Изменение агрохимических свойств каштановых почв саратовского Заволжья при сельскохозяйственном использовании и внесении удобрений

Размещено на http://www.allbest.ru/

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Изменение агрохимических свойств каштановых почв саратовского Заволжья при сельскохозяйственном использовании и внесении удобрений

06. 01. 04. - агрохимия

Левина В.С.

Саратов 2010

Работа выполнена в Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Саратовский государственный аграрный университет им. Н.И. Вавилова»

Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук,

профессор Пронько Виктор Васильевич

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук,

профессор Гришин Геннадий Евгеньевич

кандидат сельскохозяйственных наук,

доцент Рябошкапов Владимир Федорович

Ведущая организация: Федеральное государственное научное учреждение «Волжский НИИ гидротехники и мелиорации» (ФГНУ ВолжНИИГиМ)

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Опыт отечественного и мирового земледелия показывает, что длительное использование сельскохозяйственных угодий ведет к снижению их плодородия. Уменьшается содержание гумуса, изменяется его качество, идет убыль валовых форм питательных веществ, трансформируются реакция почвенного раствора и биологическая активность почв (Панников В.Д., Минеев В.Г.; Щербаков А.П.; Сычев В.Г.).

Ввиду наличия различных методологических подходов в оценке почвенного плодородия (Фокин А.Д.) накопленный в научной литературе материал пока еще не позволяет дать объективную оценку трансформации отдельных показателей агрохимических и агрофизических свойств почв. При этом надо иметь ввиду, что степень изученности данного вопроса на различных типах почв неодинакова. Мониторинг за плодородием почв сухостепной зоны на территории России ведется лишь на отдельных объектах.

Обстоятельные исследования каштановых почв Саратовского Заволжья были выполнены в 30-х - 40-х годах 20-го века под руководством Н.И. Усова, а позднее И.Ф. Садовниковым. За истекший исторический период произошли существенные изменения в антропогенных нагрузках и структуре посевных площадей. Значительно увеличилась площадь орошаемых земель. При этом повсеместно отмечалось недостаточное внесение органических и минеральных удобрений. Это не могло сказаться на изменениях агрохимических свойств сельскохозяйственных угодий. Однако до настоящего времени особенности изменения плодородия различных подтипов каштановых почв Саратовского Заволжья практически не изучались.

Слабая изученность данного вопроса, несмотря на его актуальность и практическую значимость для современного земледелия сухостепной зоны, послужила основанием для проведения настоящих исследований.

Цель и задачи исследований: совершенствование системы удобрений на основе изучения особенностей трансформации агрохимических свойств отдельных подтипов каштановых почв Саратовского Заволжья в процессе их сельскохозяйственного использования, определения баланса гумуса и питательных веществ.

Для реализации поставленной цели решались следующие научные задачи:

- на целинных землях и неорошаемой пашне основных подтипов каштановых почв:

· определить содержание гумуса и его фракционный состав;

· изучить валовые запасы азота и его фракционный состав;

· выявить содержание валового фосфора и фракционный состав минеральных фосфатов, а также валовые запасы калия;

· изучить особенности накопления тяжелых металлов;

· установить ферментативную активность;

· определить баланс питательных веществ и его интенсивность.

- на орошаемых каштановых почвах:

· изучить изменения агрохимических свойств под влиянием минеральных удобрений и длительного орошения.

Научная новизна. Впервые на неорошаемых каштановых почвах Саратовского Заволжья изучены особенности трансформации их свойств. Получены сведения об изменении запасов гумуса и валовых форм питательных веществ на основных подтипах каштановых почв. Определены физико-химические свойства, их биологическая активность и особенности накопления тяжелых металлов. Определен баланс питательных веществ с учетом сложившихся за последние годы (2004-2009гг.) уровня урожайности и структуры посевных площадей. Определены нормы удобрений для оптимизации баланса с минимально допустимым дефицитом питательных веществ.

На темно- и светло-каштановых почвах в условиях длительного орошения определены изменения запасов гумуса и валовых форм питательных веществ и при систематическом применении минеральных удобрений.

Практическая значимость. Результаты исследований служат основой для разработки системы удобрений на различных подтипах каштановых почв и составления планов и проектов по стабилизации и регулированию их плодородия. Использование предложений по совершенствованию системы удобрений в ЗАО «Агрофирма «Волга» Марксовского района Саратовской области (темно-каштановые, среднемощные, средне- и тяжелосуглинистые почвы) в 2007-2008гг. позволили увеличить урожай озимой пшеницы на 0,47, ячменя ярового - на 0,36, яровой пшеницы - на 0,28 т/га или соответственно на 19, 15 и 24 % к контролю. При этом окупаемость 1кг д.в. удобрений урожаем зерна увеличилась и составила соответственно 12, 9 и 6 кг.

Основные положения, вносимые на защиту:

· Сельскохозяйственное использование неорошаемых каштановых почв без достаточного внесения удобрений сопровождается снижением содержания гумуса, валовых запасов питательных элементов, а также изменением их физико-химических и биологических свойств.

· Интенсивное сельскохозяйственное использование каштановых почв приводит к формированию отрицательного баланса питательных веществ в почве с уровнем их возврата по азоту на 48,7 - 60,2, фосфору - 13,9 - 25,8, калию - 1,8 - 2,8 % в зависимости от подтипа почв.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на международных научных конференциях «Вавиловские чтения» (Саратов, 2006-2008), всероссийской научной конференции, посвященной 75-летию акад. Н.З. Милащенко (Краснодар, 2009), научных конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов СГАУ (Саратов, 2006-2008), совещаниях специалистов сельского хозяйства Саратовской области (Саратов 2008, 2009).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 6 научных работ, в том числе две - в изданиях, входящих в перечень ВАК РФ.

Степень личного участия. Закладка почвенных разрезов, описание морфологических свойств почв, подавляющее большинство агрохимических анализов и расчеты баланса питательных веществ соискателем выполнены лично на кафедре агрохимии и почвоведения СГАУ. Содержание в почве тяжелых металлов, фракционный состав азота и фосфатов определяли сотрудники лаборатории массовых анализов ГНУ НИИСХ Юго-Востока, которым автор выражает свою глубокую благодарность.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов и предложений производству, списка цитируемой литературы. Содержание работы изложено на 144 страницах компьютерного текста, включая 23 таблицы. Список литературы включает 300 наименований, в том числе 13 - иностранных авторов.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Условия и методика исследований

Преобладающая часть Саратовского Заволжья относится к сухостепной зоне. Для нее характерны резкие перепады положительных и отрицательных температур. Среднемноголетний максимум в июле здесь составил 28,0 ⁰С, а абсолютный - 42,7 ⁰С. Среднемноголетний минимум в феврале -20,7 ⁰С, а абсолютный минимум в этом месяце опускался до - 46,0 ⁰С. Характерной особенностью для Заволжья является неустойчивость температур. Они резко меняются не только в продолжение каждого месяца, но нередко такая смена наблюдается и в течение суток. В последние годы периоды с сильными морозами сменяются длительными оттепелями.

Атмосферных осадков выпадает очень мало. В северной части Заволжья в районе Высокой Сыртовой равнины их количество колеблется от 328 до 344 мм в год. На территории Низкой Сыртовой равнины среднемноголетняя сумма годовых осадков составляет 264 - 290 мм. В теплый период года выпадает 70 -80 % всех атмосферных осадков. Таким образом, климат Саратовского Заволжья засушливо-континентальный и его континентальность нарастают с севера на юг и с запада на восток.

Объектами исследований были:

- каштановые почвы, расположенные на второй надпойменной террасе левого берега р. Волги (Марксовский район) и на Низкой Сыртовой равнине междуречья Волга-Урал (Марксовский и Ершовский районы);

- каштановые почвы, расположенные в южной части Низкой Сыртовой равнины (Советского и Краснокутского районов;

- светло-каштановые солонцеватые почвы в Питерском и Дергачевском районах;

- лугово-каштановые почвы на заброшенном лимане в окрестностях пос. Модин Озинского района.

Для решения поставленных задач в Саратовском Заволжье на территории указанных районов закладывались почвенные разрезы по общепринятым методикам (методические указания Почвенного института им. В.В. Докучаева, 1977).

Влияние минеральных удобрений на трансформацию агрохимических свойств длительно орошаемых каштановых почв изучали на базе стационарных опытов, заложенных в разные годы докторами с.х. наук В.В. Пронько (Марксовский р-н), В.Г. Бокаревым (Ершовский р-н) и В.В. Конончуком (Питерский р-н). Опубликованные указанными авторами результаты исследований использованы нами в качестве исходных данных.

Агрохимические анализы выполняли по общепринятым методикам:

· содержание гумуса - по Тюрину в модификации ЦИНАО после предварительного отбора растительных остатков (ГОСТ 26213-91);

· фракционный состав гумуса - по Кононовой - Бельчиковой;

· общий азот, фосфор, калий - в одной навеске после мокрого озоления по Гинзбург - Щегловой (ГОСТ 26205-91);

· фракционный состав азота - по Шконде - Королевой;

· групповой состав минеральных фосфатов - по Чангу - Джексону;

· сумма поглощенных оснований - по Каппену-Гильковицу (ГОСТ 27821-88);

· общая щелочность - титрованием водной вытяжки 0,01н раствором серной кислоты в присутствии метилоранжа (ГОСТ 26483-85);

· буферная способность и окислительно-восстановительный потенциал (ОВП) почвы - потенциометрическим методом на преобразователе ионометрическом И-500;

· ферментативная активность почвы (уреаза, амилаза, инвертаза, пероксидаза, полифенолоксидаза, каталаза, протеаза, фосфатаза) - по методике, изложенной Т. А. Щербаковой (1978);

· труднорастворимые формы тяжелых металлов - в вытяжке HCl (ГОСТ Р 50685-94 и ГОСТ Р 50686-94);

· статистическую обработку данных проводили по Б. А. Доспехову (1985);

· баланс элементов питания - устанавливался расчетным путем по приходу с удобрениями, семенами, атмосферными осадками и азотофиксацией свободноживущими микроорганизмами (для азота); расход - по выносу с урожаем сельскохозяйственных культур (на основе статистических данных по структуре посевных площадей и урожайности за 2004 - 2009 гг.) и газообразные потери азота на денитрификацию.

Результаты исследований

Гумус и его фракционный состав. Содержание гумуса на различных подтипах почв сильно различалось (табл. 1).

Таблица 1 - Содержание гумуса и его групповой состав, в слое 0-30 см

Угодья	Общий гумус, %	Групповой состав, %	Сгк:Сфк
		Водорастворимый гумус	ГК	ФК
Темно-каштановая террасовая (Марксовский р-н)
целина	2,89	0,046	38,2	17,2	2,22
пашня	2,72	0,035	24,70	16,82	1,47
НСР05 0,09*
Темно-каштановая сыртовая (Марксовский р-н)
целина	3,72	0,036	37,5	18,7	2,01
пашня	2,68	0,039	35,1	20,5	1,71
НСР05 0,12*
Каштановая сыртовая (Краснокутский р-н)
целина	2,73	0,038	33,3	21,87	1,53
пашня	2,13	0,024	30,2	23,1	1,31
НСР05 0,15*
Светло-каштановая сыртовая (Питерский р-н)
целина	2,34	0,040	28,7	21,5	1,33
пашня	1,67	0,026	28,2	22,5	1,25
НСР05 0,11*
Лугово-каштановая (Озинский р-н)
целина	5,18	0,090	28,3	20,9	1,35
пашня	3,24	0,100	29,9	21,9	1,37
НСР05 0,17*

Максимальное значение наблюдалось на лугово-каштановых почвах (5,18%), а минимальное - на светло-каштановых сыртовых почвах (2,34%). В процессе сельскохозяйственного использования наблюдаются значительные потери содержания гумуса. Максимальными они были на пахотных участках лугово-каштановых почв (37%), минимальными - на темно-каштановых террасовых почвах (6%). Остальные подтипы занимали промежуточные значения. При этом произошли изменения и его качества (табл. 1.).

На пахотных участках каштановых почв прослеживалась тенденция увеличения доли фульвокислот и уменьшения доли гуминовых кислот по сравнению с целиной. Наблюдалось сужение соотношения гуминовых и фульвокислот, что свидетельствует об увеличении подвижности гуминовых кислот. Наиболее узкое соотношение гуминовых кислот к фульвокислотам отмечено на обрабатываемом участке светло-каштановых почв (1,04), а самое широкое - на целине темно-каштановых террасовых почв (2,42).

Содержание азота. Одновременно в почве снизились запасы валового азота (табл. 2).

Таблица 2 - Запасы азота и его фракционный состав на целинных и обрабатываемых участках каштановых почв, в слое 0-30 см

Угодья	N общий, мг/кг	В том числе, мг/кг
		Nлг	Nтг	Nнг
Темно-каштановая террасовая (Марксовский р-н)
целина	1953	110,95	245,93	1544,81
пашня	1251	61,23	187,85	995,59
НСР05 142*
Темно-каштановая сыртовая (Марксовский р-н)
целина	1866	133,89	295,13	1409,39
пашня	1237	83,91	151,63	990,95
НСР05 126*
Каштановая сыртовая (Краснокутский р-н)
целина	1784	120,57	297,35	1285,83
пашня	1208	72,19	238,49	896,02
НСР05 227*
Светло-каштановая сыртовая (Питерский р-н)
целина	1412	97,79	263,01	1041,89
пашня	1087	70,55	149,80	861,97
НСР05 98*
Лугово-каштановая (Озинский р-н)
целина	2020	125,80	357,20	1534,98
пашня	1566	107,20	172,18	1277,89
НСР05 176*

Примечание: азот - Nлг- легкогидролизуемый; Nтг- трудногидролизуемый; Nнг- негидролизуемый

Больше всего минерального азота содержалось на лугово-каштановых почвах - 2020 мг/кг. Менее всего его было на светло-каштановых солонцеватых почвах - 1412 мг/кг. После распахивания этих подтипов почв произошли потери минерального азота, которые составляли от 22 % - на лугово-каштановых почвах до 36 % - на темно-каштановых террасовых, от тех запасов, которые мы обнаружили на целинных участках.

Анализ фракционного состава азота показал, что максимальные потери легкогидролизуемого азота на темно-каштановых террасовых почвах составили 45 %, трудногидролизуемого азота - 76 % и негидролизуемого азота - 64 %. Минимальные потери легкогидролизуемого азота наблюдались на лугово-каштановых почвах, трудногидролизуемого азота на темно-каштановых сыртовых почвах и негидролизуемого азота на светло- и лугово-каштановых почвах (15, 20 и 17 % соответственно).

Содержание фосфора. Валовые запасы фосфора составляли от 0,127 % на светло-каштановых сыртовых до 0,180 % на темно-каштановых сыртовых (табл. 3).

Таблица 3 - Содержание валового фосфора и групповой состав минеральных фосфатов, в слое 0-20 см

Угодья	Р общ, %	По Чангу-Джексону, мг/100г
		I (1H NH4Cl)	II (0,5H NH4F)	III (0,1H NaOH)	IV (0,5H H2SO4)	сумма
Темно-каштановая террасовая (Марксовский р-н)
целина	0,177	1,64	15,95	5,17	39,33	62,09
пашня	0,164	0,49	10,08	4,27	36,58	51,42
НСР05 0,09*
Темно-каштановая сыртовая (Марксовский р-н)
целина	0,180	0,46	9,25	5,40	39,57	54,68
пашня	0,167	0,53	5,57	6,23	37,17	49,50
НСР05 0,11*
Каштановая сыртовая (Краснокутский р-н)
целина	0,157	0,40	7,50	4,71	37,75	50,36
пашня	0,150	0,36	5,60	4,78	33,90	44,64
НСР05 0,06*
Светло-каштановая сыртовая (Питерский р-н)
целина	0,144	0,11	2,80	2,66	79,60	85,17
пашня	0,146	0,25	3,20	9,78	39,75	52,99
НСР05 0,05*
Лугово-каштановая (Озинский р-н)
целина	0,127	0,65	6,50	6,40	42,55	56,10
пашня	0,125	0,83	2,75	3,60	39,45	46,63
НСР05 0,07*

При сельскохозяйственном использовании каштановых почв самые высокие потери минерального фосфора (около 7 %) наблюдались на пахотных участках темно-каштановых террасовых и сыртовых почв, а самые низкие (2 %) на лугово-каштановых почвах. Анализ группового состава минеральных фосфатов, которые являются непосредственным источником питания растений, показал, что практически на всех подтипах каштановых почв интенсивнее всего происходили потери наиболее подвижных фосфатов (II гр.). Самые минимальные потери кальцийфосфатов (IV гр.) выявлены на всех подтипах каштановых почв. Это говорит о негативном характере изменений фосфатного фонда.

Содержание калия. Определение содержания валового калия показало, что его количество изменялось от 1,39 - на лугово-каштановых почвах до 2,08 % - на светло-каштановых сыртовых почвах. При распахивании каштановых почв прослеживалась тенденция к уменьшению содержания, как валового количества калия, так и всех его форм: подвижной, необменно-гидролизуемой, необменно-фиксированной. Максимальные потери валового калия наблюдались на лугово-каштановых почвах (13 %), минимальные - на каштановых сыртовых почвах (1,08 %). Самые большие потери на всех изучаемых подтипах каштановых почв наблюдались по необменной гидролизуемой форме калия, максимального значения они достигали на каштановых сыртовых почвах (18 %).

Содержание тяжелых металлов. Определение валовых запасов тяжелых металлов в каштановых почвах показало, что при их сельскохозяйственном использовании существенных изменений не произошло. Наблюдалась тенденция незначительного увеличения количества таких тяжелых металлов, как цинк, медь, никель и ртуть, но при этом их количество было намного ниже ПДК.

Ферментативная активность. Изучение биологической активности каштановых почв позволило установить, что их сельскохозяйственное использование, как правило, понижало активность таких ферментов, как инвертаза, амилаза и уреаза (табл. 4). Повышалась каталазная активность. Распахивание каштановых почв по нашему мнению не приводило к значительным изменениям активности таких почвенных ферментов, как фосфотаза и протеаза.

азот металл удобрение орошение

Таблица 4 - Ферментативная активность каштановых почв Заволжья в слое 0-20см

Угодья	Окислительно-восстановительные ферменты	Гидролитические ферменты
	каталаза	К, %	инвертаза	амилаза	уреаза	фосфатаза	протеаза
Темно-каштановая террасовая (Марксовский р-н)
целина	0,66	102	1,35	5,00	0,11	0,196	0,54
пашня	0,66	107	1,55	5,00	0,07	0,190	0,39
Темно-каштановая сыртовая (Марксовский р-н)
целина	1,48	132	1,90	2,20	0,15	0,160	0,93
пашня	1,63	88	0,90	2,20	0,03	0,185	0,78
Каштановая сыртовая Краснокутский р-н)
целина	1,57	80	1,50	2,00	0,13	0,133	0,78
пашня	1,67	77	1,07	1,30	0,01	0,130	0,73
Светло-каштановая сыртовая (Питерский р-н).
целина	1,20	74	0,92	3,90	0,15	0,112	0,80
пашня	1,25	69	0,82	2,75	0,07	0,111	0,73
Лугово-каштановая (Озинский р-н)
целина	1,15	115	0,94	2,40	0,16	0,129	0,43
пашня	1,20	65	0,92	1,85	0,05	0,127	0,25

Физико-химические свойства. При определении изменений суммы поглощенных оснований, сопоставление данных по изучаемым подтипам почв показало, что самые высокие потери поглощенных оснований (около 20 %) по сравнению с целиной, наблюдались на пахотных участках темно-каштановых террасовых почв, а самые низкие (4 %) - на лугово-каштановых почвах. Содержание магния варьировало в пределах от 14,7 % на каштановых сыртовых до 46,3 % на темно-каштановых террасовых. Доля кальция изменялась от 51,6 % на светло-каштановых сыртовых до 80,2 % на каштановых сыртовых. Количество натрия изменялось от 0,7 % на темно-каштановых террасовых до 7,9 % на светло-каштановых сыртовых. По его содержанию мы можем утверждать, что изучаемые подтипы каштановых почв относятся к несолонцеватым почвам, за исключением светло-каштановых сыртовых почв, которые относятся к слабосолонцеватым.

Анализ буферной емкости по кислоте каштановых почв показал, что ее содержание на целине изменялось от 0,16 на светло-каштановых сыртовых почвах до 0,46 мг-экв на 100 г почвы на темно-каштановых террасовых почвах. При сельскохозяйственном использовании каштановых почв буферная емкость по кислоте была максимальной на пахотных участках каштановых почв - 0,86 мг-экв на 100г почвы, так как эти почвы обладали высокой степенью насыщенности обменно-поглощенными основаниями. Минимальной она была на лугово-каштановых почвах - 0,17 мг-экв на 100 г почвы.

Определение буферной емкости по основанию показало, что ее количество варьировало в пределах от 0,17 мг-экв на 100 г почвы на целине темно-каштановых террасовых почв до 0,47 мг-экв на 100 г почвы на пашне темно-каштановых сыртовых почв. При этом прослеживалась тенденция увеличения показателей буферности (по кислоте и по основанию) на распаханных участках практически всех подтипов каштановых почв.

Изучение общей щелочности каштановых почв показало, что ее количество на целине изменялось от 0,44 на светло-каштановых сыртовых почвах до 0,71мг-экв на 100 г почвы - на каштановых сыртовых почвах. Наблюдалось увеличение рассматриваемого показателя на распаханных участках, по сравнению с целинными, на всех изучаемых подтипах, за исключением темно-каштановых сыртовых почв, где отмечалось его уменьшение. При этом показатели по общей щелочности каштановых почв Саратовского Заволжья почти не превышали порога токсичности.

Исследования окислительно-восстановительного потенциала целинных и пахотных участков различных подтипов каштановых почв показали, что наиболее высокий ОВ-потенциал отмечался на пахотном участке светло-каштановых сыртовых почв - 451,0 мВ, а наименее на целине темно-каштановых террасовых почв - 359,3 мВ. Наблюдалась тенденция увеличения показателей сельскохозяйственных угодий по сравнению с целинными на всех подтипах каштановых почв. Уровень ОВП между разными подтипами каштановых почв был неодинаковый. Контрастность значений объясняется различиями водного режима, как целинных, так и пахотных участков. На темно-каштановых сыртовых, светло-каштановых солонцеватых и на пашне каштановых сыртовых почв преобладал слабо окислительный процесс, так как ОВП > 400 мВ, а на темно-каштановых террасовых, лугово-каштановых и целине каштановых сыртовых почв преобладал слабо восстановительный процесс, так как ОВП варьировал в пределах 300 - 400 мВ.

Изменения содержания и качества гумуса под влиянием удобрений на орошаемых почвах. В условиях орошения (темно-каштановые террасовые почвы орошались с 1974 года, темно-каштановые сыртовые с 1932 года, светло-каштановые сыртовые с 1935 года) система применения минеральных удобрений способствовала повышению содержания гумуса на всех подтипах орошаемых каштановых почв. Причем максимально количество гумуса увеличилось на удобренном фоне (N90P90K20) темно-каштановых сыртовых почв - на 21 % (табл. 5). Но при этом увеличилась подвижность органического вещества почвы, так как доля гуминовых кислот уменьшилась, а количество фульвокислот возросло. И как следствие этого произошло сужение соотношения гуминовых и фульвокислот.

Таблица 5 - Изменения в содержании гумуса и его группового состава под влиянием удобрений на орошаемых каштановых почвах, в слое 0-40 см

Варианты	Общий гумус, %	Групповой состав, %	Сгк:Сфк
		Водорастворимый гумус	ГК	ФК
Темно-каштановая террасовая (Марксовский р-н)
1. Контроль	2,75	0,083	30,39	14,57	2,13
2. N110P60	2,92	0,113	32,10	16,76	1,92
НСР05 0,14*
Темно-каштановая сыртовая (Ершовский р-н)
1. Контроль	3,19	0,103	34,13	20,65	1,66
2. N90P90K20	4,06	0,132	30,56	22,05	1,39
НСР05 0,19*
Светло-каштановая сыртовая (Питерский р-н)
1. Контроль	1,77	0,112	30,26	20,9	1,45
2. N60P80K60	2,07	0,127	28,93	22,1	1,31
НСР05 0,12*

Изменения запасов азота и его фракционного состава под влиянием удобрений на орошаемых почвах. Внесение удобрений в условиях орошения благоприятно сказывалось на азотном режиме изучаемых нами подтипов каштановых почв (табл. 6). Прослеживалась тенденция увеличения валового азота по сравнению с богарой. При этом его содержание повсеместно увеличивалось при внесении удобрений. Максимальное увеличение показателя наблюдалось на обрабатываемом участке светло-каштановых сыртовых почв (19%) при внесении удобрений в дозе N60P80K60. Минимальное (4%) - на темно-каштановых сыртовых с удобрениями в дозе N90P90K20. Увеличивалась при этом и доля легкогидролизуемых, трудно- и негидролизуемых форм. Это говорит о том, что в условиях орошения применение минеральных удобрений в севооборотах с люцерной способствует обогащению каштановых почв запасами минерального азота.

Таблица 6 - Изменения запасов азота и его фракционного состава под влиянием удобрений на орошаемых почвах, в слое 0-40 см

Варианты	N общий, мг/кг	В том числе, мг/кг
		Nлг	Nтг	Nнг
Темно-каштановая террасовая (Марксовский р-н)
1.Контроль	1568	107,24	183,26	1277,50
2.N110P60	1812	132,10	165,77	1513,64
НСР05 122*
Темно-каштановая сыртовая (Ершовский р-н)
1.Контроль	1885	191,93	254,78	1438,30
2.N90P90K20	1963	199,36	315,04	1448,11
НСР05 75*
Светло-каштановая сыртовая (Питерский р-н)
1.Контроль	1330	157,05	188,16	984,80
2.N60P80K60	1634	187,78	209,73	1236,02
НСР05 149*

Примечание: азот - Nлг- легкогидролизуемый; Nтг- трудногидролизуемый; Nнг- негидролизуемый

Изменения запасов фосфора и его группового состава под влиянием удобрений на орошаемых почвах. Под влиянием орошения и удобрений изменялся и фосфатный режим каштановых почв. Максимальное увеличение валового фосфора наблюдалось на распаханных участках темно-каштановых террасовых почв (17 %), минимальное на светло-каштановых сыртовых почвах (11 %). На темно-каштановых сыртовых почвах в условиях орошения и внесения удобрений в наибольшей степени, по сравнению с другими подтипами, возросла доля подвижных фосфатов I и II групп, что позволяет нам говорить об активизации процессов минерализации органических форм фосфора. На темно-каштановых почвах прослеживалась тенденция к большему накоплению фосфатов IV группы.

Изменения содержания калия и его фракционного состава под влиянием удобрений на орошаемых почвах. В условиях орошения на контроле содержание валового калия изменялось от 1,58 на темно-каштановых террасовых почвах до 2,11 % на светло-каштановых сыртовых почвах. На удобренном фоне (N110P60) темно-каштановых террасовых почв прослеживалось максимальное увеличение валового калия. Подвижной формы калия стало больше на удобренном фоне (N60P80K60) светло-каштановых сыртовых почв на 21 %. Увеличение необменной гидролизуемой формы на удобренном фоне (N110P60) светло-каштановых террасовых почв составило 7 % и необменной фиксированной формы - 12 % на удобренном фоне (N60P80K60) светло-каштановых сыртовых почв.

Баланс гумуса и элементов питания. Таким образом, полученные нами данные, а также результаты других исследований позволяют нам сделать заключение о том, что плодородие каштановых почв неуклонно снижается. Одна из причин - это то, что с момента сельскохозяйственного использования на данных подтипах почв складывался отрицательный баланс питательных веществ. Наши расчеты показали, что по отношению к целинным участкам самые высокие потери гумуса были отмечены на лугово-каштановых почвах (72 т/га). Минимальные потери были на темно-каштановых террасовых почвах и составляли - 6 т/га.

На основании данных об урожае и структуре посевных площадей в тех районах, где были заложены почвенные разрезы (Марксовский, Краснокутский, Дергачевский, Питерский, Советский и Озинский районы) расчетным путем были определены поступление гумуса с пожнивно-корневыми остатками и его потери на минерализацию. Расчеты показали, что на всех подтипах каштановых почв за последние годы (2004-2009 гг.) баланс гумуса сложился отрицательный (табл. 7).

Таблица 7 - Баланс гумуса на каштановых почвах Саратовского Заволжья, т/га

№ п/п.	Подтип почвы	Ежегодная минерализация гумуса	Накоплено гумуса из ПКО и навоза	Ежегодный дефицит гумуса
1.	Темно-каштановые террасовые почвы	1,06	0,31	-0,75
2.	Темно-каштановые сыртовые почвы	1,12	0,34	-0,78
3.	Каштановые сыртовые	1,16	0,32	-0,84
4.	Светло-каштановые сыртовые	0,89	0,31	-0,58
5.	Лугово-каштановые	1,21	0,37	-0,84

Отрицательному балансу гумуса сопутствует отрицательный баланс питательных веществ (табл. 8). Баланс азота на всех подтипах был дефицитным, его интенсивность не превышала 60,2 % на лугово-каштановых почвах. На всех остальных подтипах интенсивность баланса была намного ниже допустимого дефицита данного элемента (85 %). Баланс фосфора также был дефицитным: интенсивность его не превышала 25,8 % на каштановых сыртовых почвах. На всех остальных подтипах интенсивность баланса была намного ниже допустимого дефицита данного элемента (120 %). Баланс калия был тоже дефицитным, его интенсивность не превышала 2,8 %, на остальных подтипах каштановых почв интенсивность баланса была ниже допустимого дефицита (20 %).

Калийные удобрения в течение 2004-2009 гг. в рассматриваемых микрозонах Саратовской области не вносились. Поступление калия осуществлялось только с семенами и атмосферными осадками. Поэтому возмещение выноса калия на изучаемых подтипах каштановых почв было в пределах 1,8 - 2,8 %.

Таблица 8 - Баланс питательных веществ на каштановых почвах Саратовского Заволжья (по данным за 2004-2009 гг.), кг/га

Статьи баланса	Темно-каштановые террасовые	Темно-каштановые сыртовые	Кашта-новые сыртовые	Светло-каштановые сыртовые	Лугово-каштановые
Азот
Приход	28,9	30,4	18,2	15,9	33,6
Расход	59,4	51,4	33,7	29,8	55,8
Баланс, ±	-30,5	-21,0	-15,5	-13,9	-22,2
Интенсивность баланса, %	48,7	59,1	54,0	53,4	60,2
Фосфор
Приход	2,7	3,3	2,4	1,9	2,6
Расход	17,9	16,2	9,3	8,8	18,7
Баланс, ±	-15,2	-12,9	-6,9	-6,9	-16,1
Интенсивность баланса, %	15,1	20,4	25,8	21,6	13,9
Калий
Приход	1,2	0,9	0,8	0,8	1,3
Расход	55,8	50.4	31,4	28,1	52,6
Баланс, ±	-54,6	-49,5	-30,6	-27,3	-51,3
Интенсивность баланса, %	2,2	1,8	2,5	2,8	2,5

Для того чтобы довести данный баланс до уровня возврата с допустимым дефицитом (N-85 %, P-120 %, K-20 %) нами расчетным путем были определены дозы удобрений с учетом сложившегося баланса за 2004-2009 гг. (табл. 9).

Таблица 9 - Дозы удобрений для поддержания оптимального баланса элементов питания севооборотной площади, кг на 1га

Подтип почвы	N	Р2О5, при обеспеченности почв	К2О
		низкой	средней	высокой
Темно-каштановые террасовые почвы	25,9	20,5	15,2	12,2	10,9
Темно-каштановые сыртовые почвы	17,9	17,4	12,9	10,3	9,9
Каштановые сыртовые	13,2	9,3	6,9	5,5	6,1
Светло-каштановые сыртовые	11,8	9,3	6,9	5,5	5,5
Лугово-каштановые	18,9	21,7	16,1	12,9	10,3

Энергетическая оценка применения удобрений проводилась по результатам длительных стационарных опытов в условиях орошения. При этом теплотворная способность гумуса, которая согласно Н.А. Туеву (1989), Н.А. Пронько и др. (2006) принималась равной 5000 кал/г, что составляет 21 ГДж/т. В этом случае, для темно-каштановых террасовых почв содержание гумуса увеличилось на 0,17%, его запасы - на 6,6 т/га, а прибавка энергии гумуса 139,2 ГДж/га (табл. 10). Для темно-каштановых сыртовых почв эти прибавки составили соответственно 0,87%, 33,9 т/га и 712,5 ГДж/га. На светло-каштановых сыртовых почвах они были 0,3%, 11,7 т/га и 245,7 ГДж/га.

Таблица 10. Энергетическая эффективность применения минеральных удобрений в условиях орошения

Варианты	Затраты энергии, ГДж/га	Увеличение	Коэффициенты энергетической эффективности
		Содержания гумуса, %	Запасов гумуса, т/га	Энергии гумуса, ГДж/га
Темно-каштановые террасовые (N110P60)	266,4	0,17	6,6	139,2	0,52
Темно-каштановые сыртовые (N90P90K20)	736,4	0,87	33,9	712,5	0,97
Светло-каштановые сыртовые (N60P80K60)	403,2	0,30	11,7	245,7	0,61

Ежегодные затраты энергии на внесение удобрений по вариантам опытов составили соответственно 22,1; 26,3 и 25,2 ГДж/га. С учетом продолжительности полевых экспериментов и ежегодных затрат энергии на внесение удобрений по вариантам опытов суммарные энергетические затраты на минеральные удобрения определяются в 266,4, 736,4 и 403,2 ГДж/га, а коэффициенты энергетической эффективности поддержания гумусового состояния почв с помощью минеральных удобрений 0,52, 0,97 и 0,61 соответственно.

ВЫВОДЫ

1. Распахивание каштановых почв Саратовского Заволжья на богаре привело к снижению содержания гумуса. Среди изучаемых подтипов максимальные потери (по сравнению с целиной) отмечены на лугово-каштановых почвах (37%), минимальные - на темно-каштановых террасовых (6 %).

2. В условиях богары на распаханных участках каштановых почв по сравнению с целиной (за исключением лугово-каштановых) отмечено снижение доли гуминовых кислот и в процентах от общей суммы некоторое повышение фульвокислот, в результате чего на пашне отмечено более узкое соотношение между ними.

3. В процессе сельскохозяйственного использования неорошаемые каштановые почвы потеряли часть запасов азота. Наиболее ощутимыми они оказались для темно-каштановых террасовых почв (36 % по сравнению с целиной), минимальными - на лугово-каштановых почвах. При этом отмечены потери как легкогидролизуемых, так и трудногидролизуемых и негидролизуемых фракций азота.

4. На изучаемых подтипах каштановых почв обрабатываемые почвы содержали валовых запасов фосфора меньше, чем целинные. При этом потери минеральных фосфатов на темно-каштановых террасовых и сыртовых почвах были выше, чем в лугово-каштановых. Наиболее активно происходила убыль фосфатов подвижных фракций.

5. Потери калия в обрабатываемых почвах по сравнению с целиной наиболее отчетливо проявились на темно-каштановых террасовых и сыртовых почвах. Происходили они в основном за счет подвижных и необменно гидролизуемых форм. На каштановых, светло-каштановых и лугово-каштановых почвах потери калия имели слабовыраженный характер.

6. На пашне и целинных участках изучаемых подтипов каштановых почв содержание тяжелых металлов цинка, меди, свинца, кадмия, никеля, мышьяка и ртути было намного ниже показателей ПДК. Какого-либо накопления тяжелых металлов в обрабатываемых почвах нами не обнаружено.

7. На пашне по сравнению с целиной отмечена более высокая активность фермента каталазы, на целинных участках наблюдалось повышение активности ферментов инвертазы, амилазы и уреазы. Деятельность ферментов фосфотазы и протеазы не зависела от характера использования почв и определялась гидротермическими условиями территории.

8. Распахивание темно-каштановых и каштановых почв привело к снижению суммы поглощенных оснований, уменьшению в ней доли кальция и некоторому росту количества магния. На светло-каштановых и лугово-каштановых почвах эти изменения выражены слабо.

9. На пашне (по отношению к целине) отмечено увеличение буферной емкости по основанию и по кислоте. По велечине окислительно-восстановительного потенциала (ОВП) установлено, что на изучаемых подтипах каштановых почв в слое 0-20 см преобладают слабо окислительные процессы, которые имеют тенденцию к увеличению на обрабатываемых участках (ОВП > 400 мВ). На глубине 20-40 см происходят слабо восстановительные процессы (ОВП 300-400 мВ).

10. При сложившейся структуре посевных площадей, уровне урожайности и количестве вносимых удобрений среднегодовой дефицит баланса гумуса составляет от 580 кг/га на светло-каштановых до 840 кг/га на лугово-каштановых почвах. Баланс азота, фосфора и калия на всех изучаемых подтипах сложился отрицательный и наиболее дефицитным по всем трем элементам питания он оказался на темно-каштановых террасовых и лугово-каштановых почвах.

11. Систематическое внесение минеральных удобрений на длительно орошаемых участках в севооборотах с многолетними травами (30-50 %) повысило содержание гумуса в слое 0-40 см на темно-каштановых террасовых почвах с 2,75 до 2,92 %, темно-каштановых сыртовых с 3,19 до 4,06 %, светло-каштановых солонцеватых с 1,77 до 2,07 %. При этом в орошаемых почвах отмечено увеличение доли фульвокислот, что свидетельствует об усилении подвижности гумусовых веществ.

12. Удобренные орошаемые каштановые почвы имели более высокое содержание всех форм минерального азота. Содержание общего фосфора также повышалось. Среди фракций минеральных фосфатов отмечено увеличение доли алюмо- и железофосфатов (IV-я фракция). На количество калия в орошаемых каштановых почвах минеральные удобрения заметного влияния не оказали.

Предложения производству

Для оптимизации баланса питательных веществ и доведения его к допустимому уровню дефицитности (уровень возврата азота - 85%, фосфора - 110-135%, калия - 20%) необходимо целесообразное внесение удобрений на почвах Саратовского Заволжья на 1 га севооборотной площади:

- азотных на темно-каштановых террасовых - 25,9 кг, темно-каштановых сыртовых - 17,9 кг, каштановых сыртовых - 13,2 кг, светло-каштановых - 11,8 кг, лугово-каштановых - 18,9 кг;

- фосфорных от 9,3 кг на светло-каштановых до 21,7 кг на лугово-каштановых почвах;

- калийных от 5,5 кг на светло-каштановых до 10,9 кг на темно-каштановых почвах.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Пронько В.В. Агрохимические свойства каштановых почв Саратовского Заволжья и их трансформация при антропогенном воздействии / В.В. Пронько, В.С. Левина, М.Н. Панасов // Вестник Саратовского госагроуниверситета им. Н.И. Вавилова, 2010, №4, С. 21-25.

2. Пронько В.В. Трансформация запасов гумуса в каштановых почвах Саратовского Заволжья / В.В. Пронько, В.С. Левина // Тр. Кубанского ГАУ «Энтузиасты аграрной науки». - Краснодар, 2009, вып. 9, С. 207-210.

3. Левина В.С. Агрохимические свойства каштановых почв Заволжья и их трансформация в процессе сельскохозяйственной деятельности / В.С. Левина // Материалы конференции «Вавиловские чтения - 2006», посвященной 119-й годовщине со дня рождения академика Николая Ивановича Вавилова. Секция «Земледелие, сельскохозяйственная мелиорация, почвоведение и агрохимия». - Саратов: изд-во СГАУ им. Н.И. Вавилова, 2006.- С. 43-45.

4. Левина В.С. Эволюция агрохимических свойств каштановых почв Саратовского Заволжья при сельскохозяйственном использовании / В.С. Левина // Материалы Международной научно-практической конференции «Вавиловские чтения - 2008», посвященные 95-летию Саратовского госагроуниверситета. - Саратов: изд-во Научная книга, 2008, т. 3, С. 135-136.

5. Левина В.С. Ферментативная активность целинных и обрабатываемых каштановых почв Саратовского Заволжья / Левина В.С. // Материалы Международной научно-практической конференции «Вавиловские чтения - 2009». - Саратов: изд-во Научная книга, 2009, ч. 1, С. 79-80.

6. Левина В.С. Физико-химические свойства каштановых почв Саратовского Заволжья / Левина В.С. // Материалы Международной научно-практической конференции «Вавиловские чтения - 2009». - Саратов: изд-во Научная книга, 2009, ч. 1, С. 80-81.

Размещено на Allbest.ru

...