Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

АГРОЭКОЛОГИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ ЧЕРНОЗЕМА ТИПИЧНО­ГО ПРИ МНОГОЛЕТНЕМ ИСПОЛЬЗОВАНИИ УДОБРЕНИЙ В ЗВЕНЕ ЗЕРНОПАРОПРОПАШНОГО СЕВООБОРОТА

ВАК РФ 06.01.04, Агрохимия

Автореферат диссертации по теме "АГРОЭКОЛОГИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ ЧЕРНОЗЕМА ТИПИЧНО­ГО ПРИ МНОГОЛЕТНЕМ ИСПОЛЬЗОВАНИИ УДОБРЕНИЙ В ЗВЕНЕ ЗЕРНОПАРОПРОПАШНОГО СЕВООБОРОТА"

4- г т-г

На правах рукописи

Павлов Руслан Анатольевич

АГРОЭКОЛОГИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ ЧЕРНОЗЕМА ТИПИЧНОГО ПРИ МНОГОЛЕТНЕМ ИСПОЛЬЗОВАНИИ УДОБРЕНИИ В ЗВЕНЕ ЗЕРНОПАРОПРОПАШНОГО СЕВООБОРОТА

06.01.04. - агрохимия

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Воронеж-2004

Работа выполнена па кафедре агрохимии Воронежского государственного аграрного университета имени К.Д. Глинки

Научный руководитель:

доктор сельскохозяйственных наук, профессор Мязнн Н.Г. Официальные оппоненты:

доктор сельскохозяйственных наук, профессор Воронин В.М. кандидат сельскохозяйственных наук, директор центра агрохимслуж-бы "Таловский" Жабин A.M.

Ведущая организация - Государственный центр агрохимической службы «Воронежский»

Защита состоится 8 апреля 2004 г. в 12 — часов ауд. 268 на заседании диссертационного совета Д 220.010.06 Воронежского государственного аграрного университета имени К.Д. Глинки по адресу: 3940S7, Воронеж, ул. Мичурина, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВГАУ им. К.Д. Глинки.

Автореферат разослан « 5 » марта 2004 г. Ученый секретарь диссертационного совета,

кандидат сельскохозяйственных наук, доцент О.М. Колы; ^

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. На современном этапе химизации земледелия первостепенное значение в повышении эффективности органических удобрений и промышленных туков отводится зональным системам удобрения, обеспечивающим в конкретных агроэколо-гических условиях реализацию потенциальной продуктивности интенсивных сортов и гибридов полевых культур, снижение энергоемкости продукции при одновременном воспроизводстве плодородия почвы и сохранения чистоты окружающей среды.

Результаты многочисленных исследований отечественных и зарубежных авторов свидетельствует о том, что в связи с интенсивным применением азотных удобрений, особенно лри нарушении соотношения элементов питания в почве, наблюдается множество случаев избыточного накопления нитратов в растениях, В этой связи изучение размеров и закономерностей накопления нитратов в продукции при интенсивном применении удобрений, регулирование этих процессов с целью повышения качества продукции - одна из важнейших задач современного земледелия.

Кроме нитратного азота, загрязнение почвы и растений может происходить различными токсичными элементами - тяжелыми металлами, т.е. металлами с атомной массой более 40, Одним из источников поступления тяжелых металлов в почву могут являться удобрения.

При решении этих проблем достоверную информацию получают в результате многолетних стационарных полевых опытов с длительным применением удобрений в типичных севооборотах, проведение которых основано на комплексном подходе к изучению закономерностей взаимодействия удобрений с почвой и растениями й зональном аспекте.

Цель исследований: установить наиболее рациональную насыщенность звена зернопаропропашного севооборота удобрениями, обеспечивающую высокую продуктивность, сохранение и воспроизводство почвенного плодородия и нормальную экологическую обстановку окружающей среды.

- определить влияние различных условий минерального питания на изменение содержания в почве гумуса, подвижного фосфора, об-

Задачн:

ЦНБйЮСА научно* лк-иеет-

менного калия, величины рН, гидролитической кислотности, суммы поглощенных оснований;

- определить размеры и закономерности накопления нитратов в озимой пшенице и сахарной свекле в зависимости от условий минерального питания;

- установить зависимость продуктивности звена севооборота от уровня удобренности и агрохимических показателей;

- проследить за сезонной динамикой азота, фосфора, калия в пару, под озимой пшеницей, сахарной свеклой;

- определить зависимость основных качественных показателей озимой пшеницы и сахарной свеклы от условий минерального питания;

- рассчитать вынос и баланс элементов питания в звене севооборота;

- установить влияние длительного применения удобрений на накопление в почве и растениях тяжелых металлов;

- оценить экономическую эффективность применения удобрений в звене севооборота.

Научная новизна состоит в том, что для условий ЦЧР будет дана комплексная оценка длительного (34 года), систематического применения агрохимических средств в звене севооборота, установлена оптимальная насыщенность удобрениями, обеспечивающая максимальную продуктивность, а также сохранение и воспроизводство почвенного плодородия. При этом показано влияние удобрений на накопление нитратов и тяжелых металлов в почве и растении.

Защшцаемые положения.

1. Комплексное применение органических и минеральных удобрений в звене севооборота на черноземе типичном позволяет снизить темпы минерализации гумуса, стабилизировать его содержание.

2. Систематическое применение удобрений в звене севооборота способствует увеличению содержания в почве подвижного фосфора и обменного калия.

3. Интенсивное использование чернозема типичного приводит к подкислению почвы, причем изменения показателей почвенной кислотности в худшую сторону происходят как с применением удобрений, так и на контрольном варианте.

4. Применение азотных удобрений увеличивает содержание нитратов в продукции растениеводства, однако токсичное их накопление (выше предельно допустимого уровня) не происходит,

5. Длительное систематическое применение удобрений в звене

севооборота не приводит к заметному изменению микроэлементного состава почвы и растений.

6. Внесение оптимальных доз удобрений в севообороте способствует поддержанию активного баланса питательных веществ в системе почва-растение, достижению высокой продуктивности сельскохозяйственных культур с хорошим качеством.

Практическая значимость. Изложенные в работе материалы будут способствовать дальнейшему совершенствованию системы удобрения культур при их возделывании по интенсивной технологии, правильному определению направлений теоретических и прикладных исследований по оценке эффективности длительного применения удобрений в севооборотах. Результаты исследований могут быть использованы при изучении курса "Агрохимия" студентам агрономических специальностей.

Апробация работы и публикации. Материалы диссертации докладывались на научных и учебно-методических конференциях профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов ВГАУ в 2001-2003 гг., Межрегиональной научно-практической конференции молодых ученых и специалистов в 2003 году. По материалам диссертации опубликовано 3 работы, в том числе одна в центральной печати.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, семи разделов, выводов, рекомендаций производству.

Она изложена на 211 страницах машинописного текста. Включает 24 таблицы, 52 приложения. Список литературы состоит из 188 наименований, в том числе 17 на иностранных языках.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

В данной главе проведен анализ отечественных и зарубежных исследовании по влиянию систематического применения удобрений на урожайность и качество зерна озимой пшеницы и сахарной свеклы, а также о влиянии применения агрохимических средств на накоплении тяжелых металлов в почве и растении.

Анализ литературы показал, что публикации по затрагиваемой теме, как правило, носят узко направленный характер. Совершенно недостаточно изучены вопросы, связанные с влиянием длительного применения удобрений в севооборотах на изменение микроэлементного состава почвы и растений.

2. УСЛОВИЯ И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

Стационарный опыт, где проводились исследования* расположен в лесостепной зоне, северо-западной микрозоне Воронежской области, которая расположена в юго-восточной части Центральночерноземной зоны. Климат области умеренно континентальный с довольно жарким летом и холодной зимой.

Погодные условия в годы проведения исследований складывались по-разному. Количество осадков по годам исследований изменялось от 522,5 до 972,2 мм, за вегетационный период (апрель-сентябрь) от 330,0 до 634,9 мм, в то время как по средне м но гол ешим данным оно составляет 550,0 н 350,0 мм соответственно. По условиям влагообес-печенности и температурному режиму вегетационные периоды 2001 и 2002 года характеризовались как слабозасушливые (ГТК=1,15-1,09). Вегетационный период 2003 года характеризовался как переувлажненный (ГТК=2,3 8).

Исследования проводились в многолетнем полевом стационарном опыте с удобрениями кафедры агрохимии Воронежского государственного аграрного университета имени К.Д. Глинки. Опыт был заложен в 1969 году в учебном хозяйстве «Березовское» Рамонского района в шестипольном севообороте со следующим чередованием культур: черный пар, озимая пшеница, сахарная свекла, яровая пшеница, кукуруза на силос, ячмень.

Почва опытного участка - чернозем типичный, сред немощный, глинистого механического состава. Перед закладкой опыта (1969 год) содержание гумуса составляло 6,7 %, рН^! - 6,0, Нг - 4,0 мг-экв. на 100 г почвы, сумма поглощенных оснований - 40,1 мг-экв. на 100 г почвы, обеспеченность подвижным фосфором средняя (Ш класс) и обменным калием - высокая (V класс).

Повторвость опыта - четырехкратная. Расположение вариантов рендомизнрованное. Посевная площадь делянки - 230 м2, учетная площадь для зерновых - 200 м\ для пропашных - 50 м2.

В опыте применяли аммиачную селшру, суперфосфат двойной, калий хлористый и подстилочный полуперепревший навоз КРС. Удобрения вносили вручную осенью под вспашку.

Исследования по теме проводили в звене севооборота: пар -озимая пшеница - сахарная свекла с озимой пшеницей сорта Волгоградская 84, сахарной свеклой - Рамонская 047. Агротехника возделывания общепринятая для Воронежской области.

Схема стационарного опыта включает 17 вариантов. Для наших исследований были взяты следующие варианты опыта. 1. Контроль (без удобрений), 3. N. 4. Р, 5. б. РК , 7. ЫК, 8. 9. 2 П. Навоз 30 т/га, 13. Навоз 30 т/га + №К.

Под озимую пшеницу в опыте вносят минеральные удобрений в дозе 60 кг, для сахарной свеклы 90 кг действующего вещества на гектар.

Отбор почвенных проб производился на указанных вариантах в следующие сроки:

Паровое поле -1. Начало парования; 2. Конец парования.

Озимая пшеница -1. Кущение; 2. Полная спелость (перед уборкой).

Сахарная свекла - 1. Всходы; 2. Уборка.

Почвенные образцы отбирали послойно через каждые 20 см до глубины ]м. В них определяли влажность, содержание нитратного и аммонийного азота до метра, а так же содержание подвижного фосфора и обменного калия в слоях 0-20 и 20-40 см. В образцах взятых перед уборкой, кроме этих показателей производилось определение обменной и гидролитической кислотности, суммы поглощенных оснований и содержания гумуса в слоях 0-20 и 20- 40 см. Валовое содержание тяжелых металлов определялось одни раз в конце вегетации в слое 0-20 см.

Растительные пробы отбирали в те же сроки, что и почвенные.

В растениях озимой пшеницы определялось содержание сухого вещества, общего азота, нитратного азота, фосфора, калия. Перед уборкой в зерне - белок, клейковину и содержание тяжелых металлов в зерне н соломе,

В ботве и корнеплодах сахарной свеклы определялось содержание сухого вещества, общий азот, нитратный азот, фосфор, калий. Перед уборкой в корнеплодах определялось содержание сахара и тяжелых металлов в ботве и корнеплодах.

Уборку урожая озимой пшеницы проводили поделяночно ком-банном «Нива», сахарную свеклу убирали вручную с поделяночным взвешиванием ботвы и корнеплодов. Урожайные данные обрабатывали методом дисперсионного анализа с помощью персонального компьютера.

Химические анализы почвы и растений проводились в лаборатории на кафедре агрохимии ВГАУ и центре агрохнмелужбы «Воронежский» по следующим методикам: влажность почвы по ГОСТ 28268-89; содержание нитратного азота - ионометрическим методом по ГОСТ 26951-86; содержание обменного аммония «о методу ЦИ-

НАО (ГОСТ 26489-85); определение подвижных форм фосфора и калия по методу Чирикова в модификации ЦИНАО {ГОСТ 26204-91); определение рН солевой вытяжки по методу ЦИНАО {ГОСТ 2648385); определение гидролитической кислотности по методу Каппена в модификации ЦИНАО (ГОСТ 26212-91); определение суммы поглощенных оснований по методу Каппена-Гильковица (ГОСТ 27821-88); гумуса по методу Тюрина в модификации ЦИНАО (ГОСТ 26213-91); тяжелые металлы - атомно-адсорбциокным методом.

Анализы растений: определение общего азота, фосфора и калия методом мокрого озоления по Пиневич; определение нитратов в растениях по методу ЦИНАО 26488- 85; определение белка по ГОСТ 10846-91; определение количества клейковины в пшенице ГОСТ 13586,1-68; определение сахара - поляриметрически; тяжелые металлы - атомно-адсорбционным методом; определение урожайности весовым методом.

3. ВЛИЯНИЕ СИСТЕМАТИЧЕСКОГО ПРИМЕНЕНИЯ УДОБРЕНИЙ ПА ИЗМЕНЕНИЯ ПИЩЕВОГО РЕЖИМА И НЕКОТОРЫХ АГРОХИМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ЧЕРНОЗЕМА ТИПИЧНОГО

3.1 Изменение содержания гумуса и некоторых физико-химических показателей чернозема типичного под влиянием систематического применения органических и минеральных удобрений. Как видно из представленных данных (рисунок 1), содержание гумуса с момента закладки опыта (1969 г) снизилось как на контрольных вариантах, так и на вариантах с внесением минеральных и органических удобрений.

Если перед закладкой опыта содержание гумуса было 6,7 %, то через 34 года оно изменялась в пределах 6,03-6,59%. Наиболее интенсивно минерализация органического вещества протекала на контрольных вариантах. Размеры снижения содержания гумуса по полям были близки и изменялись в пределах 0,61-0,67%. Внесение минеральных удобрений способствовало снижению размеров потерь гумуса. На вариантах 3-9 содержание гумуса уменьшилось по сравнению с исходным на 0,10-0,24%. Наименьшие потери гумуса отмечались на вариантах с внесением органических ц органоминералышх удобрений (варианты 11, 13), здесь содержание гумуса по сравнению с исходным снизилось на 0.11-0,40%. Следует отметить, что по всем вариантам опыта содержание гумуса в слое почвы 0-20 см было выше, чем в слое 20-40 см.

б

б.а ¡Э-4 Содержат* . -г^та.?». $ 5,5 1 И И ш 1 [1 1

» ) < ьршг » » плвсът, а * 1 ?

в

Вариант опчга

а - чистый пар; б - озимая пшеница; в - сахарная свекла

Рисунок 1 - Влияние систематического применения органических п минеральных удобрений на содержание гумуса в почве в слое 0-20 см, (среднее за 2001-2003 гг.)

Систематическое использование органических и минеральных удобрений оказывает влияние на физико-химические показатели почвы. Результаты проведенных исследований показали, что на типичном черноземе на всех вариантах опыта произошло подкисление почвенного раствора. На варианте без внесения удобрений величина рНкс! в слое 0-20 см по сравнению с исходным (1969 г.) снизилась с 6,0 до 5,6, гидролитическая кислотность возросла с 4,0 до 4,885,55 мг-экв на 100 г почвы. Произошло снижение суммы поглощенных оснований с 40,1 до 36,2- 39,3 мг-экв на 100 г почвы и степени насыщенности почв основаниями с 90,4 до 86,7- 89,0%, Наибольшие

изменения рНкс! прослеживаются на варианте 9 (2 NPK). На вариантах с внесением навоза, как отдельно, так и в сочетании с минеральными удобрениями наблюдается тенденция к снижению подкислення почвы.

3.2 Днпамика запасов минерального азота в почве. Как показали результаты наших исследований, применение органических и минеральных удобрений увеличивало запасы минерального азота в почве.

На контроле в начале парования в метровом слое почвы (рисунок 2) запасы минерального азота составили 108,7 кг на гектар. При внесении удобрений (в зависимости от дозы) количество минерального азота возрастаю и обеспечило накопление минерального азота от 135,1 до 225,9 кг на гектар в слое 0-100 см. К концу парования запасы минерального азота увеличиваются на контрольном варианте до 157,9 кг, на удобренных вариантах до 169,6- 297,6 кг на гектар. Максимальные запасы наблюдаются на вариантах, где вносится двойная доза минеральных удобрений (вариант 9) и вариант 13 (навоз 30 т/га + NPK).

Под озимой пшеницей запасы минерального азота на контрольном варианте в фазу кущения в метровом слое почвы составили 58,2 кг. На удобренных вариантах запасы минерального азота были выше по отношению к контролю (66,9- 141,9 кг/га). Максимальное количество минерального азота на всех вариантах опыта отмечалось рано весной - в фазу кущения. К уборке запасы минерального азота на контрольном варианте снизились до 28,5 кг в метровом слое, на удобренных вариантах эти показатели изменялись до 35,1- 60,5 кг на гектар.

Весной под сахарной свеклой максимальные запасы минерального азота наблюдались на варианте 9 (N180P180K180) и варианте 13 (последействие навоза 30 т/га + N90P90K90) и составляли 222,2 и 209,1 кг на гектар в слое 0-100 см соответственно. Высокий его запас отмечен на варианте 8 (N90P90K90)- 172,5 кг/га. На остальных удобренных вариантах запасы минерального азота несколько меньше и изменялись в пределах 11S,5- 154,1 кг/га. К уборке сахарной свеклы запасы минерального азота в почве на контроле снижаются до 88,6 кг, на удобренных вариантах до 106,6-189,3 кг/га, что связано с потреблением его формирующимся урожаем.

1 \ 4 ^ Л 7 Ь 9 111Л

Варианты опьгтз

б

1 ¿456719 1114

Варианты опыт!

в

а - чистый пар; б - озимая пшеннца; в - сахарная свекла [ Рисунок 2 - Динамика запасов К-ЫН4+Ы-Ы03 в слое почвы 0-100 см,

(среднее за 2001 - 2003 гг.)

Динамика содержания в почве подвижного фосфора и обменного калия. Результаты исследований показали, что внесение удобрений способствовало повышению содержания подвижного фосфора в почве на всех удобренных вариантах опыта (таблица 1). На контрольных вариантах содержание подвижного фосфора в звене севооборота составляло 60-65 мг/кг почвы, при внесении удобрений 68108 мг/кг в слое 0-40 см. К концу парования количество подвижного фосфора увеличивалось на всех вариантах опыта, что связано с минерализацией гумуса и переходом недоступных соединений фосфора в доступные. Под озимой пшеницей на контроле и на вариантах, где не

вносились фосфорные удобрения (N60 и N60^0), содержание подвижного фосфора снижалось к уборке. На остальных удобренных вариантах содержание Р2О; к уборке увеличивалось на 3-14 мг/кг почвы. Уменьшение содержания подвижного фосфора наблюдается на всех вариантах опыта к периоду уборки сахарной свеклы. Так если на контроле содержание Р20з снижалось на 9 мг/кг, то на удобренных вариантах на 3-11 мг/кг почвы. Это связано с более высоким выносом Р2О5 сахарной свеклой по сравнению с озимой пшеницей.

Таблица 1 - Влияние различных доз и сочетаний удобрений на содержание подвижного фосфора и обменного калия в почве, мг/кг (среднее за 2001-2003 гг.)

Содержание варианта Глубина, СМ Чистый пар Озимая пшеница Сахарная свекла

к2о Р1О5 к2о Р2О5 КгО

начало парования конец парования я а 5 1 2 1 8. ж я с конец пасования кущение ей и §■ ю ^ и к я м & уборка всходы 1 всходы уборка

1.Контроль 0-40 62 67 68 77 60 55 79 70 65 56 78 73

З.И 0-40 68 72 79 83 83 79 84 78 76 70 84 78

4. Р 0-40 77 84 72 76 76 72 84 74 85 82 85 78

5.ЫР 0-40 74 83 79 84 79 84 82 74 83 73 86 73

б.РК 0-40 74 83 84 89 84 90 90 81 89 83 81 79

7.ИК 0-40 77 82 77 82 82 77 85 78 84 73 85 79

8.1МРК 0-40 75 88 82 99 82 89 88 77 98 88 83 75

9.21МРК . 0-40 88 95 91 104 91 94 88 78 104 100 102 89

11. Навоз 30 т/га 0-40 75 79 70 82 80 83 79 73 89 80 80 72

13. Навоз ЗОт/га + МРК 040 79 97 82 93 90 93 92 83 108 98 103 98

По завершению пятой ротации севооборота (таблица 1) на контрольных вариантах опыта содержание КгО составило 68-79 мг/кг почвы по Чирикову в слое 0-40 см, что соответствует 3 классу (среднее содержание). Внесение удобрений способствовало повышению содержания обменного калия в черноземе типичном до 70-103 мг/кг.

В чистом пару содержание обменного калия на вариантах, где вносилась одинарная и двойная доза калийных удобрений увеличилось в начале парования на 9-23 мг/кг. Внесение органических удобрений 30 т/га (вариант 11) увеличивало содержание обменного калия

незначительно. К концу парования содержание обменного калия увеличивалось по сравнению с контролем на всех вариантах опыта, что, видимо, связано с переходом необменных форм калия в обменные. На удобренных вариантах под озимой пшеницей содержание обменного калия в фазу кущения было на 3-13 мг/кг выше, чем на контроле и составило 82-92 мг/кг, при содержании на контроле 79 мг/кг. Максимальное увеличение содержания обменного калия в черноземе типичном отмечено на варианте 13 при внесении навоза 30 т/га + ^ОРбОКбО. К уборке это содержание снижается как на контроле, так и на удобренных вариантах на 7,8- 12,5%..

Увеличение содержания обменного калия на удобренных вариантах. происходит под сахарной свеклой в фазу всходов, к уборке это содержание уменьшается. Содержание подвижного калия по всходам составляет 78 мг/кг на контроле, на удобренных вариантах 80103 мг/кг. К уборке на контроле содержание его снизилось на 6,5%, на удобренных вариантах на 7,1-12,8%.

4. ВЛИЯНИЕ СИСТЕМАТИЧЕСКОГО ПРИМЕНЕНИЯ УДОБРЕНИЙ НА БАЛАНС ЭЛЕМЕНТОВ ПИТАНИЯ В ЗВЕНЕ СЕВООБОРОТА И ВЫНОС ИХ С УРОЖАЕМ

Как показали проведенные расчеты, хозяйственный вынос по азоту, фосфору и калию возрастал с увеличением уровня удобренно-стн почв.

В среднем в звене севооборота вынос элементов питания на контрольном варианте (таблица 2) составил: азота- 60,7, фосфора-18,9, калия- 56,1 кг/га. Одинарные N50, Р50 и парные комбинации >150Р50, Р50К50, №0К.50 (варианты 3-7) увеличивали вынос азота до 71,5-95,7, фосфора- 23,2-27,1 и калия- 63,7-82,8 кг/га. Максимальный вынос элементов питания наблюдался при внесении ЖООРЮОКЮО (вариант 9) и навоза 30 т/га + Ы50Р50К50 (вариант 13) и составил 130,9- 132,8 азота, 36,2- 34,5 фосфора и 112,5- 109,5 кг/га калия. Внесение навоза (вариант 11) и Ы50Р50К50 (вариант 8) обеспечили вынос 101,7- 132,8; 29,4- 34,5; 85,1- 109,5 кг/га соответственно. Баланс азота на всех вариантах опыта был отрицательным и изменялся от - 30,9 до ~ 81,8 кг/га, при этом интенсивность баланса составила 40,3- 76,4%. Внесение фосфорных удобрений обеспечивало положительный баланс фосфора, интенсивность баланса на этих вариантах опыта составила 149,4- 276,2%. Внесение навоза 30 т/га + №0Р50К50 обеспечивало положительный баланс калия (+ 0,5 кг/га). На всех остальных

удобренных вариантах он был отрицательным и изменялся в пределах от 12,5 до 81,3 кг/га, при интенсивности 47,9-100,4%.

Таблица 2 - Влияние условий минерального питания на вынос (основной продукции с учетом побочной) и баланс элементов питания в звене севооборота (среднее за 2001-2003 гг.)

Внесено за звено севооборота в среднем кг/га в год Вынос основноЛ с учетом побочной продукции, кг/га Баланс, кг/га ± Интенсивность баланса %

N Р К N Р К N ; Р К

1, Контроль 60,7 18,9 56,1 -60,7 -18,9 -56,1 - - -

3. N50 93.6 23,2 73,6 -43,6 -23,2 -73,6 53,3 - -

4. Р50 71,6 233 63,7 -71,6 26,7 -63,7 - 214,9 -

5. ^0Р50 92.0 27.1 81,3 -42,0 22,9 -81,3 54,4 184,7 -

6. Р50К50 84,8 23,4 74,7 -84,9 26,6 -24,7 - 213,7 67,0

7. N50X50 95,7 24.6 82,8 -45,7 -24,6 -32,8 52,2 - 60,4

8. И50Р50К50 124,1 33,5 104,5 -74,1 16,5 -54.5 403 149,4 47,9

9. К100Р100К100 130,9 36,2 112,5 -30,9 63,8 -12,5 76,4 276,2 88.9

П. Навоз 30 т/га 101,7 29,4 85,1 -51,7 -4,4 -25,1 49,2 85,0 70.5

13. Навоз 30 т/га + К50Р50К50 132,8 34,5 109,5 -32,8 40,5 0,5 75,3 217,6 100,4

5. ЭКОЛОГО-АГРОХИМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ МИКРОЭЛЕМЕНТНОГО СОСТАВА ПОЧВЫ И РАСТЕНИЙ ПРИ ДЛИТЕЛЬНОМ ПРИМЕНЕНИИ УДОБРЕНИЙ В ЗВЕНЕ СЕВООБОРОТА

5.1 Влияние длительного применения удобрений на изменение валового содержания микроэлементов в почве. Б результате хозяйственной деятельности человека происходит загрязнение окружающей среды различными токсикантами. Одним из самых опасных являются тяжелые металлы (ТМ), способные передвигаться по трофическим цепям п накапливаться в организме человека и животных, вызывая тяжелые заболевания. В своей работе мы определяли содержание валовых форм цинка, свинца, кадмия, меди, никеля и марганца. Длительное применение органических, минеральных удобрений и их сочетаний (таблица 3) существенно не изменило валовое содержание изучаемых тяжелых металлов по сравнению с контролем в черноземе типичном.

На контрольных и удобренных вариантах превышения тяжелых металлов ориентировочно допустимой концентрации не отмечалось.

Таблица 3 - Валовое содержание микроэлементов в почве на черноземе типичном, мг/кг (среднее за 2001- 2003 гг.), слой 0-20 см

Варианты опыта Элементы

гп РЬ са \ с» № \ Мп

Чистый пар

I. Контроль 45,7 | 12,2 1,6 13,5 40,2 519,3

8. ЫРК 43,5 11,9 1,5 12,3 35,6 443,3

9.2 ЫРК 44,6 12,2 1,6 12,9 36,7 456,7

11. Навоз, 30 т/га 44,4 11,8 1,6 12,4 35,5 450,7

13,Навоз 30 т/га + ЫРК 44,1 11,9 1,6 12,7 36,1 480,0

Озимая пшеница

1. Контроль 48,0 13,0 1,7 14,0 42,8 499,7

8. ЫРК 41,4 11,1 1,4 12,1 33,8 422,0

9.2 ЫРК 42,5 11,6 1,5 13,0 37,8 441,0

11. Навоз, 30 т/га 42,1 11,1 1,4 12,5 33,3 425,3

13. Навоз 30 т/га + ЫРК 42,5 11,2 1,5 12,7 33,8 434,0

Сахарная свекла

1. Контроль 43,7 11,8 1,5 13,0 37,1 461,7

8. ЫРК 44,7 11,1 1,4 11,8 30,3 423,3

9.2 ЫРК 41,1 11,8 1,5 12,5 32,0 440,0

11. Навоз, 30 т/га 39,3 11,2 1,4 12,0 30,7 426,7

13. Навоз 30 т/га + ЫРК 39,6 11,6 1,4 12,1 31,1 433,3

одк 220,0 130,0 2,0 132,0 80,0 1500

5.2 Влняиие длительного применения удобрений на изменение содержания микроэлементов в растениях озимой пшеницы и сахарной свеклы. Химический состав растений отражает элементный состав почвенной среды. Однако на эту закономерность оказывают влияние многие факторы. Поэтому содержание тяжелых металлов в растениях очень изменчиво и на незагрязненных почвах колеблется в широких интервалах. Почвенная среда - основной источник элементов питания для растений.

Длительное применение органических, минеральных удобрений и их сочетаний (таблица 4) не приводит к токсическому накоплению цинка, свинца, кадмия, меди, никеля, марганца в основной и побочной продукции озимой пшеницы и сахарной свеклы.

Таблица 4 - Содержание микроэлементов в растениях на черноземе типичном, мг/кг (среднее за 2001-2003 гг.)

Варианты опыта Элементы

2л | РЬ са си № Мп

Озимая пшеница

I, Контроль 33,9/49,3 1,8/1,7 0,3/0,5 3,7/3,1 1,2/1,4 38,4/43,1

8. Ы60Р60К60 33,0/46,4 1,3/1,6 0,2/0,4 2,8/2,5 1,2/1,3 31,1/37,6

9.М120Р120К120 32,3/46,5 1,2/1,4 0,2/0,3 2,8/2,5 1,1/1,3 33,6/36,2

И, 1-й год последействие навоза 30 т/га 17,9/50,9 1,1/1,4 0,2/0,7 3,4/3,0 1,0/1,6 36,9/43,8

13.1-Й год последействие навоза 30 т/га ЩОРбОКбО 27,2/45,4 1,1/1,7 0,2/0,4 2,5/2,0 1,0/1,4 34,9/40,0

Сахарная свекла

1. Контроль 265,8/49,0 8,8/2,3 1,4/0,5 5,7/2,7 6,8/3,3 122,4/53,0

8. №0Р60К60 177,3/26,3 5,5/3,1 1,1/0,7 5,6/4,2 5,8/6,0 96,1/45,5

9.Ш20Р120К120 108,6/43,5 6,93,9/ 1,2/0,7 5,9/3,0 7,2/6,0 89,2/45,5

11.2-Й год последействие навоза 30 т/га 108,6/28,1 5,8/2,3 1,2/0,4 4,7/2,8 4,7/4,9 85,0/64,3

13.2-й год последействие навоза 30 т/га ^ОРбОКбО 119,6/35,5 7,7/4,6 1,4/0,8 5,5/3,3 4,3/4,4 103,0/56,8

Примечание: 1. Числитель - основная продукция, знаменатель - побочная.

2. Уровни токсичного накопления тяжелых мета-лов в растениях по данным ряда авторов (мг/кг): Тп (150-400), РЬ (10-300), С<1 (5-30), Си (20-100), N1 (10-100), Мп (300-500).

6. ПРОДУКТИВНОСТЬ ЗВЕНА СЕВООБОРОТА ПРИ СИСТЕМАТИЧЕСКОМ ПРИМЕНЕНИИ УДОБРЕНИЙ

6.1 Влияние удобрений на урожай н качество озимой пшеницы н сахарной свеклы. Главная задача интенсивного земледелия -получить с каждого гектара пашни максимально возможное количество высококачественной продукции при одновременном повышении плодородия почв.

Данные по влиянию различных систем удобрений на продуктивность звена зернопаропропашного севооборота представлены в таблице 5.

Таблица 5 - Влияние длительного применения удобрений на продуктивность звена зерпопаропропашиого севооборота на черноземе типичном (среднее за 2001-2003 гг.)

Варианты опыта Насыщенность 1 га звена севооборота, КГ д.в„т навоза Продуктивность звена севооборота, т/га з.е. Прибавка к контролю Белок, % Клейковина, % Сахаристость, %

т/га 1 %

1.Контроль - 3,33 - - 12,5 21,4 17,1

3.N 50 4,24 8,6 25,6 13,0 26,2 15,6

4. Р 50 3,93 5,5 16,3 12,3 23,0 16,3

5.NP 100 4,66 12,8 37,9 12,6 25,3 15,9

6. РК 100 4,10 7,2 21,2 U.9 22,1 16,4

7. NK 100 4,71 13,3 39,2 12,6 24,8 16,4

8.NPK 150 5,91 25,3 74,8 13,1 25,7 16,2

9.2NPK 300 6,30 29,2 86,4 13,3 28,2 16,0

11. Навоз 10 4,96 15,8 46,8 13.0 24,6 17,0

13. Навоз + NPK 150+10 6,14 27,6 81,8 12,9 27,3 i 6,7

Как видно из представленных данных, естественным плодородием чернозема типичного обеспечивалась низкая среднегодовая продуктивность (3,38 т/га зерновых единиц).

Применение удобрений способствовало росту продуктивности культур звена севооборота. Ведущую роль при этом играли азотные удобрения. Так внесение азотных удобрений п парных комбинаций азотно-фосфорных и азотно-калийных удобрений (варианты 3, 5, 7) обеспечивало средний уровень продуктивности (4,24- 4,71 т/га з.е.).

Максимальная продуктивность звена севооборота (повышенный и высокий уровень) достигается при внесении полного минерального удобрения (ЫРК и 2 ЫРК.) и совместного внесения навоза и КРК (вариант 13).

Как показали результаты наших исследований, на контрольном варианте содержание белка и клейковины составило соответственно 12,5 и 21,4%. Применение фосфорных и фосфорно-калийных удобрений приводило к некоторому снижению содержания белка в зерне озимой пшеннцы, оно оставалось на уровне 12,3-11,9%. Содержание клейковины при внесенин удобрений изменялось в пределах 23,028,2% при содержании на контроле 21,4%,

Основную роль в формировании качества зерна озимой пшеницы на черноземе играют азотные удобрения. Самое высокое качество

зерна отмечалось при внесении пол [того минерального удобрения (варианты 8 и 9), содержание белка составляло 13,1-13,3%, а клейковины - 25,7- 28,2%.

Внесение удобрений снижает сахаристость корнеплодов сахарной свеклы. Так, если на контрольном варианте сахаристость корнеплодов в среднем за 3 года была 17,1%, то ир» внесении удобрений этот показатель изменялся в пределах 15,6- 17,0%. Внесение навоза (вариант 11) повышало содержание сахара в корнеплодах сахарной свеклы до уровня контрольного варианта-17,0%.

6.2 Особенности накопления нитратов в растения* озимой ишеннцы н сахарной свеклы. В таблице 6 представлены данные, характеризующие влияние удобрений на содержание нитратов в растениях озимой пшепицы н сахарной свеклы.

Таблица 6 - Содержание нн гратов в растениях озимой пшеницы и сахарной свеклы на черноземе типичном, мг/кг (среднее за 2001 -2003 гг.)

Содержание вариантов Озимая пшеница Сахарная свекла

Кущение Уборка Всходы Убо жа

солома _КО£НН ботва корни ботва

1 .Контроль 191 56 136 1341 780 53 150

З.К 700 57 194 2385 1429 101 274

4. Р 194 58 173 1709 762 63 148

5.№ 304 56 190 2441 1371 64 260

6. РК 166 54 149 1846 846 59 169

329 54 183 2387 \089 81 209

8^РК 356 59 201 2167 1179 87 240

9. 2 Ь'РК 497 55 ! 187 2480 1496 110 281

11, Навоз 30 т/га 302 50 170 1763 1018 59 196

13. Навоз 30 т/га + 346 53 180 2304 1121 117 216

На всех вариантах с внесением удобрений содержание нитратов в зеленой массе озимой пшеницы было выше, чем на контроле. На контрольном варианте в фазу кущения содержание нитратов составило 191 мг/кг, на удобренных вариантах оно изменялось от 194 до 700 мг/кг. Накопление нитратов выше ПДК (500 мг/кг) в зеленой массе озимой пшеницы в среднем за 3 года исследований наблюдалось при внесении N60 (вариант 3) н составило 700 мг/кг, добавление к азоту фосфора (Р60) или калия (К60) варианты 5 и 7, а также внесение одинарной полной дозы ЫбОРбОКбО (вариант 8) существенно снижало содержание нитратов (304-356 мг/кг), при внесении N120Р120К120 (вариант 9) этот показатель находилось на уровне ПДК (497 мг/кг) Таким образом, одностороннее применение

азотных: удобрений в дозе N60 способствуег накоплению нитратов в зеленой массе озимой пшеницы выше ПДК, поэтому это необходимо учитывать при использовании зеленой массы на корм животным.

Содержание нитратов в зерне озимой пшеннцы не зависело от внесения удобрений и изменялось в пределах от 50 до 59 мг/кг, в соломе эта зависимость прослеживалась незначительно. Так, если на контрольном варианте содержание нитратов составило 136 мг/кг, то на удобренных вариантах оно изменялось от 170 до 201 мг/кг. Максимальное содержание нитратов было на варианте 8, где вносилось ШОРбОКбО, минимальное на варианте 11, навоз 30 т/га.

Внесение удобрений способствовало повышению содержания нитратов как в ботве, так и в корнеплодах сахарной свеклы, причем, особенно резко эти различия выражены в начале вегетации. В фазе всходов содержание ннтратов в ботве изменялось в пределах 7621496 мг/кг, в корнях 1341-2480 мг/кг. На контрольном варианте содержание нитратов составило 53 мг/кг, на удобренных вариантах эта величина изменялась от 59 до 117 мг/кг.

Что касается соотношения нитратов в ботве и корнях, то здесь проявляется достаточно четкая закономерность повышенного содержания нитратов в корнях по отношению к ботве в начале вегетации и, наоборот, пониженного перед уборкой. Внесение высоких доз удобрений 2 ЫРК (вариант 9) не приводило к накоплению нитратов выше предельной допустимой концентрации (ПДК) в соломе озимой пшеницы и ботве сахарной свеклы перед уборкой. Содержание нитратов на этих вариантах опыта в среднем за 3 года исследований составило 187 мг/кг в соломе (при ПДК равной 1000 мг/кг) и 281 мг/кг в ботве (при ПДК равной 500 мг/кг).

7. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ УДОБРЕНИЙ В ЗВЕНЕ СЕВООБОРОТА

Одним нз критериев, позволяющих выявить целесообразность применения в земледелии различных приемов, которые обеспечивают повышение урожайности сельскохозяйственных культур является экономическая эффективность.

Внесение удобрений является выгодным экономическим мероприятием. Уровень рентабельности на вариантах с внесением удобрений составил 30- 273%. Максимальная рентабельность отмечена при внесении Ы50Р50К50 и навоза 30 т/га- 273-217%, а чистый доход на этих вариантах опыта составил 5474- 3013 рублей на 1 га.

выводы

1. Наиболее интенсивное снижение содержания гумуса в пахотном слое чернозема типичного в звене севооборота происходит на контрольных вариантах. Здесь оно снизилось за 34 года на 0,610,67%, Внесение минеральных удобрений без навоза замедляет процессы снижения содержания гумуса, что обусловлено гумификацией дополнительного количества корневых и пожнивных остатков за счет роста урожаГжости. Наименьшие потери гумуса (0,11-0,40%), по сравнению с исходным содержанием, отмечаются на вариантах с внесением органических и органо мине рал ьн ы х удобрений.

2. Интенсивное использование чернозема типичного приводит к подкмслению почвы. При этом изменения показателей почвенной кислотности в худшую сторону происходят как на вариантах с применением минеральных удобрений, так и на контроле. Наиболее интенсивно подкнсление почвы происходит при внесении двойных доз МРК. Величина рНкс! с момента закладки опыта снизилась с 6,0 до 5,0-5,4, гидролитическая кислотность увеличилась с 4,0 до 5,466,20 мг-экв на 100 г почвы, уменьшилась сумма поглощенных оснований с 40,1 до 34,4-36,6 мг-экв на 100 г почвы, снизилась степень насыщенности основаниями с 90,4 до 84,7-87,7%. Внесение навоза замедляет процесс подкисления чернозема типичного.

3. В чистом пару от начала к концу парования идет накопление минерального азота на всех вариантах опыта. Запасы азота в слое 0100 см увеличиваются в 1,06-1,45 раза. На удобренных вариантах его накопление составляло 169,6-297,6 кг на гектар, на варианте без применения удобрений - 157 кг на гектар. Под озимой пшеницей и сахарной свеклой запасы минерального азота на удобренных вариантах выше, чем на контроле на 6,6-32,4 и 18-100 кг на гектар соответственно. К уборке запас его резко сокращается, что связано потреблением его урожаем. В верхнем 40- сантиметровом слое почвы всех изучаемых вариантов сосредоточено до 50% минерального азота от запаса его в слое 0-100 см.

4. Наибольшая доля нитратов в общем запасе минерального азота в слое 0-100 см наблюдалась в чистом пару на удобренных вариантах и составила 77- 83%, причем к концу парования она остается на том же уровне, а на контроле возрастает до 80%. Наивысшая доля нитратов под озимой пшеницей и сахарной свеклой отмечалась в начальный период вегетации (кущенне, всходы) и составляла 50- 66% и 62-87% соответственно, к уборке она снижалась до 9-17% и 46-80% соответственно.

5. За 34 года использования чернозема типичного содержание подвижного фосфора в слое 0-40 см на варианте без внесения удобрений (контроль) практически не изменилось н осталось на уровне третьего класса обеспеченности. Содержание обменного калия снизилось до 68-79 мг/кг, что соответствует третьему классу (среднее содержание), т.е. снизилось на два класса.

6. Внесение удобрений способствует повышению содержания подвижного фосфора на 7,4%- 60,4%, обменного калию на 9,4- 21,3% по сравнению с контрольным вариантом опыта. Наивысшее содержание подвижного фосфора и обменного калия на черноземе типичном достигается при внесении двойных доз минеральных удобрений и одинарных доз совместно с навозом. К концу парования содержание подвижного фосфора и обменного калия увеличивалось на всех вариантах опыта на 9,5- 14.8% и на 5,3-12,5%. К уборке озимой пшеницы и сахарной свеклы оно уменьшается на 7,8- 12,5% и на 7,1-12,8% соответственно.

7. На удобренных вариантах вынос озимой пшеницей и сахарной свеклой был выше по азоту в 1,17-2,18, фосфору 1,23-1,91 и калия в 1,13-2,00 раза по сравнению с контрольным вариантом. Максимальный вынос элементов питания наблюдался на варианте 9 (двойная доза и варианте 13 (навоз 30 т/га + одинарная доза ЫРК) и составил 392,8-398,5 кг азота, 108,6-103,4 кг фосфора и 337,6-328,6 кг калия, Отрицательный баланс азота складывался на всех вариантах опыта. Внесение фосфорных удобрений положительно сказывалось на накоплении фосфора в черноземе типичном. Положительный баланс калия (+148,3 кг/га) был при внесении навоза 30 т/га + одинарная доза №К (вариант 13) под озимой пшеницей. Внесение азотных удобрений и навоза не обеспечивало 100% интенсивности баланса по азоту и фосфору. Внесение фосфорных и калийных удобрений способствовало накоплению фосфора и калия в черноземе типичном.

В целом по звену севооборота вынос элементов питания также зависел от уровня удобрениости. На удобренных вариантах он был выше по сравнению с контрольным вариантом по азоту в 1,17- 2,18, фосфору 1,23- 1,91 и калию 1,13- 2,00 раза. Внесение навоза 30 т/га в чистый пар не обеспечивало положительного баланса элементов питания, который составил -51,7 кг/га азота, - 4,4 кг/га фосфора, -25,1 кг/га калия.

8. .Длительное применение органических, минеральных удобрений и их сочетаний существенно не изменило валовое содержание изучаемых тяжелых металлов по сравнению с контролем в черноземе

типичном. На контрольных и удобренных вариантах превышения содержания тяжелых металлов ориентировочно допустимой концентрации не отмечалось.

9. Длительное применение органических, минеральных удобрений и их сочетаний не приводит к токсическому накоплению цинка, свинца, кадмия, меди, никеля, марганца в основной и побочной продукции озимой пшеницы и сахарной свеклы.

10. Максимальные урожаи озимой пшеницы и сахарной свеклы получены на варианте с внесением одинарных и двойных рекомендуемых норм удобрений н при сочетании одинарной дозы с навозом. На этих вариантах получено зерно высокого качества и максимальный сбор сахара. Высокий уровень продуктивности звена севооборота, при котором создаются все необходимые условия наилучшего использования биоклиматического потенциала чернозема типичного, создается при внесении на 1 гектар севооборотной площади 150 кг д. в. минеральных удобрений совместно с 10 тоннами навоза и 300 кг д. в. минеральных удобрений (6,14-6,30 т/газ.е.).

11. Размеры накопления нитратов в растениях озимой пшеницы и сахарной свеклы зависят как от уровня минерального питания, так и погодных условий в годы проведения исследований. Внесение высоких доз минеральных удобрений не способствует накоплению нитратов в побочной продукции озимой пшеницы и сахарной свеклы выше предельно допустимой концентрации.

12. Внесение удобрений является выгодным экономическим мероприятием, Уровень рентабельности на вариантах с внесением удобрений составил 30- 273%. Максимальная рентабельность отмечена при внесении N50P50K50 и навоза 30 т/га- 273-217%, а чистый доход на этих вариантах опыта составил 5474-3013 рублей на 1 га.

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ

1. Для обеспечения высокой продуктивности звена зернопа-ропропашного севооборота (не менее 6 т/га з.е.) на черноземе типичном со средним уровнем содержания фосфора и повышенным калия необходимо вносить ежегодно N50P50K50 в виде минеральных удобрений и 30 т/га навоза в чистый пар. Указанная система удобрений способствует не только получению максимальной продуктивности, но и сохранению и воспроизводству почвенного плодородия, получению продукции высокого качества, нормальной экологической обстановке окружающей среды.

2. Для предотвращения подкислення черноземных почв вследствие интенсивного их использования, необходимо предусматривать в системе удобрения севооборотов применение кальций-содержащих мелиорантов.

Слисок работ, опубликованных по теме диссертации

1. Мязин Н.Г. Влияние условий минерального питания на урожайность культур звена севооборота и плодородие чернозема типичного / Н. Г. Мязин, P.A. Павлов П Научные основы повышения устойчивости современного земледелия. - Воронеж: ВГАУ, 2002,- С. 48-57.

2. Павлов P.A. Длительное применение органических и минеральных удобрений н плодородие чернозема типичного / P.A. Павлов, В.В, Шенна // Материалы Межрегиональной научно-практической конференции молодых ученых и специалистов, посвященной 90-летию ВГАУ им К.Д. Глинки, Воронеж, 2003. - С. 107-109.

3. Мязин Н.Г. Почвенное плодородие и продуктивность пашни в ЦЧР в зависимости от минерального питания / Н.Г. Мязин, P.A. Павлов, В.В. Шеина // Плодородие, Москва. - 2003. - №6. - С. 34-36.

£ л

.Л .е*

Подписало в печать 02.03.2004, Формат 60х84'/|6 Бумага кн,-журн. Печать офсетная. Усл.пл. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ №.2241.

Воронежский государственный аграрный университет им. К.Д. Глинки. Типография ВГАУ. 394087 Воронеж, ул. Мичурина, 1.