Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

БИОЛОГИЧЕСКИЕ ПРИЕМЫ ВОСПРОИЗВОДСТВА ПЛОДОРОДИЯ КАШТАНОВЫХ ПОЧВ ЗАСУШЛИВОГО ЗАВОЛЖЬЯ

ВАК РФ 06.01.03, Агропочвоведение и агрофизика

Автореферат диссертации по теме "БИОЛОГИЧЕСКИЕ ПРИЕМЫ ВОСПРОИЗВОДСТВА ПЛОДОРОДИЯ КАШТАНОВЫХ ПОЧВ ЗАСУШЛИВОГО ЗАВОЛЖЬЯ"



На правах рукописи

МОХОНЬКО Юлия Мнзанловна

БИОЛОГИЧЕСКИЕ ПРИЕМЫ ВОСПРОИЗВОДСТВА ПЛОДОРОДИЯ КАШТАНОВЫХ ПОЧВ ЗАСУШЛИВОГО ЗАВОЛЖЬЯ

06.01.03 - агропочвоведенне, агрофизика 06.01.04 - агрохимия

АВТОРЕФЕРАТ диссертация на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Саратов - 2004

Работа выполнена в Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования

"Саратовский государственный аграрный университет имени Н.И. Вавилова1*

Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук,

профессор Снницына Надежда Егоровна

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук;

профессор Медведев Иван Филиппович

кандидат сельскохозяйственных наук, доцент Гришин Юрий Михайлович

Ведущее предприятие: Федеральное государственное научное

учреждение РосНИИСК «Россорга»

Зашита состоим 29 даш 2004 г. э 10 00 часое на заседания диссертационного совета Д 220,061.06 при Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессиональкога «бразоваяия «Саратовский государственный аграрный университет ймеви Н.И. Вавилова» по адресу; 410600, г, Саратов, Театральная пл., д. 1,

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ»

Автореферат разослан 28 мая 2004 г. Ученый секретарь -

диссертационного совета х^сЬ^^'" Данилов А.Н.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. На пороге XXI века человечество столкнулось с целым комплексом проблем, связанных с антропогенным воздействием на природные системы, приводящих к крупномасштабной деградации почвенного покрова.

Совершенствование теории и практики управления плодородием почв является в целом центральной задачей агропочвоведення. Под управлением плодородием почв понимается целенаправленное изменение его составляющих для достижения желаемого (планируемого) функционального состояния.

Основной причиной снижения плодородия почв и продуктивности агро-экосистем является нарушение баланса гумуса и питательных веществ, потеря водопрочной макро- и микроструктуры и, как следствие, переуплотнение и ухудшение водно-воздушного режима всего кориеобитаемого слоя, что наблюдается в засушливом регионе Заволжья.

Роль агрофизических свойств почв велика в условиях неустойчивого увлажнения, где дефицит влаги является лимитирующим фактором получения высоких урожаев возделываемых культур, так как именно от влагообеспеченности почвы зависят условия питания растений и эффективность вносимых удобрений.

Неблагоприятные свойства каштановых почв определяются их зональным признаком - солонцеватостью, обусловленной наличием катиона натрия в ППК. Последний вызывает диспергирование и пептизацяю органической и минеральной части почвы, увеличение количества гидрофильных коллоидов и ухудшение ее агрофизических свойств, что приводит к снижению запасов влаги в почве и продуктивности сельскохозяйственных культур.

Поэтому остро встает вопрос о необходимости поиска путей наибольшего накопления и сохранения запасов влаги за счет изменения физических и коллоидно-химических свойств почв, а также принятия адекватных действий для сохранения почвенного покрова и экологического равновесия агрофито-ценозов.

В настоящее время кризис в экономике сельского хозяйства требует уделять первоочередное внимание методу «биологического земледелия», включающего в себя применение органических удобрений растительного происхождения (солома, сидераты).

Одним из реальных путей решения проблемы является активизация биологических ресурсов за счет использования органического вещества растительных формаций. Это предотвратит деградацию гумуса, улучшит водно-физические свойства почв: снизит плотность, дисперсность, увеличит водопроницаемость, влагоемкость, накопление запасов доступной влаги в почве и повысит урожайность сельскохозяйственных культур. Поэтому разработка и научное обоснование ресурсосберегающих приемов, обеспечивающих воспроизводство почвенного плодородия и повышение поодуктивности сельскохозяйственных культур является

ний.

Цель и задачи исследований. Цель исследований - теоретическое обоснование, разработка и совершенствование наиболее эффективных биологических приемов в повышении и регулировании почвенного плодородия и продуктивности культур зернопарового севооборота.

В связи с этим поставлены и решались следующие задачи:

- изучить влияние систем удобрений на питательный режим каштановых почв;

- выявить изменения в составе минеральных, органических коллоидов и почвенно-поглощакицем комплексе (ППК) при применении удобрений и возделывании сельскохозяйственных культур;

- установить воздействие биологических факторов на агрофизические свойства почв (плотность, влажность, структуру почвы и ее водопрочность);

- выявить корреляционную зависимость между гидрофильными коллоидами и элементами плодородия почв, позволяющую регулировать и управлять агрофизическими свойствами;

- провести информационно-логический анализ аппроксимации гидрофильных коллоидов и обменных оснований, позволяющий обосновать внут-ридочвенные процессы, объемную оценку влияния этих параметров на воспроизводство плодородия почв и эффективность биологических приемов;

- дать агроэкологическую оценку биологических приемов улучшения почвенного плодородия;

- определить действие внесенных удобрений на урожайность сельскохозяйственных культур;

- дать оценку биоэнергетической эффективности применения различных видов удобрений.

Научная новизна. Впервые для засушливого Заволжья изучение воспроизводства почвенного плодородия проводилось с коллоидно-химических позиций.

— Выявлены существенные изменения в составе органических и минеральных гидрофильных коллоидов каштановых почв под влиянием биологических приемов.

— Установлена зависимость между гидрофильными коллоидами и обменными катионами, обусловливающая управление процессами солонцеватости и оструктуривания.

— Проведен информационно-логический анализ, позволяющий теоретически обосновать внутрипочвенные процессы, провести оценку влияния информативных параметров на воспроизводство почвенного плодородия и разработать определенные биологические приемы по его сохранению.

— Математически обоснована мелиорирующая роль органических удобрений растительного происхождения (солома, сидерат) в регулировании процессов диспергирования и коагуляции почвенной массы.

Практическая значимость работы и реализация результатов исследований. На основе проведенных исследований разработаны рекомендации по эффективному применении .биологических приемов, позволяющих стабилизировать содержаниемчсачество гумуса, снизить количество гидрофильных

коллоидов, декальцификацию и степень солонцеватости. Предлагаемые рекомендации используются и системе земледелия Краснокутской селекционно-опытной станции, где проходили производственную проверку.

Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались на ежегодных научных конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов Саратовского государственного аграрного университета им. Н.И. Вавилова (2000-2004 гг.), на межвузовской научной конференции молодых ученых, аспирантов и студентов, посвященной 115-летию со дня рождения академика Н.И. Вавилова, Саратов, 25-30 ноября 2003 г.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 7 печатных работ.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Влияние биологических приемов на питательный режим почв.

2. Количественные изменения в составе органических, минеральных коллоидов и почвенном поглощающем комплексе под воздействием различных систем удобрений и сельскохозяйственных культур.

3. Взаимосвязь гидрофильных коллоидов и обменных оснований и их влияние на внутрипочвенные процессй: диспергирование и коагуляцию.

4. Роль биологических приемов в улучшении агрофизических свойств почв и повышении урожайности сельскохозяйственных культур.

5. Биоэнергетическая оценка эффективности применения различных видов удобрений.

Структура и объем, диссертации. Диссертация состоит из введения, 7 глав, выводов и предложений производству; изложена на 250 страницах машинописного текста, включает 22 таблицы, 9 рисунков, 24 приложения.

Список использованной литературы содержит 386 наименований, в том числе 27 - зарубежных авторов.

Условия и методика проведения опытов

Исследования по изучению эффективности применения биологических приемов повышения плодородия почв проводились с 2000 по 2002 годы на полях Краснокутской селекционно-опытной станции, расположенной в центральной левобережной микрозоне Саратовской области.

Климат района проведения опыта резко континентальный, засушливый. Отличается высокой испаряемостью и недостаточным выпадением атмосферных осадков, низкой относительной влажностью воздуха, резким колебанием температуры воздуха и почвы. Среднегодовое количество осадков по многолетним данным составляет 302 мм, из них основная часть выпадает в теплые месяцы (апрель-октябрь) - около 207 мм. Гидротермический коэффициент равен 0,4-0,6.

Погодные условия вегетации 2000 года характеризовались как влажные, 2001 и 2002 годов —как средневлажные.

Почвы опытного участка - каштановые среднемощные малогумусные среднесолонцеватые тяжелосуглинистые по транулометрическому составу.

Содержание гумуса в пахотном слое колеблется в пределах 2,41—2,45 %. Сумма поглощенных оснований составляет 31,58-31,78 мг-экв на 100 г почвы, в ее составе преобладает обменный кальций (65,82-66,97 % от суммы поглощенных оснований). Реакция почвенного раствора - щелочная (рН 7,78,3). По плотному остатку почвы незаселенные (0,056-0,066 %). Обеспеченность каштановых почв нитратным азотом - повышенная, подвижным фосфором - низкая-средняя, обменным калием - высокая для всех сельскохозяйственных. культур.

Закладка опыта осуществлялась в соответствии с общепринятыми методиками (руководства НШСХ Юго-Востока, 1973; ЦИНАО, 1980; ВАСХ-НИЛ, ВИУА, 1985; Б,А. Доспехова, 1985) на стационарных участках в семипольном зернопаровом севообороте: пар - озимая пшеница - яровая твердая пшеница - нут — яровая мягкая пшеница — просо - ячмень.

Схема опыта. Исследования проводились с разными культурами данного севооборота - зерновые (озимая и яровая твердая пшеницы), зернобобовые (нут) и пар на фоне следующих видов удобрений:

1. Контроль - без удобрений.

2. Минеральные удобрения: пар (Р30) - озимая пшеница - яровая твердая пшеница (КбоРю) - нут (Р3о).

3. Органические удобрения: пар (навоз 30 т/га) - озимая пшеница — яровая твердая пшеница (запашка соломы озимой пшеницы) - нут (запашка соломы яровой пшеницы).

4. Сидерзльные удобрения с запашкой навоза: пар (запашка донника) -озимая пшеница - яровая твердая пшеница (навоз 30 т/га) - нут.

Для сравнения результатов исследований с исходными почвами в схему опыта включены целина и разновозрастные люцерна и житняк (3-4 года пользования).

Площадь делянок 360 м2 (7,2 м х 50 м), повторность четырехкратная, расположение рендомизиро ванное.

Удобрения вносили в соответствии с принятыми для зоны засушливого Заволжья рекомендациями. Навоз, солому и фосфорные удобрения (двойной суперфосфат), вносили под зяблевую вспашку в конце лета, азотные удобрения (аммиачная селитра) — перед посевом под культивацию и в подкормку.

Все сорта культур, изучаемые в опытах, относились к районированным. Высевались озимая пшеница Донская безостая, яровая твердая пшеница Краснокутка 10, нут Юбилейный, люцерна Краснокутская 4009, житняк Краснокутский узкоколосый 305.

Агротехника возделывания сельскохозяйственных культур была общепринятой для зоны проведения исследований.

Полевые опыты сопровождались наблюдениями и исследованиями в соответствии с общепринятыми методическими указаниями (А.А. Роде, 1962; В.Н. Плешаков, 1983; Б.А. Доспехов, 1985).

Содержание нитратного азота в почвенных образцах определяли по Грандваль-Ляжу с дисульфофеноловой кислотой; подвижного фосфора по методу Б.П. Мачнгина.

Валовый гумус определяли по методу И.В. Тюрина в модификации В.Н. Симакова. Анализ качественного состава гумуса проводился по ускоренной методике М.М. Кононовой и Н.П. Бельчиковой (1961).

Влажность почвы определялась термостатно-весовым методом на глубину до 1 м послойно через каждые 10 см (A.A. Роде, 1962).

Гидрофильные коллоиды выделялись по методу Б.В. Андреева (1963) без химической обработки.

Плотность почвы определялась по методу H.A. Качинского через каждые 10 см до глубины 40 см.

Учет урожая проводился методом поделяночного обмолота комбайном САМПО-500 с последующим приведением его к 100 % чистоте и стандартной влажности.

Математическая обработка экспериментальных данных осуществлялась методами корреляционного, регрессионного и дисперсионного анализов на персональном компьютере по БА. Доспехову (1985).

Биоэнергетическая оценка эффективности вносимых удобрений проводилась по методике В.М. Володина, Р.Ф. Ереминой, А.Е. Федорченко, АЛ. Ермаковой (1999).

Результаты исследований

Питательный режим почвы. Применение различных видов удобрений и возделывание многолетних трав способствовало улучшению питательного режима каштановых почв. На контрольном варианте в начале вегетации культур количество нитратного азота (N-NO3) в почве составляло 24,7-29,7 мг/кг почвы. При внесении минеральных удобрений его содержание возросло на 2,7-3,7 мг/кг почвы. Существенное влияние на накопление N-NOj в почве оказала органическая система удобрений, где количество его увеличилось на 8,0-15,1 мг/кг почвы.

Более высокое содержание N-NO3 в почве, по сравнению с другими культурами севооборота, отмечалось под нутом на всех вариантах опыта.

Наибольшее обогащение N-NO3 почв происходило при возделывании многолетних бобовых и злаковых трав: под люцерной 3 года пользования -до 46,3 мг/кг почвы, под житняком 3 и 4 года жизни - до 36,6 и 40,4 мг/кг почвы. К концу вегетации содержание N-NOj уменьшалось под всеми сельскохозяйственными культурами, что обусловлено интенсивным потреблением его растениями в период их роста, развития и создания урожая.

Аналогичные изменения наблюдались и в содержании доступного фосфора в почве. Наибольшее его количество отмечалось на фоне совместного применения донника и навоза (30,2—35,2 мг/кг почвы). К концу вегетации количество доступного фосфора в почве снижалось.

. Таким образом, наиболее, благоприятно азотный и фосфатный режим каштановых почв складывался при запашке донника и навоза,

Баланс элементов питания .в почве. Расчет баланса элементов питания позволяет сопоставить вынос их с урожаями основной и побочной продукции и возмещение с удобрениями, растительными остатками, а также проследить направленность изменения почвенного плодородия.

В приходную часть баланса входило поступление элементов питания с органическими н минеральными удобрениями, с семенами, с атмосферными осадками, с пожнивными и корневыми остатками возделываемых культур, за счет несимбиотической и симбиотической азотофиксации. С учетом всех приходных статей баланса при внесении минеральных удобрений количество питательных веществ, поступивших в почву, составило 215,8 кг/га азота, 105,9 кг/га фосфора, 48,7 кг/га калия; при запашке навоза и соломы - 339,6; 110,5; 279,8 кг/га; сидерата и навоза - 438,3; 150,1; 347,5 кг/га соответственно.

Вынос элементов питания культурами севооборота прямо пропорционально зависел от величины созданного урожая. Более существенное влияние на вынос питательных веществ из почвы оказали озимая пшеница и нут, меньшее - яровая пшеница. К расходной части баланса также относились газообразные потери азота из почвы и внесенных удобрений вследствие денит-рификации и потери питательных веществ от эрозии почвы.

В среднем за годы исследований баланс основных элементов питания по вариантам опыта складывался неодинаково.

На контроле баланс азота, фосфора и калия был отрицательным. Дефицит азота составил 164,8 кг/га, фосфора - 65,2 кг/га, калия - 88,1 кг/га. Интенсивность баланса равнялась соответственно по элементам питания 37,3; 18,1 и 33,7 %. При использовании минеральных удобрений общий вынос питательных веществ культурами севооборота составил 551,7 кг/га, в том числе азота - 310,5 кг/га, фосфора - 903 кг/га и калия - 150,9 кг/га. Превышение выноса трех элементов над их поступлением было равно 181,3 кг/га и покрывалось за счет почвенных резервов. В результате отмечался отрицательный баланс по азоту (94,7 кг/га) и калию (102,2 кг/га), положительный - по фосфору (15,6 кг/га). При совместном применении навоза и соломы баланс питательных веществ был положительным по азоту на 4,3 кг/га, по фосфору - на 13,9 кг/га, по калию - на 118,5 кг/га. Наиболее благоприятно баланс элементов питания в почве складывался на фоне совместной запашки донника и навоза, где расход питательных веществ возмещался на 119,8 % по азоту, на 149,7 % — по фосфору и на 207,1 % - по калию. Это позволило получить высокий урожай возделываемых культур с одновременным сохранением плодородия почв.

Таким образом, более сильное влияние на улучшение баланса элементов питания в почве оказала органическая система удобрения.

Влияние биологических приемов на коллоидно-хнмнческне свойства каштановых почв

Количественный и качественный состав органических коллоидов. Длительное сельскохозяйственное использование каштановых почв без применения удобрений привело к значительному снижению в них гумуса (до 2,41— 2,45 %) по сравнению с целинным аналогом (3,71 %). При использовании удобрений отмечалась тенденция к сохранению и повышению количества общего гумуса в почве (табл. 1). Наибольшее увеличение содержания гумуса в почве обеспечивала запашка донника и навоза (на 0,10-0,20 %), наименьшее - внесение минеральных удобрений (на 0,01-0,07 %).

Более интенсивно процесс накопления органического вещества в почве протекал под многолетними бобовыми и злаковыми травами: под люцерной 3 года пользования количество гумуса составляло 2,74 %, под житняком 3 и 4 года жизни - соответственно 2,63 и 2,68 %, что превышало содержание гумуса в почве под культурами севооборота на всех вариантах опыта.

При применении органических удобрений и возделывании многолетних трав в составе гумуса происходило постепенное увеличение более качественной его группы - гуминоаых кислот (ГК), уменьшение количества фуиьво-кислот (ФК) и нсгидролизуемого остатка по сравнению с неудобренным контролем и целиной. Это способствовало изменению показателя качества гумуса (Спс^Сфк)- Минимальное его значение было под всеми культурами севооборота на контроле (1,38-1,43) и при использовании минеральных удобрений (1,46-1,50). Запашка навоза и соломы, донника и навоза расширяла отношение Сг>;:Сфк соответственно до 1,72-1,93 и 1,83-1,97. Более качественное улучшение состава гумуса обеспечивали многолетние травы, где отношение Сгк;Сфк составляло 1,78-1,98.

Влияние различных систем удобрений на оптическую плотность гуми-новых кислот (Ед:Еб) было не одинаковым. При внесении минеральных удобрений она возрастала до 3,4-3,6 под всеми культурами севооборота. Применение донника в сочетании с навозом повышало оптическую плотность ГК до 3,9 в пару и до 3,8 под озимой пшеницей. Это указывает на упрощение строения гуминовых кислот и увеличение их гадрофильност Под многолетними травами данный показатель был равен 3,1 и приближался к естественному состоянию почвы (3,0).

Таким образом, использование органических удобрений и возделывание многолетних трав способствовало стабилизации и воспроизводству общего гумуса в почве и улучшению его качественного состава. Применение минеральных удобрений было менее эффективным.

Таблица 1

Влияние биологических приемов на состав органических коллоидов

Варианты опыта Гумус, % % Спс СФК Нейтрализуемый остаток Сгк;Сфк Е4: Ее

в % от С

Пар

Контроль (без удобрений) 2,45 1,42 21,89 15,54 62,57 1,41 3,1

Минеральные удобрения 2,46 1,43 22,44 15,08 62,48 1,49 3,4

Навоз + солома 2,54 1,47 25,41 13,21 61,38 1,93 за

Сидерат + навоз 2,55 1,48 25,83 13,42 60,75 1,92 3,9

НСР05 0,005 0,472 0,364

Озимая пшеница

Контроль (без удобрений) 2,44 1,41 21,26 14,89 63,85 1,43 3,2

Минеральные удобрения 2,47 1,43 21,82 14,68 63,50 1,49 3,5

Навоз + солома 2,55 1,48 25,05 14,09 60,86 1,78 3,1

Сидерат + навоз 2,57 1,49 25,41 13,10 61,49 1,94 3,8

НСРм 0,009 0,377 0,256

Яровая пшеница

Контроль (без удобрений) 2,43 1,41 21,06 15,00 63,94 1,41 3,1

Минеральные удобрения 2,48 1,44 22,30 14,88 62,82 1,50 3,5

Навоз + солома 2,57 1,49 25,79 13,70 60,51 1,88 3,1

Сидерат + навоз 2,59 1,50 26,40 13,38 60,22 1,97 3,4

НСР„; 0,006 0,304 0,228

Нут

Контроль (без удобрений) 2,41 1,40 21,30 15,47 бЗДЗ 13» 3,1

Минеральные удобрения 2,48 1,44 22,50 15,41 62,09 1,46 3,6

Навоз + солома 2,59 1,50 24,82 14,48 60,70 1,72 3,3

Сидерат + навоз 2,61 1,51 25,41 13,89 60,70 1,83 3,2

НСР05 0,012 0,485 озоо

Целина 3,71 2,15 20,10 15,81 64,09 1,28 3,0

Люцерна 3 г, пользования 2,74 1,59 27,25 !3,77 58,98 1,98 3,1

ЖигнякЗ г. пользования 2,63 1,52 24,80 13,98 61Д2 1,78 зд

Житняк 4 г. пользования 2,68 1,55 25,44 13,51 61,05 1,89 3,1

НСРо; 0,039 0,523 0.201

Содержание минеральных гидрофильных коллоидов в почве. Внесение удобрений и возделывание многолетних трав уменьшало содержание гидрофильных коллоидов в почве (табл. 2). Более сильное воздействие на снижение дисперсности почвы оказала органическая система удобрения, а именно запашка донника и навоза, где количество гидрофильных коллоидов, особенно под яровой пшеницей (4,5 %) и нутом (4,4 %), приближалось к целинному аналогу (4,3 %). Под многолетними травами в большей степени происходило уменьшение содержания гидрофильных коллоидов в почве (4,9-5,3 %), чем под однолетними культурами севооборота на неудобренном варианте (6,073 %).

Таблица 2

Содержание гидрофильных коллоидов в каптановых почвах, %

(среднее за 2000-2002 т, слой (МО см)

Культуры Варианты опыта

контроль минеральные удобрения навоз+ солома сидерат + навоз

Пар 7,3 6,9 5,7 5,2

100% 94,5 % 78,1 % 71,2%

Озимая пшеница 6,4 5,9 5,3 4,9

' 100% 92 Д % 82,8 % 76,6%

Яровая пшеница 6,1 5,7 5,2 4,5

100 % 93,4 % 85,2 % 73,8 %

Нут 6,0 5,6 5,0 4,4

100% 93,3 % 83,3 % 73,3 %

Целина 4,3

Люцерна 3 г. пользования 4,9

Житняк 3 г. пользования 5,3

Житняк 4 г. пользования 5,1

Катионный состав почвенно-поглошаюшего комплекса flllüO каштановых почв. Использование различных систем удобрений вызывало увеличение суммы обменных оснований почвы. На контроле в слое почвы 0-40 см под всеми сельскохозяйственными культурами она была в равных количествах и составляла 31,58-31,78 мг-экв на 100 г почвы. При внесении минеральных удобрений данная величина повысилась на 5,19-5,52 %, при совместной запашке навоза и соломы - на 8,90-9,09 %, сидерата и навоза — на 12,94-13,14 % по сравнению с неудобренной почвой.

Применение удобрений способствовало увеличению обменного кальция в почве. Более интенсивно этот процесс протекал на фоне запашки донника и навоза (70,00-70,82 %), несколько меньше - при внесении навоза и соломы (67,96-69,90 %). Использование минеральных удобрений обусловило незна-

чительное повышение количества обменного кальция в ПЛК (66,10-67,0] %), где данный показатель был практически на уровне неудобренного варианта (65,52-66,97 %).

Внесение удобрений снижало содержание обменного натрия в ПЛК. Наибольший эффект отмечался при применении навоза и соломы, сидерата и навоза, где количество натрия в слое почвы 0-40 см было в пределах 4,814,42 и 4,30-3,84 % (табл. 3). Уменьшение содержания натрия обусловило снижение средней степени солонцеватости почвы до слабой и подчеркнуло мелиорирующее действие биологических приемов. В меньшей степени уменьшение количества данного катиона в почве произошло при использовании минеральных удобрений (6,59—7,24 %).

Таблица 3

Содержание обменного натрия в ППК каштановых почв, %

(среднее за 2000-2002 гг., слой 0-40 см)

Культуры севооборота

Варианты опыта пар озимая яровая нут

пшеница пшеница

Контроль (без удобрений) 7,63 7,40 7,35 7,11

Минеральные удобрения Ч 7,24 6,98 . 6,83 6,59

Навоз + солома ■ 4,81 4,59 4,53 4,42

Сидерат + навоз 4,30 4,05 3,93 3,84

НСРо5 0,10 0,08 0,07 0,09

Многолетние травы оказывали более существенное влияние на содержание и состав обменных катионов каштановых почв, чем однолетние культуры на неудобренном фоне. Под люцерной 3 года пользования количество обменного натрия снизилось до 5,34 %, под житняком 3 и 4 года жизни — до

5,64-5,96 % по сравнению с культурами севооборота на контроле (7,11-7,63 %)-

Информагранно-логический анализ взаимосвязи гидрофильных коллоидов и обменных оснований при применении биологических приемов. С помощью этого анализа нами установлена степень и форма связи; дана количественная оценка тесноты связи между изучаемыми явлениями и показателями, влияющими на почвенные процессы.

Установлена существенная корреляция между гидрофильными коллоидами и обменным натрием, характеризующим степень солонцеватости (рис. 1), где коэффициенты корреляции в зависимости от биологических приемов составили от 0,907 до 0,999. Решение уравнений регрессии показало, что пептизация почвенной массы происходит при наличии натрия в ППК свыше 4,5-5,0 %.

7,5 7,0 ■ 6,5 -6,0 -5,5 -5,0 ■ 4,5 -

4.0

У)» 20870,061 -8457,423х+ 1141,944х3 - 51358,249*10'3х3 Г| = 0,9074

у2--1717,588 + 775,018х - 116,233х5 + 5812,928-10'V гг = 0,9067

у3= -358,425 + 234,214х- 50,621 хг + 3672,798-10"V г3 = 0,9999

у< = 2331,928 - 1735.7797Х + 430,64879хг - 35538,644-10'V Г<= 0,9762

-р-1-,-,-1-,-!-„--1-,

3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0 7,5 8,0

Содержание натрия, %

Рис. 1 Зависимость содержания гидрофильных коллоидов в почве от количества натрия: 1 - контроль (без удобрений); 2 - минеральные удобрения; 3 - навоз+солома; 4 -сидерат+навоз.

Применение минеральных удобрений практически не снижало содержание натрия и гидрофильных коллоидов по сравнению с контролем. Запашка навоза и соломы (3), сидерата и навоза (4) резко уменьшила количество натрия до 3,3-4,3 % и гидрофильных коллоидов до 4,4-4,9 % против соответственно 7,2 и 5,7 % на неудобренном варианте.

Графическое изображение (рис. 2) взаимосвязи гидрофильных коллоидов и натрия под возделываемыми культурами также подчеркивает, что диспергирующее действие натрия не проявляется при его содержании в почве менее 4,0 %. Свыше этого количества усиливается формирование гидрофильных коллоидов, но в меньшей степени под яровой пшеницей и нутом.

Аппроксимация гидрофильных коллоидов и обменного кальция («стража структуры») показала существенную обратную зависимость, где коэффициенты корреляции были: 1. контроль - г - -0,9998; 2. минеральные удобрения - г = -0,9918; 3. навоз + солома - г = -0,9809; 4. сидерат + навоз - г = =-0,9998. Решение уравнения регрессии показывает, что с увеличением обменного кальция на 1,0 % снижается количество гидрофильных коллоидов (дисперсность почвы) на всех вариантах опыта на 1,5-2,0 %. В большей степени это происходит на фоне органических удобрений под яровой пшеницей и нутом, чем под озимой пшеницей и в пару.

Установлена обратная существенная зависимость между гидрофильными коллоидами и водорастворимым кальцием (рСа). Графическое изображение этой связи свидетельствует, что коагулирующее действие рСа сильнее протекает в почве при большем его содержании.

Роль биологических приемов в улучшении агрофизических свойств каштановых почв

Структурное состояние почвы. Применение различных видов удобрений способствовало формированию агрономически ценных агрегатов (агрегаты 0,25-10 мм) в почве. При внесении минеральных удобрений их содержание возросло до 56,8-67,3 %, при запашке навоза и соломы - до 72,4-78,2 %, сидерата и навоза - до 76,9-81,1 % против 51,7-62,9 % на контроле (рис. 3). Наряду с увеличением количества денных структурных агрегатов на удобренных вариантах отмечалось уменьшение глыбистости и распыленности пахотного слоя каштановых почв. Под многолетними травами происходило более существенное улучшение структурного состояния почвы (74,7-79,3 %), чем под однолетними культурами на неудобренном фоне (593-62,9%),

Использование органических удобрений и возделывание многолетних трав вызывало повышение водопрочности структуры почвы. Наибольшее количество водопрочных агрегатов в почве формировалось при совместном применении донника и навоза под всеми культурами севооборота (61,0-64,0 %), а также под люцерной 3 года пользования (70,1 %) (рис. 4). Менее эффективным было внесение минеральных удобрений (50,9-54,6 %).

ф

1

о

*

I

В,5 -1

8,0-

7,5-

■вв

!

? 7,0

4)

О 6,5-1

6,0 -

5,5-

5,0-

4,5 -

4,0

у, = -18,361 + 11,701х- гэсн^ + юе.ззг-ю^х3 г, = 0,994

Уг к -20,629 + 13,9945)! - гбО.бгЗЮ'У + 149,666-Ю^х3 гг = 0,970

Уз= -24,508 + 15,4952х-266,565-10-У + 152.931-10"V г, = 0,953

у4 = -19,944 + 1З.ЗЗОх - 235,919-10"2*2 + 140,307-1 О^х3 г* = 0,972

3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0 7,5 8,0

Содержание натрия, %

Рис.2 Зависимость содержания гидрофильных коллоидов в почве от количества натрия под культурами севооборота: 1 - пар, 2 - озимая пшеница, 3 - яровая пшеница, 4 - нут.

Чистый пар Озимая пшеница Яровая пшеница Нут

01 02 §3 Ш4

85,1

ШЗ целина

О люцерна Зг. пользования н житняк 3 г. пользования в житняк 4 г. пользования

Рис. 3. Влияние биологических приемов на структурно-агрегатный состав каштановых почв, % (слой 0-40 см, агрегаты диаметром 0,25 - 10 мм): 1 - контроль (без удобрений), 2 - минеральные удобрения, 3 - навоз + солома, 4 - сидерат + навоз

Чистый пар Озимая пшеница Яровая пшеница

01 В2 ШЗ »4

ЕЗ целина

О люцерна Зг. пользования

■ житняк 3 г. пользования

■ житняк 4 г пользования

Рис. 4. Влияние биологических приемов на водопрочность агрегатов каштановых почв, % (слой 0 - 40 см); 1 - контроль (без удобрений), 2 - минеральные удобрения, 3 - навоз + солома, 4 - сидерат + навоз

Плотность почвы. Использование удобрений обусловило уменьшение плотности каштановых почв (табл. 4).

Таблица 4

Влияние различных видов удобрений на плотность каштановых почв, _г/см3 (среднее за 2000-2002 гг., слой 0-40 см)__

Варианты опыта Культуры севооборота

пар озимая яровая нут

пшеница пшеница

Контроль (без удобрений) 1,22 1,24 1,25 1,22

Минеральные удобрения 1Д2 1,22 1Д4 1,21

Навоз + солома 1,06 1,14 1,16 1,11

Сидерат + навоз 1,05 1,10 1,13 1,07

НСР05 0,03 0,04 0,03 0,05

На неудобренном варианте плотность почвы составляла 1,22-1,25 г/см3. Внесение минеральных удобрений сохраняло данный показатель практически на уровне контроля (1,21-1,24 г/см1). Более сильное влияние на снижение плотности почвы оказала органическая система удобрения и, особенно, запашка донника в сочетании с навозом (1,05-1,13 г/см1).

Применение органических удобрений (навоза, соломы, сидерата) способствовало разуплотнению не только пахотного, но и подпахотного слоев почвы, что связано со значительным обогащением этих горизонтов органическим веществом и улучшением структурно-агрегатного состояния почвы.

Запасы влаги в почве. Благоприятное действие применяемых систем удобрения на агрофизические свойства (дисперсность, структурное состояние, плотность) привело к повьпиению водопроницаемости каштановых почв, что способствовало лучшему впитыванию осенне-зимних осадков и увеличению запасов продуктивной влага в почве. Весенние запасы продуктивной влаги в метровом слое почвы на контроле составляли 84,2-126,6 мм, при использовании минеральных удобрений - 85,0-128,1 мм, при запашке навоза и соломы -97,9-149,0 мм, сидерата и навоза - 100,4-154,7 мм (рис. 5).

Таким образом, наиболее интенсивно процесс накопления продуктивной влаги в почве протекал при совместном применении сидерата и навоза.

Урожайность культур севооборота

Применение различных видов удобрений обеспечивало повышение урожайности возделываемых культур (табл. 5). Прибавка урожая зерна всех культур севооборота при внесении минеральных удобрений была в пределах 14,2-15,8 %, при запашке навоза и соломы - 20,0-25,2 %, донника и навоза -23,4-31,1 % против 1,20-3,25 т/га на контроле.

Озимая пшеница в условиях засушливого Заволжья оказалась наиболее урожайной по сравнению с другими культурами севооборота.

Рис. 5. Влияние биологических приемов на весенние запасы продуктивной влаги в метровом слое почвы, мм (среднее за 2000-2002 гг.): 1 - контроль (без удобрений), 2 - минеральные удобрения, 3 - навоз + солома, 4 - сидерат + навоз

Таблица 5

Урожайность культур севооборота, т/га (средняя за годы исследований)

Варианты опыта Культуры севооборота

озимая пшеница яровая пшеница нут

Контроль (без удобрений) 3,25 1,20 1,35

100% 100% 100 %

Минеральные удобрения 3,71 1,39 1,55

114,2% 115,8 % 114,8%

Навоз + солома 3,90 1.47 1,69

120% 122,5 % 125,2 %

Сидерат + навоз 4,01 1,56 1,77

123,4% 130,0% 131,1 %

НСРЮ 0,08 0,07 0,06

Биоэнергетическая оценка эффективности применения удобрений в севообороте

Энергетически наиболее выгодной культурой в условиях сухостепной зоны Заволжья оказалась озимая пшеница. Несмотря на высокие энергозатраты на ее возделывание (9,65-13,13 ГДж/га) энергетическая емкость одной тонны зерна была в 1 2,8 раза ниже по сравнению с другими культурами севооборота (яровая пшеница, нут).

Наиболее энергетически выгодной под озимой пшеницей была органическая система удобрения, а именно совместная запашка сидерата и навоза, где коэффициент энергетической эффективности равнялся 7,40, а прирост накопленной обменной энергии составлял 84,05 ГДж/га (табл. 6).

Таблица 6

Энергетическая эффективность внесения удобрений _под озимую пшеницу_

Виды удобрений

Показатели контроль минеральные навоз+ солома сидерат + навоз

Урожайность зерна, т/га 3,25 3,71 3,90 4,01

Валовая обменная энергия, накопленная в урожае, ГДж/га 66,42 75,83 89,65 97,18

Общие энергетические затраты, ГДж/га 9,65 11,50 12,41 13,13

Коэффициент энергетической эффективности 6,88 6,59 7,22 7,40

Прирост валовой обменной энергии в продукции на 1 га, ГДж 56,77 64,33 77,24 84,05

Энергетическая емкость основной продукции, ГДж/т 2,97 3,10 3,18 3,27

При внесении минеральных удобрений произошло повышение энергозатрат до 11,50 ГДж/га против 9,65 ГДж/га на контроле. В результате чего коэффициент энергетической эффективности снизился до 6,59 по сравнению с неудобренным вариантом (6,88).

Аналогичная закономерность проявлялась и при возделывании яровой пшеницы и нута, но показатели энергетической эффективности были ниже.

ВЫВОДЫ

1. Для воспроизводства плодородия каштановых солонцеватых почв засушливого Заволжья и повышения продуктивности сельскохозяйственных культур можно применять метод «биологического земледелия», используя органические удобрения растительного происхождения (солома, сидерат).

2. Применение этих удобрений и возделывание многолетних трав улучшало питательный режим каштановых почв. Запашка донника и навоза обеспечила наибольшее увеличение содержания нитратного азота (39,8-43,9 мтУкг почвы) и доступного фосфора (30,2-35,2 мг/кг почвы) в почве под всеми изучаемыми культурами. При возделывании многолетних трав эти процессы протекали более интенсивно. Баланс элементов питания в почве наиболее благоприятно складывался на фоне применения навоза и соломы, саде-рата и навоза, где отмечался положительный баланс по азоту соответственно на 4,3 и 72,4 кг/га и по фосфору на 13,9 и 49,8 кг/га. При внесении минеральных удобрений установлен отрицательный баланс по азоту (94,7 кг/га) и положительный по фосфору (15,6 кг/га).

3. Дополнительное поступление в почву органического вещества при запашке навоза, соломы и донника способствовало сохранению и повышению содержания гумуса, что позволило предотвратить процесс дегумифнка-ции. Применение минеральных удобрений в меньшей степени снижало этот процесс. Более интенсивное накопление органического вещества в почве протекало при возделывании люцерны и житняка, где его количество приближалось к целинному аналогу. В составе гумуса каштановых почв при использовании органических удобрений и возделывании многолетних трав происходило постепенное увеличение более качественной его группы ПС, уменьшение количества ФК и негидролизуемого остатка по сравнению с контрольным вариантом и целиной, что приводило к закреплению, обогащению гумусом почвы и улучшению ее агрофизических свойств.

4. Внесение всех видов удобрений в почву изменяло качественный показатель гумуса (Спс: СФК). Наименьшее значение данной величины отмечалось на контроле под всеми культурами севооборота (1,38-1,43) и при использовании минеральных удобрений (1,46-1,50); а наибольшее - на фоне применения сидерата и навоза (1,83-1,97) и под многолетними травами

(1,78-1,98). Оптическая плотность (Е*: Е6) гуминовых кислот возрастала при внесении всех видов удобрений, что указывало на упрощение строения гу~ миновых кислот и увеличение их гидрофильности.

5. Применение сидератов и возделывание многолетних трав способствовало увеличению суммы обменных оснований почвы, в ее составе катиона кальция - соответственно приемам 70,30-70,82 и 69,64-75,65 % и уменьшению содержания обменного натрия (3,84-4,30 и 5,34-5,96 %), что вызвало снижение средней степени солонцеватости почвы до слабой. Это указывает на мелиорирующее действие данных биологических приемов.

6. Информационно-логический анализ показал, что диспергирующее и пептизирующее воздействие обменного натрия на почвенную массу осуществляется при его содержании свыше 4,5-5,0 а с увеличением обменного кальция на 1,0 %, снижается количество гидрофильных коллоидов на 1,5-2,0 % при использовании всех видов удобрений; коагулирующее действие обменного и водорастворимого кальция в большей степени проявилось от применения удобрений растительного происхождения (солома, сидерат).

7. Запашка сидерата и навоза оказала более сильное влияние, чем минеральные удобрения, на снижение дисперсности каштановых почв, где количество минеральных гидрофильных коллоидов, особенно под яровой пшеницей (4,5 %) и нутом (4,4 %), находилось практически на уровне целинного аналога (43 %), что привело к уменьшению плотности почвы, улучшению ее структурности и увеличению запасов влаги.

8. Внесение органических удобрений снижало глыбистостъ, распыленность почв, усиливало процесс формирования агрономически ценных агрегатов, повышало их водопрочность, что особенно наблюдалось при применении сидерата н навоза. Возделывание многолетних трав более существенно улучшало структурное состояние почв (74,7-79,3 %), чем однолетних полевых культур на неудобренном варианте (59,3- 62,9 %).

9. Органическая система удобрения в большей степени, чем минеральная снижала плотность почвы. Минимальное значение данной величины отмечалось на фоне запашки донника и навоза (1,05-1,13 г/ см3), максимальная - на контрольном варианте (1,22-1,25 г/ см3) и при внесении минеральных удобрений (1,21-1,24 г/ см3).

10. Биологические приемы, улучшая агрофизические свойства почвы, способствовали увеличению весенних запасов влаги в почве. Наиболее интенсивно данный процесс протекал при использовании сидерата и навоза, где количество доступной влаги в метровом сдое почве было на 16,2-29,9 мм больше, чем на контроле (100,4-154,7 мм),

11. В условиях засушливого Заволжья наибольшая урожайность изучаемых культур (озимая пшеница, яровая пшеница, нут) отмечалась на фоне применения сидерата и навоза (1,56-4,01 т/га), несколько меньше при внесе-

нии навоза и соломы (1,47-3,90 т/га) и при использовании минеральных удобрений (1,39-3,71 т/га). Самая низкая урожайность была на неудобренном варианте (1,20-3,25 т/га).

12. Наибольший эффект в биоэнергетическом отношении получен от применения органических удобрений, где коэффициент энергетической эффективности изменялся от 3,95 до 7,40 в зависимости от культур севооборота. Менее выгодным было использование минеральных удобрений (2,806,59).

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ

В богарных условиях засушливого Заволжья на каштановых солонцеватых почвах с целью предотвращения потери гумуса, улучшения коллоидно-химических и агрофизических свойств почвы рекомендуется применять навоз (не менее 30 т/га) в пару и запахивание соломы после уборки возделываемых культур (озимая и яровая пшеницы, нут).

Более эффективным приемом является запашка донника как засухоустойчивой сидеральной культуры, способной наращивать большую зеленую массу (10-12 т/га), с внесением навоза (30 т/га) через год-

Для восстановления потенциального плодородия каштановых солонцеватых почв необходимо возделывать многолетние бобовые (люцерна не более 3 лет) и злаковые травы (житняк 3-4 года).

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ЛО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Синицына Н.Е., Панасов М.Н., Азоаа Т.И., Мохонько Ю.М. Влияние удобрений и культур севооборота на плотность каштановой почвы II Резервы повышения продуктивности сельскохозяйственных культур: Сб. науч. тр. СГАУ им. RH. Вавилова. Саратов, 2001. С. 88-90.

2. Синицына Н.Е., Панасов М.Н., Азова Т.И., Мохонько Ю.М. Изменение катяонного состава почвенно-погяощающего комплекса при применении удобрений и возделывании сельскохозяйственных культур // Резервы повышения продуктивности сельскохозяйственных культур: Сб. науч. тр. СГАУ им. Н.И. Вавилова. Саратов, 2001. С. 98-100.

3. Синицына H.H., Панасов М.Н., Азова Т.И., Мохонько Ю.М. Роль различных видов удобрений и сельскохозяйственных культур в структурообра-зовании каштановых почв засушливого Заволжья // Резервы повышения продуктивности сельскохозяйственных культур: Сб. науч. тр. СГАУ им. Н.И. Вавилова. Саратов, 2001. С. 119-121.

4. Синицына Н.Е., Азова Т.И., Мохонько Ю.М. Роль удобрений в улучшении физического состояния каштановых почв Заволжья и повышении про-

дуктавности культур севооборота У/ Современные технологии возделывания сельскохозяйственных культур: Сб. науч. тр. СГАУ им. Н.И. Вавилова. Саратов, 2002. С. 63-66.

5. Синицына Н.Е., Мохонько Ю.М., Губов В.И. Роль растительных формаций в формировании гидрофильных коллоидов II Современные технологии возделывания сельскохозяйственных культур: Сб. науч. тр. СГАУ им. Н.И. Вавилова. Саратов, 2002. С. 156-159.

6. Мохонько Ю,М. Стукгурообразующая роль удобрений и культур севооборота на каштановых почвах засушливого Заволжья // Тезисы докладов научной конференции молодых ученых, аспирантов и студентов, посвященной 115-летию со дня рождения академика Н.И. Вавилова. Ч. 1. Саратов. 2002. С. 89-91.

7. Азова Т.Н., Мохонько Ю.М. Динамика нитратного азота в почве под влиянием различных систем удобрений и сельскохозяйственных культур // Современные технологии возделывания сельскохозяйственных культур: Сб. науч. тр. СГАУ им. Н.И. Вавилова. Саратов, 2003. С. 2-7.

Подписано в печать 14.05.2004 г. Формат 60 к 84 Times. Бумага писчая. Печать офсетная. Печ.л. 1,0. Тираж 100. Заказ 104,

Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Саратовский государственный аграрный университет имени Н.И. Вавилова» 41 (№00, г. Саратов, Театральная пл., 1