Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Эффективность биомелиорантов на орошаемых выщелоченных черноземах Среднего Поволжья

ВАК РФ 06.01.02, Мелиорация, рекультивация и охрана земель

Автореферат диссертации по теме "Эффективность биомелиорантов на орошаемых выщелоченных черноземах Среднего Поволжья"

РГВ ОЛ

•>' г

с-

На правах рукописи

КУЗНЕЦОВ Юрий Петрович

ЭФФЕКТИВНОСТЬ БИОМЕЛИОРАНТОВ НА ОРОШАЕМЫХ ВЫЩЕЛОЧЕННЫХ ЧЕРНОЗЕМАХ СРЕДНЕГО ПОВОЛЖЬЯ

06.01.02 — сельскохозяйственная мелиорация

АВТОРЕФ ЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Саратов 1998

Работа выполнена в Саратовской государственной сельскохозяйственной академии им. Н. И. Вавилова.

Научные руководители: доктор сельскохозяйственных наук, профессор ДЕНИСОВ Е. П.; кандидат сельскохозяйственных паук, доцент КУЗИН Е. Н.

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук РЕШЕТОВ Г. Г.; кандидат сельскохозяйственных наук ЯРОСЛАВСКИЙ В. А.

Ведущее предприятие — НИИСХ Юго-Востока.

в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 120.72.01 при Саратовской государственной сельскохозяйственной академии им. Н. И. Вавилова по адресу: 410600, г. Саратов, Театральная пл., 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке академии.

Защита диссертации состоится

Автореферат разослан

Ученый секретарь

доктор сельскохозяйственны.1!

наук

т-И. ЗАВАРЗИН

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА" РАБОТЫ

Актуальность теш. Необходимость орошения в Поволжье вызывается острым дефицитом влаги. Малое количество осадков, -частые засухи препятствуют в этом регионе получению гарантированных урожаев сельскохозяйственных культур. Шесте с тем нередки случаи, когда орошение не только не дает ожидаемого результата, но и изменяет ситуацию в негативную сторону. Улучшение одного из факторов почвообразования и повышения плодородия, в данном случае режима влажности, часто при технократическом подходе к орошении и при отсутствии учета природной экологии почв сопровождается ухудшением других показателей плодородия. Нарушается экологическое равновесие почвообразовательных процессов в аг-рофитоценозах. Как следствие этого наряду с хорошо известными явлениями осояонцевания, засоления, дегумификации, переуплотнения и обесструктуриваняя орошаемой почвы нередко проявляется ряд малоизученных процессов. В первую очередь это слитизация, оглеение, ощелачивание, трансформация глинистых минералов и гумусовых кислот.

В сложившихся экономических условиях, когда хозяйства из-за отсутствия средств практически прекратили использование в земледелии минеральных удобрений, химических мелиорантов, весьма актуальными являются разработка и внедрение биологических приемов улучшения агромелиоративного состояния орошаемых земель и особенно черноземов, способствующих восстановлению экологического равновесия почвообразовательных процессов.

Цель и задали исследований. Цепью исследований в данной работе является изучение влияния люцерны как фитомелиоранта в сравнении с повышенными дозами навоза, используемого как биомелиорант, на плодородие чернозема выщелоченного, разработка приемов улучшения агромелиоративного состояния орошаемых земель и повышения урожайности поливных культур в условиях лесостепи Среднего Поволжья.

В задачи исследований входило:

выявление влияния люцерны на агрохимические и агрофизические свойства чернозема выщелоченного в сравнении с высокими дозами навоза в условиях орошения и на богаре;

установление характера изменения плодородия -чернозема выщелоченного под культурами, размещаемыми по пласту и обороту пласта лвдерны при орошении и на богаре;

определение характера зависимости между отдельными свойствами чернозема выщелоченного в условиях орошения и на богаре;

выявление влияния орошения на продуктивность люцерны и культур паропропашного севооборота;

изучение влияния последействия люцерны в сравнении с последействием навоза как биомелиоранта в условиях орошения и на богаре на урожайность культур в севообороте;

расчет энергетической оценки применения люцерны как фито-меяяоранта по сравнению с высокими (мелиоративными) дозами навоза.

Научная новизна. Впервые показано влияние орошения на агромелиоративное состояние выщелоченного чернозема в условиях Среднего Поволжья. Выявлены направления и степень деградации чернозема под влиянием поливов. Проведена сравнительная оценка биомелиоративных приемов (фитомелиорации и высоких доз навоза как биомелиоранта), улучшающих агромелиоративное состояние чернозема. Изучено влияние длительного использования люцерны и высоких мелиоративных доз навоза на химические, физические и водные свойства чернозема. Даны энергетическая оценка и рекомендации по применению биомелиорации для улучшения агромелиоративного состояния выщелоченного чернозема в условиях лесостепной зоны Среднего Поволжья.

Практическая значимость работы. Применение в качестве фято-медиоранта люцерны продолжительного использования (не менее пяти лет) на выщелоченных черноземах Среднего Поволжья позволило улучшить водно-физические и химические свойства почвы, оптимизировать водный, воздушный и пищевой режимы почвы, заметно повысить урожайность культур в севообороте.

Изучено влияние фитомелиорации в сравнении с высокими дозами навоза на такие виды деградации черноземов, как дегумифи-кация, переуплотнение, подкисление, декальцификация я др., снижающие эффективность орошения. 2

Выявлена энергетическая эффективность фитомелиорации черноземов в условиях орошения.

Апробация результатов исследований. По материалам диссертации опубликовано 3 работы. Материалы диссертации доложены на научных конференциях преподавателей СГСХА им. Н.И. Вавилова и Пензенской ГСХА в 1996-1997 гг. Результаты исследований нашли отражение в учебном процессе при подготовке студентов агрономических специальностей.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 3 работы.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 8 глав, выводов, списка литературы, насчитывающего 120 источников, в том числе 6 яа иностранных языках.

Работа изложена на 160 страницах машинописного текста, содержит 46 таблиц и 7 приложений."

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Условия проведения исследований

Научно-исследовательская работа выполнялась на полях совхоза "Степь" Твмаяинского района Пензенской области в 1393-1997 гг.

Почвы опытного участка представлены черноземом выщелоченным среднемощныя тяясеяосуглинистого гранулометрического состава. Содержание гумуса в пахотном слое 6,41-6,55 %, гидролизуемого азота 11,2-12,3, доступного фосфора - 8,9-9,7, обменного калия - 9,8-10,4 мг на 100 г почвы. Реакция среды слабокислая. Величина гидролитической кислотности 6,10-6,65 мг-экв на 100 г почвы. Сумма поглощенных оснований в пахотном горизонте 32,834,4 мг-экв на 100 г почвы. Степень насыщенности основаниями 83,7-84,3 %,

Район проведения опытов расположен в лесостепной зоне. Климат местности умеренно континентальный. Продолжительность вегетационного периода 172-181 день. Сумма активных температур 2400°. Годовое количество осадков 450-500 мм.

Погодные условия 1993, 1994 и 1995 гг. характеризовались как влажные. Суша осадков за вегетацию была выше многолетней

(273 мм) и составила по годам 361, 324 и 294 мм. В 1996 и 1997 гг. погодные условия характеризовались как сухие и жаркие. Сумма осадков за вегетацию составила 120 и 244 мм, что ниже средних многолетних величин.

Схема и методика проведения исследований

Для выявления влияния орошения на плодородие почвы и продуктивность люцерны было заложено пять вариантов в трехкратной повторности на богаре и при орошении. Площадь делянок 100 м^. Опыт по сравнительной оценке люцерны как фитомелиоранта и высоких доз навоза заложен в паропропашном севообороте на богаре и при орошении по следующей схеме:

1. Пар чистый (контроль).

2. Пар чистый + навоз 40 т/га.

3. Пар чистый + навоз 60 т/га.

4. Пар чистый + навоз 80 т/га.

5. Люцерна, используемая в качестве фитомелиоранта для тех же культур, которые высевались в звене паропропашного севооборота.

о

Площадь делянок 100 м , повторность трехкратная. Размещение делянок рендомизированное. Культуры высевались в звене паропропашного севооборота: пар - озимая пшеница - кукуруза - яровая пшеница.

Опыты закладывались согласно общепринятой методике. Проводились наблюдения за влажностью почвы термостатно-весовым методом (Роде A.A., 1962).

Наименьшая влагоемкость находилась полевым методом заливки площадок (Астапов C.B., 1958); плотность почвы - буром H.A. Ка-чинского; плотность твердой фазы почвы - пикнометрическим методом послойно до глубины I м. Общая пористость я пористость аэрации рассчитывались по плотности сложения почвы и ллотности твердой фазы.

Агрегатный анализ проводился по методу Саввинова и Бакшеева.

1Умус определялся методом И.В. Тюрина, фосфор и калий - по методу Чярикова, легкогидролизуемый азот - по И.В. Тюрину и 4

М.М. Кононовой, рН солевой вытяжки - на рН-метре, гидролитическая кислотность - по Каппену, суша поглощенных оснований - по Каппену-Гилъковицу. Учет урожая проводили методом пробного снопа поделяночно.

Полив осуществляли довдевальной машиной "Волжанка" ДКШ-64. Сроки полива назначались в зависимости от"снижения влажности почвы до 70 % НВ. Гидрометрические наблюдения осуществлялись с помощью дождемерных сосудов.

Экспериментальные данные обрабатывались математическим методом дисперсионного, корреляционного и регрессионного анализов по Б.А, Доспехову (1985).

Энергетическую эффективность рассчитывали по методике акад. М.М. Севернева (1991).

Изменение свойств почвы в посевах разновозрастной люцерны

1!умус

Эффективность воздействия многолетних трав на процессы накопления гумуса в почве как в условиях орошения, так и на богаре определялась длительностью их возделывания. В первый год после посева неорошаемой люцерны содержание гумуса оставалось без изменения. В условиях орошения отмечена тенденция к некоторому его снижению.

На второй год возделывания люцерны процессы образования и минерализации гумуса уравновешивались и дальнейших потерь его не наблюдалось. На третий год возделывания люцерны лри орошении наметилась четкая тенденция повышения содержания гумуса, и количество его достигло исходного значения.

За пять лет возделывания люцерны в условиях орошения содержание гумуса увеличилось в пахотном горизонте на 0,29, а в подпахотном - на 0,20 %, В богарных условиях эта разница составила 0,42 и 0,29 %. ■

Накопление гумуса в богарных условиях протекает более интенсивно, чем при орошении. В условиях орошения образовавшиеся лабильные органические вещества разлагаются микроорганизмами го-

раздо интенсивнее, чем на богаре. Если содержание лабильных органических веществ при орошении возросло под пятилетней люцерной с 0,39 до 0,68 %, то на богаре - с 0,37 до 0,79 %.

Физико-химические свойства почвы

Изменение гумусового состояния черноземов под влиянием орошения и многолетних трав оказывает определенное влияние на физико-химические свойства почвы.

При орошении лесостепных черноземов проявляется явная тенденция к подкислению почвы как в пахотном, так и в подпахотном слое. Выращивание люцерны в первые три года в условиях орошения не оказало положительного влияния на раскисление чернозема. На второй год орошения величина рНС0Д составила 4,9, что на 0,3 ниже исходной. На третий год в этом случае происходила стабилизация кислотности почвы. На четвертый и пятый годы отмечалось раскисление почвы. На пятый год выращивания люцерны в условиях орошения рНС0Д составила в пахотном слое 5,7, а в подпахотном 6,0, что на 0,5 и 0,4 выше исходной величины.

В богарных условиях люцерна как биологический мелиорант оказывала более существенное влияние на кислотные свойства чернозема выщелоченного.

Величина рН обменной кислотности на богаре за пять лет возделывания люцерны повысилась по сравнению с исходной в пахотном слое на 0,9, в подпахотном - на 0,7.

На пятый год возделывания люцерны при орошении гидролитическая кислотность снизилась по сравнению с исходной на 0,5-0,9, а на богаре - на 1,3-1,9 мг-экв на 100 г почвы.

В богарных условиях под люцерной процесс раскисления почвы протекал гораздо интенсивнее, чем при орошении.

В первые два года в условиях орошения под люцерной происходило снижение катионной емкости поглощения.

На второй год емкость поглощения в пахотном горизонте составила 39,3, в подпахотном 35,1 мг-экв на 100 г почвы, что на 2,0-1,0 мг-экв ниже исходной величины.

Некоторое снижение катионной емкости поглощения в первые го-

да возделывания люцерны при орошения можно связать с процессами минерализации гумуса и уменьшением количества органических коллоидов в черноземе.

На третий год под люцерной при орошении катионная емкость поглощения достигла исходной величины и составила 40,9 и 36,0 мг-экв на 100 г почвы. На пятый год она возросла до 44,4 в пахотном и 37,8 мг-экв в подпахотном горизонтах.

В богарных условиях увеличение катионной емкости поглощения чернозема наблюдалось уже со второго года жизни люцерны. К концу пятого года возделывания люцерны на богаре емкость поглощения возросла в пахотном горизонте до 46,4, а в подпахотном до 39,9 мг-экв на 100 г почвы.

Аналогичная закономерность отмечена и в изменении суммы поглощенных оснований. При орошения в течение пяти лет содержание кальция и магния в пахотном слое увеличивалось с 34,7 до 38,7, а на богаре - с 34,1 до 41,6 мг-экв на 100 г почвы. Соответственно возрастала и степень насыщенности основаниями.

Агрофизические свойства почвы

Обследование почв шести районов Пензенской области показало, что степень выпаханности черноземов вследствие их сельскохозяйственного использования составляет в настоящее время гот 25,0 до 71,0 %.

Поэтому важнейшей задачей является восстановление структуры почв, и в первую очередь черноземов.

Исследование микроагрегатного состава показало, что образование новых гумусовых соединений за счет корневых и пожнивных остатков люцерны и биогенное накопление оснований способствовало агрегированию Еысокодисперсных илистых частиц в более ценные микроэгрегаты. За пять лет возделывания люцерны и при орошении, и на богаре происходило значительное уменьшение неагре-гироеанных илистых частиц в чернозема. Коэффициенты дисперсности по H.A. Качянскому в первый год возделывания люцерны составляли 9,2-9,8, а после пяти лет использования - 5,9. Это указывает на высокую способность к образованию водопрочной структуры черноземов под люцерной.

Восстановление макроструктуры почвы под яюцерной протекало в богарных условиях более интенсивно, чем при орошении. На пятый год использования люцерны содержание водопрочных агрегатов крупнее 0,25 мм составило 75,1, тогда как при орошении -69,7 %, За пять лет содержание водопрочных агрегатов на богаре увеличилось на 16,3 %, а в условиях орошения - на 10,9 %. Это объясняется повышенной биологической активностью почвы при орошении, которая способствовала активной минерализации органических остатков и снижению накопления гумусовых веществ.

Коэффициент корреляции взаимосвязи количества водопрочных агрегатов крупнее 0,25 мм с количеством гумуса составил 0,94; с гидролитической кислотностью -0,97; с емкостью поглощения 0,98; с суммой обменных оснований 0,98; со степенью насыщенности основаниями 0,97.

Увеличение водопрочности структуры почвы под воздействием корней люцерны оказало положительное влияние на степень выпа-ханности чернозема. В первый год выращивания люцерны в богарных условиях степень выпаханности составила 29,2 %, В последующие годы произошло увеличение водоцрочности структуры, а степень выпаханности под пятилетней люцерной снизилась до 9,5 %. В условиях орошения степень выпаханности снизилась с 32,7 до 16,0 %.

Общие физические свойства почвы

Наиболее динамичными из общих физических свойств почвы являются пдотность и пористость. Люцерна оказывала определенное влияние на плотность и пористость черноземов.

Наиболее рыхлое сложение ночва имела в начале вегетационного периода перед посевом люцерны. Еа вариантах с орошением и на богаре плотность составила 1,08-1,09 г/см3 в пахотном и 1,19-1,20 г/см3 в подпахотном горизонте. К уборке плотность почвы достигала равновесного состояния и равнялась в условиях орошения 1,25, а на богаре - 1,22-1,23 г/см3.

На второй год жизни люцерны при орошении наблюдалось уве-.личение плотности почвы до 1,27-1,28 г/см3. На богаре на второй год плотность почвы практически не изменилась. 8

Начиная с третьего года возделывания люцерны как при орошении, так и на богаре отчетливо проявляется процесс разуплотнения почвы. Это объясняется механическим воздействием корней многолетних трав на почву, накоплением гумуса, оструктуривани-ем почвы, изменением плотности структурных агрегатов. На пятый год возделывания люцерны как в условиях орошения, так и на богаре произошло существенное уменьшение плотности почвы. В пахотном слое при орошении она составила 1,20, а на богара - 1,17 г/см3, е подпахотном соогаатственно 1,22 и 1,19 г/см3.

Общая пористость изменялась в довольно широких пределах, особенно в верхних горизонтах почвы.

Перед посевом люцерны пористость составляла 56,6-57,0 % в пахотном и 52,6-53,0 % в подпахотном горизонте. К концу вегетации пористость снижалась до 50,2 % при орошении и до 51,4 % на богаре. На пятый год величина общей пористости на богаре в пахотном слое заметно возросла и равнялась 53,4 %, а в подпахотном - 53,0 при орошении соответственно 52,0 и 51,8 На богаре пористость почвы была выше, чем при орошении, во все годы использования люцерны.

Водные свойства и водный режим почвы

Теоретическое обоснование рациональных почвосберегащих режимов орошения невозможно без изучения свойств и поведения влаги в почвенном профиле и в первую очередь без познания водоудерживающей способности почвы.

Одним из показателей водоудерживающей способности почвы является наименьшая влагоемкость.

Под люцерной при орошении в первые два года наметилась тенденция к снижению наименьшей влагоемкости чернозема. С третьего года наблюдается увеличение водоудерживающей способности почвы с 30,9 % в пахотном слое и 32,2 % в подпахотном до 33,7 и 34,9 % на пятый год возделывания.

В условиях богары начиная со второго года возделывания лю- . церны намечалась четкая тенденция к увеличению наименьшей влагоемкости. Если в первый год под люцерной наименьшая влагоемкость

составляла 30,8-32,0 %, то на второй год она равнялась 31,532,8 %, на третий - 32,8-33,7, а на пятый - 35,8-36,3 %.

Отмечена высокая степень корреляции наименьшей влагоемкос-ти с количеством гумуса в почве, плотностью почвы и количеством водопрочных агрегатов.

Коэффициенты корреляции составили при этом соответственно 0,96; -0,88 и 0,98.

При увеличения водоудерживающей способности чернозема повысилось содержание как общей, так и продуктивной влаги. На пятый год возделывания люцерны количество продуктивной влаги в ■ верхнем слое почвы возрастало по сравнению с исходным при орошении на 7,1-8,1 мм, а на богаре - на 11,1-11,5 мм.

В условиях орошения складывался более благоприятный режим влажности почвы по сравнению с богарой.

В первом случае влажность почвы за вегетацию не опускалась ниже 63,6 и 75,2 % НВ. На богаре отмечено снижение влажности • почвы до 47,1-59,4 % НВ.

Сравнительная оценка влияния люцерны и навоза на агрохимические свойства почвы

Гумус

Навоз в высоких дозах и люцерна как биологические мелиоранты оказывали неодинаковое влияние на накопление гумуса в почве.

При орошении культур, размещенных по неунавоженным полям, происходило уменьшение содержания гумуса. За три года исследований на этом варианте содержание гумуса снизилось по сравнению с богарой в пахотном горизонте на 0,10 %, в подпахотном - на 0,02 %. В богарных условиях изменения содержания гумуса были несущественными.

На вариантах с внесением навоза характер накопления гумуса определялся дозой мелиоранта и режимом влажности почвы.

При внесении 40 т/га навоза содержание гумуса в пахотном слое увеличивалось по сравнению с вариантом без навоза на 0,04 %, на третий и четвертый годы после внесения в почву этой дозы навоза в условиях орошения содержание гумуса снижалось по

годам с 6,42 до 6,36 %, хотя превышало контрольный вариант на 0,04-0,08 %,

При внесении 60 т/га навоза на орошаемых полях содержание гумуса на второй год составило 6,43 %, на третий и четвертый -6,40 %. Это выше, чем без внесения навоза, на 0,05-0,12 %.

На фоне 80 т/га навоза содержание гумуса при орошении повысилось по сравнению с контролем на 0,08 % на второй год, на 0,12 % на третий год и на 0,15 % на четвертый год после внесения. Внесение 60 т/га навоза способствовало стабилизации гумуса при орошении, а 80 т/га - некоторому увеличению по сравнению с богарой.

Люцерна как фитомелиорант создает более благоприятное гумусовое состояние почвы как в условиях орошения, так и на богаре.

Содержание гумуса после распашки люцерны в условиях орошения колебалось от 6,67. до 6,61 % в пахотном и от 6,17 до 6,16 % в подпахотном горизонте. Разница с орошаемым неунавоженным вариантом по годам изменялась от 0,29 до 0,33 % в пахотном и от 0,29 до 0,30 % в подпахотном горизонтах. Различие с богарным контрольным вариантом колебалось соответственно от 0,21 до 0,26 % и от 0,26 до 0,27

В условиях орошения при использовании люцерны в качестве фитомелиоранта, как и на вариантах с навозом, на второй год после распашки наблюдалось максимальное содержание гумуса. В последующие годы под действием поливной воды происходило его уменьшение. Особенно четко это проявлялось в пахотном горизонте при выращивании кукурузы.

Физико-химические свойства почвы

При орошении за три года на контрольном варианте емкость поглощения чернозема в пахотном слое снизилась по сравнению с богарой на 2,7 мг-экв на 100 г почвы. В подпахотном горизонте этого явления не отмечалось. В богарных условиях на контрольном варианте как в пахотном, так и в подпахотном горизонте существенных изменений емкости поглощения не произошло.

При орошении с применением биологических мелиорантов емкость поглощения в пахотном слое превысила орошаемый контроль соответ-

II

ственно вариантам на 0,7-1,4; 1,7-2,9; 2,7-4,6 и 5,1-6,7 мг-экв, а в подпахотном слое - на 0,6-0,8; 1,7-1,8; 1,9-2,3 и 5,55,6 мг-экв на 100 г почвы. Различие с богарным контролем было менее выражено и составило по вариантам опыта для пахотного слоя 0,1; 0,3-1,0; 2,0-2,1 и 4,1-4,5:мг-экв на 100 г почвы.

В условиях орошения, несмотря на применение навоза и люцерны как фитомедяоранта, по годам отмечено снижение емкости поглощения. За три года <3ез навоза емкость поглощения снизилась на .1,9; на фоне 40 т/га навоза - на 1,4; при внесении 60 т/га -на 0,7 и 80 т/га - на 0,2 мг-экв на 100 г почвы. На вариантах с применением люцерны произошло снижение емкости поглощения на 0,5 мг-экв. В условиях богары происходило увеличение емкости поглощения по годам соответственно на 0,5; 0,7; 0,8 и 0,5 мг-экв на 100 г почвы.

. Аналогичная закономерность наблюдалась и в изменении суммы поглощенных оснований, которая колебалась в пахотном слое на богаре от 32,8 на контроле до 39,8 мг-экв после люцерны, а при орошении - от 29,3 на контроле до 38,4 мг-экв после люцерны.

Важную роль в улучшении агромелиоративного состояния почв играет процесс раскисления.

И в богарных условиях, и при орошении, как в пахотном, так и в подпахотном горизонте за три года исследований просматривалась тенденция к увеличению концентрации ионов водорода в почве без применения биологических мелиорантов.

Величина гидролитической кислотности на богаре в пахотном горизонте при этом составила 6,1-6,2 мг-экв, в подпахотном -4,6-4,7 мг-экв, на орошении соответственно 6,7-6,9 и 4,7-5,0 мг-экв на 100 г почш.

В условиях орошения после внесения навоза в дозе 80 т/га величина гидролитической кислотности снизилась с 6,7-6,9 мг-экв до 5,8-6,1 мг-экв на 100 г почвы, а после люцерны - до 5,05,1 мг-экв в пахотном слое почвы и до 3,5-3,6 мг-экв в подпахотном.

Аналогично изменялась и величина рНс0Д. После внесения в почву навоза 80 т/га рНС0Л увеличивался в пахотном слое почвы на богаре с 5,3-5,4 до 5,8-6,2; при орошении - с 4,9-5,2 до

5,5-5,7, а в подпахотном соответственно с 5,7-5,8 до 6,0-6,3 и с 5,3-5,6 до 6,1-6,2. После люцерны рН сдвинулся в щелочную сторону на богаре до 6,1-6,3 и 6,4-6,6, а при орошении - до 5,8-6,0 и 6,3-6,6.

Наиболее благоприятное влияние на раскисление чернозема оказала люцерна.

Содержание элементов питания "в почве

Наименьшее количество яегкогидролизуемого азота было на контроле. При орошении количество его составило 11,9-12,2, а на богаре 10,8-11,2 мг на 100 г почвы. При внесении 40 т/га навоза на богаре содержание азота увеличилось до 11,8-12,1 мг, при 60 т/га навоза - до 12,6-13,0 мг, при 80 т/га навоза - до 13,5-14,0, после люцерны - до 15,3-15,7 мг на 100 г почвы. При внесении тех же доз навоза в условиях орошения содержание гид-ролизуемого азота в почве возросло соответственно до 12,6-13,0; 13,3-13,9; 14,2-14,7 мг на 100 г почвы.

Наилучший азотный режим 15,5-16,0 мг на 100 г почвы был после люцерны в условиях орошения.

Аналогичная закономерность выявлена и в изменении доступного фосфора по вариантам опыта. На контроле в условиях богары фосфора было 8,7-8,9 мг, на контроле при орошении - 9,6-9,9 мг. При внесении 80 т/га навоза содержание доступного фосфора возросло до 11,2-11,5 и 12,2-12,4 мг, а после распашки люцерны соответственно на богаре и на орошении - до 12,0-12,6 и 12,712,9 мг на 100 г почвы.

Подобно азоту и фосфору изменялось содержание калия. Наименьшее количество его было на контроле в условиях богары, наибольшее - при орошении после люцерны.

Структура почвы

В условиях орошения без применения биомелиорантов наблюдался процесс разрушения водопрочной структуры.

В паропропашном севообороте при орошении содержание агрономически ценных водопрочных агрегатов без применения мелиоран-

тов снизилось в пахотном горизонте на 7,7 % а составило 50,2 %. В подпахотном горизонте разрушение водопрочной структуры протекало гораздо медленнее. За три года количество водопрочных агрегатов здесь снизилось на 2,2 % и составило 70,3 %.

В богарных условиях на контрольном варианте как в пахотном, так и подпахотном горизонте существенного изменения в структурном состоянии чернозема не отмечено.

В условиях орошения навоз и люцерна оказали существенное влияние на восстановление утраченной структуры. При орошении количество водопрочных структурных агрегатов на фоне 40 т/га навоза е конце ротации звена севооборота было больше по сравнению с контролем на 5,8 %, При внесении 60 т/га навоза к концу ротации звена количество водопрочных агрегатов возросло в пахотном слое до 58,8 %, в подпахотном - до 74,0 %, Разница с вариантом без применения биомелиорантов в орошении составила 8,6 %, а с контрольным богарным вариантом - 1,9 %. При внесении 80 т/га количество водопрочных агрегатов повысилось по сравнению с орошаемым контрольным участком на 12,1 %, а с богарным -на 4,4 %.

Максимальное количество водопрочных агрегатов крупнее 0,25 мм на орошении было после люцерны. Оно равнялось 69,5-70,8 % в пахотном и 76,8-78,9 % в подпахотном слое. "

С увеличением дозы биомелиоранта (навоза) уменьшалась степень выпаханности и возрастал коэффициент структурности.

На орошении эффективность биомелиорантов была ниже, чем на богаре. При внесении 80 т/га навоза на орошении выпаханность составила по культурам 24,6-27,4 коэффициент структурности -1,50-1,65. После люцерны эти показатели равнялись 14,3-15,7 % и 2,28-2,42,

й в орошении, и на богаре применение люцерны как фитомелио-ранта эффективнее восстанавливало структуру почвы, чем навоз в высоких дозах.

Общие физические свойства

Под влиянием поливной воды происходило уплотнение почвы в пахотном и подпахотном горизонтах. Особенно заметно этот процесс проявлялся на вариантах без применения биологических мелиорантов..

14

Плотность почвы на варианте без применения биомелиорантов в слое 0-25 см при орошении составила в 1995 г. 1,2?; в 1996 г. - 1,26 и в 199? г. - 1,31 г/см3 при плотности почвы на контрольном богарном участке 1,24; 1,22 и 1,26 г/см3.

На богаре плотность почвы была на 0,03; 0,04 и 0,05 г/см3 меньше, чем при орошении.

Навоз, применяемый в качестве биомелиоранта, оказывал разуплотняющее воздействие на почву. Эффективность его воздействия определялась дозой мелиоранта и степенью увлажнения почвы. При орошении плотность почвы в зависимости от доз навоза изменялась под озимой пшеницей от 1,24 до 1,19 г/см3, под кукурузой - от 1,23 до 1,17 г/см3; под яровой пшеницей - от 1,26 до 1,19 г/см3.

В условиях орошения оптимальную плотность сложения почва приобретала при использовании навоза в дозе 80 т/га, а на богаре - при дозе навоза 60 т/га.

На контрольном варианте на богаре плотность за три года равнялась 1,20 г/см3, при внесении в почву 40 т/га навоза -

1.19 г/см3; 60 т/га навоза -1,19 г/см3; 80 т/га навоза -1,18 г/см3. При орошении на варианте без навоза средняя плотность почвы за ротацию звена севооборота составила 1,23 г/см3; при внесении 40 т/га навоза - 1,21 г/см3; 60 т/га навоза -

1.20 г/см3; 80 т/га навоза - 1,19 г/см3. Разница между орошением и богарой в зависимости от дозы навоза изменялась в пределах от 0,01 до 0,02 г/см3 в сторону увеличения на вариантах с орошением.

Оптимальная плотность почвы как при орошении, так и на богаре складывалась под культурами звена севооборота, размещенными по люцерне. На богаре плотность на этом варианте изменялась в пахотном слое от 1,14 до 1,15 г/см3; при орошении - от 1,16 до 1,18 г/см3, в подпахотном слое соответственно от 1,14 до 1,16 и от 1,15 до 1,18 г/см3.

Наибольшее разуплотняющее действие на почву оказывала люцерна.

Внесение навоза и посев люцерны положительно влияли на пористость почвы. Максимальная пористость отмечена как на богаре, так и при орошении после люцерны. 15

Водные свойства и режим влажности почвы

Водный режим почвы зависит в первую очередь от ее водоудер-живавдей способности, которая характеризуется величиной наименьшей влагоемкости. Величина наименьшей влагоемкости на орошаемом контрольном варианте снизилась по сравнению с богарой на 1,7 % и составила 30,2 % в пахотном слое. В подпахотном горизонте она равнялась 29,4 %, что на 1,3 % ниже, чем на богаре. При внесении навоза наименьшая влагоемкость возрастала на 2,02,7 % на богаре и на 2,0-3,0 % при орошении. После люцерны она увеличилась соответственно на 2,9-3,5 и 2,9-4,7 %. Это повышало влажность почвы на вариантах с навозом и использованием люцерны в качестве фитомелиоранта.

Увеличение влажности почвы повышало запас продуктивной влаги, улучшая водный режим растений в звене севооборота. Наибольший запас продуктивной влаги в слое 0-100 см весной в условиях орошения и на богаре был на вариантах с внесением 80 т/га навоза и после люцерны.

Запас доступной влаги в почве составлял при орошении на фоне навоза 158,0-181,2 мм, после люцерны - 170,1-195,1 мм; на богаре соответственно 124,3-153,1 и 139,1-161,4 мм.

Урожайность сельскохозяйственных культур

Орошение является мощным фактором, влияющим не только на плодородие почвы, но и на продуктивность сельскохозяйственных культур. Люцерна в условиях орошения хорошо отзывалась на поливы прибавкой урожайности как зеленой массы, так и сена (табл. I).

При орошении урожайность зеленой массы в зависимости от продолжительности использования колебалась от 51,8 до 59,0 т/га, на богаре - от 39,6 до 40,6 т/га. Прибавка урожайности составляла 12,2-19,3 т/га, или 30,8-51,9 %.

Урожайность сена люцерны при орошении была также выше, чем. на богаре. Урожайность сена варьировала по годам в интервале от 12,4 до 14,2 т/га при орошении и от 9,9 до 10,-2 т/га на богаре.

Таблица I

Влияние орошения на урожайность зеленой массы и сена люцерны, т/га

Продолжатель- ! _ Зеленая масса___'____Сено_ _

ность возделн-!удожашоа£.ь_ _!прибавкаТ ^ротайноеть ""!прибавка" вания люцерны !на Зо-!при !от оро- !на Зо-Шри ~!от оро-!гаре !ороше- !шения ?гаре !ороше- !шения ! !нии ! ! !нии !

I год 39,6 51,8 12,2 9,9 12,4 2,5

2 года 43,5 57,9 14,4 10,4 13,3 2,9

3 года 37,2 56,5 19,3 9,7 13,6 3,9

4 года 40,6 59,0 18,4 10,2 14,2 4,0

НСР05 - - 3,30 - - 2,63

Прибавка от орошения составила 2,5-4,0 т/га, или 25,339,2 %.

Изучение влияния орошения на фоне применения биологических мелиорантов (люцерны и высоких доз навоза) показало существенное увеличение продуктивности культур в звене паропропапшого севооборота (табл. 2).

Без применения биомелиорантов на богаре получено 2,1 т/га . зерна озимой пшеницы, при орошении 3,2 т/га, что на 1,1 т/га зерна, или на 52,4 %, больше.

В условиях орошения урожайность озимой пшеницы на вариантах с навозом колебалась от 3,6 до 4,3 т/га. Увеличение к контролю составило 0,4-1,1 т/га, или 12,5-34,4 %.

Повышение урожайности по сравнению с богарным вариантом без навоза составило 1,5-2,2 т/га, или 71,4-104,8 %.

Максимальная урожайность озимой пшеницы получена после люцерны как при орошении, так и на богаре. При орошении урожайность равнялась 4,5 т/га зерна. Прибавка к контролю - 1,3 т/га, или 40,6 %.

Еще большей прибавкой урожайности на биомелиорацию и орошение отзывалась кукуруза. Если прибавка от навоза в богарных условиях на посевах кукурузы была 2,3-8,8 т/га зеленой массы, или 15,7-60,3 %, то при орошении она составила 7,1-24,2 т/га, или

Таблица 2

Влияние применения биологических мелиорантов на урожайность культур в севообороте

Варианты .!_ „Озимая ¡рдница___!__Кудуйужа_____1 _ _%одая пшеница

опыта !урожайность!_1щи£авка _ ¡урожайность! прибавка "урожайность! прибавка ¡зерна, т/га!т/та ! % '.зерна, т/га!т/га! !зерна, т/га!т7га Т ~ "%

Богара

Контроль 2,1 - - 14,6 - - 1,7 - -

Навоз 40 т/га 2,4 0,3 14,3 16,9 2,3 15,7 1,9 0,2 11,8

Навоз 60 т/га 2,6 0,5 23,8 19,5 4,9 33,6 2,2 0,5 29,4

Навоз 80 т/га 2,9 0,8 38,1 23,4 8,8 60,3 2,4 0,7 41,2

Люцерна 3,1 1.0 47,6 24,6 10,0 68,5 2,5 0,8 47,1

Орошение

Контроль 3,2 - - 26,7 - - 2,8 - -

Навоз 40 т/га 3,6 0,4 12,5 33,8 7,1 26,6 3,2 0,4 14,3

Навоз 60 т/га 3,9 0,7 21,8 34,4 7,7 28,8 3,7 0,9 32,1

Навоз 80 т/га 4,3 1,1 34,4 50,9 24,2 90,6 4Д 1,3 46,4

Люцерна 4,5 1,3 40,6 54,8 28,1 105,2 4,3 1,5 53,6

нср05 0,27 1,55 0,23

90,6 %. По сравнению с богарным контролем отмечено увеличение урожайности кукурузы в 2,3-3,5 раза. При посеве кукурузы после люцерны (оборот пласта) урожайность при орошении повысилась на 105,2 %, а на богаре - на 68,5 %,

Учет урожайности яровой пшеницы в зависимости от доз навоза показал, что при орошении прибавка от навоза равнялась 0,41,3 т/га зерна, или 14,3-46,4 %. По сравнению с богарным контролем при орошении урожайность возросла на фоне навоза на 1,52,4 т/га, или на 88,2-141,2 %. По люцерне (на третий год после распашки) яровая пшеница дала наивысшую прибавку урожайности. На богаре она равнялась 0,8 т/га зерна, или 47,1 %, при орошении 1,5 т/га, или 53,6 %,

Таким образом, очевидно, что орошение черноземов выщелоченных в условиях лесостепи Среднего Поволжья значительно повышает урожайность сельскохозяйственных культур, особенно на фоне применения биологических мелиорантов.

Энергетическая эффективность

Расчет энергетической эффективности показал, что затраты на применение биологических мелиорантов как в условиях орошения, так и в условиях богары окупались прибавкой урожайности и повышением плодородия почвы. Особенно эффективна с энергетической точки зрения люцерна, применяемая в качестве фитомелиоранта.

При возделывании озимой пшеницы в условиях богары на фоне навоза коэффициенты энергетической эффективности составили 4,9-5,2, что на 11,1-18,2 % больше, чем на контроле. При использовании в качестве фитомелиоранта люцерны коэффициент энергетической эффективности составил 11,2, что в 2,5 раза выше, чем на контроле.

При возделывании озимой пшеницы в условиях орошения коэффициенты энергетической эффективности на фоне применения навоза равнялись 4,4-4,9, что на 7,3-19,5 % вше, чем на варианте без навоза, а на варианте с люцерной - 9,9, или в 2,4 раза выше, чем на контроле.

На посевах богарной кукурузы коэффициенты энергетической

эффективности при применении навоза равнялись 8,5-8,7, а по люцерне - 15,7, что выше контроля на 10,4-13,0 и 103,9 %. При орошении в посевах кукурузы коэффициент энергетической эффективности на контроле составил 8,7; на варианте с навозом -9,2-10,8; после люцерны - 19,7. Это по сравнению с контролем на 5,7-24,1 и 126,4 % выше.

На посевах кукурузы применение орошения и фитомелиоранта (люцерны) повысило коэффициент энергетической эффективности в 2,5 раза.

На посевах богарной яровой пшеницы от применения навоза коэффициент энергетической эффективности повысился с 3,8 до 4,1-4,7, а после люцерны - до 10,8; при орошении соответственно с 3,7 до 4,2-4,7 и 9,8.

Применение орошения и фитомелиоранта повысило коэффициент энергетической эффективности на яровой пшенице в 2,6 раза.

Наиболее эффективно было применение биомелиоративных приемов повышения плодородия черноземов на орошении в посевах кукурузы. Фитомелиорация оказалась более эффективной как на богаре, так и при орошении, чем внесение высоких доз навоза.

Таким образом, наиболее эффективным оказалось применение фитомелиоранта (люцерны) под зерновые культуры. Затраты на орошение наиболее полно окупались при возделывании кукурузы.

йлводы

1. При возделывании люцерны в течение пяти лет в первые годы без орошения содержание тумуса оставалось без изменения. При орошении отмечена тенденция к его снижению. На второй год возделывания люцерны содержание гумуса стабилизировалось, с третьего года отмечено его увеличение. На пятый год содержание общего гумуса при орошении увеличилось в пахотном слое на 0,29, подпахотном - на 0,20 %, на богаре соответственно на 0,42 и 0,29 %.

2. Содержание лабильных органических веществ в почве за пять лет возделывания люцерны возросло при орошении с 0,39 до 0,68 %, а на богаре - с 0,37 до 0,79 %. Без орошения отмечено наибольшее увеличение лабильных органических веществ в почве.

3. Пятилетнее возделывание люцерны снижало кислотность чернозема как на богаре, так и при орошении за счет повышения ка-тионной емкости поглощения с 39,3-35,1 до 46,4-39,9 мг-экв на 100 г почвы, а также за счет увеличения содержания обменного кальция и магния с 34,7 до 38,7-41,1 мг-экв на 100 г почвы.

4. На пятый год использования люцерны содержание водопрочных агрегатов крупнее 0,25 мм увеличилось на богаре на 16,3, а в орошении - на 10,9 %. Выпаханность снизилась до 9,5-16,0 %. Орошение способствовало разрушению агрономически ценной структуры.

5. Орошение несколько повышало плотность почвы по сравнению с богарой, особенно в осенний период. На пятый год под люцерной происходило уменьшение равновесной плотности почвы с 1,27-1,28 до 1,17-1,22 г/см3. Пористость возрастала с 50,2-51,4 до 52,053,4 %. При орошении общая пористость была ниже, чем на богаре.

6. Водные свойства и водный режим почвы лучше складывались на люцерне пятого года использования. Здесь отмечено увеличение наименьшей влагоемкости, влажности почвы и запасов влаги в почве, особенно в весенний период.

7. Применение высоких доз навоза в качестве биологического мелиоранта увеличивало содержание гумуса по сравнению с контролем на 0,07-0,12 %. При использовании в качестве фятомеяиоранта люцерны содержание гумуса превышало контроль на 0,21-0,33 %, то есть в 3 раза больше.

8. Высокие дозы навоза увеличивали емкость поглощения почвы на 2,5-3,4 мг-экв на 100 г почвы, применение люцерны - на 4,55,5 мг-экв. Сумма поглощенных оснований также была наибольшей на вариантах с применением фитомелиоранта. Наибольшей интенсивностью процесс раскисления черноземов отличался после люцерны

в богарных условиях.

9. Наилучшие азотный и фосфорный режимы почвы складывались в условиях орошения при внесении высоких доз навоза и после люцерны. В этом случае количество гидролизуемого азота в почве составляло 14,<¡-16,0 мг, а фосфора - 11,2-12,9 мг на 100 г почвы.

10. Применение люцерны как фитомелиоранта значительно увели-

чивало количество водопрочных структурных агрегатов по сравнению с внесением высоких доз навоза. Различив составило 6,10,5 %. Особенно интенсивно шел процесс структурообразования под люцерной на богаре, менее интенсивно - при орошении.

11. Орошение увеличивало плотность почвы в течение трех лет на 0,03; 0,04 и 0,05 г/см3 по сравнению с неполивным участком. Внесение навоза и применение люцерны как фитомелиоранта снижали плотность почвы с 1,23 до 1,19 и 1,14 г/см3.

12. Использование навоза и люцерны для повышения плодородия почвы благоприятно влияло на водный резким. Отмечено увеличение наименьшей влагоемкости на 2,9-4,7 % от массы почвы и запасов продуктивной влаги перед посевом в почве на 32-61 мм.

13. Орошение в условиях лесостепи Среднего Поволжья повышало урожайность зеленой массы люцерны на 12,2-19,3, а сена -на 2,5-4,0 т/га, или на 30,8-51,9 и 25,3-39,2 %. Урожайность зерна озимой пшеницы возрастала при орошении на 1,1 т/га, или на 52,4 %, яровой пшеницы - на 1,1 т/га, или на 64,7 %, кукурузы - на 12,1 т/га зеленой массы, или на 82,8 %,

14. Орошение заметно повышало прибавку от применения биомелиорантов, особенно при возделывании кукурузы и яровой пшеницы. На фоне навоза как биомелиоранта повышение урожайности озимой пшеницы составило на богаре 14,3-38,1 %, кукурузы - 15,7-60,3 %; яровой пшеницы - 11,8-41,2 %.

15. Наибольшая урожайность культур получена при выращивании их после люцерны. Прибавка к контролю составила 47,6-68,5 % на богаре и 40,6-105,2 % при орошении.

16. Наивысшая энергетическая эффективность получена при применении в качестве фитомелиоранта люцерны. Она превышала контрольный вариант в 2,4-2,5 раза.

Рекомендации производству

Для улучшения агромелиоративного состояния выщелоченного чернозема и борьбы с его деградацией при орошении, а также для увеличения урожайности орошаемых культур следует применять высокие мелиоративные дозы навоза - не менее 80 т/га - в пару или

агромелиоративном поле один раз в ротацию севооборота или использовать люцерну как фитомеяиорант в специально отведенном для этого выводном мелиоративном поле. Широкое применение орошения на фоне биологических мелиорантов не только увеличит в 1,5-2,0 раза урожайность сельскохозяйственных культур, но и повысит плодородие черноземов.

Список литературы

1. Влияние орошения на физические свойства чернозема выщелоченного // Проблемы орошаемого земледелия: Сб. науч. работ / Сарат. гос. с.-х. акад. Саратов, 1997 (в соавторстве).

2. Влияние многолетних трав на водоудерживахщую способность орошаемых черноземов // Сб. науч. статей агроном, ф-та // Пеяз. гос. с.-х. акад. Пенза, 1998 (в соавторстве).

3» Влияние орошения на структурное состояние чернозема выщелоченного // Сб. науч. статей агроном, ф-та / Пенз. гос. с.-х. акад. Пенза, 1998 (в соавторстве).

4. Влияние орошения на агрофизические свойства чернозема выщелоченного и урожайность кукурузы: Информ. листок / Пенз. ВДТИ. Пенза, 1998 (в соавторстве).

Лицензия ЛР й 020401 от II февраля 1997 г. Подписано в печать 26.05.98. Тираж 100. Формат 60x84 1/16. Печ. л. 1,5. Заказ 19.

Саратовская государственная сельскохозяйственная академия 410600, Саратов, Театральная пл., I.