Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Агрохимическая оценка эффективности применения серосодержащих удобрений на серой лесной почве Предволжья Республики Татарстан

ВАК РФ 06.01.04, Агрохимия

Автореферат диссертации по теме "Агрохимическая оценка эффективности применения серосодержащих удобрений на серой лесной почве Предволжья Республики Татарстан"

СУЛЕЙМАНОВ ИЛЬНУР РАШИТОВИЧ

АГРОХИМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ СЕРОСОДЕРЖАЩИХ УДОБРЕНИЙ НА СЕРОЙ ЛЕСНОЙ ПОЧВЕ ПРЕДВОЛЖЬЯ РЕСПУБЛИКИ ТАТАРСТАН

06.01.04 - агрохимия

2 4 НОЯ 2011

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Казань-2011

005003513

Диссертационная работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Казанский государственный аграрный университет» в 2007-2010 гг.

Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук, профессор

Гилязов Миннегали Юсупович

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук

Миннуллин Генадий Самигуллинович доктор сельскохозяйственных наук, профессор Новоселов Сергей Иванович

Ведущая организация: ГУ «Татарский» НИИ АХП РАСХН

Защита состоится «И» декабря 2011 г. в Ю"9 часов на заседании диссертационного совета Д 220.035.01 при ФГБОУ ВПО «Казанский государственный аграрный университет» по адресу: 420011, г. Казань, Ферма 2, учебный городок Казанского ГАУ, корпус 3, ауд. 18. тел.: 8(843) 567-47-17 факс: 8(843) 261-62-58, e-mail: mfo@kazgau.ru.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ФГБОУ ВПО «Казанский государственный аграрный университет».

Автореферат разослан «_»_201 г.

и размещен на официальном сайте www.kazgau.ru а также в сетиинтернета Министерства образования и науки РФ «_» _201 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор сельскохозяйственных наук, доцент

Кадырова Ф.З.

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Удобрения создают оптимальный режим питания растений, направленно регулируют обмен органических и минеральных соединений, что позволяет реализовать потенциальную продуктивность растений по количеству и качеству урожая [Ягодин, Жуков, Кобзаренко, 2003; Минеев, 2004].

В современном земледелии химизация наряду с другими факторами стала мощным ресурсом интенсификации сельского хозяйства. В высокоразвитых странах не менее 50-60 % всех прибавок урожая, или 25-30 % валовой растениеводческой продукции, получают за счет применения удобрений. Ведущая роль удобрений для достижения этих задач сохранится и в обозримом будущем [Ефимов, Горлова, Лунина, 2004].

За последние годы в мире заметно выросла урожайность сельскохозяйственных культур. Дальнейший рост урожайности за счет повышения уровня минерального питания связан с увеличением потребления растениями основных элементов, в числе которых особое место занимает сера. Сера входит в состав белков и является непременным участником их синтеза. Однако до сих пор внесение серы носит случайный характер, и она попадает в почву бессистемно, в составе некоторых минеральных удобрений как балласт. Данное обстоятельство нередко приводит к обострению дефицита серы в земледелии многих регионов и создает определенные трудности в обеспечении прогрессивного роста урожайности сельскохозяйственных культур, что и послужило основанием для наших исследований.

Цель и задачи исследований. Цель исследований - оценка эффективности применения на посевах яровой пшеницы, гороха и рапса серосодержащих удобрений, в том числе нефтяной серы, полученной в качестве побочного продукта при очистке высокосернистой нефти ОАО «Татнефть» на специальных установках сероочистки. Для реализации поставленной цели предусматривалось решение следующих задач:

1. Дать сравнительную оценку эффективности применения серосодержащих удобрений, в том числе нефтяной серы, на посевах яровой пшеницы, гороха и рапса;

2. Установить влияние серосодержащих удобрений на хозяйственный вынос и коэффициенты использования основных макроэлементов из почвы и минеральных удобрений;

3. Оценить экономическую и энергетическую эффективность использования серосодержащих удобрений при возделывании изучаемых сельскохозяйственных культур на серой лесной почве.

Научная новизна. Впервые в условиях Предволжья Республики Татарстан (РТ) определена сравнительная эффективность применения нефтяной и товарной серы, сыромолотого гипса и сульфата аммония на посевах сельскохозяйственных культур. Установлено степень влияния различных форм серосодержащих удобрений на химический состав урожая и коэффициенты использования макроэлементов культурами из почвы и минеральных удобре-

ний. Доказано, что эффективность применения нефтяной серы, внесенной весной под культивацию, обуславливается, прежде всего, тониной её размола.

Практическая значимость. Предложены нормативы выноса и коэффициенты использования серы из почвы и удобрений сельскохозяйственными культурами, которые являются нормативной базой для определения потребности культур в удобрениях и баланса серы в агроценозах.

Результаты исследования будут использованы для усовершенствования системы удобрения сельскохозяйственных культур в РТ.

Научная информация о сравнительной эффективности серосодержащих удобрений на посевах сельскохозяйственных культур используется в учебном процессе в рамках дисциплин «Агрохимия», «Система удобрения», «Растениеводство».

Основные положения, выносимые на защиту:

- изменение кислотности, содержания подвижных форм серы, фосфора и калия серой лесной почвы под действием серосодержащих удобрений;

- зависимость агрономической, экономической и энергетической эффективности нефтяной серы, внесенной весной под культивацию в качестве удобрения, от её гранулометрического состава;

- эффективность применения различных форм серосодержащих удобрений (сыромолотый гипс, сульфат аммония, товарная и нефтяная сера), при весеннем внесении под яровую пшеницу, горох и яровой рапс;

- повышение коэффициентов использования азота, фосфора и калия минеральных удобрений под действием серосодержащих удобрений.

Апробация результатов. Материалы диссертации доложены на Международных научно-практических конференциях: «Роль аграрной науки в инновационном развитии агропромышленного комплекса» (Казань, 2009), «Фундаментальные и прикладные исследования в АПК на современном этапе развития химии» (Орел, 2009), «Макро- и микроэлементы в питании и продуктивности растений» (Краснодар, 2010), «Удобрения, плодородие почв и продуктивность современного земледелия» (Казань, 2010); Всероссийских научно-практических конференциях: «Инновационное развитие агропромышленного комплекса» (Казань, 2009, 2010), «Научное обеспечение АПК Евро-Северо-Востока России» (Саранск, 2010) и получили положительную оценку.

Публикация. По результатам исследований опубликовано 8 печатных работ, в том числе 3 работы в изданиях, рекомендуемых ВАК Российской Федерации.

Объем и структура работы. Диссертационная работа изложена на 247 страницах машинописного текста, содержит 48 таблиц, 6 рисунков, 33 приложения. Работа состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, содержащей методы и результаты исследования, общих выводов и предложений производству. Список цитируемой литературы включает 201 наименования, из них 16 - на иностранных языках. !

2. УСЛОВИЯ И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

Исследования проводились в 2007-2010 гг. на кафедре агрохимии и почвоведения ФГБОУ ВПО «Казанский государственный агарный университет». Полевой опыт заложен в условиях серой лесной среднесуглинистой почвы Предволжья РТ на территории местного самоуправления с. Наратлы Зеленодольского муниципального района РТ.

Содержание гумуса в пахотном слое 4,0-4,2 %. Почва характеризуется низким содержанием подвижной серы (4,6-5,0 мг/кг), очень высоким содержанием подвижных форм фосфора (410-421 мг/кг) и калия (322-330 мг/кг), нейтральной реакцией, высокой степенью насыщенности основаниями.

В качестве серосодержащего удобрения впервые использовали «нефтяную» серу, полученную в качестве побочного продукта при очистке высокосернистой нефти ОАО «Татнефть» на специальных установках сероочистки. Доза серы равнялась 60 кг/га. Оценивалась эффективность трех фракций нефтяной серы: крупной (размер частиц 1-3 мм), средней (размер частиц 0,251 мм) и мелкой (размер частиц менее 0,25 мм). Нефтяную серу размололи вручную и просеивали через сто соответствующего размера. Эффективность нефтяной серы сравнивалась с другими серосодержащими удобрениями - молотой серой для сельского хозяйства, которую можно охарактеризовать как товарная сера, сыромолотам гипсом и сульфатом аммония. В случае использования сульфата аммония, данное удобрение одновременно является и источником минерального азота.

Полевой опыт по агрохимической оценке серосодержащих удобрений был заложен по следующей схеме: 1.Контроль (без удобрений); 2.NPK (Фон); З.Фон + Seo (нефтяная сера, 3 мм); 4.Фон + S« (нефтяная сера, 1 мм); 5.Фон + Sco (нефтяная сера, 0,25 мм); б.Фон + S« (товарная сера); 7.Фон + Sgo (гипс); 8.Фон + S60 (сульфат аммония).

Все серосодержащие удобрения испытывались на фоне полного минерального удобрения (NPK). Нормы внесения удобрений были установлены расчетно-бапансовым методом для получения 4,0 т/га зерна яровой пшеницы (сорт Экада 66), 3,5 т/га зерна гороха (сорт Казанец) и 2,5 т/га маслосемян ярового рапса (сорт Ратник). В среднем за 3 года (2008-2010 гг.) нормы удобрений составили соответственно для пшеницы, гороха и рапса NU5P51K47, N53P29K0 и Ni22Pi2sK38. В качестве фоновых удобрений были использованы аммиачная селитра, двойной суперфосфат и хлористый калий.

Агротехника возделывания испытанных сельскохозяйственных культур общепринятая для нашей зоны. Удобрения были внесены рано весной под культивацию. Предшественник всех культур - картофель. В 2008 г. весна была ранней, и посев проведен 28 апреля. 2009 г. все культуры посеяли 6 мая, а 2010 г.-15 мая.

Норма высева гороха 1,2 млн. шт./га всхожих семян. Семена перед посевом были обработаны ризоторфином (1 кг/т). Глубина заделки семян 5 см. Норма высева яровой пшеницы 6 млн. шт./га всхожих семян. Семена

перед посевом были обработаны фундазолом. Глубина заделки семян 5 см. Глубина заделки семян ярового рапса 2 см. Норма высева 3 млн. шт./га. Семена были обработаны препаратом Хинуфур из расчета 10 кг/т. Два раза посевы обработали инсектицидом Банкол из расчета 0,3 кг/га.

Учетная площадь делянок равна 4 м2, повторность опыта - четырехкратная, размещение делянок - систематическое. Анализы почвы и растений проведены на кафедре агрохимии и почвоведении Казанского ГАУ и ФГУ ЦАС «Татарский». Агрохимические параметры почвы определены общепринятыми методами: влажности почвы по ГОСТ 28268-89; содержание гумуса по ГОСТ 26213-91; содержание подвижных соединений фосфора и калия по методу Кирсанова в модификации ЦИНАО по ГОСТ 26207-91; определение рНсол по методу ЦИНАО по ГОСТ 26483-85; определение емкости катионно-го обмена по ГОСТ 17.4.4.01-84; определение гидролитической кислотности по ГОСТ 26212-91; содержание подвижной серы - по ГОСТ 26490-85 в вытяжке 1 н раствора KCl.

В растительных пробах определяли общее содержание азота, фосфора, калия из одной навески после мокрого озоления: азот - по Кьельдалю (ГОСТ 13496.4-93), фосфор - фотоколориметрически (ГОСТ 26657-97), калий - пламенно-фотометрически (ГОСТ 30504-97). Общее содержание серы в растениях определено весовым методом после озоления в концентрированной азотной кислоте с перекисью водорода и дальнейшим осаждением серы хлористым барием. Определение стекловидности и натуры зерна соответственно по ГОСТ 10987-76 и ГОСТ 10840-64. Масличность семян рапса определена в лаборатории Казанского маслоэкстракционного завода по ГОСТ 10857-64.

Статистическая обработка результатов учета урожайности проведена методом дисперсионного анализа [Доспехов, 1985] с использованием программ для Microsoft Excel 97. Корреляционно-регрессионный анализ по программе Statistlca ver. 5.5 A for Windows.

3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 3.1. Химический состав нефтяной серы

Нефтяная сера, получаемая на установках Всероссийского НИИ углеводородного сырья (ВНИИУС, г. Казань), на 95,2 % состоит из элементарной серы и не содержит вредных примесей выше ПДК. Одна нефтеочистительная установка позволяет улавливать до тысячи тонны серы в год. В настоящее время данный побочный продукт нефтеочистки не находит применения в народном хозяйстве. Расплавленная сера, застывает в воздухе, превращается в сплошную твердую кристаллическую массу светло-желтого цвета, в виде глыб различного размера. Массовая доля воды в ней не превышает 1,3 %. Незначительная часть серы содержится в форме соединений тиосульфата и сульфата натрия, а массовая доля соединений железа и тринатрийсульфата -чуть больше 3 %.

3.2. Влияние серосодержащих удобрений на агрохимические свойства почвы

Для установления влияния серосодержащих удобрений на свойства почвы с пахотного слоя были отобраны почвенные пробы весной до внесения удобрений, и после уборки урожая по всем вариантам опыта. Наибольшее подкисляющее действие на серую лесную почву оказало полное минеральное удобрение в дозах Иш-шР+мзКзз-зз (рис. 1). На этом фоне подкисляющее действие нефтяной и товарной серы, сульфата аммония, внесенных из расчета 60 кг/га серы, проявилось в меньшей степени.

Гидролитическая кислотность, гмоль/100 г

Поднюмый фосф ор, мгУкг

Подвитый калий, мшг

Подвижная сера, мг/кг

□ без удобрений И нефтяная сера 3 мм ■ нефтяная сера 0,25 мм в гипс

в нефтяная сера 1 мм и товарная сера и сульфат аммония

Рис. 1. Изменение агрохимических свойств серой лесной почвы за вегетацию под влиянием удобрений (в среднем за 3 года)

Эквивалентная доза гипса снизила кислотность почвы. Подкисляющее влияние нефтяной серы находилось в положительной зависимости от тонины помола, и её мелкая фракция обнаружила примерно одинаковую с товарной серой действие на величину гидролитической и обменной кислотности.

Фоновое и серосодержащие удобрения оказали некоторое влияние на содержание подвижных форм фосфора и калия, определенных по Кирсанову. Обнаруживается ежегодная убыль подвижных форм фосфора (2-6 мг/кг) и калия (4-10 мг/кг) в случае возделывания яровой пшеницы без внесения удобрений и заметное повышение их (7-10 мг/кг фосфора и 3-12 мг/кг калия) при внесении фоновых удобрений. Повышение подвижных форм РК от фонового удобрения обуславливалось, как дозами удобрений, так и выносом фосфора и калия с урожаем. Серосодержащие удобрения в среднем за 3 года увеличили содержания подвижных форм РК соответственно до 5 и 7 мг/кг почвы, при этом действие окисленных форм серосодержащих удобрений на подвижность калия было более заметным, нежели элементарной серы.

^ Наиболее значимые изменения в агрохимических свойствах серой лесной почвы под влиянием испытанных удобрений произошли в содержании подвижной серы. Возделывание пшеницы без внесения удобрений и на фоне №К приводило к снижению содержания подвижной серы в почве. Серосодержащие удобрения, внесенные весной в дозе 60 кг д.в./га на фоне ЫРК, существенно улучшили обеспеченность почвы серой.

Несмотря на вынос серы с урожаем, на удобренных серой вариантах после уборки пшеницы содержание подвижной серы в почве было на 2,7-4,6 мг/кг больше (в среднем за три года), чем в фоновом варианте. Увеличение содержания серы в почве в конце вегетации за счет серосодержащих удобрений обуславливались, как погодными условиями, так и формами серосодержащих удобрений. Наибольшее повышение содержания подвижной серы обеспечивали окисленные формы серосодержащих удобрений, а у нефтяной серы - самая мелкая фракция. Нефтяная сера мелкого помола и товарная сера по характеру действия на содержание в почве подвижной серы были примерно равноценными.

3.3. Действие серосодержащих удобрений на величину и структуру урожая сельскохозяйственных культур

Урожайность культур в огромной степени обуславливалась метеорологическими условиями: в острозасушливом 2010 г. урожайность пшеницы и гороха снизилась, по сравнению с предыдущими достаточно благоприятными годами, в 2,5-3,2 раза (табл. 1). Окисленные формы серосодержащих удобрений (гипс, сульфат аммония) как в благоприятных, так и острозасушливых погодных условиях, дали статистически значимую прибавку урожая зерна яровой пшеницы. Влияние нефтяной серы на урожайность яровой пшеницы сильно зависело от её гранулометрического состава.

Таблица 1

Урожайность с/х культур в зависимости от форм серосодержащих удобрений в условиях серой лесной почвы, т/га

Варианты опыта | 2008 г. | 2009 г. | 2010 г. | Средняя

Яровая пшеница

Контроль(без удобрений) 2,18 1,98 0,79 1,65

фон (1^2ы28Р49-55Кз8-5з) 3,82 3,32 1,13 2,76

Фон+86о (нефтяная сера, 3 мм) 3,80 3,35 1,13 2,76

Фон+Ббо (нефтяная сера, 1 мм) 3,83 3,38 1,16 2,79

Фон+Ббо (нефтяная сера, 0,25 мм) 3,86 3,47 1Д9 2,84

Фон+860 (товарная сера) 3,88 3,46 1,19 2,84

Фон+вбо (гипс) 3,97 3,55 1,21 2,91

Фон+Ббо (сульфат аммония) 3,98 3,53 1,20 2,90

НСР05 0,15 0,13 0,07

Горох

Контроль (без удобрений) 2,45 2,34 0,74 1,84

Фон (М5зР25-34) 3,29 3,21 1,02 2,51

Фон+вбо (нефтяная сера, 3 мм) 3,31 3,20 1,01 2,51

Фон+Эбо (нефтяная сера, 1 мм) 3,33 3,25 1,04 2,54

Фон+Ббо (нефтяная сера, 0,25 мм) 3,42 3,39 1,09 2,63

Фон+Ббо (товарная сера) 3,45 3,40 1,09 2,65

Фон+86о (гипс) 3,57 3,46 1,14 2,72

Фон+Ббо (сульфат аммония) 3,55 3,48 1,12 2,72

НСР05 0,12 0,13 0,06

Яровой рапс

Контроль (без удобрений) 1,30 1,23 - 1,27

Фон (N121-124 P123.127K37.3g) 2,08 2,02 - 2,05

Фон+86о (нефтяная сера, 3 мм) 2,10 2,04 - 2,07

Фон+Бйо (нефтяная сера, 1 мм) 2,13 2,08 - 2,10

Фон+Ббо (нефтяная сера, 0,25 мм) 2,25 2,21 - 2,23

Фон+Ббо (товарная сера) 2,24 2,22 - 2,23

Фон+вбо (гипс) 2,34 2,28 - 2,31

Фон+56о (сульфат аммония) 2,36 2,28 - 2,32

НСР05 0,11 0,13 -

В случае использования нефтяной серы с размерами частиц крупнее 0,25 мм статистически достоверное повышение урожая зерна пшеницы не обнаружилось. Тонко размолотая элементарная сера (товарная и нефтяная сера мелкого помола) достоверное повышение урожайности обеспечила только в благоприятных погодных условиях 2009 года. В условиях засухи повышение урожайности пшеницы от товарной и нефтяной серы на 0,06 т/га оказалось статистически недостоверным.

Окупаемость 1 кг действующего вещества ЫРК по фону в среднем за 3 года составила 4,96 кг зерна яровой пшеницы, с колебаниями по годам от

1.54 (2010 г.) до 7,59 (2008 г.). Окупаемость серосодержащих удобрений ниже ЫРК. Средняя окупаемость 1 кг д. в. серы, использованного на фоне ЫРК, в зависимости от форм серосодержащего удобрения колебалась от 0,17 до

2.55 кг зерна. Максимальную отдачу обеспечили окисленные формы серосодержащих удобрений. Данное обстоятельство, возможно, обусловлено тем, что при весеннем внесении элементарной серы растения на начальных этапах развития, видимо, не могут её поглощать, в то время как в гипсе и сульфате; аммония сера изначально находится в доступной растениям форме (сульфат-ион). Для перехода элементарной серы в доступную форму посредством микробиологического окисления необходимо значительное время. Отсутствие доступной формы серы в начале роста и развития яровой пшеницы обуславливает, по-видимому, относительно меньшую эффективность товарной и нефтяной серы по сравнению с гипсом и сульфатом аммония. Время, необходимое для окисления элементарной серы, видимо, существенно возрастает и в случае использования нефтяной серы среднего и грубого помола.

Без внесения удобрений урожайность гороха в среднем за 3 года составила 1,84 т/га, а фоновое удобрение (Ы53Р25-з4) обеспечило получение 0,67 т/га прибавки. На фоне Н53Р25-з4 мелкая фракция нефтяной серы и товарная сера позволили дополнительно получать соответственно 0,12 и 0,14 т/га зерна, т. е. проявили примерную равноценность. Прибавка урожая от средней и крупной фракции нефтяной серы была недостоверна или отсутствовала.

На посевах гороха наиболее удачными серосодержащими удобрениями для весеннего внесения оказались сульфат аммония и сыромолотый гипс, которые в целом затри года обеспечили получение прибавки 0,21 т/га (11 % к контролю) зерна гороха. Окупаемость 1 кг ^Р^^ составила 6,00 кг зерна гороха, с колебаниями по годам от 3,59 (2010 г.) до 10,04 (2008 г.), что в 1,2 раза выше, чем на яровой пшенице. Данное обстоятельство, видимо, обусловлено очень высокой обеспеченностью почвы подвижными формами фосфора и калия, благодаря чему отпала необходимость внесения под горох калийных удобрений, а дефицит фосфора покрывался небольшой нормой фосфорного удобрения. Среднегодовая норма фонового удобрения под горох за годы исследования равнялась 82 кг д.в./га, что существенно меньше среднегодовой нормы фонового удобрения под пшеницу (223 кг д.в./га). Как известно, при внесении малых доз удобрений их окупаемость максимальна, а увеличение доз удобрений, как правило, уменьшает их окупаемость [Свисюк и др., 1995; Брысозовский, 2006]. Окупаемость удобрений на посевах гороха в огромной степени обуславливалась погодными условиями: в условиях чрезвычайной засухи на 1 кг д. в. фонового удобрения зерна получено почти в 3 раза меньше, чем в благоприятных погодных условиях.

В среднем за 2008-2009 гг. внесение ЫРК дало прибавку урожая 0,78 т/га семян ярового рапса. Как и предыдущие культуры, при весеннем внесении рапс наиболее значимо отзывался на окисленные формы серосодержащих удобрений, которые в среднем за 2 года дали соответственно 0,26 и 0,27 т/га

прибавки урожая. Эффективность нефтяной серы определялась размерами её частиц: частицы размерами более 0,25 мм не обеспечили достоверное повышение урожайности рапса.

Окупаемость 1 кг д. в. фонового удобрения в среднем за 2 года, когда складывались благоприятные погодные условия, составила 2,74 кг маслосе-мян рапса, что примерно в 3 раза меньше окупаемости предыдущих двух культур. Данное обстоятельство обусловлено, на наш взгляд, как биологическими особенностями и относительно низкой урожайностью этой культуры, так и большими дозами фонового удобрения (285 кг д.в./га). Окупаемость серосодержащих удобрений, в зависимости от их форм и гранулометрического состава, колебались в пределах от 0,33 до 4,50 кг маслосемян на 1 кг д. в., т. с. окупаемость серосодержащих удобрений на посевах рапса выше, чем на пшенице и горохе.

В целом, по отношению к фону серосодержащие удобрения (мелкая фракция нефтяной серы, товарная сера, гипс и сульфат аммония) увеличили урожайность пшеницы, гороха и ярового рапса соответственно на 3-5; 5-8 и 9-13 %. Следовательно, изучаемые культуры по отзывчивости на внесение серосодержащих удобрений можно расположить в следующий убывающий ряд: яровой рапс > горох посевной > яровая пшеница.

3.4. Зависимость химического состава и качества урожая от серосодержащих удобрений

Элементный химический состав урожая яровой пшеницы, гороха и рапса подвержен значительным изменениям, как под воздействием удобрений, так и метеорологических условий. Фоновое удобрение приводило к устойчивому снижению содержания серы в урожае всех культур, в то время как повышение азота, фосфора и калия оказалось не стабильным и не столь заметным. Содержание NPKS в урожае под влиянием нефтяной серы крупного и среднего размола практически не изменилось. Существенное повышение серы в урожае всех культур обеспечило внесение гипса, сульфата аммония, тонко-размолотой нефтяной и товарной серы. Кроме того, указанные серосодержащие удобрения в благоприятных погодных условиях способствовали некоторому повышению в урожае азота (семена и солома рапса, зерно и солома пшеницы), фосфора (семена рапса, зерно пшеницы) и калия (зерно и солома пшеницы).

От расчетных норм NPK увеличилось содержание сырого протеина, клейковины, крупность, выполненность, стекловидность зерна яровой пшеницы (табл. 2) и масличность семян рапса. Улучшение химического состава этих двух культур усилилось при дополнении фонового удобрения сыромо-лотым гипсом, сульфатом аммония и тонко размолотой элементарной серой, хотя серосодержащие удобрения действовали слабее NPK.

Таблица 2

Влияние видов и форм удобрений на качественные показатели зерна яровой пшеницы (2009 г.)

Ввды и формы удобрений Массовая доля, % Масса 1000 зерен, г Натура зерна, г/л Стекло- видность, %

сырого протеина клейковины крахмала

Контроль (без удобрений) 13,5 23,6 51,9 34,6 721 49

Фон (N125P55K53) 14,3 24,2 49,3 37,0 736 57

Фон+Ббо (нефтяная сера, 3 мм) 14,3 24,1 49,2 37,0 735 57

Фон+Ббо (нефтяная сера, 1 мм) 14,3 24,2 49,3 37,2 738 58

Фои+Sa, (нефтяная сера, 0,25 мм) 14,6 25,5 48,7 38,1 742 60

Фон+Ббо (товарная сера) 14,6 25,4 48,6 38,1 741 61

Фон+Sío (гипс) 14,8 25,6 48,5 38,7 742 60

Фон + Seo (сульфат аммония) 14,9 24,3 ... 48,7 38,9 740 59

Под влиянием нефтяной серы крупного и среднего размола качественные показатели товарной части урожая испытанных культур практически не изменились. В зерне яровой пшеницы повышение содержания белка от удобрений сопровождалось снижением содержания крахмала. Содержание сырого протеина в зерне гороха под влиянием удобрений существенно не изменилось.

3.5. Изменение хозяйственного выноса, коэффициентов использования и нормативного выноса элементов питания сельскохозяйственными культурами под действием серосодержащих удобрений

Хозяйственный вынос. Размеры хозяйственного выноса ЫРКЭ существенно колебались по годам исследования. Так, если вынос азота горохом на контроле в 2008 г. составил 133,4 кг/га, то в засушливом 2010 г. - только 36,6 кг/га (рис. 2). В среднем за 3 года фоновое удобрение увеличило хозяйственный вынос №К пшеницей соответственно в 1,86; 1,67 и 1,71 раза, горохом -в 1,38; 1,41 и 1,26 раза, рапсом - в 1,82; 1,88 и 1,85 раза. Увеличение выноса М>К происходило, как правило, благодаря росту урожайности и концентрации элементов в урожае. Улавливается положительная зависимость между ростом хозяйственных выносов и дозами фонового удобрения.

В Контроль (без удобрений) Я Фон (ГЧ53Р25-34)

□ Фон+БбО (нефтяная сера 3 мм) в Фон+БбО (нефтяная сера 1 мм) ■ Фон+ЭбО (нефтяная сера 0,25 мм) В Фон+БбО (товарная сера)

□ Фон+660 (гипс) В Фон+ЗбО (сульфат аммония)

2009 г.

фосфор калий сера

азот фосфор калий сера

Виды и формы удобрений

фосфор калий сера

Рис. 2. Хозяйственный вынос азота, фосфора, калия и серы урожаем гороха в зависимости от видов и форм удобрений

От фонового удобрения произошло также увеличение выноса серы пшеницей, горохом и рапсом соответственно в 1,51; 1,20 и 1,41 раза, хотя, как было отмечено выше, процентное содержание серы в урожае всех культур снизилось.

Серосодержащие удобрения увеличили хозяйственный вынос всех изученных макроэлементов. Хозяйственный вынос №К под действием нефтяной серы мелкого помола, товарной серы, гипса и сульфата аммония вырос в среднем в 1,06-1,13 раза. Наибольший рост (в 1,28-1,51 раза) выноса под действием серосодержащих удобрений обнаружился в отношении серы. Изученные макроэлементы по увеличению хозяйственного выноса под действием серосодержащих удобрений расположились в следующий убывающий ряд: сера>азот>фосфор>калий.

Распределение серы в надземной массе рапса и пшеницы было относительно равномерным: 54 % серы сосредоточилась в семенах рапса и 45 % в зерне пшеницы, а горох большую часть (72 % от общего выноса) серы выносил в составе соломы.

Коэффициенты использования питательных элементов почвы (КИП). В благоприятных погодных условиях коэффициенты использования минерального азота пшеницей (0,58) и рапсом (0,50) были относительно близкими к среднестатистическим (0,60-0,70) значениям (табл. 3). Коэффициент использования минерального азота горохом в тех же условия примерно

примерно в 2 раза выше значений, использованных нами в расчетах норм удобрений, что, видимо, объясняется интенсивной азотфиксацией клубеньковыми бактериями.

Таблица 3

Коэффициенты использования минерального азота, подвижных форм фосфора и калия с/х культурами из серой лесной почвы

Культуры 2008 г. 2009 г. 2010 г. Средние за

2008-2009 гг.| 2008-2010 гг.

Минеральный азот*

Яровая пшеница 0,60 0,56 0,19 0,58 0,45

Горох 1,48 1,25 0,38 1,36 1,04

Яровой рапс 0,49 0,50 - 0,50 _

Подвижный фосфор*

Яровая пшеница 0,013 0,015 0,004 0,014 0,011

Горох 0,028 0,019 0,005 0,024 0,017

Яровой рапс 0,018 0,020 - 0,019

Подвижный калий*

Яровая пшеница 0,027 0,039 0,024 0,033 0,030

Горох 0,049 0,040 0,017 0,045 0,035

Яровой рапс 0,022 0,029 - 0,026 -

Прим.: * - Запасы в пахотном слое минерального азота 90-96 кг/га, подвижного фосфора -1230-1275 кг/га, подвижного калия - 966-990 кг/га, подвижной серы-14-15 кг/га.

В условиях засухи 2010 г. коэффициенты использования минерального азота пшеницей и горохом снизились соответственно в 3,1 и 3,6 раза.

КИП подвижных форм фосфора (0,013-0,015) даже в благоприятных погодных условиях оказались существенно ниже значений, взятых для расчетов (0,030-0,040). Причиной этого, видимо, является очень высокая обеспеченность почвы подвижными формами фосфора. Как известно, по мере увеличения содержания в почве подвижных соединений фосфора и калия КИП этих элементов уменьшаются (Ефимов, Донских, Царенко, 2002]. Рапс и горох фосфор почвы использовали заметно лучше, чем пшеница. По усвояющей способности подвижных форм фосфора культуры расположились в следующий убывающий ряд: горох > рапс > пшеница.

В среднем за 2 года в благоприятных погодных условиях КИУ подвижного калия колебались в пределах от 0,026 до 0,045, т.е. меньше значений, взятых для расчетов (0,070-0,080). Среди культур почвенный калий лучше использовал горох. В условиях засухи коэффициенты использования калия из почвы снижались в меньшей степени, чем фосфора и азота: если использование горохом минерального азота и подвижного фосфора при засухе снизилось соответственно в 3,1 и 3,5 раза, то подвижного калия - только в 2,6 раза.

КИП подвижной серы сильно колебались по годам и культурам (табл. 4). В среднем за 2 года в благоприятных погодных условиях на контроле КИП

подвижной серы пшеницей, горохом и рапсом составили соответственно 0,53; 0,95 и 0,73, т. е. сера лучше использовалась горохом и рапсом, чем пшеницей.'

Таблица 4

Коэффициенты использования подвижной серы с/х культурами в зависимости от уровня минерального питания

Культуры 2008 г. 2009 г. 2010 г. Средние за

2008-2009 гг. | 2008-2010 гг.

Контроль (без удобрений)

Яровая пшеница 0,66 0,40 0,14 0,53 0,40

Горох 1,03 0,87 0,26 0,95 0,72

Яровой рапс 0,86 0,60 - 0,73 -

Фон (ЫРК)*

Яровая пшеница 1,11 0,62 0,18 0,87 0,64

Горох 1,26 1,05 0,30 1,16 0,87

Яровой рапс | 1,29 0,80 - 1,05 -

Прим.: * - Нормы фоновых удобрений под яровую пшеницу Мщ-шРл^зКзв^з, горох - К5зР25-34, яровой рЭПС - N121-124 Рт-127Кз7-38-

В условиях острой засухи (2010 г.) усвоение серы почвы пшеницей сни-; зилось в 2,9-5,2 раза, горохом - в 3,3-4,0 раза.

На фоне №К КИП подвижной серы всеми культурами существенно выросли. В благоприятных условиях в среднем за 2 года КИП выросли в 1,64 (пшеница), 1,22 (горох) и 1,44 (рапс) раза. Сравнивая данные таблиц 4 и 5 можно заключить, что коэффициенты использования растениями подвижной серы приблизительно в 20 и 40 раз выше соответственно КИП подвижных форм калия и фосфора, и примерно на одном уровне с коэффициентами использования минерального азота.

Коэффициенты использования питательных элементов удобрений (КИУ). Важными агрохимическими показателями эффективности удобрений являются коэффициенты их использования растениями: чем выше данный показатель, тем меньше непроизводительных потерь питательных веществ удобрений. КИУ, рассчитанные разностным методом, подвержены сильным колебаниям по годам, культурам и видам удобрений. Так, в благоприятных погодных условиях 2008-2009 гг. усредненные коэффициенты использования азота равнялись: для гороха 0,94, яровой пшеницы - 0,48, ярового рапса -0,36. В условиях острой засухи 2010 г. коэффициенты использования азота горохом снизились, по сравнению с таковыми предыдущих двух лет; в 2,7 раза, а яровой пшеницей ещё больше — 4,9 раза.

По влиянию на КИУ формы серосодержащих удобрений существенно различались. Действие нефтяной серы среднего и грубого помола практически не заметно. Под воздействием нефтяной серы мелкого помола, товарной серы, гипса и сульфата аммония использование азота удобрений пшеницей,' ' горохом и рапсом выросло соответственно в 1,16-1,26; 1,18-1,29 и 1,27-1,37

раза, т. е., судя по данному коэффициенту, на внесение серосодержащих удобрений наиболее позитивно отреагировал яровой рапс.

В общих чертах характер изменения КИУ фосфора в зависимости от погодных условий и удобрений примерно сходен закономерностям изменения КИУ азота. Прослеживается неодинаковая усваивающая способность испытанных культур фосфора удобрений, резкое снижение КИУ в условиях засухи и положительное влияние на использование фосфора серосодержащих удобрений (табл. 5).

Таблица 5

Влияние серосодержащих удобрений на коэффициенты использования фосфора с/х культурами

Варианты опыта Яровая пшеница Горох Яровой рапс

20082009 гг. 2010 г. 20082009 гг. 2010 г. 20082009 гг.

Фон (ЫРК)* 0,24 0,055 0,42 0,100 0,17

Фон+в«, (нефтяная сера, 3 мм) 0,24 0,055 0,42 0,096 0,17

Фон+86о (нефтяная сера, 1 мм) 0,25 0,055 0,43 0,116 0,18

Фон+Ббо (нефтяная сера, 0,25 мм) 0,28 0,063 0,46 0,132 0,21

Фон + Ббо (товарная сера) 0,28 0,065 0,47 0,132 0,21

Фон + в® (гипс) 0,29 0,069 0,49 0,132 0,22

Фон + Б«} (сульфат аммония) 0,29 0,067 0,50 0,132 0,22

Средние 0,27 0,061 0,45 0,120 0,20

Прим.: * - Нормы фоновых удобрений под яровую пшеницу Лш.цЛ^Кзв-зэ, горох- Ы5зР25-з4, яровой рапс -N121.124 Рш.|этКэ7-3«-

Например, в результате острой засухи КИУ фосфора пшеницей и горохом в 2010 г. оказались ниже значений предыдущих двух лет соответственно в 4,4 и 3,8 раза. В среднем за два года (2008-2009 гг.) внесение гипса, сульфата аммония, товарной серы и мелкой фракции нефтяной серы повысило КИУ пшеницей, горохом и рапсом соответственно в 1,17-1,21; 1,10-1,19 и 1,23-1,29 раза. Повышение КИУ от окисленных форм серосодержащих удобрений было более заметным, чем от нефтяной серы тонкого помола и товарной серы.

Внесение серосодержащих удобрений привело к повышению коэффициентов использования калия, и характер действия отдельных их форм примерно аналогичен характеру их действия на коэффициенты использования азота и фосфора. От мелкой фракции нефтяной и товарной серы, гипса и сульфата аммония, в среднем за 2008-2009 гг., усвоение калия удобрений пшеницей и рапсом повысилось соответственно в 1,16-1,24 и 1,18-1,25 раза. Засуха 2010 г. негативно отразилась и на этом показателе, однако снижение коэффициентов использования калия растениями существенно ниже, чем азота и фосфора. Так, если от засухи КИУ пшеницей азота и фосфора снизились, по сравнению с КИУ 2008-2009 гг., соответственно в 4,9 и 4,4 раза, то калия - только в 2,3 раза.

Коэффициенты использование серы из удобрений на порядок ниже, чем аналогичные показатели азота, фосфора и калия (табл. 6).

Таблица 6

Коэффициенты использования серы удобрений с/х культурами

Виды и формы удобрений Яровая пшеница Горох Яровой рапс

20082009 гг. 2010 г. 20082009 гг. 2010 г. 20082009 гг.

Фон* +S60 (нефтяная сера, 3 мм) 0,010 0,004 0,013 0,002 0,010

Фон+Sk, (нефтяная сера, 1 мм) 0,017 0,006 0,027 0,012 0,031

Фон+S«) (нефтяная сера, 0,25 мм) 0,058 0,014 0,066 0,028 0,112

Фон + S60 (товарная сера) 0,056 0,014 0,067 0,026 0,113

Фон + Seo (гипс) 0,078 0,015 0,085 0,032 0,128

Фон + Seo (сульфат аммония) 0,075 0,014 0,084 0,030 0,128

Средние 0,049 0,011 0,057 0,022 0,087

Прим.: *- Нормы фоновых удобрений под яровую пшеницу N121.128P49-55K3g.53,

горох - Н5зР25.з4, яровой рапс - N121-124 Р123-127К37-3«.

Так, если в среднем за три года КИУ азота, фосфора и калия пшеницей составили 0,35; 0,20 и 0,50, то серы - только 0,036. В среднем за 2008-2009 гг. окисленные формы серосодержащих удобрений усваивались лучше, чем тонко размолотая элементарная сера (товарная и нефтяная): в 1,14 раза рапсом, 1,27 - горохом и 1,34 - пшеницей. КИУ нефтяной серы среднего и грубого помола в 2,4 и 5,9 раза ниже, чем коэффициенты использования мелкой фракции нефтяной серы. На величину коэффициентов использования серы, безусловно, сильное влияние оказали погодные условия: КИУ пшеницей и горохом в условиях засухи 2010 г. снизились по сравнению с двумя предыдущими годами соответственно в 4,5 и 2,6 раза.

Таким образом, внесение серосодержащих удобрений повысило КИУ ЫРК в 1,13-1,28 раза. По росту коэффициентов использования под действием серосодержащих удобрений питательные элементы фонового удобрения расположились в следующий убывающий ряд: азот > калий > фосфор. КИУ серы колебались в зависимости от форм удобрений, культуры и погодных условий. Если исключить данные чрезмерно сухого 2010 г., то примерные КИУ серы в среднеувлажненные годы составили, в зависимости от культуры: из элементарной серы (мелкая фракция нефтяной серы, товарная сера) 0,06-0,11, а из окисленных форм серосодержащих удобрений (гипс, сульфат аммония) -0,08-0,13.

Нормативный вынос питательных элементов. Под влиянием удобрений и погодных условий нормативные выносы питательных элементов существенно меняются. Внесение того или иного питательного элемента в составе удобрений приводит к росту потребления именно этого элемента, и часто сопровождается снижением нормативного выноса элемента, отсутствующего в удобрениях. Так, внесение ЫРК привело к росту потребления азота, фосфора

и калия рапсом соответственно в 1,12; 1,16 и 1,14 раза, при одновременном снижении потребления серы в 1,14 раза (табл. 7).

Таблица 7

Изменение нормативного выноса питательных элементов яровым рапсом на серой лесной почве в зависимости от ввдов и форм удобрений (2008-2009 гг.)

Виды и формы удобрений Средний нормативный вынос 1 т семян и соответствующим количеством соломы (М ± т), кг Варьирование нормативного выноса (V), %

N р2о5 к2о S N Р?0, К,О S

Контроль (без удобрений) 36,1±2,3 18,9±1,4 20,0±3,3 8,3±1,0 9,1 10,9 23,3 17,0

Фон (NPK) 40,3±1,7 21,fttl,6 22,7±2,8 7,3±1,4 6,0 10,7 17,4 27,1

Фон+Seo (нефтяная сера, 3 мм) 40,2±1,6 21,7±1,6 22,5±2,6 7,5±1,4 5,6 10,4 16,7 26,4

®oh+S6o (нефтяная сера, 1 мм) 40,3±1,4 21,7±1,7 22,6±2,6 8,0±1,4 4,9 10,7 16,6 24,7

Фон+S«, (нефтяная сера, 0,25 мм) 41,0±1,4 22,3±1,7 22,6±2,6 9,8±1,7 4,8 11,1 16,3 25,4

Фон + Sao (товарная сера) 41,2±1,2 22,3±1,6 22,6±2,5 9,8±1,8 4,3 10,1 16,0 26,8

Фон + S«) (гипс) 41,0±1,5 22,3±1,6 22,4±2,6 9,8±1,9 5,4 10,5 16,4 27,4

Фон + S60 (сульфат аммония) 40,9±1,6 22,2±1,8 22,4±2,7 9,8±1,8 5,5 11,5 17,0 26,8

Погодные условия также оказали заметное влияние на величину нормативного выноса питательных элементов, о чем свидетельствуют коэффициенты вариации (V). У рапса особенно сильно изменились затраты на создание единицы урожая калия и серы.

Вынос №К на единицу товарной продукции под действием серосодержащих удобрений существенно не изменился. Как и можно было предположить, серосодержащие удобрения повысили потребление серы. Рост нормативного выноса 8 при внесении нефтяной серы определялся, главным образом, размерами её частиц: по мере уменьшения размера частиц потребление серы растениями росло.

Вынос серы на 1 т основной продукции (с учетом побочной) яровой пшеницы, гороха и ярового рапса в условиях серой лесной почвы составил

соответственно 3,1-4,0; 4,7-5,8 и 7,3-9,8 кг, то есть наиболее «серолюбивой» культурой оказался рапс.

3.6. Экономическая и энергетическая эффективность применения серосодержащих удобрений в агроценозах

В условиях серой лесной почвы весеннее внесение на фоне ЫРК нефтяной серы среднего и крупного, помола экономически убыточно на посевах всех изученных культур. Нефтяная сера мелкого помола, товарная сера, гипс и сульфат аммония, внесенные в дозе 60 кг д. в./га, в 2008-2009 гг. существенно повышали экономические показатели (величина прибыли с единицы площади, уровень рентабельности, себестоимость зерна) производства гороха и ярового рапса. На посевах пшеницы серосодержащие удобрения также повысили размер прибыли с единицы площади, однако снижение себестоимости зерна обеспечивает только сульфат аммония. По экономической эффективности испытанные серосодержащие удобрения расположились в следующий убывающий ряд: сульфат аммония» сыромолотый гипОнефтяная се-ра>товарная сера. Внесение мелкой фракции нефтяной серы, из-за более низкой цены, оказалось экономически более выгодным, чем применение товарной серы. По рентабельности использования серосодержащих удобрений культуры располагаются в следующий убывающий ряд: яровой рапс >горох >яровая пшеница.

Энергетическая эффективность применения удобрений аналогична с экономической эффективностью, и при весеннем внесении энергетически более эффективной формой серосодержащих удобрений является сульфат аммония. В условиях острейшей засухи 2010 г. применение удобрений, в том числе серосодержащих, экономически и энергетически не оправдалось.

ВЫВОДЫ

1. Возделывание яровой пшеницы без внесения серосодержащих удобрений снизило содержание подвижной серы почвы за вегетацию на 1,0 мг/кг. В среднем за три года серосодержащие удобрения, внесенные весной в дозе 60 кг д.в./га под яровую пшеницу, к концу вегетации повысили содержание подвижных форм серы, фосфора и калия соответственно на 2,7-4,6; 2-5 и 2-7 мг/кг. Размеры прироста подвижных форм питательных элементов за счет серосодержащих удобрений обуславливались, как погодными условиями, так и формами серосодержащих удобрений. Наибольшее повышение содержания подвижной серы обеспечивали окисленные формы серосодержащих удобрений, а у нефтяной серы - самая мелкая фракция.

2. В среднем за 3 года под действием нефтяной и товарной серы, сульфата аммония гидролитическая кислотность серой лесной почвы увеличилась на 0,02-0,07 ммоль/100 г, что примерно в 2-5 раза меньше подкисления, вызванного полным минеральным удобрением (N121-1^44-55^38-53). Подкисляющее действие нефтяной серы находилось в положительной зависимости от

тонины помола, и её мелкая фракция обнаружила примерно одинаковую с товарной серой действие на величину гидролитической и обменной кислотности. Использование эквивалентной дозы сыромолотого гипса приводило к снижению кислотности почвы.

3. На серой лесной почве, характеризующейся низким содержанием подвижной серы, весеннее внесение под культивацию нефтяной серы размерами частиц крупнее 0,25 мм не обеспечивает получение достоверной прибавки урожая сельскохозяйственных культур, экономически и энергетически убыточно. По отношению к фону мелкая фракция нефтяной серы, товарная сера, гипс и сульфат аммония увеличили урожайность пшеницы, гороха и рапса соответственно на 3-5; 5-8 и 9-13 %. Испытанные культуры по отзывчивости на внесение серосодержащих удобрений расположились в следующий убывающий ряд: яровой рапс > горох > яровая пшеница.

4. В благоприятных погодных условиях окупаемость 1 кг д. в. серы, использованной на фоне NPK, в зависимости от форм серосодержащего удобрения (мелкая фракция нефтяной серы, товарная сера, гипс и сульфат аммония) составила 1,6-3,2 кг зерна яровой пшеницы, 2,6-4,4 кг зерна гороха и 3,0-4,5 кг маслосемян ярового рапса. Максимальную отдачу обеспечили окисленные формы серосодержащих удобрений. В условиях засухи окупаемость серы снизилась примерно в 2 раза.

5. Фоновое удобрение приводило к устойчивому снижению содержания общей серы в урожае всех культур, в то время как повышение азота, фосфора и калия оказалось не стабильным. Существенное повышение серы в урожае с|х культур обеспечило внесение гипса, сульфата аммония, тонкоразмолотой нефтяной и товарной серы. В благоприятных погодных условиях серосодержащие удобрения способствовали некоторому повышению в урожае азота (семена и солома рапса, зерно и солома пшеницы), фосфора (семена рапса, зерно пшеницы) и калия (зерно и солома пшеницы).

6. Расчетные нормы NPK увеличили содержание сырого протеина, клейковины в зерне пшеницы и масличность семян рапса. Улучшение химического состава этих двух культур усилилось при дополнении фонового удобрения гипсом, сульфатом аммония и тонко размолотой элементарной серой, хотя серосодержащие удобрения действовали слабее NPK. В зерне пшеницы повышение содержания белка от удобрений сопровождалось снижением крахмала. Содержание сырого протеина в зерне гороха под влиянием удобрений существенно не изменилось. Удобрения заметно повысили массу 1000 семян всех испытанных культур, а также натуру и стекловидность зерна пшеницы.

7. Под действием нефтяной серы мелкого помола, товарной серы, гипса и сульфата аммония хозяйственный вынос серы увеличился (в среднем за годы исследования): пшеницей в 1,32-1,40 раза, горохом - 1,28-1,36 раза и рапсом - 1,45-1,51 раза. Хозяйственные выносы NPK от указанных серосодержащих удобрений выросли в среднем в 1,06-1,13 раза. Изученные макроэлементы по росту хозяйственных выносов под действием серосодержащих удобрений расположились в следующий убывающий ряд: сера > азот > фосфор > калий.

8. Коэффициенты использования NPK удобрений под влиянием серосодержащих удобрений повысились в 1,13-1,28 раза (по отношению к фону). По росту коэффициентов использования под действием серосодержащих удобрений питательные элементы фонового удобрения расположились в следующий убывающий ряд: азот > калий > фосфор.

9. В благоприятных погодных условиях (2008-2009 гг.) коэффициенты использования подвижной серы из неудобренной почвы яровой пшеницей, горохом и рапсом составили соответственно 0,53; 0,95 и 0,73. В условиях острой засухи (2010 г.) усвоение серы почвы пшеницей и горохом снизилось примерно в 3,7 раза. На удобренном фоне (NPK) коэффициенты использования подвижной серы выросли в зависимости от культуры в 1,22 (горох) - 1,64 (пшеница) раза.

10. По экономической и энергетической эффективности изученные серосодержащие удобрения расположились в следующий убывающий ряд: сульфат аммония > сыромолотам гипс > нефтяная сера > товарная сера. В условиях острейшей засухи 2010 г. применение серосодержащих удобрений оказалось экономически и энергетически не выгодным,

РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ

1. Для весеннего внесения в почву в качестве удобрения рекомендуется использовать мелкую фракцию нефтяной серы (не более 0,25 мм в диаметре).

2. В условиях окультуренной серой лесной почвы с низким содержанием подвижной серы при внесении под яровую пшеницу, горох, яровой рапс весной в первую очередь нужно использовать сульфат аммония и сыромолотый гипс, которые агрономически, экономический и энергетически более эффективны, чем товарная и нефтяная сера.

3. Для расчета баланса серы и норм серосодержащих удобрений под сельскохозяйственные культуры в условиях серой лесной почвы рекомендуется следующая ориентировочная нормативная база:

- нормативный вынос серы на 1 т основной и соответствующее количество побочной продукции яровой пшеницы 3,5 кг, гороха - 5,3 кг и ярового рапса- 8,7кг;

- коэффициенты использования подвижной серы из серой лесной почвы яровой пшеницей 0,40-0,60; горохом - 0,70-0,90 и яровым рапсом - 0,60-0,80;

- коэффициенты использования серы из гипса и сульфата аммония -0,08-0,13; товарной серы и мелкой фракции нефтяной серы - 0,06-0,11.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ

1. Гайсин, И.А.Применение серосодержащих удобрений в полевом севообороте в условиях серой лесной почвы / И.А. Гайсин, М.Ю. Гилязов, A.C. Билалова, Ф.Ш. Фасхутдинов, И.Р. Сулейманов // Агрохимический вестник, 2009, №5.-С. 3-5.

2. Сулейманов, И.Р. Действие серосодержащих удобрений на урожайность ярового рапса и потребление макроэлементов растениями в условиях серой лесной почвы / И.Р. Сулейманов, М.Ю. Гилязов // Агрохимический вестник, 2010, № 4. - С. 20-22.

3. Сулейманов, И.Р. Влияние серосодержащих удобрений на урожайность ярового рапса в условиях серой лесной почвы / И.Р. Сулейманов, М.Ю. Гилязов, Ф.Ш. Фасхутдинов //Энтузиасты аграрной науки. Выпуск 12: Труды Куб ГАУ. - Краснодар, 2010. - С. 289-292.

Статьи в материалах конференций

1.Гилязов, М.Ю. Действие серосодержащих удобрений иа урожайность некоторых сельскохозяйственных культур в условиях серой лесной почвы / М.Ю. Гилязов, Ф.Ш. Фасхутдинов, И.Р. Сулейманов // Фундаментальные и прикладные исследования в АПК на современном этапе развития химии: Материалы И Международной Интернет-конференции. - Орел: Изд-во Орел ГАУ, 2009. - С. 30-33.

2.Сулейманов, И.Р. Влияние серосодержащих удобрений на урожайность и химический состав яровой пшеницы в условиях серой лесной почвы / И.Р. Сулейманов, М.Ю. Гилязов, Ф.Ш. Фасхутдинов // Роль аграрной науки в инновационном развитии агропромышленного комплекса. Материалы международной научно-практической конференции, посвященной 90-летию агрономического факультета Казанского ГАУ. - Казань: Изд-во Казанского ГАУ,2009.-С. 38-41.

3.Сулейманов, И.Р. Зависимость урожайности и химического состава гороха от внесения серосодержащих удобрений / И.Р. Сулейманов, М.Ю. Гилязов, Ф.Ш. Фасхутдинов // Инновационное развитие агропромышленного комплекса. Материалы Всероссийской научно-практической конференции. Том 77, часть 2. - Казань: Изд-во Казанского ГАУ, 2010. - С. 104-106.

4.Сулейманов, И.Р. Продуктивность и химический состав растений гороха в зависимости от внесения серосодержащих удобрений / И.Р. Сулейманов, М.Ю. Гилязов, Ф.Ш. Фасхутдинов // Научное обеспечение АПК Евро-Северо-Востока России. Материалы Всероссийской научно-практической конференции. - Саранск, 2010. - С. 516-517.

5.Сулейманов, И.Р. Влияние серосодержащих удобрений на продуктивность яровой пшеницы и потребление макроэлементов растениями в условиях серой лесной почвы / И.Р. Сулейманов, М.Ю. Гилязов, Ф.Ш. Фасхутдинов // Состояние и пути повышения эффективности агрохимических исследований в Поволжье. Материалы регионального научно-методического совещания ученых-агрохимиков Географической сети опытов с удобрениями - М.: ВНИИА, 2010. - С. 96-101.

Фбрмат 60x84/16 Тираж 100. Подписано к печати Ю. II. 2031г.

Печать офсетная. Усл.пл. 1,00. Заказ Ю6.

Издательство КГАУ/420015 г.Казань, ул.К.Маркса, д.65 "Лицензия на издательскую деятельность код 221 ИД №06342 от 28.11.2001 г. Отпечатано в типографии КГАУ 420015 г.Казань, ул.К.Маркса, д.65. Казанский государственный аграрный университет

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, кандидата сельскохозяйственных наук, Сулейманов, Ильнур Рашитович, Казань

61 12-6/154

На правах рукотлди

СУЛЕЙМАНОВ ИЛЬЫУР РАШИТОВИЧ

АГРОХИМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ СЕРОСОДЕРЖАЩИХ УДОБРЕНИЙ НА СЕРОЙ ЛЕСНОЙ ПОЧВЕ ПРЕДВОЛЖЬЯ РЕСПУБЛИКИ

ТАТАРСТАН

06.01.04. - агрохимия

Диссертация на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук,

профессор Гилязов Миннегали Юсупович

Казань - 2011

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ...................................................................................................................................3

Глава 1. СЕРА В ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЕ И АГРОЦЕНОЗАХ (аналитический

обзор литературы).......................................................................................................................7

Глава 2. УСЛОВИЯ И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ....................50

2.1 Почвенно-климатические условия Республики Татарстан..................................50

2.2 Методика исследования.................................................................................................60

Глава 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ......................................................................71

3.1 Химический состав нефтяной серы............................................................................71

3.2 Влияние серосодержащих удобрений на агрохимические свойства почвы........73

3.3 Действие серосодержащих удобрений на величину и структуру урожая сельскохозяйственных культур..........................................................................................87

3.4 Зависимость химического состава и качества урожая от серосодержащих удобрений..............................................................................................................................116

3.4.1 Макроэлементный состав урожая......................................................................117

3.4.2 Вещественный химический состав урожая......................................................135

3.5 Изменение хозяйственного выноса, коэффициентов использования и нормативного выноса элементов питания сельскохозяйственными культурами под действием серосодержащих удобрений....................................................................140

3.5.1 Хозяйственный вынос............................................................................................140

3.5.2 Коэффициенты использования питательных элементов почвы.................148

3.5.3 Коэффициенты использования питательных элементов удобрений...........153

3.5.4 Нормативный вынос питательных элементов................................................163

3.6 Экономическая и энергетическая эффективность применения серосодержащих удобрений в агроценозах....................................................................................................171

ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ.........................................................184

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.....................................................................................................188

ПРИЛОЖЕНИЯ......................................................................................................................207

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Внесение удобрений - самое сильное вмешательство человека в круговорот питательных элементов в земледелии, в создании активного баланса в системе почва-удобрение-растение. Удобрения создают оптимальный режим питания растений, направленно регулируют обмен органических и минеральных соединений, что позволяет реализовать потенциальную продуктивность растений по количеству и качеству урожая [Ягодин, Жуков, Кобзаренко, 2003; Минеев, 2004; Минеев, 2008].

В современном земледелии химизация наряду с другими факторами стала мощным ресурсом интенсификации сельского хозяйства. В высокоразвитых странах не менее 50-60 % всех прибавок урожая, или 25-30 % валовой растениеводческой продукции, получают за счет применения удобрений. Ведущая роль удобрений для достижения этих задач сохранится и в обозримом будущем [Ефимов, Горлова, Лунина, 2004; Романенко и др., 2005; Ефремов, Сычев, 2011].

Однако эффективность удобрений, ставших, как известно, весьма дорогими, достигается лишь тогда, когда они вносятся в соответствии с биологическими требованиями растений и с учетом обеспеченности почв всеми абсолютно необходимыми макро- и микроэлементами [Ягодин, 2002; Овчаренко, 2008; Аристархов, 2011].

За последние годы во многих странах мира, в том числе и в нашей стране, заметно возросла урожайность сельскохозяйственных культур и возникла проблема удовлетворения потребностей растений в ряде таких элементов питания, запасы которых в почве и атмосфере до сих пор считались достаточными. К таким элементам, в частности, относится сера, которая по своему физиолого-биологическому значению находится в одном ряду с азотом, фосфором, калием [Ягодин и др., 1989; Минеев, 2004]. Сера, входит в состав белков и является непременным участником их синтеза.

Однако до сих пор внесение серы носит случайный характер, и она попадает в почву бессистемно в составе некоторых минеральных удобрений как балласт.

Данное обстоятельство нередко приводит к обострению дефицита серы в земледелии многих регионов и создает определенные трудности в обеспечении прогрессивного роста урожайности сельскохозяйственных культур, что и послужила основанием для наших исследований.

Цель и задачи исследования. Целью исследования явилась оценка эффективности применения на посевах яровой пшеницы, гороха и рапса серосодержащих удобрений, в том числе нефтяной серы, полученной в качестве побочного продукта при очистке высокосернистой нефти ОАО «Татнефть» на специальных установках сероочистки. Были поставлены следующие задачи:

1.Дать сравнительную оценку эффективности применения серосодержащих удобрений, в том числе нефтяной серы, на посевах яровой пшеницы, гороха и рапса;

2.Установить влияние серосодержащих удобрений на хозяйственный вынос и коэффициенты использования основных макроэлементов из почвы и минеральных удобрений;

3.Оценить экономическую и энергетическую эффективность использования серосодержащих удобрений при возделывании изучаемых сельскохозяйственных культур в условиях серой лесной почвы.

Научная новизна. Впервые в условиях Предволжья Республики Татарстан (РТ) определена сравнительная эффективность применения нефтяной и товарной серы, сыромолотого гипса и сульфата аммония на посевах сельскохозяйственных культур. Установлена степень влияния различных форм серосодержащих удобрений на химический состав урожая и коэффициенты использования макроэлементов культурами из почвы и минеральных удобрений. Доказано, что эффективность применения нефтяной серы, внесенной весной под культивацию в качестве

серосодержащего удобрения, обуславливается, прежде всего, тониной её размола.

Практическая значимость. Предложены нормативы выноса и коэффициенты использования серы из почвы и удобрений сельскохозяйственными культурами, которые являются нормативной базой для определения потребности культур в удобрениях и баланса серы в агроценозах.

Результаты исследования будут использованы для усовершенствования системы удобрения сельскохозяйственных культур в РТ.

Научная информация о сравнительной эффективности серосодержащих удобрений на посевах сельскохозяйственных культур используется в учебном процессе в рамках дисциплин «Агрохимия», «Система удобрения», «Растениеводство».

Основные положения, выносимые на защиту:

- изменение кислотности, содержания подвижных форм серы, фосфора и калия серой лесной почвы под действием серосодержащих удобрений;

-зависимость агрономической, экономической и энергетической эффективности нефтяной серы, внесенной весной под культивацию в качестве удобрения, от её гранулометрического состава;

-эффективность применения различных форм серосодержащих удобрений (сыромолотый гипс, сульфат аммония, товарная и нефтяная сера), при весеннем внесении под яровую пшеницу, горох и яровой рапс;

- повышение коэффициентов использования азота, фосфора и калия минеральных удобрений под действием серосодержащих удобрений.

Апробация результатов. Материалы диссертации доложены на Международных научно-практических конференциях: «Роль аграрной науки в инновационном развитии агропромышленного комплекса» (Казань, 2009), «Фундаментальные и прикладные исследования в АПК на современном этапе развития химии» (Орел, 2009), «Макро- и микроэлементы в питании и продуктивности растений» (Краснодар, 2010), «Удобрения, плодородие почв

и продуктивность современного земледелия» (Казань, 2010); Всероссийских научно-практических конференциях: «Инновационное развитие агропромышленного комплекса» (Казань, 2009, 2010), «Научное обеспечение АПК Евро-Северо-Востока России» (Саранск, 2010) и получили положительную оценку.

Публикация. По результатам исследований опубликовано 8 печатных работ, в том числе 3 работы в изданиях, рекомендуемых ВАК Минобрнауки Российской Федерации.

Объем и структура работы. Диссертационная работа изложена на 247 страницах машинописного текста, содержит 48 таблиц, 6 рисунков, 33 приложения. Работа состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, содержащей методы и результаты исследования, общих выводов и предложений производству. Список цитируемой литературы включает 201 наименования, из них 16 на иностранных языках.

7

Глава 1

СЕРА В ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЕ И АГРОЦЕНОЗАХ (аналитический обзор литературы)

Краткая характеристика серы как химического элемента. Сера -

химический элемент VI группы периодической системы Д.И. Менделеева с порядковым номером 16 и атомной массой 32,066 достаточно подробно описана в литературных источниках. Природная сера состоит из смеси

32 33 34 36

четырех устойчивых изотопов - 8, 8, 8, 8, относительная распространенность которых на Земле составляет соответственно 95,018; 0,750; 4,215 и 0,017 %. Получены три искусственных радиоактивных изотопа: 318, 358 и 378 с периодом полураспада соответственно 2,4 с, 87,1 сут. и 5,04 мин. [Дж. Эмсли, 1993].

Как химический элемент, сера охарактеризована впервые в 1789 г. А.Л. Лавуазье. Он её включил в список неметаллических простых тел. К началу XIX в. не все химики признавали серу как самостоятельный химический элемент. Лишь в 1809 г. Ж. Гей-Люссак рассеял все существовавшие сомнения и точно установил ее существование. Русское название элемента восходит своими корнями к санскритскому слову «сира» (светло-желтый).

Химически чистая сера - хрупкое кристаллическое вещество желтого цвета, хорошо растворима в сероуглероде, бензоле, анилине; в воде она не растворяется. Сера плохо проводит теплоту и электричество. Она образует молекулы с четным числом атомов: 82, 84, 86, 83. При обычных условиях устойчива молекула 88, имеющая структуру короны. Из таких молекул, связанных силами Ван-дер-Ваальса, построены две аллотропные кристаллические модификации серы: ромбическая лимонно - желтая а -форма и моноклинная медово-желтая /?- форма [Аристархов, 2007].

При обычных температурах сера быстро реагирует с фтором и медленно со многими металлами. Она активно взаимодействует с кислородом, водородом, хлором, бромом. Сера не реагирует только с азотом, йодом и благородными металлами. Устойчивыми и важнейшими окислами серы

являются двуокись 802 или сернистый ангидрид и триокись 803 или серный ангидрид. Из соединений серы с галогенами наиболее распространены бромид 82Вг2, фторид 8Б2, хлорид 82С12, дихлорид 8С12 и тетрахлорид 8С14. С металлами она образует сульфиды [Аристархов, 2007].

Сера - типичный неметалл. Лимонно-желтые кристаллы чистой серы полупрозрачны. Форма кристаллов не всегда одинакова. Чаще всего встречается ромбическая сера (наиболее устойчивая модификация), кристаллы которой имеют вид октаэдров со срезанными углами. Молекулы кристаллов серы всегда состоят из восьми атомов (88), а различие в свойствах модификаций серы объясняется полиморфизмом — неодинаковым строением кристаллов. Атомы в молекуле серы построены в замкнутый цикл [Химический энциклопедический словарь, 1983].

Сера в окружающей среде. Сера относится к весьма распространённым в природе химическим элементам. По распространенности в окружающей среде сера занимает 15-е место. К тому же сера химически активна и вступает в реакции с большинством элементов. Поэтому в природе сера встречается не только в свободном состоянии, но и в виде разнообразных неорганических соединений. Особенно распространены сульфаты, (главным образом щелочных и щелочноземельных металлов) и сульфиды (железа, меди, цинка, свинца). Сера есть и в углях, сланцах, нефти, природных газах, в организмах животных и растений [Химический энциклопедический словарь, 1983].

В земной коре масса серы составляет 30200 млрд. т, а среднее содержание ее 0,1 %. Главные формы нахождения серы в природе - это сульфиды с крайне восстановленной серой и сульфаты с максимально окисленной. В земной коре преобладает сульфидная сера (75 %), в осадочной оболочке несколько выше доля сульфатной серы (31 %). Половина массы серы заключена в глинах и сланцах, в которых она представлена в основном (97 %) сульфидной; следующее место по массе серы занимают соли: гипсы,

ангидриды, в которые заключена сульфатная сера с самым высоким содержанием - 5,18 % [http://abacuscomp.narod.ru/sulfur/sulfurl.html].

Специалисты считают, что мировые ресурсы серосодержащего сырья оценить очень трудно, поскольку сера выступает в большинстве случаев как попутный компонент. И только самородная сера представляет собой самостоятельный вид, мировые запасы которой составляют 2,5 млрд. т, в том числе, в Польше - 0,8; в США - 0,7; в Ираке - 0.3; в Мексике и на Украине -по 0,2 млрд. т. В России запасы самородной серы небольшие - всего лишь 27 млн. т. Однако в других видах серосодержащего сырья запасы серы весьма значительны. Главные ресурсы России связаны с горючими газами, в основном с Астраханским месторождением в Астраханской области. Весьма значительные запасы серы связаны с комплексными рудами цветных металлов, и, в первую очередь, в Красноярском крае, в Оренбургской области, в Башкортостане и в Бурятии

[http://abacuscomp.narod.ru/sulflir/suifurl.html].

Важнейшими соединениями этого элемента являются сульфаты и сульфиды. Кроме этих соединений в природных объектах в небольших концентрациях присутствуют и другие формы серы - тиосульфаты, сульфиты, политионаты и органические соединения. Кларк серы в земной коре составляет 4,7" 10" %, в морской воде - 8,7-10" % [ Дж. Эмсли, 1993]. По данным В.И. Вернадского (1954) в отдельных регионах земли её Кларк может достигать 0,15 %. Установлено, что основная масса серы находится в литосфере и только около 10 % - в солях гидросферы и лишь 1,5-10" % в атмосфере в виде сероводорода, двуокиси, триокиси серы и сульфатов [Аристархов, 2007].

В биосфере сформировался достаточно развитый процесс циклических преобразований серы и ее соединений. Особенности биогеохимического круговорота серы заключаются в том, что её обширный резервный фонд сосредоточен в почве и отложениях, а в атмосфере находится небольшая часть этого элемента. В обменном фонде серы основная роль принадлежит

специализированным микроорганизмам, одни виды которых выполняют реакцию окисления, другие — восстановления. Обращает на себя внимание также микробная регенерация серы из глубоководных отложений, в результате которой к поверхности перемещается сероводород [Сытник, Брайон, Гордецкий, 1987; Черников и др., 2000].

По данным X. Боуэна (1981) [цит. по: Аристархов, 2007] в составе живого вещества Мировой суши, образованного в основном высшими растениями, концентрация серы составляет 0,34 % сухой биомассы. По сравнению с растениями, в животных и бактериях из-за большого содержания в биомассе белков концентрация серы значительно выше. Отношение С : Б в белках около 16, в углеводах - 80, в наземных растениях -более 200, в животных - около 70. По данным В.В. Добровольского (1998), в живом веществе океана среднее содержание серы равно 1,2 % сухого вещества. Отношение С : Б в морских растениях около 50, почти такое же, как у наземных животных. Отношение С : 8 в органическом веществе почвы колеблется в пределах 80-100. При его минерализации сера высвобождается несколько быстрее, чем азот. Отношение N : 8 в почве варьирует от 10 до 6,7. По расчётам В.В. Добровольского (1998), количество серы, находящееся в биомассе суши, составляет 8,5-109 т, в фотосинтетиках океана - 0,07-109 т, в консументах океана - 0,05-109 т. Концентрация серы в неживом органическом веществе, по его мнению, близка к 0,5 % сухого вещества. Если эта цифра верна, то масса серы, находящаяся в органическом веществе педосферы, равна 15,5-109 т.

Почвы являются центральным звеном в биосфере и изучение закономерностей распространения, распределения, сочетания и миграции в них макро- и микроэлементов имеет большое значение в теории и практике управления биологическим круговоротом веществ в агроэкосистемах [Аристархов, 2007].

Роль микроорганизмов в круговороте серы в земледелии наиболее детально рассмотрено в работе С. Русселя (1977). Он отмечает, что

соединения серы подвергаются в почве многим превращениям в результате жизнедеятельности растений и животных и, прежде всего, микроорганизмов. Абиотическим факторам принадлежит лишь минимальная роль в круговороте серы. По его мнению, остатки растений и животных, попадающие в почву, являются обильным источником различных соединений серы. Основными органическими серосодержащими соединениями являются аминокислоты, пептид глутатион, некоторые а�