Лизиметрические исследования круговорота питательных элементов в агросистемах на темно-серой лесной почве

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

ФГБНУ «Уральский НИИСХ»

Лизиметрические исследования круговорота питательных элементов в агросистемах на темно-серой лесной почве

Огородников Л. П.

В 2011-2015 гг. в лизиметрическом опыте на темно-серой лесной почве изучено влияние различных фонов питания и полевых севооборотов на просачивание атмосферных осадков через корнеобитаемый слой почвы. В среднем за 5 лет исследований в зависимости от фона питания и вида севооборота за вегетационный период просачивалось от 54,6 до 69,3 л/лизиметр. Применение органических удобрений (навоз, сидераты, солома) в сочетании с минеральными фонами N30 P30K30 и N60 P60K60 способствовало снижению инфильтрации воды на 9-21 % по сравнению с контролем. Возделывание клевера в лизиметрах обеспечило уменьшение просачивания атмосферных осадков на 4,8-10,4 % по отношению к севооборотам, не имеющих многолетних бобовых трав. Максимальное просачивание осадков через 70 см слой почвы за вегетационный период отмечено в 2014-2015 гг. г.

Ключевые слова: севооборот, фон питания, минеральные и органические удобрения, инфильтрат, лизиметрическая установка.

Для цитирования: Огородников Л.П., Постников П.А. Лизиметрические исследования круговорота питательных элементов в агросистемах на темно-серой лесной почве //Агрохимический вестник. 2017. № 1. С.15-18.

In 2011-2015, in lysimetric experiment on dark-gray forest and soddy-podzolic soils was investigated the influence of different backgrounds power and field crop rotations for infiltration of precipitation through the root layer of soil. On average, over 5 years of research during the growing season depending on the background of power and type of rotation was leaked from 54,6 to 69,3 l/lysimeter. Application of organic fertilizers (manure, green manure, straw) in combination with mineral backgrounds N30P30K30 and N60P60K60 contributed to the reduction of water infiltration on 10-21 % compared with control. Growing clover in lysimetric helped reduce infiltration of precipitation at 4,8-10,4% in relation to the rotation of crops without perennial grasses. The maximum infiltration of precipitation through a 70 cm layer of soil during the growing period is marked in 2014-2015.

Key words: crop rotation, background fertilizers, mineral and organic fertilizers, infiltration, lysimetric installation.

Введение

В настоящее время все возрастающее значение приобретает проблема экологизации земледелия. Для решения ее неоценим опыт использования лизиметров при изучении функционирования аграрных экосистем большое значение имеют исследования потерь биогенных элементов с инфильтрационными водами. Изучение различных факторов, обуславливающих вымывание элементов питания из почвы и удобрений, позволить обосновать мероприятия по устранению потерь или, по крайней мере, по снижению их до минимума. Это важно как с точки зрения повышения продуктивности сельскохозяйственных культур, так и охраны биосферы от загрязнения [1-7].

Цель исследований

Моделирование процессов, происходящих в почве, наиболее наглядно можно наблюдать при проведении исследований в лизиметрической установке.

Цель исследований - выявить воздействие полевых севооборотов и фонов питания на инфильтрацию атмосферных осадков и вымывание основных элементов питания из корнеобитаемого слоя почвы.

Материалы и методы

Регулярное изучение интенсивности просачивания атмосферных осадков в различных почвенных разностях Среднего Урала было начато в 1989 году. Учеты и наблюдения проводятся и в настоящее время.

Лизиметрическая установка состоит из 46 железобетонных колец площадью 0,75 кв. м. Забивка колец почвой проводилась по горизонтам на глубину 70 см. Просачивающаяся атмосферная вода по полиэтиленовой трубке поступала в подвальное помещение в десятилитровые бутыли [5].

Опыты с полевыми севооборотами заложены в 2011-2015 годах на темно-серой лесной слабооподзоленной почве, которая характеризовалась следующими показателями: рН KCl - 5,5; Нг - 3,35 мэкв на 100 г почвы; Nл.г. - 211; Р2О5 - 170; К2О - 130 мг на 1000 г почвы; гумус - 5,26 %.

Севообороты были развернуты во времени и изучались на трех фонах питания по следующим схемам: зернопаросидеральный - пар сидеральный (рапс) - пшеница - овес - горох - ячмень; зерновой - пшеница - однолетние травы, поукосно яровой рапс - ячмень - овес - горох; зернотравяной (2 поля клевера) - клевер 2 г.п. - пшеница - овес - ячмень с подсевом трав - клевер 1 г.п.; зернотравяной (1 поле клевера) - клевер 1 г.п. - ячмень - овес - горох - пшеница с подсевом трав.

Фон питания:

1. Без удобрений - контроль;

2. Органо-минеральный - N30P30K30 (сидерат, солома);

3. Органо-минеральный - N60P60K60 (солома 2 раза за ротацию).

Из минеральных удобрений использовалось азотно-фосфорно-калийное удобрение с содержанием основных элементов питания по 15 кг д.в. Во всех севооборотах на темно-серой лесной почве на фонах N30P30K30 и N60P60K60 в качестве органического удобрения применялась солома (2 раза за ротацию). В зернопаросидеральном севообороте запахивалась зеленая масса ярового рапса в паровом поле, в зернотравяных - отава клевера.

Результаты исследований

Количество атмосферных осадков, просачивающихся через лизиметр, зависит от многих условий. И в первую очередь здесь имеют значение:

1) Конструкция лизиметра, его глубина, наличие или отсутствие боковых стенок, выступающие над почвой (края лизиметра);

2) Время года (весной и осенью просачивание выше, нежели зимой и летом);

3) Количество атмосферных осадков и их распределение во времени (большое количество атмосферных осадков, особенно выпавших за небольшой отрезок времени, обусловливает более высокое просачивание, чем меньшее или даже большее, но сильно растянутое во времени);

4) Наличие растений (в этих условиях просачивание меньше, нежели в парующем лизиметре, вследствие значительного поглощения влаги растениями).

Естественно, что все условия в сильной степени отражаются на количестве элементов питания, которые вместе с водой вымываются из корнеобитаемого слоя почвы.

Изучение режима химического состава атмосферных осадков представляют собой огромное значение для агрохимиков. Для того, чтобы составить баланс питательных веществ необходимо учитывать также и приход атмосферных осадков.

Атмосферные осадки представляют собой раствор солей, газов и кислот, адсорбированных ядрами конденсации, поступающих в атмосферу под влиянием естественных и искусственных факторов, поэтому в атмосфере создается трехфазная система, состоящая из жидкости, газа и твердого вещества. В процессе их физико-химического взаимодействия образует раствор, обогащенный кислородом, углекислым газом, озоном и т.д. Минерализация атмосферных осадков может значительно увеличиться при их падении через воздушную среду промышленных городов, насыщенную аэрозолями различного химического состава.

Наблюдения за химическим составом осадков показали, что в среднем за год с ними на поверхность почвы попадает около 24 кг /га минерального азота в различных формах. Такое большое количество азота в осадках связано с тем, что лизиметрическая установка находится в городской черте. Необходимо отметить, что в летний период преобладало выпадение аммиачной формы азота, а в осенний период - нитратной формы азота.

Из зольных элементов в атмосферных осадках преобладает кальций и магний. Так, в среднем за один год их содержание составило в среднем соответственно 55,9 и 10,8 кг/га. В то же время, выпадение подвижных форм фосфора с осадками не превышает 1,29 кг/га, а калия - 15,0 кг/га в год.

Из других химических соединений наибольшее количество анионов угольной кислоты составляет 320,0 кг/га в год, максимальное ее количество в атмосферных осадках обнаружено в теплый период, когда растения интенсивно выделяют углекислый газ в процессе дыхания. В зимний период происходит снижение концентрации угольной кислоты.

В умеренно-влажные (2011, 2013 гг.) и засушливый год (2012 г.) объем инфильтрата на 1 лизиметр на неудобренном фоне темно-серой лесной почвы составил 19-51 л, а во влажные годы (2014-2015 гг.) - он увеличивался до 95-147 л. Максимальный показатель установлен в 2014 году. В пересчете на единицу площади непроизводительные потери воды на темно-серой почве в зависимости от количества атмосферных осадков за годовой цикл могут достигать величины 25-197 мм с 1 га пашни или 5- 32 % от всех выпавших осадков в виде снега и дождя.

Наблюдения в лизиметрической установке в условиях за период 2011-2015 годы показали, что просачивание атмосферных осадков через почву (инфильтрация) зависит не только от количества атмосферных осадков, но и уровня питания и высеваемых культур в севооборотах (таблица 1).

Таблица 1 - Просачивание атмосферных осадков через почву в зависимости от вида севооборота и фона питания, л/лизиметр (среднее за 2011-2015 годы)

Наименьший объем инфильтрата на темно-серой лесной слабооподзоленной почве отмечен в зернопаросидеральном и зернотравяном (2 поля клевера) севооборотах, а наибольший в зерновом и зернотравяном (1 поле клевера) севообороте. Так, в зернопаросидеральном севообороте в среднем за пять лет просачивание атмосферных осадков через темно-серую лесную почву в варианте без внесения удобрений составило - 66,1 литров воды на 1 лизиметр, в зерновом севообороте соответственно 69,3 л/лизиметр. При этом значительная часть воды просачивалась в ранне-весенний период при наступлении положительных температур воздуха. В летний период из-за сильного испарения влаги из верхнего слоя почвы и ее потребления вегетирующими растениями просачивание воды в большинстве вариантов находилось на уровне 3-4 л/лизиметр или 10-12 % от общего количества инфильтрационной воды за вегетационный период.

Внесение минеральных удобрений в дозе N30P30K30-N60P60K60 в сочетании с органическими удобрениями способствовало снижению количества инфильтрата в сравнении с контрольным вариантом без внесения удобрений на 3,6-21,1 %. В то же время в зернотравяном севообороте с одним полем клевера количество инфильтрата на 3,6-6,2 % выше по сравнению с зернотравяным севооборота с двумя полями клевера. Подобная закономерность просачивания атмосферных осадков через почву сохранилась и на дерново-подзолистой почве. Однако следует отметить, что количество инфильтрата на дерново-подзолистой почве выше, чем на темно-серой лесной почве на 0,5-2,8 %.

В целом же для всех типов севооборотов заложенных нами на темно-серой лесной, дерново-подзолистой почвах характерна одна особенность - внесение минеральных и органических удобрений под полевые культуры в сравнении с естественным фоном плодородия, независимо от вида севооборота уменьшает объем инфильтрации атмосферных осадков за пределы корнеобитаемого слоя.

Потери питательных элементов из корнеобитаемого слоя посредством вымывания их из почвы обусловливаются двумя факторами - это концентрацией самих химических соединений в почвенном растворе и количеством атмосферной влаги просочившейся через почву в грунтовые воды. Концентрация элементов питания в почвенном растворе находится в прямой зависимости от степени окультуренности почвы и количества применяемых минеральных и органических удобрений. Концентрация основных элементов питания в лизиметрических водах в среднем за пять лет в зависимости от вида севооборота и уровня питания на темно-серой лесной почве приводится в таблице 2.

Следует отметить, что концентрация основных элементов питания возрастает в лизиметрических водах с повышением уровня питания. В то же время, влияние севооборотов на концентрацию элементов питания значительно ниже.

почва инфильтрация осадки лизиметрический

Таблица 2 - Концентрация азота, фосфора и калия в лизиметрических водах в зависимости от вида севооборота и уровня питания на темно-серой лесной почве, мг/л (среднее за 2011-2015 гг.)

На основании концентрации основных элементов питания в лизиметрических водах и количества просочившихся атмосферных осадков через почву было рассчитано вымывание химических веществ из почвы в зависимости от вида севооборота и уровня питания. Было выявлено, что минимальные потери химических элементов из корнеобитаемого слоя на темно-серой лесной почве отмечено в зернопаросидеральном севообороте (таблица 3).

Таблица 3 - Потери основных элементов питания из корнеобитаемого слоя в зависимости от вида севооборота и уровня питания на темно-серой лесной почве, кг/га (среднее за 2011-2015 гг.)

Содержание минерального азота в инфильтрате в зернопаросидеральном севообороте на темно-серой лесной почве по вариантам опыта колебалось в пределах 5,86-7,01 кг, фосфора - 0,25-0,46 кг и калия 6,73-8,13 кг/га. В то же время, потери азота, фосфора и калия из корнеобитаемого слоя темно-серой лесной почвы в зерновом севообороте в сравнении с зернопаросидеральным севооборотом выше. Так, эти колебания по вымыванию элементов питания из корнеобитаемого слоя составили по минеральному азоту 6,21-7,69 кг, фосфору 0,33-0,52 кг и калию 7,44-9,28 кг/га. Промежуточное положение по вымыванию основных элементов питания из корнеобитаемого слоя на темно-серой лесной почве отмечено в зернотравяном севообороте. Следует затметить, что наибольшие потери элементов питания из корнеобитаемого слоя наблюдались во влажные 2014 и 2015 годы. Установлено, что из общего количества вымываемого азота атмосферными осадками из корнеобитаемого слоя темно-серой лесной почвы по всем севооборотам 93,1-95,9 % приходится на нитратную форму.

Для оценки эффективности изучаемых полевых севооборотов в лизиметрах проводили определение продуктивности пашни в расчете на 1 га севооборотной площади. В зернопаросидеральном севообороте в варианте без внесения минеральных удобрений на 1 га севооборотной площади в среднем за пять лет приходится зерна 1,18 т, сухого вещества - 2,10 т, кормовых единиц - 1,73 тысяч и обменной энергии - 19,36 ГДж. Применение минеральных удобрений в дозе N30P30K30 и N60P60K60 повышало эти показатели по сравнению с неудобренным вариантом. Так, приход зерна возрастал на 24,6-39,8 %, сухое вещество - на 26,2-44,3 %, сбор обменной энергии с урожаем больше на 30,5-46,6 %.

Хотя и зерновой севооборот по сравнению с зернопаросидеральным не увеличивает приход зерна (0,95-1,65 т), но в то же время, возрастает приход сухого вещества на 0,30-0,66 т, обменной энергии на 5,11-8,39 ГДж по отношению к контролю . Зернотравяные севообороты занимают промежуточное положение.

Выводы

1. Общее количество азота, поступающего в почву с атмосферными осадками, в среднем за пять лет составило 24,0 кг, фосфора - 1,29 кг, калия - 15,0 кг/га, СаО - 50 кг/га.

2. Величина инфильтрации из корнеобитаемого слоя темно-серой лесной почвы зависела от количества выпадающих атмосферных осадков за год, максимальные потери воды обнаружены в избыточно увлажненных 2014-2015 годах.

3. При систематическом применении органических удобрений на фоне минеральных удобрений выявлено снижение на 9-21 % по отношению к контролю, наименьшее количество инфильтрата обнаружено при применении сидерата и соломы на фоне N30P30K30.

Возделывание клевера в зернотравяных севооборотах снижает непроизводительные потери воды на темно-серой почве на 4,8-10,4 %.

5. При внесении средних доз удобрений (60 кг/га д.в.) вынос элементов за пределы биогеоценоза вследствие внутрипочвенного стока на темно-серой лесной почве Среднего Урала невелик и поэтому не может оказывать вредного влияния на окружающую среду.

Литература

1. Голубев Б.А. Применение лизиметрического метода в агрохимических исследованиях //Лизиметрические методы исследования в почвоведении и агрохимии. - М.: Наука, 1967. - 112 с.

2. Колодяжная А.А. Режим химического состава атмосферных осадков и их метаморфизация в зоне аэрации. М.: АН СССР, 1963. 158 с.

3. Петербургский А.В. Круговорот и баланс питательных веществ в земледелии. М.: Наука, 1979. 168 с.

4. Коротков А.А., Буркова О.А. Вымывание элементов питания из дерново-подзолистых почв суходольного луга // Почвоведение. 1994. № 3. С. 63-68.

5. Чесноков Н.А. Карпова М.Н. Лизиметрические исследования в условиях Среднего Урала // Агрохимический вестник. 2003. № 2. С. 20-21.

6. Зезин Н.Н., Постников П.А. Вымывание и баланс элементов питания в лизиметрических исследованиях / Развитие и внедрение современных технологий и систем ведения сельского хозяйства, обеспечивающих экологическую безопасность окружающей среды: мат. Междунар. научно-практ. конфер., посвящ. 100-летию Пермского НИИСХ (3-5 июля 2013 г.). Пермь, 2013. Т.1. С.198-206.

7. Огородников Л.П., Постников П.А. Просачивание атмосферных осадков через почву на Среднем Урале //АПК России. 2015. Т. 73. С.116-119.

Размещено на Allbest.ru