Биологизация воспроизводства плодородия почв Сахалина

Размещено на http://allbest.ru

Биологизация воспроизводства плодородия почв Сахалина

Л.В. Самутенко, ТА. Мидовских

Аннотация

Экспериментально изучено воздействие моно- и поликомпонетных посевов разновидовых сидеральных культур на сохранение плодородия почвы. Отмечено кратковременное и частичное повышение содержания углерода и нитратного азота в почве.

Сидераты положительно оценены в качестве средства увеличения содержания фосфора и калия. Действие источников органического вещества однолетних капустных, злаковых, бобовых культур и их смесей достаточно выровненное. плодородие почва биологизация сахалин

Соотношение С : N свидетельствовало о слабой эффективности сидератов как зеленого удобрения. Сидеральные посевы рассматриваются как средство биологизации земледелия через воздействие на почвенные свойства в качестве одного из источников органического вещества.

Ключевые слова: сидераты, продуктивность, плодородие почвы, органическое вещество, NFK.

Abstract

Biologization of reproduction of Sakhalin soil fertility.

L.V. Samutenko, (Sakhalin Research Institute of Agriculture, Yuzhno-Sakhalinsk), Т.А. Milovskih (State Center of Agrochemical Service `”Sakhalinskiy”, Yuzhno- Sakhalinsk).

The effect of mono- and polycomponent crops of different-species sideral crops as a means of preserving soil fertility has been studied experimentally. A short-term and partial increase in the content of carbon and nitrate nitrogen in the soil was noted. The siderates are positively evaluated as a means of increasing the content of phosphorus and potassium. The effect of sources of organic matter of annual cabbage, cereals, legumes and their mixtures is sufficiently leveled. The C : N ratio indicated a weak efficiency of the siderates as a green fertilizer. Federal crops are considered as a means of biologizing agriculture by acting on soil properties as one of the sources of organic matter

Key words: siderates, productivity, soil fertility, organic matter, NFK.

Введение

Конечной целью биологизации систем земледелия является получение экологически чистой продукции, при производстве которой устраняется любого рода химическое воздействие на сельскохозяйственные культуры. Однако, по мнению [13], и при биологическом направлении земледелия воспроизводство плодородия почв возможно только при комплексном использовании минеральных и органических удобрений, химических мелиорантов и других агрохимических средств регулирования плодородия почв.

В природных условиях наращиваемая биомасса со всем накопленным набором веществ остается на месте произрастания, сохраняя и увеличивая плодородный потенциал почвы, в то время как в сельскохозяйственном производстве естественное воспроизводство плодородия почвы осложняется отчуждением ее части [2, 19].

В условиях интенсивного земледелия наблюдается активная минерализация гумуса, поэтому для пополнения его почвенных запасов необходимо комплексное использование всех видов органических удобрений [4, 7]. В связи c этим биологические приемы, в частности сидеральные пары, промежуточные посевы на зеленое удобрение, растительные остатки должны обеспечивать сохранение плодородия почвы [5, 8, 13, 15, 16, 20, 23]. Более эффективны для внесения в почву органические вещества с широким отношением С : N и большим содержанием лигнина. Однако для снижения иммобилизации растительного азота микроорганизмами необходимо внешнее дополнение азотного фонда [4, 5, 8, 21].

Существует мнение, что состав культур может определять содержание, запасы гумуса и его качественные показатели - фракционно-групповой состав, азотный фонд и содержание подвижных фракций [24]. Влияние сидератов на продуктивность следующих за ними культур оценивается неоднозначно. Однако есть наблюдения [14], что последействие запаханных в почву растительных остатков без применения удобрений мало сказывается на урожайности.

Земледелие Сахалинской области не избежало таких негативных моментов, как внесение не всегда достаточных доз минеральных (94 кг действующего вещества на 1 га), очень низких доз органических удобрений (4,3 т/га). Органические удобрения и мелиорант - два важнейших компонента в повышении плодородия - используются на ограниченных пахотных площадях (соответственно 462 и 25 га). Внесение органики сдерживается, в первую очередь, по экономическим соображениям.

Таким образом, возникла необходимость восполнения потерь почвенного органического вещества наиболее доступными, экономичными и экологичными средствами, к числу которых отнесены сидераты. Ранее детального изучения их действия на плодородие островных почв, урожай следующих за ними культур не проводилось. Исследования [7] были посвящены установлению возможностей пожнивных посевов, в основном овощной группы культур.

Знакомство с данными научных источников позволило определиться с культурами, наиболее подходящими для выращивания в качестве сидератов на специфических почвах области. Учитывалась скороспелость культур, зависимость их продуктивности от почвенно-климатических условий (требования к плодородию почвы, температурному режиму).

Цель исследований - установить степень влияния разновидовых сидератов и их смесей как биологического средства воспроизводства плодородия на основные агрохимические свойства почвы.

Главная задача исследований - определение действия сидеральной массы на пополнение и динамику органического вещества и элементов питания растений в почве.

Помимо этого в задачи входили определение ассортимента сидеральных культур, сроков и глубины запахивания, возможностей двухразового посева за вегетационный период в целях получения максимальной биомассы, установление степени влияния на продуктивность и качество следующей после сидератов культуры (картофеля).

Частично полученные результаты опубликованы в нескольких источниках [11, 12, 18]. Однако агрохимическая часть работы, характеризующая роль сидератов в сохранении почвенного плодородия, не была изложена достаточно подробно, вследствие чего в предлагаемом сообщении более детально описывается влияние сидеральных культур на этот процесс.

Методика исследований

Опыты по изучению эффективности сидеральных культур и их последействия были заложены на землях СахНИИСХ. Они имели два повторения в пространстве и во времени. Каждая временная закладка состояла из четырех повторностей.

Опыт 1. «Определение агротехнических приемов использования сидератов с целью сохранения плодородия почвы». Проведена первичная подборка сидеральных культур, определены оптимальные сроки посевов, запахивания и глубин размещения в почве биомассы, установлены агрохимические показатели почвы до и после запахивания, продуктивность сидеральных растений.

Опыт 2. «Изучение действия и последействия сидератов на основные показатели плодородия почвы». Проведена корректировка набора сидеральных культур и их смесей, определены степень влияния разновидовых сидератов на почвенное плодородие и ее зависимость от продуктивности и химического состава растений.

В состав сидеральных культур входили горчица белая, редька масличная, рапс яровой, сурепица яровая, донники белый и желтый, люпин однолетний, вика яровая и озимая, овес, ячмень. Помимо однокомпонентных, были использованы поликомпонетные посевы, представленные сочетанием двух и трех культур.

Посев сидератов и запахивание в почву осуществляли в два срока: посев - в первой декаде июня и первой декаде августа, запахивание - в первой декаде августа и третьей декаде октября на глубину 15-18 и 25-27 см. Под весенний посев применяли стартовую дозу диаммофоски в количестве 300 кг/га.

Лугово-дерновая старопахотная почва в опытах характеризовалась присущей ей значительной неоднородностью. Показатели кислотности (потенциометрическое определение) изменялись в пределах очень кислой (рН 3,5) - среднекислой (рН 4,9) категорий. Гумус определяли по И.В. Тюрину в модификации В.Н. Симакова. В относительных единицах его количество по участку колебалось на уровне средних значений - 3,5-4,8 %. На момент закладки содержание гумуса составляло 3,23-4,63 и 3,29-4,76 %. Суммарное количество минеральных форм азота было низким - 16,1-36,4 мг/кг (Л_нигр, определяемый потенциометрически, + N _амм, определяемый колориметрически с индофенольной зеленью). Подвижные формы фосфора (по методике А.Г Кирсанова) характеризовались очень высоким содержанием (270,0-597,0 мг/кг), обменного калия - средним и повышенным (85,0-165,0 мг/кг - пламенно-фотометрический метод в вытяжке А.Г. Кирсанова). Фракционно-групповой состав гумуса определен методом И.В. Тюрина в модификации В.В. Пономаревой и Т.А. Плотниковой [1, 3].

Почвенные образцы отбирали по горизонтам 0-10, 10-20, 20-30 см весной, летом и осенью; растительные - в соответствии со сроками запахивания сидератов. Поскольку разница в агрохимических показателях почвенных слоев была минимальной, в таблицах приведены усредненные результаты для пахотного горизонта.

В растительных образцах определяли содержание №КСа, золы, клетчатки, сахаров по общепринятым в кормопроизводстве методикам [17]. На основании аналитических данных рассчитывали количество валовой энергии [9, 10] и гумуса [22].

Для определения массы пожнивно-корневых остатков отбирали почвенные монолиты с последующим отмыванием корневой системы [6]. В дальнейшем высушенные корни были подвергнуты химическому анализу.

Погодные условия в годы наблюдений были благоприятны для полноценной вегетации сидеральных растений: суммы положительных температур изменялись от 1979 до 2319 ^оС, суммы осадков - от 333 до 585 мм (с I декады мая по II декаду октября). Согласно обобщенным метеоданным [7], вторая половина вегетационного периода на юге Сахалина (конец июля - октябрь) значительно теплее первой. Сумма среднесуточных температур с начала августа составляет более 900 ^оС, активных выше 5 и 10 ^оС - около 900 и 800 ^оС соответственно. Осадков выпадает не менее 100 мм. Таким образом, пожнивные посевы рапса (опыт 1) и овса (опыт 2), проведенные после летнего запахивания сидератов для формирования дополнительной биомассы, были обеспечены достаточными температурно-влажностными ресурсами.

Результаты

Объемы поступления в почву растительной массы от основного посева сидератов приведены в табл. 1. Обозначенные в ней данные дают представление о формировании вегетативной и корневой частей сидеральных культур, накопленной ими сухой массы и содержании в ней валовой энергии. Использование сведений о том, что в 1 т гумуса содержится 20 000 МДж энергии [22], позволило провести расчет количества гумуса, которое может быть образовано из растительного органического вещества.

Безусловными лидерами в урожайности относительно других сидератов являлись донники, несмотря на то что их возделывание проходило в неблагоприятных для бобовых культур агрохимических условиях (высокая кислотность почвы). Выход зеленой массы донника белого стал максимальным, превысив показатели горчицы белой с минимальной урожайностью на 15,9 т/га (47,0 %) и смеси ячменя с овсом, имевшей наибольший результат среди однолетних сидератов - на 11,9 т/га (35,2 %). Величины, полученные при сравнении этих показателей с показателями донника желтого - соответственно 9,1 т/га (33,7 %) и 5,1 т/га (18,9 %), заметно уступали приведенным выше, но значительно преобладали над показателями других сидератов. Однако при использовании донника в качестве сидеральной культуры следует учитывать его биологию (формирование основного урожая на второй год жизни растений). Положительно оценивать донник как сидерат можно со следующих позиций: несмотря на медленное развитие в первый год жизни, на второй год он продуцирует количество растительной массы, превышающее массу однолетних сидератов в 1,2-1,9 раза. Одновременно, судя по расчетам (принимая во внимание их определенную условность), растения донника могут обеспечивать 2,5-4-кратное, относительно других видов, поступление гумуса в почву. При этом механизированные работы проводятся один раз в два года, что целесообразно и экономически, и агрофизически, поскольку почва получает краткосрочный период покоя.

Таблица 1

Урожайность сидеральных культур, сухая масса, валовая энергия и гумус, поступившие в почву с вегетативной частью растений и пожнивно-корневыми остатками (среднее за один год)

Горчица белая (в опыте 1) при минимальной вегетативной массе отличалась накоплением наибольшего количества сухой массы среди других однолетних сидератов в монопосеве и практически равным - со смесью ячменя с овсом при совместном посеве с викой озимой (см. табл. 1). В опыте 2 это преимущество горчицей было утрачено.

Следует отметить, что во втором опыте основные показатели, характеризовавшие свойства сидеральных культур как в однокомпонентных, так и в поликомпонентных посевах, были достаточно близки. Вследствие этого воздействие их на почву в качестве источников органического вещества (гумуса) оказалось равноценным: в среднем расчетная величина поступления гумуса равнялась 6,4 т/га. Однако в опыте 1 масса основного урожая рапса ярового и особенно сурепицы яровой в меньшем количестве обеспечивала почву растительной органикой, разница с массой других видов составляла 0,8-2,0 т/га.

Таблица 2

Динамика органического вещества (общего углерода) в зависимости от действия и последействия сидератов

Примечание. Прочерки - значение не определялось.

Расчетное количество гумуса, получаемого с вегетативной частью однолетних растений, равнялось 4,3-5,2, с корневой - 1,2-1,9 т/га, донников - соответственно 16,7-11,5 и 8,4-5,0 т/га.

Немаловажную роль, как уже говорилось, имеет качественный состав растительной массы, запахиваемой в почву. Мы использовали данные источника [13] по содержанию в растениях углерода. С помощью формулы расчета, приведенной в [4], мы получили (пусть условные, но представляющие интерес) сведения о соотношении С : N.

При запахивании сидератов в фазе семяобразования (зеленые растения) оно составляло в основном 12-19 : 1, у донников - 22 : 1 и 26 : 1.

При некотором удлинении срока вегетации соотношение увеличивалось до 22-25 : 1.

Таким образом определили, что в почву с растительной органикой в установленные в опыте сроки поступает довольно невысокое количество углерода, что дает основание предполагать высокую скорость мобилизации накопленных веществ (азота) и слабую эффективность именно зеленого удобрения. Отчасти это подтверждают данные табл. 2, где приведена динамика накопления органического вещества (общего углерода).

В первые два года после заделки сидератов в почву наблюдалось увеличение содержания общего углерода в почве всех вариантов обоих опытов, включая контрольные, поскольку они получали растительный материал при осеннем запахивании рапса и овса.

Далее, при выращивании пропашной культуры с активным механическим воздействием на почву, в ней отмечены потери углерода. В большей степени они коснулись почвы после сидератов в опыте 1 и, как ни странно, после донников. При ограниченных аналитических возможностях нам удалось получить ориентировочные результаты фракционного состава гумуса почвы после запахивания сидератов.

Анализы проведены в разных лабораториях, что отразилось в обозначенных данных по содержанию некоторых групп. Вполне допускаем аналитические различия, но они, вероятно, могут быть обусловлены и почвенными свойствами.

В почве второго опыта, несмотря на выявление группы 2 в составе гуминовых кислот и более высокое их содержание, количественное преобладание во всех вариантах сохранялось за фульвокис- лотами (34,1-63,6 %) и в целом за подвижной частью гумуса (табл. 3).

Таблица 3

Фракционно-групповой состав гумуса почвы в зависимости от запахивания разновидовых сидератов

Примечание. ФК, ГК - фульво- и гуминовые кислоты.

Более широкий масштаб колебания соотношений С гуминовых кислот: С фульвокислот наблюдался в почве опыта 2. В нескольких вариантах - после рапса, горчицы и овса в контроле - значения соотношений существенно превышали средний показатель по опыту (0,67). Однако на основании ограниченных результатов мы не рискуем делать вывод о каком- либо влиянии сидеральной массы на фракционно-групповой состав гумуса, если таковое в принципе возможно. Поскольку в научных источниках сидератам отводится роль в основном поставщиков минеральных элементов питания для размещаемых после них сельскохозяйственных культур, нами также проведены расчеты количества ЫРКСа, которое поступало в почву в моно- и смешанных посевах сидеральных растений. Результаты приведены в табл. 4.

Таблица 4

Поступление питательных элементов в почву при запахивании сидеральной массы (среднее за один год)

Преимущество в накоплении названных питательных веществ, особенно общего азота (2-3-кратное), естественно, сохранялось за донниками (опыт 1). Несколько меньшей по сравнению с составом однолетних культур у донников оказалась разница в содержании фосфора и калия.

В опыте 2 накопление элементов питания растений носило неравнозначный характер: разница между максимальным (редька масличная) и минимальным (горчица белая) показателями количества общего азота составила 41,5 кг. Значимой она оказалась и по накоплению калия - 67,6 кг.

В целом же в опыте 2 с сидеральной массой фосфор и кальций поступили в почву в меньших количествах, а азот - в большем, чем в опыте 1. В последнем обращают на себя внимание высокие значения накопленного кальция: они обусловлены сдвигом в сроках запахивания, когда растения стали переходить к фазе технической спелости.

Таблица 5

Динамика минеральных форм азота в почве после запахивания сидератов

Примечание. Прочерки - значение не определялось, сл. - следовые количества.

По результатам, представленным в табл. 5, можно судить о степени влияния поступающих в почву сидератов на содержание в ней минеральных форм азота. Весьма заметное пополнение фонда нитратного азота (в ~ 5-7 раз) произошло под влиянием запахивания растительной массы на 2-й год действия только в опыте 1.

Однако в следующие два года содержание этой формы существенно уменьшилось. Самое низкое количество Ы_нитр в почве вариантов со смесью зерновых (мятликовых) и горчицей, в том числе донниками в 1-й год, возможно, объясняется активным потреблением азота микроорганизмами в процессе разложения растительного материала с повышенным содержанием клетчатки. В почве опыта 2, напротив, произошло снижение количества нитратного азота относительно исходных значений, постепенно дойдя практически до нулевых величин в посадках картофеля. Обеспеченность почвы аммиачным азотом относительно стабильна, хотя в последействии и появлялись высокие цифры в вариантах с капустными культурами. Накопление N _амм могло свидетельствовать о недостаточно благоприятных процессах, складывавшихся в почвенной среде, для перевода аммиачной формы в более доступную для растений нитратную.

Данные табл. 6 позволяют говорить о положительной роли сидератов в увеличении в почве количества подвижного фосфора (на 1,1-13,1 мг) и обменного калия (на 1,3-5,4 мг), хотя рост содержания последнего установлен не во всех вариантах и в большей степени характерен для почвы опыта 1.

Таблица 6

Влияние поступления сидеральной массы в почву на содержание в ней подвижных форм фосфора и обменного калия, кг/га

Посевы рапса и овса во второй половине вегетационного периода формировали дополнительные объемы растительного вещества. С 5,2-15,2 т/га с надземной частью зеленой массы рапса почва получала 0,8-1,8 т сухой массы, 20,0-44,7 кг азота, 5,7-10,6 кг Р₂О₅, 36,3-64,6 кг К₂О, 8,8-16,6 кг СаО, 0,5-1,2 т сухой массы корней.

Сбор зеленой массы овса составлял 7,9-22,0 т/га. При ее запахивании в почву поступало 1,5-3,6 т сухой массы, 31,9-90,9 кг азота, 6,7-19,4 кг Р2О₅, 60,5-189,1 кг К2О, 7,9-17,9 кг СаО, 1,7-1,9 т сухой массы корней. Следует отметить, что обозначенные максимальные поступления произошли в контрольных вариантах.

В отличие от южных районов Дальнего Востока, тем более юга РФ, в Сахалинской области сроки посевов культур вынужденно сдвигаются на конец мая - июнь в связи с низкими температурами воздуха и слабым прогревом почвы.

Сидераты в своем истинном назначении (как зеленые удобрения) в областном земледелии могут служить источником минеральных элементов либо для пожнивных посевов (посадок) культур с короткой вегетацией, либо для озимых, но с дополнительным применением удобрений. Однако в дальнейших наблюдениях за последействием сидератов в качестве предшественников (картофеля) их эффективность оказалась или равной контрольному полупару, или ниже него.

Результаты наблюдений в очередной раз позволили убедиться в необходимости минеральной поддержки удобрениями, особенно азотными, следующих за сидеральными посевами культур. Это обеспечит полноценное почвенное питание растений и нивелирует конкуренцию за него с микроорганизмами.

Заключение

В условиях постепенного введения в технологический процесс возделывания сельскохозяйственных культур элементов органического земледелия сидеральные посевы рассматриваются как средство биологизации производства через воздействие на почвенные свойства в качестве одного из источников ...