Эколого-агрохимическая и агрофизическая оценка систем удобрений орошаемой сои на черноземах Поволжья

Размещено на http://www.allbest.ru/

На правах рукописи

Специальности: 03.00.16 - экология

06.01.03 - агропочвоведение, агрофизика

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата сельскохозяйственных наук

Эколого-агрохимическая и агрофизическая оценка систем удобрений орошаемой сои на черноземах Поволжья

Аржанухин Егор Александрович

Саратов - 2006



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

Научные руководители: доктор сельскохозяйственных наук, профессор Данилов Александр Никифорович,

кандидат сельскохозяйственных наук, доцент Караваева Галина Ивановна

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук, профессор Медведев Иван Филиппович

Кандидат сельскохозяйственных наук, доцент Пономарева Альбина Леонидовна

Ведущая организация - ФГНУ РосНИИСК «Россорго»

Защита состоится 23 декабря 2006 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» и на сайте www.sgau.ru

Автореферат разослан «22» ноября 2006 г.

Ученый секретарь диссертационного совета А.Н. Данилов



ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Ежегодные потери гумуса в степных условиях Поволжья достигли 1 т/га, что вызывает обоснованные волнения и тревогу у работников АПК, так как это привело к ухудшению агрохимических, водно-физических, биологических свойств почвы и снижению валовых сборов зерна, кормов и качества продукции. При этом ухудшается качество гумуса, что связано с ежегодным снижением применения органических и минеральных удобрений из-за их недостатка и дороговизны.

Выход из экологического тупика все больше земледельцев видят в переходе на экологически безопасное органическое земледелие.

Смысл глубокой экологизации земледелия и растениеводства в том, чтобы от химико-технологической системы, а тем более бессистемного земледелия перейти к стратегии адаптивного земледелия. Здесь как и в сельском хозяйстве вообще, нам необходимо идти по пути не покорения природы, а сотрудничества с ней, где регулировать структурную целостность, функционирование, биопродуктивность и защитные (фитосанитарные, природоохранные, токсикологические) свойства почв от различных типов техногенного влияния на среду будет сама природа, а не деятельность человека (Черников, 2000; Минеев, 2005).

Вторым важным приемом экологизации земледелия является расширение посевов зерновых бобовых культур и повышение урожайности.

Эти вопросы в орошаемых условиях природной зональности Поволжья слабо изучены и требуют более тщательной научной проработки.

Цель и задачи исследований. В соответствии с Федеральной программой (Повышение плодородия почв России на 2002 - 2005 гг.) основной целью наших исследований была разработка и обоснование применения новых низкозатратных, экологически безопасных систем удобрений адаптированных к агроландшафтам черноземной степи Поволжья (солома, биогумус в сочетании с сидератами и гуминовыми удобрениями, а также строго нормированная минеральная система удобрений в сочетании с бактериальными и микроудобрениями).

Данные системы удобрений позволяют возделывать сою по экологически ориентированной технологии с максимальным использованием экологических и биологических ресурсов Поволжья.

Задачи исследований заключались в следующем:

1. Изучать влияние различных видов, доз и сочетаний удобрений на биологическую активность южного чернозема.

2. Дать оценку фитосанитарного состояния посевов сои в зависимости от фонов их удобренности

3. Выявить синергетический эффект от совместного действия удобрений и симбиотически-ризобиального аппарата сои.

4. Установить действие различных систем удобрений на динамику пищевого режима почвы.

5. Выявить основной характер изменения содержания гумуса на различных фонах удобренности.

6. Изучить действие различных систем удобрений на водно-физические свойства почвы удобрение чернозем посев соя

7. Установить количественные и качественные взаимосвязи между удобрениями, урожайностью и качеством зерна сои.

8. Рассчитать и обосновать экономическую, энергоэкологическую оценку различных систем удобрений сои.

Научная новизна. Впервые на южном черноземе Поволжья в связи с переходом на экологическое земледелие изучена низкозатратная биоорганическая и строго нормированная минеральная система удобрений в сочетании с бактериальными, гуминовыми и микроудобрениями. Установлены объективные закономерности изменения эколого-агрохимических и водно-физических свойств почвы, длительность действия и последействия различных систем удобрений на продуктивность орошаемых агроценозов сои и получение экологически чистой и дешевой продукции.

Дана комплексная экономическая, энергетическая и экологическая оценка изучаемым системам удобрений.

Практическая значимость и реализация результатов исследований. Установлена высокая эффективность экологически безопасных малозатратных, биоорганических и строго нормированных видов, доз и сочетаний минеральных, бактериальных и гуминовых удобрений на важнейшие показатели плодородия почвы, урожайность и качество зерна сои без ухудшения экологического состояния окружающей природной среды.

Производственное внедрение экологически безопасных систем удобрений при возделывании сои в орошаемых условиях Поволжья проведено в 2005 году в колхозе «Победа» на площади 50 га и в 2006 г. в СПК «Карамышское» на площади 65 га (Красноармейский район Саратовской области), что позволило получить экономический эффект от 395 до 508 руб./га в зависимости от уровня удобренности вариантов.

Основные положения, выносимые на защиту: Новая концепция органобиологического (адаптивного, экологического, биологического земледелия и его влияние на биологические, агрохимические и водно-физические свойства южного чернозема.

Комплексная оценка низкозатратных, экологически безопасных систем удобрений на пищевой режим почвы, трансформацию гумуса, запасов влаги и засоренность посевов.

Действие удобрений на формирование урожайности и качество зерна сои.

Экономическая и энергоэкологическая оценка применения различных систем удобрений при возделывании сои на орошаемых землях Поволжья.

Апробация работы. Результаты исследований по теме диссертации докладывались и обсуждались на ежегодных научных конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов по итогам научно-исследовательской и учебно-методической работы в СГАУ им. Н.И. Вавилова (Саратов, 2005 - 2006 гг.).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 5 работ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти гав, выводов, предложений производству, приложений, списка литературы из 203 источников, в том числе 4 иностранных авторов. Работа изложена на 218 страницах компьютерного текста, содержит 67 таблиц и 9 приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении рассматриваются актуальность и новизна работы, определяются цель и задачи исследований, обосновывается теоретическая и практическая значимость. Представлены основные положения, выносимые на защиту.

1. Агроэкологическая оценка систем удобрений орошаемой сои

(обзор литературы)

В главе представлен подробный обзор отечественной и зарубежной литературы по химическому составу различных видов удобрений и их роль в экологизации земледелия. Особое внимание уделено влиянию удобрений на агрохимические, водно-физические и биологические свойства почвы, а также их действию на урожайность и качество продукции. Обосновывается необходимость изучения различных систем удобрений в условиях черноземной степи Поволжья.

2. Природно-экологические условия и методика проведения исследований

Полевые опыты проводились в 2002 - 2005 гг. в СПК «Карамышское» Красноармейского района Саратовской области. Хозяйство расположено в южной микрозоне Саратовского Правобережья.

Почвы хозяйства - чернозем южный, среднемощный, тяжелосуглинистый. Содержание гумуса в пахотном слое - 2,5 - 5,6 %. Обеспеченность почв элементами питания для возделывания зерновых и зернобобовых культур следующая: нитратным азотом - средняя (10 - 15 мг/кг); подвижным фосфором - средняя (62 - 150 мг/кг); обменным калием - высокая (114 -239 мг/кг) почвы. Реакция почвенной среды рН = 7,0 - 7,4.

Климат микрозоны умеренно-континентальный. Среднегодовая температура воздуха - 6,0єС. Сумма температур выше 10єС - 2500 - 2800єС, что обеспечивает созревание сои и других полевых культур. Среднегодовое количество осадков 335 м.

Годы проведения исследований характеризовались различными гидротермическими условиями: 2003 и 2004 годы - влажные, 2005 год - засушливый, но так как опыты проводились при орошении, то недостаток осадков устранялся проведением вегетационных поливов.

Программа исследований включала две системы удобрений: системы опытов приведены в тексте. Системы удобрений изучались в пропашном звене орошаемого севооборота: соя, яровая пшеница, просо.

Повторность опытов - четырехкратная, размещение вариантов рендомизированное. Площадь учетной делянки - 40 м2. Высевался среднеспелый районированный сорт Соер 7. В опытах применялась зональная технология возделывания сои.

Организация и проведение полевых опытов осуществлялись по общепризнанным методикам: Б.А. Доспехова (1985), ВНИИ орошаемого земледелия (1960, 1969), Г.С. Посыпанова (1991, 1997). Биологическую активность почвы изучали прямым методом по количественному учету микроорганизмов на мясопептонном и крахмалоаммиачном агарах. Засоренность посевов учитывалась по методике ВИЗР (1988). Симбиотический потенциал клубеньковых бактерий устанавливали по количеству и массе клубеньков на корнях сои. Дальнейший анализ клубеньков проводили по методике ВНИИСХ микробиологии (А.Т. Новикова, 1976; Г.С. Посыпанов). Содержание нитратного азота в слоях почвы 0 - 0,2 и 0,2 - 0,4 м определялось по Грандваль - Ляжу, подвижной фосфор и обменный калий по методу Чирикова в модификации ЦИНАО, ГОСТ 26213 - 84. Содержание гумуса - по методу Тюрина в модификации ЦИНАО, ГОСТ 26213 - 91. Водопрочная структура - по методу Бакшеева. Плотность почвы - по Н.А. Качинскому. Влажность почвы определялась термовесовым методом по методике А.А. Роде (1969). Суммарное водопотребление - методом водного баланса по А.Н. Костякову. Водопроницаемость почвы определялась методом заливных площадок. Тяжелые металлы - методом атомно-абсобционной спектрометрии (ГОСТ 30178). Фактическую урожайность учитывали методом сплошной поделяночной уборки комбайном «Сампо - 500». Качество зерна определялось по методике ВАСХНИЛ, ГОСТ 10846 - 74.

Статистическая обработка данных проведена по Б.А. Доспехову. Экономическая и энергетическая оценка изучаемых систем удобрений по нормативам и расценкам, действующим в Поволжском регионе на 2005 год (ВАСХНИЛ, 1991; В.В. Коринец, 1992; Г.С. Посыпанов, 1997).

3. Действие удобрений на элементы плодородия почвы

3.1 Влияние удобрений на биологическую активность почвы

В среднем за годы исследований (2003 - 2005 гг.) по фону 1 более высокая численность целлюлозоразлагающих микроорганизмов была на делянках, где солома озимой пшеницы применялась совместно с биогумусом и составила 180,4 тыс./г абсолютно сухой почвы, что превышало численность данной группы микроорганизмов в 2,5 раза по сравнению с природным фоном неудобренного контроля. Несколько ниже численность микроорганизмов была на вариантах, где по фону соломы высевались бобовые сидераты, а семена сои обрабатывались раствором гуминовых удобрений. Здесь их количество изменялось от 169,0 до 177,6 тыс./г при наличии на контроле 72,3 тыс./г абсолютно сухой почвы.

Одна солома увеличила численность микроорганизмов на посевах сои в 1,9 раза. Добавленный к соломе азот незначительно изменил их количество по сравнению с фоном, но в 2 раза по сравнению с контролем.

По фону 2 также отмечено резкое увеличение численности целлюлозоразлагающих микроорганизмов, что превысило контроль в 1,9 и 2,2 раза в зависимости от вариантов опыта.

Численность грибов также увеличилась, но она была, но она была ниже численности целлюлозоразлагающих микроорганизмов, как на контроле, так и на удобренных вариантах.

Наиболее значительно (на 98 - 100%) увеличилось количество нитрификаторов на делянках с совместным внесением соломы с зеленой биомассой сидерата (горох) и на фоне 2, где вносили 5 т/га биогумуса совместно с сидератом. На других удобренных вариантах их численность возрастала на 28 - 92 % по сравнению с контролем.

Микроорганизмы, потребляющие азот в минеральной форме сильнее реагировали на применяемые виды, дозы и сочетания удобрений. Численность бактерий при запахивании соломы (фон 1) увеличилась в 1,9 раза, а при внесении соломы с биогумусом - в 2,9 раза. На делянках с применением биогумуса 5 т/га (фон 2) численность данной группы микроорганизмов увеличилась в 3 раза. Такая же закономерность наблюдалась при совместном внесении биогумуса и сидерата.

3.2 Природоохранная и фитосанитарная роль удобрений в борьбе с сорняками

Так как соя является культурой позднего срока сева, то значительная часть яровых ранних сорных растений была подавлена предпосевной обработкой почвы, а многолетние значительно истощены. В момент уборки озимой пшеницы она имела фитоценотический порог вредности, этим объясняется отсутствие семян сорных растений в биомассе соломы.

Засоренность посевов сои при запахивании измельченной соломы озимой пшеницы 10 т/га малолетними сорняками снизилась до 8,6 шт./м2 при наличие сорных растений на неудобренном контроле 13,6 шт./м2. На фоне 1 самая низкая засоренность посевов сои была при совместном запахивании соломы с пожнивными сидератами и составляла 6,7 шт./м2. На фоне 2 меньше всего было сорняков на делянках, где биогумус применялся совместно с зеленой биомассой гороха (6,4 шт./м2).

С количественной засоренностью посевов сои полностью согласуется и масса сорных растений, которая на удобренных вариантах была ниже контроля и изменялась в фазу полных всходов от 4,9 до 6,0 г/м2, а перед уборкой - от 3,0 до 3,5 г/м2.

Количество многолетников в структуре сорно-полевого сообщества в результате применения различных фонов и сочетаний органических и минеральных удобрений практически не изменялось.

Снижение засоренности посевов сои происходило за счет того, что основная масса семян сорных растений (80%) при уборке попадает в бункер вместе с зерном убираемой культуры и отчуждается с поля. Оставшаяся часть семян сорных растений (20%) не достигла полной спелости и, как правило, не способна к прорастанию и увеличению засоренности посевов сельскохозяйственных культур.

Из анализа полученных данных следует, что запашка соломы озимой пшеницы отдельно без сидератов, биогумуса и совместно с ними не увеличивает засоренность посевов сои и ее успешно можно применять в качестве органического удобрения на орошаемых землях Поволжья не опасаясь увеличения засоренности посевов сельскохозяйственных культур.

3.3 Развитие симбиотически-ризобиального аппарата сои в зависимости от удобренности вариантов

Химизм фиксации молекулярного азота клубеньковыми бактериями до настоящего времени не может считаться окончательно установленным и является дискуссионным. Так как одни исследователи подтверждают эту возможность, а другие, наоборот, отрицают ее, и мы еще до сих пор недостаточно знаем, как можно активизировать работу клубеньковых бактерий, способных фиксировать тысячи тонн атмосферного азота.

Нами установлено, что на черноземах Поволжья на неинокулированной сое клубеньки на корнях образовывались в меньшем количестве, чем на других вариантах. Это объясняется наличием в пожнивно-корневых остатках озимой пшеницы экстрактивных веществ, способствующих размножению клубеньковых бактерий. Инокуляция семян ризоторфином (штамм 634а) способствовала усиленному размножению клубеньков от 88 до 99 шт. на 1 растение в зависимости от года проведения исследований.

Совместная обработка семян сои ризоторфином и молибденом вызывала массовое развитие клубеньков: если их количество в фазу ветвления было 99 шт., то в период цветения оно увеличилось до 164 шт., а во время образования бобов несколько снизилось и составило 126 шт.

Наши исследования, проведенные в 2003 - 2005 гг. в условиях орошения на южных черноземах Поволжья, показали, что инокуляция семян и высев их на фоне N30P30K30 способствовали образованию клубеньков на корнях сои сорта Соер 7 от 78 до 144 шт. на одно растение.

Во все годы исследований величину активности бобово-ризобиального симбиоза на посевах орошаемой сои достаточно полно характеризует масса клубеньков.

В среднем за годы исследований (2003 - 2005 гг.) масса активных клубеньков в фазу цветения сои изменялась от 175 до 271 кг/га в зависимости от видов, доз и сочетаний изучаемых удобрений при массе на контроле 91 кг/га.

3.4 Динамика пищевого режима почвы

Как показали наши исследования, наиболее неустойчив азотный режим почвы.

Содержание нитратного азота в почве, особенно в начальный период вегетации сои несколько изменяется по годам. Наиболее благоприятным азотный режим был в 2005 г. Содержание нитратов в период ветвления сои на контроле достигло 6,4 мг/кг почвы, тогда как в 2003 г. в это время их имелось в 1,2 раза меньше.

Внесение минеральных удобрений в дозах N30P30K30 увеличивало содержание нитратов, особенно в весенний период. В среднем, за годы исследований в этот срок на удобренных вариантах нитратного азота в слое (0 ? 0,2) м было в 1,4 ? 1,6 раза больше чем на контроле. В дальнейшем положительное действие удобрений на запасы нитратов в почве уменьшилось в связи с интенсивным поглощением их растениями.

Аналогичным образом складывалась динамика азотного режима на вариантах с применением ризоторфина. В начальный период до ветвления растений сои на вариантах с ризоторфином содержание нитратов в пахотном слое в среднем за 2003 ? 2005 гг. было в 1,4 раза выше контроля.

Во второй половине вегетации наблюдалось постепенное отмирание клубеньков и переход растений на почвенное питание азотом. Количество минерального азота в почве закономерно снижалось к моменту созревания сои, что вполне объективно для биологических особенностей данной культуры.

Совместное применение минеральных удобрений с ризоторфином не вызывало подавление симбиотической азотфиксации.

В отличие от нитратов, содержание фосфорной кислоты в почве в течение всей вегетации было более стабильным.

Улучшению фосфорного режима почвы способствовало в основном внесение полного минерального удобрения с соотношением питательных веществ по действующему веществу N : P : K = 1 : 1 : 1, а также совместное их внесение с микроэлементами и ризоторфином.

Применение бактериальных удобрений (ризоторфин) и молибдена существенно влияло на содержание фосфорной кислоты. В среднем, за годы исследований на этих делянках в пахотном слое в фазу цветения сои доступных фосфатов было от 120 до 124 мг/кг почвы, при содержании на контроле ? 114 мг/кг почвы. Выявленная закономерность отмечена и в другие фазы вегетации сои.

Динамика обменного калия в почве по фазам вегетации сои аналогична динамике подвижных фосфатов.

При изучении двух фонов органических удобрений установлено, что как по фону 1, так и по фону 2 лучший пищевой режим почвы был на удобренных вариантах, где солома и биогумус применялись совместно с. Нами установлено, что заблаговременное применение соломы и ее сочетаний с сидератами, биогумусом и гуминовыми удобрениями на южных черноземах Поволжья не вызывает биологического закрепления азота в почве под первой бобовой культурой. Так как эти культуры обладают автономным аппаратом, снабжающим их азотом.

С позиций биоорганического земледелия данная система удобрений позволяет отказаться от энергоемких затрат, так как применение ризоторфина способствует снижению внесения на 50 ? 80% минерального азота и уменьшению негативного влияния на окружающую среду. Соя же лучше обеспечена чистым биологическим азотом за счет активизации симбиотически-ризобиального потенциала культуры.

3.5 Действие удобрений на содержание гумуса в почве

После прохождения ротации пропашного звена севооборота наибольшее увеличение гумуса на 0,08 % относительно количества, имевшегося перед закладкой опыта, отмечалось от запашки одной соломы. Баланс гумуса на этом варианте составил +1,9 т/га (табл. 1).

Напротив, происходило снижение изучаемых элементов (ТМ) в пахотном слое южного чернозема. Поэтому их содержание как на природном фоне неудобренного контроля, так и на удобренных вариантах было ниже ПДК государственных стандартов, что повышало устойчивость почвы к токсикантам.

Таблица 1 - Изменение содержания гумуса в черноземе южном за ротацию звена севооборота (2002 ? 2005 гг.)

Варианты опыта	Слой почвы, м	Перед запашкой	Конец ротации	Баланс, т/га
		%	г/га	%	т/га
Контроль без удобрений	0-0,3	5,11	187,0	5,12	187,2	+0,2
	0,3-0,5	3,30	81,2	3,33	81,4	+0,2
Солома 10т/га - фон 1	0-0,3	5,12	187,2	5,20	189,1	+1,9
	0,3-0,5	3,35	82,4	3,38	82,6	+0,2
Фон 1+ N80	0-0,3	5,11	187,0	5,14	188,0	+1,0
	0,3-0,5	3,37	83,0	3,39	83,1	+0,1
Фон 1+ сидераты	0-0,3	5,14	188,0	5,17	189,4	+1,4
	0,3-0,5	3,40	85,6	3,43	85,9	+0,3
Фон 1+ биогумус 2 т/га	0-0,3	5,14	188,0	5,22	189,6	+1,6
	0,3-0,5	3,37	83,0	3,39	83,1	+0,1
Фон 1+ гуми - 20 м	0-0,3	5,16	189,2	5,24	190,9	+1,7
	0,3-0,5	3,38	83,1	3,40	83,2	+0,1
Биогумус 5т/га - фон 2	0-0,3	5,14	188,0	5,22	189,7	+1,7
	0,3-0,5	3,36	82,7	3,37	82,8	+0,1
Фон 2 + сидераты	0-0,3	5,12	187,2	5,16	188,8	+1,6
	0,3-0,5	3,35	82,4	3,38	82,6	+0,2
Фон 2 + P30	0-0,3	5,14	188,0	5,22	189,5	+1,5
	0,3-0,5	3,37	83,0	3,39	83,1	+0,1

Совместное применение соломы с гуминовыми удобрениями незначительно уступало одной соломе по содержанию гумуса в почве, где баланс гумуса был равен +1,7 т/га. Влияние заделки соломы с биогумусом на показатели гумусового состояния оказалось одинаковым с вариантом, где биогумус применяли совместно с сидератом.

На этих вариантах запасы гумуса возросли на 1,6 т/га

Таким образом, в условиях черноземной степи Поволжья использование соломы и ее сочетаний с другими органическими удобрениями обеспечивает повышение содержания гумуса, что особенно важно для поддержания экологического равновесия в орошаемых агроценозах.

3.6 Влияние удобрений на содержание тяжелых металлов в почве

Проведенный анализ результатов исследований свидетельствует о том, что изучаемые виды, дозы и сочетания удобрений, как в органической, так и в минеральной системе удобрений не способствовали накоплению подвижных форм тяжелых металлов в почве (табл. 2).



Таблица 2 - Влияние удобрений на содержание подвижных форм тяжелых металлов в почве, мг/кг (2003 ? 2005 гг.)

Варианты опыта	Pb	Cd	Zn	Cu	Ni
Контроль без удобрений	1,55	0,19	5,86	0,28	1,60
Солома 10т/га - фон 1	1,46	0,17	5,60	0,25	1,49
Фон 1+ N80	1,48	0,17	5,70	0,25	1,50
Фон 1+ сидераты	1,44	0,15	5,40	0,22	1,42
Фон 1+ биогумус 2 т/га	1,45	0,15	5,43	0,22	1,40
Фон 1+ гуми - 20 м	1,44	0,16	5,45	0,24	1,40
Биогумус 5т/га - фон 2	1,45	0,15	5,35	0,22	1,45
Фон 2 + сидераты	1,46	0,15	5,30	0,23	1,42
Фон 2 + P30	1,48	0,16	5,65	0,24	1,51
ПДК	6,00	1,00	23,0	3,00	4,00

3.7 Водно-физические свойства почвы и их характер трансформации под влиянием удобрений

В среднем за годы исследований (2003 - 2005 гг.) по фону 1 из испытывавшихся в наших опытах удобрений наибольшее влияние на структурообразование в обоих слоях почвы оказало совместное применение соломы с зеленым удобрением, биогумусом и гуминовыми удобрениями. На посевах сои количество водопрочных агрегатов в пахотном слое почвы возросло на 10,3 - 10,8% по сравнению с неудобренным контролем. Коэффициент структурности также был значительно выше контроля и изменялся от 1,64 до 1,68. (табл. 3).

Биогумус (фон 2) незначительно уступал совместному внесению соломы с сидератами в улучшении структурности обоих горизонтов почвы.

Для орошаемых условий черноземной степи Поволжья важным в теоретическом и практическом отношении является вопрос об оптимальном строении пахотного слоя, от которого зависят все факторы жизни растений и почвенной биоты.

В наших исследованиях общим является то, что плотность почвы находится в определенной зависимости от массы органического вещества, запаханного в почву с органическими удобрениями. В горизонтах почвы 0 ? 0,1; 0,1 ? 0,2 м плотность почвы была значительно ниже по сравнению со слоем 0 ? 0,4 м независимо от удобренности вариантов. Это объясняется более высоким содержанием гумуса в верхних слоях почвы и глубиной запахивания биомассы органических удобрений. Плотность южного чернозема в слое почвы 0 ? 0,4 м во все годы исследований перед посевом сои изменялась по вариантам удобренности от 1,08 до 1,10 г/см3 при плотности на контроле ? 1,15 г/см3. После уборки сои колебания величины плотности почвы на опытных делянках наблюдались от 1,14 до 1,17 г/см3 при плотности на контроле ? 1,19 г/см3.

Таблица 3 - Действие удобрений на водопрочность структуры чернозема южного (2003 ? 2005 гг.)

Вариант опыта	Соя
	Содержание водопрочных агрегатов, % от массы сухой почвы
	> 0,25 мм	< 0,25 мм	Коэффициент структурности
	0?0,3м	0,3?0,5м	0?0,3м	0,3?0,5м	0?0,3м	0,3?0,5м
Контроль без удобрений	51,9	54,5	48,1	45,5	1,05	1,19
Солома 10 т/га - фон 1	60,2	64,3	39,8	35,8	1,53	1,79
Фон 1+ N80	60,1	64,6	39,9	35,4	1,51	1,83
Фон 1+ сидераты	62,6	65,9	37,4	34,1	1,67	1,93
Фон 1+ биогумус 2 т/га	62,2	65,4	37,8	34,6	1,64	1,89
Фон 1+ гуми - 20 м	62,7	65,2	37,3	34,8	1,68	1,87
Биогумус 5 т/га - фон 2	61,1	64,3	38,9	35,7	1,57	1,80
Фон 2 + сидераты	63,0	66,0	37,5	34,0	1,70	1,94
Фон 2 + P30	61,4	64,8	38,6	35,2	1,59	1,84

Важнейшим водно-физическим свойством почвы, определяющим ее водный и воздушный режимы, является водопроницаемость.

По средним данным водопроницаемость почвы весной, перед севом сои, в год действия удобрений в пахотном слое на контроле составила 99,8 мм/ч, что по градации Н.А. Качинского и А.В Ковды является хорошей. На делянках с запахиванием 10 т/га соломы озимой пшеницы (фон 1), 5 т/га биогумуса (фон 2) была практически одинакова и составляла 219,5 и 218, 3 мм/ч. В данном случае она была наилучшей на градации Н.А. Качинского и оптимальной по данным В.А. Ковды, что способствует рациональному использованию оросительной воды. Водопроницаемость здесь от внесения биомассы соломы и 5 т/га биогумуса повысилась в 2,2 раза по сравнению с неудобренным контролем.

Особенно благоприятно влияло на водопроницаемость почвы совместное запахивание соломы с промежуточными пожнивными сидератами, где водопроницаемость повысилась в 2,8 раза, что связано не только с действием биомассы внесенных удобрений, но и с деятельностью стержневой корневой системы сидератов. Такая же водопроницаемость наблюдалась на вариантах с совместным внесением соломы с биогумусом и гуминовыми удобрениями, где она в 2,3 раза превышала контроль.

Иначе изменялась водопроницаемость подпахотного горизонта. На контроле она составила 93,5 мм/ч, а от запахивания одной соломы она повысилась на 22,0%, от сочетания соломы с минеральным азотом - 34,8%, от биогумуса 21,3%. Более рельефная разница в состоянии этого важного производственного свойства почвы наблюдалась на вариантах с совместным запахиванием соломы с промежуточными пожнивными сидератами, где она увеличилась в 2,5 раза по сравнению с неудобренным контролем.

Наблюдения за запасами влаги в почве в год действия удобрений ( по средним данным) показали, что перед посевом сои и в фазе ветвления запасы влаги в расчетном слое (0 ? 0,7 м) почвы были выше контроля на 15 ? 53 м3/га в зависимости от вариантов удобренности и фазы вегетации культуры. Здесь не отмечено больших различий между опытными вариантами, что объясняется небольшим в начальные фазы развития водопотреблением сои и достаточно большим количеством атмосферных осадков, которые сглаживали возникавшие различия в запасах и использовании растениями почвенной влаги. Однако и в этот период вегетации наблюдалось преимущество совместного запахивания соломы озимой пшеницы и биогумуса с зеленой биомассой гороха

Кроме запасов влаги в почве нами изучалось влияние запашки соломы, биогумуса и их сочетаний с промежуточными сидератами, гуминовыми и минеральными удобрениями на водопотребление сои. Этот вопрос в условиях орошения совсем не исследовался.

Нами установлено, что суммарное водопотребление на посевах сои в зависимости от года возделывания и удобренности вариантов изменялось в пределах 4585 ? 5000 м3/га, а на контроле суммарный расход воды был несколько ниже и колебался от 4409 до 4612 м3/га. Снижение суммарного водопотребления на неудобренном контроле связано с более низкой урожайностью сои.

В среднем за годы исследований (2003 ? 2005 гг.) потребность сои в воде в равной степени удовлетворялось за счет поливов (44 ? 48%) и атмосферных осадков (41 ? 44%) и лишь на 8 ? 14% за счет почвенных запасов.

На удобренных вариантах соя формировала более высокую урожайность, что вызывало повышенный суммарный расход воды с единицы площади.

Важным критерием эффективного использования воды растениями сои является коэффициент водопотребления.

Таким образом, несмотря на увеличение суммарного водопотребления, на удобренных посевах соя наиболее экономно использовала воду. Такая зависимость установлена во все годы действия удобрений (табл. 4).

Таблица 4 - Суммарный расход и коэффициент водопотребления сои (2003 ? 2005 гг.)

Варианты опыта	Суммарное водопотребление, м3/га	Урожайность, т/га	Коэффициент водопотребления, м3/т
Контроль без удобрений	4541	2,42	1876
Солома 10т/га - фон 1	4674	2,89	1617
Фон 1+ N80	4731	2,99	1582
Фон 1+ сидераты	4858	3,53	1376
Фон 1+ биогумус 2 т/га	4812	3,51	1370
Фон 1+ гуми - 20 м	4768	3,44	1386
Биогумус 5т/га - фон 2	4725	3,35	1410
Фон 2 + сидераты	4878	3,60	1355
Фон 2 + P30	4780	3,30	1448

4. Продуктивность сои в зависимости от изучаемых систем удобрений

4.1 Урожайность культуры

В среднем за годы исследований по фону 1 более высокая урожайность сои получена на варианте, где солома применялась совместно с бобовым пожнивным сидератом и составила 3,53 т/га.

По фону 2 наибольшая урожайность получена при совместном внесении биогумуса с зеленой биомассой пожнивного гороха, где урожайность составила 3,60 т/га.

От запашки измельченной соломы озимой пшеницы 10 т/га урожайность сои увеличилась на 0,47 т/га или 19,4%. Добавленный к фону 1 минеральный азот (N80) еще более поднимал ее эффективность. На этом варианте урожайность возросла на 0,54 т/га или 22,3%. За годы исследований выявлены слабые различия между внесением биогумуса 5 т/га (фон 2) и при его сочетании с фосфором, урожайность составила 3,35 и 3,30 т/га (табл. 5).

С позиции биоорганического земледелия изучаемые системы удобрений позволяют отказаться от энергетических затрат, так как применение ризоторфина способствует снижению внесения на 50 ? 80% минерального азота и уменьшению негативного влияния на окружающую среду. Экологическая «чистота» биологического азота ? одна из важнейших составляющих органобиологического земледелия, в основе которого лежит сокращение применения в сельском хозяйстве энергоемких и экологически вредных средств химизации.



Таблица 5 - Действие удобрений на урожайность сои

Варианты опыта	Урожайность, т/га	Прибавка урожая
	2003г.	2004г.	2005г.	средняя	т/га	%
Контроль без удобрений	2,44	2,62	2,20	2,42	-	-
Солома 10т/га - фон 1	2,90	3,15	2,62	2,89	0,47	19,4
Фон 1+ N80	2,98	3,28	2,71	2,99	0,54	22,3
Фон 1+ сидераты	3,56	3,96	3,07	3,53	1,11	45,9
Фон 1+ биогумус 2 т/га	3,47	3,87	3,19	3,51	1,09	45,0
Фон 1+ гуми - 20 м	3,42	3,82	3,08	3,44	1,02	42,1
Биогумус 5т/га - фон 2	3,31	3,81	2,94	3,35	0,93	38,4
Фон 2 + сидераты	3,60	3,98	3,22	3,60	1,18	48,8
Фон 2 + P30	3,14	3,94	2,82	3,30	0,88	36,4
НСР05	0,06	0,05	0,06

4.2 Качество зерна поливной сои

Качество семян сои изменялось по годам, фонам и вариантам. От запахивания одной соломы озимой пшеницы (фон 1) содержание белка в зерне сои возросло в среднем за годы исследований до 38,2%, что выше контроля на 1,3%. Добавленный к соломе азот (фон 1 + N80) усилил действие соломы, а содержание белка составило 38,8%, что на 1,9 % превышало неудобренный контроль (табл. 6).

Лучшее качество зерна сои по фону 1 отмечено на вариантах, где солома применялась совместно с пожнивным сидератом и гуминовыми удобрениями. На этих вариантах содержание белка увеличилось до 39,4 и 39,8% и было выше контроля на 2,5 ? 2,9%.

По фону 2 хорошее качество зерна было на делянках, где применялась органо-минеральная система удобрений (фон 2 + Р30) и сочетание биогумуса с промежуточным сидератом, с изменением содержания белка от 39,6 до 39,8%.

Характерная зависимость отмечалась и по содержанию жира с колебаниями на удобренных фонах от 19,5 до 21,0% при наличии на контроле 19,0%.

Сбор белка и масла был выше на удобренных вариантах, не только из-за повышения их содержания, но и из-за увеличения урожайности сои. Содержание нитратов на удобренных вариантах изменялось от 27,5 до 29,0 мг/кг, при наличии на контроле 31,0 мг/кг и было ниже ПДК государственных стандартов (табл. 6).

Таблица 6 - Действие удобрений на качество зерна сои (2003 - 2005 гг.)

Варианты опыта	Содержание, %	Выход с 1 га, т	Содержание нитратов, мг/кг зерна
	белок	жир	белок	жир
Контроль без удобрений	36,9	19,0	89,30	45,98	31,0
Солома 10т/га - фон 1	38,2	19,5	110,40	56,35	27,5
Фон 1+ N80	38,8	19,8	116,01	59,20	28,2
Фон 1+ сидераты	39,4	20,1	139,08	70,95	27,5
Фон 1+ биогумус 2 т/га	39,3	20.4	137,94	71,60	28,3
Фон 1+ гуми - 20 м	39,8	20,8	136,91	71,55	28,0
Биогумус 5т/га - фон 2	39,3	20.9	131,66	70,01	28,5
Фон 2 + сидераты	39,8	20,8	143,28	74,88	28,0
Фон 2 + P30	39,6	21,0	130,68	69,30	29,0

4.3 Действие удобрений на экологическую оценку качества зерна сои

Соя обладает высокой способностью к поглощению катионов, что может привести к снижению гигиенического качества зерна сои при выращивании ее на загрязненных почвах.

Таблица 7 - Действие удобрений на экологическую оценку качества зерна сои (2003 ? 2005 гг.)

Варианты опыта	Тяжелые металлы, мг/кг
	Pb	Cd	Zn	Cu	Ni
Контроль без удобрений	0,22	0,026	13,5	3,35	0,20
N30P30K30	0,19	0,023	12,6	3,30	0,18
Фон + ризоторфин 634а	0,19	0,022	12,4	3,25	0,17
Фон + Мо	0,20	0,024	12,8	3,27	0,18
Фон + ризоторфин + молибден	0,18	0,023	12,2	3,24	0,17
Ризоторфин	0,19	0,022	12,5	3,28	0,18
Молибден	0,20	0,024	12,7	3,30	0,19
Ризоторфин + молибден	0,18	0,023	12,6	3,27	0,17
ПДК	0,3	0,03	50	10	0,5

В наших исследованиях наблюдалась иная зависимость, где применение удобрений способствовало снижению содержания тяжелых металлов в зерне сои. Содержание свинца было меньшем предельно допустимой концентрации в 2,8 ? 3,3 раза в зависимости от удобренности вариантов; кадмия ? в 5 ? 6,3 раза; цинка ? в 4,5 ? 5 раз; меди ? в 3,4 ? 3,6 раза; никеля ? в 2,6 ? 2,7 раза (табл. 7).

Таким образом, изучаемые нами системы удобрений не нарушают процессы формирования урожайности и качества продукции, а также увеличивают защитные свойства растений против действия природных факторов.

5. Экономическая и энергоэкологическая оценка систем удобрений сои

По средним данным за годы исследований (2003 ? 2005 гг.) самая низкая себестоимость сои при изучении органической системы удобрений была на втором варианте (фон 1), где в качестве удобрения использовали измельченную солому озимой пшеницы и составила 4,23 тыс. руб./т при себестоимости на контроле 5,25 тыс. руб./т. На этом же варианте был и самый высокий уровень рентабельности 256% при рентабельности на контроле 186%.

Однако более высокий условный чистый доход был на восьмом варианте, где по фону 2 высевался бобовый сидерат и составил 37,02 тыс. руб./га.

Анализ результатов экономических расчетов позволил выявить высокую эффективность использования минеральных удобрений. Затраты на их применение (15,72 тыс. руб./га) окупаются стоимостью полученной продукции в 2,9 раза.

Применение ризоторфина обеспечило получение самого дешевого зерна сои, где себестоимость составила 4,93 тыс. руб./га, что ниже себестоимости контрольного варианта на 0,55 тыс. руб./га, а уровень рентабельности на этом варианте был самый высокий и составил 204% при рентабельности на контроле 174% (табл. 8).

Наиболее энергетически эффективным был вариант, где по фону 2 возделывались пожнивные сидераты, а окупаемость энергозатрат составила 5,22.

Энергетическая себестоимость на опытных вариантах была значительно ниже контроля и изменялась от 9,8 до 11,8 ГДж/т, при себестоимости на контроле 13,4 ГДж/т. Это связано не только с применением удобрений, но и урожайностью сои. Такая зависимость наблюдалась как по фону 1, так и по фону 2 во все годы исследований.

Таблица 8 - Экономическая эффективность применения удобрений при возделывании сои (2003 ? 2005 гг.)

Варианты опыта	Урожайность, т/га	Стоимость урожая, тыс. руб./га	Затраты, тыс. руб./га	Условно чистый доход, тыс. руб./га	Себестоимость 1 т зерна, тыс. руб.	Уровень рентабельности, %
Контроль без удобрений	2,21	33,15	12,10	21,05	5,48	174
N30P30K30	3,01	45,20	15,72	29,48	5,23	188
Фон + ризоторфин 634а	3,09	46,30	16,10	30,30	5,22	188
Фон + Мо	3,06	45,90	15,90	30,00	5,21	188
Фон + ризоторфин + Mo	3,17	48,95	16,40	32,55	5,17	198
Ризоторфин	2,56	38,35	12,60	25,75	4,93	204
Молибден	2,48	37,20	12,45	24,75	5,03	199
Ризоторфин + молибден	2,66	39,95	13,45	26,50	5,06	197



Выводы

1. Под влиянием удобрений улучшилась экологическая характеристика орошаемых агрофитоценозов сои. Численность микроорганизмов на удобренных вариантах превышала неудобренный контроль в 1,9 - 3 раза, в 1,4 - 1,6 раза увеличилось содержание нитратного азота и доступного фосфора, в 2,2 - 2,8 раза повысилась водопроницаемость и снизилась плотность южного чернозема.

2. От запашки соломы и ее сочетаний с сидератами, биогумусом, азотом и гуминовыми удобрениями эколого-флористический состав сорных растений в орошаемых агрофитоценозах сои не изменялся, так как при этом не увеличивался видовой состав сорных растений, а также их количество и сухая биомасса.

3. Максимальному образованию количества клубеньков на корнях сои способствовала инокуляция семян ризоторфином (штамм 634 а) и в особенности ризоторфином в сочетании с молибденом по фону полного минерального удобрения ? N30P30K30. В среднем за годы исследований масса активных клубеньков в фазу цветения изменялась от 175 до 271 кг/га в зависимости от видов, доз и сочетаний изучаемых удобрений при массе на контроле 91 кг/га.

4. По вопросу отзывчивости сои на экологически безопасную органическую систему удобрений установлено, что как по фону 1, так и по фону 2 лучший пищевой режим почвы был на удобренных вариантах, где солома и биогумус применялись совместно с сидератами и другими удобрениями. Нами выявлено и обосновано, что заблаговременное применение соломы и ее сочетаний с сидератами, биогумусом и гуминовыми удобрениями на южных черноземах Поволжья не вызывает биологического закрепления азота в почве в год действия удобрений под первой бобовой культурой.

5. Наибольшее увеличение гумуса на 0,08% относительно количества, имеющегося перед закладкой опыта, отмечалось от запашки одной соломы. Баланс гумуса на этом варианте составил 1,9 т/га. Совместное применение соломы с гуминовыми удобрениями незначительно уступало одной соломе по содержанию гумуса в почве, где баланс гумуса был равен 1,7 т/га.

6. Установлено, что изучаемые виды, дозы и сочетания удобрений как в органической, так и в минеральной системах не способствовали накоплению подвижных форм тяжелых металлов в почве. Напротив, происходило снижение изучаемых элементов (ТМ) в пахотном слое южного чернозема. Их содержание на опытных вариантах было ниже ПДК государственных стандартов, что повышало устойчивость почвы к токсикантам.

7. Наибольшее влияние на структурообразование в обоих слоях почвы оказывало совместное применение соломы с зеленым удобрением, биогумусом и гуминовыми удобрениями. Количество водопрочных агрегатов в пахотном слое почвы возросло на 10,3 ? 10,8%. Коэффициент структурности также был значительно выше контроля и изменялся от 1,51 до 1,70.

8. Во все годы исследований более рыхлое сложение почвы как весной, так и после уборки сои было на вариантах с совместным применением соломы и биогумуса с пожнивными сидератами ? весной 1,15 г/см3, осенью ? 1,14 ? 1,17 г/см3.

9. Водопроницаемость почвы весьма динамична и, как правило, уменьшается во времени. В среднем за годы исследований в пахотном слое почвы перед севом сои водопроницаемость на контроле равнялась 99,8 мм/ч. При внесении различных видов, доз и сочетаний удобрений она изменялась от 216,2 до 280,0 мм/ч и была в 2,2 ? 2,8 раза выше неудобренного контроля.

10. Важным критерием эффективного использования воды растениями сои является коэффициент водопотребления. В год действия удобрений наименьший коэффициент водопотребления был на вариантах с совместным применением соломы с сидератами (фон 1 + сидерат) и составил 1376 м3/т. При запахивании одной соломы и биогумуса коэффициент водопотребления был несколько выше по сравнению с вариантом, где солома применялась совместно с биомассой гороха, биогумусом и гуминовыми удобрениями и изменялся от 1410 до 1617 м3/т. В среднем за годы исследований коэффициент водопотребления на контроле был равен 1876 м3/т, что связано с более низкой урожайностью сои и менее экономным использованием влаги на создание единицы основной продукции.

11. В органической и строго нормированной минеральной системах удобрений все виды, дозы и сочетания удобрений значительно повышали урожайность сои и качество продукции. Совместное применение полного минерального удобрения, обработки семян ризоторфином и молибденом обеспечили получение урожайности сои 3,17 т/га, или на 43,4% выше контроля. Обработка семян одним ризоторфином повышала урожай в среднем за три года на 15,8%, молибденом ? 12,2%, а ризоторфином и молибденом ? на 20,4%.

12. В минеральной системе наиболее выгодно применение минеральных удобрений в сочетании с микроэлементами и бактериальными препаратами. Коэффициент энергетической эффективности на этом варианте равнялся 4,46 при окупаемости энергетических затрат на контроле в 3,62 раза. На этом варианте самая низкая энергетическая себестоимость 11,5 ГДж/т, что ниже неудобренного контроля на 19%. В органической системе удобрений выявлено преимущество вариантов, где солома и биогумус запахивались совместно с биомассой бобового сидерата. Коэффициенты энергетической эффективности на этих вариантах были самыми высокими ? 4,9 и 4,8 соответственно.

Предложения производству

1. Для поддержания бездефицитного баланса гумуса и питательных веществ, при возделывании сои в условиях орошения на южном черноземе рекомендуется внесение соломы мятликовых (злаковых) культур в дозе 10 т/га, биогумуса 5 т/га и их сочетаний с сидератами с гуминовыми удобрениями.

2. С позицией биоорганического земледелия изучаемые системы удобрений позволяют отказаться от энергоемких затрат, связанных с применением минеральных удобрений, так как инокуляция семян ризоторфином способствует снижению внесения на 50 ? 80 % минерального азота и уменьшению негативного влияния на окружающую среду.

3. Кроме того, рекомендуется рассматривать применение соломы как экологически безопасный, беззатратный, экономически оправданный способ ее утилизации, положительно влияющий на почву, растения и на экологическую ситуацию в целом, который можно применять в качестве альтернативы дефицитному навозу на орошаемых землях Поволжья



Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Аржанухин Е.А. Действие удобрений на урожайность и экономическую эффективность сои // Сб. науч. работ «Земледелие, сельскохозяйственная мелиорация, почвоведение, агрохимия» ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ». - Саратов. - 2005. С. 3 - 6.

2. Караваева Г.И., Аржанухин Е.А. Экономическая эффективность возделывания сои // Сб. науч. работ «Адаптивный потенциал полевых культур Поволжья» ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ». - Саратов. - 2005. С. 59 - 61.

3. Караваева Г.И., Аржанухин Е.А. Эколого-агрохимическая оце...