Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Биологическая мелиорация лёсса

ВАК РФ 03.00.27, Почвоведение

Автореферат диссертации по теме "Биологическая мелиорация лёсса"

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ - АКАДЕМИЯ НАУК РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ИНСТИТУТ ПОЧВОВЕДЕНИЯ им. У.У.УСПАНОВА

0/1

На правах рукописи

ЕЛИКБАЕВ БАХЫТЖАН КОШКИНБАЕВИЧ

БИОЛОГИЧЕСКАЯ МЕЛИОРАЦИЯ ЛЁССА

Специальность 03.00.27 - Почвоведение

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук.

Алматы - 1996

Диссертационная работа выполнена на кафедре почвоведения Казахского сельскохозяйственного института.

Научные руководители:

доктор сельскохозяйственных наук, профессор Т.Т.Тазабеков кандидат сельскозяйственных наук, доцент Е.Т.Тазабекова

Ведущее учреждение - Казахский научно-исследовательский институт земледелия им. В.Внльямса.

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук,

профессор М.И. Рубинштейн кандидат биологических наук, доцент P.M. Бильдебаева

Защита состоится " " 1996 г.

в " ¡0 " часов на заседании специализированного совета Д53.21.01 по присуждению ученой степени доктора наук при Институте почвоведения МН - АН РК по адресу: 480060, г.Алматы, Академгородок.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института почвоведения МН - АН Республики Казахстан.

Автореферат разослан О+т^ъ&иЛ) 1996 г.

Ученый секретарь

специализированного совета, .

доктор сельскохозяйственных наук, .

профессор O'AJ г^^а- Е.УДжамалбеков

Общая характеристика работы.

Актуальность течи. В современных условиях переходного периода и ж.!-но!|>ас1ак>1цей потребности общества в сельскохозяйственной продукции, усиливается негативное воздействие человека на почву. Происходит ра (¡'Мшит- помненною покрова при промышленных, строительных patpaOonax и планировочных работах. Такие земли требуют срочного восстановлении почвенжчо покрова и плодородия ночвоггороды,что имеет бозыиое народнохомпственное и экологическое значение.

Коллектив кафедры почвоведения Казахского сельскохозяйственного инентча. под руководством i Л аыбекова. более четверти века занимается pajpaöoiаои приемом повышения плодородия спланированных земель на юго-востоке Казахстана (Ж Шарахимбигз - геигтмчееккх ropiiJOilTOü, Ж.П^смссо» - смеси горизонтов» путем внесен;!-; традиционных удобрений. Полнее рекультивацией нарушенных земель на юге Казахстана занимались ученые Института почвоведения АН Ка) ССР.

I! условиях рыночной экономики для улучшения и обновления таких земель перспективна биологическая мелиорация путем применения нетрадиционных и экологически чистих удобрений н фитомслиорантоз (биогумус, навоз, зеленое удобрение, содома и посев люцерны). В этой связи нами поставлена цель разработать ускоренный метод восстановления и м'дородкя лесса, со ¡даваемого пестроту спланированной пашни, я уте:-: применения бичмелиоратов. В соответствии с этой цель» были поставлены следчюшие низами изменит состав.",, свойств лесса и его плодородия;

- vc мной it-нне нличния мелиорантоз (виды и дозы) на условия н элементы п.ю.юродич обновленного лесса (структура, гумусообразованне, (|к-рмен1а1ивная активность, усвояемые и валовые формы химических »лемешон)'

- Hiywih ас истине мелиорантов на развитие почвенных процессов и урожайность сельскохозяйственны* культур.

Научная новизна и (фактическая цектостъ работы. Впервые в регионе детально изучено влияние биогумуса и соломы на состав и свойства лесса и предложены мероприятия по повышению его плодородия на

спланированных землях и урожайности сельсохозяйстагнных культур. Чнщитаечое положение. Развитие элементарных почвообразовательных процессов на лессе, условий, к элементов плодородия почзсгрутпа

(изменение мсханического.химического.апюхимичсского.гумусовою,ферментативного и др.) под влиянием биомелиорантов. Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены на научно-практических конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов КазСХИ (1992,1993), на научно-практической конференции молодых ученых и специалистов СНГ (Алматы, 1992).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 5 работ. Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на /З'^стр комьютерного текста, включает _^^_таблиц н €> рисунков и диаграмм в тексте таблиц. Работа состоит из введения. глав, выводов и

предложении. Список литературы, включает «¿/^наименований, в том числе _/^_зарубежных авторов. В приложении таблиц.

Содержание работы

Природные условия почвообразования.

Климат предгорно-степной зоны Заилииского Алатау характеризуется такими показателями: среднегодовая температура воздуха равна 7,7 : 10,5 °С, средняя температура января - 3,9, июля - 21 : 27 "С. Период с температурой выше +10 "С длится 164-182 дня с суммой эффективных температур (>10"С) 2510-3140 градусов. Годовое количество атмосферных осадков колеблется в пределах 364-705 мм, из них за вегетационный период 140-470 мм с весенним максимумом.

Погодные условия годов исследования сложились неодинаково и в отношениях осадков к температуры воздуха: 1991 год оказался засушливым, последующие два (1992-93 гг.) были влажными и теплыми.

В целом на характер действия биомелиорантов, наряду с погодными условиями, существенное влияние оказало орошение, поскольку опыты проводились при оптимальном, уровне влажности почвогрунта. Рельеф предгорной равнины по происхождению является эрошонно-акхумулятивным, слабоволнистым, с чередованием холмистых и неглубоких логов. Поверхность водоразделов ровная и изрезана местами оврагами. Все это придает равнине волнистый характер.

Растительный покров. Темно-каштановые почвы в основном развиты под ковыльно-типчаковой растительностью.

П оч во образующая порода. Предгорья Заилииского Алатау покрыты сплошным чехлом лесса, мощностью 30-40 мм и'более. Порода (лесс)

опытного участка имеет рыхлое сложение и высокую пористость (50-55%), с хорошо выраженной микроагрегатностью (фактор структурности по Колягиной (1%9) - 18,4-20,7 и водопроницаемостью (3-5 м/сутки). Валовой химический состав (%): SiO,-55,2; AljO, -11,64; Fe,0,+Fe0-4,0; СаС-10,3; ¡'..О, 0,14; MgO-2,2; K;0+Na:0-4,?6; Порола карбонатная - содержание СО, на ¡лубине 4 м = 7,0 г. л и СаСО,-15,9. По минерологипескому составу лесс cm кип m мелких зерен кварца ¡40-60%), полевого шпата (20-40%), слюды (ло'О''«) и ротной обманки (до 20%), а илистая фракция состоит из гидрослюды (иллнт), каолинита, гетита и реже монтмориллонита. К<111нчгс1вч ivMvca в лессе досжгасг 0,30%. Геикщш среди породы -щелочная.

2. Характеристика- почв. Предгорная темно-каштанопая среднесуглинистая почпа характеризуется следующими морфогенетическими данными: ОВ -1,12 г/см', содержание водопрочных агрегатов - 42,4 %; Структура почвы -комковато-пылеватая. Мощность гумусового горизонта 38-45 см. Содержание гумуса в гор. А колеблется от 3,0 до 4,5 %. (при С : N = 8,410); содержание основных элементов питания: общего азота - 0,21, валового фгефора 0,19 и кялия - 2,8? %\ 06cçiir4<-HHWTb подвижными формами

мч.-л|.;■(.!■< веществ ■ средняя: Несколько занижена сумма поглощенных ос нашими -17-22 mi-jkb/ЮОг

3. Опь'-к! и чет« дика исследований, Полевые опыты проводились з 19911994 п ни стационаре кафедры почвоведени)!, расположенном в Талгарском о!дсн-нин учебно-опыгною хозяйства Казахскою СХИ "Джанашарское" •V'iMaiitHCKOH обласгн, сложенном на предгорной темно-каштановой почве. Почнообра <уютая порода естественной темно-каштановой почвы (К, ) -

ЛСС1

Для изучения влияния биомелиорантов на рост, развитие, урожайность

сельскохозяйственных растений,на условия и элементы плодородия почв ¡аложеи ме.чкоделяночный опыт (по методике Захарова, !94й) с породой горизонта С, (лесс), вывернутой на дневную поверхность. Для этого использовались бетонированные микроделянки (лизиметры) размером 2 м2 каждая. Весной 1991 г. они заполнялись лессом до глубины 60 см. Вариантов опыта - Î6, один из которых был оставлен с естественным ненарушенным профилем (горизонтом А) зональной темно-каштановой почвы. Опыт состоял m 48 делянок при трехкратной поаторностл каждого варианта.

В микроделянкй, заполненные лессом, вносились биомелиоранты: биогумус, солома, навоз и минеральные удобрения по схеме (табл.1). Схемой опыта предусмотрено 2 контроля; первый-ячмень- как индикатор

плодородия; ' второй- (фитоконтроль) - люцерна-как источник органического вещества и фиксатор атмосферного азота, а также культура -закрепитель почвопороды от смыва.

Таблица 1.

Схема микроделяночного опыта.

NN Мелиоранты, внесенные в лесс.

п/п внесено с На фоне

биогумус, солома,. навоз, минераль- мелиора культуры

т/га т/га т/га ные нтами

удобрения, азота,

* кг/га д.в. кг/га

1. А естественная темно каштановая почва 0 типчаково-

ковыльная

2. Контроль 0 ячмень

3. Фитоконтроль 0 люцерна

4. 3 6,6 - - 30 люцерна

5. 9 19,8 19,7 N90 Р» К» 90 люцерна

6. 15 33,0 - 150 люцерна

7. 21 46,2 ■ - 210 люцерна

8. 27 59,4 59,0 - 270 люцерна

В качестве основного биомелиоранта лесса, выбран биогумус с стартовой дозой в 6 т/га и для остальных вариантов с дозам и установленных по эквивалентному содержанию азота (азот первый минимум в лессе) о соломе, навозе и минеральных удобрениях. Используемый биогумус имеет состав: влага 50, общий азот - 1,0; валовых Р:03 - 1,05; КзО-1,27; и гумусовых веществ 21,6 процента (данные КНИИЗа). Химический состав соломы (%); азот общий - 0,45; валовые Р205-0,21, К ¡О -0,85. Химический состав навоза КРС (полуперепревший с подстилкой ) таков (%); общий азот -0,46, валовые Р20, -0,30, К20-0,78. На варианте с минеральными удобрениями вносились аммиачная селитра, двойной суперфосфат и хлористый калий в дозе ЫиРдаК«.

Опытными растениями служили люцерна (сорт "Семиреченская местная", с нормой высева семян 24 кг/га) и ячмень (сорт "Донецкий 4", в расчете 4,5 млн/га всхожих семян).

Агротехнические мероприятия - общепринятые по технологической карте для условий орошения с поливной нормой 600-800 куб.м, при трех

полипах за вегетацию. Мелиоранты заделывались на глубину 10 см, а солома - 20 см весной 1991 года.

В 1994 году на всех вариантах проводился уравнительный посев ярового ячменя для сравнительной оценки последействия мелиорантов на плодородие лесса.

Полевому предшествовал вегетационный опыт с биогумусом на лессе по общепринятой методике.

Почвенные обрати на режимные анализы отбирались буром из четырех гл\бин (0-10, 10-20, 20-40, 30-50 см), из трех точек делянки и в три срока. Укос наземной биомассы люцерны проводился поделяночно в фазе ш>с1сшш.

Методики аналиюв и определений общепринятые: гранулометрический состав-пнпеточным (в модификации Долгова и Личмановой); водопрочные структурные - агрегаты по Саввинову; объемная масса - буром по Каминскому: удельная масса -пикнометром; пористость - расчетным путем; общий гумус - по Тюрину, а его фракционный состав - по схеме Тюрина (в модификации Пономаревой - Плотниковой); легкогидролизуемый азот - по Тюрину и Кононовой; подвижный фос(]юр и обменный калий по Мачигину; валовой анализ лесса - метолом РСФА; <!>ерментативная активность почаы -по унифицированной методике А.Галстяна (1978); "Дыхание почвы" - по Макарову (п модификации А. Галстяна, 1974). Повторность анализов и определений - двухкратная, а при разшше показателей ± 5% (10%- ой от общей амплитуде) - трехкратная.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ.

Разбору экспериментального материала предшествует обзор литературы по

проблеме

Изменение состава н свойств лесса.

3.1. Морфология и "оживление" профиля почвогрунта. В результате биомелиорации лесса отмечены признаки слабой дифферЬнции профиля почвогрунта (особенно его верхнего слоя, по сравнению с первичной

поролон) связанной с действием видов и доз примененных мелиорантов, а также культуры - фитомелиоранта. Визуально замечено слабое изменение окраски ( палево-сероватый оттенок) и сложения (рыхловатость) верхнего

горизонта. Границы перехода между слоями почвопороды имеют диффузный характер.

Сравнительное описание морфологических признаков показало, что окраска опытной почвопороды (лесса) на фоне различных биомелиорантов отличается слабо заметной тональностью - от палевых до темновато-палевых цветов соответственно увеличению доз мелиорантов. Окраска более выражена (темновато-палевая) на вариантах лесса, где вносились 27 т/га биогумуса, 59 т/га навоза и 59,4 т/га соломы. Это значит, что на мелиорированном лессе сформировался слаборазвитый или примитивный тип морфостроения профиля. При этом степень выраженности морфологических признаков (окраска, структура, сложение) зависит от доз биомелиоралтов и выращиваемой культуры - фитомелиорантов. Особо отличительным признакам мелиорированного почвогрунта является его "оживление", т.е.' поселение в нем дождевых червей и образование копролитов.

Физические свойства мелиорированного почвогрунта *. Общефизические свойства. В год закладки опыта (1991) плотность сложения свежеобнаженного лесса в микроделянках оставалась в пределах 1,24 - ^26 г/см'. В 4-ом году на всех вариантах отмечено некоторое ее увеличение (в среднем 1,32 г/см'), особенно в нижних слоях и неудобренных вариантах. Причем плотность сложения почвогрунта изменялась послойно и под дейсгвием биомелиорантов. В целом наблюдается некоторое уплотнение сложения почвогрунта с начала опыта, тогда как плотность горизонта А естественной темно-каштановой почвы оставалась неизменной (1,12 г/см' в слое 0-20 см). '

В структурном состоянии почвогрунта вариантов с соломой произошло заметное увеличение числа водопрочных агрегатов более чем в 1,6 раза против контроля (16,2% на варианте с 19,8 т/га соломы, табл.2).

Еще выше оказалось содержание их в фотоконтроле (19,7%) и вариантах с биогумусом (9 и 27 т/га) - 20,2 и 22,7% соответственно или 2,17 и 2,44 раза выше , чем на контрольной делянке. Среднее положение занимают варианты почвопороды с навозом (19,7 и 59 т/га); где количество водопрочных агрегатов соответственно составило 21,0 и 21,8 %. В целом содержание водопрочных агрегатов почвогрунта на вариантах с биогумусом

(*) Далее в тексте понятие "лесс-это первичная, а "почвогрунт" или "почвопорода" - улучшенная порода.

и нарочом достигло 1/2 уровня парианта с естественной темно-каштановой НО"пади. (42,4%)

Таблица 2.

Количество водопрочных агрегатов я лесге и почвопородс (0-20 см, метод Саввннова, мокрое просеивание, май , 1994г,),

Варианты опыта, т/гя

Га.1мсры

агрегатоп Конт- Фито- 9, 27, 19,7 59, 19,8, 59,4, гор, А

роль, конт- био био- на- на- соло- соло- К,

лесс роль гумус гумус воз воз ма ма

I >1 ММ 2,8 8,2 8,5 9,8 8,6 9,1 6,5 6,2 22,0

Я-025мм 6,5 11,5 11,7 12,9 12,4 12,7 9,7 8,7 20,4

д>П25мм 9 Л 19,7 20,2 22,7 21,0 21,8 16,2 14,9 42,4

., 1.(1 - 0.25 мм) 69,9 58,4 57,9 56,8 59,0 58,3 59,9 58,4 48Д

i: мм

Однако дисперсность ночвопороды по сравнению с темно-каштановой ночной (48,1'?'), все eme остается высокой (57,9 - 59,9%)

Механический и валовой химический состав.

В р'.чулм.ие трехлетней биомелиорапии произошли некоторые и ¡чи-нсния механического и химического состаьа почвогрунта. Мелкопесчаная фракция не претерпела существенных изменений. Некоторые снижение числа песчаных частиц можно объяснить выветриванием зерен кальцита, а вновь образованные бикарбонаты были иллюгироилнны н нижние слоя почвогрунта (табл.3). Гранулометрический анали) покажи заметное увеличение иловатых и чуть меньше челкопылепатых. при снижении доли крупно-пылеватых частиц. Одновременно отмечена миграция илог.атой фракции поливной водой в нижележащие слои почвогрунта. И как .результат произошло увеличение числа физической глины. Интенсивное выветривание пылеватых частиц -наблюдается на вариантах где внесены большие дозы биогумуса.

^

Содержание оксидов кремния, аллюминия, марганца, калия и натрия не претерпело заметных изменений. Наибольшему изменению подвержены оксид кальция и С01 карбонатов и их количество снизилось за счет вымывания з среднем ка 16 и 9,5 % соответственно.

Таблица.З.

Изменение гранулометрического состава лесса при мелиорации (осень, 1993г).

Варианты опыта н Размеры (мм) и содержание фракций (%) Физ.

слон, см 3-1,0 1-0,25 0,25- 0,05- 0,01- 0,005 <0,001 глина,

0,05 0,01 0,005 0,001 (%)

Лесс первичный 1,8 1,5 12,7 51,2 10,4 7,6 14,8 32,8

Контроль 0-10 1,9 1,6 12,9 49,7 10,3 8,3 15,3 33,9

10-20 1,6 2,1 12,7 50,1 9,6 7,9 17,0 34,5

19,8 т/га 0-10 1,4 ■ 1,3 12,0 49,6 10,5 8,9 16,3 35,7

солома 10-20 1,3 1,7 12,1 48,2 11,0 8,8 16,9 36,7

Фитокон- 0-10 1,8 12,8 49,2 10,7 8,4 15,0 34,1

троль 10-20 1,7 11,3 49,5 9,5 8,9 18,2 35,6

9 т/га 0-10 2,2 1,5 12,2 49,6 И,2 8,4 14,9 34,3

биогумус 10-20 1,0 1,5 10,9 49,0 10,2 8,6 18,8 37,6

15 т/га 0-10 1,9 0,9 11,8 49,3 11,7 8,1 14,9 34,7

биогумус 10-20 0,3 1,6 12,5 48,6 9,9 8,9 18,2 37,0

27 т/га 0-10 1,4 2,0 13,4 48,4 11,1 8,0 15,7 34,8

биогумус 10-20 1,6 1,4 12,3 47,3 10,4 8,6 18,4 37,4

19,7 т/га 0-10 1,7 1,8 12,6 50,6 10,4 8,7 15,4 34,5

навоз 10-20 0,6 1,1 12,4 49,0 10,8 7,9 18,2 36,9

А К, . 0-10 0,2 0,7 14,8 44,7 14,6 16,7 8,3 39,6

, 10-20 - 0,9 12,3 44,2 12,6 18,4 11,6 42,6

В почвопороде произошло увеличение содержания 1,5 оксида железа в 1,11,7 раза, что на наш взгляд связано с окислением закисной его формы (II) - в первичном лессе, ее содержание почти во всех вариантах снизилась в 1,4 раза (табл.4).

В целом рад миграции оксидов химических элементов из 0-10 см - го слоя лесса в результате биомелиорации на фитоконтроле выглядит так: 50,>Са0>С0,> (РеО)> КгО=МвО^ МпОБЮ, = Л1А = ТЮг>

(1"е,03). Пониженное содержание оксида титана в К, связано с различием

Таблша.4

Изменение аалового химического состава мелиорированного лесса <%, в ело« 0-10 см),осень, 1993 г.

Варианты 5Ю2 А1, О, РеО Ре20, тю СаО МйО МпО р205 Кг О 50,¡СО, 2

Лесс чистый 55,24 И,64 1,15 2,85 0,68 10,30 2,26 0,11 0,14 2,50 1,£6 0.03 7,04 99,59

Фитоконт роль 55,94 11,92 1,08 3,33 0,66 8,87 2,67 0,11 0,15 2,50 1,86 0,01 6,49 99,31

Лссс+9 т/га- биогумус 56,04 12,41 0,87 3,15' 0,71 8,53 2,47 0,11 0,15 2,50 1,86 0,02 6,49 99,35

лесс +19,7 т/Ы навоз 55,68 11,81 0,79 3,65 0,73 8,87 2,26 0,11 0,15 2,50 1,86 0,06 6,49 99,45

лесс+19,8 т/га солома 55,54 12,12 1,15 3,99 0,75 9,15 2,26 0,11 0,14 2,50 1,86 0,01 6,38 99,90

лесс+27 т/га б1;огум\с 55,00 12,23 0,81 4,83 0,71 8,77 2,26 0,11 0,16 2,50 1,86 0,03 6,27 100,11

А ест. К} 59,66 12,70 0,72 3,73 0,66 4,00 2,67 0,11 0,19 2,83 2,09 0,17 1,76 100,22

минералогического состава мелиорированного лесса (минералы: анатаз, рутил, сфен почти не выветриваются) .

Таким образом, можно сказать, что в мелиорированном лессе активно протекают элементарные почвенные процессы почвообразования. А именно, ила больше в нем накапливается в слое 10-20 см, т.е. происходит процесс оглинивания (сиаллитизация) лесса с последующим лессивиро-ванием его продуктов в нижележащие слои. Тем самым формируется слабовыраженный элювиально-иллювиальный профиль почвопороды. Причем процесс оглинивания интенсивно выражен в улучшеных ее вариантах.

Изменение пищевого решяма почвопороды.

С началом культурного почвообразовательного процесса - как культурного антропогенеза, в мелиорированном лессе происходит увеличение содержание усвояемых питательных элементов как по годам, так и по вариантам опыта в зависимости от доз и вида внесенных мелиорантов. Например, в год закладки опыта содержание в лессе легкогидролизуемого азота было низким - 26-32 мг/кг (по градации Тюрина и Кононовой), за три года опыта оно увеличилось на 70%. В динамике легкогидролизуемого азота наблюдается уменьшение его количества от весны к осени.

Первичный лесс слабо обеспечен подвижным фосфором-10,8 мг/кг. Во влажный 1992-1993 годы во всех вариантах почвопороды наблюдается увеличение содержания подвижного Р205-1,1-1,8 раза, соответственно дозам и видам мелиорантов. В последующие годы особенно в вариантах лесса с соломой, по сравнению с первым годом опыта резко возросло содержание подвижного фосфора. Объяснением тому может быть активное разложение соломы с образованием органических кислот, участвующих в мобилизации подвижной Р3 05 в верхних слоях мелиорированного лесса. В накоплении и динамике подвижного фосфора отмечена также сезонность. Она характерна и для обменного калия; большее накопление его в почвопорояе отмечено весной, резко уменьшается к лету, затем опять количество К20 возрастает к осени, это связано с тем, что почвопорода весной и осенью была более увлажненной, летом она иссушается и калия больше потребляется опытными растениями.

К тому же по мере улучшения лесса с течением времени происходит мобилизация обменного калия (как и подвижный фосфор) из валовой формы в результате развития первичного почвообразовательного процесса в породе (внутрипочвенное выветрииание минералов, накопление

органических остатков культурных растений и разложение чх микроорганизмами). Если содержание обменного калия в первичном лессе (весной 1991 года) составляло 156 мг/кг, то последующие годы опыта по мерс улучшения породы культурными растениями оно достигает значительных величин (250 и 282 мг/кг под ячменем весной 19S2 и 1993 голов), т.е. в слоях 0-20 и 10-20 см оно возросло б 1,8 -1,4раза.

Таким образом, в течении трех лет мелиорации лесса в результате процесса почвообразования в нем отмечена заметная мобилизация подвижных форм питательных веществ, количество которых почте достигает показателей естественной темно-каштановой почвы.

Изменение гумусового состояния мелиорированной почвопороды.

В начале опыта в первичном лессе общего гумуса содержалось 0,17-0,30 (0,24) процента. К осени 1993 года произошло увеличение содержания его во всех вариантах почвопороды, включая контрольный с ячменем (в 0-10 см-на 0,14 %, табл.5), в фитоконтроле (под люцерной) в слое 0-10 см улучшенного лесса содержание общего гумуса за три года возросло до' 0,69%, при внесении в почвогрунт мелиорантов (О-10см) еще больше -19,7. г 59 т/га навоза до 0,78 и 0,98% соответственно. Наибольшее накопление гумуса произошло в вариантах почвопороды (0-10 см) с биогумусом - or 0,75 до 1,21 процента в соответствии с возрастанием его доз. Максимум накопления гумуса отмечен при внесении высокой дозы соломы (59,4 т/га)-1,04 %.

Таблица.5.

Изменение содержания общего гумуса к почзопороде под влиянием мелиорантов, %.

Варианты опыта

Глубина, солома, навоз, биогумус. солома, навоз, биогумус

см 19,8 19,7 9т/га 59,4 т/га 59 т/га 27 т/га

т/та т/га

0-10 см ГоТбб 0,78 0,72 0,86 1,03 0,98 1,21

10-20 см 0.64 0,49 0,49 0,51 0,89 0,62 0,62

20-30 см 0.3S 0,36 0,35 0,39 0,43 0,35 0,40

30-50 см 0.25 0.33 0,33 0.36 0,30 0,33 0,36

Анализ фракционного состава гумуса в почвопороде показал, увеличение его в основном за счет непщролизуемого остатка (табл.6), количество которого по вариантам опыта колеблется в пределах от 64,0 до 81,6 %, что значительно выше, чем в составе гумуса в зональной темно-каштановой почвы (в 2 раза за исключением навоза).

Таблица.6.

Грушювой состав гумусг мелиорированного лесса (с % к общему С).

Вар:шггы С общ. негидроли- зуемый остаток гуминовая кислота фульво-ки слота С г к

С фк

1. Контроль 0,22 81,6 4,0 8,8 0,45

2. Фотоконтроль 0,40 64,0 не опр. 28,8 -

3. 9 т/га биогумус 0,50 79,2 3,8 13,4 0,28

4. 19,7 т/га навоз 0,45 46,5 7,0 37,5 0,19

5. 19,8 т/га солома 0,35 76,8 4,7 16,0 0,29

6. 27 т/га биогумус 0,70 79,7 4,0 13,1 0,30

7. А-К, 2,35 40,9 37,2 21,8 1,71

В составе гумуса почвопороды преобладают фульвокислоты, причем присутсвуют все ее фракции. Гуминовая кислота полностью связана с кальцием. Отношение гуминовых кислот к фульвокислотам в почвопороде опытных вариантов довольно низкое (от 0,45 до 0,19) что характерно для фульватного типа гумуса светлых сероземов.

Важным генетическим показателем почвы является отношения углерода к азоту. Определение его в мелиорированном лессе показало увеличение азота (снижение С : N до 8,7 - 8,4, табл.7) в вариантах с навозом и биогумусом. Это явилось результатом возделывания в течении трех лет люцены - культуры, фиксирующей атмосферный азот. Напротив, варианты почвопороды с соломой отличаются высоким отношением углерода к азоту (10,1-10,7), т.е. низким содержанием азота.

15

Таблнш.7.

Отношение углерода к азоту в мелиорированном лессе (0-1Ö cw).

\^Варианты 1ЮкгпателгК^ A-Kj контроль, лесс фито-кон- трол ь 9 т/га биогу -мус 19,7 т/га нааоз 19,8 т/га солома NPK 27i/rr. .биогумус 59т/ га навоз .59,4 т/га соло ма

С гумуса, % 2,35 0,22 0,40 0,50 0,45 0.35 0,42 0,70 0,57 0,«)

Общий азот, Ч 0,245 0,023 0,045 0,058 0,051 0,034 0,045 0,084 0,065 0,057 !

C:N 9,6 9,5 9,0 8,6 8,8 10,1 9,2 8,4 8,7 10,7 |

Изменение биологической активности почвопороды.

В улучшенном биомелиорантами (солома, навоз, биогумус) лессе значительно активизируются ферментативные процессы, особенно при внесении биогумуса; за ним следует навоз к замыкает биоряд солома. ■ Наиболее эффективными дозами биогумуса для оживления биопроцессев ц почвопороле являются 9-15 т/га.

Плодородие мелиорированной почвопороды и урожайность культурных растений.

Урожайность является основным показателем плодородия как почвы так и почвопороды. Результаты полевых опытов с почвопородой показали зависимость урожая возделываемых культур от вида и доз вносимых биомелиорантов. Урожайность люцерны на мелиорированном лессе (табл.8) I» течение трех лет заметно возрастает; в год закладки опыта урожай сена составила 21,4, на второй год - 105,6 и на Ш год - 123,5 ц/га. По продуктивности испытанные мелиоранты (в дозе равной 90 кг/га азота) расположились в следующий возрастающий ряд: в "первый год - солома <навоз<биогумус< минеральные удобрения; в последующие два года -солома<мннерал!.ные удобрениЖнавозСбиогумус; и наконец, четвертом году по урожаю зерна ячменя они расположились в такой ряд: минеральные удобрения Ссолома <навоз <биогумус (табл.9). Следует особо отметить, что

в четвертом году опыта - при уравнительном посеве максимальную прибавку наземной биомассы ячменя дал вариант, где была внесена высокая доза (59,4 т/га) соломы - 78,7% к фитоконтролю, что объясняется ее поздним последействием как биомелиоранта; на вариантах почвопороды с соломой в начальные годы урожайность сена люцерны сильно отставала от фотоконтроля, а также снижалась по мере возрастания доз соломы. На других делянках мелиорированного лесса урожайность культуры повышалась по мерс роста доз вносимых мелиорантов. В первом году опыта возрастающие дозы биогумуса хотя и продолжали давать прибавку урожая села, но привели к снижению темпа прибавки урожая по параболической кривой.

Таблица 8

Урожайность с.-х. культур на мелиорированном лессе

\Ходы,Урожай Варианты^ч опыта N. 1991 1992 1993 всего

ц/га прибавка в % ц/га при-, бавка в % ц/га прибавка в % ц/га прибавка в %

Контроль (ячмень) 19,8 (6,2) _ 17,5 (5,1) _ 11,4 (3,0) _ 48,7 (14,3) _

Фитоконтроль (люцерна) 21,4 0 105,6 0 123,5 0 250,5 0

3 т/га биогумус- 29,8 39,3 120,4 14,0 140,0 13,1 290,2 15,8

9 т/га -//- 38,2 78,5 136,3 29,1 157,8 27,8 332,3 32,7

19,7 т/га навоза 32,0 49,5 128,6 21,8 146,3 18,5 306,9 22,5

39,2 83,2 124,8 18,2 141.4 14,5 305,4 21,9

15 т/га биогумус 42,4 98,1 144,5 36,8 165,7 34,2 352,6 40,8

21 т/га -//- 44,8 109,3 150,7 42,7 171,7 39,0 367,2 46,6

27 т/га -//- 45,5 112,6 153,4 45,3 .174,5 41,3 373,4 49,1

59 т/га ндвоза 42,2 97,2 145,5 37,8 167,4 35,6 355,1 41,8

НСРМ 2,11 6,33 9,68

При сравнении урожайности зерна ячменя, полученного на мелиорированном лессе наблюдается иная картина: максимальную прибавку

»г

ее дали варианты с биогумусом - от 18,3 до 125,7% (10,3-19,6 ц/га, что намного вмше варианта с соломой (до 60,2%).

Характерно, что солома как мелиорант привела к увеличению мае см соломы ячменя, тогда как на вариантах с биогумусом произошло увеличение урожая черна ячменя соответственно возрастающим дозам этого удобрения.

Г.сгетнциониый опыт. Фенологические наблюдения за ростом и развитием растений люцерны на мелиорированном лессе показали такую закономерность: на вариантах с биогумусом всходи ячменя появились на 13 дня раньше и растения лучше вегетировали, у них не наблюдалось пожелтения листьев. Растения вегетировали намного контрастнее (по вариантам) по сравнению с растенями полевого опыта, что объясняется искусственным ограничением корнеобитаемого пространства в сосудах, Поэтому основная масса корней растений тяготела к верхнему слою мелиорированного лесса. Таблица 9

Урожайность ячменя уравнительного посеве (1994 г.)

Варианты Урожай ячменя Зерно от назем- Нрибавкл от фнто-

и/га ной массы, в Го контроля, в %

Паземна.ч в т.ч. Наземная в т.ч.

масса,всего зерно масса,всего зерно

Контроль 5,5 1,2 21,9 23,4 13,3

Фитоконтроль 23,5 8,7 37,0 100 100

3 т/га биогумус 28,5 10,3 36,1 121,3 118,3

9 г/га -//- 31,5 11,6 36,8 134,0 133,2

19,7 т/га навоз 27,0 9,7 35,8 114,9 111,1

21,5 7,3 00 fn 91,5 83,6

¡ 5 т/га биогумус 36,0 13,5 37,5 153,2 155,2

21 г/га -//- 37,5 16,8 44,8 159,6 193,1

27 т/га -//- 40,0 19,6 49,1 170,2 225,7

59 т/га напоз 36,5 17,0 46,5 155,3 195,1

ft.fi т/га солома 21.5 7,0 32,4 91,5 80,1

19.8 i/i а -//- 23,5 7,5 32,1 100 86,7

33 т/га -//- 31,0 ИД 35,7 131,9 127,2

46.2 г/га -//- 33.5 12,2 36,5 142,6 140,6

59.4 т/га -Ц- 42,0 13,9 33,2 178,7 160,2

А - К, 30,8 13,1 42,5 131,1 150,6

HCl'« l,S5

Корреляция условий и элементов плодородия мелиорированного лесса с урожайностью сельскохозяйственных культур.

В изученных вариантах опыта сильная положительная корреляция с урожайностью сельскохозяйственных культур (люцерна и ячмень) наблюдается с содержанием ¡умуса (r=0,924 и 0,985), водопрочными агрегатами (0,970 и 0,985) и Легкошдролизуемым азотом (0,821 и 0,691). .Отрицательная сильная корреляция урожайности люцерны отмечена с содержанием обменного калия (-0,815) в почвопороде. Слабая корреляция урожайности зерна ячменя прослеживается с содержанием физической глины и подвижным фосфором, а корреляция урожая сена люцерны с ними среднеогрицательная. Отмечена тесная положительная корреляция между факторами урожая, а именно положительная - содержания гумуса с количеством водопрочных агрегатов и легкопщролизуемым азотом. Отмеченные три биотических и физических фактора (гумус, легкогидролизуемый азот и водопрочные агрегаты) напротив имеют слабую или даже отрицательную корреляцию с абиотическими факторами плодородия (подвижный фосфор, обменный калий и физическая глина) почвопороды.

Биомелноранты и почвообразовательный процесс иа улучшенном лессе

Почва есть динамическая биосистемд, поэтому отдельные ее свойства подвержены изменениям во времени.

Взяв за основу две концепции - теории почвообразования: эволюция почв и элементарные почвенные процессы (ЭПП) мы попытались выявить и оценить ЭПП почвопороды за мелиоративный период преобразования от первичного лесса до измененного (первичным) почвообразованием его состояния,- Используя аналитический и синтетические подходы к диагностике почвопороды, нами выявлены следующие элементарные почвенные процессы и подпроцессы:

1. Первичное (примитивное) почвообразование с почти неразвитым еше почтенным профилем, что ограничено фактором времени;

2. Оглинение (сиаллитизация) в щелочной среде (I 2у), возможно и в нейтральной среде почвопороды на вариантах с соломой;

3. Гумификация (образование грубого гумуса) и гумусонакопление фульватного типа в щелочной среде (if 2 а В);

4. ИллймврИзациа (вымывание ила вниз по профилю) и слабое выщелачивание минеральных соединений поливной водой (III 3 а (5).

В результате биомелиорации и развития этих процессов в лессе сформировался примитивный почвенный профиль с аккумулят ивно-слабоэлювиалыю-иллювиальным типом распределения веществ в нем. Важным его показателем является "оживление" почвопороды т.е. поселение в пей дождевых червей и образование ими копролитов.

По интенсивности почвообразования лочвопорода находится в стадии формирования - в фазе ускоренного развития, (табл. 10)

Таблица 10

Процессные коды формирования мелиорированной почвопороды (rw схеме И. Герасимова).

Процессный код Варианты

1) 1 2у - II 2аВ- IUJaP 27 т/га биогумуса; 59,4 т/га соломы и 59 т/га навоза ■

2) L2y--JL2oS - III 3а(3 Фитоконтроль; 9 т/га биогумуса; 19,7 т/га навоза и 19,8 т/га соломы

А направление почвообразовательного процесса на улучшенной .

почвопороде безусловно является зональным. Однако на данном этапе ее развития, как показывают процессные коды, профиль почвопороды сходен с орошаемыми светлыми сероземами. Хотя развитие ЭПП, по сравнению с сероземами Южного Казахстана (Бейсеева, Джамалбеков, Козыбаева), в предгорно-стеиной -зоне Заилийского Алатау протекает более ускоренно. Поэтому благоприятные бноклиматические условия зоны и дальнейшее интенсивное антроногеинос воздействие, надо пол о гать, приведут подобные почпопороды к преобразованию по каштановому типу.

Таким образом, если оценивать с агроироизводственной точки зрения, то за короткий срок путем биологической мелиорации и при орошении возможно формирование профиля достаточно плодородной почвопороды, которая по продуктивности сельскохозяйственных культур не будет уступать зональным, а в наших условиях каштановым почвам.

Экономическая эффективность применения биомелнораигов на лессе.

Экономические расчеты показывают, что наиболее высок урогсль рентабельности от биомелиорантов на вариантах с биогумусом в дозах 3 и 9 т/га (74,1 и 67,3 %), с навозом - 19,7 т/га (69,8 %) и минералы-ым удобрениями (72,6%). С увеличением доз биомелиорантов рентабельность их

го

падает - с 74,1 до 38,7, на вариантах с биогумусом и с 69,8 и 59,5 % на вариантах с навозом.

Применение соломы в качестве биомелиоранта лесса экономически нецелесообразно, ввиду очень низкой окупаемости затрат (0,35 - 0,42).

В целях ускорения культурного почвообразовательного процесса целесообразно ловысить дозу внесения биогумуса до 9-15 т/га.

ВЫВОДЫ

1. При биомелиорашш процессы почвообразования на лессе протекают в ускоренном темпе, а именно происходит формирование примитивного морфогенетического профиля с активным развитием в нем процессов первичного почвообразования, гумусонакоплечий, оглинения (сиалиткзации), выщелачивания и мллимврйзация. Испытанная порода -лесс по интенсивности преобразования в почву находится в стадии формирования » в фазе ускоренного развития.

2. Процессные коды, выведенные на основе ЭПП, показали, что в мелиорированный лесс все ешс далек от преобразования в зональную темно-каштановую почву.

3. Биомелиорация с егропроизводственной точки зрения способствует формированию достаточно плодородной почвопороды, которая по продуктивности не уступает зональной каштановой почве. Этому способствует относительное потенциальное плодородие самого лесса, Енесение биомелиорантов и посев на поливе фитомелиоранта - люцерны (двойная мелиорация) как важного источника органического вещества и фиксатора атмосферного азота.

4. Для биомелиорации, ■ по темпу развития культурного почвообразовательного процесса и продуктивности сельскохозяйственных культур, экологически и агрономически приоритетен биомелиорант биогумус (в дозах 9-15 т.гя).

ПРЕДЛОЖЕНИЕ

Для повышения плодородия лесса (обнаженных участков при планировочных работах) эколого-экономически целесообразно проведение биомелйорации:

а) внесение биогумуса в дозах от 9 до 15 т/га;

б) посев фитомелиоранта - люцерны 3х лет произрастания;

в) внесение 20 т/га навоза';

г) при дефиците последнего можно использовать как биомелиорант измельченную солому в дозе 6,6 т/гз (+ азотные удобрения).

ОПУБЛИКОВАННЫЕ РАБОТЫ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1.Кликбаеи Б.К. Пишевой режим мелиорированного лессз. //Материалы научно-практической конференции профессорско-преподавательского состава и аспирантов КаэСХИ. Алматы, 1992, с. 61-63.

2.Талибской Т.Г .Кликбаев Ь.К. Влияние соломы на плодородие лесса и урожайшкт!, люцерны. //Сборник статьи научной конференции профессорско-преподавательского состава и аспирантов КаэСХИ. Алматы, 19'М, часть I. с. 38-40.

3 1 ачабеюн Т.Т.,П;жкбаев Б К. Эколог ические аспекты применения биогумуса как мелиоранта. //Экологические проблемы применения )добрп1ий и воспроизводство почвенного плодородия. Сборник научных |ру;шв К.пСХИ, АЛМЙ1Ы, 1991, с. 11-19.

4.Кл!кбаев Б.К. Мелиорациаланган лесспн гумус курамыныи озгер'С). //Жаршы, Ачматы, "Бастау", 1995, N 4, б. 80-85.

5. Тазабеков Т.Т.,Ел1кбаев Б.К.//Топырак кунарлылыгы. Алматы, "Б1гпм", 1995, 6.222. Л

ЕЛ1КБАЕВ Б. К.

Jlecri биологнилык жолмен жацсарту (мслиораиия.чау)

03.00.27 - топырактану Диссертация ... биологнялык гылымдар кандидаттыгына

Зерттеу жумысы алдына Онтусттк-шыгыс Кдтакстандагы тау баурайыиыц суармалы ericTiK жерлер'т тепстеген кездерде аршылыи кдлатын аналык. жыныс -лест) учаскелердщ кунарлыгын.оныц топыракка айналу кесюшн мейлшше кыскд мсрммле кдлпына келт>ру жипс ауылшаруашьшык дацылдарыныи ежмдштжн арттыру максаты крйылган. Ол уши! топыраюсуралу Hpoueccrepin улету кджет. Осы аталган проблемаларды шешу yuiin бупнл Kyiii биологнилык. мелнорациялаудыц болашагы эор. Зерттеу дере KTepi керсеткендей.бномелиорантар (биогумус,сабан,кон жене жбцышкд) тиж^рибелж аналык. жыныс лесте бастапкы топыракхуралу процесстерш удетш,кыскд меримде "жыные-топырак" кескшш тузген жане де сабанныц, ocipece биогумустщ ocepi Gipiiuui рет зерттелген; онын к.унарлыгы мен ауылшаруашылык. дакыллар етмдупгш котерген.

ELIKBAEV B.K. Biological reclamation of loess.

03.00.27 - soil science for presenting ... for a candidate of biological sciences.

In foothill regions of irrigated cropgrowing in the south-east of Kazakhstan, in conducting the planning works the areas of maternal types of loess arc bated on day surface, creating the variety of plough-land soil cover.

The author has put the aim to restore the profile and fertility of bare soil-loess in short time and this basis to increase productivity of crops by means of biological reclamation Biohumus, mannure, straf and also phytoreclamative material such as alfalfa are chosen as bioreclarnative material. The effective influence of bioreclarnative materials on initial soil-formation process in its tipe and fertility is proved with the help of conducted experiments.