Экологические функции гумуса в оптимизации плодородия дерново-подзолистой почвы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Экологические функции гумуса в оптимизации плодородия дерново-подзолистой почвы

Матюк Н.С., Мазиров М.А.

Аннотация

Экологические функции гумуса определяются его влиянием на направленность и скорость трансформации органических веществ, поступающих в почву с растительными остатками возделываемых культур, а также с органическими удобрениями. Теоретической основой установления критических уровней содержания гумуса является динамика изменения его запасов в чистом пару в течение длительного (98 лет) периода. Установлено, что культуры из разных биологических групп не только обеспечивают разновеликое поступление растительных остатков в почву, но и определяют скорость и направленность их трансформации. Зерновые культуры снижают скорость распада органического вещества, а пропашные его усиливают. Возделывание многолетних трав обеспечивает гумусонакопительный эффект.

Ключевые слова: ГУМУС, РАСТИТЕЛЬНЫЕ ОСТАТКИ, БЕССМЕННЫЕ ПОСЕВЫ, СЕВООБОРОТ, МИНЕРАЛЬНЫЕ УДОБРЕНИЯ, БИОХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ, МИНЕРАЛИЗАЦИЯ ГУМУСА

Одним из основных показателей плодородия почв, который наиболее полно определяет их функциональные свойства: энергетический потенциал и экологическое состояние, - является их гумусовый режим. Среди многочисленных функций органического вещества на первый план выходят такие, как: способность стабилизировать сложение и структурное состояние; служить акцептором снижения вредного воздействия минеральных и органических токсикантов; поддерживать высокую химическую и биологическую активность круговорота вещества и энергии в системе «Почва-растение-атмосфера».

Органическому веществу в системе агрофитоценозов принадлежит главная роль. Растительные остатки, сидераты, а также основная и побочная продукция урожая, частично используемого в животноводстве и возвращающегося в почву в виде органических удобрений, сужают замкнутость цикла круговорота органических веществ и потока энергии в конкретной системе земледелия.

Минеральные системы удобрений, включающие как отдельные элементы питания (N, P, K), так и их различные сочетания, приводят к снижению содержания органического вещества почвы, так как они приводят к повышению сбора основной продукции и уменьшению доли растительных остатков. Современный путь интенсификации и экологизации земледелия предусматривает максимальное использование, в первую очередь, легковозобновляемых биоресурсов (сидеральных культур, соломы и другой побочной продукции возделываемых культур), обеспечивая устойчивость определенной экосистемы, восстановление и расширение воспроизводства плодородия, положительный баланс энергопотоков в данном агробиоценозе. Чем меньше разомкнутость круговорота органического вещества, тем выше эффективность данной системы земледелия и производительность агроландшафта в целом. удобрение растительный севооборот

Бессменное возделывание сельскохозяйственных культур из одной агробиологической группы и их периодическая смена определяют массу растительных остатков, оставляемых ими после уборки, а также направленность и интенсивность их превращения [1].

Вследствие большой сорбционной способности и буферных свойств органическое вещество во многом определяет характер миграций и обменных процессов в почве. В высокогумусных почвах прямое действие удобрений менее выражено, но более длительно во времени. Потери элементов питания на таких почвах существенно ниже и, следовательно, меньше загрязнение окружающей среды.

Внесение органических и минеральных удобрений в сочетании с известью на дерново-подзолистых почвах, повышая уровень гумусированности почв, оказывает заметное воздействие на улучшение физико-химических, биологических и других свойств почв.

Достаточно хорошо исследована акцепторная роль гумуса в закреплении избыточного количества вносимых в почву минеральных и органических веществ. Эта функция гумуса наиболее заметна при использовании высоких доз минеральных удобрений. Временно закрепленные элементы питания постепенно переходят в доступную для растений форму равномерно на всем протяжении периода вегетации, обеспечивая растения необходимыми для их питания соединениями [2].

С интенсификацией земледелия возрастает роль гумуса как одного из важнейших факторов повышения культуры земледелия, обеспечения экологической устойчивости агроценозов, основы плодородия и высоких урожаев. Поэтому неслучайно ныне в качестве основной задачи в обеспечении расширенного воспроизводства плодородия выдвигается увеличение темпов накопления свежего активного гумуса в почве: не просто роста его содержания в пахотных горизонтах, а обновление гумусовых веществ с тем, чтобы они были надежным средством улучшения всех свойств пахотных, луговых и пастбищных земель.

Объекты и методы исследования

Исследования проводились в 2010-2011 гг. в длительном полевом опыте РГАУ-МСХА имени К.А.Тимирязева, заложенном в 1912 г. проф. А.Г.Дояренко (рис. 1). Почва опытного участка - дерново-средне- и слабоподзолистая, старопахотная (более 200 лет под пашней), от природы кислая и заплывающая (по классификации ФАО - Podsolluvisol). Почвенная характеристика опытного участка представлена в таблице 1.

Рис. 1. Фактическое размещение полевых культур в длительном опыте

Таблица 1. Свойства слоя почвы 0...20 см опытного участка через 60 лет после закладки опыта [3]

С 1912 года и по настоящее время принципиальная схема опыта сохранилась неизменной (рис. 2), однако за 100-летнюю историю, в зависимости от поставленных задач, она несколько изменялась.

Все поля с бессменными культурами разбиты на 11 делянок, а поля в севообороте - на 9, которые удобряются по схеме: 1 - N; 2 - P; 3 - K; 4 - без удобрений; 5 - NP; 6 - NK; 7 - PK; 8 - навоз + NPK; 9 - NPK; 10 - навоз; 11 - без удобрений.

На севооборотном участке нет 10-го и 11-го вариантов.

Начиная с 1949 года (7-ая ротация севооборота) в опыт введен вариант известкования, как одного из существенных факторов окультуривания кислых дерново-подзолистых почв. Известь вносится на половину каждого поля, в виде доломитизированного известняка - один раз за ротацию севооборота (доза рассчитывается на основе значений гидролитической кислотности почвы).

Дозы минеральных удобрений в 1973 году увеличены и составляют по элементам питания N100, Р150, К120. Фосфорные и калийные удобрения вносятся единовременно под предпосевную обработку, а азотные - в 2 срока: осенью (N50) и весной в подкормку (N50).

Рис. 2. Схематический план длительного полевого опыта РГАУ-МСХА им. К.А.Тимирязева

С 1973 года на четных полях (132, 134, 136) основного севооборота для изучения последействия удобрений прекращено их поделяночное внесение, и каждое поле удобряется сплошной единой дозой N100Р150К120. Навоз на эти поля также не вносится.

Под озимую рожь при бессменном возделывании ежегодно вносится по 20 тонн навоза на 1 га в 8 и 10 вариантах.

Нами было изучены закономерности изменения гумусового состояния почвы в чистом пару, под посевами озимой ржи, возделываемой бессменно и в севообороте (поле 135).

Результаты и обсуждение

Агроэкологические функции органического вещества в современном земледелии проявляются в стабилизации микробного ценоза почвы, определяющего интенсивность и направленность биохимических процессов превращения растительных остатков и вносимых удобрений.

Учитывая, что идея изучения изменения содержания органического вещества в чистом пару принадлежит профессору А.Г.Дояренко, который первым в мировой практике ввел этот вариант в схему длительного опыта Петровской с.-х. академии (РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева), оценка закономерностей изменения запасов гумуса почти за 100-летнюю историю представляет большой интерес. Даже на Ротамстедской опытной станции (Великобритания), которой более 160 лет, данный вариант был введен только в 1959 г. на луговом угодье с управляемым выпасом.

Наши исследования показали, что при бессменном паровании почвы изменения запасов гумуса имеют устойчивый тренд к его снижению в зависимости от фона применения минеральных и органических удобрений. Потери органического вещества на фонах постоянного применения азотных, а также фосфорно-калийных удобрений, вызывающих подкисление почвенного раствора, а, следовательно, ускоряющих минерализацию органического вещества, за первые 6 ротаций с момента определения составили 36,82 и 34,71 т/га, соответственно. Наименьшие потери углерода (26,58 т/га) отмечали в вариантах совместного внесения NPK и навоза (табл. 2).

Таблица 2. Роль полевых культур и удобрений в регулировании баланса органического вещества в бессменном пару, т/га

* по данным В.Е. Егорова, 1963 г. [4]

** по данным А.А. Алферова, 1999 г. [5]

В последние 2 ротации темпы разложения органического вещества резко замедлились из-за глобального потепления климата, особенно в вариантах без удобрений, где содержание органического вещества достигло нижнего придела (критического уровня), обеспеченного гранулометрическим составом. Повышение норм внесения навоза с 10 (1939-1973 гг.) до 20 т (1996-2010 гг.) т/га сократило потери органического вещества более чем в 2 раза.

Таким образом, изменение направленности и скорости трансформации органического вещества определяется формами внесения минеральных удобрений (N, P, K), их способностью изменять состояния среды обитания почвенной микрофлоры и скоростью их реакции на эти изменения.

Различные формы минеральных удобрений, как внесенных отдельно (N, P, K), так и в различных сочетаниях, определяют не только уровень урожайности возделываемых культур, но и массу растительных остатков, поступающих в почву после уборки (табл. 3).

Таблица 3. Влияние фона питания и чередования культур на накопление растительных остатков, т/га

Так, при бессменном возделывании озимой ржи, как при известкованном фоне, так и без извести, изучаемые в опыте варианты удобрений не оказывали существенного влия-ния на накопление растительных остатков, которое колебалось от 2,04 в вариантах без удобрений до 2,12 т/га на делянках с совместным внесением N100P150K120 и 20 т/га навоза. Возделывание озимой ржи в севообороте увеличивало накопление растительных остатков на 1,1-2,2 т/га, в зависимости от фона питания. С его усилением накопление возрастало в 1,4-1,8 раза.

Оценка влияния разных видов (минеральных, органических) и форм (азотных, ка-лийных и фосфорных) удобрений на фонах с известью и без нее показало, что при бес-сменном возделывании озимой ржи применение органических удобрений, как в чистом виде, так и в сочетании с полным минеральным удобрением, приводит к существенному увеличению содержания гумуса, независимо от фона известкования.

Из изучаемых в севообороте культур наименьшее количество растительных остат-ков оставлял после уборки ячмень (1,2-1,6 т/га), а наибольшее - клевер одного года ис-пользования (4,2-4,6 т/га).

На фонах без внесения органических удобрений основным источником пополнения органического вещества являются растительные остатки. В длительном опыте РГАУ-МСХА им. К.А.Тимирязева установлена тесная корреляционная взаимосвязь между накоплением растительных остатков и содержанием гумуса в почве (рис. 3).

Рис. 3. Влияние удобрений и извести на накопление растительных остатков и содержание гумуса в бессменных посевах озимой ржи

Исследования показали, что при бессменном возделывании полевых культур содержание гумуса значительно выше (2,1-3,2%), чем при выращивании их в севообороте (1,35-2,3%). Это связано с более низкой урожайностью при бессменном возделывании, а, следовательно, и снижением степени минерализации органического вещества, что обеспечивает накопление гумуса.

В севообороте, наоборот, из-за разных биологических особенностей возделываемых культур и технологий их возделывания (особенно пропашных) скорость и направленность превращения органических остатков изменяются, а вынос питательных веществ возрастает, следовательно, содержание гумуса по изучаемым вариантам снижается (рис. 4).

Рис. 4. Влияние удобрений и извести на накопление растительных остатков и содержание гумуса в севообороте

Большое теоретическое и практическое значение имеет установление степени влияния отдельных элементов питания растений на изменение гумусированности почвы. Длительное применение различных видов удобрений и извести оказывает неодинаковое влияние на содержание гумуса.

Оценка влияния разных видов (минеральных, органических) и форм (азотных, калийных и фосфорных) удобрений на фонах с известью и без нее показало, что при бессменном возделывании озимой ржи применение органических удобрений, как в чистом виде, так и в сочетании с парным и полным минеральным удобрением приводит к существенному увеличению содержания гумуса независимо от фона известкования (табл. 4).

Таблица 4. Влияние длительного применения удобрений и извести на содержание гумуса (%) и урожайность озимой ржи в бессменных посевах, в среднем за 12 лет

Длительное унавоживание дерново-подзолистой почвы обеспечивало сокращение потерь органического вещества и оказало прямой положительный эффект на содержание гумуса в почве.

Внесение полного минерального удобрения в сочетании с 20 т/га навоза обеспечило наибольшее содержание органического вещества как на вариантах без, так и с известью, где оно составило 3,06% и 2,97%, соответственно. Применение только органического удобрения также стабилизировало содержание гумуса на высоком уровне в вариантах без извести (3,02%) и на известкованных делянках (2,74%). Варианты с внесением полного минерального удобрения также стабилизировали содержание органического вещества на уровне 2,37% без извести и 2,10% с известью. При парном сочетании и внесении отдельных форм минеральных удобрений содержание гумуса было близким по значению к контрольному варианту (1,94%) и колебалось в пределах от 1,54% до 2,13%. Это связано с тем, что основным источником образования гумуса почвы являются растительные остатки, масса которых зависит от величины урожая. Внесение извести на вариантах применения N, P и их сочетаний также способствовало значительному увеличению содержания органического вещества, а в варианте внесения только калия, наоборот, произошло его снижение до 0,86%.

Все отмеченные тенденции влияния длительного применения различных видов удобрений на общее содержание органического вещества и урожайность полевых культур в бессменных посевах сохраняются и в условиях севооборота (табл. 5).

Таблица 5. Влияние длительного применения удобрений, извести и севооборота (поле 135) на содержание гумуса (%) и урожайность озимой ржи (т/га)

Выводы

1. Чередование культур в севообороте не является основным способом регулирования гумусированности почвы, что связано с тем, что в севообороте процессы разложения органического вещества проходят быстрее, чем при бессменном возделывании, и как результат - при повышении урожайности полевых культур из разных биологических групп дефицит гумуса значительно возрастает.

2. Направленность и скорость разложения органического вещества определяется исходной степенью гумусированности почвы, системой применения удобрений, а также структурой посевных площадей культур в севообороте.

Увеличение доли пропашных культур и введение в севооборот поля чистого пара резко усиливает степень минерализации гумуса, что вызывает необходимость использования навоза, сидератов и соломы зерновых в качестве органических удобрений.

3. Внесение полного минерального удобрения в расчете на уровень планируемой урожайности обеспечивает бездефицитный баланс гумуса, а дополнительное применение 20 т/га навоза приводит к проявлению гумусонакопительного эффекта.

Список использованных источников

1. Милащенко Н.З. Расширенное воспроизводство плодородия почв в интенсивном земледелии Нечерноземья. - М., 1993. - 864 с.

2. Длительному полевому опыту ТСХА 90 лет: итоги научных исследований / Под ред. А.Ф. Сафонова. - М.: Изд-во МСХА, 2002. 262 с.

3. Егоров В.Е. Из результатов полувекового опыта ТСХА с удобрением, севооборотом и монокультурами. - М.: Известия ТСХА, в. 6, 1963.

4. Алферов А.А. Воспроизводство плодородия дерново-подзолистой почвы при длительном применении удобрений, известкования и севооборота /Дисс. к. с.-х. н. - М., 1999.

5. Лыков А.М. Воспроизводство плодородия почв в Нечерноземной зоне. - М.: Россельхозиздат, 1982. -143 с.

Размещено на Allbest.ru