Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Агрохимические основы повышения производительной способности осушаемых болотных почв в Средней Сибири

ВАК РФ 03.00.27, Почвоведение

Текст научной работыДиссертация по биологии, доктора сельскохозяйственных наук, Рудой, Николай Георгиевич, Красноярск

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ

НАУК СИБИРСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ КРАСНОЯРСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА

ЧМ® а^л

• х л

/п " ) На правах рукописи

4

РУДОЙ НИКОЛАЙ ГЕОРГИЕВИЧ

Агрохимические основы повышения производительной способности осушаемых болотных почв в Средней Сибири

03. 00. 27 - Почвоведение 06. 01. 04 - Агрохимия

£ ■ Но

Диссертация в виде /научного доклада на соискание учёной степени доктора сельскохозяйственных наук^

Кр'аЕйЬяр

Официальные оппоненты:

Ведущая организация -

доктор биологических наук, профессор Н.Е. Абашеева доктор биологических наук

В.М. Назарюк доктор биологических наук, профессор В.В. Чупрова Томский государственный университет

Защита состоится « 1997г.

/

на заседании диссертационного совета Д 120. 45. 01 по защите диссертаций на соискание учёной степени доктора сельскохозяйственных наук в Красноярском государственном аграрном университете по адресу:

660049 г. Красноярск, Проспект мира, 88, конференц-зал.

С диссертацией в виде научного можно познакомиться в

библиотеке Красноярского Государственна аграрного университета.

Диссертация в виде научного доклада пана « ' У » к, 1997 г.

Учёный секретарь диссертационного совета доктор сельскохозяйственных наук Р.М. Бабинцева

Актуальность проблемы.

Мелиоративный фонд земель Средней Сибири, нуждающихся в осушении, в пределах земледельческой зоны составляет более 0,5 млн. гектаров. В эксплуатации находится около 130 тыс. гектаров. При весьма значительных затратах на мелиорацию производительная способность осушаемых земель 1в зоне низкая. Более Половины их занято естественными сенокосами, около четверти площади малопродуктивными пастбищами. Средняя многолетняя урожайность сена варьирует в пределах 8,5-12,8 ц/га. Весьма низкая урожайность однолетних кормовых культур.

Наряду ей слабым техническим состоянием части осушительных систем, организационно-хозяйственными причинами, нарушением технологии возделывания сельскохозяйственных культур низкая эффективность использования мелиорируемых земель сопряжена с неудовлетворительным применением удобрений. Эта ситуация усугубляется слабой изученностью агрохимического достоинства осушаемых торфяных и лугово- болотных почв, особенностей действия на них удобрений и условий, определяющих их эффективность. Научные основы применения удобрений, разработанные для других природных условий, не учитывают своеобычности почвенных свойств мелиорируемых земель в географически обширной средне-сибирской зоне. Они обусловлены высокой континентальностью климата, коротким периодом вегетации, особенно периода без заморозков. На осушаемых почвах складывается жёсткий водно-тепловой режим с появлением длительной сезонной и многолетней мерзлоты.

Свойственный гидроморфным почвам зоны сравнительно высокий уровень потенциального плодородия сопровождается низкими показали экономического. После того, как посредством комплекса инже-чх и агромелиоративных приёмов отведены избыточные воды и 5 овлен заданный режим осушения, встаёт проблема оптимизации *, юго режима, которая и предопределяет необходимость научного Лования системы создания эффективного плодородия и повышения ^водительной способности осушаемых почв. Решающая роль в этом длежит удобрениям, без них использование мелиорируемых почв Ггабельно.

Актуальность проблемы возрастает в связи с программой Красноярской краевой администрации, поддержанной федеральным центром, по освоению Ангарского региона, который характеризуется повышенной заболоченностью.

Цели и задачи исследований.

Цель наших исследований - установить агрохимические особенности мелиорируемых гидроморфных почв, определить условия эффективного действия на них удобрений и разработать основы их рационального применения.

Для реализации поставленной проблемы намечено решение следующих задач:

—изучить обеспеченность кормовых культур почвенными запасами основных элементов питания, их режимы и пространственное варьирование, а также основные формы содержания в осушаемых торфяных почвах фосфора и калия;

—изучить закономерности действия азотных, фосфорных, калийных и медных удобрений на урожайность кормовых культур на осушаемых гидроморфных почвах, занимающих наибольший удельный вес в структуре почвенного покрова мелиоративных систем;

—изучить влияние доз и сочетаний удобрений на концентрацию и соотношение питательных элементов в фитомассе кормовых культур, зависимость их продуктивности от соотношения в растениях основных трофических элементов;

—установить оптимальное содержание в почве фосфатов и калия, обеспечивающее потенциальную продуктивность возделываемых культур в кормовом севообороте;

—разработать лимиты обеспеченности почвенными запасами фосфора и калия кормовых культур и потребности их в удобрениях.

Объекты и методы исследований.

Материалы исследований относятся к территории между Западной Сибирью и оз. Байкалом, которую К.П. Горшенин ( 1955 ) выделил в обособленный регион - Среднюю Сибирь. Согласно торфяно-болотному районированию она охватывает Приенисейскую и Прибайкальскую об-

ласти (Тгоремнов, 1956), а по агроклиматическому - Среднесибирскую лесостепную и Южно-таёжную лесную провинции. Основная черта климата - резкая континентальность, Сумма активных температур -1400-17000° ( Шашко, 1985).

Основными объектами стационарных исследований выбраны торфя-но-перегнойные карбонатные на мелком торфе почвы Белозерской осушительной системы и торфяно-перегнойные типичные на мелком торфе почвы Большемуртинской осушительной системы. Белозерская ОС сооружена на второй надпойменной террасе р. Урюп - левом притоке р. Чулым. Большемуртинская ОС расположена на первой надпойменной террасе р. Таловой - левом притоке третьего порядка р. Енисей.

Вегетационные опыты проведены на почвах, занимающих преимущественный удельный вес в почвенном покрове осушительных систем: в Красноярском крае в Ачинско-Красноярском торфяно-болотном округе- Частоостровской, Ухловской, Комаровской; в Ужурско-Ширинском округе - Краснополянской; в Предгорном Западно-Саянском округе -Разъезжинской; в Канском округе - в хозяйствах ( а/о ) Саянского района : Борец и им. Чапаева, в Ирбейском районе - Заветы Ильича, ^мая , им. Калинина; в Иркутской области - Картагонской.

На стационаре Большемуртинской ОС полевые опыты проведены в звеньях травопольного севооборота: полевом - а) горох+овёс - подсолнечник - рапс, б) пар - озимая рожь + поукосно рапс - горох + овёс -подсолнечник - рапс; луговом - 4(5) лет травосмесь : кострец безостый + овсяница луговая + тимофеевка луговая. На стационаре Белозерской ОС в полевом звене принято чередование: горох+овёс -подсолнечник -горох+овёс, в луговом - та же травосмесь злаковых многолетних трав.

На Большемуртинском стационаре в опытах использована фактори-альная схема -1/4 выборки из схемы 4x4x4, дополненная вариантами с медью на фоне высоких доз макроудобрений (Методические указания ВИУА, 1976), на Белозёрском стационаре схема Фишера (А. Демолон,

7 9

1961). Оощая площадь делянок 150-180м , учётная - 60-100м. Размещение делянок блочное, рендомизированное, торцом к осушителям. Повторность трёх-, четырёхкратная ( Головко, 1971 ).

Вегетационно-полевые опыты проведены в полиэтиленовых сосудах бездна размером 30x30x32 с размещение их в выемках почвы с интервалом 70 см. Повторность восьмикратная (Липкина, 1980 ).

Вегетационные опыты поставлены в двух- и пятилитровых полиэтиленовых сосудах в соответствии с методическими указаниями (Жур-бицкий , 1968).

Изучение влияния криогенсза на поведение почвенных питательных элементов проведено модельными опытами по идее А.Г. Дояренко (1963) и Нейбауэра-Шнейдера (Агрохимические методы исследования почв, 1975).

Изучение биологической активности почв осуществлено в соответствии с методическими указаниями (Красильников, 1958 ).

Отбор смешанных агрохимических образцов почвы произведён под-сляночно в 20-кратной повторности. Валовые и подвижные формы питательных элементов проанализированы согласно общепринятых прописей и стандартов (Агрохимические методы исследования почв, ■ 1975; ОСМ 46 40-76 - ОСМ 46 52-76). Анализ фракционного состава почвенных фосфатов выполнен по методу Гинзбург-Лебедевой в модификации Неговелова-Пестовой (1978).

Растительные образцы отобраны поделяночно в 15-20-кратной повторности, проанализированы по стандартным методам и рекомендациям (ЦИНАО, 1978; Яковлева, 1977).

Математическая обработка результатов опытов и аналитических материалов почв и растений произведена способами вариационной статистики (Доспехов, 1972; Дмитриев, 1972; Снедекор, 1961).

Исходные материалы.

В диссертации обобщены результаты исследований, выполненные автором в 1972-1992 гг. в соответствии с тематическими планами в созданной им лаборатории агромелиоративного почвоведения в Сибирском научно-исследовательском институте гидротехники и мелиорации (1972-1978гг.) и в организованной им же лаборатории сельскохозяйственных мелиорации в Красноярском научно-исследовательском институте сельского хозяйства СО РАСХН (1979-1992гг.).

Автором поставлена проблема, разработаны программы, организованы стационары на Белозерской и Большемуртинской ОС, осуществлялось методическое и организационное руководство, выполнена значительная часть экспериментальных работ, произведено обобщение литературных материалов, обработка и интерпретация эксперимен-

талъных данных, сделаны теоретические выводы, разработаны рекомендации и предложения производству.

В проведении экспериментальных и камеральных работ принимали участие специалисты - Н.В. Аглиева, Р.Д. Бенина, Л.П. Вишневская, Н.П. Воробьёв, А.П. Гераськина, И.А. Куприн, Л.Р. Мукина, Т.П. Нс-кипелова, Л.П. Норкина, В.В. Правдивец, Ю.Н. Трубников, Л.К. Чехо-надская.

Научная новизна

Впервые в условиях Средней Сибири:

—вскрыты особенности фондов основных питательных элементов мелиорируемых торфяных почв, их пространственная изменчивость, сезонная динамичность и фракционный состав фосфора и калия ;

—изучена обеспеченность кормовых культур, адаптивных к гидротермическому режиму почв, почвенными запасами азота, фосфора, калия и меди;

—установлено оптимальное содержание в почве легкорастворимых соединений фосфора и калия и разработаны лимиты обеспеченности почвенными запасами элементов кормовых культур;

—установлена закономерность действия азотных, фосфорных, калийных и медных удобрений на продуктивность полевого звена (горохоовсяная смесь - подсолнечник- рапс) и лугового звена (кострец безостый + овсяница луговая + тимофеевка луговая ) в системе травопольного севооборота на торфяно-перегнойной типичной, торфяно-перегнойной карбонатной и лугово-болотной карбонатной почвах;

—изучен элементный состав кормовых культур, его зависимость от соотношения видов и доз удобрений, продуктивности культур; баланс питательных элементов в звеньях травопольного севооборота;

—установлено сбалансированное соотношение азота, фосфора, калия и кальция в фитомассе культур, обеспечивающее их максимальную продуктивность и парная коррелятивная зависимость содержания в фитомассе азота и калия, а также калия и кальция;

—изучено влияние удобрений на микробный ценоз, целлюлозолити-ческую и протеолитическую активность почв, нитрификационную

способность; а также изменение содержания в почве легкорастворимых соединений фосфора и калия за ротацию полевого и лугового звена травопольного севооборота;

—предложен способ расчёта рациональных доз азотных, фосфорных и калийных удобрений под кормовые культуры на основе регрессионной зависимости их продуктивности от потребности в соответствующих питательных элементах для формирования заданной урожайности.

Защищаемые положения.

• Особенности режимов почвенного фонда основных элементов питания растений и уровень обеспеченности ими кормовых культур; оптимальное содержание легкорастворимых соединений фосфора и калия в осушаемых торфяных почвах.

• Закономерности действия азотных , фосфорных, калийных и медных удобрений в полевом и луговом звеньях травопольного севооборота на торфяно-перегнойных типичных, торфяно-перегнойных карбонатных на мелком торфе и лугово-болотных карбонатных почвах.

• Влияние удобрений на концентрацию и соотношение азота, фосфора, калия и кальция в фитомассе кормовых культур.

• Расчет рациональных доз удобрений на основе регрессионной зависимости продуктивности кормовых культур и потребляемых ими элементов питания.

• Изменения биологических свойств и содержания в почве легкорастворимых соединений фосфора и калия в зависимости от уровня интенсивности применения удобрений в полевом и луговом звеньях кормового севооборота.

Практическая ценность и реализация результатов исследований.

Материалы научных, производственных опытов и теоретические положения использованы в качестве основы рекомендаций:

"Временные рекомендации по сельскохозяйственному освоению и использованию осушенных торфяно-болотных почв в лесостепной зоне Средней Сибири" (1975).

"Эффективность удобрений и рекомендации по их применению на торфяно-болотных почвах Средней Сибири" (1978).

"Рекомендации по применению медных удобрений на осушенных торфяно-болотных почвах лесостепной зоны Средней Сибири" (1978).

"Агрохимические основы повышения производительной способности торфяных почв и технологии возделывания кормовых культур в Восточной Сибири. Рекомендации". (1991).

Результаты исследований автора положены в основу рекомендаций по сельскохозяйственному использованию осушаемых почв и применению на них удобрений в изданиях:

"Система ведения сельского хозяйства Восточной Сибири" (1976), "Рекомендации по дальнейшему развитию сельского хозяйства Восточной Сибири" (1980),

"Рекомендации по увеличению производства зерна, кормов, повышению эффективности и устойчивости земледелия в Восточной Сибири" (1980),

"Система земледелия Красноярского края" (1982), "Система мелиоративного земледелия в гумидной зоне Сибири" (1995).

Освоение рекомендаций в производстве повышает продуктивность кормовых культур на осушенных землях в 1,4 - 2,6 раз, обеспечивая получение до 65 ц/га сена травосмеси многолетних злаковых трав и 43-61 ц/га сухого вещества горохо-овсяной смеси, подсолнечника, рапса, озимой ржи ( на зелёный корм и силос). Окупаемость удобрений составляет 15,1 - 30,7 кг сухого вещества на 1 кг действующего вещества удобрений.

9

Я^УДАГ'

Содержание работы.

1. Обеспеченность кормовых культур азотом, фосфором, калием и медью на мелиорируемых почвах.

Первые материалы о болотных почвенных образованиях региона Средней Сибири получены при изучении природы болот (Пьявченко, 1985; Тюремнов, 1956; Платонов, 1964; Храмов, 1964). Исходные же систематические сведения о болотных и заболоченных почвах принадлежат К.П. Горшенину (1955). В последующем исследования существенно углублены и расширены ( Ерохина, Кириллов, 1962; Семина, 1962; Будина, Вишневская, 1962; Ефремов, 1981; Ефремова, 1981; Кор-зун, Симонснков, Ивсльский, Иванюта, 1978).

Почвенный покров Белозерской ОС даёт представление о структуре почвенного покрова осушаемых земель региона (1 ). Обследованием более 2-х тыс. гектаров в масштабе 1:10000 и 12 гектаров - 1:2000 на массиве выявлено восемь почвенных разновидностей. Половина площади осушаемого массива приходится на органогенные почвы. Из них около половины занимают торфяные на мелких торфах почвы ( 50-100 см).

Ботанический состав торфа разнообразен. Выделены виды торфа: злаково-осоковый, осоково-злаковый, злаковый, осоковый, дрсвесно-осоковый. Степень разложения - 14-25 %, иногда выше, зольность -28-87%.

Реакция почвенного раствора слабощелочная и щелочная. Содержание углекислоты карбонатов достигает 21-24%. По градациям засоленности торфяных почв Сибири (Логинов, 1978) в исследуемых почвах содержание водорастворимых солей не выходит за пределы слабозасо-дённых концентраций. Состав анионов хлоридно-сульфатный, хлорид-ный; катионов - магниево-кальциевый. В целом солевой режим почвенных профилей относится к перемежающемуся засолению. При переосушке возможно проявление токсичности солей.

1.1. Почвенный фонд азота, фосфора, калия и меди.

По запасам элементов питания в корнсобитаемом слое лугово-болот-яые и особенно торфяные значительно уступают зональным минераль-

ным (1,9,10,15). Содержание валовых форм азота в пахотном слое торфяных почв изменяется в широких пределах - в основном от 1,17% до 3,39%. Доля минерального азота составляет около 1 %.Содержание нитратного азота в течение вегетационного периода сильно изменяется, реагируя на гидротермический режим и напряжение биологических процессов почвы. Коэффициент варьирования за сезон выражается в 119-190%. В пахотном слое ещё до наступления физическо�