Биологические приемы улучшения плодородия темно-каштановых солонцеватых почв сухостепной зоны Заволжья

Размещено на http://www.allbest.ru/

На правах рукописи

Биологические приемы улучшения плодородия темно-каштановых солонцеватых почв сухостепной зоны Заволжья

Специальность: 06.01.03 - агропочвоведение, агрофизика

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата сельскохозяйственных наук

Дмитриев Александр Анатольевич

Саратов 2007

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

Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук, профессор Синицына Надежда Егоровна

Официальные оппоненты:

доктор сельскохозяйственных наук, профессор Медведев Иван Филиппович

доктор сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник Бокарев Владимир Григорьевич

Ведущая организация - ФГНУ «ВолжНИИГиМ»

Защита состоится 26 мая 2007 года в 10 часов на заседании диссертационного совета Д. 220.061.06 при Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Саратовский государственный аграрный университет им. Н.И. Вавилова» по адресу: 410012, г.Саратов, Театральная пл., д. 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ»

Автореферат разослан «25» апреля 2007 г.

Ученый секретарь Диссертационного совета А.Н. Данилов

биомелиорант плодородие почва гумус

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Современная задача агрономической науки предусматривает применение новейших технологий для улучшения экологического состояния планеты за счет использования органических удобрений биологической природы.

Интенсивное применение химических средств в сельском хозяйстве вызывает ряд нежелательных последствий: ухудшение свойств и уплотнение почвы, разрушение ее структуры и водопрочности, уменьшение гумуса и элементов питания, засорение окружающей среды вредными веществами и ухудшение качества продукции.

Реальным путем выхода из сложившейся ситуации может быть широкое использование биологических принципов воспроизводства плодородия почв. В основу этого положено внедрение биологической мелиорации через пополнение запасов органического вещества.

Внесение навоза, как общепризнанного и важного фактора воздействия на улучшение свойств почвы, имеет ограниченные возможности в связи с высокими затратами из-за сокращения поголовья скота вдвое. Поэтому кризис в экономике сельского хозяйства требует обратить первоочередное внимание на органические удобрения растительного происхождения. Это солома, поукосные и пожнивные остатки, подсевные культуры и бактериальные препараты.

В настоящее время большой практический и научный интерес представляет использование соломы сельскохозяйственных культур в качестве органических удобрений, как экологически безопасное, беззатратное, экономически оправданный способ ее использования, положительно влияющий в целом на почву, растения и экологическую ситуацию (Данилов).

Основная роль в минерализации биомассы соломы отводится микроорганизмам, которые своими ферментами разлагают растительные остатки и синтезируют перегной (гумус), формируют комплексные органические соединения; разлагают органическое вещество; синтезируют биологически активные соединения, оказывающие стимулирующее и ингибирующее действие на другие организмы; улучшают физические показатели почвы; осуществляют трансформацию элементов и фиксацию азота из атмосферы.

В конце двадцатого века в рамках экологизации земледелия создаются препараты на основе микроорганизмов для улучшения состава и структуры почвы, повышения урожайности сельскохозяйственных культур и разработаны ЭМ-технологии (Эффективные Микроорганизмы) возделывания сельскохозяйственных культур. Это «Байкал ЭМ-1» (Сертификат РОСС RU.00001.04ЯА433), «Кюссей ЭМ-1», «ЭМ-курунга» «Байкал ЭМ-1-У», «Тамир» (Попов, Шаблин, 2004).

Принципиальное отличие препарата «Байкал ЭМ-1» состоит в его многокомпонентности, а отсюда его универсальность в применении, большая эффективность и полная безвредность для человека, животных, почвенных организмов и окружающей среды. Внесение его в почву обуславливает обогащение её легкодоступными элементами питания, делает её плодородной и поставляет растениям необходимые ферменты, витамины, аминокислоты и т.д. (В.А. Блинов, С.А. Блинова, 2004). Микроорганизмы, перерабатывая биомассу пожнивных остатков, сами обогащают почву органическим веществом и элементами минерального питания. Поэтому изучение влияния микробиологического препарата «Байкал ЭМ-1» на почвенное плодородие в нашем регионе имеет важное значение в теоретическом и практическом плане.

Целью исследований является разработка эффективных биологических приемов, обеспечивающих восстановление и сохранение плодородия зональных темно-каштановых солонцеватых почв засушливого Заволжья, и установление длительности их положительного воздействия.

В задачи исследований входило:

· Обосновать необходимость использования биомелиорантов - соломы и биопрепарата «Байкал ЭМ-1», для повышения плодородия темно-каштановых солонцеватых почв Заволжья;

· Определить длительность влияния органических и бактериальных удобрений на содержание и запасы гумуса, ферментативную активность и агрофизические свойства почвы;

· Установить изменения коллоидно-химических, водно-физических свойств почвы при использовании соломы, навоза и их сочетаний с биопрепаратом «Байкал ЭМ-1»;

· Выявить эффективность биологических приемов на продуктивность сельскохозяйственных культур;

· Дать энергетическую и экономическую оценку применения биологических приемов.

Научная новизна исследований. Впервые в условиях сухостепной зоны Заволжья изучена эффективность и длительность применения различных органических и бактериальных удобрений. Выявлена биомелиорирующая роль биопрепарата «Байкал ЭМ-1» в комплексе с навозом и соломой для регулирования процессов диспергирования, оструктуривания и солонцеватости почв; установлено преимущество совместного использования бактериального препарата с навозом и соломой на гумусовое состояние, ферментативную активность почвы, обменные реакции между катионами, агрофизические свойства почв и продуктивность культур.

Практическая значимость заключается во внедрении результатов исследований в сельскохозяйственное производство позволит снизить дополнительные материальные затраты; обеспечить сохранение плодородия почв и экологичность окружающей среды за счет использования биологических удобрений в качестве экологически безопасных, без затратных и экономически оправданных приемов.

Разработанные рекомендации по эффективному применению биологических приемов, позволяют сохранить содержание и запасы гумуса, снизить количество гидрофильных коллоидов, декальтификацию и степень солонцеватости почв.

Предлагаемые рекомендации внедрены в системе земледелия АКФХ «Поляченко» Ершовского района и рекомендованы для использования в хозяйствах Саратовской области и востребованы в других регионах Поволжья.

Материалы исследований используются для чтения лекций в СГАУ им. Н.И. Вавилова.

Основные положения выносимые на защиту:

· Обоснование эффективности и длительности использования запашки соломы и навоза с бактериальным препаратом как биомелиоранта для предотвращения деградации и воспроизводства плодородия темно-каштановых почв засушливого Заволжья.

· Количественные изменения в содержании гумуса, ферментативной активности почв, гидрофильных коллоидов, обменных оснований под воздействием органических, бактериальных удобрений и их сочетаний.

· Роль биологических приемов в улучшении структурообразования, агрофизических, водных свойств почвы и повышении урожайность сельскохозяйственных культур.

· Энергетическая и экономическая целесообразность применения биологических приемов.

Апробация работы. Результаты исследований неоднократно докладывались и обсуждались на внутри вузовских научных конференциях Саратовского ГАУ (2003 - 2007гг.); межрегиональных научных конференциях молодых ученых и специалистов системы АПК (Саратов, 2003; Пенза 2006; Ростов, 2006); международной научно-практической конференции «ЭМ технология - сельскому хозяйству» (Саратов, 2003 г.); международной конференции «Вопросы практического применения микробиологических препаратов «Байкал ЭМ-1», «Тамир» и «ЭМ-Курунга» (Москва, 2004 г.).

Публикации. По результатам исследований опубликовано 12 статей. Одна статья опубликована в центральной печати.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа изложена на 151 страницах компьютерного текста, состоит из введения, пяти глав, выводов и предложений производству, содержит 30 таблиц, 11 рисунков, 24 приложения.

Список литературы включает 145 источников, в том числе 5 зарубежных авторов.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

УСЛОВИЯ И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

Исследования проводились с 2003 по 2006 г. на полях АКФХ «Поляченко», расположенного в центральной левобережной микрозоне Саратовской области Ершовского района.

Климат проведения опыта резко континентальный, засушливый, с недостаточным количеством атмосферных осадков и резкими колебаниями температуры воздуха и почвы. Годовое количество осадков составляет 302 мм, из них основная часть выпадает в теплые месяцы (апрель - октябрь) - около 207 мм. Гидротермический коэффициент равен 0,4 - 0,6.

Погодные условия за годы исследований характеризовались: 2004 г. - влажный, 2003 и 2005 г. - средневлажный, а 2006 г. - засушливый.

Почва опытного участка - темно-каштановая солонцеватая тяжелосуглинистая на делювиальном суглинке. Содержание гумуса 2,75 - 3,54%, обменного натрия в солонцовом слое 7,9 - 13,5%. Плотность твердой фазы - 2,56 - 2,65 г/см³ и плотность почвы 1,21 - 1,25 г/см³.

Закладка опыта осуществлялась в соответствии с общепринятыми методиками (руководства НИИСХ Юго-Востока, 1973; ЦИНАО, 1980; ВАСХНИЛ; Б.А. Доспехова, 1985) на стационарных участках АКФХ «Поляченко».

Схема опыта. Исследования проводятся кафедрой агрохимии и почвоведения с 1976 года по настоящее время под руководством доктора с.-х. наук Синициной Н.Е. Весной 1976 года кафедрой агрохимии и почвоведения в совхозе имени Поляченко был заложен полевой стационарный опыт на участке с мелиоративными вспашками (трехярусная и плантажная).

С 1987 по 2000 г. данный участок не использовался в сельскохозяйственном производстве.

В 2002 г. на этом стационарном опыте по всем обработкам внесены биологические удобрения по схеме: отвальная вспашка (контроль), навоз (35/га), солома (4 т/га), «Байкал ЭМ-1» (2,75 л/га), навоз (35 т/га) + ЭМ-1 (2,75 л/га), солома (4 т/га) + ЭМ-1 (2,75 л/га). Повторность опыта трехкратная. Размер делянок 1452 м², расположение рендомизированное.

В 2003 г. на опытном участке возделывался ячмень «Донецкий» на зеленый корм, в 2004 г. - ячмень на зерно, 2005 и 2006 г. - на зеленый корм. Наши исследования проводились только по отвальной обработке.

Полевые опыты сопровождались наблюдениями и исследованиями в соответствии с общепринятыми методическими указаниями (А.А. Роде, 1962; В.Н. Плешаков, 1983; Б.А. Доспехов, 1985). Почвенные образцы отбирались на постоянно закрепленных участках в трехкратной повторности. Влажность почвы определялась термостатно-весовым методом до глубины одного метра послойно через каждые 10 см (А.А. Роде, 1962); плотность почвы по методу Н.А. Качинского через каждые 10 см до глубины 40 см, весной и осенью; структурный и агрегатный составы определялись по методу Н.И. Саввинова (1936) до глубины 40 см (сухой и мокрый рассев); гидрофильные коллоиды определялись по методу Б.А. Андреева (1963) без химической обработки; валовый гумус - по методу И.В. Тюрина в модификации В.Н. Симакова; ферментативная активность почвы - по методу Ф.Х. Хазиева (1990); содержание обменного натрия по - ГОСТ 26950-86, обменных оснований кальция и магния - по МРТУ № 46-15-67; дифференцированный учет урожая методом пробных делянок; математическая обработка экспериментальных данных осуществлялась методом дисперсионного анализа по Б.А. Доспехову (1985); биоэнергетическая оценка эффективности биологических приемов проводилась по методике В.В. Коринца (1990, 2003), ВАСХНИИЛ (1989); экономическая эффективность определялась расчетно-нормативным методом.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

1. Изменение содержания гумуса и ферментативной активности почвы

Накопление органического вещества происходит уже в первый год при использовании навоза (3,30 % в слое 0 - 20 см) и его сочетании с биопрепаратом (3,18 %). В последующие годы преимущество за последним биологическим приемом (в верхнем слое по годам: 3,32; 3,31 и 3,09 %). Несколько ниже показатели гумуса в первые годы при внесении одного биопрепарата (2,91 %) и совместно с соломой (2,87 %). Самое слабое влияние оказала запашка соломы (2,67 %). Последующее последействие биопрепарата на гумус снижается, особенно в 2005 и 2006 г. Его комплексное применение с соломой, наоборот, увеличивает или сохраняет содержание гумуса.

Установлена тенденция снижения гумуса почвы к концу вегетации относительно весенних данных, что связано с сухим и жарким климатом, усиливающим минерализацию биомассы; причем меньшие потери наблюдались при использовании навоза и его смеси с биопрепаратом, а так же последнего с соломой.

Следует отметить, что на третий год активизировалось воздействие одной соломы, где количество гумуса сохраняется по сравнению с 2004 г. и составляет 2,60 и 2,10 % по слоям против 2,71 и 2,06% (рис. 1 в), особенно заметно к концу вегетации (2,51 и 2,26 % в обоих слоях).



а б

в г

Рис. 1. Влияние биологических приемов на содержание гумуса в почве: а - 2003 г., б - 2004 г., в - 2005 г., г - 2006 г.

Положительное действие биологических приемов зависит от погодных условий: в жаркий период (2006 г.) требуется дополнительное внесение биопрепарата в вечерние время (или дождь, Попов, 2001; Шаблин, 2000, 2004).

Анализ ферментативной активности почвы указывает на усиление процессов гумификации на второй год воздействия биологических удобрений на почву, где коэффициент его по ПФО составил на вариантах применения навоза (1,46 и 1,37 в обоих слоях), соломы (1,49 и 1,38) против 1,11 и 1,14 на контроле. Наибольший эффект получен от смеси навоза с биопрепаратом (1,46 и 1,54, табл. 1). Применение биопрепарата «Байкал ЭМ-1» усиливает минерализацию (ПО = 2,19 и 2,05), несколько слабее этот процесс протекал на шестом варианте (2,0 - 1,91) и на третьем (1,82 - 1,89) против 1,72 - 1,87 на контроле.

Таблица 1

Ферментативная активность почвы под влиянием биологических приемов

Варианты	Глубина, см	2004 г.	2006 г.
		Полифенолоксидаза (ПФО)	Пероксидаза (ПО)	Полифенолоксидаза (ПФО)	Пероксидаза (ПО)
Контроль	0-20	1,11	1,72	1,10	1,90
	20-40	1,14	1,87	1,11	1,86
Навоз (35т/га)	0-20	1,46	1,71	1,12	1,72
	20-40	1,37	1,59	1,15	1,80
Солома (4т/га)	0-20	1,49	1,82	1,12	2,25
	20-40	1,38	1,89	1,18	2,18
«Байкал ЭМ-1» (2,75 л/га)	0-20	1,27	2,19	1,12	2,59
	20-40	1,26	2,05	1,11	2,34
Навоз + «Байкал ЭМ-1»	0-20	1,46	1,83	1,19	2,02
	20-40	1,54	1,71	1,14	2,10
Солома + «Байкал ЭМ-1»	0-20	1,33	2,00	1,24	2,42
	20-40	1,32	1,91	1,19	1,85
НСР05	0-20	0,07	0,03	0,05	0,05
	20-40	0,05	0,03	0,06	0,05

Показатели гумификации и накопления гумуса свидетельствует, что применение органических удобрений навоз, солома, и их сочетания с биопрепаратом в течении четырех лет снижают процессы минерализации и гумификации, что способствует сохранению запасов гумуса в слое 0 - 40 см. Наибольший эффект отмечается на пятом варианте (навоз + ЭМ-1) и составляет 70,9 т/га, по сравнению с первым годом исследований - 67,6 т/га.

Влияние одной соломы и ее запашка с биопрепаратом «Байкал ЭМ-1» были практически в равных количествах (57,6 и 59,3 т/га - против 59,3 и 60,9 т/га первого года). Действие навоза - 61,1 против 69,2 т/га. Это указывает на целесообразность использования соломы как источник органического вещества, хотя и длительного действия. Использование биопрепарата в чистом виде не эффективно.

2. Содержание обменных оснований в почве

Сумма обменных оснований в слое 0 - 40 см составляет 33,0 мг-экв/100 г почвы; при внесении одного биопрепарата и соломы она была практически в равных пределах (32,65 и 32,95 мг-экв/100 г почвы). Использование навоза в дозе 35 т/га вызвало некоторое увеличение суммы оснований на 4,4 % по сравнению с 100 % контролем (без удобрений). Более сильное воздействие на этот показатель оказало совместное применение биопрепарата с навозом (15 %) и соломой (5,2 %, табл. 2)

Таблица 2

Содержание обменных оснований в ППК темно-каштановых почв под влиянием биологических приемов (2004 г.)

Вариант	Слой почвы, см	Сумма обменных оснований, мг-экв/100 г почвы	Ca+2	Mg+2	Na+
			% от суммы оснований
Контроль	0 - 20	31,10	61,6	31,7	6,7
	20 - 40	34,90	62,7	30,9	6,4
	0 - 40	33,00	62,2	31,3	6,5
	% к контролю	100	100	100	100
Навоз	0 - 20	34,25	64,58	30,66	4,76
	20 - 40	34,65	64,16	30,15	5,69
	0 - 40	34,45	64,37	30,40	5,23
	% к контролю	104,4	103,5	97,1	80,5
Солома	0 - 20	32,25	63,75	31,1	5,15
	20 - 40	33,05	64,15	29,68	6,17
	0 - 40	32,65	64,09	30,24	5,67
	% к контролю	98,9	103,0	96,6	85,9
«Байкал ЭМ - 1»	0 - 20	33,02	64,25	29,74	6,01
	20 - 40	32,87	64,98	28,8	6,22
	0 - 40	32,95	64,62	29,27	6,12
	% к контролю	99,9	103,9	93,5	94,1
Навоз + «Байкал ЭМ - 1»	0 - 20	38,50	69,87	26,68	3,45
	20 - 40	37,45	71,56	24,64	3,80
	0 - 40	37,98	70,69	25,67	3,64
	% к контролю	115,0	113,6	82,0	55,1
Солома + «Байкал ЭМ - 1»	0 - 20	33,40	65,97	29,29	4,14
	20 - 40	36,05	66,02	29,69	4,29
	0 - 40	34,72	65,99	29,79	4,21
	% к контролю	105,2	106,1	95,2	63,8

Важную роль в гумусообразовании, структурообразовании и плодородии почвы играет обменный кальций. Наши исследования показали, что применение биологических удобрений способствовало увеличению кальция в почве. Использование навоза, соломы и биопрепарата обусловило одинаковое накопление кальция в ППК на 3,0 - 3,9 % против контроля. Обогащение обменным кальцием в большей степени происходило при комплексном внесении микропрепарата с навозом и соломой, соответственно возрастало до 70,69 и 65,99 против 62,2 % на контроле (на 8,5 и 3,8 %).

В литературе много сведений об ухудшении водно-физических свойств почвы при наличии в ППК обменного натрия, вызывающего солонцеватость почвы. Применение одного препарата «Байкал ЭМ-1» не оказывало существенного влияния на снижение обменного натрия и составляло в слое 0 - 40 см 6,12 против 6,5 % на контроле (табл. 2). Воздействие на почву навоза и соломы снизило содержание натрия соответственно до 5,23 и 5,67 % против 6,5 % на контроле. Наибольший эффект получен от внесения биопрепарата в смеси с навозом (3,64 %) и соломой (4,21 %) по сравнению с контролем (6,5 %). Это указывает на усиление процесса рассолонцевания в темно-каштановых солонцеватых почвах, особенно от совместного участия бактериального препарата с навозом и соломой, где почвы из среднесолонцеватых превращаются в слабосолонцеватые. Эти изменения обусловили снижение гидрофильных коллоидов, дисперсности, плотности почвы и улучшения ее структурного состояния.

3. Динамика содержания гидрофильных коллоидов

Все агрономически важные свойства любых почв определяются качеством и количеством веществ ППК, а в солонцеватых почвах от наличия гидрофильных коллоидов, обуславливающих дисперсность почвы и водно-физические свойства.

Таблица 3

Влияние биологических приемов на содержание гидрофильных коллоидов, %

Варианты	Глубина, см	Годы
		2003	2004	2005	2006
		начало	конец	начало	конец	начало	конец	начало	конец
1. Контроль	0-20	9,80	8,61	11,23	9,11	7,80	8,10	8,60	9,20
	20-40	11,92	9,13	17,19	10,42	7,90	8,40	9,50	9,60
2. Навоз (35т/га)	0-20	8,96	7,58	8,52	8,00	4,00	4,80	5,00	5,50
	20-40	11,20	8,86	14,30	9,10	4,40	5,80	5,90	5,10
3. Солома (4т/га)	0-20	9,21	8,38	10,70	8,20	5,20	4,90	5,30	5,90
	20-40	11,56	9,10	17,12	9,77	5,50	6,20	5,80	6,30
4. «Байкал ЭМ-1»	0-20	9,00	8,35	9,35	8,25	6,60	6,30	7,10	7,30
	20-40	10,85	9,03	14,10	9,71	6,80	7,00	7,60	8,20
5. Навоз + «ЭМ-1»	0-20	8,60	8,33	8,35	7,82	4,80	5,00	6,00	6,40
	20-40	9,06	8,76	13,40	9,06	4,90	6,00	6,40	7,60
6.Солома+ «ЭМ-1»	0-20	9,10	7,84	10,00	7,73	5,00	4,80	6,10	6,50
	20-40	9,40	8,70	16,80	8,56	5,30	5,80	6,70	7,80

По нашим данным наиболее эффективное снижение содержания коллоидов происходило от внесения навоза в сочетании с биопрепаратом «Байкал ЭМ-1» уже в первые годы. В весенний период агрегирующая роль этих удобрений проявляется по всему профилю (8,60 и 9,06 %, табл. 3). Несколько слабее оказало влияние применение навоза и биопрепарата. Причем в большей степени снижение дисперсности почвы проявлялась в верхних горизонтах и составляла соответственно удобрениям - 8,96 и 9,00 % против 11,20 и 10,85 % в нижних слоях. Самая низкая агрегация отмечена от запашки одной соломы (9,21 и 11,56 против 9,8 и 11,92 % на контроле).

Применение препарата ЭМ-1 с соломой усиливает процесс разложения и минерализации биомассы соломы и органические кислоты ее приводят к снижению гидрофильных коллоидов до 9,10 и 9,40 против 11,56 % по одной соломе.

Этот процесс снижения сильнее происходил к концу вегетации по всем вариантам, что связано по теории Б.В. Андреева, Е.А. Даниловой (1969) со «старением» гидрофильных коллоидов к августу - сентябрю.

Наиболее эффективно уменьшение гидрофильных коллоидов происходит на третий год последействия биологических удобрений. Больше всего их снизилось в обоих слоях и за весь вегетационный период от внесения навоза (4,0 - 4,4 %) и его смеси с биопрепаратом (4,8 - 4,9 %, против 7,8 - 7,9 % на контроле, табл. 3). Несколько слабее агрегация происходила при применении биопрепарата с соломой (5,0 - 5,3 %) и одной соломы (5,2 - 5,5 %). Применение препарата «Байкал ЭМ-1» было менее эффективным.

На четвертый (засушливый 2006 г.) наблюдалось некоторое увеличение дисперсности почвы по всем вариантам. Установлено, что активность одного биопрепарата и его сочетание с соломой несколько затухает и количество гидрофильных коллоидов на этих вариантах за период вегетации было выше (7,10 - 7,60 % по слоям и 6,10 и 6,70 %), чем при запашке соломы (5,30 - 5,80 %) и навоза (5,00 и 5,90 %, табл. 4), но значительно ниже, чем на контроле (8,60 - 9,50 %). К концу вегетации в слое 0 - 20см сохраняется та же тенденция в дисперсности почвы относительно удобрений, что и в начале вегетации: наименьшая - от внесения навоза, соломы (5,50 - 5,90 % соответственно), в тех же пределах от применения биопрепарата с навозом (6,40 %), соломой (6,50 %).

Следовательно положительное воздействие биологических удобрений на уменьшение дисперсности и улучшение физических свойств почвы продолжается в течении всех четырех лет. Содержание гидрофильных коллоидов на всех удобренных вариантах в целом снизилось на 2,4 - 4,0 % за все годы исследований.

4. Динамика плотности почвы под влиянием биологических приемов

Применение биологических приемов способствует разрыхлению и снижению плотности почвы на всех вариантах опыта даже в первый год. Использование бактериального препарата и соломы было менее эффективно, где плотность почвы снизилась до 1,13 против 1,23 г/см³ на контроле, а их сочетание - до 1,14 г/см³ (рис. 2а). наиболее разрыхляющее действие на сложение почвы оказало совместное внесение навоза с биопрепаратом (1,11 г/см³) и одного навоза (1,12 г/см³), то есть плотность почвы на 0,11 - 0,12 г/см³ меньше, чем на контроле. К концу вегетации наибольшее разрыхление почвы происходило от действия комплексного использования биопрепарата с навозом и соломой. При этом такая тенденция наблюдалась в течение четырех лет.

Органические удобрения (навоз, солома) и особенно их сочетание с биопрепаратом усиливают действие на сложение солонцеватых почв во второй год, где плотность соответственно удобрениям составляла 1,05; 1,09; 1,08 против 1,18 г/см³ на контроле (рис. 2б). К концу вегетации сохраняется та же зависимость.

На третий год последействия удобрений плотность почвы несколько увеличивается (на 0,01 - 0,02 г/см3, рис. 2в) за весь вегетационный период под воздействием навоза, соломы и биопрепарата, но находилась в оптимальных величинах. Исключением были варианты комплексного использования биопрепарата с навозом и соломой, где сложение почвы в обоих слоях, как в начале, так и в конце вегетации было наименьшим и составляло в слое 0 - 20 см - 1,09 - 1,07 и 1,12 - 1,14 г/см3, а в слое 20 - 40 см - 1,22 - 1,21 и 1,23 - 1,20 г/см3.



а б

в г

Рис. 2. Влияние биологических приемов на плотность почвы: а - 2003 г., б - 2004 г., в - 2005 г., г - 2006 г.

Исследования четвертого (засушливого) года отмечают уплотнение почвы на контроле (1,37 - 1,57 г/см³) в нижних слоях в начале и в обоих слоях в конце вегетации. Особенно это проявилось от последействия одной соломы (1,39 и 1,31 - 1,44 г/см³ соответственно), на всех других вариантах плотность была в оптимальных величинах (1,22 - 1,30 г/см³). Несколько выше она отмечалась в конце вегетации в слое 20 - 40 см. Таким образом, биологические приемы во многом зависят от влажности почвы, которая снизила деятельность гумифицирующих ферментов (ПФО) самой почвы и усилила минерализацию биомассы (ПО, табл. 1).

5. Структурно - агрегатное состояние темно-каштановой солонцеватой почвы

Результаты исследования первого (2003) года показали, что формированию агрономически ценной структуры (агрегаты 10 - 0,25 мм) способствовало внесение навоза и его смеси с биопрепаратом, где их количество соответственно было наибольшим - 67,6 и 67,4 % (в слое 0 - 20 см) и 69,0 и 72,0 % (20 - 40 см); несколько меньшей структурностью обладала почва при запашке соломы с биопрепаратом (65,2 и 68,4 % по слоям) и одного препарата (64,7 и 67,7 %). Самое плохое структурное состояние наблюдалось при использовании соломы (62,9 и 64,9 %), но она была выше контроля (60,4 и 65,0%). К концу вегетации содержание агрегатов уменьшилось на 1 - 3 %.

На второй (влажный, 2004) год в начале вегетации положительное действие оказало совместное использование навоза с ЭМ-1, где агрономически ценных агрегатов составляло 67,8 и 73,3 % по слоям. По всем другим вариантам снижается количество агрегатов мезоструктуры, причем в верхних слоях на 2 - 10 %, а в нижних - 1 - 8 %, за весь вегетационный период. По-видимому, в этот год коагулирующая способность ухудшается.

Однако, качественная структура формировалась при применении микробиологического препарата в комбинации с навозом и соломой.

При благоприятных условиях 2005 года биологические удобрения усиливают агрегацию механических частиц, в результате чего снижается глыбистость и распыленность почвы. Наилучший эффект получен от применения навоза, его сочетания с биопрепаратом, а также запашки последнего с соломой, где пылеватые агрегаты (0,25 мм) уменьшились весной соответственно удобрениям - 1,0 - 1,1; 2,6; 2,2 - 2,0 % по слоям. К концу вегетации распыленность несколько увеличивается.

Агрономически ценная структура за весь период вегетации улучшилась по тем же вариантам (5,6,2) и была в пределах 81,2 до 85,0 %. Несколько слабее оказало влияние на формирование этих агрегатов солома в смеси с ЭМ-1 (71,7 - 76,8 %) и применение одного ЭМ-1 (71,9 - 78,1 %). К концу вегетации сохраняется та же тенденция по вариантам, но цифровые величины чуть меньше. Следует отметить, что на третий год усиливается воздействие одной соломы на агрофизические свойства и структурное состояние почвы.

Результаты четвертого (2006 -засушливого) года показали, что влияние биологических приемов на структуру почвы несколько снижается, но тенденция последействия удобрений сохраняется. Возможно это связано с низкой обеспеченностью этого года влагой, которая уменьшила активность микроорганизмов в почве и усилила минерализацию органического вещества. Важным свойством структуры почвы является ее водопрочность, которая улучшилась от применения биоудобрений. Лучшие результаты получены в нижних горизонтах при комбинировании «Байкал ЭМ-1» с навозом (51,8 - 46,6 %), соломой (43,4 - 45,8 %) и навоза (45,6 - 46,4 %). Хуже - от действия одного препарата (40,2 - 41,4 %) и соломы (36,2 - 38,2 % против 35,4 - 37,0 % на контроле, табл. 4).

На второй (2004) год последействия биологических удобрений наблюдалось формирование водостойких агрегатов (0,25 мм) в течении всей вегетации на всех вариантах. В большей степени это происходило в нижних слоях и в той же последовательности от удобрений.

Таблица 4

Влияние биологических приемов на водопрочность структуры темно-каштановых солонцеватых почв ( 0,25 мм), %

Варианты	Глубина, см	2003 г.	2004 г.	2005 г.	2006 г.
		начало	конец	начало	конец	начало	конец	начало	конец
		вегетацции
1.Контроль (без удобрений	0 -20	30,0	32,9	33,6	35,8	28,6	33,0	25,6	23,2
	20-40	35,4	37,0	43,0	41,4	37,4	36,6	33,0	26,2
2.Навоз (35 т/га)	0 -20	34,2	43,4	42,6	41,0	38,8	39,4	38,6	39,2
	20-40	45,6	46,4	51,6	53,3	41,8	46,8	42,8	41,0
3.Солома (4 т/га)	0 -20	32,6	35,6	35,6	37,4	40,4	41,1	41,6	40,6
	20-40	36,2	38,2	46,8	48,5	51,0	50,0	52,0	53,1
4."Байкал ЭМ-1"	0 -20	32,85	37,6	37,0	40,1	30,4	36,6	31,8	33,0
	20-40	40,2	41,4	45,0	51,7	40,4	42,0	37,2	32,8
5.Навоз + "Байкал ЭМ-1"	0 -20	34,2	45,2	40,0	43,8	38,2	40,6	39,2	41,2
	20-40	51,8	46,6	54,6	55,8	53,8	54,8	50,0	49,6
6.Солома + "Байкал ЭМ-1"	0 -20	33,8	39,8	40,8	44,2	40,6	39,6	38,8	37,6
	20-40	43,4	45,8	51,8	53,2	47,6	51,1	45,2	49,8
НСР05		0,53	0,54	0,54	0,51	0,49	0,50	0,52	0,49

К концу вегетации отмечена та же последовательность эффективности вариантов, но цифровые величины несколько выше.

На третий год действие биоудобрений ослабевает и количество водопрочных агрегатов снижается. Наименьшее снижение отмечено на пятом варианте (53,8 - 54,8 %), шестом (47,6 - 51,0 %) и втором (41,8 - 46,8 %, табл. 4).

Запашка соломы на третий год ее последействия усилила формирование водопрочных агрегатов в обоих слоях. В слое 0 - 20 см их было 40,4 - 41,1 %, а в 20 - 40 см - 51,0 - 50,0 %, то есть больше чем от применения навоза (38,8 - 39,4 % и 41,8 - 46,8 % по слоям). Очевидно, подвижные органические кислоты образовавшиеся при разложении биомассы соломы, выполнили роль «деятельного» гумуса в структурообразовании.

На четвертый год исследований водопрочность структуры снизилась, но в меньшей степени по запашке соломы, где агрегатов было 41,6 - 40,6 и 52,0 - 53,1 % по слоям. Использование биопрепарата с навозом, соломой и одного навоза также способствует формированию водопрочных агрегатов.

6. Запасы влаги в почве

Влияние различных биологических приемов способствовало большему накоплению влаги в почве. Наилучшему увлажнению слоя 0 - 50 см весной 2003 г. способствовало применение «Байкал ЭМ-1» и навоза (17,2 и 16,5 % соответственно); меньше влаги было на вариантах сочетания навоза и соломы с ЭМ-1 (16,1 %) и самое низкое - от соломы (14,8 %).

Весной 2004 г. наибольшая влажность отмечалась в слое 0 - 10 см от использования навоза (19,6 %), препарата (19,7 %) и его смеси с соломой (19,6 %), а в слое 0 - 50 см наибольшее количество влаги отмечено по внесению навоза (19,1 %), соломы с ЭМ-1 (18,7 %), а на остальных - в пределах 17,6 - 17,8 против 16,7 % на контроле. В 2005 г. в первые полгода осадков выпало в половину больше многолетних данных и обеспечило запасы влаги в почве в пределах 19,0 до 22,2 % против 18,3 % на контроле. Больше влаги по вариантам с навозом.

К моменту сева 2006 г. запасы влаги в слое 0 - 50 см были низкими от 9,2 до 11,0 % против 8,7 % на контроле.

7. Урожайность

Наибольшее положительное действие на урожайность ячменя в 2003 году по фону отвальной обработки оказало внесение навоза в сочетании с препаратом «Байкал ЭМ-1» и особенно запашка одного навоза, где ее величина была максимальной и составляла 2,65 и 2,42 т.з.ед./га, соответственно. Применение биопрепарата "Байкал ЭМ-1" и его сочетания с соломой по урожайности с 1 га несколько уступало указанным вариантам 2,40 - 2,35 т.з.ед./га. Такое влияние удобрений сохраняется в течении всех четырех лет (рис. 3).

Рис. 3. Влияние биоудобрений на урожайность ячменя: 1- контроль, 2 - навоз, 3 - солома, 4 - Байкал ЭМ-1, 5 - навоз+Байкал ЭМ-1, 6 - солома+Байкал ЭМ-1

8. Биоэнергетическая и экономическая эффективность биологических приемов

Экономия энергоресурсов должно стать основой успешного решения проблем агропромышленного комплекса.

Ключом к решению этих задач может стать системно - энергетический подход к проблеме, требующий объективной оценки энергозатрат на производство сельскохозяйственной продукции.

Расчеты энергетической эффективности показали, что применение биологических удобрений повышает общее количество энергии, накопленной с урожаем. В наибольшей степени этому способствует внесение навоза в сочетании с биопрепаратом «Байкал ЭМ-1» (44,96 ГДж/га) и одного навоза (41,89 ГДж/га), а также использование «ЭМ-1» совместно с соломой (41,89 ГДж/га). Внесение биопрепарата и соломы несколько уступало указанным вариантам - 38,26 и 35,58 ГДж/га, соответственно, против 32,71 ГДж/га - на контроле.

Использование соломы и ее сочетание с ЭМ-1 связано с меньшими энергозатратами (12,47 и 13,09 ГДж/га, соответственно) и оказалось наиболее энергетически выгодным, где коэффициент энергетической эффективности составил 2,85 и 3,20 против 2,70 и 2,89 - при запашке препарата и на контрольном варианте, соответственно.

Применение биологического препарата «Байкал ЭМ-1» в сочетании с соломой наиболее экономически выгодно - величина чистого дохода и окупаемость затрат здесь была наибольшей и составляла 2086 руб./га и 1,62 руб./руб., соответственно, при норме рентабельности - 38,1%. Применение навоза связано с высокими эксплуатационными затратами на его внесение, что отразилось на снижении экономической эффективности: величина чистого дохода была 1827 руб./га - при его внесении совместно с «ЭМ-1» и 1610 руб./га - в чистом виде; окупаемость затрат составила 1,45 и 1,40 руб./руб., норма рентабельности - 31,1 и 28,6 %, соответственно. Использование препарата «Байкал ЭМ-1» и соломы экономически наименее выгодно.

Таким образом, в результате энергетической и экономической оценки применения биологических удобрений установлено, что наиболее эффективным является комбинированное использование биопрепарата «Байкал ЭМ-1» с соломой.

Таблица 5

Энергетическая эффективность применения биологических удобрений

Варианты	Урожайность, т.з.е./га	Энергия накопленная с урожаем, ГДж/га	Общие еэнергетические затраты, ГДж/га	Прирост валовой обменной энергии в продукции, ГДж/га	Коэффициент энергетической эффективности, (Е)
	2003 г.	2004 г.	2005 г.	2006 г.	средняя
1. Контроль	1,62	1,75	1,86	1,6	1,71	32,71	11,3	21,41	2,89
2. Навоз	2,42	2,25	2,21	1,89	2,19	41,89	22,6	19,29	1,85
3. Солома	1,78	1,91	2,00	1,75	1,86	35,58	12,47	23,11	2,85
4. «Байкал ЭМ-1» (2,75 л/га)	2,40	2,05	1,92	1,63	2,00	38,26	14,17	24,09	2,70
5. Навоз + «Байкал ЭМ-1»	2,65	2,44	2,39	1,92	2,35	44,96	22,94	22,02	1,96
6. Солома + «Байкал ЭМ-1»	2,35	2,22	2,30	1,89	2,19	41,89	13,09	28,80	3,20
НСР05	0,04	0,02	0,02	0,01	-	-	-	-	-

ВЫВОДЫ

1. Применение биологических приемов усиливало процессы гумусообразования. Наибольшее накопление гумуса обеспечивало внесение навоза в «чистом» виде в первые годы исследований, и совместное использование биопрепарата «Байкал ЭМ-1» с навозом и соломой - за все четыре года, где коэффициент гумификации (ПФО) составлял соответственно - 1,46; 1,54; 1,33 против 1,11 - 1,15 на контроле. Действие биопрепарата способствовало большей минерализации (ПО = 2,19 - 2,54) и снижению содержания гумуса.

2. Последействие биологических удобрений: навоз, солома и их сочетания с биопрепаратом в течение четырех лет способствовало накоплению и сохранению гумуса в слое 0 - 40 см. Наибольшие эффект получен при внесении навоза в смеси с биопрепаратом и составляет 70,9 т/га против 67,6 т/га первого года

3. Сумма обменных оснований в слое 0 - 40 см от применения биопрепарата и соломы в чистом виде была практически в равных величинах (32,65 и 32,95 мг-экв./100 г почвы). Использование только навоза вызывало некоторое увеличение этого показателя. Более сильное воздействие на него оказало совместное применение биопрепарата «Байкал ЭМ-1» с навозом и соломой.

4. Биологические приемы обусловили одинаковое накопление обменного кальция в ППК при внесении в одного навоза, соломы и препарата на 3,0 - 3,9 %. В большей степени это происходило при комплексном использовании микропрепарата с навозом (8,5 %) и соломой (3,8 %).

5. Под влиянием биомелиорантов снизилось содержание обменного натрия на 1,0 - 1,3 % от запашки навоза и соломы; наибольший эффект получен от сочетания «Байкал ЭМ-1» с навозом (3,6 %) и соломой (4,2 %), что указывает на усиление процесса рассолонцевания в темно-каштановых солонцеватых почвах, где из среднесолонцеватых они превращаются в слабосолонцеватые.

6. Снижение солонцеватости почв от биоудобрений привело к снижению содержания гидрофильных коллоидов, вызывающих дисперсность почвы. Заметные эти изменения отмечаются на удобренных вариантах к концу вегетации в течение четырех лет исследований. Наиболее эффективно уменьшение коллоидов в обоих слоях происходит на третий год последействия одного навоза и его смеси с биопрепаратом; несколько слабее агрегация была при совместном применении биопрепарата с соломой и одной соломы. Применение биопрепарата «Байкал ЭМ-1» было менее эффективным. В целом за все годы исследований дисперсность почвы снижалась на 2,4 - 4,0 %.

7. Применение биологических приемов способствовало разрыхлению и снижению плотности солонцеватой почвы на всех вариантах опыта. Уже в первый год наилучшее воздействие оказало совместное внесение навоза с биопрепаратом и его в чистом виде, то есть плотность на 0,11 - 0,12 г/см³ меньше, чем на контроле. Более рыхлое сложение отмечалось на второй год последействия навоза, соломы и особенно их сочетания с препаратом, где плотность соответственно составляла 1,05; 1,09; 1,08 против 1,18 г/см³ на контроле. Такая тенденция сохранялась в течении четырех лет. Засушливость последнего (2006) года усилила уплотненность почвы, особенно на контроле и запашке соломы. Плотность почвы на других вариантах была в оптимальных величинах (1,22 - 1,30 г/см³).

8. Агрофизические свойства почвы и особенно структурное состояние во многом зависят от погодных условий. Формирование агрономически ценной структуры (агрегаты 10 - 0,25 мм) способствовало внесение одного навоза и его смеси с биопрепаратом, где количество их соответственно было наибольшим - 67,6 - 67,4 % в верхнем слое и 69,0 - 72,0 % в нижнем. Несколько меньшей структурностью обладала почва при запашке соломы с препаратом (62,5 и 68,4 % по слоям) и одного ЭМ-1 - 64,7 и 67,7 %. Эта тенденция по вариантам сохраняется за все годы исследований с некоторыми цифровыми изменениями за счет погодных условий. По этим вариантам снижается глыбистость и распыленность почвы (до 1,0 - 2,0%).

9. Формированию водопрочных агрегатов способствовало применение биоудобрений, где их было больше от комплексного внесения биопрепарата «Байкал ЭМ-1» с навозом (51,8 - 46,6 % по слоям), соломой (43,4 - 45,8 %) и одного навоза (45,6 - 46,4 %). Несколько слабее от действия препарата (40,2 - 41,4 %) и соломы (36,2 - 38,2 против 35,4 - 37,0 %и на контроле). Запашка одной соломы на третий благоприятный год ее последействия усилила формирование водопрочных агрегатов в обоих слоях (40,4 - 41,4 и 51,0 - 50,0 %), что больше чем от применения навоза (38,8 - 39,4 и 41,8 - 46,8 %). Использование биопрепарата с навозом, соломой и их в чистом виде способствует формированию водопрочной структуры.

10. Влияние различных биологических приемов способствовало большему увлажнению почвы в слое 0 - 50 см. наибольшая влажность почвы была от использования навоза, биопрепарата и его сочетания с навозом и соломой.

11. Урожайность ячменя в среднем за четыре года была наибольшей при использовании биопрепарата в смеси с навозом (2,35 т.з.е./га), несколько ниже от запашки соломы с ЭМ-1 (2,13 т.з.е./га) и навоза (2,19 т.з.е./га).

12. Наибольший энергетический эффект получен от применения биопрепарата с соломой, где коэффициент энергетической эффективности составлял 3,2; норма рентабельности 38,1 %. Применение навоза экономически менее выгодно (рентабельность 28,6 %), а его сочетание с биопрепаратом имеет рентабельность 31,1 %.

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ

В богарных условиях засушливого Заволжья на темно-каштановых солонцеватых почвах с целью предотвращения потери гумуса, улучшения коллоидно-химических и агрофизических свойств почвы более эффективным приемом, действующим в течении четырех лет, является внесение бактериального препарата «Байкал ЭМ-1» в комплексе с навозом (35 т/га) или соломой (4 т/га).

Из-за высоких эксплуатационных затрат при использовании навоза, лучше производить запашку соломы зерновых культур в сочетании с биопрепаратом как энергетически и экономически выгодный прием и может быть альтернативой дефицитному навозу.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО МАТЕРИАЛАМ ДИССЕРТАЦИИ

1. Дмитриев, А.А. Изменение водно-физических свойств малонатриевых солонцов засушливого Заволжья под влиянием биологических ресурсов / Н.Е. Синицына, В.И. Губов, А.А. Дмитриев // матер. конф., посвященной 116-й годовщине со дня рождения академика Н.И. Вавилова «Вавиловские чтения - 2003» - Саратов, 2003. - С. 63-65.

2. Дмитриев, А.А. Биоресурсы мелиорации солонцов / Н.Е. Синицына, В.И. Губов, А.А. Дмитриев // матер. конф., посвященной 117-й годовщине со дня рождения академика Н.И. Вавилова «Вавиловские чтения - 2004» - Саратов, 2004. - С. 43-46.

3. Дмитриев, А.А. Эффективность влияния биологических препаратов на почвенное плодородие малонатриевых солонцов засушливого Заволжья / Н.Е. Синицына, В.И. Губов, А.А. Дмитриев // Достижения ЭМ-технологии в России: сб. науч. тр. - М., 2004. - С. 184-186.

4. Дмитриев, А.А. Эффективность биологической мелиорации солонцов сухостепной зоны Заволжья / Н.Е. Синицына, В.И. Губов, А.А. Дмитриев // Передовой производственный и научно-технический опыт в сельскохозяйственном производстве: сб. науч. ст. - Саратов, 2004. - С. 41-44.

5. Дмитриев, А.А. Изменение агрофизических свойств малонатриевых солонцов засушливого Поволжья под влиянием биологических мелиорантов / Н.Е. Синицына, В.И. Губов, А.А. Дмитриев // матер. Всерос. научно-практич. конф. «Адаптивные технологии производства качественного зерна в засушливом Поволжье». - Саратов, 2004. - С. 182-183.

6. Дмитриев, А.А. Влияние мелиоративных вспашек на содержание гумуса и ферментативную активность почвы / Н.Е. Синицына, В.И. Губов, А.А. Дмитриев // матер. конф., посвященной 118-й годовщине со дня рождения академика Н.И. Вавилова «Вавиловские чтения - 2005» - Саратов, 2005. - С. 61 - 64.

7. Дмитриев, А.А. Процессы гумусообразования в солонцеватых почвах под воздействием биологических удобрений / Н.Е. Синицына, В.И. Губов, А.А. Дмитриев // матер. конф., посвященной 118-й годовщине со дня рождения академика Н.И. Вавилова «Вавиловские чтения - 2005» - Саратов, 2005. - С. 64-67.

8. Дмитриев, А.А. Длительность воздействия биоорганических удобрений на почвенное плодородие темно-каштановых солонцеватых почв Заволжья / Актуальные вопросы агрохимии и почвоведения: сб. науч. тр. - Саратов, 2006. - С. 32- 37.

9. Дмитриев, А.А. Динамика агрофизических свойств зональных темно-каштановых солонцовых почв Заволжья / Н.Е. Синицына, А.А. Дмитриев, Д.С. Хусаинов // матер. 45 научно-практич. конф. «Современные аспекты развития АПК» - Пенза, 2006. - С. 63-65.

10. Дмитриев, А.А. Изменение почвенного плодородия каштановых солонцеватых почв Заволжья при применении органических удобрений и препаратов / Н.Е. Синицына, А.А. Дмитриев // матер. конф., посвященной 119-й годовщине со дня рождения академика Н.И. Вавилова «Вавиловские чтения - 2006» - Саратов, 2006. - С. 27-29.

11. Дмитриев, А.А. Влияние бактериального препарата «Байкал ЭМ-1» на плодородие темно-каштановых почв Заволжья / Н.Е. Синицына, А.А. Дмитриев, В.И. Губов // Плодородие. - 2007-. № 2.- С. 51-52.

12. Дмитриев, А.А. Влияние биологической мелиорации на почвенное плодородие каштановых почв Заволжья / матер. научно-практ. конф. молодых ученых Приволжского федерального округа: Роль молодых ученых в реализации национально проекта «Развитие АПК» - Саратов, 2007. - С. 66-69.

Размещено на Allbest.ru

...