Моделирование физико-химических свойств дерново-подзолистой песчаной почвы при выращивании посадочного материала сосны обыкновенной в Брянском округе зоны широколиственных лесов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Моделирование физико-химических свойств дерново-подзолистой песчаной почвы при выращивании посадочного материала сосны обыкновенной в Брянском округе зоны широколиственных лесов

06.03.01 - Лесные культуры, селекция, семеноводство

На правах рукописи

Милешина Анна Владимировна

Брянск - 2008

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Брянская государственная инженерно-технологическая академия»

Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук Маркина Зоя Николаевна

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук, профессор Ткаченко Анатолий Николаевич

доктор сельскохозяйственных наук, доцент Афонин Алексей Алексеевич

Ведущая организация: ФГОУ ВПО Брянская государственная сельскохозяйственная академия

Защита диссертации состоится « 23 » октября 2008г. в 14.30 часов на заседании диссертационного совета Д 212.019.01 Брянской государственной инженерно-технологической академии по адресу: 241037, г. Брянск, пр-т Станке Димитрова, д.3.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Брянской государственной инженерно-технологической академии.

Автореферат разослан « » сентября 2008г.

Учёный секретарь диссертационного совета Нартов Д.И.

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Для получения высококачественного посадочного материала в лесных питомниках необходимо при его выращивании создать оптимальные условия почвенной экологии, и в первую очередь, таких показателей как гранулометрический состав, содержание гумуса, подвижного фосфора, обменного калия, кислотности почв и др. Успешное развитие лесокультурного производства и продуктивность искусственных насаждений, особенно в условиях рыночных отношений, в значительной степени определяется качеством посадочного материала, который обеспечивает высокий лесокультурный эффект.

Федеральная целевая программа «Экология и природные ресурсы России (2002-2010 годы)» и Лесной кодекс РФ (2007) ставят проблему выращивания посадочного материала в разряд приоритетных государственных задач МПР России. Проблему эту можно решить только с помощью применения прогрессивно-интенсивных технологий выращивания посадочного материала.

Проблема повышения почвенного плодородия дерново-подзолистых песчаных почв путём применения физической мелиорации и создания на этой основе оптимальных параметров физических и агрохимических свойств, влияющих на выход стандартного посадочного материала хвойных пород и его качество, делает эту работу своевременной и актуальной.

Исследования по теме проведены в процессе выполнения темы Брянской государственной инженерно-технологической академии «Обобщение лесокультурного опыта в Учебно-опытном лесхозе БГИТА».

Цель исследований Цель диссертационной работы состоит в разработке моделей оптимальных физических и агрохимических показателей дерново-подзолистой песчаной почвы, влияющих на выход стандартного посадочного материала и качество сеянцев сосны обыкновенной.

Задачи исследований:

- изучить влияние физических и агрохимических свойств дерново-подзолистой песчаной почвы на рост сеянцев сосны обыкновенной;

- выявить влияние физических и агрохимических свойств искусственно созданного почвогрунта, различных видов удобрений и нетрадиционных тукосмесей на качество и выход стандартного посадочного материала посадочного материала;

- разработать модель оптимальных физических и агрохимических свойств дерново-подзолистой песчаной почвы при выращивании посадочного материала сосны обыкновенной.

Научная новизна диссертации состоит в полученных новых экспериментальных данных по влиянию физико-химических свойств искусственно созданного почвогрунта на качество и выход стандартного посадочного материала сосны. Разработана модель плодородия оптимальных физических и агрохимических свойств дерново-подзолистой песчаной почвы для выращивания сеянцев сосны обыкновенной.

Впервые в условиях зоны широколиственных лесов изучено применение нового вида удобрений (борофоски) местного производства на рост и выход стандартных сеянцев сосны обыкновенной. Опыт такой направленности на основе системного подхода проведен впервые в Брянской области.

Практическая значимость заключается в создании модели оптимальных физических и агрохимических свойств дерново-подзолистой песчаной почвы (содержание физической глины 18 - 22 % в пахотном слое почвы, доступных форм легкогидролизуемого азота 71 - 100 мг/кг, обменного калия - 150 - 170 и более мг/кг, подвижного фосфора - 200 - 400 и более мг/кг) при выращивании высококачественного посадочного материала сосны обыкновенной. Результаты НИР внедрены в Учебно-опытном лесхозе БГИТА.

Обоснованность и достоверность научных положений и выводов. Подтверждается анализом большого объёма экспериментального материала, полученного с помощью современных общепринятых методик. Для математического анализа, обобщения и визуализации экспериментальных данных использовался современный аппарат математической статистики и компьютерные программы MS Excel 2003, MS Word 2003, Systat 11, программы «Статистика» и «Регрессия» (разработчик Марченко С.И., БГИТА, Брянск, 2002).

Личный вклад автора. В диссертации использованы данные, полученные автором на всех этапах проведения работ: изучения состояния вопроса по теме диссертации, разработке программы и методики проведения экспериментов в полевых и лабораторных условиях, закладке опыта, сборе, обработке и анализе полученных результатов, подготовке публикаций и диссертационной работы.

Положения, выносимые на защиту:

- новые экспериментальные данные физических и агрохимических свойств дерново-подзолистой песчаной почвы, влияющие на рост и развитие сеянцев сосны обыкновенной;

- закономерности влияния оптимальных физических и агрохимических свойств искусственно созданного почвогрунта на качество и выход посадочного материала сосны;

- эффективность применения тукосмеси из местного сырья (борофоски) при выращивании сеянцев сосны обыкновенной;

- оптимизационная модель плодородия дерново-подзолистой песчаной почвы, определяющая качество и повышение выхода стандартного посадочного материала сосны обыкновенной на 23,3…72,9 %.

Апробация работы. Результаты исследований и основные положения по теме диссертации докладывались на Всероссийской научно-технической конференции студентов и аспирантов (Екатеринбург, 2005), на Всероссийском конкурсе инновационных проектов аспирантов и студентов по приоритетному направлению «Рациональное природопользование» (Ярославль, 2006; работа отмечена дипломом по первому туру), ежегодных научных конференциях БГИТА (2005, 2006, 2007), на международных научно-производственных конференциях «Проблемы лесоведения и лесоводства» (Гомель, 2007), «Актуальные проблемы лесного комплекса» (Брянск, 2006, 2007), на X международной научной конференции «Плодоводство, семеноводство, интродукция древесных растений» (Красноярск, 2007), «Вклад учёных и специалистов в национальную экономику» (Брянск, 2008).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 статей, в т.ч. 1 статья в источнике, рекомендованном ВАК РФ, 2 статьи приняты к печати.

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из общей характеристики работы, 4 глав, выводов и предложений производству, 12 приложений; изложена на 165 страницах, включая 25 таблиц, 13 рисунков, 203 библиографических наименований (из них 10 на иностранном языке).

1 Состояние вопроса.

Анализ научной литературы по разработке и использованию моделей плодородия почв для сельскохозяйственных культур свидетельствует о том, что в России и республиках бывшего СССР выполнен большой объем работ, особенно по частным вопросам и в региональном масштабе (Кулаковская и др., 1984; Стребков и др., 1985; Щербаков и др., 1986; Шишов и др., 1987; Ефремов и др., 1988; Кулаковская, 1990; Шишов и др., 1991; Войтович, 1997; Ковриго и др., 2000; Горбылёва и др., 2002; Минеев, 2004). Теоретическая база исследований по разработке моделей плодородия находится на достаточно высоком уровне с использованием системного подхода в моделировании.

Литературные данные свидетельствуют о том, что в нашей стране остаются недостаточно изученными вопросы моделирования почвенного плодородия при выращивании посадочного материала сосны обыкновенной на дерново-подзолистых песчаных почвах в лесных питомниках.

По мнению ряда авторов (Наставление по выращиванию…, 1979; Родин, Попова, 1990; Романов, 1994; Малюта, Романов, 2000; Родин, 2000; Родин С.А., Родин А.Р., 2004; Копытков, Жумигин, 2007), основным фактором, который оказывает существенное влияние на рост растений и выход стандартного посадочного материала в питомниках является почвенный.

Несмотря на фундаментальные работы в этой области, выполненные А.П. Тольским (1931), Г. А. Игаунисом (1970, 1974), В. И. Шубиным, М.Ф. Чесноковой (1971), Г.Я. Маттисом (1976), B.В. Мироновым (1977), А.Р. Родиным (1977), В. В. Вячкилевым, Е.Л. Маслаковым и др. (1980), Е.Л. Маслаковым (1986) и еще рядом исследователей, на сегодняшний день, высказываются опасения о возможности снижения приживаемости на лесокультурной площади сеянцев, выращенных в питомнике при оптимальных условиях среды.

В настоящее время накоплен большой научный потенциал по вопросам оптимизации почвенно-экологических условий при выращивании сеянцев хвойных пород (Игаунис 1970, 1974; Шубин, Чеснокова, 1971; Романов, Данилов, 1974; Чурагулова, 1974; Маттис 1976; Миронов, 1977; Родин, 1977; Вячкилев, Маслаков и др., 1980; Маслаков, 1986; Маркова, Сухорукова, 1995; Родин, Угаров, 1997).

Как следует из обзора литературных источников создавать питомники рекомендуется на супесчаных или легкосуглинистых почвах, содержащих в верхнем 40-сантиметровом слое 10...30 % физической глины (Чурагулова 1974; Рекомендации по выращиванию сеянцев ели ...1989; Abou Gabal A. и др ..., 1989; Adam и др., 1989; Кураев, Бахолдина, Маврина, 1994; Маркова, Сухорукова, 1995; Родин, Угаров, 1997). Исследования этих авторов показали, что оптимальные почвенно-экологические условия, а также обработка почвы, посевные качества семян, норма высева, использование удобрений, пестицидов, различных мелиорантов и нетрадиционных минеральных образований улучшают биометрические показатели сеянцев, которые при моделировании включаются в «блок растения».

Однако изучение этих работ показало, что исследований по разработке моделей оптимальных физических и агрохимических показателей дерново-подзолистых песчаных почв и противоречивость сведений о значении почвенных условий при выращивании посадочного материала хвойных пород указывает на необходимость более глубокого изучения этого вопроса. При этом самым убедительным и достоверным критерием оценки качества посадочного материала будет служить выход стандартных сеянцев, их приживаемость и рост после посадки их на лесокультурную площадь.

Анализ литературы по разработке и использованию моделей плодородия свидетельствует о том, что в настоящее время созданы десятки моделей плодородия для сельскохозяйственных культур (Шишов, и др., 1987, 1991; Войтович, 1997; Минеев, 2004; Бакиров, 2007), возделываемых на различных типах почв в разных почвенно-климатических зонах, однако вопросы оптимизации свойств почв лесных питомников требуют дальнейшей конкретизации. В публикациях приводятся некоторые рекомендации по содержанию физической глины в почве питомника, но они различны и не увязаны с выращиваемой породой. Многообразие факторов, которые необходимо учитывать при управлении плодородием, делают невозможным создание одной универсальной модели. Поэтому встала необходимость в разработке конкретной модели оптимальных физических и агрохимических свойств дерново-подзолистой песчаной почвы для выращивания сеянцев сосны.

Программа, условия, объект и методика исследования

Программа работ. Основным объектом исследований является система «почва-растение», в которой устанавливается взаимосвязь между физическими и агрохимическими свойствами дерново-подзолистой песчаной почвы и ростом сеянцев сосны обыкновенной (Pinus sylvestris, L).

В программу исследований были включены следующие вопросы:

1. Изучить влияние земляной массы, минеральных, органических и органо-минеральных удобрений на почвенно-экологические условия дерново-подзолистой песчаной почвы.

2. Выявить влияние физических и агрохимических свойств дерново-подзолистой песчаной почвы на рост сеянцев сосны обыкновенной.

3. Определить эффективность почвогрунта и различных видов удобрений при выращивании сеянцев сосны.

4. Разработать оптимизационную модель физических и агрохимических свойств дерново-подзолистой песчаной почвы, влияющие на качество сеянцев сосны обыкновенной.

Природно-климатические условия региона исследования. Исследования по выращиванию посадочного материала сосны проводили в лесном питомнике (площадь 5 га) Опытного лесничества Учебно-опытного лесхоза БГИТА с 2005 по 2007 гг. на дерново-среднеподзолистой песчаной почве на двучленных отложениях флювиогляциальных и кварцево-глауконитовых песков с фосфоритами. По лесорастительному районированию область включена в зону широколиственных лесов Европейской части России (Курнаев, 1982).

Метеорологические условия (по данным метеостанции Учебно-опытного лесхоза БГИТА) за годы исследований были контрастными по влаго- и теплообеспеченности, но в целом благоприятные для выращивания посадочного материала. В 2005 году количество осадков за вегетационный период в сравнении со средними многолетними данными выпало 398,4 мм против 323,8 мм (123 %). В 2006г. - 479,6 (выше нормы на 155,8 мм) и в 2007г. - 111 % или 358,8 мм - (выше нормы на 35 мм). Распределение осадков по месяцам сильно варьирует. Максимальное количество осадков выпало в июне 2005г., в мае и августе 2006г., в сентябре 2007г., что превышало многолетнюю среднемесячную. Засушливыми условиями отличался июль и, особенно, август и сентябрь 2005г. Наиболее высокой среднемесячная температура воздуха была в августе 2007 (+20оС), самая низкая - в сентябре 2007г. (+11,9оС).

В эксперименте изучались уровни плодородия на естественном (дерново-подзолистая песчаная почва) и на искусственно созданном (земляная масса - почвогрунт) фонах. Схема опыта: 1 - естественный фон - дерново-подзолистая песчаная почва (контроль); искусственно созданный фон (земляная масса - почвогрунт); 2 - естественный фон + N60Р60К60; земляная масса + N60Р60К60; 3 - естественный фон + борофоска (60 кг/га д.в.) + N60; земляная масса + борофоска (60 кг/га д.в.) + N60; 4 - естественный фон + торф - 300 т/га; земляная масса + торф - 300 т/га; 5 - естественный фон + торф - 300 т/га + N60Р60К60; земляная масса + торф - 300 т/га + N60Р60К60; 6 - естественный фон + торф - 300 т/га + борофоска (60 кг/га д.в.) + N60; земляная масса + торф - 300 т/га + борофоска (60 кг/га д.в.) + N60.

Исследования проведены согласно «Методических указаний…, 1965», отраслевых стандартов (ОСТ 56-75-84, Полевые опыты ..., 1974; Опыты полевые ..., 1988) и с учётом рекомендаций Б.А. Доспехова (1985).

Выращивание сеянцев сосны проводилось в 2 полях опыта в течение 2 лет. Повторность опыта 4-кратная, расположение делянок систематическое. Площадь делянки составляет 3м2. Органические удобрения вносили перед закладкой опыта. Минеральные удобрения в 1-ый год вносили перед посевом, во 2-ой год - в виде подкормок. Посев проводили снегованными семенами 2 класса качества (ГОСТ 13056.6-75; ГОСТ 14161-86; Удостоверение о кондиционности семян № 30961) вручную в начале мая. Норма высева - 57 кг/га. Схема посева: ленточная 5-ти узкострочная. Во всех вариантах опыта до его закладки отбирали смешанные почвенные образцы на глубину 0-20 см тростьевым буром. Смешанный почвенный образец массой 1 кг состоял из 40-50 индивидуальных почвенных проб. Масса индивидуальной пробы 15-20 г (Пособие…, 1969). Образцы анализировали в специализированных инструментальных лабораториях ФГУ центр химизации и сельскохозяйственной радиологии «Брянский».

Агрохимический анализ почвенных образцов проводили стандартными методами (Петербургский, 1968; Аринушкина, 1980; ГОСТ 29269-91). Определяли содержание подвижного фосфора (P2O5) и обменного калия (K2O) по А.Т. Кирсанову (ГОСТ 26207-91); рНKCl - потенциометрически (ГОСТ 26483-85); гидролитическую кислотность (Hr)- по методу Каппена (ГОСТ 26212-91); сумму поглощенных оснований (S) - по методу Каппена (ГОСТ 27821-88); гумус - по методу И.В. Тюрина в модификации В.Н. Симакова (ГОСТ 26213-91); гранулометрический состав - по Н.А. Качинскому; плотность сложения почвы - весовым методом из рассыпного образца; плотность твердой фазы почвы - пикнометрическим методом; влажность почвы - термовесовым; порозность, степень насыщенности основаниями (V), ёмкость катионного обмена (E) и запасы элементов питания определены расчётными методами.

Выращивание посадочного материала в питомнике проводилось с учетом имеющихся рекомендаций: Наставлений по выращиванию посадочного материала древесных и кустарниковых пород в лесных питомниках РСФСР (1979), Выращивания посадочного материала для лесовосстановления (Смирнов, 1981), Наставлений по защите растений от вредных насекомых и болезней в лесных питомниках (1984), ГОСТ 3317-90. Сеянцы деревьев и кустарников, Справочника пестицидов и агрохимикатов, разрешённых к применению в РФ (2000), Указаний по лесному семеноводству в Российской Федерации (2000), Правил лесовосстановления (2007).

Для определения биометрических показателей сеянцев (высота, диаметр у корневой шейки, длина корня и количество боковых почек у однолетних сеянцев, высота, диаметр, прирост, протяженность охвоенной части - у двухлетних сеянцев) осенью отобрано по 120 растений из каждого варианта опыта на отрезках, расположенных по диагонали (Инструкция…, 1979). Корневая система изучалась методом выемки почвенных монолитов (Колесников, 1972). Высоту сеянцев и протяженность его охвоенной части, длину корня измеряли линейкой с точностью до 0,1 см, диаметр стволика у корневой шейки - микрометром с точностью до 0,1 мм (ОСТ 56 - 98 - 93).

Для математического анализа, обобщения и визуализации экспериментальных данных использовался современный аппарат математической статистики (Митропольский А.К., 1961; Плохинский Н.А., 1961; Зайцев, 1973; Доспехов Б.А., 1985; Лакин Г.Ф., 1990; Дмитриев, 1995; Минько, 2004;) и компьютерные программы MS Excel 2003, MS Word 2003. Для расчета основных статистических характеристик использована программа «Статистика» (разработчик Марченко С.И., БГИТА, 2002) и Systat 11. Достоверность результатов оценивали по критериям t - Стьюдента с учётом 3 доверительных уровней (Р = 95, Р = 99, Р = 99,9 %) и F - Фишера с учётом Р = 95 % уровня значимости. Гидротермический коэффициент рассчитывался по Г.Т. Селянинову. Определены биометрические показатели сеянцев сосны обыкновенной (5760 шт.), отобрано 202 почвенные пробы и выполнено 3360 агрохимических анализов.

Влияние земляной массы, различных видов удобрений на плодородие дерново-подзолистой песчаной почвы и рост сеянцев сосны обыкновенной

При выращивании посадочного материала применяли земляную массу (почвогрунт) с содержанием физической глины 27,2 %, подвижного фосфора 475 мг/кг, обменного калия 566 мг/кг, с нейтральной реакцией среды (рН 7,0). Земляная масса - это грунт, изымаемый из котлована при подготовке строительной площадки. В нашем конкретном случае - это грунт, состоящий из смеси гумусового и частично иллювиального горизонтов серой лесной почвы. Расчёт объёма земляной массы проводили по рекомендациям (Окультуривание…, 1994; Родин, 2000).

Согласно расчётным данным (Окультуривание…, 1994) был создан искусственный слой почвогрунта мощностью 0-20 см с содержанием физической глины - 19,2%, гумуса - 2,64 %, подвижного фосфора - 425,2 мг/кг, обменного калия - 164 мг/кг за счёт внесения земляной массы. По гранулометрическому составу искусственно созданный почвогрунт относится к супесям.

В таблице 1 представлены уровни плодородия в вариантах с применением почвогрунта, минеральных, органических удобрений и борофоски.

Исследования показывают, что дерново-подзолистая песчаная почва (естественный фон) имеет очень низкое содержание гумуса, очень низкое содержание обменных катионов, слабокислую реакцию почвенной среды, бедна подвижным фосфором и обменным калием (таблица 1).

торф почва посадочный сосна

Таблица 1 - Агрохимические свойства дерново-подзолистой песчаной почвы при внесении почвогрунта, минеральных, органических удобрений и борофоски

Результаты проведенных исследований показывают (таблица 1), что дерново-подзолистая песчаная почва имеет очень низкое содержание гумуса (0,51 и 0,42 % в 1 и 2 полях соответственно), очень низкое содержание обменных катионов (1,15 и 1,65 мг-экв/100 г почвы), среднюю степень насыщенности основаниями (57,5 и 68,5 %), слабокислую реакцию почвенной среды (рН 5,5 и 5,4), бедна подвижным фосфором (48 и 31,5 мг/кг) и обменным калием (15,3 и 9,8 мг/кг).

Создание искусственного почвогрунта за счёт внесения земляной массы увеличило в дерново-подзолистой песчаной почве содержание гумуса до 2,62 % в 1 поле и 1,35 % во 2, подвижного фосфора до 447 и 412 мг/кг, обменного калия до 171 и 110 мг/кг, рН до 6,3 и 6,5, обменных катионов до 14,6 и 13,6 мг-экв/100 г почвы соответственно.

Наблюдается незначительная вариабельность величин гумуса в дерново-подзолистой песчаной почве и искусственно созданном почвогрунте. Как отмечает ряд авторов (Петербургский, Никитишен, Шабаев, 1976; Прокошев, Вьюгина, 1976), значительное влияние на размеры вымывания питательных веществ из почвы оказывают органические и минеральные удобрения. В наших исследованиях наблюдается процесс минерализации и выщелачивания элементов из органического вещества на естественном фоне без внесения удобрений (1,4 раза) и усиления процесса при их внесении (1,6 раза). Потеря органического вещества в варианте земляная масса + N60P60K60 составило 1,3 раза против 1,2 в варианте с земляной массой. Изучаемые уровни плодородия на естественном и искусственно созданном фонах не оказали существенного влияния на обеспеченность подвижным фосфором. Во всех вариантах опыта уменьшилось содержание обменного калия и наблюдается подкисление почвенного раствора. Применение органических и органо-минеральных удобрений независимо от фона увеличило сумму обменных катионов, ёмкость катионного обмена, степень насыщенности почв основаниями.

Ограниченность производства высококонцентрированного фосфорного сырья, высокая его стоимость привели в настоящее время к резкому удорожанию водорастворимых фосфорных удобрений, снижению их покупательского спроса и выпуска. Использование нетрадиционного минерального сырья местного производства, а именно фосфоритной муки и приготовленных на её основе комплексных тукосмесей, становится в настоящее время особенно актуальным.

В наших исследованиях изучается комплексное смешанное удобрение - борофоска (марка А с содержанием Р2О5 - 12 %, К2О - 13 %, В - 0,25 %, СаО - 20 %), которое производится на основе фосфоритной муки Полпинского месторождения, изобретено в ФГУ «Брянскагрохимрадиология». Как отмечает Прудников П.В. (2002), применение комплексных смесей под сельскохозяйственные культуры на основе фосфоритной муки в условиях Брянской области рентабельнее азофоски и суперфосфата в 3,7 - 7,3 раза, а условно-чистый доход от их применения под озимую рожь и последействия на люпине и многолетних травах составил 3,05 и 2,94 рубля на рубль затрат. Применение борофоски в лесном хозяйстве не практиковалось.

В результате проведённых исследований установлено, что внесение борофоски в чистом виде и с торфом не оказало статистически достоверного влияния на увеличение подвижного фосфора на естественном фоне и его уменьшение на искусственно созданном.

Водно-физические свойства дерново-подзолистой песчаной почвы при внесении почвогрунта, минеральных, органических удобрений и борофоски представлены в таблице 2.

Таблица 2 - Водно-физические свойства дерново-подзолистой песчаной почвы при внесении почвогрунта, минеральных, органических удобрений и борофоски

Внесение земляной массы и изучаемых на ней уровней плодородия создало оптимальные физические свойства для выращивания сеянцев сосны (таблица 2): плотность сложения (1,04…1,24 г/см3), содержание физической глины (19,40…21,90%) по сравнению с естественным фоном (плотность сложения 1,47…1,54 г/см3, содержание физической глины 3,45…5,78%), что по Н.А. Качинскому (1950, 1958), оценивается как характерный признак, свойственный окультуренным почвам. Максимальное содержание физической глины наблюдается в искусственно созданном почвогрунте (17,10…20,95 %), что является одним из условий получения высококачественного посадочного материала. Необходимо отметить, что на естественном фоне общая порозность ниже оптимальной, что указывает на неблагоприятные условия для выращивания сеянцев на естественном фоне.

Создание искусственного почвогрунта и изучение на его основе различных видов удобрений улучшило водно-физические свойства дерново-подзолистой песчаной почвы и способствовало доведению их показателей до оптимальных величин, обеспечивающих нормальный рост растений и наибольший выход стандартного посадочного материала.

Изменение биометрических показателей сеянцев сосны на дерново-подзолистой почве, почвогрунте, и совместном внесении торфа и борофоски на почвогрунте. Установлено (таблица 3), что в 1 поле опыта с почвогрунтом высота стволика двухлетних сеянцев выше на 43,1% (tфакт>tтабл, 8,72>3,33, P=99,9%), диаметр у корневой шейки - больше на 37,3 % (tфакт>tтабл, 8,30>3,33, P=99,9%), прирост - выше на 110,4% (tфакт>tтабл, 9,71>3,33, P=99,9%), протяженность охвоенной части - на 52,3% выше (tфакт>tтабл, 7,35>3,33, P=99,9%), сырая масса 100 двухлетних сеянцев на земляной массе возросла на 34,9 % по сравнению с естественным фоном.

Результаты проведенных исследований показали, что применение различных видов удобрений неодинаково повлияли на показатели роста сеянцев сосны. В 1 поле опыта высота стволика двухлетних сеянцев превышает контроль на 5,3 % в варианте естественный фон + N60P60K60, во всех вариантах на искусственном почвогрунте данный показатель превышает контроль на 28,6…76,8 %. Диаметр у корневой шейки увеличился по сравнению с контролем в варианте естественный фон + N60P60K60 на 9,0 %, тогда как во всех вариантах на искусственном фоне превышение этого показателя составляет 34,7…60,8 %. Данная закономерность прослеживается и для других показателей. Аналогичная тенденция сохранилась и во втором поле опыта. Следует отметить, что изучаемые уровни плодородия не оказали положительного влияния на рост сеянцев сосны на дерново-подзолистой песчаной почве с низким естественным плодородием.

Абсолютные данные биометрических показателей сеянцев сосны обыкновенной представлены на рисунках 1 и 2. На дерново-подзолистой почве независимо от изучаемых уровней плодородия высота сеянцев была ниже стандарта (ОСТ 56-98-93; Правила лесовосстановления, 2007). Достоверность полученных данных подтверждается t - критерием Стьюдента (Р = 99,9 %).

Согласно требованиям к размерам надземной части двухлетних сеянцев сосны обыкновенной диаметр стволика у корневой шейки должен быть не менее 2 - 2,5 мм и высота - не менее 12 см (ОСТ 56 - 98 - 93; Правила лесовосстановления, 2007).

Рисунок 1 - Изменение высоты двухлетних сеянцев сосны обыкновенной в зависимости от физических и агрохимических свойств почвы

Рисунок 2 - Изменение диаметра двухлетних сеянцев сосны обыкновенной в зависимости от физических и агрохимических свойств почвы

На рисунках 1 и 2 видно, что на искусственно созданном почвогрунте с оптимальными почвенными свойствами во всех вариантах опыта посадочный материал соответствует требованиям, предъявляемым к стандартным сеянцам. На дерново-подзолистой песчаной почве с низким естественным плодородием наблюдается замедленный рост сеянцев.

Показатели выхода сеянцев сосны обыкновенной в зависимости от почвенного плодородия представлены в таблице 4.

Таблица 4 - Показатели выхода сеянцев сосны обыкновенной в зависимости от почвенного плодородия

Анализ таблицы 4 показывает, что выход посадочного материала зависит, в первую очередь, от состояния почвенного плодородия. На бедной гумусом и элементами питания дерново-подзолистой песчаной почве и изучаемых на ней уровнях плодородия выход стандартных сеянцев составляет 7,6…28,3 %.

При создании искусственного почвогрунта выход стандартных сеянцев варьировал от 60,0 до 80,2 %. Наибольший выход стандартных сеянцев получен при совместном внесении торфа с борофоской на фоне земляной массы (2767 тыс.шт.). Согласно «Нормам выхода стандартных сеянцев деревьев и кустарников в лесных питомниках Российской Федерации» (1996) в зоне широколиственных лесов выход стандартных сеянцев сосны обыкновенной составляет 1600 тыс.шт./га. Дополнительный выход стандартных сеянцев при применении изучаемых уровнях плодородия на искусственно созданном почвогрунте составил 372…1167 тыс.шт./га (23,3…72,9 %).

Таким образом, получение высококачественного посадочного материала сеянцев сосны обыкновенной невозможно без создания оптимальных параметров почвенного плодородия.

Моделирование физико-химических свойств дерново-подзолистой песчаной почвы при выращивании посадочного материала сосны обыкновенной

Оптимизация свойств почв в питомниках заключается в корректировке факторов и параметров плодородия, ведущих к повышению почвенной составляющей, определяющей продуктивность растений.

Обработка результатов исследований влияния почвенно-экологических условий на биометрические показатели сеянцев, выполненная методом регрессионного анализа позволила установить тесные регрессионно-корреляционные связи между ними (таблица 5).

Таблица 5 - Зависимость биометрических показателей сеянцев сосны обыкновенной от агрохимических показателей и содержания физической глины на различных фонах

* A - содержание подвижного фосфора, мг/кг; B - содержание гумуса, %; C - содержание обменного калия, мг/кг; D - содержание физической глины, %

Более тесные экспоненциальные зависимости между содержанием гумуса, подвижного фосфора, обменного калия, физической глины и биометрическими показателями сеянцев выявлены на искусственно созданном почвогрунте. Менее тесная связь установлена между почвенными свойствами и биометрическими показателями на дерново-подзолистой песчаной почве.

Судя по коэффициенту детерминации (R2) на естественном фоне 97 % изменений высоты, 88 % изменений диаметра у корневой шейки, 95 % изменений прироста и 91 % изменений протяжённости охвоенной части обусловлены содержанием основных элементов питания и физической глины. На почвогрунте, судя по коэффициенту детерминации (R2) примерно 93 % изменений высоты, 98 % изменений диаметра у корневой шейки, 98 % изменений прироста и 79 % протяжённости охвоенной части также обусловлены этими показателями.

Таким образом, биометрические показатели сеянцев находятся в прямой зависимости от уровня почвенного плодородия. Доведение агрохимических и физических свойств почвы до оптимальных величин увеличивает долю их влияния на биометрические показатели сеянцев сосны.

Модели плодородия представлены в работах ряда авторов (Шишов и др., 1987; Шишов и др., 1991; Окультуривание…, 1994; Войтович, 1997; Минеев, 2004; Бакиров, 2007), которые имеют однотипное строение и включают более 30 почвенных свойств, что затрудняет их реализацию на практике. При построении моделей оправдано стремление к нахождению наименьшего числа факторов, определяющих основные черты исследуемого объекта, исходя из фактической значимости и взаимной корреляции, но без чрезмерных упрощений в ущерб точности.

Плодородие почв является главным и основополагающим фактором, влияющим на выход стандартных сеянцев. Лимитирующими факторами, влияющими на качество посадочного материала являются содержание физической глины, гумуса, подвижного фосфора, обменного калия, почвенной кислотности и др. Учитывая, что действие этих показателей происходит в сложных комбинациях друг с другом, мы посчитали целесообразным объединить их в модель плодородия по физическим и агрохимическим свойствам. Примерная модель оптимальных физических и агрохимических свойств дерново-подзолистой песчаной почвы (таблица 6) составлена на основании обобщения многочисленных экспериментальных данных по определению оптимальных параметров плодородия почв при выращивании сеянцев сосны и рекомендуемых ориентировочных показателей (Окультуривание…, 1994).

Таблица 6 - Примерная модель оптимальных физических и агрохимических свойств дерново-подзолистой песчаной почвы

Выводы

1 Сформирован искусственный почвогрунт с оптимальными физическими и агрохимическими свойствами для выращивания сеянцев сосны (содержание физической глины - 19,2 %, гумуса - 2,64 %, подвижного фосфора - 425 мг/кг, обменного калия - 164 мг/кг, рН 6,5, степень насыщенности основаниями 93,7…95,2 мг-экв/100 г; плотность сложения почвы - 1,04…1,10 г/см3, общая порозность - 51,0…56,8 %, полная влагоёмкость - 48,0…53,2 %) на основе дерново-подзолистой песчаной почвы с низким естественным плодородием (содержание физической глины 4,8 %, гумуса 0,54%, подвижного фосфора 38 мг/кг, обменного калия 13 мг/кг, рН 5,2, сумма обменных оснований - 1,22 мг-экв/100г почвы).

2 Оптимальные параметры почвенного плодородия сформированы путём внесения почвогрунта с содержанием физической глины 27,2 %, подвижного фосфора 475 мг/кг, обменного калия 566 мг/кг, гумуса 2,97 %, с нейтральной реакцией среды - рН 7,0.

3 Изучено влияние минеральных удобрений, торфа и борофоски на физические и агрохимические свойства дерново-подзолистой песчаной почвы и искусственно созданный почвогрунт. Минеральные удобрения не оказали существенного влияния на почвенные свойства.

4 Борофоска в чистом виде и в сочетании с торфом улучшили фосфатный режим дерново-подзолистой песчаной почвы, сумму обменных катионов, не оказали влияния на калийный режим, кислотность почвы и на фосфатный режим искусственно созданного почвогрунта.

5 Борофоска в чистом виде и в сочетании с торфом улучшили физические свойства искусственно созданного почвогрунта (содержание физической глины 18-22 %, плотность почвы 1,00-1,15 г/см3) и не оказали влияния на физические свойства дерново-подзолистой песчаной почвы.

6 Оптимальные физические и агрохимические свойства искусственно созданного почвогрунта положительно повлияли на биометрические показатели сеянцев. Высота стволика двухлетних сеянцев увеличилась на 38,2%, диаметр у корневой шейки - на 37,8%, прирост - на 94,3%, протяженность охвоенной части - на 42,8%, сырая масса 100 сеянцев - на 31,4% по сравнению с дерново-подзолистой песчаной почвой.

7 Торф в чистом виде на фоне почвогрунта увеличил у двухлетних сеянцев высоту стволика на 54,2 %, диаметр у корневой шейки - на 48,5 %, протяженность охвоенной части - на 101,1 %, прирост - на 125,0 % и сырую массу 100 сеянцев - на 61,0 %; при совместном внесении торфа с минеральными удобрениями высота стволика возросла на 68,3 %, диаметр у корневой шейки - на 52,8 %, протяженность охвоенной части - на 106,0 %, прирост - на 145,6 %, сырая масса 100 сеянцев - на 92,4 % по сравнению с дерново-подзолистой песчаной почвой.

8 Наибольшая эффективность была отмечена при совместном внесении борофоски с торфом в искусственно созданный почвогрунт. Высота стволика двухлетних сеянцев возросла на 73,0 %, диаметр у корневой шейки - на 63,8 %, протяженность охвоенной части - на 98,0 %, прирост - на 150,2 %, сырая масса 100 сеянцев - на 92,2 % по сравнению с дерново-подзолистой песчаной почвой.

9 На основании экспериментальных данных разработана примерная модель оптимальных физических и агрохимических свойств дерново-подзолистой песчаной почвы при выращивании сеянцев сосны обыкновенной.

10 Установлены тесные регрессионно - корреляционные связи между биометрическими показателями и почвенно-экологическими условиями, которые обусловлены оптимальными показателями подвижного фосфора, гумуса, обменного калия и физической глины.

11 Наибольший выход сеянцев получен при совместном внесении борофоски с торфом в искусственный почвогрунт (2767 тыс.шт.). Дополнительный выход стандартных сеянцев на различных уровнях плодородия на фоне почвогрунта составил 372…1167 тыс.шт./га (23,3…72,9 %) по сравнению с «Нормами….» (1996).

Предложения производству

1 Использовать почвогрунт (земляную массу) для создания оптимальных физических и агрохимических свойств дерново-подзолистой песчаной почвы (содержание физической глины - 18-22 %, гумуса - 2,5-3,5 %, подвижного фосфора - 200-400 мг/кг почвы и более, обменного калия - 150-170 мг/кг почвы и более) для получения высококачественного посадочного материала сосны обыкновенной

2 Предлагаемая модель плодородия для выращивания сеянцев сосны обыкновенной предусматривает создание искусственного слоя почвогрунта не менее 20 см с оптимальными показателями физических и агрохимических свойств.

3 Допустимо многократное использование искусственно созданного почвогрунта для выращивания посадочного материала при условии воспроизводства почвенного плодородия.

4 Рекомендовать использование борофоски в дозе 60 кг/га д.в. P2O5 совместно с торфом (300 т/га) на искусственно созданном почвогрунте для получения высококачественного посадочного материала сосны обыкновенной.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1 Милешина, А.В. Оптимизация почвенного плодородия дерново-подзолистых почв в лесных питомниках в условиях Брянской области /А.В. Милешина, З.Н. Маркина. //Материалы всероссийской научн.-техн. конф. студентов и аспирантов. - Урал. гос. лесотехн. ун - т. - Екатеринбург, 2005. - С. 203-204.

2 Милешина, А.В. Изменение физико-химических свойств дерново-подзолистой песчаной почвы при внесении земляной массы /А.В. Милешина, З.Н. Маркина, В.И. Шошин. //Актуальные проблемы лесного комплекса. Под ред. Е.А. Памфилова. Сб. науч. тр. по итогам междунар. науч.-техн. конф. - Выпуск 13. - Брянск: БГИТА, 2006. - С. 207-209.

3 Милешина, А.В. Оптимизация физико-химических свойств дерново-подзолистых почв для выращивания посадочного материала хвойных пород А.В. Милешина //Материалы всероссийской конференции аспирантов и студентов по приоритетному направлению «Рациональное природопользование». - Ярославль: ЯрГТУ, 2006. - С. 271 - 274.

4 Маркина, З.Н. Влияние почвенных условий на биометрические показатели сеянцев сосны обыкновенной /З.Н. Маркина, А.В. Милешина //Проблемы лесоведения и лесоводства: сб.научн.тр. ИЛ НАН Беларуси. Вып. 67. - Гомель: ИЛ НАН Беларуси, 2007. - С. 197 - 200.

5 Маркина, З.Н. Влияние нетрадиционного минерального сырья на агрохимические свойства дерново-подзолистой песчаной почвы в лесном питомнике /З.Н. Маркина, А.В. Милешина //Актуальные проблемы лесного комплекса. Под ред. Е.А. Памфилова. Сб. науч. тр. по итогам междунар. науч.-техн. конф. - Выпуск 19. - Брянск: БГИТА, 2007. - С. 135 - 138.

6 Маркина, З.Н. Эффективность разных моделей плодородия при выр...