87%, что объясняется длительным последействием ранее внесённых фосфорных удобрений.

Калийный режим почв. За период с 1966 по 2004 г.г. средневзвешенный показатель обменного калия заметно снизился со 158 до 143 мг/кг. За период с 1966 по 1993 гг. почв с пониженным содержанием калия было около 24%, а с высоким его содержанием -- 76%. В последующие годы (1994-2004) в связи с резким снижением объемов внесения калийных удобрений (8-15 кг/га д.в.) доля почв с пониженным содержанием калия увеличивалась и к 2004 году их площади составили 40,7%, что практически в два раза больше, чем за период 1966-1993 гг. Это указывает на сильное снижение содержания калия в почвах за последние 10 лет.

Микроэлементы и тяжелые металлы в почвах. Обеспеченность почв микроэлементами в значительной мере зависит от степени их окультуренности, в частности, от содержания гумуса и реакции почвенной среды. Так, с увеличением содержания органического вещества возрастает содержание бора и меди. На кислых почвах содержание доступного для растений бора и меди возрастает, а на известкованных и нейтральных -- снижается.

По данным агрохимического обследования по состоянию на 1.01. 2004 года следует, что почвы пашни достаточно высоко обеспечены медью (89%), среднеобеспечены бором (43%), марганцем (43,8%), слабообеспечены серой (86,4%) и цинком (36,1%). В целом для повышения урожайности сельскохозяйственных культур на почвах республики необходимо вносить борные, медь и цинксодержащих удобрения. Тяжёлыми металлами и радионуклидами почвы республики не загрязнены.

В последние годы в почвах пашни наблюдается отрицательный баланс основных элементов питания: азота - 1,7 кг/га, фосфора - 4,7 и калия - 29,2 кг/га. Расчеты показали, что для восполнения выноса питательных веществ и повышения содержания органического вещества почв пашни ежегодно необходимо вносить в почву 15 тыс. т д.в. минеральных удобрений, в т.ч.: Н - 6, Р₂О₅ - 4 и К₂О - 5 тыс. т. Повысить объемы применения органических удобрений до 10 - 15 т/га пашни.

ВОСПРОИЗВОДСТВО ПЛОДОРОДИЯ И ПРОДУКТИВНОСТИ ПАХОТНЫХ ПОЧВ В АГРОЦЕНОЗАХ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ УДОБРЕНИЙ

Изменение физико-химических свойств почв при применении удобрений и мелиорантов

Важнейшее значение в воспроизводстве почвенного плодородия принадлежит органическим удобрениям, которые в сочетании с минеральными и другими агрохимическими средствами, оказывают многостороннее положительное действие на все важнейшие агрономические показатели и функции почв.

Длительное применение (27 лет) органических и минеральных удобрений в кормовом севообороте (табл. 3) оказало достоверное влияние на изменение основных агрохимических свойств дерново-подзолистой почвы. Наиболее значительным было увеличение содержания гумуса при использовании одних органических удобрений (на 0,1-0,6%) и совместного внесения органических и минеральных удобрений (на 0,7-0,8%) в сравнении с исходным его содержанием. При внесении одних минеральных удобрений содержание гумуса в почве за период исследований не изменилось и его количество осталось на прежнем уровне (2,5%). Это указывает, что источником накопления углерода в почве при внесении NPK являются только корневые и пожнивные остатки возделываемых культур, которых явно недостаточно для расширенного воспроизводства органического вещества почвы.

Однако, важным результатом наших исследований является то, что в варианте без применения удобрений в течение практически 30 лет удалось сохранить исходное содержание гумуса (2,1%) и достаточно высокую продуктивность (2,6 т/га сухого вещества) кормовых культур за счет поступления в почву растительных остатков (15 т/га сухого вещества), в первую очередь многолетних трав, их минерализации и гумификации под действием микроорганизмов.

Удобрения оказывали значительное влияние на обменную кислотность почв. В вариантах с минеральными удобрениями и без них отмечено подкисление почвы (на 0,6-0,7 рН_KCl) вследствие использования физиологически кислых удобрений, выноса и вымывания кальция и магния из почвы и замещение их ионами водорода.

Таблица 3 Влияние длительного применения удобрений в кормовом севообороте на агрохимические свойства дерново-подзолистой почвы (0-20 см)

Таблица 4. Изменение свойств дерново-подзолистой почвы под влиянием минеральных удобрений и извести (0-20 см)

Применение органических удобрений и их совместное использование с минеральными способствовало снижению обменной кислотности (на 0,1 - 0,5 ед. рН) за счет внесения значительного количества катионов кальция и магния с торфонавозным компостом и их действием на ППК. Установлено значительное повышение содержания подвижных форм фосфора и калия от вносимых удобрений. Наиболее высокое содержание этих элементов обнаружены в почве, на которой ежегодно вносились минеральные удобрения (повышение на 388 и 59 мг/кг почвы). В вариантах с органическими удобрениями количество фосфора и калия увеличилось на 220 - 270 и 15 - 20 мг/кг почвы соответственно. Существенное повышение содержание биофильных элементов отмечено при совместном использовании ТНК и NРК (Р₂О₅ на 160 - 360 и К₂О на 35 - 40 мг/кг) за счет минерализации ТНК и растительных остатков сельскохозяйственных культур. Минерализация органического вещества проходила более интенсивно, так как минеральный азот является питательной средой для различных групп микроорганизмов, что позволило ускорить переход элементов питания в доступную для растений форму.

Длительное использование (22 года) минеральных удобрений, рассчитанных по выносу элементов минерального питания урожаем многолетних трав, по двум фонам извести (1,0 и 2,0 г.к.) оказало эффективное воздействие на агрохимические свойства дерново-подзолистой почвы (табл. 4).

Известь, внесенная в почву, способствовала переводу трудноусвоямых форм элементов питания растений в легкодоступные, снижала кислотность почвы за счет поступления в ППК катионов кальция и магния, замене ими ионов водорода и алюминия, тем самым создавала оптимальные условия для питания растений. Повышение урожайности культур способствовала росту объемов растительных остатков, их гумификации и минерализации, повышению содержания органического вещества и элементов питания растений в почве.

Наиболее существенным было увеличение содержания гумуса в вариантах с известью (на 0,2-0,4%) и с минеральными удобрениями, внесенными по фону извести (на 0,4-0,7%). В вариантах с одними минеральными удобрениями и без удобрений отмечено некоторое снижение содержания гумуса (0,1-0,2%), что объясняется подкислением почвы этих вариантов (0,4-0,8 ед. рН) за счет внесения физиологически кислых минеральных удобрений и видимо некоторому замедлению процессов гумификации растительных остатков.

Без применения удобрений (контроль) в почвах отмечалось значительное снижение содержания элементов питания. Наиболее существенное повышение содержания подвижных фосфатов и обменного калия было в вариантах с минеральными удобрениями (P₂O₅ -- 338, K₂O -- 36 мг/кг) и применения их на фоне извести (P₂O₅ -- 405-430, K₂O -- 58-79 мг/кг).

Исследования в кормовом севообороте показали, что удобрения активизируют микробиологические процессы в почве. Так, за два месяца разложение целлюлозы под однолетними травами в вариантах совместного внесения NPK и ТНК составило 30-42%, под многолетними травами -- 24-28%, картофелем 32-45%, тогда как в контроле эти показатели составляли 23, 18 и 21% соответственно. Применение NPK по фону извести усиливало микробиологические процессы в почве и повышало интенсивность разрушения целлюлозы на 45-58% при 25% на контроле. ТНК и его совместное внесение с NРК снижали объемную массу на 0,1 - 0,4 и удельную массу на 0,2 - 0,5 г/см³ соответственно. В вариантах с NРК и без удобрений физические свойства почвы практически не изменялись. Подобные явления, в меньшей степени, наблюдались в опыте с известкованием.

Содержание, групповой и фракционный состав и баланс органического вещества в дерново-подзолистых почвах

Содержание гумуса в пахотном слое дерново-подзолистых почв составляет от 30 до 60 т/га. В исследованиях в кормовом севообороте установлено, что количество растительных остатков при совместном внесении удобрений составило в среднем за одну ротацию севооборота (6 лет) 18,3-19,5 т/га, в варианте с минеральными удобрениями -- 17,4 т/га, без удобрений -- 15 т/га сухого вещества. Химический состав растительных остатков однолетних трав был следующим: N -- 0,45-0,55%; P₂O₅ -- 0,30-0,40%; K₂O -- 1,10-1,44%; C -- 18,45-23,0%; многолетних трав: N -- 0,6-1,4%; P₂O₅ -- 0,35-0,83%; K₂O -- 2,28-2,80%; C -- 11,64-26,0%; картофеля: N -- 1,80-2,30%; P₂O₅ -- 0,80-0,85%; K₂O -- 1,12-1,88%; C -- 20,9-25,74%. Отношение углерода к азоту (C : N) в растительных остатках было: в однолетних травах - 40 : 1; в многолетних травах -- 17 : 1 и картофелю -- 10 : 1.

В опыте с применением минеральных удобрений по двум фонам извести на слабоокультуренной дерново-подзолистой почве увеличение содержания гумуса и элементов питания в почве происходило за счет растительных остатков многолетних трав. Их поступление в среднем за год составило: в контроле -- 2,1 т/га, в известкованных почвах-- 2,9-3,5 т/га, при применении минеральных удобрений по фону извести -- 4,4-4,6 т/га за год. Химический состав растительных остатков был следующим: N -- 1,46-1,61%; P₂O₅ -- 0,56-0,75%; K₂O -- 1,53-2,15%; C -- 32,8-35,9%. Отношение углерода к азоту (C : N) -- 22 : 1.

Многолетнее применение органических и минеральных удобрений различно сказалось на групповом и фракционном составе гумуса. Применение ТНК и совместное внесение ТНК и NРК способствовало повышению содержания в составе гумуса фракций гуминовых кислот и снижению фракций фульвокислот. Существенно повысилась наиболее ценная фракция гуминовых кислот - ГК-2 (с 2,8 до 9,3%), связанная с кальцием и магнием в пахотном горизонте. Незначительно увеличилась фракция ГК-1, связанная с несиликатными формами полуторных окислов, не способная удерживать кальций и имеющая по мнению Пономаревой и Плотниковой (1980), кислую среду и ограниченное биостимулирующее влияние на рост растений. Практически без изменений осталась фракция ГК-3, которая связана с изменением механического состава почв. Значительно снизилась (с 3,6 до 1,2%) наиболее агрессивная фракция ФК-1а, соотношение углерода гуминовых и фульвокислот расширилось до 1,1 - 1,4, тогда как в контроле и минеральном фоне оно было 0,9 - 1,0. Произошел сдвиг в гуматную сторону, что указывает на повышение качества гумуса. В соответствии с классификацией Д.С. Орлова (1985) гумус из гуматно-фульватного (до 1,0) перешел в фульватно-гуматный тип (1 - 2).

Использование NРК по фону извести показало незначительное изменение фракционного состава гумуса. Отмечено небольшое повышение фракций ГК-2 и ГК-3 и снижение наиболее агрессивной фракции ФК-1а. Применение извести и совместное применение мелиоранта совместно с NРК способствовало переходу гумуса из фульватного (соотношение С_гк:С_фк - до 0,5) в гуматно-фульватный тип (0,5-1,0). В вариантах без удобрений и минеральном фоне тип гумуса остался прежним - фульватным.

По качеству гумус при внесении органических удобрений и совместном внесении ТНК и NРК был значительно выше, чем в опыте с известкованием, что определялось недостаточными объемами внесения в почву органического вещества (навоз, торф, помет и др.) и его трансформации.

В результате длительных исследований установлено, что перед закладкой опыта (кормовой севооборот, 1978 г.) в дерново-подзолистой легкосуглинистой почве содержание гумуса составило 2,1-2,5%, запасы гумуса -- 54,6-65,0 т/га (табл. 5). Через 27 лет (2004 г.) содержание органического вещества повысилось до 2,5-3,0% (65,0-78 т/га). При ежегодной минерализации гумуса (0,95 т/га), его накопление из растительных остатков и ТНК в вариантах с ТНК (40 и 80 т/га) составило 1,05-1,55 т/га, в вариантах совместного применения NPK и органических удобрений оно возросло прежде всего за счет увеличения объемов и гумификации растительных остатков до 1,65-1,75 т/га. Наибольший положительный баланс гумуса получен при внесении NPK по фону ТНК (+0,70-0,80 т/га), органическому фону -- 0,12-0,60 т/га. На контроле и минеральном фоне накопление в почве органического вещества не происходило (табл. 5).

Таблица 5 Баланс гумуса в дерново-подзолистой почве при длительном применении удобрений в кормовом севообороте, в среднем за год, т/га

Применение NPK на известкованной почве при возделывании многолетних травосмесей повысило содержание гумуса в дерново-подзолистой суглинистой почве с 1,3-1,8 (1978 г.) до 1,7-2,0% (2004 г.), что составляет 33,8-46,8 и 44,2-52,0 т/га соответственно. Ежегодная минерализация гумуса составляла 0,65 т/га, а накопление гумуса из растительных остатков -- 0,53-1,48 т/га (табл. 6).

Наибольшее увеличение содержания гумуса отмечалось в вариантах применения NPK по фону извести -- 0,89-1,48 т/га и при известковании -- 0,24-0,47 т/га. Ежегодный положительный баланс гумуса получен в вариантах совместного использования NPK и извести (+0,24-0,83 т/га) и внесения мелиоранта (+0,24-0,47). В вариантах с NPK и без удобрений баланс гумуса был отрицательным (-0,12-0,24 т/га), что говорит о недостаточных объемах поступления органического вещества в почву. При этом минерализация гумуса превышала его накопление из растительных остатков многолетних трав.

Таблица 6Баланс гумуса в дерново-подзолистой почве при известковании и длительном применении минеральных удобрений, в среднем за год, т/га

Результаты исследований позволяют утверждать, что повышение содержания гумуса в почвах кормового севооборота происходит, прежде всего, за счет увеличения количества растительных остатков. Наиболее оптимальной системой удобрений было совместное применение органических и минеральных удобрений. При этом повышается содержание гумуса в почве и улучшается его качественный состав.

Эффективность длительного применения удобрений и баланс элементов минерального питания в почве

Длительные исследования, проведенные на среднеокультуренной и слабоокультуренной дерново-подзолистых почвах в кормовом севообороте и многолетних травах показали высокую эффективность средств химизации (табл. 7). В длительном опыте в кормовом севообороте, установлено, что наибольшие прибавки урожая сухого вещества получены при совместном применении органических и минеральных удобрений и составили 1,8-2,0 т/га. Наибольший энергетический коэффициент (Кээ) п...