Влияние длительного применения удобрений на содержание и качественный состав органического вещества в дерново-подзолистой почве

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Влияние длительного применения удобрений на содержание и качественный состав органического вещества в дерново-подзолистой почве

Специальность 06.01.04 - Агрохимия

Хайдуков К. П.

Москва 2012

Работа выполнена в ГНУ Всероссийский научно-исследовательский институт агрохимии имени Д.Н. Прянишникова Россельхозакадемии.

Научный руководитель: доктор биологических наук, профессор

Шевцова Людмила Константиновна

Официальные оппоненты: Лукин Сергей Михайлович

доктор биологических наук, ГНУ Всероссийский научно-исследовательский институт органических удобрений и торфа, директор

Надежкин Сергей Михайлович

доктор биологических наук, профессор, ГНУ Всероссийский научно-исследовательский институт селекции и семеноводства овощных культур, заведующий лабораторией применения агрохимических средств

Ведущее учреждение: ГНУ Ленинградский научно-исследовательский институт сельского хозяйства «Белогорка» Россельхозакадемии

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Роль длительных опытов, как уникальной экспериментальной базы, позволяющей проводить исследования комплекса компонентов агроэкосистем в их взаимосвязи с природными и агрогенными факторами, а также их изменения во времени с учетом разнообразных зональных условий хорошо известна ученым и специалистам всего мира. Длительные полевые опыты являются основным научным фундаментом, позволяющим адекватно оценивать изменения медленно текущих во времени процессов, свойств, режимов, состояний различных показателей почв, особенно таких фундаментальных, как гумус, азотный фонд, гранулометрический и минералогический составы.

В большинстве длительных опытов России не проводились системные исследования органического вещества почв по единой научной программе с использованием унифицированных для различных природных зон методов. Изучение гумуса почв в опытах носили случайный характер.

Изучение органического вещества в длительных опытах позволяет характеризовать реальные изменения его состава и свойств, а также их многолетнюю динамику, которые отражаются практически на всех физических, химических, биологических процессах и режимах почв, а в итоге, на урожае и качестве сельскохозяйственных культур.

Цель и задачи исследований

Изучить количественные и качественные изменения cостояния гумуса дерново-подзолистых почв разного гранулометрического состава в длительных опытах при применении различных систем удобрения с использованием современных подходов и методов.

Задачи исследований:

1. Изучить содержание гумуса и его многолетнюю динамику в длительных опытах ВНИИ льна и ЦОС ВНИИА.

2. Исследовать фракционно-групповой состав гумуса в опытах.

3. Определить содержание активных компонентов гумуса, используя методы, рекомендованные комиссией Географической сети опытов с удобрениями.

4. Изучить потенциальную биологическую активность почв разных вариантов длительного опыта ВНИИЛ.

5. Дать аналитическую оценку изменений органического вещества почв с использованием дискриминантного анализа.

Научная новизна работы. При исследовании органического вещества почв в настоящее время уделяется мало внимания его качественному составу, содержанию подвижных, лабильных форм, биологической активности почвы, динамики по годам проведения опытов. В большинстве случаев авторы ограничиваются определением общего углерода. По полученным данным трудно судить о направленности и глубине происходящих изменений состояния органического вещества почвы под воздействием интенсивного сельскохозяйственного производства, выявить признаки изменения его параметров на ранних стадиях, определить приемы оптимизации его состояния.

В данной работе нами использованы различные подходы и методы для более полной характеристики гумуса и диагностики направленности его количественных и качественных изменений в процессе трансформации за многолетний период. Впервые показана взаимосвязь между различными параметрами, характеризующими качественный состав гумуса, биологическую активность, урожаем возделываемых культур и продуктивностью севооборота.

Практическая значимость работы. Исследования показали, что при оценке состояния гумуса, дополнительно к величине его содержания необходимо использовать показатели активного пула органического вещества: подвижное органическое вещество I фракция, извлекаемая 0,1 н. NaOH по схеме Тюрина; лабильные гумусовые вещества, вытяжка 0,1 М Na₄P₂O₇, рН 7,0 - метод Дъяконовой, углерод, экстрагируемый горячей водой (ЭГВ) - метод Шульц, которые дают ценную дополнительную информацию об изменении качественных параметров органического вещества на ранних стадиях проведения опыта, отражают взаимосвязь с продуктивностью почв, её плодородием и должны использоваться при характеристики состояния гумуса в длительных опытах и мониторинге почв для разработки приемов его оптимизации.

Положения, выносимые на защиту

1. Изучение органического вещества в длительных опытах позволяет характеризовать реальные изменения его состава и свойств при применении различных систем удобрения, а также их многолетнюю динамику, которые отражаются практически на всех физических, химических, биологических процессах и режимах почв, а в конечном итоге, на урожае сельскохозяйственных культур.

2. Длительное применение органических и органо-минеральных систем удобрения на дерново-подзолистых почвах разного гранулометрического состава поддерживали более высокий уровень содержания гумуса, чем варианты с минеральной системой.

3.Уменьшение содержания гумуса сопровождается изменением основных параметров качественного состава: снижением содержания гуминовых кислот, усилением фульватизации, обеднением органического вещества почвы активными, легко трансформируемыми соединениями.

4. Снижение уровня содержания химически и биологически активных органических веществ в составе гумуса приводит к разрушению центральной части макромолекулы ГК, потери устойчивости органического вещества, что в свою очередь определяет снижение уровня гумуссированности почвы и потерю её плодородия.

5. При исследовании органического вещества почв в длительных опытах нельзя ограничиваться определением только общего углерода почвы. Необходимо исследовать качественные показатели гумуса, как надежные диагностические ориентиры направленности трансформации органического вещества и разработки приемов управления процессом гумусообразования в пахотных почвах.

Личный вклад автора. Соискатель принимал непосредственное участие в отборе и исследовании почвенных образцов в опытах. Проводил анализ архивных почвенных образцов двух длительных опытов. Все аналитические работы, статистическая обработка, интерпретация полученных данных, были выполнены в лаборатории изучения географических закономерностей действия удобрений и информационного обеспечения Геосети Государственного научного учреждения Всероссийский научно-исследовательский институт агрохимии имени Д.Н. Прянишникова лично.

Апробация работы и публикации. Основные положения диссертационной работы были представлены на 45-ой научной конференции молодых ученых, докторантов, аспирантов и соискателей ученых степеней доктора и кандидата наук «Применение средств химизации для повышения урожайности и качества сельскохозяйственных культур» (г. Москва, ВНИИА имени Д.Н. Прянишникова, 2011 г.); Всероссийской научной конференции XIV Докучаевские молодежные чтения «Почвы в условиях природных и антропогенных стрессов» (г. Санкт-Петербург, СпбГУ имени В.В. Докучаева, 2011 г.); Международной конференции «100 лет почвенной науки в Болгарии» (г. София, 2011 г.); 46-ой Международной научной конференции молодых ученых, докторантов, аспирантов и соискателей ученых степеней доктора и кандидата наук «Эффективность применения средств химизации в современных технологиях возделывания сельскохозяйственных культур» (г. Москва ВНИИА имени Д.Н. Прянишникова, 2012 г.); Всероссийской конференции учреждений-участников Географической сети опытов с удобрениями «Состояние и пути повышения эффективности исследований в системе Географической сети опытов с удобрениями» (г. Москва ВНИИА имени Д.Н. Прянишникова, 2012 г.); Всероссийской школы молодых ученых и специалистов «Перспективные технологии для современного сельскохозяйственного производства» (г. Воронеж, ГНУ Воронежский НИИСХ имени В.В. Докучаева, 2012 г.); VI съезде общества почвоведов им. В.В. Докучаева (г. Петрозаводск, 2012 г.).

По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ, в том числе 2 статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ для публикаций результатов исследований соискателями ученых степеней.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания схем и методик проведения опытов, экспериментальной части, выводов, списка литературы, приложения. Работа изложена на 116 страницах машинописного текста, включает 23 таблицы и 25 рисунков. Список литературы включает 156 наименований, в том числе 16 на иностранных языках.

ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

В России в 20-м веке изучение химического состава, генетических особенностей и роли органического вещества в плодородии почв привлекало внимание многих ученых: И.В. Тюрина (1965), М.М. Кононовой (1963), Л.Н. Александровой (1980), В.В. Пономаревой (1980), Д.С. Орлова (1974), Л.А. Гришиной (1966), а также их последователей. Труды этих исследователей, раскрывающие ведущую роль гумуса в формировании почв различных генетических типов, уровня плодородия, экологических функций почв в биосфере, являются классическими и изучаются до сих пор. Ими предложен комплекс подходов и методов для оценки содержания гумуса, его качественного состава, степени взаимосвязи с минеральными компонентами почв, устойчивости к физико-химической и биологической деструкции, а также исследования химического строения и свойств гумусовых кислот.

С развитием интенсификации сельского хозяйства, расширением Географической сети длительных опытов появляется все больше работ по исследованию органического вещества почв. Это работы В.Е. Егорова, А.М. Лыкова, А.Д. Фокина, В.А. Черникова, Н.Ф. Ганжары в длительном опыте РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева; П.Н. Кошелькова, В.П. Бугаева, А.Д. Хлыстовского в опыте ДАОС; Е.Н. Мишустина, В.Н. Прокошева в опыте Соликамской опытной станции; Л.И. Петровой, Э.С. Карповой, А.П. Лимонова в длительном опыте ВНИИ льна, а также Шевцовой Л.К., Бакиной Л.Г., Овчинниковой М.Ф., Володарской И.В., Лукина С.М., Надежкина С.М., Семенова В.А. и др.

Анализ современных публикаций показывает, что многие авторы, изучая разные компоненты гумуса почв, используют неодинаковые методы, что затрудняет проведение обобщений и сравнение результатов, полученных в разных опытах и регионах по этому вопросу. Поэтому при оценке органического вещества почв необходимо, кроме общего содержания гумуса, учитывать параметры, характеризующие качество органического вещества, особенно обогащенность его активными компонентами унифицированными методами.

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Объектами исследования были длительные полевые опыты, расположенные на дерново-подзолистых почвах разного гранулометрического состава: дерново-среднеподзолистой песчано-легкосуглинистой почве - опыт ВНИИ льна (Тверская область, г. Торжок) и тяжелосуглинистой почве Центральной опытной станции ВНИИА (Домодедовский район Московской области) опыт СШ-2.

Опыт ВНИИ льна

Опыт заложен в 1948 г. А.Д. Костюченко. Название опыта: «Обосновать оптимальный уровень насыщенности льняного севооборота органическими и минеральными удобрениями на основе изучения длительного их воздействия на агрохимические свойства почвы».

В опыте изучается эффективность органической, минеральной и органо-минеральной систем удобрений в эквивалентных по количеству элементов питания за севооборот дозах в 8-ми польном льняном севообороте со следующим чередованием культур: пар чистый - озимые с подсевом многолетних трав (клевер и тимофеевка) - многолетние травы 1 г.п. - многолетние травы 2 г.п. - лен-долгунец - картофель - яровая пшеница (ячмень) - овёс.

1. Агрохимическая характеристика почвы перед закладкой опыта

Гумус, %	рНКСI	Нг мг-экв/100 г	S мг-экв/100 г	V, %	Р2О5 мг/кг	К2О мг/кг
1,91-2,03	5,0-5,5	2,26	2,76	55	100	105-266

Дозы удобрений в опыте: навоз - 40-80 т/га за ротацию севооборота в соответствующих вариантах; минеральные удобрения вносили в дозах, эквивалентных содержанию NPK в 5 т навоза/га.

С 1987 года в опыт для улучшения условий питания культур севооборота введены дополнительные варианты с повышенными дозами органических и минеральных удобрений, которые составили 80-100 т навоза/га/севооборот и минеральные удобрения (NPK) 230-400 кг/га. В этих вариантах в течение предыдущих двух ротаций удобрения не применяли, перед их закладкой было проведено известкование почвы по Ѕ г.к. В 2004 г. на всех вариантах опыта, кроме контроля, (без удобрений), была внесена известь в дозе по 0,5 Н_г.

Размер общей делянки в опыте составляет 90, учётной 50 м², повторность - четырёхкратная, расположение делянок рендомизированное. Опыт проводится в одной закладке.

Схема опыта: контроль (без удобрений); навоз 5 т/га; навоз 10 т/га; NPK 67,5эквивалентно 5 т/га навоза; навоз 5 т + NPK 67,5 эквивалентно 10 т/га навоза. Варианты с 1988 г.: навоз 10 т/га + (NPK)100; навоз 10 т/га + (NPK)200; Навоз 10-12,5 т/га + (NPK)250.

Нами в 2009 - 2012 гг. исследованы архивные почвенные образцы после завершения 5-й ротаций севооборота в 1987 г., 7-й - в 2003 и на пятом году 8-й ротации (2008 г.) после уборки учетной культуры льна-долгунца, а также дополнительных вариантов опыта, заложенных в 1988 г.

Опыт ЦОС ВНИИА (СШ-2)

Опыт заложен в 1960 г. А.М. Алиевым на дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почве ЦОС ВНИИА Московской области и проводится с целью повышения продуктивности культур и эффективности удобрений путём совместного применения систем удобрения и химических средств защиты растений (ХСЗР).

2. Агрохимическая характеристика почвы перед закладкой опыта

Гумус	рНKCI	Hг мг-экв/100 г	S мг-экв/100 г	V, %	P2O5 мг/кг	K2O мг/кг
1,58	4,3-4,5	4,6	8,4	64,3	210	113

За период опыта схема менялась несколько раз. В первых трех ротациях изучалась эффективность совместного применения органо-минеральных систем удобрения и разных сочетаний гербицидов. С 4-ой ротации введен вариант фон-2 минеральная система удобрений, с 5-ой - абсолютный контроль.

В восьмой ротации (2002-2008 гг.) севооборот был следующим: вика с овсом - вика с овсом - озимая пшеница - овес - ячмень.

Повторность четырехкратная, общая площадь делянки 90 м², учетная - 24 м². Число полей 3.

Системы удобрения по содержанию NPK эквивалентны. Дозы удобрений определяли по выносу питательных элементов основной и побочной продукцией культур с учетом повышения плодородия почвы.

3. Схема комплексного внесения удобрений и ХСЗР с 5-8 ротации (1984-2008 гг.)

№ п/п	Вариант опыта*
I	Фон 1 + 2-3 разовое внесение Г+Р+Ф
II	Фон 1 + 2-3 разовое внесение Г+Ф
III	Фон 1 + 2-3 разовое внесение Г
IV	фон 1 - Навозно - минеральная система удобрения
V	Фон 2 + 2-3 разовое внесение Г+Р+Ф
VI	Фон 2 + 2-3 разовое внесение Г+Р
VII	Фон 2 + 2-3 разовое внесение Г
VIII	фон 2 - Минеральная система удобрения
IX	Без удобрений и химических средств защиты растений

*Г-гербицид; Р-ретардант; Ф-фунгицид.

Навоз вносили по 30 т/га под пропашные культуры, что составляет в среднем 10 т/га в год. Ежегодные дозы удобрений за период освоения севооборота с учётом питательных элементов, содержащихся в навозе, равны 109 кг/га азота, 66 P₂O₅ и 130 кг/га K₂O.

Известкование проводилось в дозах 6, 4, 4 т/га, соответственно в первой, второй и восьмой ротациях севооборота. В вариантах с ХСЗР использовали следующие препараты: под озимую пшеницу: Г-гранстар (20 г/га), Р-ЦЕ-ЦЕ-ЦЕ (3 л/га), Ф-тилт (0,5 л/га), на ячмене и овсе ретарданты не применяли.

Нами исследованы почвенные образцы 2006 (1 поле), 2007 (2 поле) и 2008 (3 поле) гг. после окончания 8-ой ротации севооборота.

Исследования органического вещества почв проводили следующими методами:

- определение содержания углерода органического вещества почвы методом Тюрина в модификации Никитина (титрометрическое окончание);

- фракционно-групповой состав гумуса методом Тюрина в модификации Пономаревой, Плотниковой;

- содержание активных компонентов в составе гумуса следующими методами: непосредственная 0,1н. NaOН вытяжка-№1 (подвижный углерод по Тюрину); 0,1М Na₄ P₂ O_{7 ,} рН 7,0 (лабильное органическое вещество по Дьяконовой); горячая водная вытяжка (ЭГВ) методом Шульца (Методика определения активных компонентов..., 2010).

Определение кислотности почвы потенциометрически на универсальном иономере ЭВ-74.

Оптическую плотность гуминовых кислот определяли на спектрофотометре «Helios Omega»; коэффициент цветности Q_4/6 по Вельте определяли расчетным методом.

Содержание инертного и легко трансформируемого углерода определяли расчетным методом по уравнению Кершенса (Шульц, Кёршенс, 1998):

С_общ = С_min+ С_trans, (1)

С_min. - содержание гумуса в почве многолетнего чистого пара или абсолютного контроля (без удобрений) длительного, не менее 10-20 лет, опыта, когда содержание гумуса достигло равновесного состояния при данной системе земледелия и практически не меняется; С_trans-легкотрансформируемый органический углерод.

Исследование потенциальной биологической активности органического вещества почвы проводили в инкубационном эксперименте при оптимальных условиях влажности и температуры.

Математическую обработку полученных данных проводили по Б.А. Доспехову (1985) и программе «Statistica 6,0» (Дискриминантный анализ,1997).

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Влияние длительного применения удобрений на содержание органического вещества и кислотность почвы

Динамика содержания гумуса (С_орг почвы) при применении различных систем удобрений в вариантах опыта ВНИИ льна за 60 лет представлена в таблице 4.

4. Динамика содержания общего углерода и кислотности почвы по вариантам длительного опыта ВНИИ льна

Показатель	Год отбора почвенных образцов	Варианты опыта с 1948 года
		Без удобре-ний	Навоз 5 т/га	Навоз 10 т/га	NPK экв. 5 т/га навоза	Навоз 5 т/га + NPK экв. 10 т/га навоза
Собщ %	1956*	1,13	1,10	1,02	0,97	1,06
	1963*	1,00	1,06	1,32	1,15	1,30
	1979*	1,04	0,88	0,94	0,91	1,13
	1987	0,70	0,67	0,71	0,62	0,76
	2003	0,62	0,62	0,72	0,55	0,68
	2008	0,58	0,65	0,66	0,58	0,66
рНKCI	1948*	5,4	-	-	-	-
	1963*	4,7	4,8	5,0	4,5	4,6
	1971*	4,4	4,6	4,8	4,3	4,5
	1987	4,2	4,4	4,6	4,1	4,2
	2000*	3,8	4,5	4,6	3,8	3,9
	2003	4,2	5,1	5,6	4,6	4,7
	2008	5,0	5,1	5,2	4,6	4,6

*по данным Кузьменко Н.Н.

Наиболее заметные изменения содержания общего углерода наблюдались в первые 40 лет, когда на всех делянках уровень гумуса снизился на 30-40 % от исходного содержания. Наибольшее снижение наблюдалось на вариантах контроль (с 1,13 до 0,58 %) и минеральной системе удобрений (с 0,97 до 0,58 %) (табл. 4). Это связано главным образом с увеличением глубины вспашки к концу третьей ротации севооборота на 3-4 см для улучшения условий питания растений севооборота (Лимонов, 1974). За последние две ротации восьмипольного льняного севооборота процесс снижения органического углерода замедлился. Внесение навоза незначительно повышало содержание гумуса по сравнению с контрольным вариантом.

Данные по динамике кислотности почвы показали, что величина рН в 1948 г. составляла - 5,4. В связи с возделыванием культуры льна, устойчивой к почвенной кислотности, на всем протяжении опыта до 2004 г. известкование не применяли, что привело к тому, что исходная величина рН почвы снизилась на всех вариантах и к 2000-2003 гг. достигла на контроле минимального значения - 3,8 ед. рН. На вариантах с внесением навоза показатели рН более высокие - 4,5-5,6. После известкования почв всех вариантов, кроме контроля, кислотность составила 4,6-5,2 ед. рН, но даже при применении навоза не достигла исходной величины.

В опыте СШ-2 влияние комплексного, длительного применения удобрений с ХСЗР на содержание органического углерода представлено в таблице 5.

Данные таблицы показывают, что до реконструкции опыта (4-ая ротация) содержание углерода при применении органо-минеральной системы удобрения повысилось на всех вариантах на 0,16-0,20 % в сравнении с исходной (0,90%С).

В последующие годы, после реконструкции опыта в 4 и 5 ротации (1984 г.) наметилась тенденция к снижению содержания углерода почвы, особенно на вариантах с применением минеральных удобрений без навоза, на 0,06-0,14 %. На контроле (без удобрений) содержание общего углерода стабилизировалось. На фоне навоз+NPK уменьшилось лишь на 0,01-0,06 %.

5. Динамика содержания общего углерода по ротациям севооборота

Вариант опыта	Исходное содержание 1960 г.	Ротации севооборота (среднее по 3 полям)	+/- ? С
		4-я* 1978	5-я* 1984	6-я* 1990	7-я* 2001	8-я 2008
Контроль	0,90	1,08	1,12	1,03	0,99	1,08	0
Фон 1-навоз+NPK		1,10	1,20	1,22	1,08	1,04	-0,06
Фон 1+ХСЗР		1,06	1,23	1,21	1,10	1,05	-0,01
Фон 2-NPK		1,10	1,11	1,21	1,09	1,04	-0,06
Фон 2+ХСЗР		1,09	1,10	1,18	1,10	0,95	-0,14
НСР0,5		-	-		-	0,05	-

*по данным А.М. Алиева

К началу четвертой ротации севооборота при периодическом внесении извести заметно снизилась исходная кислотность почвы с 4,3 до 5,73-6,12 ед. рН (табл. 6).

В дальнейшем кислотность почв повышалась, и на минеральном фоне достигла 4,40-4,90 ед. рН. При проведении известкования из расчета 4 т/га известняковой муки в 8-ой ротации в 2008 году кислотность снова снизилась и составляла 5,47-5,77 ед. рН.

6. Изменение кислотности почвы в опыте ЦОС ВНИИА (СШ-2)

Вариант опыта	Исходное содержание 1960	Ротации севооборота (среднее по 3 полям)
		4-я* 1978	5-я* 1984	6-я* 1990	7-я* 2001	8-я 2008
Контроль	4,30	5,73	5,73	5,80	5,30	5,72
Фон 1-навоз+NPK		5,83	5,34	5,67	5,03	5,77
Фон 1+ХСЗР		6,12	5,51	5,77	5,40	5,47
Фон 2-NPK		6,00	5,25	5,40	4,40	5,52
Фон 2+ХСЗР		5,90	5,40	5,30	4,90	5,77

*по данным А.М. Алиева

Результаты изучения содержания органического углерода в двух длительных опытах, заложенных на дерново-подзолистых почвах разного гранулометрического состава, показывают, что наибольшие изменения отмечаются в первые годы после закладки опытов. В обоих опытах применение минеральных удобрений способствует снижению содержания органического вещества почвы. В опыте ВНИИ льна снижение составило 50% от исходного содержания, а в опыте СШ-2 после значительного повышения в период с 1-4 ротации при совместном применении органических и минеральных удобрений вернулось на исходный уровень. Внесение органических удобрений и их сочетаний с минеральными, при периодическом известковании стабилизирует, а в некоторых вариантах опытов и повышает уровень содержания органического вещества почвы.

Влияние длительного применения удобрений на фракционно-групповой состав гумуса почв

Результаты исследования фракционно-группового состава, по годам отбора почвенных проб в опыте ВНИИ льна представлены на рисунках 1-3.

Полученные данные показывают, что качественный состав гумуса этого опыта является типичным для дерново-подзолистых почв с ярко выраженным преобладанием фульвокислот, которые составили 50,0-64,5 % от органического углерода почвы.

После проведения известкования на всех делянках опыта, кроме контрольных, в 2004 г. содержание общего углерода суммы трех фракций фульвокислот к 2008 г. снизилось до 39,3-46,0 % от С_общ почвы. Существенное преобладание фульвокислот над гуминовыми определило крайне низкое соотношение С_ГК:С_ФК, составившее 0,10-0,26 до известкования и 0,20-0,50 после.

Среди исследованных вариантов опыта четко проявилось отрицательное воздействие минеральной системы удобрения на показатели состава гумуса. Суммарное количество трех фракций гуминовых кислот в почве этого варианта было значительно меньше, чем в других, в том числе и в контроле. В то же время содержание фульвокислот было в несколько раз больше, особенно в образцах 1987 и 2003 гг., и только после проведения известкования почвы сумма

Рис.1 Доля ГК, ФК и негидролизуемого остатка в составе гумуса (1987 г.)

Рис. 2 Доля ГК, ФК и негидролизуемого остатка в составе гумуса (2003 г.)



Рис. 3 Доля ГК, ФК и негидролизуемого остатка в составе гумуса (2008 г.)

фульвокислот в этом варианте снизилась, но содержание фракции ФК-1а - «агрессивных фульвокислот» - сохранилось высоким, превышая не известкованный контроль (10,3 и 8,6 % от С_общ почвы соответственно).

Наши исследования оптической плотности гуминовых кислот (суммы I-й+II-й фракций) показали, что наиболее высокими были показатели экстинкции в почве при внесении навоза 10 т/га, наиболее низкие - в почве с применением минеральной системы удобрения и контроле (рис. 4).

Рис. 4 Оптическая плотность гуминовых кислот (сумма ГК-1+ГК-2) при разных длинах волн в образцах 1987 г.

В соответствии с концепцией М.М. Кононовой и В.В. Пономаревой это предположительно указывает, на то, что ГК почв вариантов с минеральными удобрениями отличались менее сложной, более размытой структурой центральной части макромолекулы гуминовых кислот. Расчет коэффициента цветности по Вельте (Q_4/6) также указывает на слабую выраженность алифатических компонентов в структуре ГК контроля и вариантов с минеральной системой удобрения. Это говорит о неблагоприятном развитии трансформации органического вещества на варианте NPK, проявлении деградационных процессов ведущих к разрушению устойчивой центральной части макромолекулы.

Опыт ЦОС ВНИИА (СШ-2) проводится с сочетанием органических, минеральных удобрений и средствами химической защиты растений (ХСЗР).

В этом опыте изучали все три поля последовательной закладки в 2006-2008 гг., различающихся в пространстве и во времени.

Несмотря на варьирование содержания общего углерода по полям, четко прослеживается одинаковая направленность воздействия различных систем удобрения и их сочетания с химическими средствами защиты растений на показатели фракционно-группового состава гумуса (рис. 5).

Они показывают, что состав гумуса, как и в опыте ВНИИ льна, является типичным для дерново-подзолистых почв, на что указывает высокое содержание гумусовых веществ 1 фракции (свыше 30 % от С_общ почвы), высокое содержание фульвокислот в составе всех 3-х фракций и низкое соотношение С_ГК:С_ФК. В то же время длительное окультуривание почв за счет внесения органических, минеральных удобрений в качестве фона при изучении различных видов ХСЗР, на всех делянках в первые годы опыта и периодического известкования в севообороте с многолетними травами, обеспечивали высокую продуктивность культур и значительную биомассу корневых и пожнивных остатков, что способствует накоплению органического вещества почвы.

В сравнении с фракционно-групповым составом почв длительного опыта ВНИИ льна, почвы опыта СШ-2 отличаются по всем основным параметрам: более высоким содержанием гумуса 0,98-1,09 %С; большим содержанием в составе гумуса ГК по сумме 3-х фракций; меньшим содержанием группы ФК по сумме 3-х фракций; более высоким соотношением С_ГК:С_ФК.

Рис. 5 Доля ГК, ФК и негидролизуемого остатка в составе (в среднем по трем полям)

Общим для обоих опытов является отрицательное воздействие систем минеральных удобрений. В опыте ВНИИ льна при этой системе в условиях крайне низких значений рН, и недостаточного поступления органического углерода с растительными остатками в льняном севообороте с чистым паром четко выражены признаки деградации органического вещества, приводящее к снижению продуктивности севооборота. В то время как на хорошо окультуренных почвах ЦОС ВНИИА, негативное влияние минеральных систем проявляется пока в виде слабой тенденции: более низкие значения содержания гумуса, гуминовых кислот и соотношением С_ГК:С_ФК, а также величинами оптической плотности в сравнении с другими вариантами опыта (рис. 6).

Влияние длительного применения удобрений на содержание активных компонентов в составе гумусовых веществ дерново-подзолистых почв

Изучение содержания подвижных гумусовых веществ (I-й фракции) по Тюрину. Результаты детальных исследований этой фракции в почве длительного опыта института льна с определением в ней ГК, ФК и их соотношения представлены в таблице 7. Полученные данные показали, что содержание гуминовых кислот первой фракции значительно различалось в почве вариантов этого опыта. Если применение органических удобрений повышало их содержание в сравнении с контролем во все годы проведения исследования, то в почве вариантов с применением минеральных удобрений содержание гуминовых кислот было значительно ниже, фульвокислот значительно выше, чем в контроле. Соотношение С_ГК:С_ФК в варианте с применением минеральных удобрений в образцах 1987 и 2003 гг. в 6 раз меньше, чем в других. Известкование (проведенное в 2004 г.) несколько улучшало этот показатель. Уменьшилась подвижность гумусовых веществ (содержание С, извлекаемого 0,1 н. NaOH вытяжкой), что для дерново-подзолистых почв является положительным моментом.



Рис. 6 Оптическая плотность гуминовых кислот (ГК-1+ГК-2) при разных длинах волн в опыте ЦОС ВНИИА

удобрение гумус почва органический

Содержание гуминовых кислот в этой вытяжке при применении NPK увеличивалось почти в 2 раза по сравнению с предыдущими годами, фульвокислот - уменьшалось с 50 до 36 %, повысилось соотношение С_ГК:С_ФК. Соотношение гуминовых и фульвокислот (С_ГК:С_ФК) в первой фракции является важным показателем направленности трансформации органического вещества почвы. Понижение этого соотношения является признаком развития процессов деградации органического вещества, снижения уровня плодородия почвы (Овчинникова М.Ф.). Показатели соотношения С_ГК:С_ФК I-й фракции в почвах вариантов с внесением минеральных удобрений во все годы наблюдений были значительно ниже, чем в контроле, что свидетельствовало о неблагоприятном воздействии многолетнего применения минеральной системы удобрения, вызывающее развитие процессов минерализации органического вещества за счет устойчивых компонентов, даже в большей степени, чем в контроле, на что указывают низкие значения коэффициента экстинкции Е.

7. Содержание подвижного углерода и групповой состав I-ой фракции по Тюрину. Опыт ВНИИ льна*

Вариант	1987 г.	2003 г.	2008 г.
	Cобщ	CNaOH	СГК	СФК	СГК:СФК	Cобщ	CNaOH	СГК	СФК	СГК:СФК	Cобщ	CNaOH	СГК	СФК	СГК:СФК
Варианты опыта с 1948 года
1.Без удобрений	0,70	0,32 45,7	0,03 4,3	0,29 41,4	0,10	0,62	0,28 45,2	0,06 9,7	0,22 35,5	0,27	0,58	0,27 46,6	0,03 5,2	0,24 41,4	0,13
9.Навоз 5 т/га	0,67	0,33 49,3	0,03 4,5	0,30 44,8	0,10	0,62	0,28 45,2	0,05 8,1	0,23 37,1	0,22	0,65	0,25 38,5	0,05 7,7	0,20 30,8	0,25
10.Навоз 10 т/га	0,71	0,34 47,9	0,05 7,0	0,29 40,9	0,17	0,72	0,31 43,1	0,03 4,2	0,28 38,9	0,11	0,66	0,27 40,9	0,04 6,1	0,23 34,8	0,17
11.NPK экв. 5 т/га навоза	0,62	0,32 51,6	0,01 1,6	0,31 50,0	0,03	0,55	0,26 47,3	0,01 1,8	0,25 45,5	0,04	0,58	0,23 39,6	0,02 3,4	0,21 36,2	0,10
12.Навоз 5 т/га+NPK экв. 10 т/га навоза	0,76	0,38 50,0	0,03 3,9	0,35 46,1	0,09	0,68	0,30 44,1	0,05 7,4	0,25 36,8	0,20	0,66	0,26 39,4	0,02 3,0	0,24 36,4	0,08
НСР0,5	0,04	0,03	0,02	0,03	-	0,03	0,03	0,02	0,03	-	0,04	0,03	0,02	0,03	-

*в над чертой - С, % к возд. сух. почве, под чертой - С, % к С_общ. почвы

17

В опыте СШ-2, как и в опыте ВНИИ льна, состав гумуса I-ой фракции представлен в основном подвижными гумусовыми веществами (I фракция составляет 26,5-37,1 % от С_общ. почвы) с преобладанием фульвокислот, которые составляют 23,4-31,9 % в зависимости от расположения поля опыта. Содержание группы наиболее ценных гуминовых кислот в составе 1 фракции на контрольных вариантах составляет от 5,4 до 8,2 %, тогда как на делянках с применением минеральных удобрений и ХСЗР - 3,0-5,2 % от С_общ. почвы. Отношение С_ГК:С_ФК, было особенно низким на минеральном фоне с ХСЗР и составляло 0,10-0,20, а на вариантах органо-минеральной системы - 0,21-0,35 (табл. 8).

8. Содержание подвижного углерода и групповой состав 1-ой фракции гумусовых веществ по Тюрину в опыте СШ-2^*

Вариант опыта	Cобщ %	CNaOH	СГК	СФК	СГК:СФК
Поле 1
Контроль	1,10	0,39 35,4	0,06 5,4	0,33 30,0	0,18
Фон 1+Г+Р+Ф	1,05	0,39 37,0	0,07 6,6	0,32 30,4	0,22
Фон 2+Г+Р+Ф	0,94	0,33 35,0	0,03 3,1	0,30 31,9	0,10
Поле 2
Контроль	1,09	0,37 33,8	0,09 8,2	0,26 25,6	0,32
Фон 1-(Навоз+NPK)	1,04	0,35 33,6	0,09 8,6	0,28 25,0	0,35
Фон 1+Г+Р+Ф	1,03	0,37 35,9	0,08 8,7	0,28 27,1	0,32
Фон 2-(NPK)	1,00	0,36 36,0	0,05 8,0	0,25 28,0	0,29
Фон 2+Г+Р+Ф	0,96	0,30 31,2	0,06 5,2	0,28 26,0	0,20
Поле 3
Контроль	1,06	0,34 32,0	0,06 5,6	0,28 26,4	0,21
Фон 1-(Навоз+NPK)	1,06	0,34 32,0	0,06 5,6	0,28 26,4	0,21
Фон 1+Г+Р+Ф	1,09	0,35 32,1	0,06 5,5	0,29 26,6	0,21
Фон 2-(NPK)	1,09	0,37 33,9	0,07 6,4	0,30 27,5	0,23
Фон 2+Г+Р+Ф	0,98	0,26 26,4	0,03 3,0	0,23 23,4	0,13
НСР0,5	0,06	0,04	0,02	0,05	-

*над чертой - С, % к возд. сух. почве, под чертой - С, % к С_общ. почвы

Таким образом, состав подвижных гумусовых веществ в опыте ЦОС ВНИИА был более благоприятным, чем в опыте ВНИИ льна, но наблюдается тенденция отрицательного воздействия применения минеральных систем и их сочетания с ХСЗР.

Определение содержания лабильного углерода (вытяжка 0,1М Na₄P₂O₇ при рН 7,0).

Пирофосфатная вытяжка в опыте ВНИИ льна не выявила значимых различий, как в вариантах опыта, так и в разные сроки наблюдения. Количество углерода, извлеченного этой вытяжкой, менялось от 23,9 до 31,5 % от С_общ. Взаимосвязи содержания лабильного углерода с С_общ с продуктивностью севооборота не установлено (табл. 9).

9. Содержание лабильного и извлекаемого ЭГВ углерода в длительном опыте ВНИИ льна*

Вариант	1987 г.	2003 г.	2008 г.
	Собщ %	CNa4P2O7 рН 7,0	CЭГВ	Собщ %	CNa4P2O7 рН 7,0	CЭГВ	Собщ %	CNa4P2O7 рН 7,0	CЭГВ
Варианты опыта с 1948 года
1.Без удобрений	0,70	0,18 26,0	0,03 4,7	0,62	0,18 28,7	0,02 4,0	0,58	0,17 29,2	0,02 3,8
9.Навоз 5 т/га	0,67	0,16 23,9	0,03 4,8	0,62	0,17 27,3	0,03 4,5	0,65	0,16 24,6	0,02 3,4
10.Навоз 10 т/га	0,71	0,18 25,6	0,04 5,8	0,72	0,17 24,0	0,02 3,1	0,66	0,16 24,8	0,03 3,9
11.NPK экв. 5 т/га навоза	0,62	0,17 27,4	0,04 5,8	0,55	0,17 31,5	0,02 3,3	0,58	0,16 28,2	0,02 4,1
12.Навоз 5 т/га+NPK экв. 10 т/га навоза	0,76	0,19 25,4	0,04 5,8	0,68	0,20 28,8	0,02 3,4	0,66	0,17 25,5	0,03 3,9
НСР0,5	0,04	0,02	0,02	0,03	0,02	0,02	0,04	0,02	0,02

*над чертой - С, % к возд. сух. почве, под чертой - С, % к С_общ. почв

Количество углерода, переходящего в эту вытяжку в опыте СШ-2, составляло от 18,4 до 26,8 % от С_общ почвы и изменялось в зависимости от поля и варианта опыта. Наименьшее содержание отмечалось на варианте с минеральной системой удобрения с ХСЗР и составляло 0,18 % С почвы на поле 2 (табл. 11). Действия различных вариантов опыта на этот показатель проявляется слабо.

Органическое вещество, извлекаемое горячей водой (ЭГВ).

Содержание углерода ЭГВ незначительное в почве опыта ВНИИЛ, оно составляло всего 33-44 мг/100г почвы (3,4-5,8 % от С_общ почвы), табл. 9, но его роль в формировании урожая возделываемых культур весьма важна. Установлены взаимосвязи между содержанием C_ЭГВ и содержанием гумуса, С подвижной фракции гумуса, а также продуктивностью севооборота. Взаимосвязь общего углерода с продуктивностью уменьшалась по годам по мере снижения плодородия почвы, в связи с неблагоприятным воздействием длительного применения систем удобрения без известкования.

В 5-й ротации (1980-1988 гг.) продуктивность севооборота составила 23,4-45,4 ц з.е./га/год, коэффициент корреляции r равен 0,81. В 7-ой (1996-2003 гг.) ротации при продуктивности 15,0-30,1 ц з.е/га - r = 0,40 (табл. 10). При этом в обеих ротациях продуктивность севооборота в варианте с применением минеральной системы удобрения меньше, чем при органической системе (навоз 5 т/га), эквивалентной по содержанию элементов питания.

10. Продуктивность севооборота, ц/га з.ед. (опыт ВНИИ льна)

Вариант	Ротация
	5	6	7
1.Без удобрений	23,4	20,6	15,0
9.Навоз 5 т/га	36,7	48,3	24,7
10.Навоз 10 т/га	42,3	60,2	29,7
11.NPK экв. 5 т/га навоза	32,0	33,1	23,7
12.Навоз 5 т/га+NPK экв. 10 т/га навоза	45,4	58,0	30,1

Вместе с тем продуктивность севооборота и урожайность основной культуры - льна-долгунца в варианте с минеральной системой удобрения заметно превышали контроль, но уступали варианту с внесением навоза с эквивалентной дозой питательных веществ.

Содержание углерода, экстрагируемого горячей водой, в почве опыта СШ-2 составляет близкую величину: 3,8-5,8 % от С_общ почвы или 36-58 мг С на 100 г почвы (табл. 11). В сравнении с данными других опытов - это достаточно высокое содержание, указывающее на хорошую окультуренность почв. На контрольном варианте количество водорастворимого углерода не уступает исследуемым вариантам с внесением органических и минеральных удобрений. Видимо это связано с высоким последействие органо-минеральных систем удобрений, применяемых в течении первых 4-х ротаций, а также наличие в составе севооборота многолетних трав, оставляющих в почве большую биомассу органического вещества. Наиболее высокие урожаи на делянках с внесением ХСЗР как на навозно-минеральном, так и на минеральном фонах значительно улучшали условия минерального питания растений за счет подавления жизнедеятельности сорных растений и защиты посевов от вредителей и болезней.

Исследование содержания активных компонентов органического вещества почв длительного опыта ВНИИ льна четко показало, что примененные системы удобрения в льняном севообороте не позволили сохранить естественное плодородие почв в исходном состоянии. Если органические удобрения поддерживают уровень содержания гумуса и несколько улучшали качественные показатели органического вещества по сравнению с контролем, то применение минеральной системы удобрения усугубляет неблагоприятные природные свойства гумуса, ухудшая его состав.

В длительном опыте СШ-2, на всех вариантах, где на протяжении 18 лет использовали органоминеральную систему удобрения и проводили периодическое известкование, создана хорошо окультуренная почва.

11. Содержание лабильного и извлекаемого ЭГВ углерода в опыте СШ-2*

Вариант опыта	Собщ%	CNa4P2O7 рН 7,0	CЭГВ	Урожайность ячменя, ц/га
Поле 1
Контроль	1,10	0,29 26,3	0,05 4,7	13,8
Фон 1+Г+Р+Ф	1,05	0,28 26,5	0,05 4,8	41,7
Фон 2+Г+Р+Ф	0,94	0,25 26,8	0,05 5,5	41,5
Поле 2
Контроль	1,09	0,20 18,4	0,06 5,3	16,3
Фон 1-Навоз+NPK	1,04	0,21 19,9	0,05 4,6	31,1
Фон 1+Г+Р+Ф	1,03	0,20 19,9	0,05 4,7	44,6
Фон 2-(NPK)	1,00	0,20 20,1	0,04 4,4	26,3
Фон 2+Г+Р+Ф	0,96	0,18 19,0	0,04 3,8	43,9
Поле 3
Контроль	1,06	0,20 18,4	0,04 4,0	17,9
Фон 1-Навоз+NPK	1,06	0,22 20,6	0,04 4,1	34,6
Фон 1+Г+Р+Ф	1,09	0,22 20,1	0,05 4,3	42,9
Фон 2-(NPK)	1,09	0,23 21,1	0,05 4,9	33,9
Фон 2+Г+Р+Ф	0,98	0,20 20,0	0,04 4,5	41,4
НСР0,5	0,06	0,05	0,06	-

*над чертой - С, % к возд. сух. почве, под чертой - С, % к С_общ. почвы

Введение фона с минеральными удобрениями и варианта «контроль без удобрений» за 30 лет (1978-2008 гг.) привело к появлению отрицательных тенденций в состоянии органического вещества почвы; уменьшению содержания гумуса, увеличению степени его подвижности, снижению содержания гуминовых кислот в его составе. В дальнейшем эти неблагоприятные тенденции могут усиливаться и привести к деградации качественного состава гумуса, снижению плодородия почв.

Показатель содержания активных компонентов дает дополнительную ценную информацию о состоянии органического вещества почв при использовании различных систем удобрения реагируя на это воздействие, значительно раньше, чем показатели содержания гумуса (С_орг почвы), что позволяет во время выявить признаки деградации и скорректировать системы удобрения для сохранения содержания и улучшения качественного состояния гумуса.

Потенциальная активность окисления органического вещества в зависимости от системы удобрения в опыте ВНИИ льна

Для оценки качества органического вещества по доступности его микробиологическим сообществам в аэробных условиях был проведен инкубационный эксперимент. Время инкубации с измерением динамики выделения СО₂ составило более 1 месяца. Для почв вариантов полевого опыта скорость окисления органического углерода уменьшалась в течение инкубационного эксперимента. Через 8 суток после начала инкубации скорость на разных вариантах составляла 6,4-15,7, через 31 сут. - 2,9-4,0 мкг С на 1 г сухой почвы в сутки.

Коэффициент скорости окисления органического углерода для разных вариантов составлял от 0,042 до 0,058 сут^-1в 1987 году. Более низкое значение отмечалось на варианте с ми...