Комплексный способ мелиорации темно-каштановых почв при рисосеянии

Размещено на http://www.allbest.ru/

Научный журнал Российского НИИ проблем мелиорации, № 2(10), 2013 г., [53-67]

Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Российский научно-исследовательский институт проблем мелиорации» (ФГБНУ «РосНИИПМ»)

Комплексный способ мелиорации темно-каштановых почв при рисосеянии

УДК 633.18:631.53.04:631.4

Миронченко Максим Сергеевич, младший научный сотрудник

Контактный телефон: 8-(8635)-26-51-03

E-mail: mironchenkosss@rambler.ru

Аннотации

В статье представлены результаты исследований влияния комплексного способа мелиорации земель, включающего сидерацию, внесение различных доз фосфогипса, минеральных удобрений (МУ) в количестве, рассчитанном на планируемую урожайность, на физические, физико-химические, агрохимические свойства темно-каштановых почв при рисосеянии, а также на урожайность риса и озимой пшеницы. Трехлетние исследования показали, что лучшим вариантом по положительному воздействию на почвенные процессы является вариант сидерация + 10 т/га (двойная) доза фосфогипса + глубокое рыхление + МУ. Внесение полной дозы фосфогипса (5 т/га), рассчитанной на полное вытеснение обменного натрия из почвенного поглощающего комплекса (ППК), оказалось недостаточным из-за присутствия в изучаемых темно-каштановых почвах не только натрия (7-8 %), но и обменного магния (более 20 % от ППК), усиливающего процессы осолонцевания. Двойная доза фосфогипса обеспечила увеличение в ППК кальция до 79 % и уменьшение натрия и магния соответственно до 3 и 18 %. В связи с этим улучшилось структурное состояние почв и водопрочность агрегатов. Сидерация и внесение МУ создали положительный баланс гумуса и увеличили содержание питательных элементов в почве в сравнении с исходными данными (до мелиорации). Прибавки урожайности сельскохозяйственных культур на вариантах с полной и двойной дозой фосфогипса составили соответственно 1,17-1,60 и 1,51-2,10 т/га риса, 0,79 и 1,13 т/га пшеницы. Годовой экономический эффект составил соответственно 10,1 и 13,8 тыс. руб./га.

Ключевые слова: рис, сидерация, глубокое рыхление, химическая мелиорация, фосфогипс, минеральные удобрения, свойства почв, урожайность, экологическая и экономическая эффективность.

Mironchenko Maksim Sergeyevich - Federal State Budget Scientific-Research Establishment “Russian Scientific-Research Institute of Land Improvement Problems” (FSBSE “RSRILIP”), Junior Researcher.

Contact telephone number: 8-(8635)-26-51-03.

E-mail: mironchenkosss@rambler.ru

INTEGRATED METHOD OF DARK CHESTNUT SOIL RECLAMATION UPON RICE GROWING

The paper affords the impact of integrated method of soil reclamation comprising green manure and application of different doses of phosphogipsum and mineral fertilizers (MF) calculated for planned yield on physical, chemical, agrochemical properties of dark-chestnut soils upon rice growing, as well as on the yield of rice and winter wheat. Three-year study has shown that the variant “green manure +10 t/ha (double dose) of phosphogipsum + deep subsoiling + MF” had the best impact on soil processes. The application of the full dose of phosphogipsum (5 t/ha), calculated for complete displacement of exchangeable sodium in cation exchange complex (CEC), was insufficient due to the presence of magnesium (over 20 % of CEC) which increased soil alkalinization in studied soils. Double dose of phosphogipsum supplied the increasing of calcium up to 79 % of CEC and decreasing of sodium and magnesium up to 3 and 18 % respectively. Thereby the soil structure and water resistance of soil aggregates have improved. Green manure and application of MF created the positive humus balance and increased the content of nutrition elements in soil in comparison with initial data (before soil reclamation). The yield increases of crops grown at the variants with full and double doses of phosphogipsum were 1.17-1.60 and 1.51-2.10 t/ha for rice and 0.79 and 1.13 t/ha respectively. Annual economic effect amounted to10.1 and 13.8 thousand rubles per hectare.

Keywords: rice, green manure, deep subsoiling, chemical soil reclamation, phosphogipsum, mineral fertilizers, soil properties, crop yield, ecological and economic efficiency.

Исследования, проведенные на ключевых участках, показали, что темно-каштановые почвы, осваиваемые в рисовых севооборотах, в первую очередь подвергаются уплотнению с признаками слитизации, дегумификации, выщелачиванию кальция и солонцеватости, выраженной в увеличении содержания как обменного натрия, так и обменного магния в почвенном поглощающем комплексе (ППК), а также в снижении обеспеченности почв элементами питания [1].

Для устранения вышеперечисленных негативных свойств почв необходимо применение комплексных способов мелиорации, которые практически не разработаны для рисовых севооборотов. С этой точки зрения наибольшего внимания заслуживает способ, описанный в работе Е. В. Радевича и включающий внесение фосфогипса с последующим проведением глубокой обработки [2].

Методика исследований. Исходя из этого, был заложен полевой опыт в рисовом севообороте ООО «Белозерное» Сальского района Ростовской области на темно-каштановых почвах, обладающих магниевой и натриевой солонцеватостью, уплотненностью, низким содержанием гумуса, низкой обеспеченностью питательными элементами.

Схема полевого опыта:

1) сидерация + глубокое рыхление + минеральные удобрения (МУ);

2) сидерация + 2,5 т/га фосфогипса (Ф) + глубокое рыхление + МУ;

3) сидерация + 5 т/га Ф + глубокое рыхление + МУ;

4) сидерация + 10 т/га Ф + глубокое рыхление + МУ.

Для каждого варианта за контроль взяты исходные данные до мелиорации 2009 г.

В опыте изучалось влияние комплексного способа мелиорации на свойства темно-каштановых почв. Этот способ включает сидерацию, внесение различных доз фосфогипса, глубокое рыхление и внесение минеральных удобрений в дозах, рассчитанных на планируемую урожайность.

В течение вегетационного периода 2009 года на всех вариантах опыта осуществлялась сидерация горчицей, засеянной и запаханной 2 раза за сезон. По результатам исследований установлено, что в почву поступило 39,4 т/га свежих растительных остатков или 9,8 т/га сухого вещества. В сентябре этого же года согласно схеме опыта разбрасывателем минеральных удобрений (РУМ-8) был внесен фосфогипс, проведено глубокое рыхление на глубину 45-50 см чизельным плугом ПЧН-2,5 и внесены согласно схеме опыта минеральные удобрения.

В среднем за три года дозы минеральных удобрений по вариантам опыта составили: 1 - N₁₃₀P₉₅K₄₀; 2 - N₁₃₀P₇₅K₄₀; 3 - N₁₃₀P₇₅K₄₀; 4 - N₁₃₀P₆₀K₄₀ кг д.в./га. Полная доза фосфогипса (5 т/га) рассчитана по формуле для малонатриевых солонцов, так как в темно-каштановой почве, на которой закладывался опыт, содержалось 7-8 % обменного натрия. Для варианта 2 доза фосфогипса уменьшена вдвое, а для варианта 4 увеличена вдвое, потому что в ППК присутствует магний в количестве более 30 %, который в таком количестве, как и натрий, отрицательно влияет на свойства почв.

Каждый вариант соответствовал размеру рисового чека - 3 га. Повторность опыта - трехкратная. В первые два года после проведения мероприятий в соответствии со схемой опыта возделывался рис с целью создания условий для промывки продуктов химических реакций после фосфогипсования, на третий год - озимая пшеница. Оросительные нормы на посевах риса в среднем составили 22000 м³/га, а озимая пшеница не поливалась.

Агротехника в полевых опытах - общепринятая для Ростовской области.

Площадки для отбора образцов почвы и учета урожайности культур из года в год оставались постоянными. Образцы почв отбирались осенью по слоям 0-20 см до 1 м, в которых по стандартизированным методикам определялись гранулометрический, микроагрегатный, агрегатный составы почвы, водная вытяжка, состав ППК, общий гумус, подвижные формы питательных элементов. В полевых условиях до закладки опыта и после трех лет воздействия комплексного способа мелиорации определялась плотность почв. Методика исследований и статистическая обработка данных - общепринятая.

Физические свойства 0-40 см слоя легкоглинистых почв до мелиорации и после трех лет воздействия мелиоративных приемов представлены в таблице 1.

Таблица 1 - Изменение некоторых физических свойств темно-каштановых почв при комплексном способе мелиорации (слой 0-40 см)

Сидерация и глубокое рыхление способствовали незначительному разуплотнению почв: в 0-40 см слое оно составило всего 7 %. Общая порозность осталась неудовлетворительной. Дополнительное внесение 2,5 т/га фосфогипса мало изменило физическое состояние изучаемых почв, отмечалось улучшение структурного состояния. Варианты с полной и двойной дозой фосфогипса значительно разуплотнили почву, улучшили аэрацию и структурное состояние и, самое главное, повысилась водопрочность агрегатов (рисунок 1).

Рисунок 1 - Влияние комплексного способа мелиорации на водопрочность темно-каштановых почв в 0-40 см слое

Изменение физико-химических свойств темно-каштановых почв под влиянием комплексного способа мелиорации оценивалось по сумме солей, токсичным солям, щелочности и составу ППК.

Темно-каштановые почвы по сумме солей и токсичным солям до и после мелиорации оставались незасоленными.

Щелочность на варианте с полной дозой фосфогипса была устранена уже в первый год последействия комплексной мелиорации. В исходном состоянии в 0-20 см слое этих почв щелочность составляла 0,99 мг-экв./100 г (почвы слабощелочные), в первый год последействия она снизилась до 0,69 мг-экв./100 г (почвы нещелочные). В последующие два года она не восстановилась ни в 0-20 см, ни в 0-40 см слоях (таблица 2).

Таблица 2 - Изменение физико-химических свойств в 0-40 см слое темно-каштановых почв при комплексном способе мелиорации

Полная доза фосфогипса уже в первый год последействия снизила содержание обменного натрия в 0-20 и 0-40 см слое на 25 %. Уменьшилось содержание обменного магния в 0-40 см слое на 20 %, а содержание обменного кальция возросло до 72 % от суммы ППК, не достигнув оптимальных параметров для этих почв (более 80 %).

Мелиоративная активность полной дозы фосфогипса погашалась большим наличием обменного магния. Его содержание достигало в исходном состоянии от 26 до 30 % по метровому слою. Как известно, при содержании магния более 20 % осолонцевание почвы усиливается, и свойства почв трудно улучшить [3].

Исходя из этого был сделан вывод, что в тех почвах, где кроме натриевой, присутствует и магниевая солонцеватость, следует проводить расчеты не только на полное вытеснение натрия, но и учитывать содержание обменного магния и, возможно, рассчитывать дозы мелиорантов другими методами, например, по «донасыщению» [4]. Это положение подтверждено результатами исследований на варианте 4, в котором на темно-каштановые почвы была внесена двойная доза фосфогипса - 10 т/га.

Щелочность, как видно из таблицы 2 и рисунка 2, была устранена в 0-40 см слое в первый год последействия и в последующие годы уже не восстанавливалась, даже к третьему году уменьшилась на 16 % по сравнению с исходными данными (до мелиорации).

Рисунок 2 - Изменение щелочности в 0-20 см слое темно-каштановых почв при комплексном способе мелиорации в условиях рисосеяния

Особую активность фосфогипс в двойной дозе проявил при перераспределении катионов в ППК. До мелиорации почвы содержали обменного кальция 65 %, даже не достигали предельно-допустимых параметров (ПДП) 75 %, обменного магния - 26 % и обменного натрия 9 %. Уже в первый год последействия кальций в верхнем 0-40 см слое достиг ПДП - 76 %, магний составлял уже 20 %, а натрий - 4 %, то есть снизился до ПДП. Солонцеватость в 0-40 см слое уже в первый год воздействия фосфогипса уменьшилась на 56 % по сравнению с исходными данными. В последующие два года последействия процесс мелиорации продолжался, но гораздо меньшими темпами. Так в слое 0-40 см на второй год солонцеватость понизилась еще на 25 %, а на третий год - практически не изменилась. Но магний в 0-40 см слое темно-каштановой почвы при внесении двойной дозы фосфогипса уже ко второму году исследований достиг оптимального параметра (менее 20 %) и к третьему году сохранился в этих же пределах. Обменный кальций только приблизился к предельно-допустимым параметрам (79 % от суммы ППК). Процессы гумификации в почвах рисовых полей идут довольно слабо, особенно в период возделывания риса, когда в почвах протекают анаэробные процессы. Данные таблицы 3 показывают, что после двух лет возделывания риса и одного года озимой пшеницы содержание гумуса в 0-20 см слое темно-каштановых почв на варианте с сидерацией, глубоким рыхлением и МУ увеличилось на 0,06 %. Внесение 2,5 т/га фосфогипса не повлияло на увеличение гумификации, так как прибавка урожая между 1 и 2 вариантами несущественна и поступление пожнивно-корневых остатков, необходимых для образования гумуса, было практически одинаковым.

Таблица 3 - Изменение общего содержание гумуса при комплексной мелиорации темно-каштановых почв

Внесение фосфогипса в полной и особенно в двойной дозе способствовало увеличению урожайности сельскохозяйственных культур в среднем за три года от 33 % до 45 %, что обеспечило накопление сухой массы и увеличение гумуса к третьему году на варианте 3 в 0-20 см слое на 0,10 %, а на варианте 4 - на 0,13 %, в 0-40 см слое - соответственно 0,09 % и 0,11 %. Это подтвердили теоретические расчеты баланса гумуса по всем трем годам исследований. На всех вариантах опыта баланс гумуса был положительным. Сидерация, глубокое рыхление и МУ обеспечили увеличение гумуса в 0-40 см слое на 0,05 %, а дополнительное внесение фосфогипса в полной и двойной дозах - соответственно на 0,08 % и 0,09 %. То есть полная доза фосфогипса способствовала увеличению гумуса в среднем за три года в 0-40 см слое на 0,027 %, а двойная - на 0,03 %.

Изучение содержания питательных элементов по вариантам опыта показало, что на всех вариантах к третьему году исследований количество подвижного фосфора, обменного калия и нитратов в 0-40 см слое темно-каштановых почв было выше, чем до мелиорации (таблица 4).

Таблица 4 - Содержание питательных элементов в 0-40 см слое темно-каштановых почв при комплексном способе мелиорации

Комплексный способ мелиорации, включающий внесение минеральных удобрений на планируемую урожайность, способствует сохранению питательных элементов в почве даже при получении достаточно высоких урожаев.

Оптимизация свойств почв сопровождается увеличением урожайности сельскохозяйственных культур (таблица 5).

Таблица 5 - Урожайность сельскохозяйственных культур при различных способах комплексной мелиорации

Для сравнительной оценки урожайности возделываемых культур за контроль был взят вариант, на котором не проводились мелиоративные мероприятия.

Варианты с полной и двойной дозой фосфогипса являются наилучшими по урожайности сельскохозяйственных культур, на них прибавка урожайности риса в среднем за три года составила соответственно 1,17-1,60 и 1,51-2,10 т/га, пшеницы - 0,79 и 1,13 т/га. Внесение половинной дозы фосфогипса (2,5 т/га) практически не повлияло на увеличение урожайности.

По расчету продуктивности мелиорированных земель также лучшими являются варианты с полной и двойной дозами фосфогипса. Продуктивность составила на варианте с 5 т/га фосфогипса - 6,3 т к. ед./га, а на варианте с 10 т/га - 6,9 т к. ед./га, что соответственно на 37 % и 50 % выше, чем на контроле. фосфогипс почвенный мелиорация

Определение степени деградации почв проведено в соответствии с показателями, представленными в Методике определения размеров ущерба от деградации почв и земель [6]. В этой методике деградация почв характеризуется пятью степенями: 0 - недеградированные, 1 - слабодеградированные, 2 - среднедеградированные, 3 - сильнодеградированные, 4 - очень сильнодеградированные. В наших исследованиях наиболее значимыми индикаторами являются содержание обменного натрия, гумуса и плотность почвы (таблица 6).

Таблица 6 - Изменение экологических показателей деградированной темно-каштановой почвы при комплексном способе мелиорации (0-40 см слой)

До закладки опыта в 2009 году темно-каштановая почва относилась к сильно деградированным. Через три года воздействия комплексного способа мелиорации темно-каштановые почвы перешли на другую степень деградации. Как видно из таблицы, особо выделяются по своему положительному воздействию на почвы варианты с внесением полной (5 т/га) и двойной (10 т/га) доз фосфогипса. Здесь по содержанию обменного натрия почвы, находящиеся в третьей степени деградации, перешли соответственно во вторую и первую степени, то есть стали по этому показателю средне- и слабо деградированными. По плотности после трех лет воздействия комплексного способа мелиорации почвы перешли в первую степень. Гумус очень трудно поддается изменению, но в полевом опыте сидерация, различные дозы фосфогипса, глубокое рыхление не уменьшили за 3 года его содержания, а на варианте с полной и двойной дозой даже увеличили. Это очень важно с экологических позиций сохранения плодородия почв. Расчеты экономической эффективности комплексного способа мелиорации представлены в таблице 7.

Таблица 7 - Экономическая эффективность комплексного способа мелиорации на темно-каштановых почвах

Наибольший годовой экономический эффект, несмотря на большие затраты на сидерацию, фосфогипсование и глубокое рыхление и на общие затраты, включая и внесение минеральных удобрений в дозах, рассчитанных на планируемую урожайность, получен на варианте с двойной дозой фосфогипса. Он составил 13,8 тыс. руб./га, а срок окупаемости - 2,1 года. Срок окупаемости общих затрат 1,8 года получен на варианте с полной дозой фосфогипса с годовым экономическим эффектом 10,1 тыс. руб./га.

Выводы

1. При комплексном способе мелиорации, включающем сидерацию, фосфогипсование, глубокое рыхление и внесение минеральных удобрений в дозах, рассчитанных на планируемую урожайность, улучшились физические, физико-химические и агрохимические свойства темно-каштановых почв, обладающих до мелиорации натриевой (8 % Na в ППК) и магниевой (30 % Mg в ППК) солонцеватостью, уплотненностью (1,3-1,4 т/м³), низким содержанием гумуса и питательных элементов.

По всем показателям лучшим вариантом является сидерация, двойная доза фосфогипса, глубокое рыхление и внесение минеральных удобрений в дозах, рассчитанных на планируемую урожайность. Пахотный слой почвы на этом варианте достиг нормальной плотности (1,11 т/м³), отличной общей порозности (56 %), отличного структурного состояния (85 %), хорошей водопрочности агрегатов (59 %). При внесении полной дозы фосфогипса (5 т/га) эти показатели входили в градацию хороших.

2. Комплексный способ мелиорации с внесением двойной дозы фосфогипса (10 т/га), рассчитанной на полное вытеснение обменного натрия из ППК темно-каштановой почвы, способствовал устранению щелочности и солонцеватости, обогащению почв кальцием до 79 %. В последующие годы мелиорирующая активность двойной дозы фосфогипса (10 т/га) была на 18-20 % выше по сравнению с полной (5 т/га).

3. Комплексный способ мелиорации с полной и двойной дозами фосфогипса обеспечил в течение трех лет увеличение гумуса в 0-40 см слое соответственно на 0,09 % и 0,11 %. К третьему году исследований содержание подвижного фосфора на всех вариантах было средним, обменного калия - высоким, а нитратов на вариантах сидерация + глубокое рыхление + МУ и сидерация + 2,5 т/га фосфогипса + глубокое рыхление + МУ - очень высоким, на варианте с 5 т/га фосфогипса - высоким, с 10 т/га - повышенным.

4. Варианты с полной и двойной дозами фосфогипса являются наилучшими по урожайности сельскохозяйственных культур. На них прибавка урожайности риса в среднем за три года составила соответственно 1,17-1,60 и 1,51-2,10 т/га, пшеницы - 0,79 и 1,13 т/га.

5. Экологическая оценка показала, что через три года воздействия комплексного способа мелиорации темно-каштановые почвы перешли в другую степень деградации. Выделяются по своему положительному воздействию на почвы варианты с внесением полной (5 т/га) и двойной (10 т/га) доз фосфогипса. Здесь по содержанию обменного натрия почвы, находящиеся в третьей степени деградации, перешли соответственно на вторую и первую степени, то есть по этому показателю стали средне- и слабодеградированными. После трех лет воздействия комплексного способа мелиорации почвы по показателю плотности перешли в первую степень деградации. Комплексный способ мелиорации на всех вариантах позволил сохранить положительный баланс гумуса.

6. Наибольший годовой экономический эффект, несмотря на большие затраты на сидерацию, фосфогипсование и глубокое рыхление и на общие затраты, включая и внесение минеральных удобрений в дозах, рассчитанных на планируемую урожайность, получен на варианте с двойной дозой фосфогипса. Он составил 13,8 тыс. руб./га, а срок окупаемости - 2,1 года. Срок окупаемости общих затрат 1,8 года получен на варианте с полной дозой внесения фосфогипса с годовым экономическим эффектом 10,1 тыс. руб./га.

Список использованных источников

1. Миронченко, М. С. Обеспеченность темно-каштановых почв элементами питания при освоении их в рисовых севооборотах [Электронный ресурс] / М. С. Миронченко // Научный журнал Российского НИИ проблем мелиорации: электрон. периодич. изд. / Рос. науч.-исслед. ин-т проблем мелиорации. - Электрон. журн. - Новочеркасск: РосНИИПМ, 2012. - № 4(08). - 14 с. - Режим доступа: http://www.rosniipm-sm.ru/archive?n=131&id=135.

2. Радевич, Е. В. Регулирование плодородия солонцовых почв каштановой зоны в условиях рисосеяния: дис. … канд. с.-х. наук: 06.01.01; 06.01.03 / Радевич Евгений Васильевич. - Персиановский, 2012. - 127 с.

3. Мамаева, Л. Я. Влияние обменных катионов на структурно-механические свойства почв и грунтов / Л. Я. Мамаева // Коллоидный журнал. - 1959. - Вып. 21. - С. 200-207.

4. Рекомендации по использованию фосфогипса для мелиорации солонцов / под ред. И. Н. Любимовой. - М.: Почв. ин-т им. В. В. Докучаева РАСХН, 2006. - 46 с.

5. Васильев, В. А. Справочник по органическим удобрениям / В. А. Васильев, Н. В. Филиппова. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Росагропромиздат, 1988. - 255 с.

6. Методика определения размера ущерба от деградации почв и земель. М., 1994. - 15 с.

Размещено на Allbest.ru