Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Агроэкологическая оценка различных систем удобрений при длительном их применении на дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почве

ВАК РФ 06.01.15, Агроэкология

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, кандидата сельскохозяйственных наук, Мачадо Вейзага Мария Анхелика, Москва



МОСКОВСКАЯ ОРДЕНА ЛЕНИНА И ОРДЕНА КРАСНОГО ЗНАМЕНИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ им. К. А. ТИМИРЯЗЕВА

МАЧАДО ВЕЙЗАГА МАРИЯ АНХЕЛИКА

АГРОЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА РАЗЛИЧНЫХ СИСТЕМ УДОБРЕНИЙ ПРИ ДЛИТЕЛЬНОМ ИХ ПРИМЕНЕНИИ НА ТЯЖЕЛОСУГЛИНИСТОЙ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТОЙ ПОЧВЕ

06.01Л 5 - Агроэкология

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Профессор В.А.Черников. Научный консультант: Кандидат сельскохозяйственных наук Ш.И.Литвак.

Москва-1999

На правах рукописи

Научный руководитель: Доктор сельскохозяйственных наук

ОГЛАВЛЕНИЕ

Стр.

ВВЕДЕНИЕ........................................................................... 4

ГЛАВА 1. ПРОГРАММА. МЕТОДИКА И УСЛОВИЯ ПРОВЕДЕНИЯ

ИССЛЕДОВАНИЙ..................................................... 9

1.1. Программа и методика проведения исследований............. 9

1.2. Почвенные условия проведения полевого опыта.............. 16

ГЛАВА 2. ВЛИЯНИЕ ДЛИТЕЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ УДОБРЕНИЙ

НА ФИЗЖО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЧВЫ......... 18

ГЛАВА 3. ВЛИЯНИЕ ДЛИТЕЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ УДОБРЕНИЙ НА СОДЕРЖАНИЕ АЗОТА, ФОСФОРА И КАЛИЯ В ДЕРНОВОПОДЗОЛИСТОЙ ПОЧВЕ.............................. 30

3.1. Влияние длительного применения удобрений на валовое содержание азота почвы............................................. 44

3.2. Влияние длительного применения удобрений на содержание подвижного фосфора в почве....................................... 46

3.3. Влияние длительного применения удобрений на содержание калия в почве........................................................... 48

ГЛАВА 4. ВЛИЯНИЕ УДОБРЕНИЯ НА СОДЕРЖАНИЕ, ДИНАМИКУ

И ФРАКЦИОННО-ГРУППОВОЙ СОСТАВ ГУМУСА........ 52

ГЛАВА 5. ВЛИЯНИЕ ДЛИТЕЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ УДОБРЕНИЙ НА ПРОДУКТИВНОСТЬ СЕВООБОРОТА И КАЧЕСТВО КУЛЬТУР................................................................ 70

5.1. Продуктивность севооборота....................................... 70

5.2. Влияние различных систем удобрения на содержание элементов питания и качество вико-овсяной смеси........... 72

ГЛАВА 6. ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ПРИМЕНЕНИЯ

УДОБРЕНИЙ............................................................ 77

6.1.1. Влияние длительного применения удобрений на содержание тяжелых металлов в почве............................................ 77

6.1.2. Органические и минеральные удобрения как источник поступления тяжелых металлов в растениях..................... 90

6.2. Влияние длительного применения удобрений на содержание

нитратов в почве и растениях........................................ 95

ВЫВОДЫ................................................................................107

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ............................................................110

ВВЕДЕНИЕ

Основной задачей земледелия является удовлетворение потребностей человечества в продуктах питания. В связи с ростом населения и ограниченностью земельных ресурсов дальнейшее увеличение производства сельскохозяйственной продукции должно идти по пути его интенсификации. С другой стороны экологические проблемы земледелия выдвигают на первый план вопросы, связаны с охраной окружающей среды.

Решающим фактором в повышении плодородия почвы и увеличения урожайности сельскохозяйственных культур является применение удобрений. Однако, в настоящее время не стоит вопрос о получении максимально возможных урожаев. На первое место выступает эффективное использование природно-климатических ресурсов в сочетании с минимальным количеством средств химизации.

Сегодня глубокую озабоченность как у ученых, так и практиков вызывают экологические проблемы химизации, связанные со снижением плодородия почв, их деградацией и загрязнением, в связи с хозяйственной деятельностью человека.

Дерново-подзолистые почвы характеризуются низким естественным плодородием. Гумус является главным наиболее мощным агентом формирования почвенного плодородия. Содержание гумуса и его состав в пахотном слое дерново-подзолистых почв формируется как за счет сохранения остаточных показателей, типичных для данной фракции целинных вариантов, так и за счет производственной деятельности человека. Органические и минеральные удобрения являются мощными регуляторами не только состава минеральной части, но и влияют на гумусовое состояние почв.

Вместе с тем, как показывают результаты исследований, широкое применение средств химизации в земледелии, в том числе и удобрений, создает определенную опасность, и может быть экологически

неблагополучное. Современные средства химизации земледелия объективно являются источниками загрязнения окружающей природной среды. Известно, что увеличение доз удобрений приводит не только к повышению урожая и улучшению качества продукции, но и к тому, что в продукции и в окружающей среде могут накапливаться остаточные количества токсикантов.

При сельскохозяйственном использовании почв Центральной Нечерноземной зоны России только с фосфорными удобрениями в 1990 году поступило 30 т цинка, 29,7 т свинца, 10,8 т меди, 2,9 т кадмия (H.A. Черных, 1995). При этом возделывание сельскохозяйственных культур часто проводится без учета степени загрязнения почв, что приводит к получению продукции, содержащей количества тяжелых металлов, значительно превышающие ПДК. В конечном итоге снижается качество получаемой продукции, являющееся критерием ее использования.

Минеральные и органические удобрения являются также источником нитратов, вызывая локальное, региональное и глобальное загрязнение природной среды (О.А.Соколов, В.М.Семенов, В.А.Агаев, 1988). По прогнозам ФАО, мировая потребность в минеральных удобрениях к 2000 г. достигнет 300 млн. т. Свыше 50 % общего количества производимых удобрений составляют азотные минеральные соли, преимущественно с кислой реакцией среды. Внесение больших доз азотных удобрений приводит к подкислению реакции среды, снижению процессов минерализации органических остатков, накоплению нитратов в почве и сельскохозяйственной продукции (Плодородие почв и... ,1995).

Опасность загрязнения почв усугубляется тем, что химическое загрязнение длительное время может не проявляться в силу высокой буферности почв и при этом служить мощным фактором разрушения биосферы в целом.

Анализ систем удобрения показывает, что с точки зрения экологии они требуют значительного совершенствования.

Вследствие этого, в настоящее время все острее становится проблема экологической безопасности химизации земледелия и возникает необходимость контроля традиционных систем земледелия.

Действие минеральных и органических удобрений на урожай многих культур и продуктивность различных севооборотов дерново-подзолистых тяжелосуглинистых почв в значительной мере изучено.

Однако, влияние и возможное негативное последствие удобрений на содержание и качества гумуса - как важнейшего показателя почвенного плодородия, на ряд других агрохимических и физических показателей почвы и влияние сельскохозяйственной деятельности на загрязнение почв и качество продукции изучено явно недостаточно.

Целью настоящей работы явилась агроэкологическая оценка влияния длительного применения органической, органо-минеральнои и минеральной системы удобрений на состояние дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почвы; главным образом на гумусовое состояние, на физико-химические параметры почвы и на степень загрязнения почвы как основных агроэкологических факторов.

Учитывая вышесказанное, для достижения поставленной цели в задачи исследований входили:

1. Установить характер и степень изменения агрохимических и физико-химических свойств почв под влиянием длительного применения удобрений.

2. Изучить влияние длительного применения удобрений на динамику азотного, фосфорного и калийного режима почвы.

3. Установить действие органической, органо-минеральной и минеральной систем удобрения на содержание, динамику и фракционно-групповой состав гумуса.

4. Оценить степень загрязнения почвы и растений тяжелыми металлами и нитратами при длительном применении различных систем удобрений.

5. Исследовать влияние длительного применения удобрений на химический состав и качество сельскохозяйственной продукции.

Для изучения этих вопросов наиболее подходят условия длительных наблюдений, когда ведется систематический контроль за динамикой изменения разных показателей плодородия почв. Длительный опыт оказался надежным источником информации для агроэкологической оценки длительного применения удобрений дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почвы.

В результате исследований установлено, что за счет увеличения объемов использования минеральных удобрений (отдельно и в сочетании с навозом) сокращается потери гумуса и повышается содержание подвижных питательных веществ в почве. Но, одновременно, применение высоких доз минеральных удобрений приводит к некоторым экологическим последствиям и загрязнению окружающей среды.

Настоящая диссертационная работа выполнена в 1995-1999 г.г. на базе длительного полевого опыта: "Изучение роли органического вещества навоза в повышении плодородия дерново-подзолистых почв", заложенном И.П.Мамченковым в 1965-1967 гг. на Центральной опытной станции ВИУА. В проведении опыта в разные годы принимали участие М.Г.Писарева, Л.Н.Самойлов, Л.С.Мирошникова, А.А.Сунцов, В.Ф.Ефремов. Опыт включен в число базовых географической сети опытов с удобрениями ВИУА.

В заключении хотелось бы выразить благодарность сотрудникам ВИУА и ЦОС ВИУА за помощь в проведении исследований. Особую признательность приношу научному руководителю доктору с.-х наук,

профессору В.А.Черникову, научному консультанту кандидату с.-х наук Ш.И.Литваку, заведующей лаборатории Систем удобрений и плодородия почв ВИУА доктору с.-х наук Л.К.Шевцовой, старшему научному сотруднику кандидату с.-х наук Л.В.Никитиной, научному сотруднику И.В.Володарской, заведующему лаборатории ЦОС ВИУА кандидату с.-х наук В.Ф.Ефремову, заведующему кафедры технологии переработки продуктов животноводства кандидату с.-х наук А.С.Шуварикову за ценные замечания, сделанные в процессе работы и при написании диссертации.

ГЛАВА 1. ПРОГРАММА, МЕТОДИКА И УСЛОВИЯ ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ.

1.1. ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ.

Исследования проведены в длительном опыте СШ - 5 (Стационар Шебанцовский - 5) заложенном в ЦОС ВИУА (Московская область, Домодедовский район) в 1965 году в 4-х польном зерно-пропашном севообороте со следующим чередованием культур: картофель ранний, пшеница озимая, свекла кормовая, ячмень яровой. Почва среднеокультуренная дерново-подзолистая тяжело-суглинистая. Подробная характеристика почвы приведена в работах М.А.Наконечной (1988).

Программой исследований было предусмотрено изучение следующих вопросов:

- влияние длительного применения удобрений: - на физико-химические и агрохимические свойства почвы;

- на динамику азотного, фосфорного и калийного режима почвы;

- на содержание, динамику и фракционно-групповой состав гумуса;

- на накопление нитратов и тяжелых металлов в почвы;

- на химический состав и качество сельскохозяйственной продукции. Схема опыта составлена следующим образом:

1. Контроль (без удобрений).

2. Навоз 1д. (50 т/га) (за ротацию севооборота).

3. Навоз 2д. (100 т/га) (за ротацию севооборота).

4. Навоз 1д. + ШРК (эквивалентно 1д. навоза) (за ротацию севооборота).

5. Навоз 1д. + 2ЭДРК (за ротацию севооборота).

6. Навоз 1д. + ЗЫРК (за ротацию севооборота).

7. ЫРК (эквивалентно 1д. навоза) (за ротацию севооборота).

8. 2КРК (за ротацию севооборота).

9. ЗМРК (за ротацию севооборота).

10. 41ЯРК (за ротацию севооборота).

Агрохимическая характеристика почвы длительного опыта приведена в таблице 1.

Таблица 1.

Агрохимические показатели почвы до закладки опыта (Поле 1, 1964 г.)

Гумус Азот РЮз КаО

Вариант рНка Нг, (по Тюри- общий подвиж- обме-

опыта мг-экв. на ну, сжига- (по Кьель- ная нный

ЮОг почвы ние по Никитину),0/« далю), % (по Кирсо-нову), (по Мас-ловой)

Мг на 100 г почвы

1 4,2-4,4 4,8 1,57 0,13 6,3 20,0

2 4,2-4,4 5,0 1,60 0,13 8,0 21,5

3 4,2-4,5 4,8 - - 8,0 16,3

4 4,2-4,4 5,0 1,53 0,12 6,3 18,5

5 4,2-4,4 5,1 1,59 0,13 6,6 17,7

6 4,2-4,4 4,8 1,70 0,13 6,0 17,3

7 4,3-4,4 4,9 1,55 0,12 7,9 17,1

8 4,2-4,6 4,7 1,53 0,13 6,7 20,4

9 4,2-4,5 4,5 1,57 0,13 7,5 19,7

10 4,2-4,4 4,6 1,59 0,13 7,2 18,2

Количество питательных веществ, внесенных с навозом и минеральными удобрениями, представлены в таблицах 2 и 3.

Таблица 2.

Распределение удобрений по ротациям севооборота. Поле 1. (навоз, известь - т/га; минеральные удобрения - кг/га д.в.)

№ ва Ротация Сумма за УП

ри ан т Удобрен ие I II III IV V VI VII ротации (28 лет)

1 Без удоб. Известь 2 8 4 - 4 - - 18

2 Навоз 50 50 50 50 50 50 50 350

Известь 2 8 4 - 4 - - 18

3 Навоз - - 100 100 100 100 100 500

Известь 2 8 4 - 4 - - 18

4 N 308 280 301 245 174 210 143 1661

Р2О5 176 172 156 152 122 104 108 990

КгО 290 520 388 316 229 261 260 2264

Навоз 50 50 50 50 50 50 50 350

Известь 2 8 4 - 4 - - 18

5 N 616 560 602 490 348 420 286 3322

Р2О5 352 344 312 304 244 208 216 1980

ЮО 580 1040 776 632 458 522 520 4528

Навоз 50 50 50 50 50 50 50 350

Известь 2 8 4 - 4 - - 18

6 N 924 840 903 735 522 630 429 4983

Р2О5 528 516 468 456 366 312 324 2970

КгО 870 1560 1164 948 687 783 780 6792

Навоз 50 50 50 50 50 50 50 350

Известь 2 8 4 •* 4 м> 18

7 N 308 280 301 245 174 210 143 1661

РгОз 176 172 156 152 122 104 108 990

КгО 290 520 388 316 229 261 260 2264

Известь 2 8 4 - 4 - - 18

8 N 616 560 602 490 348 420 286 3322

Р2О5 352 344 312 304 244 208 216 1980

КгО 580 1040 776 632 458 522 520 4528

Известь 2 8 4 - 4 - - 18

9 N 924 840 903 735 522 630 429 4983

Р2О5 528 516 468 456 366 312 324 2970

КгО 870 1560 1164 948 687 783 780 6792

Известь 2 8 4 - 4 - - 18

10 N 1232 1120 1204 980 696 840 572 6644

Р2О5 704 688 624 608 488 416 432 3960

КгО 1160 2080 1552 1264 916 1044 1040 9056

Известь 2 8 4 - 4 - - 18

Таблица 3.

Среднегодовые дозы удобрений за 28 лет опыта (навоз - т/га, ЫРК - кг/га).

№ вариант Навоз Минеральные удобрения В т.ч. с учетом ИРК навоза

N РгОз К20 N Р2О5 КгО

1 - - - - - - -

2 12,5 - - - 59,5 35,5 81

3 25,0 - - - 119 71 162

4 12,5 59,5 35,5 81 119 71 162

5 12,5 119 71 162 178 106 243

6 12,5 178 106 243 237 142 324

7 - 59,5 35,5 81 59,5 35,5 81

8 - 119 71 162 119 71 162

9 - 178 106 243 178 106 243

10 - 237 142 324 237 142 324

Фоновые удобрения: навоз (50 т/га - 1 доза) и эквивалентные ему по содержанию ИРК количества полного минерального удобрения вносились под пропашные культуры: навоз в дозах 20 и 40 т/га под картофель и 30 и 60 т/га под кормовую свеклу.

Накладываемые на фоне навоза минеральные удобрения (1 Ж , 2ЫРК, 3 МРК) вносились под каждую культуру. Одна доза ЫРК (1МРК) за ротацию севооборота эквивалентна содержанию 1МРК в 50 т навоза. В звене севооборота картофель - пшеница ЫРК эквивалентна ЭДРК в 20 т навоза; в звене свекла - ячмень - ЫРК эквивалентна ЫРК в 30 т навоза.

На опыте регулярно фоном вносилась известняковая мука: 2 т/га перед закладкой опыта, 8 т/га в начале 11-й ротации, 4 т/га - по окончании

Ш-й ротации и 4 т/га по окончании V- й ротации севооборота. Всего - 18 т/га за 28 лет проведения исследований.

Размещение вариантов в опыте систематическое, ступенчатое (два яруса). Количество повторений - четыре. Площадь делянок: посевной -162 м2 (6x27); учетной: для зерновых - 60 - 76 м2, для пропашных -21-35 м2.

В опыте в качестве органических удобрений использовали навоз крупного рогатого скота подстилочный полуперепревший, а из минеральных удобрений применяли: гранулированную аммиачную селитру, двойной-гранулированный суперфосфат и мелко-кристаллический хлористый калий.

Агротехника при выращивании сельскохозяйственных культур на всех вариантах опыта была одинаковой и не отличалась от общепринятой для зоны. Все работы по подготовке полей к севу, посев, уход за растениями и частично уборка выполнялись механизированно.

Отбор почвенных и растительных образцов и их подготовку к анализу проводили согласно Методических указаний ВИУА по проведению исследований в длительных опытах с удобрениями (часть I, II, III; 1975, 1983, 1985 гг.), Методики Госсортоиспытания, Методических указаний ЦИНАО для зональных агрохимических лабораторий (1976 г.).

Образцы почвы для анализов отбирали после VII ротации севооборота буром в четырех-кратной повторности из горизонта 0-20 см и в двух-кратной повторности из горизонта 20-40 см, при этом средний образец с делянки формировался из пяти точек. Отмывали корни вручную на сите с диаметром отверстий 1мм.

Образцы растений на анализ отбирали в двух повторениях.

Агрохимический анализ почвы проводили по окончанию опыта с удобрениями (после окончания седьмой ротации севооборота).

- рНка определяли при помощи потенциометра (рН метр);

- гидролитическая кислотность методом Каппена;

- сумма поглощенных оснований методом Каппена - Гильковица;

- емкость поглощения катионов или емкость катионного обмена (ЕКО) методом Бобко и Аскинази в модификации Алешина (1975);

- степень насыщенности почвы основаниями расчётным методом (Петербурский, 1968);

- Са2+ и М§2+ определяли комплексометрическим методом (титрование трилоном Б в присуствии индикатора флуорексона или хромогена черного);

- содержание общего азота определяли по Къельдалю;

- подвижный фосфор по Кирсанову;

- обменный калий по Масловой;

- необменный калий по Пчелкину;

- содержание гумуса определяли по методу Тюрина в модификации

Симакова (сжигание по Никитину);

- фракционно-групповой состав гумуса по методу Тюрина в

модификации Пономаревой и Плотниковой;

- нитраты в почве и растениях определяли по ГОСТу (ГОСТ 26951-86);

- подвижные формы тяжёлых металлов в почве определяли в 1 Н. НМЭз (соотношение почва: экстрагент -1: 10) на атомно-адсорбционном спектрофотометре.

В растительных образцах, после мокрого озоления по Гинзбургу, определяли азот - по Къельдалю, фосфор - колориметрически с молибденом, калий - на пламенно�