Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Азот минеральных удобрений и азот клевера лугового в агроэкосистемах

ВАК РФ 06.01.04, Агрохимия

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, кандидата сельскохозяйственных наук, Решетников, Виктор Михайлович, Москва

I ? с;

Решетников Виктор Михайлович

Азот минеральных удобрений н азот клевера лугового в агроэкосистемах специальность 06.01.04 - "Агрохимия"

Диссертация

на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Научный рз'ководитедъ доктор сельскохозяйственных наук ; профессор С.ВЛ риеднс

Москва 1999

- ~~ ................

ПОЧВЫ При ЗНеОЭЕИК МИНеСЗЛЪЕЫК удоирэнии Р.,2. 1гн?пе:п19 н;:лэпжпния z по

2 3 :1ср1шн:п:: фпсфор:

с nnC'TwIHHi

bïbbbbb: травах

и

с-¿

ВВСВОЕЗТе;

^ Г ! ! ■■ ■■ * I-'T H 'Т: С; д/ra

53905. луг OS DP С

. звоково ввоза jodsoopcm bpbubbb;

9 eb1b93bbo 3

Вввврз

übe33в л в "i

Пвклзввввя

вниз могут ь око ко в я мот:-

'вввыв направлении рвзвиввя лугового и вовввз-- использование биолсвиивокоз'1 оиотвмвв ввлкв

шоввина в ззвмя.. Замвз

Иовзлозова-

ние многолетних трав, в том числе бобовых, имеет важное оредообра-зующее значение. Многолетние бобовые травы позволяют получать высокие устойчивые урожаи кормовых кулвтур о высоким подержанием белка, за счет накопления органического вещества и оимбиотичеокогс азота повышать плодородие почв, создавать условия для оптимизации севооборотов по критериям экологической сбалансированности,

В период интенсификации сельскохозяйственного производства проблема повышения почвенново плодородия решалась, главным образом, за счет применения минеральных удобрений, в том числе, под многолетние травы, возделывание которых способствовало накоплению органического вещества в почве, благодаря увеличению урожайности, Однако, необходимо учитывать и невативные последствия периода интенсификации сельского хозяйства; это увеличение площадей кислых почв, загрязнение водоемов, проблема тяжелых металлов и нитратов в сельском хозяйстве и др.

Цель исследований заключалась в установлении влияния применения минеральных удобрений на плодородие дерновых почв; действии различных доз азотных удобрений на продуктивность злакового травостоя; качество и энергетическую ценность получаемой продукции; затрат питательных элементов удобрений на получение единицы продукции; уолсвного баланса и коэффициентов использования азота. Фосфора,калия минеральных удобрений при разных дозах внесения; определения особенностей адаптивного периода агрозкооистем; продуктивности клевера лугового; накопление биологического азота шеве-ром луговым и последействие его на продуктивность зерновых кулвтур; накопление различных форм азота в продукции; условный баланс общего азота и его форм в агрозшоистеме,В задачу исследований входило определить целесообразные дозы азотных удобрений на злаковых

травостоях; установить основные закономерности интенсивного развития оельоксхсзяйотвенного производства и адаптивного развития агрозкооистем; определить основные Факторы в формировании продуктивности апрофитоценозов; целесообразность возделывания клевера лугового как глазного аккумулятора, накопителя и преобразователя азота воздуха, основного природного ресурса. На основании исследований установлено:

1, Экологически безопасной и целесообразной дозой азотных удобрений на злаковых травостоях при укосном использовании на дерновых аллювиальных почвах следует считать 180-240 кг/''г а азота,

Е, Наиболее целесообразным и экологически безопасным источником азота в агрооиотемах следует считать возделывание клевера лугового в Нечерноземной зоне для производства сельскохозяйственной продукции с преобладанием безвредных Форм азота в ее составе.

Практическая значимость работы состоит в том, что установлены экологически безопасная и целесообразная доза азота на злаковых травостоях пои укосном использовании = установлены преимущества возделывания клевера луговово для оимбиотичеокой азотшиксации по сравнению с применением азотных удобрений для производства сельскохозяйственной продукции, установлены размеры оимбиотичеокой азотфикоации в агрооиотеме, значение оимбиотичеокого азота клевера лугового для производства продовольственного и фуражного зерна; определены необходимые почвенные условия для эффективного возделывания клевера лугового.

глава L иооокование, методика и условия исследований

1л,Азотные удобрения и оимбиотичеокий азот бобовых в кормопроизводстве и полеводстве

В 1838 воду Еуооенго установил ведущую роль азота в питании растений и поставил азотные удобрения на первое место среди многих других видов удобрений по характеру воздействия их на до: -ао рл:-шустин.1988). Интенсивный период развития сельского хозяйства России характеризовался применением повышенных доз минеральных удобрений в кормопроизводстве и растениеводстве,

В 1988 году, когда в стране был достигнут наивысший уровень производства и применения удобрений, сельское хозяйство получило 14,2 млн.т. питательных веществ, В 1995 году продажа минеральных удобрений сельскохозяйственным предприятиям снизилась в 9 раз составила 1,6 млн,т, питательных веществ. На один га пашни было внесено 14 кг действующего вещества, в том числе азота - 9, фосфора - 4 и калия - 1 кг,

В период о 1971 - 1984 г,г, удельный вес бобовых культур к бобово-злаковых травосмесей в общей площади трав сократился с 88% до 57%, Этому способствовали относительно низкие цены на минеральные удобрения в 70-е - 80-е годы (Лукин,1995), Внесение органических удобрений снизилось в £ раза и составило 1,5-2,0 т на га.

Все это обусловило отрицательный баланс питательных веществ в земледелии России, что создало реальную угрозу падения плодородия почв. Валовые оборы зерна снизились до 65-70 млн.о _

(РозйувИе, 1978),

В "1996 году доля биологического азота, в балансе азота Нечетно земной зоны России достигла 42/«,

Расчеты показывают, что при получении урожая зернобобовых культур 15 - " на зеленую массу 200

Ра последние 20 лет площадь посевов многолетних трав увеличилась на 3088 тыс, га или в 1 5 раза, однако, прирост площади про.....

исходил в основном за счет злаковых трав. Ив-за недостатка, семян многолетние травы в условиях Нечерноземной зоны ежегодно подсеваются на 1710-2315 тыс. га. Это означает, что средний срок использования пласта, трав составляет 4-5 лет, а доля бобового компонента, з травосмесях остается нивкой, В Северном и Северо-Западном ре-конах; средний срок использования травостоя достигает 6-7 лет (посевные площади РФ,1995;,

Прянишников (1962) подчеркивал, что азот "технический" к азот

лесообразнооть сочетания

следователи

6 Отав ров

хх?етние тнавч зййективно

Выполненная количественная оценке ; тории ССОР показывает что деля техноген:

оивации тх/чвенного авота. в зи раз оольше, кой Фиксации аз о "а (митуптин; Мельникова; Заикин, 1983).. Ежегодные потоки азота в г нглргяэд»!^ азп'''а. в "тн'Ч'вв - ТРгррК'к

Ш ~ 1400 ;

3600;

!ии

юогат'-нтия по--? вы азотом и перегноем.

тля полу'

кия богатой белком продукции иопользуютоя бобовые растения, 3 Россию клевер и некоторые другие бобовые были завезены как декоративные растения во второй половине 18 века. Ими заинтересовался известный ученый агроном Болотов, Проводя опытную работу, он убедился в том, что бобовые могут быть использованы как прекрасный корм, Болотов начал пропагандировать свои данные и особенно рекомендовал культивирование люцерны. Среди помощников эти рекомендации кашли широкий отклик, а в конце 19 века во многих местах клевер стали сеять и крестьяне, В начале SO века Россия начала экспортировать семена клевера, хотя общая площадь его посевов даже до конца 30-х годов текущего столетия была явно недостаточной (Вердышев,1988),

После ВОСР Ленин пригласил к себе известного селекционера Лисицына и просил его подготовить материал для декрета, содействующего травосеянии о использованием бобовых культур. Соответствующее постановление было опубликовано 8 июня 1921 года в "Известиях Все-рооийского центрального исполнительного комитета советов" N 124, Сдатчикам клеверных семян давались большие льготы: пуд клевера засчитывало« за пудов ржи или пшеницы,

В настоящее время районировано 150 сортов клевера (Соколко-ва,1987),

Суммируя работы исследователей, можно считать, что в неудобренных дерново-подзолистых почвах закрепляется до 20 кг/га азота, а в удобренных органикой до 40 кг/га, В черноземах и более южных почвах интенсивность азотщикоэции может доходить до 50 кг/га (Добровольский, Гришина,1985), По данным Паршинова (1989) бобовые накапливают от 70 до 600 кг/га биологического азота, значительно сглаживают его дефицит в почве. Исследования, проведенные за рубежом, дают подобные результаты (Dart, Day, 1975;Day, Karris,

Оагч, ,1976),

Клевер к другие бобовые культуры удовлетворяют примерки РОТ потребностей в авоте ва счет азота атмосферы при урожаях 5-7 т/га и 60%, - при урожае 2-4т/га сухой массы (Мишуотин, Черепков, 1976},

На песчаных к супесчаных дерново-подзолистых почвах наибольшее количество надземной биомассы и биомассы корневых оотатаков накапливали клевер, донник, люпин многолетний (Лукин, 1995), 0 корневыми остатками многолетних бобовых трав в почву поступает 6,37 т/га сухого вещества и 131 кг/га азота, В пожнивно-корневых остатках однолетних бобовых культур содержалось 29% азота, аккумулированного в урожае, в то время как у мноволетних бобовых - 48% (Кудеяров, Башкин, Гзмзиков, Тихонович, 1988; Мишустин,1988), Содержание гумуса за три года возделывания клевера возросло в пахотном слое о 1,85 до 2,09%, За, это время суммарно в остатках надземной массы клевера, его корнях и гумуое накапливалось на 1 га 575 кг азота, В среднем по семи опытам урожай зеленой матоы овса идущего после клевера белого, был равен 277,7 ц/га, а после злаковых трав получено только 116,3 ц/па зеленой массы. Урожай картофеля соответственно равнялся 305,5 к 204,5 ц/га, клубней с одного гектара (Попов,Попова,1985; Стихии,1981),

Азот растительных остатков используется, в основном, первой культурой, на следующий год коэффициент использования азота растительной массы уменьшается. За два года растения используют около 25% азота, запаханных растительных остатков (Алиева, 1964; Ишхвно-ва,1979),

Травы 4--го - 8-го годов пользования в пахотном слое накапливают 116-130 ц/га сухой массы, содержащей 230-270 кг/га азота.

p фЯМИ

PO' И I; 3.91

ГРП~

"знки лерзд '■-О ; ?5 ; и чис

"Qïjï/f?/ï ' 'S 2

коэффициентом КОРреЛЯЦИИ щй.дч г'—о ; bp 5 3 высотой рзз-

Многими исследователями отмечено, чоо азотфиноируилие байте-

в корневой зоне растений.

с

клубеньков сказалось, чоо коетки виями, В 1886 гору Гельригель и :

производят 00 млн, гектарных норм, в Австралии, Бразилии - Ю млн,, у нас - 4Р?, Это хватает лишь на ЙС% площадей, занятых боровыми культурами, В Аргентине действует 80 заводов по выпуску бактериальных удобрений (Тихонович5 Квмвлоза. 1090)..

На дисбаланс азота в земледелии оказывают влияния погодные условия, условия агротехники, пл;::дородие почв (Ваганов, хехвкин, Шафран;1985),

Расширение плошади под клевером луговым одерживается в Вечер-

нымк почвами. Так, 44,5% площади почвы - сильно- и среднекиолые,

37% ..... с нивким (до 5 мв/ЮОп почвы), 33% - со средним (5Л мг/100

г почвы содержанием подвижного фосфора), Оптимальные условия для роста клевера создаются при рН - 6,0-7,0 и при содержании в почве подвижного Фосфора около 15 мг/ЮОг почвы (БезлюдныйЛ968;Цел-ма,1978; Кирпичников, ТрохимчикД987; Нижников, КовальчукЛ990; Завалин, 1335; Посыпанов ; 1335 Л096). ,

Фосфорные удобрения и известь оказывают положительное влияние на урожайность клевера лугового при содержании Фосфора в почве 4,6-8,0 мг/100 г (Кирпичников, ТрохимчикД987; Целма, 1985),

В опытах Ивойловай, Маловой (1990) клевер положительно отзывался на калийные удобрения. Урожайность бобовых культур и их авотфикоирующую способность повышает внесение молибденовых удобрений (Собачкин, Муравшц 1963; Протасова, Борзых,, 1988), В среднем по Российской Федерации доля биологического азота в формировании урожая зерна озимой пшеницы составляет 27,8-63,9%, ячменя -34,4-53,2%, корнеплодов сахарной свеклы 25,9-44,4% (Державин, 1383) .

Как отмечают Зинеев (1993), Ладонин (1996) в настоящее время наметилась тенденция к поиску новых альтернативных способов и методов ведения сельскохозяйственного производства на основе знерго-и ресурсосберегающих технологий, изменение структуры посевных площадей с целью биологизации земледелия. По данным Булаткина, Ларионова (1993), при возделывании зерновых доля затрат на минеральные удобрения и горюче-смазочные материалы составляет 71%, пропашных культур - 92%, 73% этих затрат приходится на производство и внесение азотных удобрений,

В настоящее время в России и в странах Западной Европы ста-

битоя задала определения минимальной зкодогичеокой и экономической дозы азотных удобрений (Prnpsiher,1987; Завалин,1995), Вклад биологического азота в мировое сельское хозяйство вдвое больше, чем объемы применения азотных удобрений (РАО зо11гД982),

По данным Черепкова (1985) общее количества Фиксированного азота составляет 130 млн т, а производство техническово азота не превышает 60-70 млн,т, По данным Емцева (1980), Тихоновича, Оима-рова (1985) из 1300 видов семейства бобовых способностью фиксировать атмосферный азот обладают 400 видов. Самой высокой биологической авотфикоадией обладает люцерна, при благоприятных условиях посевы люцерны накапливают 200-400 кг/га азота, клевер 150-160 кг/га (Мишуотин, Шильникова 1958; Molder, 1977; Мишуотин,1979; Мишустин, Черепков,1979; HeiohelД984; Пооыпанов,1993),

В своих иооледваниях Грицук (1975) установил, что доля симби-отического азота в клевере составляет 72%, Минеев (1993) приводит коэффициент азотфиксации для клевера - 0,7, Захарченко (1968,1970) - 0,75-0,90; В балансе питательных веществ в севооборотах оимбио-тичеокий азот является главной приходной статьей и~е-

евД990; Памзиков,1992), Исследованиями этих авторов установлено, что при насыщении севооборота бобовыми культурами свыше 25% в целом за ротацию создается положительный баланс органического вещества и валового азота в почве. При насыщении севооборота бобовыми культурами свыше 33,3% происходит снижение общей продуктивности (Кожемяков, 1997), Замена техническово азота биологическим возможна в звене севооборота - клевер-озимая пшеница-техническая культура.

Азот биологический и азот технический не являются альтернативой друг другу, а должны дополнять друг друга, на это указывают

Миневва, атввшковв. (1385)

ввив на экосистемы (Михеев,1990; Шишов.дурманов,1991),

на Функционирование бооово.....риеобиалького аппарата рнотенин

вполне определенную группу бобов; 1

нопть клубеньковых бактерии или ■

или даже сортовой (Нооыпанов и др.,1981; Шильниковзл985).

Анализ данных Географической сети опытов показал, что эффективность погмененин для инокуляции семян бобовых Нитоогина может быть зональной (Берестепуий,1986; Верестеикий, Доросинский, Ножз-мяковЛУЗГ).. Обработка семян бобовых Нитрагином не оказывала влияния при внесении повышенных доз азотных удобрении, то есть растения переходят 0 гимбиотрофкого типа питания на эвтотрофвых (ру-линокая, Доросинокий, 19X9: Пооыпанов, 0есовал983),

- - - клубеньков благоприятное влияние оказывали калийные и фосфорные удобрения. Масса клубеньков в этих вариантах

При атом азотфикса-чепанов, 198'у

энергии 3 т нефти, Оимбиотичеокая азотфиксация идет за счет знер-

гик солнца, энергия которого практически неисчерпаема (Кретович и др, Д972).

Процесс азотфиксзции, осуществляющийся бактериями в клубеньках бобовых при симбиозе их о бактериями рода Rhisobiurn, является весьма энергоемким. Согласно данных (Upibson,1966; Dixon at al,,1981; Fiергета,Wnship,1980), для фиксации 1 кг N2 требуется от 1,2 - 4 до 8,7 - 17 мг углеводов.

На активность бобово-ризобиального симбиоза оказывает влияние продуктивность растений, и чем выше продуктивность агрощитоценоза, тем большее количество атмосферного азота вовлекается в биологические циклы (Прянишников,1962; Мишуотин,Черенков,1985; Трепачев, 1985; Минеев,1990),

Органы растений играют разную роль в накоплении азота клевером лувовым. Большую долю накапливают листья, роль черешков, стеблей, бутонов в этом процессе незначительна (Шатилов,МазинЛ974; Душечкин,1962; Шатилов,Малошеев,БауменЛ971; Ничипоро-

ВИЧД971Д971; Шатилов,ПолубеваД969),

В фазе качала цветения между содержанием сырого белка в стеблях и целых растениях клевера лугового существует тесная связь. Между содержанием сырого белка и продуктивностью растений связь отрицательная, средняя (Маругина,МитюроваД984),

На продуктивность сельскохозяйственных культур оказывают влияние климатические погодные условия, в том числе на бобовые культуры, На хорошо аэрируемых почвах симбиотическая азотфикоация бобовых выше, чем на тяжелых почвах, благодаря лучшему развитию корневой системы растений и образованию большого количества корневых волосков (Жуков,1971; МедведевД988; Вавилов,ПооыпановД994),

Одной из причин слабой азотфиксации бобовых может быть в юж-

ных регионах длительная воздушная и почвенная засуха (Звягинцев, 1985), Среди ученых нет единого мнения о влиянии на продуктивность бобовых трав и размер азотшикозции азотных удобрений, Вегетационные опыты указывают на необходимость внесения стартовых доз азотных удобрений до на