Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

АГРОХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЧВ ЛАНДШАФТНЫХ ФАЦИЙ КАМЕННОЙ СТЕПИ

ВАК РФ 06.01.04, Агрохимия

Автореферат диссертации по теме "АГРОХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЧВ ЛАНДШАФТНЫХ ФАЦИЙ КАМЕННОЙ СТЕПИ"



РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ НАУК

ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА ЦЕНТРАЛЬНО-ЧЕРНОЗЕМНОЙ ПОЛОСЫ ИМ. В.В.ДОКУЧАЕВА

Агрохимические свойства почв ландшафтных фаций Каменной Степи

На правах рукописи

АГАФОНОВА ЮЛИЯ АЛЕКСЕЕВНА

Специальность: 06.01.04. —агрохимия

Автореферат на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Каменная Степь, 2000

Диссертационная работа выполнена в Научно-исследовательском институте сельского хозяйства Центрально-Черноземной полосы им. В.В.Докучаева в 1997-1999 гг.

Научный руководитель —доктор сельскохозяйственных наук, профессор,

академик РАЕН Рымарь В.Т.

Официальные оппоненты: -доктор сельскохозяйственных наук, профессор

В.М. Воронин

-кандидат сельскохозяйственных наук A.M. Новичихин

Ведущее предприятие — Черноземный институт мониторинга земель и

экосистем

Защита состоится « » 2000 г. в УЗ. GO. часов на

заседании диссертационного совета К 020.22.91 при Научно-исследовательском институте сельского хозяйства Центрально-Черноземной полосы им. В. D. Докучаев а

Адрес: 397463, Воронежская область, Таловский район, п/о Институт им. Докучаева, участок 2

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института. Автореферат разослан « » с&сп&^кАг 2000 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат сельскохозяйственных наук,

старший научный сотрудник ^^ В.В.Бакалова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

I '

Актуальность темы. Функционирующий более 100 лет в Каменной Степи агролесомелиоративный почвозащитный комплекс гармонично соединил естественные процессы с хозяйственной деятельностью человека и является эталоном создания антропогенного ландшафта. - ■

В ряде областей Центрального Черноземья последние годы ускоренно ведется разработка н освоение систем земледелия нового поколения на ландшафтной основе. Это воплощение в жизнь идей В.В.Докучаева, дополненное новейшими теоретическими разработками научно-исследовательских учреждений зоны. В недалекой перспективе можно ожидать, что природоохранный комплекс Каменной Степи перестанет быть уникальным и распространится ' не только на территории Центрального Черноземья, ко и за ее пределами.

В антропогенном лесоаграрном ландшафте складывается другая, ближе к природной экологическая ситуация, которая существенным образом изменяет свойства почвы, В связи с этим, изучение изменяющихся свойств почвы, и в первую очередь одного из главных показателей, агрохимических свойств, является весьма актуальным. В диссертации обобщены опубликованные в пе-. чати работы Г.М.Тумина, Н.Н.Никаноровой, П.ПАдерихина, А.П.Щербакова, проводившие в различные годы изучение почв Каменной Стелн, а также исследования научных сотрудников НИИСХ ЦЧП им. В.В.Докучаева за последние 50 лет (М.И.Сучалкина, В.П.Байко, А.Ф.Витер, И.Б,Годунов и другие). Оценка происходящих трансформационных процессов и их прогноз на территории осваиваемых агролесомелиоративных комплексов дает возможность более ориентированно использовать почву, как основное средство производства в сельском хозяйстве.

Цель и задали исследований. Главная цель исследований - дать комплексную оценку изменяющимся агрохимическим свойствам почв ландшафтных фаций Каменной Степи в связи с освоением агролесомелиоративного комплекса. Для этого были поставлены и решались следующие задачи;

- определить валовые запасы основных элементов питания растений и их трансформацию при различной антропогенной нагрузке;

- изучить степень подвижности питательных веществ в почве и их влияние на продуктивность растений овса;

- установить корреляционные и регрессионные связи между различными формами подвижных питательных веществ в почве и продуктивностью растений овса;

- определить гумусное состояние почв в сравнении с залежными аналогами; . ..

- дать комплексную характеристику ППК и его трансформации при использовании почв в сельскохозяйственном производстве;

- определить физические свойства и биологическую активность в связи с изменениями агрохимических свойств по

Научная новизна. В системе агролесс первые

определены трансформационные величины основных элементов питания н взаимосвязь их подвижных форм с продуктивностью растений овса.

Подучены количественные характеристики гумусного состояния почв ландшафтных фаций Каменной Степи и выявлены связи продуктивности растений овса с лабильными формами гумуса. - *

Установлена различная реакция растений овса на минеральные удобрения в зависимости от уровня атропогенной нагрузки на почву, ,

Выявлены группы соединений, подверженных* элювиально-иллювиальному перераспределению по профилю почв, используемых в сельскохозяйственном производстве.

Защищаемые положения. На защиту выносится концепция современной оценки агрохимического состояния почв ландшафтных фаций Каменной Степи, основывающаяся на следующих положениях:

- по мере увеличения антропогенной нагрузки, подвижность питательных веществ возрастает с одновременным снижением их валовых запасов в почве;

- анализ состояния почвеино-поглощаюшего комплекса и продукционно-деструкционный процесс трансформации органического вещества указывает на отсутствие подкислення почв при сельскохозяйственном использовании на протяжении 105 лет;

- эффективность применения минеральных удобрений со времени распашки залежи возрастает в следующей последовательности: фосфорные, азотные, калийные.

Практическая ценность работы. Результаты исследования выявили особенности изменений агрохимических свойств почв Каменной Степи под влиянием агролесомелиоративного комплекса и могут быть применены для диагностики состояния почв в связи с освоением эколого-ландшафтных систем земледелия, при разработке теории минерального питания растений и при подготовке рекомендаций по рациональному использованию минеральных удобрений.

Апробация работы и публикации. Материалы исследований докладывались и обсуждались на научно-практических конференциях Воронежского ГАУ в 1997, 1999 гг., на Международной конференции в Почвенном институте им. В.В.Докучаева, Москва, в 1997 г, и на заседаниях Проблемного и Ученого советов НИИСХ ЦЧП им. В.В.Докучаева в 1997-1999 гг. По теме диссертации опубликовано пять печатных работ.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 182 страницах машинописного текста. Состоит из введения, восьми глав, выводов и предложений производству. Экспериментальный материал представлен в 15 таблицах и 22 рисунках, 32 таблицы помещены в приложении. Список использованной литературы включает 281 наименование, в том числе 20 зарубежных авторов.

Объекты к методы исследований

Исследования проводились в течение 1997-1999 гг. на объектах агролесомелиоративного почвозащитного комплекса Каменной Степи.

В качестве объектов исследования рассматривались почвы ландшафтных фашй Каменной Степи косимая и некосимая залежь, многолетняя лесополоса № 40, пашня 5 и 105-летнего возраста.

На каждом из исследуемых участков заложен полнопрофильный почвенный разрез на глубину 2 м, В диссертации приведены их характеристика и полное морфогенетическое описание.

Разрез Ш 1 (пашня 105 лет) заложен на участке скошенного ячменного поля селекционного зернопаропропашного севооборота, используемого под пашню с 1892 года.

Почва: чернозем типичный среднемощный тяжелосугштистый на лессовидном карбонатном суглинке.

Разрез Ке 2 (лесополоса Кг 40) заложен в средней части лесополосы, посаженной в 1903 году. '

Почва: чернозем выщелоченный среднемощный тяжелосуглинлстый на лессовидном карбонатном суглинке.

Разрез № 3 (залежь косимая), разрез № 4 (залежь некосимая) заложены на территории заповедника Ka 1. Залежь заповедана в 1882 году. Разрез Кг 5 (пашня 5 лет) заложен на небольшом участке, около 0,4 га, распаханной в 1992 году косимой залежи.

Почва: чернозем типичный мощный среднесу глин истый на карбонатной лессовидной легкой глине.

Анализы почвы проведены по следующим методам: гигровлага термостатно-весовым методом; общий и водорастворимый гумус по Тюрину;

фракционное групповой состав по Тюрину в модификации Пономаревой-Плотниковой;

энергетическая оценка гумуса по Алиеву;

общий азот методом Къельдаля, нитратный азот - по Грандваль-Ляжу, аммонийный азот — с помощью реактива Несслера, щелочногидролизуемый азот по Корнфнлду;

нитр лфикационная способность почвы по Кравкову; общ !й фосфор, общий калий и их формы по Чирикову в модификации ЦИНАО;

гидролитическая кислотность по Каппену; рН— ютенциометрически;

обменный кальций и магний трилонометрическим методом; вегетационный опыт по методике в изложении Доспехова (1973) в 5-кратной повт ^ности;

обшее количество микроорганизмов по Мишустнну и Петровой; ферментативная' активность по Хазиеву;

интенсивность выделения СОг по Штатнову;

физические свойства почвы по методике в изложении Вадюниной и Корчагиной (1986).

Аналитические работы выполнялись в лаборатории агропочвенных анализов НИИСХ ЦЧП им. В.В,Докучаева, Таловского филиала Государственного центра агрохимической службы «Воронежский» и в лаборатории кафедры почвоведения и агрохимии ВГУ. Математическая обработка результатов исследований проведена с использованием методов дисперсионного и корреляционно-регрессионного анализа.

Исследования проводились по координационному плану НИР по заданию 0.12.01.002Т «Разработать систему управления плодородием почв и производства экологически чистой продукции на основе рационального земле-тггогьзотанпяз—совершенствования систем земледелия в ЦентральноЧерноземной зоне», проект~РВДЦ_Д-48 государственной программы «Высокоэффективные процессы производства продовольствия».

В годы проведения исследований погодные условия складывались типично для зоны. Однако, 1997 г. был менее влагообеспечённым. Сумма осадков за ве-сеннс-летний периоде 1997 г. была почти вдвое меньше, чем в 1998 или 1999.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Содержание основных элементов питания в почвах ландшафтных фаций Каменной Степи

В почве длительно используемой пашни по сравнению с почвой залежи произошли существенные изменения содержания азота и его форм.

Верхний горизонт почвы пашни стал значительно беднее азотом. С глубиной количество общего азота снижается, причем в почве залежи снижение более значительно, чем в почве пашни. В среднем в метровом слое почвы азота уменьшилось с 0,26 до 0,24%. Произошло вертикальное перераспределение показателя: с глубины 50 см и далее содержание общего азота в почве пашни выше, чем в почве залежи.

В результате агротехнических обработок, применения удобрений и других факторов в почве пашни повышается биологическая активность, интенсифицируются процессы нитрификации. Так, в слое почвы 0-20 см длительно используемой пашни нитратного азота было 16,8 мг/кг почвы, в почве залежи — 12,1 мг/кг, в почве 5-летней пашни — 12,4 мг/кг.

Вследствие более высокой подвижности азота на пашне происходит его вымывание в более глубокие горизонты. Как следствие, по всему метровому профилю существенно увеличилось содержание нитратного азота по сравнению с залежью (рис. 1), Миграционные процессы наиболее активно протекают в первые годы после распашки. Уже на 5-й год после распашки целинного участка количество общего азота в наших опытах в слое почвы 40-80 см было 0,21%, в почве не кос им ой залежи — 0,18%.

Минеральный азот (нитратных и аммонийных форм) составляет десятую часть того азота, который при определенных условиях может использоваться растениями. По мере увеличения антропогенной нагрузки доля минерального азота от его общего количества возрастает и становится более равномерной по всему почвенному профилю.

18

Спой почвы, см

"Пашя 106лег ■ ■ - Леээтзгска.....Паш« 5 лаг"*" Запал, гаатая" ™ Запетьнэюотися

Рис. 1. Содержание в почве нитратного азота (1997-1999 гг.)

Ближайшим резервом минерального азота является щелочной (дро-лизуемый азот, В исследуемых вариантах несколько ниже содержание ше-лочногидролизусмого азота в верхнем (0-20 см) слое почвы многолетней и 5-летней пашни. Так, если в почве 105-летнсЙ пашни содержится 237 мг.'кт почвы телечногидролизуемого азота, а в почве 5-летней - 230 мг/кг, то в почве косимой и некоснмой залежи величина тгога показателя составляет 271 мг/кг н 264 мг/кг почвы соответственно. С глубиной контрастность увеличивается только в почве многолетней пашни, причем фадиент падения здесь наиболее высокий и достигает 3-кратной величины (рпс. 2).

О»10 1020 20-30 30-40 40-SQ W-60 60 7С 70-90 BQ-30 «MOÛ Слоч почяы. см

^"ПешничйЪпат А*соготюса Пашья&где

Эатч-жк чэс**мая " Зап^кь «гкослчэя

Рис. 2. Содержание в почве шел очно гидролизу ем ого азота (1997-1999 гг.)

Почва залежи в верхнем 0-20 см слое содержит 0.277-0.29 Го общего фосфора; 0.283°о в почве 5-летней пашни: значительно ниже на 105-летней пашне - 0.201°<1. С увеличением глубины происходит некоторое выравнивание показателей.

Поскольку практически невозможно подобрать для почвенной вытяжки ptai^iHT. который бы с высокой точностью имитировал потребление фосфора растениями, нами проведено определение 3-х видов доступного фосфора. Первая группа полностью доступного фосфора определялась в углекислой вытяжке; вторая - в уксуснокислой; третья - в солянокислой вытяжке.

Исследования показали, что за 105-летней период использования пашни, оошее содержание в почве доступных фракций фосфора увеличилось незначительно, но при этом существенно изменился уровень доступности {рис. 3, 4. 5), Гак. в полуметровом слое почвы 105-летней пашни в среднем содержится 227 мп'кт всех трех групп фосфора; на 5-летнеЙ пашне- 190 мг/ьх, па нскоснмон залежи - 194 мг/кг, в лесополосе - 188. В то же время полностью доступной лля растений первой группы на многолетней пашне было в 4-8 раз (дольше, чем в почве других объектов. Особенно глубокие различия отмечены в верхнем слое 0-20 см (рис. 3).

Рис. 1 групгга фосфатов () 997-1999 гп)

19«

СлоЛ СМ

Пешня лег Пшлнц & ЛДОГОПОев

«оси»*»*

пехОСну&З

Максимальной количество фосфатов И группы такяге характерно лля мио-шлртмей наиши (рис. 4).Рис.4. II группа фосфатов (1997-1999 п\>

К)

На залежи преобладает Ш группа фосфатов, которая является менее доступной для растений (рис. 5).

Рис. 5. Ш группа фосфатов (1997-1999 гг.)

Из обикго количества фосфора в слое 0-20 см в усвояемой для растений форме находится около 17%. По мере увеличения антропогенной нагрузки на почву объектов, доля подвижных фосфорных соединений возрастает в 1.5-2 раза. В нижних слоях почвенного профиля абсолютные величины зтого показателя в исследуемых вариантах выравниваются.

Содержание общего калия в почве всех исследуемых вариантов довольно высокое и колеблется в незначительных пределах, что обусловлено, прежде всего, одинаковым минералогическим составом,

В почни длительно обрабатываемой пашни содержится наибольшее количество необ.меннот калия. Необмешю-поглошеиныЙ лабильными силикатами калий заключен в кристаллической решетке слюдоподобных минералов -нллитов. которые присутствуют в почве в составе илистой и нылеватой фракций. 'Этим объясняется повышенное содержание пеобменнот калия в распыленной почве многолетней пашни, которая часто подвергается механической обработке.

11 среднем в метровом слое почвы многолетней пашнн содержится около )4 т/га необменного калия, несколько ниже - в почве 5-летней пашнн. на 34-меньше необменного калия на залежи.

Наибольшее количество обменного калия находится в почве 5-летней пашни и косимой залежи - 128 и 132 мг/кг почвы. Объясняем это тем. что при невысоком аитропененном воздействии на почву переход не обменного

калия в обменные формы, более интенсивен, чем его вынос с растениями.

На пашне отмечается постепенное снижение обменного кадия, а с глчбп-ны 50 до 100 см находится примерно на одном уровне - 90-100 мг/кг, что. но нашему мнению, говорит о более высокой интенсивности химическич, биологических и других процессов трансформации соединений калии на пашне.

Наиболее усвояемый для растений - водораствориммй калий. Полностью доступного для растений калня в почве всех ландшафтных фаний невысокое и сильно варьирует. Наибольшее его количество в метровом слое почвы многолетней пашни - 6,3 мг/кг почвы, что согласуется с теорией Д.Н.Прянишникова о том. что но мере усвоения растениями катя из почвенного раствора происходит постепенное вытеснение калия из ППК и его возобновление в почвенном растворе.

Много водорастворимого калия и в почве многолетней лесополосы (6,0 мг/кг), за счет того, что в верхнем 0-10 см концентрация водорастворимого калня в 2 раза больше, чем в почве других объектов, что объясняется наличием листового опада на поверхности (рис, 6).

20 .

13 ■

1$ |

14 I

н

!10!

3 :

* в ■

!

* :

4 1

= I

О !........ —

0-10 10 20 20-30 30-40 40-50 50-60 60-70 70-60 ЗО-ЭД £0-100

Спои почвы, сн

■■ Лаал-я 106 дм .....Пвшмн 5 ™ — Заг>еть ммоомал Элпеж&

Рис. 6. Содержание в почве водорастворимого калня (1947-1999 гг.)

С учетом вышеизложенного мы считаем, что водорастворимый калий может достаточно объективно характеризовать уровень обеспеченности растений калием. С гласно нашим исследованиям в метровом слое почвы шиши содержится 63,4 кг/га полностью усвояемого калня. Эгого количества достаточно для формирования урожая многих сельскохозяйственных культур.

Характеристика почвенного hoi дошаюшего комплекса

Основные показатели!. характеризующие ППК черноземов, это сумма поглощенных оснований, емкость катионного обмена, степень насыщенности основаниями, а также реакция почвенного раствора.

Наиболее высокие значения рН по метровому слою почвы имеет многолетняя пашня, наиболее низкие - на залежи и 5-летней пашне.

Контрастные колебания реакции среды отмечены в метровом слое почвы лесной полосы. В верхнем 0-10 см слое рНС01. составляет 6,05 единиц, а на метровой глубине рНек, изменяется до 7,95. Особенно следует выделить верхний (0-10 см) слой почвы с невысоким показателем рНСП1 - 6,05, что связано с подкисляющим действием разлагающейся лесной подстилки. Аналогичные данные получены сотрудниками экспедиции «Русский чернозем» (А.П.Щребаков. И.И.Васенев. 1996). Нодкнсленне верхних горизонтов чернозема под лесной полосой диагностирует о достаточно глубоко зашедшем процессе трансформации ППК,

Сравнивая кислотно-основные свойства почв изучаемых объектов, можно заключить, что в условиях длительно функционирующего агролесомелиоративного комплекса в процессе интенсивного сельскохозяйственного использования пашни подкнелення почвы не происходит. Миграционные процессы здесь довольно интенсивны, в результате чего происходит элювиально-иллювиальное перераспределение щелочных ионов по профилю, о чем свидетельствует более равномерное распределение рН по всей толше профиля многолетней пашни,

В связи с тем. что почвы Каменной Степи имеют нейтральную или близкую к нейтральной реакцию почвенного раствора значения гидролитической кислотности имеют невысокие показатели (табл. 1).

Таблица I.

Гидролитическая кислотность почв, мг-экв./100 г почвы_

Слой почвы. Пашня 105 Лесополоса Пашня 5 лет Залежь ко- Залежь не-

см лет симая кое i (мая

о-ш 0.S2 1.85 1.42 1.54 1.63

10-20 0.34 1.19 1,19 1.36 1.40

20-30 0.72 0.89 1,90 1.01 1,12

30-40 0.6S 0.58 0.94 0.92 0,86

40-50 - 0.58 0.92 0.92 0.90

В почве 105-летней пашни на глубине 40-50 см полностью отсутствуют прочпосвя занные ноны волорода и почвенный раствор имеет слабощелочную реакцию.

Степень насыщенности ППК основаниями всех вариантов очень высокая и Д1я пол>'метро во го слоя составляет 9 6,8-9 8.4'¡ó. что говорит о высокой буферное™ исследуемых почв.

В ПМК среди поглощенных катионов основное место около SO" а снимают ионы кальция: 10-15% - ионы магния. Количество поглощенного Са' н Ш1К за многолетний период использования в сельском хозяйстве уменьшилось на 3-4 мг-экв./ЮО г почвы. Прогрессирую!лее снижение содержания в почве кальпня может привести к.негативным последствиям, что можно избежать путем внесения кальцнйсодержаших удобрений и мелиорантов.

Гумусное состояние почв

Агрохимические, физические и биологические процессы в почве протекают при прямом или косвенном участии ¡умусовых ве шеста. Ландшафтные фации имеют существенные различия по содержанию гумуса, которые сложились в основном за счет верхних горизонтов почвы, и особенно они заметны в пахотном слое. Так, на 105-лстнсй наш не в слое 0-20 см содержится 6.64% гумуса, на залежи 8,76 и 10,29%, что объясняется более интенсивным» процессами минерализации органического вещества на пашне.

В более глубоких горизонтах различия выравниваются, а в почве многолетней пашни в слое 50-100 см отмечается преимущество в содержании г>-муса, который мигрирует с водой в нижележащие горизонты.

Наиболее высокое процентное содержание гумуса в метровой толше залежи 5,48 н 5,55%. Близкие показатели в почве 5-летней пашни - 5.36%, Наименьшее - в почве 105-летней пашни и лесополосы - 4.48 и 4.64%.

За 105-летниЙ период использования пашни относительные запасы ivMvca уменьшились в метровом слое по сравнению с пекосимой залежью на 19,3°о. абсолютные запасы - на 11,!%. Потерн 0,1% валовых запасов гумуса в гол естественное изменение для^ черноземных почв при ведении земледелия на современном уровне.

Расчеты валовых запасов гумуса с учетом плотности почвы несколько нивелируют различия по отдельным вариантам и по профилю. Как правило, более плотному сложению соответствует невысокая концентрация гумусоныч веществ, что связано с уменьшением наиболее пенных структурных arpeia-тов, в которых концентрируется 1"умус.

В целях унификации диагностических критериев и систематизации полученных сведений о гумусс нами нсполыоваиа система показателей гу.муенлю состояния почв, предложенная Д.С.Орловым (табл. 2).

Специфику процесса гумификации отражает групповой состав ¡умуса. который характеризуется соотношением гуминовых и фулъвокислот.

Наибольшее абсолютное количество гуминовых кислот на залежи 3.06 и 3,35%. наименьшая - в лесополосе -2,21%,

В процентном отношении С1К/С^-Ч11 наиболее высокая доля lyMiniouou кислоты от обшего углерода гумуса соответствует варианту с многолетен пашней it составляет около 63%.

Среди отдельных фракций гуминовых кислот на пашне преобладают г\-мнновые кислоты 1 фракции, отличающиеся наибольшей нодвнжпоешо.

Таблица 2.

Характеристика гумусного состояния почв Каменной Степи (0-20 см)

Признаки j Пашня | 105 лет | Лесополоса Пашня 5 лет Залежь косимая Залежь неко-симая

Мощность подстилки. 1 0 см i 3-4 0 1 2-3

Гумус. °о 6.64 8.14 8.65 8.76 10.29

Запасы гумуса, т.га. 0-20 см 0-100 см 130 479 156 481 170 551 163 554 185 539

Собш,,0 о 3.85 4.72 5.02 5.0S 5.97

Мобш,. % 0.35 0.40 0.47 0.43 0,53

С : N п.о 11.8 10,7 11.8 11.3

Степень гумификации. Сгх'Собш..% 63 47 51 60 56

Тип гумификации. Сгк'Сфк 2.56 Г 1.01ФГ 1,42ФГ 1.84ФГ 1.60ФГ

| ФК. от массы почвы | от Собш, 0,94 24.4 2,19 46.4 1.79 35.7 ш. 32.7 2,10 35.2

ГК. % от массы почвы от Собш. 2,41 62.6 2J2_L 46.S 2.54 50.6 3.06 60.2 3,35 ' 56.1

ГК-1. ®Ь к сумме ГК 37.3 8,2 31.5 7,2 2.7

ГКО. % к сумме ГК 4S.2 37.1 53.5 52.3 56.I

ГК-З, ио к сумме ГК 14.5 54.7 15,0 40.5 41.2

С подораст. гумуса. ° о 0.95 1,36 1,29 1Л7 1.12

С водораст.. Ч-® к Собш. 14.3 16,6 15.0 13.4 10.9

Запас энергии в гумусе, | 67.2 млн. к кал/г а. 0-20 251,7 0-100 см ! 80.7 248,7 88.0 285.0 286,7 95,7 27S.8

Наличие большого количества ГК-1 фракшш на пашне говорит о том. что здесь Солее активны трансформационные процессы (химические, биологические, физические) как органического вещества, так и минеральной части почвы. Существенные различия отмечены между изучаемыми вариантами по содержанию в почве 2-й фракции тумнновых кислот, которые связаны с ионами Са~ . Максимальная доля 2-й фракции среди ГК на варианте с залежью и «молодой пашне». Количество 3-й фракции гуминовых кислот существенно изменяется по вариантам исследований, что обусловлено разностью трансформационных превращений слоистых силикатов.

По содержанию фульвокислот в составе гумуса выделяется вариант 105-лешей пашни, в почве которого ФК в 2 раза меньше, чем на залежи.

Гумин - наиболее инертная фракция гумуса, по величине которого можно судить об устойчивости гумуса к абиотическим и биотическим факторам среды. Эта величина на молодой и старовозрастной пашне приблизительно одинаковая, 0,69 и 0,73% соответственно, что говорит о стабилизации процессов фрагментарной трансформации лабильной части гумуса на определенном уровне.

Таким образом, степень (Сгк: С,^.) и глубина (С„ : Сфк) гумификации на пашне более высокие. Переход в процессе многолетнего использования почвы с фульватно-гуматного типа гумификации к гуматному с 2-3-кратным снижением продуцирования фульвокислот, указывает на то, что реакция среды не может изменяться в сторону подкисления. Результаты изучения состава почвенного поглощающего комплекса подтверждают это положение.

Расчеты энергии, заложенной в гумусе, показали, что различия обнаруживаются в основном в гумусово-а к кумулятивном горизонте и максимален этот показатель на залежи, где он в 1,4, раза больше, чем на пашне и составляет 95,7 млн. ккал,/га против 67,2 млн! ккалУга.

О степени подвижности гумусовых веществ можно судить по количеству в почве водорастворимого гумуса. Наибольшее и близкое по количеству его содержание в метровом слое почвы вариантов с невысокой антропогенной нагрузкой — 0,95%. Наиболее низкое отмечено в почве 105-летней пашни -0,65%. С увеличением глубины, несмотря на снижение обшего количества гумуса и водорастворимого, подвижность его возрастает. Так, на 105-летней пашне доля водорастворимого гумуса возрастает с 14,3 до 25%. На залежи - с 11 до 44,8%, т.е. здесь на метровой глубине почти половина содержащегося гумуса находится в водорастворимой форме, что объясняется ми фацией «невостребованного» подвижного гумуса в нижние горизонты.

Таким образом, с увеличением антропогенной нагрузки на почву скелетная часть гумуса становится более консервативной, на что указывает величина негидролизуемого остатка. В то же время периферийная его часть становится более подвижной, способной к быстрому фрагментарному обновлению, на что указывает содержание в почве «свободных» гуминовых кислот.

Агрофизические и биологические свойства почвы

Определения агрофизических м биологических свойств почвы показали, что оптимальные агрохимические свойства почвы не всегда адекватны хорошим физическим и биологическим свойствам.

Например, более высокая биологическая активность почвы отмечена на пашне. Интенсивность выделения СОг на залежи составила 210 мг/м3 в час, из почвы 105-летней пашни — 316 мг/м2 в час. Высокая биологическая и ферментативная г .гивность почвы многолетней пашни способствовала более высокой подвижности питательных элементов. Однако такие показатели как структура, водопрочность, твердость, набухание почвы лучше на залежи.

На залежи преобладает грибная микрофлора и меньше тарификаторов,

что согласуется с кислотностью почвы и содержанием нитратного азота. Эффектн пноеть применения удобрений

Исследования, предусматривающие изучить нами ряд агрохимических вопросов, связанных с применением минеральных удобрений на разновозрастной пашне, невозможно было провести в полевых условиях, соблюдая принцип единственного различия. Поэтому был заложен вегетационный опыт.

В вегетационных сосудах с почвой залежи некосимой (контроль); 5-ти, 50-ти и 105-летней пашни выращивался овес по схеме: 1) без удобрений; 2) К» (аммиачная селитра); 3) Рбо (суперфосфат); 4) К^о (калийная соль).

На вариантах без применения удобрений на почвах всех исследуемых объектов получена практически одинаковая воздушно-сухая масса овса (табл. 3). Таблица 3.

Урожайность овса в вегетационном опыте, г/сосуд

Варианты Залежь неко-симая Пашня 5 лет Пашня 50 лет Пашня 105 лет Среднее по фактору А НСРм — 4,2 г

Без удобрений 50 50 52 51 51

N(0 — 0,6 г/сосуд 48 54 64 63 - 57

Р*о - 0,4 г/сосуд 51 56 52 52 53

К«, - 0,4 г/сосуд 47 46 48 54 48

Ср.по факт. В НСРИ -2,5 г 49 52 54 55

Применен не всех видов удобрений на почве залежи не повышает урожайность овса. Л внесение калийных и азотных удобрений приводит даже к некоторому снижению урожайности. При внесении азотных удобрений на 5-летней пашне отмечена тенденция к увеличению урожайности. Фосфорные удобрения оказались более эффективными - прибавка составила 6 г/сосуд.

Отзывчивой на азотные удобрения оказалась почва длительно используемой пашни. Так, на 50-летней пашне получена достоверная прибавка урожайности - 23%. При внесении фосфорных удобрений величина урожайности осталась на уровне контроля, при внесении калийных - произошло даже некоторое ее снижение. Подобное наблюдается и на 105-летней лашне при внесении азотных и фосфорных. Калийные повышают урожайность в пределах ошибки опыта. -

Без применения удобрений подвижных питательных вещестр было боль-' ше в почве пашни, особенно фосфора и калия. Удобрения на залежи существенным образом не изменили подвижность питательных веществ и их корреляции с величиной урожайности здесь не обнаружено. Применение одного вида удобрений в почву пашни приводит к повышению только этого вида пи-

тательных вешеств, при этом часто затормаживают подвижность других элементов. '

Показательными являются корреляционные связи урожайности с различными видами и формами питательных веществ на вариантах без удобрений. Связь между общим содержанием гумуса и урожайностью не обнаружена ни по одному из исследуемых вариантов. Однако, положительная корреляционная связь установлена между водорастворимым гумусом к урожайностью овса на 5-50-ти и 105-летней пашне. Корреляция выразилась соответственно коэффициентами: 0,855; 0,589 и 0,970.

На многолетней пашне количество обменного калия не коррелирует с величиной урожайности, но имеется тесная связь с его водорастворимой формой. Поэтому, чтобы определить уровень обеспеченности старопахотных почв фосфором и калием, наряду с традиционными анализами определения подвижного фосфора и обменного калия, необходимо определить также более подвижные их форма, извлекаемые водной или углекислой вытяжкой. Также установлена тесная корреляционная связь урожайности со всеми формами азота. Приоритета какой-либо формы не отмечено.

ВЫВОДЫ

1. Функционально-диагностический анализ азотного фонда почв ландшафтных фаций Каменной Степи показал существенные изменения его состояния. Верхний 20-см слой почвы пашни стал на 0,07-0,19% беднее азотом, чем почва залежи. По профилю почвы произошло его вертикальное перераспределение — с глубины 40-50 см и далее содержание общего азота в почве пашни выше, чем в почве залежи. Миграционные процессы наиболее активно протекают в первые годы после распашки.

2. Потенциал продуцирования и фактическое содержание нитратного азота в почве ландшафтных фаций не адекватен его общим запасам. При высоких запасах общего гумуса количество нитратного азота, как правило, снижается и увеличивается аммонийного. Наиболее низкое содержание аммонийного в почве длительно используемой пашни. На глубине 40-50 см, процессы аммонификации в почве залежи замедлены. По мере увеличения на почву антропогенной нагрузки доля минерального азота от его общего количества по всему почвенному профилю становится более равномерной. Минеральный азот составляет 0,1 часть того азота, который при определенных условиях может быть использован растениями. Этот потенциал, равный величине ще-лочногидролизуемого азота в метровом слое почвы залежи больше, чем на пашне и равен 172-207 мг/кг и 143 мг/кг соответственно.

3. Количество общего фосфора в почве ландшафтных фаций Каменной Степи имеет существенные колебания: от 1670 мг/кг почвы в 0-50 см слое многолетней пашни до 2210-2330 мг в почве залежи. Это связано с переходом общих его запасов в почве пашни в доступные формы с последующим его выносом с урожаем сельскохозяйственных культур. За 105-летний период

использования пашни общее содержание доступных для растений фосфатов увеличилось с 194-204 мг/кг до 227 мг/кг.

4. С увеличением антропогенной нагрузки на почву существенно изменился уровень доступности фосфатов. Через 5 лет после распашки залежи количество наиболее доступной 1-Й группы фосфатов увеличилось в 3,6 раза, за 105-летний период — в 7 раз; в'то же время количество малодоступной Ш фракции уменьшилось, соответственно, в 1,5 раза и в 3,1 раза.'При повышенном содержании общего фосфора » почве залежи доля доступных форм составляет в 0-50 см слое 9%, в почве 5-летней пашни 10%, многолетней — 13%. С глубиной доля доступного фосфора снижается, что связано с интенсивностью химико-биологических процессов.

5. Содержание общего калия в почвах отдельных ландшафтных фаций более выровнено, чем фосфора. Отмечается лишь некоторая тенденция его снижения в почве 105-летней пашни, как общих запасов, так и обменных форм. Почвы пашни богаче, чем залежи необменными формами калия, что связано с процессами механического и химического выветривания калкйсо-держащих минералов. Более существенную роль в питании растений играют полностью усваиваемые формы калия; определяемые в водной вытяжке. В метровом слое многолетней пашни водорастворимого калия содержится 6,3 мг/кг или 63,4 кг/га. Этого количества достаточно для формирования урож*ая полевых культур. На 18-19 кг меньше запасы водорастворимого калия в почве залежи.

6. Комплексная оценка тумусного состояния почв ландшафтных фаций Каменной Степи показала, что интенсивной дегумификацни почв Каменной Степи не отмечено. За 105-летний период использования пашни валовые запасы в метровом слое снизились на 11,1%, что является естественным снижением для черноземных почв при ведении земледелия на современном ■ уровне. Степень гумификации (Сгк : Собщ.) и глубина гумификации (Сгк ;

Сфк) на пашне более высокие, чем на залежи. С увеличением антропогенной нагрузки скелетная часть гумуса становится более консервативной, на что указывает величина непадролизуемого остатка. Периферийная его часть становится более подвижной, на что указывает содержание в почве «свободных» гумнновых кислот. В процессе многолетнего использования пашни произошел переход с фульватно-гуматного типа' гумификации к гуматному с 2-3-кратным снижением продуцирования фульвокислот. Это свидетельствует о том, что реакция среды не может изменяться в сторону подкисления.

7. Почвы всех ландшафтных фаций характеризуются большим количеством поглощенных оснований в ППК. Преобладающим катионом в составе обменных оснований является кальций: от28,0 мг/экв, на 100 г почвы многолетней пашни до 32,2 мг/экв. на 100 г почвы на залежи в слое 0-50 см; обменного магния содержится соответственно 3,9 и 4,9 мг/экв, на 100 г почвы. Небольшую часть в составе обменных катионов занимает водород, причем на залежи несколько больше, чем на пашне.

8. Высокие значения рН по метровому слою почвы имеют многолетняя

пашня: актуальная кислотность рН - 8,08, обменная рН — 7,79 и наиболее низкие показатели в почве залежи и 5-летней пашни. Подщелачивание среды на многолетней пашне четко выражено по всему почвенному профилю.

9. Многолетнее использование пашни в системе действующего агролесомелиоративного комплекса Каменной Степи ухудшает некоторые агрофизические показатели состояния почвы, но повышает биологическую активность и не изменяет в отрицательную сторону агрохимические свойства, характеризующие ее эффективное плодородие. В почве пашни больше, чем в почве залежи аммоннфикаторов, нитрификатеров и азотобактера. В почве залежи преобладающими микроорганизмами являются грибы, что определяет более низкий показатель реакции почвенной среды. Деятельность ферментов, как катализаторов активности биохимических процессов, как правило, выше в почве пашни. Так, например, активность уреазы в почве залежи равна 0,18 мг ЫН} на 1 г почвы, в почве 105-летней пашни - 0,42 мг, активность каталазы, соответственно, 4,4 единиц и 4,8; интенсивность «дыхания» почвы, как интегрирующий показатель биологической активности, была выше на 34-38% на пашне, чем на залежи.

10. Результаты вегетационного опыта показали, что залежь по эффективному плодородию не имеет преимуществ перед многолетней пашней. Чек больше возраст пашни, тем эффективнее удобрения. Эффективность отдельных видов удобрений имеет существенные различия. Внесение удобрений в почву залежи не дает прибавки урожая, а при внесении азотных и калийных отмечена даже тенденция к снижению. На азотные и фосфорные удобрения наиболее отзывчивы почвы «молодой» пашни, прибавка урожайности составила соответственно 8 и 12%. На почве 50-летней и 105-летней пашни высокий эффект получен от азотных удобрений - прибавка 23%. Калийные удобрения были эффективны лишь при внесении их в почву 105-лстнеЙ пашни.

11. Без применения удобрений подвижных питательных веществ было больше в почве пашни, особенно фосфора и калия. Удобрения на залежи существенным образом не изменили подвижность питательных вешеств и их корреляции с величиной урожайности здесь не обнаружено. Применение одного вида удобрений в почву пашни приводит к повышению только этого вида питательных веществ, при этом часто затормаживают подвижность других элементов,

12. В почве залежи без применения удобрений ни с одним элементом питания растений, определяемых нами, корреляционной связи с величиной урожайности не обнаружено. В почве 5-летней пашни тесная связь урожайности с щелочногидролизуемым азотом г = 0,955, нитратным азотом г = 0,924, подвижным фосфором г = 0,954 и водорастворимым гумусов г = 0,844 и средняя — с фосфатами 1-й группы. В почве многолетней пашни тесная связь отмечена между урожайностью и водорастворимыми гумусом н калием, фосфатами 1 группы и всеми формами азота.

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ

1. В специализированных исследованиях по агрохимии почв целесообразно определять водорастворимый калий и щелочногндролизуемый азот, которые имеют тесную корреляционную связь с урожайностью.

2, Зональным станциям химизации при периодическом обследовании почв многолетней пашни наряду с общим содержанием гумуса определять его водорастворимые формы.

Список опубликованных работ по теме диссертации:

1. Влияние длительности сельскохозяйственного использования черноземов на основные показатели их плодородия //Тез. докладов Международной конференции «Проблемы антропогенного преобразования» - Москва, Почвенный институт им. В.В.Докучаева, РАСХН, 1997. - Т. 2. - С. 162-165 (в соавторстве).

2. Изменение физических свойств черноземных почв при использовании в сельском хозяйстве //Тез. докладов Международной научно-практической конференции молодых ученых и специалистов «Обеспечение стабилизации АПК в условиях рыночных форм хозяйствования» - Воронеж: изд-во ВГАУ, 1997. — Ч. 1.-С. 156-157.

3. Изменение агрохимических свойств почв Каменной Степи при сельскохозяйственном использовании //Тез. и доклады Всероссийской конференции «Антропогенная деградация почвенного покрова и меры ее предупреждения» - Москва, Почвенный институт им. В.В.Докучаева, РАСХН, 1998. - Т. 1. - С. 206-207.

4. Азот в почвах Каменной Степи //Тез. докладов Международной научно-практической конференции молодых ученых и специалистов «Направления стабилизации развития и выхода из кризиса АПК в современных условиях» -Воронеж: изд-во ВГАУ, 1999.-С. Ю9-И0.

5. Содержание фосфора в почвах ландшафтных фаций Каменной Степи /ЯГезисы докладов IV Международной научно-практической конференции «Проблемы сельскохозяйственного производства на современном этапе и пути их решения». - Белгород, 2000 г, - С. 78 (в соавторстве)

Подписано в печать 11.09.00 г. Формат 60х84'/|(> Бумага кн.-журн. П.л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ № 1176.

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