Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Биомелиоративные приемы повышения плодородия черноземов обыкновенных и продуктивность яровой пшеницы в условиях Окско-Донской равнины

ВАК РФ 06.01.04, Агрохимия

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, кандидата сельскохозяйственных наук, Коргунов, Олег Николаевич, Балашов

/

БАЛАШОВСКИЙ ФИЛИАЛ САРАТОВСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА ИМ. Н. Г. ЧЕРНЫШЕВСКОГО

на правах рукописи

Коргунов Олег Николаевич

Биомелиоративные приемы повышения плодородия черноземов обыкновенных и продуктивности яровой пшеницы в условиях Окско-Донской равнины

06.01.04 - агрохимия

Диссертация на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Научный руководитель: заслуженный деятель науки РФ, доктор с/х наук, профессор Попов Г. Н.

Балашов 1999

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Проблема экологической оптимизации агроценозов и 6 пути ее реализации

1.1. Концепция биологического земледелия (зарубежный опыт) 6

1.2. Зообактериальный ценоз 8

1.3. Минеральные запасы почвы 10

1.4. Отечественный опыт биологического земледелия 14

1.5. Химический состав соломы, сидератов, навоза и их 26 превращения в почве

1.6. Влияние удобрения соломой на содержание гумуса и 34 структурно - агрегатный состав почвы

2. Условия и методика проведения исследований 46

2.1. Метеорологические условия в годы проведения 50 исследований

2.2. Методика проведения опытов и агротехника 52

3. Влияние удобрений на факторы почвенного плодородия 55

3.1. Химический состав соломы и других органических 55 удобрений

3.2. Динамика микробиологических процессов в почве 58

3.3. Динамика пищевого режима почвы 62

3.4. Динамика гумуса и гумусовых веществ 65

3.5. Влияние удобрений на физические свойства почвы 74

3.6. Динамика влажности почвы 76

4. Продуктивность яровой пшеницы 78

4.1. Динамика прироста сухой вегетативной массы и 78

содержание питательных веществ в растениях

4.2. Вынос питательных веществ яровой пшеницей 83

4.3. Урожай 86

4.4. Качество урожая 87 5. Биоэнергитическая оценка применения удобрений 104

Выводы 108

Предложения производству 112

Литература 113

Приложения 126

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы

Почва - это сложная саморегулируемая система, включающая в себя минеральные вещества, органику и многочисленных живых обитателей от микроорганизмов до червей и насекомых. Истощение почв и насыщение их технологическими загрязнениями приводит к тому, что плодородный почвенный слой теряет один за другим те компоненты, которые и делают его уникальной системой, обеспечивающей сложные процессы минерализации и деминерализации веществ, преобразования энергии, самоочищения и самовоспроизводства. Не случайно при усиливающемся антропогенном воздействии на аг-росистемы возрастает интерес к комплексам удобрений, основанным на внесении одних органических удобрений и полном отказе от применения минеральных. Главным доводом использования таких комплексов служит возможность получения чистой продукции и защиты от загрязнения окружающей среды. В этой связи актуальна объективная характеристика эффективности органической системы удобрений при выращивании яровой пшеницы на обыкновенном черноземе Балашовского района Саратовской области.

Важнейшим средством подъема зернового хозяйства является повышение урожайности пшеницы. Повышение урожаев зерновых культур должно одновременно обеспечивать сохранение и воспроизводство плодородия почв.

Значительному обогащению почвы органическими веществами может способствовать внесение навоза, сидератов, заделка соломы зерновых культур. Результаты полевых опытов, проведенных в США, Канаде, Англии, Германии и Швеции показали, что непосредственная запашка соломы может быть весьма эффективной.

Цель и задачи исследований

Цель исследований - выявить вид органического удобрения, наиболее эффективно влияющий на продуктивность твердой яровой пшеницы. При этом решить следующие задачи:

изучить влияние различных видов органических удобрений и их сочетаний на агрохимические и агрофизические свойства чернозема обыкновенного в условиях орошения;

изучить содержание гумуса в почве и его качественный состав под воздействием удобрений;

доказать, что при применении удобрений происходит положительная динамика накопления питательных веществ в почве и усиливается ее микробиологическая активность;

- установить оптимальный вид органического удобрения, повышающий продуктивность яровой пшеницы и ее качество; произвести расчет энергетической эффективности применяемых удобрений.

Научная новизна

Впервые проведены экспериментальные исследования по изучению биомелиорантов - соломы, сидерата и их сочетаний в качестве альтернативы дорогостоящим минеральным удобрениям и трудоэнергоемкому, дефицитному навозу.

1. Проблема экологической оптимизации агроценозов и пути ее реализации

На современном этапе, в связи с усиливающимися темпами развития производительных сил, необходимо изменить в корне отношение к вопросам, связанным с охраной окружающей среды и рациональным использованием природных ресурсов. Это задача большой экономической и социальной значимости. Речь, по существу, идет о здоровье людей и бережном, хозяйском подходе к национальному богатству России. Более того, это вопросы будущего, от их решения зависят условия, в которых будут жить последующие поколения людей.

Изменение природных условий в результате антропогенного воздействия давно утратило локальный характер. Становится реальной угроза экологического кризиса, и, поэтому, ее устранение - важнейшая задача современности. Осознание такого положения - необходимая основа изменения экологической стратегии и тактики.

1.1. Концепция биологического земледелия (зарубежный опыт)

Концепция поддержания плодородия почв в биологическом земледелии до последнего времени не имела достаточного экспериментального обоснования. Она строилась во многом на теоретических положениях Р.Штайнера, Х.Руша и других основоположников различных направлений альтернативного земледелия.

В основе этих теорий - уверенность в возможности самообеспечения, самоподдержания плодородия за счет реутилизации всех отходов, образующихся на фермах, оживление биологической активности почв и вовлечения в круговорот трудноиспользуемых ресурсов почвы.

В последнее десятилетие по этой проблеме за рубежом проведено довольно много интересных исследований. К ним были привлечены научные учреждения ФРГ, Швеции, Нидерландов, США, ряда других стран. В научной и научно-производственной литературе опубликованы материалы о завершенных или продолжающихся исследованиях (Hanssen J.F., Kristen М., 1989).

При этих исследованиях особое внимание обращалось на отбор соответствующих пар хозяйств, сравнимость их экологических (в первую очередь почвенных и геоморфологических) условий, а также сходство таких характеристик, как размеры ферм, наличие и плотность поголовья скота и т.п. Чаще всего для сравнения отбираются соседние фермы. При отборе альтернативной фермы для исследований обязательным условием является полное соблюдение на ней в течении ряда лет всех требований альтернативного земледелия, наличие у фермера соответствующих аттестаций и сертификатов.

Другая группа исследований - длительные опыты, проводимые непосредственно на опытных станциях и экспериментальных фермах. Данные, полученные в исследованиях обоих видов, дополняют друг друга. Следует иметь в виду, что на альтернативные методы перешли, как правило, хозяйства с высоким уровнем плодородия почв, находящихся в благоприятных почвен-но-климатических условиях. Земледелие на альтернативных фермах ведется профессионально подготовленными хозяевами, которые неукоснительно соблюдают приемы ухода за почвой.

В связи с этим, при разработке программы управления плодородием почв для хозяйства, наряду с общими закономерностями или тенденциями, вытекающими из исследований, приоритетное значение имеет учет местных условий.

1.2. Зообактериальный ценоз

Большинством исследований установлено, что в альтернативных хозяйствах (и вариантах опытов) численность дождевых червей и их биомасса выше, чем в традиционных. Однако в 20% пар (при сравнении 20 пар хозяйств в Германии) плотность особей на единицу площади была выше в традиционных хозяйствах. Масштабы зависимости различны: в одних случаях плотность заселения (число особей на 1 м2) в 1,5 раза, в других в 18-26 раз больше в альтернативных вариантах. На видовое разнообразие популяции система земледелия влияния не оказала.

Исследованиями Зальцбургского университета установлено, что в почвах альтернативных хозяйств численность нематод также была выше в 3,3 - 4,7 раза.

Таким образом, дождевые черви, играющие очень важную роль в почвообразовании и повышении плодородия, более обильны в почвах альтернативных хозяйств.

"Здоровая", богатая живыми микроорганизмами почва является краеугольным камнем теорий альтернативного земледелия. Поэтому, изучение биологической активности почв включено в программы многих комплексных исследований в Европе и США.

Действительно, биомасса микроорганизмов в почвах альтернативных хозяйств (или вариантов) почти во всех случаях больше, чем в традиционных. Превышение может быть сравнительно небольшим - 11-19 % (исследования в штате Небраска, в среднем при сравнении 20 пар хозяйств Германии и т.д.), но может быть и значительным - 75-126%. Есть, однако, указание, что при сравнении почв под одной и той же культурой, биомасса микроорганизмов мало различается между альтернативными и традиционными вариантами. Есть также данные, свидетельствующие о том, что под вариантом "навоз + минеральное удобрение"

биомасса выше, чем под вариантом "навоз + сидераты" (опыты Австрийского университета). Тем не менее, следует признать, что в целом в условиях альтернативного земледелия биомасса микроорганизмов в почвах выше. Подобная закономерность обнаружена и при определении численности микроорганизмов.

Более высокая насыщенность почв микроорганизмами выявлена и в длительном опыте в Швеции (Ерне). Она обнаружена по показателю дыхания почвы (выделение С02 в атмосферу), поскольку, как известно, около 90 % образующейся углекислоты (при разложении органического вещества) микробного происхождения.

По активности ферментов судят о потенциальной биологической активности почв. В частности, активность дегидрогеназы рассматривается как показатель общего уровня микробиологического метаболизма.

Активность дегидрогеназы в почвах определялась во многих сравнительных и прямых исследованиях и оказалось, что в альтернативных хозяйствах она выше на 40-200%, чем в традиционных. Во всех случаях, но в меньших размерах (на 15-60%) выше оказались также активность каталазы, фосфатазы, протеазы, почти во всех - уреазы.

В ряде исследований с достоверностью установлена более чем высокая активность минерализации углерода и азота.

Можно полагать, что со временем с помощью микроорганизмов можно будет управлять плодородием почв. Это показали исследования, проведенные в университете Вагенинсена (Нидерланды), исследования по использованию культурных смесей полезных микроорганизмов в Японии и др.

Таким образом, в воздействии на плодородие почв - минерализации органических осадков и вовлечении химических элементов в круговорот из минеральных запасов почвы, микроорганизмы в альтернативном земледелии играют более активную роль, чем в интенсивном традиционном.

Микрофлора почв чутко и быстро реагирует на изменение условий ведения земледелия, увеличивая численность, биомассу и активность ферментов при отказе от применения минеральных удобрений и пестицидов.

1.3. Минеральные запасы почвы

Сравнительные исследования почв альтернативных и традиционных хозяйств в Германии (100 пар) и в США (30 пар) выявили некоторое преимущество (по содержанию общего азота) почв альтернативных хозяйств. Такая же зависимость обнаружена и в шведском опыте Ерне. Однако это преимущество незначительное (в пределах 3-6 %) и обнаруживается только в верхней части пахотного слоя. По-видимому, лучше говорить о том, что в условиях альтернативного земледелия не происходит обеднения верхнего слоя азотом, если применяется навоз и в севооборот введены многолетние бобовые травы. Кстати, имеется немало случаев, когда летом в почвах альтернативных хозяйств содержание азота было в несколько раз ниже, чем в почвах, получавших минеральный азот (опыты института биодинамических исследований Германии).

Баланс азота

Данные по исследованию содержания азота в почве и его балансу были получены как на основе расчета-баланса хозяйственной деятельности конкретных ферм, так и путем постановки прямых опытов. Хозяйственный (производственный) баланс дает общее представление о тенденциях, поскольку в расчетах используют, как правило, табличные данные, коэффициенты и другие справочные материалы. Практически во всех исследованиях, в том числе и длительных, хозяйственный баланс азота оказался дефицитным. Даже без учета потерь на вымывание и улетучивание дефицит элемента в альтернативных хозяйствах характеризуется 14-14 кг/га в год при средних

нормах внесения навоза (около 5 т.) и небольшой доле клевера в севообороте (до 20%).

Обстоятельные прямые исследования, проведенные Шведским сельскохозяйственным университетом, показали, что в севооборотах смешанных (имеющих скот) биодинамических ферм положительного баланса удавалось достигнуть, если доля многолетних трав в посевной площади была не менее 30-40% и если в травостое преобладали бобовые. Непременным условием являлась также максимальная реутилизация азота навоза с сокращением его потерь до минимума. Если эти требования не выполнялись, баланс азота был дефицитным. Так, из девяти опытных участков фермы Скиллебно, отрицательный баланс выявлен на семи, причем пределы дефицита азота колебались от 3 до 34 кг/га в год.

Вместе с тем, исследования показали, что 'достижение положительного баланса в альтернативных системах возможно и реально осуществимо без применения минеральных азотных удобрений. Однако следует иметь в виду, что практически все аналитические исследования проведены в регионах (Германии, Нидерландах и Южной Швеции) с продолжительным периодом активной азотфиксации, где потенциал накопления азота бобовыми достаточно велик.

Таким образом, можно считать, что проблема азота в альтернативном земледелии является сложной, в условиях систематического контроля за почвенными показателями "приход - расход" и управление процессами накопления, сохранения (уменьшения потерь), расходования азота в системе почва -растение. Однако решение проблемы азота только за счет самообеспечения (внутрихозяйственных ресурсов) представляется в большинстве случаев трудноосуществимым на практике. Приблизится к ее решению можно будет, наряду с использованием компостов посевов бобовых - за счет вовлечения азота (с кормами, торфом, навозом) извне, применения сидеральных культур, соломы и т.п.

Гумус

Проблема гумуса взаимосвязана с проблемой азота, но в целом, в альтернативном земледелии оценивается более оптимистично. В большинстве исследований при сравнительной оценке почв альтернативных и традиционных хозяйств в первых содержание гумуса обычно несколько выше. Разница в объеме невелика и находится в европейских исследованиях в пределах 710% (относительных). Имеются суждения об отсутствии четких закономерностей, есть примеры, свидетельствующие об отсутствии преимуществ в содержании гумуса в почвах альтернативных хозяйств. Но все же больше результатов, когда уровень органического вещества оказывается выше. Такое положение обеспечивается в результате включения в севооборот многолетних трав.

В засушливом районе повышение содержания органического вещества может быть обусловлено сидератами. Это видно на примере анализа почв на американских фермах (штат Вашингтон), севооборот которых отличается только тем, что на альтернативной ферме раз в 3 года применяют сидераль-ную культуру. В почвах альтернативных ферм органического вещества через 70-73 года оказалось больше на 0,4 -1,0 абс.%.

Содержание и баланс фосфора

Практически все обследования (Германия) показали, что почвы альтернативных хозяйств значительно беднее почв традиционных (в сравнительных парах) по содержанию и валового, и доступного фосфора.

В отдельных случаях, например, в исследованиях университета Хохен-хейма, запасы валового фосфора оказались одинаковыми, но доступного в почвах альтернативных хозяйств было меньше.

Разница в обеспечении почв фосфором отчетливая: в 20 парах баварских хозяйств она составила в среднем 35% (в пользу традиционных), в 10 парах (данные университета Мюнхен-Вайенштефан) - 17%, в 100 парах (земля Ба-ден-Вюртемберг) - 50%, в 30 парах американских хозяйств - 34% и т.д. В от-

дельных сравниваемых парах в Баварии разница была в 7-10 раз. При этом в верхней части пахотного слоя разница в пользу традиционных хозяйств выражена более заметно, чем в нижней (или в подпахотном слое). Тенденцию истощения почв фосфором при альтернати�