Размещено на http://www.allbest.ru/

АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ АНТРОПОГЕННЫХ ФАКТОРОВ НА ПЛОДОРОДИЕ ПОЧВЫ, УРОЖАЙНОСТЬ И КАЧЕСТВО КОРНЕПЛОДОВ САХАРНОЙ СВЕКЛЫ

Специальность 06.01.04 - агрохимия

Автореферат диссертации на соискание учёной степени

кандидата сельскохозяйственных наук

Супрун Светлана Васильевна

Москва 2008

Диссертационная работа выполнена в Государственном научном учреждении Научно - исследовательский ордена Трудового Красного Знамени нститут сельского хозяйства Центрально - Чернозёмной полосы им. В.В. Докучаева Российской академии сельскохозяйственных наук

Научный руководитель - доктор сельскохозяйственных наук, профессор, Заслуженный деятель науки РФ, Рымарь Валерий Трофимович

Официальные оппоненты - доктор сельскохозяйственных наук, профессор Державин Леонид Михайлович Доктор сельскохозяйственных наук, профессор Воронин Василий Михайлович

Ведущая организация - ФГУ САС «Таловская»

Защита состоится « 4 » декабря 2008 года в 14:00 часов, на заседании диссертационного совета Д 006.029.01 при Всероссийском научно-исследовательском институте агрохимии имени Д.Н.Прянишникова

Адрес: 127550, г.Москва, ул. Д.Н.Прянишникова, д.31а, ГНУ ВНИИА

Отзывы на автореферат в 2-х экземплярах, заверенных по установленной форме можно присылать по адресу: 127550, г.Москва, ул. Д.Н.Прянишникова, д.31а

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГНУ ВНИИА

Автореферат разослан « » 2008 года

Учёный секретарь

диссертационного совета С.И.Цыганок

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Экономический рост и благосостояние государства зависят от эффективности функционирования АПК, в составе которого важное место принадлежит свеклосахарному подкомплексу как одному из высокоиндустриальных и энергоемких производств.

Центральное Черноземье относится к ведущим свеклосеющим регионам России, однако в условиях перехода к рыночным отношениям проводимые в последние годы структурные преобразования свекловодческой отрасли повлекли за собой спад урожайности сахарной свеклы и значительное сокращение валовых сборов корнеплодов. Причиной этого явился диспаритет цен на сырье - с одной стороны, и энергоносители, удобрения, средства защиты растений, налоги - с другой.

В результате сокращения применения минеральных и органических удобрений повсеместно отмечается дегумификация и декальцинирование пахотного слоя, нарушение баланса питательных элементов вследствие превышения их выноса с урожаем над возвратом с удобрениями, агрофизическая деградация, биологическое обеднение. По экспертной оценке, вследствие сокращения объемов внесения в почву минеральных удобрений, ежегодно недополучено сельскохозяйственной продукции стоимостью более 4 млрд. долларов (Басманов А.Е., 2001).

Общепризнано, что самым быстродействующим и эффективным приемом повышения продуктивности земледелия являются агрохимические средства. По подсчетам специалистов, для намеченного производства сельскохозяйственной продукции в России на 2010 г. и обеспечения сохранения плодородия почв объем применения минеральных удобрений должен составить 8,5 млн. т д.в., в настоящее же время годовое количество вносимых удобрений составляет 1,4 млн. т д.в. (Сычев В.Г., 2004).

В обстановке ограниченных ресурсов сохранение агроэкосистем в устойчивом состоянии и одновременное поддержание почвенного плодородия требует совершенствования использования средств химизации, разработки технологий применения дешевых местных сырьевых ресурсов в качестве удобрений.

При решении этих проблем достоверную информацию получают в результате многолетних стационарных полевых опытов с длительным применением удобрений в севооборотах, проведение которых основано на комплексном подходе к изучению закономерностей взаимодействия удобрений с почвой и растениями.

Цель исследований. Разработать приемы управления почвенным плодородием с помощью различных сочетаний агрохимических средств, обеспечивающих устойчивую продуктивность сахарной свеклы и получение экологически безопасной продукции.

Задачи исследований:

1. Оценить влияние различных систем удобрений на характер и направленность изменений физико-химических, химических, агрофизических и биологических показателей чернозема обыкновенного.

2. Выяснить параметры содержания основных элементов в почве, обеспечивающих оптимизацию питания растений сахарной свеклы, максимальную урожайность корнеплодов высокого качества.

3. Определить биохимический состав растениеводческой продукции в зависимости от применяемых средств химизации.

4. Дать экологическую оценку различных приемов применения агрохимических средств на содержание в почве и растениеводческой продукции тяжелых металлов и нитратов.

5. Определить вынос питательных веществ основной продукцией сахарной свеклы с учетом побочной при различных системах удобрения.

6. Дать биоэнергетическую и экономическую оценку применяемых агроприемов. химизация удобрение растениеводческий чернозем

Научная новизна. Впервые дается сравнительная оценка действия различных систем удобрения на фоне кальцийсодержащих мелиорантов на черноземе обыкновенном ЦЧЗ на урожайность и качество продукции сахарной свеклы.

Установлена максимальная урожайность корнеплодов сахарной свеклы от применения органо-минеральной системы удобрения и внесения в пар зернопаропропашного севооборота кальцийсодержащих соединений (5 т/га карбоната кальция или 5 т/га дефеката) - 54,3-55,4 т/га, сбор сахара при этом составил 6,52-7,42 т/га.

Доказано, что применение кальцийсодержащих удобрений улучшает состав почвенно-поглощающего комплекса, повышая содержание обменного кальция, обеспечивает повышение содержания в почве подвижных форм фосфора, обменного калия, при этом не изменяя экологической обстановки окружающей среды.

Защищаемые положения.

1. Комплексное применение кальцийсодержащих мелиорантов, минеральных и органических удобрений на черноземе обыкновенном способствует сохранению и воспроизводству почвенного плодородия, повышая насыщение почвенно-поглощающего комплекса кальцием, гумусонакопление, содержание в почве минерального азота, подвижного фосфора и обменного калия.

2. Совместное использование мелиорантов, туков и органических удобрений оказывает стимулирующее воздействие на численность и активность микробоценоза, общую биогенность и ферментативную активность чернозема обыкновенного.

3. Изучаемые системы удобрения существенно не изменяют природных уровней тяжелых металлов, концентрация в почве и растениях значительно ниже ПДК, но повышают содержание нитратов в растениеводческой продукции в 1,2-1,4 раза, однако их количество также ниже ПДК, поэтому полученная товарная продукция сахарной свеклы экологически безопасна.

4. Комплексное взаимодействие кальцийсодержащих соединений и органо-минеральной системы удобрения под сахарную свеклу обеспечивает максимальный прирост урожая, сбора сахара, прибыли с единицы площади.

Практическая значимость. Полученные экспериментальные результаты достоверно подтверждены сохранением почвенного плодородия, повышением урожайности и являются практической основой для эффективности применения комплекса агрохимических средств при возделывании сахарной свеклы в условиях зернопаропропашного севооборота на черноземе обыкновенном ЦЧЗ.

Проведенные исследования позволили предложить свеклосеющим хозяйствам ЦЧЗ с различными организационно-экономическими возможностями альтернативные варианты систем удобрения под сахарную свеклу, обеспечивающие воспроизводство плодородия чернозема обыкновенного, получение с 1 га пашни прибавки урожая до 7,7 т/га, увеличение сбора сахара на 1,5 т/га, что выше контроля на 25,5%.

Результаты исследований могут найти практическое применение при разработке рекомендаций по применению кальцийсодержащих мелиорантов совместно с различными системами удобрения.

Реализация результатов исследований. Проведенные исследования включены в проектную документацию ФГУ станции агрохимической службы «Таловская» при разработке систем применения удобрений в севооборотах сельскохозяйственных предприятий Воронежской области, прошли производственную проверку в ГУП ОПХ «Докучаевское».

Апробация работы и публикации. Результаты исследований докладывались на заседании Территориального Координационного совета «Проблем земледелия ЦЧЗ» (19-20 мая 2005 г., Каменная Степь), на Всероссийской научной конференции, посвященной 70-летию кафедры почвоведения и агрохимии «Черноземы России: экологическое состояние и современные почвенные процессы» (25-28 сентября 2006 г., Воронеж), на Международной научно-практической конференции «Четверть века на страже плодородия» (30 мая - 2 июня 2006 г., Белгород), на заседаниях проблемного и ученого совета ГНУ НИИСХ ЦЧП им. В.В. Докучаева РАСХН в 2004-2007 гг. По теме диссертации опубликовано 4 статьи.

Структура и объём диссертации. Диссертация изложена на 191 странице машинописного текста, состоит из введения, 8 глав, выводов и предложений производству. Текстовая часть работы иллюстрирована 25 таблицами, 12 рисунками. Список использованной литературы включает 297 наименований, в том числе 20 на иностранных языках. Приложения содержат 40 таблиц и 1 акт о внедрении НИР.

Проведенные исследования являются составной частью НИР отдела агрохимии ГНУ НИИСХ ЦЧП им. В.В. Докучаева РАСХН по выполнению государственной темы 05.02.01 «Теоретически обосновать оптимальный ассортимент удобрений и других средств химизации в технологиях возделывания сельскохозяйственных культур для плодородия почв и продуктивности растений».

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

В данной главе проведен анализ отечественных и зарубежных исследований по влиянию различных систем удобрения на плодородие чернозема, урожайность и качество корнеплодов сахарной свеклы.

Несмотря на накопленный обширный опыт применения удобрений под сахарную свеклу, в условиях дефицита материально-технических средств возникает необходимость совершенствования технологий возделывания этой культуры, поиска путей эффективного использования удобрений и приемов повышения продуктивности и качества корнеплодов свеклы.

2. ОБЪЕКТ И МЕТОДИКИ ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

Каменная Степь, где проводились исследования, занимает восточную часть Воронежской области. Климат ее континентальный, с относительно холодной зимой, жарким, нередко засушливым летом.

Погодные условия в годы проведения исследований (2004-2006) складывались по-разному, что оказало определенное влияние на рост и развитие растений сахарной свеклы, эффективность удобрений, величину и качество урожая. Количество осадков по годам изменялось от 610 до 683 мм, в то время как по среднемноголетним данным оно составляет 459 мм. Температурный режим вегетационных периодов в среднем был 16,1^оС при среднемноголетнем значении 15,0^оС.

Экспериментальные исследования проводились в стационарном полевом опыте отдела агрохимии, заложенном в 2001 году, в агроценозе сахарной свеклы сорта Рамонская односемянная 47 в звене севооборота пар - озимая пшеница - сахарная свекла по следующей схеме: 1. Контроль (без удобрений), 2.NPK; 3. Навоз + NPK; 4.Карбонат кальция + NPK; 5. Навоз + карбонат кальция + NPK; 6. Дефекат + NPK; 7. Навоз + дефекат + NPK.

Навоз в дозе 40 т/га, карбонат кальция, дефекат по 5 т/га внесены в черный пар. Под сахарную свеклу вносилась рекомендуемая доза N₁₂₀P₁₂₀K₁₂₀ осенью в основную обработку в виде азофоски (NPK 16%). Подстилочный полуперепревший навоз КРС содержал 0,5% азота, 0,25% фосфора, 0,6% калия. Карбонат кальция, выпускаемый Россошанским ОАО «Минудобрения» в своем составе содержал - СаСО₃(86%), азот (1,5%), фосфор (1,25%), калий (0,8%). Дефекат, являющийся отходом Елань-Коленовского свеклосахарного завода, имел следующий состав: СаСО₃ (76%), азот (0,5%), фосфор (1,1%), калий (1,0%).

Повторность опыта четырехкратная. Размещение делянок систематическое, последовательное. Посевная площадь делянок 45 м² (3 х 15), учетная 27м² (0,45 х 15 х 4). Агротехника возделывания сахарной свеклы проводилась в соответствии с рекомендациями для Воронежской области. Уборку урожая проводили поделяночно вручную. Урожайные данные обрабатывали методом дисперсионного анализа с помощью персонального компьютера по Б.А. Доспехову (1985). Биоэнергетическую оценку изучаемых приемов окультуривания почв выполняли по методике биоэнергетической оценки технологий производства продукции растениеводства (1983).

Почва опытного участка - чернозем обыкновенный среднемощный, среднегумусный, тяжелосуглинистый со следующей агрохимической характеристикой пахотного слоя: гумус - 6,71 %, рН солевой вытяжки - 6,0, гидролитическая кислотность - 1,67 мг-экв./ 100 г почвы, сумма поглощенных оснований - 40,18 мг-экв./100 г, подвижный фосфор - 85,0 мг/кг, обменный калий - 160,0 мг/кг.

Химические анализы почвенных и растительных образцов проводились в лабораториях ГНУ НИИСХ ЦЧП им. В.В. Докучаева РАСХН, ФГУ ГСАС «Таловская» по методикам: гумус по Тюрину (ГОСТ 23740-79), сумма поглощенных оснований - по Каппену (ГОСТ 27821 - 88), обменные Са и Mg - трилонометрически (ГОСТ 26 487 - 85), рН - потенциометрически (ГОСТ 26483-85), гидролитическая кислотность - по Каппену (ГОСТ 26212-91), нитратный азот - спектрофотометрически (ГОСТ 26951-86), аммонийный азот - по Коневу с реактивом Несслера (ГОСТ 26489-85), подвижный фосфор, обменный калий - по Чирикову (ГОСТ 26204-84, ГОСТ 26204-91), тяжелые металлы - атомно-абсорбционным методом.

Анализы растительных образцов: азот - по Къельдалю (ГОСТ 13496.4-93), фосфор - ванадо-молибдатным методом (ГОСТ 26657-97), калий - на пламенном фотометре (ГОСТ 30504-97), кальций - трилонометрически (ГОСТ 26570-95), NO₃ - ионометрически (ГОСТ 26488-85), влага - весовым методом (ГОСТ 13496.3-92), сахароза - оптическим методом (ГОСТ 13496.2-91), тяжелые металлы - атомно-абсорбционным методом (ГОСТ 26929-86).

Влажность почвы - взятием проб через 10 см на глубину 1,0 м и высушиванием их до постоянного веса при температуре 105^оС (ГОСТ 28268-89), определение водопрочности почвенных агрегатов - прибором Бакшеева методом качания сит микробиологическая активность почвы - по методу Теппера, ферментативная активность почвы - по унифицированным методам Галстяна, фенологические наблюдения - по методике Госкомиссии по сортоиспытанию сельскохозяйственных культур (1971).

3. ВЛИЯНИЕ УДОБРЕНИЙ НА АГРОХИМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ЧЕРНОЗЕМА ОБЫКНОВЕННОГО

3.1. Влияние агрохимических средств на содержание гумуса в почве

Внесение рекомендуемой дозы удобрений под сахарную свеклу N₁₂₀P₁₂₀K₁₂₀ способствовало повышению количества гумуса на 1,5 относительных процента от контрольного варианта, на котором содержание гумуса составляло 6,7% (рисунок 1).

Рис. 1 Влияние применения удобрений на содержание гумуса под сахарной свеклой в слое почвы 0-30 см, 2004-2006 гг.

Использование минеральных удобрений на фоне 40 т/га навоза, 5 т/га карбоната кальция увеличивало содержание гумуса на 3,0%. На варианте с использованием рекомендуемой дозы удобрений на фоне внесения 5 т/га дефеката содержание гумуса повышается на 4,5%. Оптимальными для гумусонакопления являются варианты с совместным использованием на фоне навоза карбоната кальция, дефеката и минеральных туков, которые повышают содержание гумуса на 6,0%.

3.2. Динамика содержания нитратного и аммонийного азота в почве

В результате проведенных наблюдений за динамикой N-NO₃ в слое почвы 0-30 см под сахарной свеклой (таблица 1) установлено, что на контрольном варианте в среднем за вегетационные периоды (2004-2006 гг.) содержание нитратного азота 10,4 мг/кг.

Таблица 1

Динамика содержания N-NО₃ под сахарной свеклой в слое почвы 0-30 см в 2004-2006 гг., мг/кг

Азотные туки усиливают нитратонакопление в почве на 1,9%. При внесении навоза в почву вместе с минеральным азотом и энергетическим материалом, необходимым для жизнедеятельности микроорганизмов, поступает дополнительное количество микрофлоры, которая использует частично минеральный азот почвы, сдерживает мобилизационную способность почвы в первый период взаимодействия и снижает запасы нитратов самой почвы. Использование кальцийсодержащих материалов (карбоната кальция, дефеката) совместно с минеральными туками мобилизует нитратный азот, увеличивая его концентрацию на 10,6-26,0%. Внесение 5 т/га карбоната кальция увеличивает нитратную фракцию азота на 23,6% относительно варианта с применением туков. Комплексное использование органо-минеральных удобрений и кальцийсодержащих соединений повышает содержание N-NO₃ в почве под сахарной свеклой на 20,2-23,1%. На этих вариантах отмечается максимальная аккумуляция минерального азота в метровом горизонте.

Сезонные изменения содержания минерального азота в черноземе обыкновенном под сахарной свеклой носят однонаправленный характер: весенний максимум в начале вегетации и минимальное его количество в июле-августе. Летом, в период наиболее интенсивного роста и развития растений, из-за ограниченных запасов продуктивной влаги, процессы нитрификации затухают, и содержание нитратного азота снижается в 2,5 раза относительно максимального его накопления.

3.3. Динамика содержания подвижного фосфора

Концентрация подвижного фосфора на контроле 96,5 мг/кг соответствует средней обеспеченности по существующей группировке почв (таблица 2).

Таблица 2

Динамика содержания Р₂О₅ под сахарной свеклой в слое почвы 0-30 см в 2004-2006 гг., мг/кг

Удобрения оказывают существенное влияние на мобилизацию фосфорной кислоты, улучшая фосфатный режим почвы на 11,0-22,7%. В результате применения минеральных туков содержание подвижного фосфора повысилось на 11,0%. Внесение подстилочного навоза и минеральных удобрений способствовало повышению аккумуляции подвижных фосфатов в пахотном слое почвы на 15,5%. Внесение минеральных удобрений на фоне мелиорантов в виде карбоната кальция и дефеката в дозе 5 т/га повышало концентрацию фосфора на 22,3 и 17,3% соответственно. Последействие карбоната кальция, как на минеральном, так и на органо-минеральном фоне обеспечивало достоверное повышение содержания Р₂О₅ в пахотном слое почвы. Процесс пополнения подвижного фосфора в почве наиболее интенсивно осуществлялся на варианте совместного использования минеральных, органических и кальцийсодержащих удобрений, где концентрация фосфора выше на 17,2 - 22,3%, что способствует достижению оптимального уровня фосфатного режима и соответствует 118,4 мг/кг почвы, т.е. повышенному содержанию по обеспеченности Р₂О₅.

Содержание усвояемого фосфора в течение вегетации нестабильно. По всем вариантам опыта наблюдается тенденция к уменьшению содержания Р₂О₅ от фазы смывания в рядках и междурядьях к уборке.

3.4. Динамика содержания обменного калия

Несмотря на высокую обеспеченность чернозема обыкновенного калием, применение удобрений в агроэкосистеме зернопаропропашного севооборота оказывает положительное влияние на калийный режим почвы (таблица 3). Содержание обменного калия на удобренных вариантах по сравнению с контролем выше на 8,1-20,7% и варьировало от 184,7 до 206,2 мг/кг, при содержании на контроле 170,9 мг/кг. Внесение 180 кг д.в. К₂О/ га под озимую пшеницу (предшествующую культуру) и сахарную свеклу увеличивает содержание обменного калия на 13,8 мг/кг. При использовании минеральных туков на фоне внесения навоза концентрация К₂О в слое почвы 0-30 см достоверно повышается на 12,5% относительно контроля.

Таблица 3

Динамика содержания К₂О под сахарной свеклой в слое почвы 0-30 см в 2004-2006 гг., мг/кг

Последействие 40 т/га навоза, внесенного в паровое поле, повышает количество обменного калия на 4,0% по отношению к варианту с использованием туков. Применение карбоната кальция и дефеката повышает концентрацию этого элемента в почве на 11,2-20,7% относительно контрольного варианта и на 2,9-11,6% по отношению к варианту с внесением минеральных удобрений. Комплексное использование на органо-минеральном фоне кальцийсодержащих соединений способствовало также достоверному повышению обменного калия, увеличивая его концентрацию на 13,3-17,7% относительно контрольного варианта.

3.5. Изменение физико-химических показателей

Значение рН _KCL на контрольном варианте, а также на вариантах с внесением минеральных туков и органических удобрений, соответствовало 6,4 единицам. При использовании кальцийсодержащих мелиорантов как на минеральном, так и на органо-минеральном фоне отмечается тенденция к снижению обменной кислотности на 1,6%.

Применение агрохимических средств влияет на состав обменных катионов ППК (рисунок 2).

Рис. 2 Содержание катионов Са под сахарной свеклой в слое почвы 0-30 см, 2004-2006 гг.

Внесение минеральных удобрений в меньшей степени способствует повышению количества Са⁺⁺ и Mg ⁺⁺, чем другие агроприемы, увеличивая их концентрацию на 1,9 и 7,7% соответственно. Органо-минеральные удобрения способствуют повышению этих катионов на 3,4 и 25,0%. Внесение в запас 5 т/га карбоната кальция и дефеката во взаимодействии с минеральными туками повышает количество обменного кальция на 1,3-1,7, магния - на 1,0-1,2 мг-экв./100 г почвы или на 5,0-6,5 и 19,2-23,1%. Комплексное внесение кальцийсодержащих соединений на органо-минеральном фоне способствует максимальной аккумуляции катионов Са⁺⁺ и Mg⁺⁺. Так, использование 5 т/га карбоната кальция на фоне внесения органических и минеральных удобрений повышает количество обменного кальция на 6,5 % и обменного магния на 26,9%. Внесение 5 т/га дефеката на этом же фоне улучшает состав обменных катионов на 7,7 и 26,9% соответственно.

3.6. Аккумуляция микроэлементов и тяжелых металлов

Черноземы обыкновенные Каменной Степи характеризуются низкой обеспеченностью подвижными формами цинка и меди, определяемых в вытяжке ацетатно-аммонийного буферного раствора с рН 4,8. Фоновое значение цинка составило 0,6, меди - 0,4 мг/кг. Использование всех агрохимических средств не оказало влияния на их аккумуляцию в пахотном горизонте под сахарной свеклой. Антропогенные факторы также не способствуют накоплению тяжелых металлов в почве (свинца, кадмия), их концентрация значительно ниже ПДК, поэтому полученная в этих условиях сельскохозяйственная продукция может быть использована при производстве экологически безопасных продуктов питания.

4. ИЗМЕНЕНИЕ АГРОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОЧВЫ ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ СРЕДСТВ ХИМИЗАЦИИ

Минеральные удобрения повышают запас продуктивной влаги на 19,7% в пахотном горизонте, далее в слое 0-50 см на 15,0 % и в слое 0-100 см - на 8,7%. Применение минеральных туков на фоне последействия 40 т/га навоза улучшает послойное влагонакопление на 27,5%, 26,9 и на 35,8% соответственно. На 7 варианте (навоз + дефекат + NPK) на момент уборки количество продуктивной влаги во всех горизонтах ниже, чем на контроле, по-видимому, ввиду наибольшей урожайности этого варианта.

На вариантах с применением агрохимических средств при улучшении питательного режима почвы наблюдается более экономное расходование воды растениями на образование урожая. При применении минеральных удобрений расход влаги уменьшался на 8,8%. Минеральные туки на фоне кальцийсодержащих мелиорантов снижают коэффициент на 4,4-16,4%, органо-минеральная система удобрения снижала коэффициент расхода воды на 18,8%. Использование минеральных удобрений на органическом фоне и фоне внесения карбоната кальция и дефеката способствует снижению этого показателя относительно варианта без применения агрохимических средств на 10,3-21,6%.

Органо-минеральная система удобрений повышала количество агрономически полезной структуры агрогенного горизонта на 3,2 относительных процента. Совместное взаимодействие органо-минеральных удобрений и кальцийсодержащих соединений повышает водопрочность агрегатов на 4,3-5,6%.

5. БИОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЧВЫ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ РАЗЛИЧНЫХ СИСТЕМ УДОБРЕНИЯ

Исследование различных систем удобрения выявило стимулирующее воздействие на численность и активность таких агрономически важных групп, как аммонифицирующих, нитрифицирующих, азотфиксирующих, целлюлозоразрушающих микроорганизмов (таблица 4). Максимальный рост числа микроорганизмов, учтенных на мясо-пептонном агаре, на варианте с применением туков на фоне 5 т/га карбоната кальция, где их количество выше контроля на 54,9%. Использование 5 т/га дефеката совместно с рекомендуемой дозой минеральных туков повышает количество аммонификаторов на 42,7%. Комплексное использование кальцийсодержащих соединений на органо-минеральном фоне увеличивает число микроорганизмов на крахмало-аммиачном агаре, ассимилирующих минеральный азот, на 30,5-44,7%, численность актиномицетов на 35,5%, минерализаторов гумуса на 31,0-53,0%, микроскопических грибов на 47,0-48,3%. Целлюлозолитическая активность микроорганизмов наиболее благоприятно складывалась на варианте внесения 5 т/га дефеката органо-минерального фона, которая превышала контроль на 12,4%. Применение дефеката способствует повышению активности несимбиотических азотфиксаторов в 2,0-2,3 раза.

Таблица 4

Структура микробного ценоза под сахарной свеклой в слое почвы 0-30 см в 2004-2006 гг.

Анализ суммарной биологической активности почвы аппликационным методом показал, что под воздействием различных систем удобрения возрастает накопление аминокислот на льняном полотне, увеличивается биохимическая активность комплекса целлюлозоразлагающих микроорганизмов, повышается активность каталазы, инвертазы.

6. БИОХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ РАСТЕНИЕВОДЧЕСКОЙ ПРОДУКЦИИ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ПРИМЕНЯЕМЫХ СРЕДСТВ ХИМИЗАЦИИ

6.1. Динамика макроэлементов в растениях сахарной свеклы и вынос их продукцией

На азотонакопление сахарной свеклы существенную роль играет дефекат как на минеральном, так и на органо-минеральном фоне, где концентрация азота в корнеплодах выше контрольного варианта на 22,0-23,0% в фазу смыкания в рядках и на 8,2-9,3% в период уборки (таблица 5).

Таблица 5

Химический состав растениеводческой продукции сахарной свеклы в 2004-2006 гг., % абс. сухого вещества

Последействие карбоната кальция на этих же фонах повышает количество азота относительно контроля на 7,7-15,4% в первый срок определения и на 2,1-8,2% в период уборки. Концентрация Р₂О₅ как в корнеплодах, так и в листовой пластинке в определяемые сроки практически не зависела от используемых удобрений. Аналитические данные о содержании калия в корнеплодах сахарной свеклы в период смыкания в рядках показали, что в наибольшей степени на накопление калия влияет комплексное взаимодействие органо-минеральных удобрений и 5 т/га дефеката, повышая его количество на 38,2%. На накопление СаО в корнеплодах применяемые средства окультуривания играли позитивную роль только в начальный период вегетации. При применении дефеката на минеральном и органо-минеральном фоне количество кальция в корнях повышается на 18,8-31,3%. Последействие карбоната кальция и навоза способствует повышению этого элемента на 12,5%.

По хозяйственному выносу элементов питания основной продукцией с учетом побочной можно сказать, что повышение выноса азота, фосфора и калия сахарной свеклой на вариантах происходило за счет роста урожая и повышения содержания элементов питания в растениях.

6.2. Динамика микроэлементов и тяжелых металлов в растениях сахарной свеклы

Применение туков повышает концентрацию цинка в корнеплодах на 16,6% в период смыкания в рядках и на 6,7% во время уборки, в листовой пластинке на 17,2% (таблица 6).

Таблица 6

Содержание микроэлементов и тяжелых металлов в растениеводческой продукции сахарной свеклы в 2004-2005 гг., мг/кг

Органо-минеральная система удобрения способствует повышению количества этого микроэлемента в корнях от 22,2 до 54,3%. На этом фоне цинконакопление в листьях повышается на 51,6%. Максимальная аккумуляция Zn на вариантах комплексного взаимодействия органо-минеральных удобрений и кальцийсодержащих соединений, где его количество выше контрольного варианта на 41,5-74,5% в корнеплодах в фазу смыкания в рядках и на 56,7-61,1% во время уборки. В листьях этот агрофон повышает концентрацию цинка в 1,7 раза.

Содержание меди в корнеплодах сахарной свеклы колеблется от 3,1 до 6,5 мг/кг сухого вещества, в листьях от 4,3 до 11,2 мг/кг. При комплексном использовании всех изучаемых систем удобрения (5,7 вариант) концентрация Сu в корнеплодах повышается практически в 2 раза в летний период и в 1,8 раза осенью.

Используемые агрохимические средства не повышают концентрацию свинца как в основной, так и в побочной продукции. Кальцийсодержащие мелиоранты на минеральном фоне снижают количество свинца в корнеплодах на 33,3-39,2%, на органо-минеральном фоне на 16,7-43,3%. В листьях эффективность кальцийсодержащих соединений по снижению концентрации Pb ниже, чем в корнеплодах. К уборке концентрация свинца в корнях ниже ПДК в 10 раз.

Органо-минеральная система удобрения иммобилизует подвижные формы кадмия в корнеплодах на 33,3%, в листьях - на 32,1%. Детоксикационным действием для корнеплодов обладает дефекат как на минеральном, так и на органо-минеральном фоне, где количество кадмия ниже контрольного варианта на 8,7-17,4% в период смыкания в рядках и на 22,2-27,8% в осенний период. Концентрация кадмия в корнеплодах ниже ПДК в 3,7-7,7 раза.

6.3. Динамика нитратов в растениях сахарной свеклы

Сахарная свекла относится к культуре, накапливающей нитраты в растениях в значительном количестве. Концентрация нитратов в корнеплодах свеклы к уборке снижается на 6,7%, в листьях - на 8,1%. На период уборки количество ассимилированного нитратного азота в корнях варьировало в диапазоне от 438 до 776 мг/кг при ПДК 800 мг/кг сырой массы, т.е. концентрация нитратов в корнеплодах при всех изучаемых агроприемах не превышала ПДК (рисунок 3).

Рис. 3 Содержание нитратов в растениеводческой продукции сахарной свеклы в 2004-2006 гг. в период уборки урожая, мг/кг

На варианте с применением туков количество нитратов как в корнеплодах, так и в ботве ниже контрольного варианта.

Последействие карбоната кальция и дефеката на фоне туков активизировало нитратонакопление в корнях на 27,9-19,1 % и 23,4-24,6% соответственно, на органо-минеральном фоне количество нитратного азота выше контроля на 19,0-39,8%. Количество нитратов в ботве свеклы на период уборки варьировало в диапазоне 557-1480 мг/кг сырой массы при ПДК 2000 мг/кг.

7. ВЛИЯНИЕ АГРОХИМИЧЕСКИХ СРЕДСТВ НА УРОЖАЙНОСТЬ И КАЧЕСТВО ПРОДУКЦИИ САХАРНОЙ СВЕКЛЫ

Применение минеральных удобрений в рекомендуемой дозе N₁₂₀P₁₂₀K₁₂₀ дает достоверную прибавку урожая - 3,4 т/га, что выше контроля на 7,1% (таблица 7).

Таблица 7

Урожайность и качественные показатели сахарной свеклы в 2004-2006 гг.

Внесение рекомендуемой дозы удобрения на фоне последействия 40 т/га навоза способствует дальнейшему росту урожайности до 52,6т/га при урожае на контроле 47,7 т/га, что дает прибавку в размере 4,9 т/га или 10,3%. Использование кальцийсодержащих мелиорантов совместно с минеральными туками не на много уступает варианту с применением органо-минеральной системы удобрения. Урожайность на 4 и 6 вариантах 52,0-52,2 т/га, что выше абсолютного контроля на 9,0-9,4%. Последействие 5 т/га карбоната кальция на органо-минеральном фоне способствует повышению урожайности на 13,8% или на 6,6 т/га. Максимальное возрастание урожайности корнеплодов сахарной свеклы достигалось при внесении 5 т/га дефеката на органо-минеральном фоне - до 55,4 т/га, что дает прибавку от контроля 7,7 т/га.

Применение туков повышает сахаристость на 1,4 абсолютных процента или на 11,3 относительных процента. Наибольшая сахаристость корнеплодов - 14,7 абсолютных процента отмечена на варианте последействия 5 т/га дефеката на фоне использования рекомендуемой дозы удобрения под сахарную свеклу, что выше контроля на 18,5 относительных процента. На этом варианте прирост сбора сахара 29,8% при его значении 7,67 т/га. Затем следует вариант с последействием дефеката на органо-минеральном фоне, на котором сбор сахара 7,42 т/га, что превышает контроль на 25,5%. От применения минеральных удобрений сахарный сбор возрастает на 19,3%. Органо-минеральная система удобрения повышает этот показатель на 13,4%.

8. ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ УДОБРЕНИЙ ПОД САХАРНУЮ СВЕКЛУ

Выход биологической энергии с прибавкой урожая колебался от 10,95 ГДж/га на варианте с внесением рекомендуемой дозы до 24,75 ГДж на единицу площади на варианте с применением 5 т/га дефеката на органо-минеральном фоне. Совокупная антропогенная энергия, израсходованная на возделывание прибавки урожая сахарной свеклы, варьировала от 5,53 до 13,98ГДж/га в зависимости от применяемых средств химизации. Максимальное количество техногенных затрат установлено на варианте комплексного внесения минеральных, органических и кальцийсодержащих удобрений в виде 5 т/га дефеката, на котором, соответственно, наибольшая энергоемкость 1 т дополнительной продукции - 1,82 ГДж и минимальный коэффициент энергетической эффективности - 1,77 при значении на варианте с рекомендуемой дозой минеральных туков 1,98. КЭЭ на вариантах с применением различных агрохимических средств на фоне минеральных удобрений имеет тенденцию к уменьшению на 6,1-12,5%, однако применяемые средства окультуривания в изучаемом агроценозе характеризуются как энергетически эффективные, т.к. коэффициент энергетической эффективности выше единицы.

Анализ экономической эффективности применения различных систем удобрения под сахарную свеклу показал, что наименьшая стоимость дополнительной продукции на варианте использования минеральных удобрений - 4760 руб./га. На вариантах, где применялись различные удобрения на фоне туков, она колебалась от 6860 до 10780 руб./га. Максимальная стоимость дополнительной продукции на вариантах комплексного использования органо-минеральной системы удобрения и кальцийсодержащих мелиорантов 9240-10780 руб./га, что выше минерального варианта в 1,9-2,3 раза, и, соответственно, наибольшая прибыль с 1 га посевной площади - 6543-7690 руб. Уровень рентабельности на вариантах с применяемыми агрохимическими средствами 243-265%. Наибольшая рентабельность получена при возделывании сахарной свеклы с применением рекомендуемой дозы удобрений - 265%. На варианте с применением органо-минеральной системы уровень рентабельности 256%, что ниже предыдущего варианта на 9%. На вариантах с применением кальцийсодержащих соединений рентабельность несколько ниже, но при этом возрастает урожайность, что дает возможность рекомендовать вариант с максимальной урожайностью сахарной свеклы при внесении 40 т/га подстилочного навоза, 5 т/га дефеката и минеральных удобрений в дозе N₁₂₀P₁₂₀K₁₂₀.

ВЫВОДЫ

1. Приоритетным приемом воспроизводства гумуса в черноземе обыкновенном является внесение 40 т подстилочного навоза совместно с 5 т карбоната кальция или 5 т дефеката на единицу севооборотной площади, которые на минеральном фоне повышают гумусонакопление на 6,0%.

2. Комплексное использование органо-минеральных удобрений и кальцийсодержащих соединений повышает содержание нитратного азота в слое почвы 0-30 см под сахарной свеклой на 20,2-23,1%, запасы минерального азота в метровом слое на 37,9-42,0%. Динамика запасов минерального азота показала, что доля нитратного азота в пахотном и метровом горизонте весной составляла 37-40%, к осени соотношение нитратного и аммонийного азота изменяется в сторону уменьшения доли N-NО₃ до 24-27%.

Сезонные изменения содержания нитратного азота в пахотном слое носят однонаправленный характер: весенний максимум в начале вегетации и минимальное его количество к периоду уборки, которое снижается в 2,5 раза относительно наибольшего его накопления.

3. Под влиянием органо-минеральной системы совместно с кальцийсодержащими удобрениями содержание подвижного фосфора в пахотном горизонте достоверно повышается на 17,2-22,3%, что способствует переходу почвы из класса средней обеспеченности в класс повышенной обеспеченности, достигая оптимального уровня фосфатного режима.

4. Несмотря на высокую обеспеченность чернозема обыкновенного калием, применение удобрений в агроэкосистеме зернопаропропашного севооборота оказывает положительное влияние на калийный режим почвы, достоверно повышая концентрацию обменного калия до 20,7%. Максимальное отклонение от контроля на варианте последействия 5 т/га дефеката совместно с рекомендуемой дозой удобрения под сахарную свеклу.

5. Наиболее эффективным агроприемом, повышающим насыщение почвенно-поглощающего комплекса кальцием и изменяющим реакцию почвенного раствора, является использование кальцийсодержащих соединений (5 т/га карбоната кальция или 5 т/га дефеката), которые на органо-минеральном фоне повышают количество Са⁺⁺ на 6,5-7,7%, при их использовании отмечается тенденция к снижению обменной кислотности на 1,6%.

6. Используемые удобрения не изменяют заметным образом природных уровней тяжелых металлов, концентрация которых 1,6 мг/кг свинца, 0,2 мг/кг кадмия, и не представляют опасности с точки зрении загрязнения почв, т.к. их содержание ниже ПДК в 3,8 и 5,0 раза соответственно, благодаря высокой буферной способности черноземных почв.

Установлена низкая аккумуляция в агрогенном горизонте таких микроэлементов, как цинк, медь, среднее по вариантам содержание подвижных форм которых 0,59 и 0,41 мг/кг. Согласно классификации почв содержание подвижного никеля соответствует среднему уровню (1,11 мг/кг).

7. Применение средств химизации...