Регулирование плодородия чернозема типичного при использовании побочной продукции в условиях лесостепи ЦЧЗ

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Специальность 03.02.13 - Почвоведение

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора сельскохозяйственных наук

Регулирование плодородия чернозема типичного при использовании побочной продукции в условиях лесостепи ЦЧЗ

Чуян Наталия Анатольевна

Курск - 2010

Диссертационная работа выполнена во Всероссийском научно-исследовательском институте земледелия и защиты почв от эрозии (ВНИИЗиЗПЭ)

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук

Ступаков Алексей Григорьевич

доктор сельскохозяйственных наук, профессор Нечаев Лев Андреевич

доктор биологических наук Чевердин Юрий Иванович

Ведущая организация:

Всероссийский научно-исследовательский институт органических удобрений и торфа

Защита диссертации состоится « 23 » декабря 2010 года в 10 часов на заседании Диссертационного совета Д 006.016.01 при Всероссийском научно-исследовательском институте земледелия и защиты почв от эрозии

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института

Автореферат разослан «____»___________ 2010 года

Ученый секретарь диссертационного совета,

кандидат биологических наук М. Ю. Дегтева

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Ключевым моментом повышения эффективности сельскохозяйственного производства должно стать усиление механизма самовосстановления почвы на основе воспроизводства и использования органического вещества растительного происхождения.

Основной нетрадиционный путь повышения содержания органического вещества (в дополнение к удобрению навозом, торфом и компостом) - это широкое использование соломы, растительных остатков, сидеральных и пожнивных культур с их поверхностным компостированием непосредственно на поле, как самый доступный и дешевый метод регулярного возврата в почву полноценного свежего органического вещества.

При поверхностном компостировании в почве поддерживаются благоприятные условия (гидротермические, обогащенность подвижными формами азота, достаточное содержание обменно -поглощенного кальция, нейтральная или близкая к нейтральной реакция среды) для гумификации растительных остатков, улучшаются агрохимические, физико-химические и агрофизические свойства почвы. Одновременно, за счет исключения целой цепи трудоемких процессов в цикле «солома - навоз», происходит снижение энергетических, материальных и трудовых затрат.

Цель настоящей работы - теоретическое обоснование способов регулирования плодородия чернозема типичного и улучшения его свойств за счет использования побочной продукции в качестве органического удобрения.

Задачи исследований:

- определить влияние навоза и растительных остатков как органических удобрений на свойства чернозема типичного, продуктивность и качество сельскохозяйственной продукции;

- изучить влияние кальций - и фосфорсодержащих соединений как антидепрессирующих добавок на свойства почвы и продуктивность возделываемых культур и установить возможность их взаимозаменяемости с азотом минеральных удобрений при использовании побочной продукции в качестве органического удобрения;

- определить оптимальную дозу извести (антидепрессирующей добавки) при использовании растительных остатков как органических удобрений, обеспечивающую стабильные свойства почвенной среды и повышение продуктивности возделываемых культур в зависимости от местоположения в рельефе;

- изучить закономерность влияния возрастающих доз минеральных удобрений и извести при внесении побочной продукции на свойства почвы, урожайность возделываемых культур, качество продукции и определить их дозы; навоз удобрение продуктивность компостирование

- дать биоэнергетическую и эколого-экономическую оценку навоза и растительных остатков как органических удобрений в агроэкосистеме зернопропашных и зернового севооборотов, а также способов повышения эффективности растительных остатков при их компостировании на поле.

Научная новизна исследований состоит в том, что впервые на черноземе типичном обосновано и экспериментально доказана равноценность навоза и растительных остатков как органических удобрений по агрономической эффективности и влиянию на плодородие чернозема типичного, а также преимущество растительных остатков - по биоэнергетической и эколого-экономической эффективности. Выявлено положительное действие различных антидепрессирующих соединений как компонентов-добавок (аммиачной селитры, гипса, фосфорсодержащих соединений, извести) и доказана взаимозаменяемость при внесении их на фоне использования побочной продукции на удобрение. Показана эффективность влияния извести совместно с растительными остатками на показатели плодородия чернозема типичного, а также продуктивность возделываемых культур в зависимости от экспозиции склона. Установлены оптимальные дозы минеральных удобрений и извести при удобрении основных культур ЦЧЗ соломой и другими растительными остатками.

Основные защищаемые положения.

1. Навоз и растительные остатки как органические удобрения равноценны по влиянию на свойства почвы и агрономической эффективности (урожайность, качество продукции), а по биоэнергетической и экономической эффективности побочная продукция имеет преимущество перед навозом.

2. Эффективные дозы извести как антидепрессирующей добавки при внесении побочной продукции на поле дифференцированы в зависимости от местоположения в рельефе.

3. Кальций- и фосфорсодержащие соединения как антидепрессирующие добавки обеспечивают ресурсо- и энергосбережение при внесении побочной продукции на удобрение при соблюдении технологии поверхностного компостирования ее на поле.

4. Взаимозаменяемость различных антидепрессирующих добавок с азотом минеральных удобрений возможна в условиях использования побочной продукции в качестве органического удобрения на поле.

5. Солома и другие растительные остатки являются барьером для передвижения нитратного азота вниз по профилю почвы при внесении высоких доз минеральных удобрений.

6. При использовании побочной продукции в качестве органического удобрения для получения высокого урожая хорошего качества и достижения расширенного воспроизводства плодородия почвы можно ограничиться внесением средних доз минеральных удобрений, которые позволяют экономить энергетические и материальные затраты.

Практическая значимость работы заключается в том, что предложенные способы использования побочной продукции на удобрение позволяют более эффективно использовать имеющийся антропогенный ресурс и потенциал плодородия почв для повышения продуктивности земель и стабильного производства сельскохозяйственной продукции, наряду с традиционным органическим удобрением - навозом.

Апробация работы. Диссертационная работа была апробирована на заседаниях ученых советов ВНИИЗ и ЗПЭ (2000-2008 гг.).

Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на Международных, Всероссийских и региональных научно-практических конференциях и съездах: ЙЙЙ-й съезд Докучаевского общества почвоведов, Суздаль, 2000; V-й съезд МОО Общества почвоведов им. В.В. Докучаева «Сохраним почвы России», Ростов-на-Дону, 2008.

Научно-практические конференции: Курск, 2007, 2008; Курского отделения Докучаевского общества почвоведов, Курск, 2001, 2003, 2006, 2007, 2008; Белгород, 2001, 2006. Международные научно-практические конференции: п. Вяткино, Владимирской обл., 2001, 2004, Пенза, 2002; Курск, 2004, 2005, 2008; Воронеж, 2004; Краснообск, Новосибирской обл., 2006; п. Рассвет, Ростовской обл., 2006; п. Майский, Белгородской обл., 2006; Нижний Новгород, 2008.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 49 научных работ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, включающей 6 глав, выводов, рекомендаций производству, списка цитируемой литературы. Общий объем диссертации составляет 367 стр., включая 115 таблиц и 12 рисунков. Библиографический список включает 322 работ, в том числе 10 зарубежных авторов.

Автор выражает глубокую признательность кандидату с.-х. наук Ереминой Р. Ф. за постоянную и неоценимую помощь при выполнении работы. Благодарю главного специалиста Ермакову А. А. за полезные советы и рекомендации в выполнении лабораторных исследований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. Солома и растительные остатки как органические удобрения.

Применение соломы как органического удобрения важно для поддержания плодородия почвы (Кольбе, Штумпе, 1972; Вlack., 1973; Алиева, 1975; Бакаев, Васько, 1975; Авров, Чундерова, 1976; Аношин, 1976; Доспехов и др., 1975; Мишустин, 1971; Акулов, Азаров, 1989), а также для сокращения производственных затрат, связанных с ее уборкой.

Использование соломы и других растительных остатков может стать одним из активных средств регулирования почвенных процессов, направленных на улучшение плодородия почвы при условии нейтрализации их отрицательного влияния на урожайность возделываемых культур. Это обстоятельство выдвигает в качестве важной задачи выяснение действия удобрения соломой и другими растительными остатками на комплекс свойств почвы и урожай полевых культур.

2. Объекты и методы исследований.

Исследования проводили в ОНО ОПХ «Панинское» Медвенского района, Курской области на склонах северной и южной экспозиции крутизной 2-3є, соединенных общим водораздельным плато. Схемы опытов представлены в табл. 1. Почва опытных участков - чернозем типичный среднегумусный тяжелосуглинистый на карбонатном лессовидном суглинке.

Таблица 1. Краткая характеристика опытов

Цель и годы исследований	Схемы опытов
1.Микрополевой опыт по изучению сравнительной эффективности побочной продукции и навоза в севообороте «гречиха - кукуруза на з/м - озимая пшеница - сахарная свекла - ячмень», 1997-2001 гг.	Контроль (б/у); ПК РО* 9/15 т/га + известь 2,5 т/га; ПК РО 9/15 + N150; ПК РО 9/15 + известь 2,5 т/га + N150; Навоз 40 т/га
2. Полевой научно-производственный опыт по сравнительной эффективности растительных остатков и навоза в зерновом севообороте «гречиха - горох - озимая пшеница», 1999-2001 гг.	ПК соломы 10,7 т/га + известь 2,0 т/га Навоз 30 т/га + известь 2,0 т/га
3. Микрополевой опыт по изучению одно- и двухкомпонентных антидепрессирующих добавок при ПК РО в севообороте «горох - озимая пшеница - сахарная свекла - ячмень - гречиха», 2000-2004 гг.	Контроль (без удобрений); ПК РО 3/15 т/га - фон; Фон + известь 0,5 т/га; Фон + N30; Фон + Р20; Фон + Р30; Фон + Р40; Фон + N30 + Р20; Фон + N30 + Р30; Фон + N30 + Р40.
4. Микрополевой опыт по изучению кальций- и фосфорсодержащих соединений как антидепрессирующих добавок в зернопропашном севообороте «кукуруза на з/м - яровая пшеница - сахарная свекла - ячмень», 2002-2005 гг.	Контроль (без удобрений); ПК РО 3/15 т/га - фон; Фон + известь 0,3 т/га; Фон + N30 (0,9 ц/га); Фон + Р30 (Рс 1,5 ц/га); Фон + Р40 (Рс 2,0 ц/га); Фон + гипс 0,75 ц/га; Фон + гипс 1,0 ц/га; Фон + Р30 (Рдс 0,75 ц/га); Фон + Р40 (Рдс 1,0 ц/га).
5. Микрополевые опыты по изучению извести как компонента при использовании побочной продукции на удобрение в зависимости от местоположения в рельефе в зернопропашном севообороте (на склоне северной, южной экспозиции и водораздельного плато): «озимая пшеница - сахарная свекла - ячмень - кукуруза на з/м», 2000-2003 гг. и 2001-2003 гг	Склоны северной и южной экспозиции: Контроль (без удобрений); ПК РО 1/10 т/га (известь 0,17т/га); ПК РО 3/20 (известь 0,34 т/га); ПК РО 5/30 (известь 0,51т/га); ПК РО 1/10 (известь 0,34т/га); ПК РО 3/20 (известь 0,68т/га); ПК РО 5/30 (известь 1,02т/га); ПК РО 1/10 (известь 0,51т/га); ПК РО 3/20 (известь 1,02т/га); ПК РО 5/30 (известь 1,53т/га). Водораздельное плато: Контроль (без удобрений); ПК РО 5/15 т/га; ПК РО 10/30 т/га; Известь 0,75 т/га; ПК РО 5/15 т/га + известь 0,75 т/га; ПК РО 10/30 т/га + известь 0,75 т/га; Известь 1,5 т/га; ПК РО 5/15 т/га + известь 1,5 т/га; ПК РО 10/30 т/га + изв. 1,5 т/га; Известь 2,25 т/га; ПК РО 5/15 т/га + изв. 2,25 т/га; ПК РО 10/30 т/га + изв. 2,25 т/га.
6. Мелкоделяночный полевой опыт по изучению различных доз минеральных удобрений и извести при внесении побочной продукции на удобрение и без нее в зернопропашном севообороте: «сахарная свекла - ячмень - горох - озимая пшеница», 2006-2009 гг.	Полнофакторная схема
	Факторы	Уровни факторов
	ПК РО, т с.в./га	0	2	-	-
	Известь, т/га	0	0,15	0,30	-
	NРК, кг д. в./га	0	150	300	435

*- поверхностное компостирование растительных остатков

Исходные показатели свойств чернозема типичного опытных участков варьировали в зависимости от местоположения в рельефе (северной, южной экспозиции и водораздельного плато), содержание гумуса 4,86 -5,65 %, аммиачного азота 0,30- 0,54, а нитратного азота 0,92-1,2 мг на 100 г почвы. Реакция почвенного раствора в пахотном слое близка к нейтральной: рНн2о 6,6-7,7, рНксl 5,5-6,9 %. Гидролитическая кислотность находилась в пределах от 0,42 до 1,94 мг-экв на 100 г почвы, содержание обменного кальция колебалось от 22,4 до 29,6 мг-экв на 100 г почвы. Плотность сложения почвы для пахотного слоя 0-20 см составляет 1,08-1,26 г/см3. Обеспеченность чернозема типичного подвижным фосфором - 9,6-16,2, обменным калием - 9,4-12,8 мг на 100 г почвы.

Побочная продукция и растительные остатки заделывались на глубину основной обработки почвы только после их поверхностного компостирования на поле по технологии, разработанной во ВНИИЗ и ЗПЭ (Технология, 2003), которая является малоэнергоемким способом эффективного использования органического вещества растительного происхождения в качестве удобрения, исключающим его депрессирующее влияние на рост и развитие растений, а следовательно, и на урожайность сельскохозяйственных культур.

Учет урожая всех культур в мелкоделяночных опытах проводился вручную, в остальных полевых опытах урожайность культур сплошного сева учитывали комбайном «Сампо», а сахарной свеклы, картофеля и кукурузы - вручную. Агротехника культур была общепринятой для региона.

За годы исследований среднемноголетнее количество осадков составило 250 мм. Среднемноголетняя температура воздуха достигала - 17,5 єС. Периоды с повышенным температурным режимом и дефицитом осадков в течение лета чередовались сезонами с обильными осадками или низкими температурами.

Физико-химические, агрохимические, агрофизические и микробиологические исследования выполняли по общепринятым рекомендованным методикам: гумус определяли по методу Тюрину (ГОСТ 26213-91), гидролитическую кислотность по Каппену (ГОСТ 26212-91), рНКСL - потенциометрически (ГОСТ - 2691-86), подвижный фосфор и калий - по Чирикову (ГОСТ 26204-91), общий азот - по Кьельдалю, нитратный и аммонийный азот - колориметрическим методом с дисульфофеноловой кислотой и реактивом Несслера, сумму поглощенных оснований - трилонометрическим методом (ГОСТ 27821-88). Структурно-агрегатный состав определяли по Савинову, водопрочность структуры на приборе Бакшеева, объемную массу - по Качинскому. В почве изучали биологические показатели: целлюлозоразрушающую активность почвы (Мишустин и др., 1987), содержание углерода микробной биомассы в почвенных образцах - регидратационным методом (Благодатский и др., 1987). В растительных образцах и зерне содержание валовых форм азота, фосфора и калия определялось из одной навески по Гинзбург, содержание сырой клейковины в зерне озимой пшеницы по ГОСТ 13586.1-68, массу 1000 зерен - ГОСТ 10842-89, натуру зерна - ГОСТ 10840-64, содержание белка - ГОСТ 10846-74.

Экономическая эффективность технологии поверхностного компостирования побочной продукции определялась расчетным методом на основе технологических карт, нормативов затрат и закупочных цен. По результатам проведенных исследований была дана биоэнергетическая и эколого-экономическая оценка технологий с использованием методики ресурсно-экологической оценки эффективности земледелия на биоэнергетической основе по Володину В. М. (1989, 1999) и А.С. №1481681 (1985). Экспериментальные данные обработаны методами дисперсионного и корреляционно - регрессионного анализов с использованием программных средств Microsoft office EXCEL, STATISTIKA, STATGRAF.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

1. Влияние навоза и растительных остатков как органических удобрений на свойства почвы. При запашке соломы и других растительных остатков с предварительной их подготовкой через поверхностное компостирование с добавлением антидепрессирующих добавок наблюдалось положительное влияние на водно-физические, физико-химические и агрохимические свойства почвы (Авров, Мороз, 1979; Еремина, Ершова, 1972; Рожкова и др., 1985; Ершова, 1989; Ященко, 2000). Все это усиливает интенсивность биологических процессов в почве и способствует усиленному развитию и росту растений.

При среднем содержании органического вещества в соломе 70 % (Мерзлая, Шевцова, 2006) и урожайности соломы 50 ц/га в почву вносится 35 ц/га органического вещества, что эквивалентно применению 17 т/га подстилочного навоза. Поэтому внесение соломы и других растительных остатков является действенным и быстрым приемом повышения содержания в почве органического вещества и, прежде всего, негумифицированного органического вещества (НОВ), а следовательно, и регулирования баланса энергии органического вещества в ней.

Внесение соломы и других растительных остатков в севообороте «гречиха - кукуруза на з/к - озимая пшеница -сахарная свекла - ячмень» повысило содержание в почве как общего органического вещества, так и НОВ (табл. 2.). Причем содержание НОВ было одинаковым и при удобрении в виде соломы и ботвы и при внесении навоза в эквивалентных по сухому органическому веществу дозах (8,4 т/га).

Таблица 2. Влияние навоза и растительных остатков на содержание органического вещества в почве в зернопропашном севообороте, 1997-2001 гг. (опыт 1)

Варианты	Органическое вещество, %	НОВ, % от орг. в-ва	ЦА, %
	всего	в том числе	1	2
	1*	2	гумус	НОВ**
			1	2	1	2
Без удобрений (контроль)	5,06	5,03	4,98	4,98	0,08	0,03	1,6	0,6	37
ПК РО 9/15т/га + известь 2,5т/га	5,56	5,77	5,45	5,43	0,11	0,34	2,0	5,9	50
ПК РО 9/15т/га + N150	4,86	5,56	4,76	5,24	0,10	0,32	2,1	5,8	47
ПК РО 9/15т/га + известь 2,5т/га + N150	5,56	5,77	5,56	5,43	0,00	0,34	0,0	5,9	53
Навоз 40т/га	5,45	5,68	5,45	5,34	0,0	0,34	0,0	6,0	54

*) 1 - начало ротации 5-ти польного зернопропашного севооборота, 2- конец ротации; **) НОВ - негумифицированное органическое вещество; ЦА - целлюлозолитическая активность, %.

Содержание НОВ в почве увеличивалось на 0,29-0,31 и 0,34 % по сравнению с контролем и составило 6 % от общего органического вещества в почве, что благоприятно для роста и развития растений (Лактионов, 1981).

Наличие в почве свежего органического вещества в виде растительных остатков и навоза увеличивало биологическую активность почвы. Целлюлозолитическая активность почвы на фоне поверхностного компостирования растительных остатков с различными компонентами в среднем за 4 года была примерно одинаковой, независимо от компонента, и такой же, как и при внесении навоза (табл. 2.).

Использование соломы и других растительных остатков в качестве органических удобрений в зернопропашном севообороте положительно влияло на физические свойства чернозема типичного (плотность, структурно-агрегатный состав почвы и водопрочность агрегатов). Максимальное содержание структурных агрегатов размером >0,25 мм было при поверхностном компостировании соломы и других растительных остатков с двойной антидепрессирующей добавкой - известняковой мукой и аммиачной селитрой - 83 %. На этом варианте отмечено наибольшее содержание водоустойчивых агрегатов размером 3-0,25 мм - 73 %.Количество водоустойчивых агрегатов размером 3-0,25 см повышалось на 13-20 % и 16 %. Достоверным было уменьшение плотности почвы в пахотном слое, что составило - 8-10 % (рис. 1).

Рис. 1. Агрофизические свойства чернозема типичного в зернопропашном севообороте на фоне внесения навоза и растительных остатков как органических удобрений (опыт 1., 1997-2001 гг.)

Отмечено также, что содержание общего органического вещества в почве при использовании растительных остатков в качестве удобрения в течение 3-х лет в дозе 10,7 т/га стало таким же, как и на варианте с внесением 30 т/га навоза (табл. 3.).

В целом за период проведения исследований содержание гумуса в почве увеличивалось на 0,62 % при поверхностном компостировании соломы с известью и на 0,33 % при внесении навоза 30 т/га (по 10 т/га ежегодно), что связано с различным количеством внесенного органического вещества (с удобрением растительными остатками было внесено - 7,5 т/га сухого органического вещества, а с навозом 6,0 т/га. Показатели физико-химических и агрохимических свойств почвы на обоих вариантах были близкими (табл. 3).

Таблица 3. Влияние навоза и соломы как органических удобрений на содержание органического вещества и показатели физико-химических свойств почвы в севообороте «гречиха- горох - озимая пшеница» 1997-2001 гг. (опыт 2)

Показатели	ПК соломы 10,7*** т/га + известь 2,0 т/га	Навоз 30 т/га + известь 2,0 т/га
	1*	2	1	2
Органическое вещество, %	4,66	5,37	5,08	5,36
в т. ч. гумус, %	4,58	5,20	4,97	5,30
НОВ**	0,08	0,17	0,11	0,06
рНн2о	7,3	7,1
рНKCL	6,7	6,5
Нг, мг-экв /100 г	0,33	0,35
Са2+, мг-экв /100 г	27,0	26,6
Минеральный азот, мг/100 г	1,76	1,69
Р2О5, мг/100 г	15,0	16,0
К2О, мг/100 г	12,5	12,5

*) 1- исходные данные, 2- в конце севооборота, **) НОВ - негумифицированное органическое вещество; ***) Количество удобрений за 3 года

В более длительном опыте (11 лет) использование навоза и растительных остатков как органических удобрений, внесенных в равных по сухому органическому веществу дозах (27,0 т/га), способствовало повышению плодородия почвы в одинаковой степени, и в частности увеличению содержания гумуса в ней (табл. 4.).

Таблица 4. Изменение содержания гумуса в черноземе типичном

(опыты 2,4,5)

№	Внесено удобрений за 11 лет	Содержание гумуса, %
	органические, т/га	минеральные, т/га	известь, т/га	СОВ*	1994	2004	±
1.	Солома 39,5 Ботва 30,0	Аммиачная селитра 2,0	3,5	27,01	4,86	5,25	+0,39
2.	Навоз 78,0 Солома 16,5	Ам. селитра 1,0 Нитрофоска 1,0 Простой суперфосфат 1,0	5,0	27,05	5,08	5,43	+0,35

*) СОВ - сухое органическое вещество.

Все изложенное говорит о том, что удобрение сельскохозяйственных культур растительными остатками через их поверхностное компостирование на поле положительно влияет на состав и содержание органического вещества почвы, а также на показатели ее свойств и не уступает навозу.

2. Влияние антидепрессирующих соединений - как компонентов поверхностного компостирования растительных остатков на свойства почвы. Влияние извести как антидепрессирующей добавки при поверхностном компостировании растительных остатков на показатели физико-химических и агрохимических свойств почвы практически не зависит от доз ее внесения, а определяется местоположением почвы в рельефе (опыт 5). Содержание нитратного азота по сравнению с контролем в большей мере увеличивалось на склоне южной экспозиции (на 17,3-55,0 %), чем на склоне северной экспозиции (на 14,3-18,2 %), а аммиачного - на склоне южной экспозиции (на 14,3-51,6 %), чем на склоне северной экспозиции (на 6,6-32,0 %) при практически равном накоплении негумифицированного органического вещества на всех элементах рельефа - 0,11-0,18 %, 0,11-0,19 % и 0,11-0,18 % соответственно на склонах северной и южной экспозиции и водораздельном плато.

Ежегодное внесение минимальной дозы извести с растительными остатками (на склонах - 100 кг на 1 т соломы и 17-20 кг на 1 т ботвы, а на водораздельном плато - 50 и 8-10 кг соответственно) способствует выравниванию содержания обменно-поглощенного кальция в почвенно-поглощающем комплексе на различных элементах рельефа.

Как показали наши исследования, в качестве антидепрессирующей добавки, кроме извести, на черноземе типичном можно использовать и другие кальцийсодержащие соединения для регулирования почвенных процессов, которые можно применять в гораздо меньших количествах, но с такой же эффективностью как и известь. Например, простой и двойной суперфосфат, гипс, фосфогипс (опыт 4).

Результаты исследований по внесению растительных остатков как органических удобрений с кальций- и фосфорсодержащими соединениями показали, что лучше всего ограничиться более низкими дозами антидепрессирующих добавок, что снизит себестоимость продукции и повысит энергетическую эффективность ее производства. Это важно еще и потому, что увеличение дозы антидепрессирующих добавок не приводит к значительному повышению содержания гумуса в почве.

Исследования показали, что внесение растительных остатков с различными антидепрессирующими добавками приводило к увеличению содержания гумуса в почве на 0,23-0,21 % в зависимости от вида антидепрессирующей добавки (опыт 4). Низкие дозы компонентов способствовали росту целлюлозолитической активности - на 16-25 % по сравнению с фоном поверхностного компостирования растительных остатков без добавок.

Влияние кальций- и фосфорсодержащих компонентов проявилось и на агрохимических свойствах почвы. Изменение агрохимических свойств четко проявилось в содержании подвижных форм фосфора в почве (опыт 4). По фону простого суперфосфата оно увеличилось на 39,0 %, по фону двойного суперфосфата - на 24,0-30,0 % и по остальным компонентам на 15,0-18,0 %, что еще раз говорит о пользе применения кальций -и фосфорсодержащих соединений при использовании побочной продукции на удобрение.

Содержание же обменного калия в почве повышалось в гораздо меньшей степени, хотя можно было ожидать его увеличение, так как растительные остатки содержат значительно большее количество калия, нежели фосфора. По-нашему мнению, здесь сыграли роль экстремальные условия погоды, особенно на варианте с известью. Попеременное увлажнение и высушивание чернозема типичного, состоящего в основном из монтмориллонита, способствовало необменному поглощению калия из растительных остатков, а с удобрениями его не вносили.

Содержание и аммиачного, и нитратного азота на вариантах с антидепрессирующими добавками превышало контроль: в меньшей мере при поверхностном компостировании растительных остатков с известью и аммиачной селитрой - на 8-14 %, и в большей мере по фонам простого суперфосфата - на 10-17 %.

Обращает на себя внимание и тот факт, что использование гипса в качестве антидепрессирующей добавки при поверхностном компостировании растительных остатков (ПК РО) в дозе 0,1 т/га способствовало повышению содержания в почве обеих форм азота на 22-23 % соответственно нитратного и аммиачного азота при содержании на контроле 0,48 и 0,92 мг на 100 г почвы. В сумме же содержание минерального азота по фону гипса 0,1 т/га превышало фон извести на 9 % (табл. 5).

Таблица 5. Влияние кальций- и фосфорсодержащих антидепрессирующих добавок при ПК РО в севообороте «кукуруза - яровая пшеница - сахарная свекла - ячмень» (2002-2005гг.) на содержание органического вещества и агрохимические свойства почвы (опыт 4)

Варианты	Органическое вещество, %	ЦА*, %	N-NО3	N-NН4	Мин. азот	Р2О5	К2О
	всего	в том числе
		гумус	НОВ		мг/100 г
Контроль (б/у)	5,14	5,13	0,01	12,9	0,48	0,92	1,40	11,6	9,6
ПК РО 3/15 т/га - фон**	5,38	5,30	0,08	23,4	0,56	1,15	1,71	13,3	11,4
Фон + известь 0,3 т/га	5,41	5,34	0,07	28,6	0,52	1,05	1,57	13,7	9,9
Фон + N 30	5,48	5,40	0,08	37,7	0,52	1,19	1,71	13,3	9,8
Фон + Р 30	5,43	5,36	0,07	28,0	0,54	1,17	1,71	16,1	10,8
Фон + гипс 0,1 т/га	5,49	5,38	0,11	32,4	0,62	1,13	1,75	13,7	11,4
НСР05	0,19	0,15	0,05	12,5	0,07	0,15	0,20	2,1	1,2

*) ЦА - целлюлозолитическая активность, %;**) В числителе - 3 т/га соломы, в знаменателе -15 т/га ботвы сахарной свеклы

Так как содержание подвижных питательных веществ в почве по фону поверхностного компостирования растительных остатков с известью и с гипсом практически не различается, поэтому следует выбрать менее энергоемкий компонент - простой суперфосфат или гипс при условии близкого расстояния до объектов химической промышленности, где гипс является отходом производства.

3. Влияние различных доз минеральных удобрений и извести на параметры плодородия почвы при использовании побочной продукции на удобрение.

Известно (Авдонин, 1972), что внесение повышенных (NРК)180 и высоких (NРК)270 доз минеральных удобрений без использования растительных остатков приводит к отрицательным изменениям свойств почвы, а затем и к снижению урожайности возделываемых культур. Но как эти процессы будут протекать при удобрении соломой и другими растительными остатками, если в качестве антидепрессирующих добавок использовать повышенные и высокие дозы минеральных удобрений, необходимо было выяснить в наших исследованиях.

3.1. Изменение содержания органического вещества и биологической активности чернозема типичного за ротацию севооборота.

Увеличение содержания негумифицированного органического вещества (НОВ) в почве за ротацию зернопропашного севооборота в опыте с минеральными удобрениями и известью составило 0,28-0,49 % по фону удобрения растительными остатками и 0,19-0,34 % по фону без растительных остатков в зависимости от доз минеральных удобрений и извести. Наибольшее накопление НОВ наблюдалось на фоне ПК РО с низкой дозой извести (50 кг/га) в зависимости от доз минеральных удобрений 0,54-0,57 % (табл. 6).

Таблица 6. Изменение содержания органического вещества на фоне поверхностного компостирования растительных остатков (2 т/га) и без ПК РО при разных уровнях удобренности (опыт 6)

Факторы*	Гумус, %	Изм. от ПК, %	НОВ, %	Изм. от ПК, %
Известь, т/га	NPK, кг д.в./га	Без ПК РО	ПК РО, 2 т с.в./га		Без ПК РО	ПК РО, 2 т с.в./га
		1**	2	1	2		1	2	1	2
0	0	5,23	5,29	5,28	5,50	0,16	0,08	0,27	0,08	0,36	0,09
0	150	5,20	5,49	5,22	5,56	0,05	0,08	0,32	0,07	0,37	0,06
0	300	5,18	5,46	5,18	5,49	0,03	0,08	0,31	0,09	0,37	0,05
0	435	5,29	5,47	5,30	5,58	0,10	0,07	0,31	0,08	0,39	0,07
0,15	0	5,38	5,50	5,25	5,54	0,17	0,08	0,37	0,08	0,54	0,17
0,15	150	5,20	5,46	5,13	5,65	0,26	0,08	0,4	0,07	0,56	0,17
0,15	300	5,34	5,57	5,20	5,59	0,16	0,08	0,42	0,09	0,54	0,11
0,15	435	5,29	5,53	5,21	5,60	0,15	0,09	0,43	0,09	0,57	0,14
0,3	0	5,38	5,54	5,14	5,58	0,28	0,09	0,41	0,08	0,49	0,09
0,3	150	5,20	5,52	5,23	5,57	0,02	0,07	0,41	0,07	0,48	0,07
0,3	300	5,24	5,52	5,15	5,54	0,11	0,09	0,40	0,08	0,44	0,05
0,3	435	5,38	5,59	5,32	5,60	0,07	0,08	0,40	0,08	0,49	0,09
НСР05	0,07	0,05	0,06	0,03

*) средние за ротацию дозы извести, минеральных удобрений и растительных остатков за ротацию севооборота; **) 1 - исходное, 2 - конечное содержание

Таким образом, внесение растительных остатков в сочетании с минеральными удобрениями и известью способствовало повышению содержания в почве НОВ на 55-240 % (отн.), при этом содержание гумуса возрастало на 0,5-5,0 % (отн.) в зависимости от доз минеральных удобрений и извести.

По результатам статистической обработки выявлена тесная связь содержания гумуса (Г) и негумифицированного органического вещества (НОВ) от исследуемых факторов, о чем свидетельствуют уравнения связи:

Г, (%)=5,36+0,041х1+0,925х2 -2,019х22+0,00039х3-4,871х32, F=10,3, R=0,84;

НОВ, (%)=0,296+0,05х1+0,367х2+0,000066х3, F=17,2, R=0,84,

где х1, х2, х3 - РО, т с.в./га, известь т/га, минеральные удобрения NPK, кг д.в./га.

Зависимость содержания НОВ и гумуса (%) от доз применяемых удобрений и извести имела аналогичный характер в опыте как по фону поверхностного компостирования растительных остатков, так и без них. При этом между уровнем содержания НОВ и гумуса (%) наблюдается тесная линейная зависимость(r= 0.77). Влияние известкования на эти показатели было более сильным, чем минеральных удобрений, при этом без растительных остатков и НОВ и содержание гумуса возрастало только до уровня доз 300-320 кг д.в./га, а при дальнейшем насыщении наблюдалось депрессирующее действие. Поверхностное компостирование растительных остатков имело наибольший эффект в повышении уровня содержания органического вещества в почве (рис. 2)



Рис. 2. Зависимость содержания НОВ и гумуса в почве от доз извести, минеральных удобрений без растительных остатков и по фону с их внесением (опыт 6)

Исходя из анализа нелинейной зависимости содержания органического вещества в почве от доз минеральных удобрений и извести можно заключить, что без использования растительных остатков только сочетание низких и средних (по эксперименту) уровней этих факторов повышает содержание гумуса. Внесение растительных остатков устраняло отрицательный эффект высоких доз минеральных удобрений на содержание негумифицированного органического вещества и гумуса в пахотном слое почвы.

Различные подходы к использованию земель сельскохозяйственного назначения под влиянием антропогенных факторов первоначально отражаются на биологических параметрах плодородия (Мишустин, 1961; Мишустин, Прокошев, 1979; Ермолаев и др., 1991).

При оценке величин микробной биомассы (МБ) под разными культурами и в разные сроки (в среднем по опыту 6 при ПК РО) просматриваются следующие закономерности: 1) величины содержания МБ под культурами в целом зависят от качества внесенных под них растительных остатков (соломы ячменя, гороха и озимой пшеницы); 2) содержание МБ перед уборкой культур и его различия между сроками отбора сопряжены с погодными условиями учетного периода, оцененными в данном случае гидротермическим коэффициентом по Г.Т.Селянинову. Более засушливые (по ГТК) условия вегетационного периода сахарной свеклы и ячменя обусловили снижение микробной биомассы в почве к уборке культур в 2 раза (рис. 3).

Рис. 3 Различия МБ под культурами севооборота в зависимости от сроков и гидротермических условий учетного периода (опыт 6)

Характер влияния агротехнических факторов (растительных остатков, извести и минеральных удобрений) на содержание микробной биомассы в почве в посевах зерновых культур зернопропашного севооборота был аналогичным. При этом поверхностное компостирование растительных остатков (ПК РО) повышало содержание микробной биомассы (МБ) в период вегетации культур в среднем на 50 мг/кг (8 %), а перед уборкой - на 100 мг/кг (19 %).

Сочетание известкования с минеральными удобрениями повышало МБ во время вегетации культур на 100 мг/кг (15 %) как по фону внесения побочной продукции на удобрение, так и без нее. Перед уборкой культур положительный эффект от сочетания известкования с минеральными удобрениями увеличивался как по фону ПК РО, так и без него: содержание МБ возрастало в среднем на 200 мг/кг (40-50 %). При этом по фону ПК РО высокие дозы минеральных удобрений не имеют депрессирующего действия на МБ, как в случае без внесения растительных остатков (рис. 4).

Рис. 4. Зависимость содержания микробной биомассы почвы (г/кг) в посевах зерновых культур от минеральных удобрений, известкования и ПК РО во время вегетации и перед уборкой культур (опыт 6)

По дисперсионному анализу данных за три года с зерновыми культурами (ячмень, горох, озимая пшеница) установлено, что наибольший вклад в варьирование содержания МБ в почве оказал срок отбора, а влияние с/х культуры и агротехнических приемов было примерно равным (рис. 5 а) .

Рис. 5. Доля вклада исследуемых факторов в варьирование содержания микробной биомассы в черноземе типичном (опыт 6)

Наибольший эффект в варьирование содержания МБ в почве под зерновыми культурами в период вегетации культур имеют минеральные удобрения, а к периоду уборки - известкование и растительные остатки (рис. 5 б).

Установлено, что содержание МБ связано с содержанием НОВ в почве. Наиболее четко (тесно) эта зависимость проявляется к уборке культур, при этом соотношение МБ и НОВ в среднем было равным 1:7 (рис. 6).

Рис. 6.

Зависимость содержания микробной биомассы в почве в разные сроки от количества накопленного негумифицированного органического вещества

Активность целлюлозоразрушающих микроорганизмов в опыте без растительных остатков варьировала по разноудобренным вариантам от 21 до 37 %, а по фону поверхностного компостирования растительных остатков от 37 до 49 %. В среднем по фону растительных остатков целлюлозолитическая активность возрастала на 14,6 %.

По результатам статистической обработки выявлена тесная связь целлюлозолитической активности (ЦА) от исследуемых факторов (r=0,86).

В целом по опыту степень разложения хлопчатобумажной ткани (РТ %) повышалась от одинарных доз извести как по фону с растительными остатками, так и без них. Характер действия минеральных удобрений был различным - по фону без растительных остатков наблюдалось повышение целлюлозолитической активности, а по фону ПК РО минеральные удобрения вызывали некоторое снижение разложения тканей (рис. 7).

Рис.7. Зависимость целлюлозолитической активности почвы от доз извести и минеральных удобрений без растительных остатков и по фону с их внесением (опыт 6)

Исходя из вышеизложенного, можно сделать вывод о том, что растительные остатки способствуют максимальному накоплению НОВ и максимальному улучшению биологических свойств почвы (увеличению содержания микробной биомассы и целлюлозолитической активности почвы).

3.2. Агрохимические свойства почвы в опыте с растительными остатками в зависимости от доз минеральных удобрений и извести.

Повышенное вымывание соединений азота из пахотного слоя почвы при внесении удобрений в условиях хорошего увлажнения по сравнению с почвой неудобренной может явиться источником питания для культур в последействии (Никитишен, 1980).

Нами изучалось накопление нитратного азота в метровом слое почвы зернопропашного севооборота «сахарная свекла - ячмень - горох - озимая пшеница».

Анализ данных запасов нитратного азота по слоям почвы 0-40 и 40-100 см показал, что внесение минеральных удобрений и извести с растительными остатками в большей мере способствует закреплению нитратного азота в слое почвы с максимальным распространением корневой системы растений, то есть в слое 0-40 см, и зависит от доз минеральных удобрений. При внесении высокой дозы удобрений накопление азота по фону растительных остатков превышало среднюю дозу на 6,5-11,4 кг/га (табл. 7.).

При внесении тех же доз минеральных удобрений и извести, но без растительных остатков запасы нитратного азота в слое почвы 0 - 40 см по отношению к запасам в метровом слое были ниже на 10,2 - 21,8%. И только на двух вариантах это снижение составляло около 4 - 5%. Соответственно, в слое 40 - 100 см запасы нитратного азота в процентном отношению к запасам в метровом слое почвы по фону растительных остатков были ниже на те же 10,2 - 21,8% по сравнению с фоном без растительных остатков. Это говорит о том, что при внесении минеральных удобрений и извести с растительными остатками миграция нитратного азота замедляется.

Таблица 7. Запасы нитратного азота в метровом слое почвы в зависимости от изучаемых факторов в севообороте (2006-2009 гг.)

Факторы*	Запасы нитратного азота, кг/га	% в слое 0 - 40 см от слоя 0 - 100 см
	0 - 40 см	40 - 100 см
Известь	NРК	РО**	б/ РО	РО	б/ РО	РО	б/ РО
0	0	11,6	11,1	9,2	10,0	55,8	52,6
0	0	24,8	11,1	11,2	10,0	68,9	52,6
0	150	21,0	15,5	8,0	13,2	72,4	54,0
0	435	27,5	23,6	16,4	21,4	62,6	52,4
0,15	0	18,2	15,5	11,0	10,8	62,3	58,9
0,15	150	27,2	23,6	8,9	15,2	75,3	60,8
0,15	435	27,5	23,4	14,9	14,9	64,8	61,1
0,3	0	19,5	12,2	12,8	12,5	60,4	49,4
0,3	150	18,0	10,2	13,9	19,3	56,4	34,6
0,3	435	29,4	13,2	15,8	11,8	65,0	52,8

*) Известь, т/га; минеральные удобрения NРК кг д.в./га в среднем за севооборот;

**) РО - растительные остатки (солома и ботва)

Таким образом, при использовании растительных остатков как органических удобрений через их поверхностное компостирование на поле с минеральными удобрениями и известью происходило не только увеличение запасов нитратного азота в почве, но и его закрепление в корнеобитаемом слое почвы, что и обеспечивало более высокую урожайность возделываемых культур по фону растительных остатков. При внесении даже средних доз минеральных удобрений (NPK)90 и (NPK)40 соответственно под сахарную свёклу и зерновые культуры изучаемого севооборота с известью и растительными остатками можно обойтись и без компенсирующей дозы азота.

3.3. Агрофизические и физико-химические свойства чернозема типичного при разных уровнях удобренности. Внесение соломы, как и других органических удобрений, положительно влияет на важнейшие физические свойства почвы: происходит улучшение структуры почвы, увеличение количества вновь образованных водопрочных агрегатов. При запашке соломы культур в качестве органического удобрения на фоне минеральных удобрений наблюдается снижение объемной массы, увеличение влагоемкости почвы, уменьшение плотности сложения (Иванов, 1980; Авров, Мороз, 1979; Белоус, 1997; Вальдгауз, 1980; Русакова и др., 2003).

Исследованиями установлено, что внесение растительных остатков совместно с различными дозами минеральных удобрений и извести приводило к значительному улучшению структурно-агрегатного состава почвы. Содержание структурных агрегатов размером 10-0,25 мм увеличивалось на 30 и более процентов. Коэффициент структурности на участках с поверхностным компостированием соломы и растительных остатков составлял 3,30-5,20 как при внесении различных доз минеральных удобрений с известью, так и без нее. На участках же без внесения растительных остатков, но с теми же дозами минеральных удобрений и извести, коэффициент структурности был значительно ниже - 2,30-3,52. Такие же закономерности были отмечены и в изменении количества водоустойчивых агрегатов: наблюдалось повышение водоустойчивых агрегатов на 9-20 % в зависимости от доз минеральных удобрений и извести с растительными остатками. Следует подчеркнуть, что максимальные величины этого показателя отмечены на фоне внесения низкой дозы извести и средней дозы минеральных удобрений. Внесение растительных остатков обеспечило снижение плотности почвы на 0,05-0,08 г/см3 или на 2-4 % (отн.) в зависимости от доз минеральных удобрений и извести. Следует отметить, что увеличение доз минеральных удобрений имело тенденцию к уменьшению величины общей пористости 53-54 %. Но если учитывать общую пористость по шкале гранулометрического состава (по Качинскому), то растительные остатки способствуют формированию культурного пахотного слоя, тем самым обеспечивая отличную пористость почвы - 57 % (рис.8).

Наиболее значимым фактором, оказывающим положительное влияние на физические свойства (коэффициент структурности (К.стр.), водоустойчивость агрегатов (Водоуст. агр.), плотность (dV) почвы по результатам статистической обработки данных является удобрение растительными остатками.

Рис. 8. Показатели агрофизических свойств почвы при поверхностном компостировании растительных остатков в зависимости от доз минеральных удобрений и извести за ротацию севооборота (опыт 6)

Минеральные удобрения понижают водоустойчивость почвенных агрегатов и повышают плотность почвы согласно уравнениям регрессии:

К.стр. = 2,795 + 0,867 х1 + 0,555х2, F = 11, R = 0,70;

Водоуст. агр. = 51,96 + 4,53 х2- 0,0007х3, F = 9, R = 0,66;

dV. = 1,20 - 0,016 х1 - 0,027 х2 + 0,00003 х3, F = 52, R = 0,94.

где х1, х2, х3 - известь (т/га), растительные остатки (т с.в./га) и (NPK кг д.в./га) соответственно.

При оценке изменений в почвенном поглощающем комплексе от исходных по вариантам показателей установлено, что сумма обменных оснований (мг-экв/100г) значительно повышается от известкования и внесения растительных остатков:

?S = 0,65+16,7х1+0,67х2, F=27, R=0,84,

?S - изменение от исходного; х1 - известь, т/га; х2 - растительные остатки т с.в./га.

Влияние минеральных удобрений на изменение обменно-поглощенного кальция (Са2+, мг-экв/100г) было неоднозначным. До уровня доз (по среднему насыщению) 300-400 кг д.в./га удобрения способствовали повышению обменного кальция, а при дальнейшем увеличении - снижался эффект от извести и растительных остатков согласно уравнению регрессии:

Са 2+ = 2,8+9,85х1+0,83х2+0,01х3-0,000012х32, F=8, R=0,77,

где х1, х2, х3- известь (т/га), растительные остатки (т с.в./га) и NPK (кг д.в./га) соответственно.

По влиянию на содержание органического вещества и агрофизические свойства почвы исследуемые факторы располагались в следующем ряду:

РО > известь > минеральные удобрения (табл. 8).

Таблица 8. Доля вклада (%) факторов (извести, растительных остатков и минеральных удобрений) в варьирование свойств чернозема типичного

Факторы	Гумус	НОВ	ЦА	Кстр.	Водоуст.	dv
Известь	35	42	7	15	6	7
Растительные остатки	37	48	80	81	90	78
NРК	28	10	13	4	4	15

На основании вышеизложенного можно сделать вывод о том, что внесение растительных остатков в качестве органических удобрений препятствует негативному влиянию минеральных удобрений на агрофизические свойства почвы и положительно влияет на содержание обменно-поглощенного кальция.

Таким образом, включение в малый биологический круговорот агроценозов на черноземе типичном биогенных веществ и энергии накопленной в побочной продукции стимулирует процессы воспроизводства плодородия почв и повышает их устойчивость к факторам антропогенной нагрузки.

4. Приемы повышения эффективности использования растительных остатков в качестве органических удобрений.

4.1. Эффективность навоза и растительных остатков как органических удобрений под ведущие культуры ЦЧЗ. Эффективность применения побочной продукции как органических удобрений получена на черноземе типичном практически под все ведущие культуры ЦЧЗ.

Использование соломы гороха на удобрение под озимую пшеницу позволило получить такую же урожайность зерна, как и при сочетании соломы с различными добавками-компонентами. Урожайность озимой пшеницы при ПК соломы гороха была такой же, как при внесении навоза в эквивалентных по сухому органическому веществу дозах (3 т/га соломы и 10 т/га ) (опыт 1.).

Удобрение соломой бобовых культур сокращает энергетические, а также материальные затраты на использование компонентов при поверхностном компостировании соломы. Снижение затрат невозобновляемой антропогенной энергии в 1,4-2,0 раза ниже по сравнению с вариантами применения компонентов поверхностного компостирования...