Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Эффективность доломитовой муки как мелиоранта на выщелоченных черноземах Среднего Поволжья

ВАК РФ 06.01.02, Мелиорация, рекультивация и охрана земель

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, кандидата сельскохозяйственных наук, Адаев, Василий Федорович, Саратов

/

/

Саратовский государственный аграрный университет

им. Н.И. Вавилова

А ДАЕВ Василий Федорович

ЭФФЕКТИВНОСТЬ ДОЛОМИТОВОЙ МУКИ КАК МЕЛИОРАНТА НА ВЫЩЕЛОЧЕННЫХ ЧЕРНОЗЕМАХ СРЕДНЕГО ПОВОЛЖЬЯ

06.01.02 - сельскохозяйственная мелиорация 06.01.04 - агрохимия

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных на)«

Научные руководители:

доктор сельскохозяйственных наук,

профессор Денисов Е.П.

кандидат сельскохозяйственных наук,

доцент Кузин E.H.

Саратов 1999

содешш

Введение мн.млммммиим»*«*¿;»I«««• *.»*♦ г»4

1. Обзор литературы .................................... у

1.1. Почвенная реакция среды и минеральные удобрения»,, » 9

1.2. Известкование и химические почвенные процессы»,.... 16 1,3» Известкование и физические свойства почвы.¿>4 Х.4. Тумуо и падевой режим.,,*..,,,»,.#У».,.,»»», 25

л

1.5, Влияние известкования на подвижность тяжелых металлов»............... ...*».»............»........•*•..... 26

1.6, Влияние известкования на урожайность сельскохозяйственных культур.,..••.••.........,.....,.,...,.. ••• ....» 29

2. Условия проведения опыта..........*.»....... 37

2.1. Почвы...,,.37

2.2, Климат.. ,.»...,.............. щ

3. Схема и методика проведения исследований.,,.......... 43

ЗД. Схема ошта,,.....,.,,............г.,....... 43

3,2. Методика проведения исследований..,.,,..,........... 453

4. Результаты исследований..........щ

4.1. Микроагрегатяый состав почвы....................... 46

4.2. Структурное состояние почвы.,...........»♦»*»».....

4.3. Плотность почвы. ••,..•«••.••••••,.••••»«•.......... §§

4»4» Пористость почвы»,»»,,»............................ щ

4.5. Наименьшая влагоемкость..............,.•••......... ^

4.6. Использование влаги сельскохозяйственными культурами..».,,.....................«...........»• ......... ^^

4.7. Влияние известкования и минеральных удобрений

на кислотность почвы....,.,.................••••••..........

4.8. Динамика содержания кальция и магния в почве..,,,,.

д.

4»9. л Oi?üffiie сушш догяоцвшдо освоши^; иод пшшж

ДОЯШДОЮ ''О n :й И ШШраШШ удобрвНКЙ» « • * « *

/деи&здшдоь зячеокшс свойств ж ха-яписшто оос~

YÜffilÖS ШУЧВП•в##«»»«1в*##»#**в#л»*•**•♦#*♦ *»####*»*♦*»#«####♦

Ьщ £рошннооть ш качество нрощшдйй..,«,«••*•*»•••«•*••*

ЬД» ¿''роаш&аость сеяьадохозяиствоншас мудвдр в оеэсъ-

ОООрОТв* »i» »»*#t»«»i**»»'<*«»#if H«*»*#*«*t*««iiii»*f.»«H«»i*

лхт чооиу • состав р^стеими в к^юстао ¿зюздкшш»««*

о,j» Jko;гчос,:а; ждекто»iíictiíjtu доад;.................

5*4, Экояошческая .щжхЯ&.чютш продукции*• «*»,••••**»

..ЛЮ1 •ГОТГ'ЧОСКГ^ о ' ' CK'riJ^OCi'b ЛГЛ-ЧОС-Ю.'» ножшранни» . >1 Щ",ЩП* * * » * # * »***«* » * » * • * * * * * » » * * * • в * » * « » * * * * * » « * » * * * * * ч\~)0юю; юл Ни з;;ияотиу.# ,,••••«•,•••*•••»•*««•«*•*•••»

v!€.COiC /1« 'ГОР* '¿TP*'*********

I hl 'XOi iÔIffifî» M*<**#***t»»»*»«*t»i*»t*»»fii«»**M*«*»»*t»»

Успешное развитие сельскохозяйственного производства предъявляет определенные требования, связанные с необходимостью повышения потенциального и эффективного плодородия почв.

В связи с требованиями совершенствования приемов повышения плодородия почвы в зональных системах земледелия, при их мелиорации возникает необходимость изучения таких явлений, как дегу-мификадая, переуплотнение, декальцификация, вторичное заооление, несбалансированность химических и физических свойств, закисления, техногенное загрязнение, потеря биогенности и другие виды деградации почв.

Разработка и применение в практике сельского хозяйства комплекса мер и отдельных агроприемов по устранению явлений деградации почв и повышению продуктивности сельскохозяйственных культур - необходимое условие для дальнейшего развития сельского хозяйства России, энерго- и ресурсосбережения и сохранения в чистоте экологической обстановки в стране. Это очень важно на современном этапе.

Важная роль науки - разработка методов и приемов осуществления химических мелиораций, обеспечивающих сохранение и улучшение положительных качеств кислых почв, солонцов и т.д.

В настоящее время потребности практического земледелия обуславливают становление нового направления в науке - эколого-мелио-ративного и ресурсосберегающего земледелия.

В этом направлении важную роль играет химическая мелиорация.

Состояние плодородия черноземов Пензенской области и обоснование цели и задач исследования

Черноземы лесостепной и степной зон России - это уникальное в своем роде богатство и главная база земледелия нашей страны. Вместе с тем последние десятилетия в связи с усилением техноген-

ного воздействия на черноземные почвы» они постепенно теряют свои уникальные свойства и приобретают неблагоприятные.

В настоящее время существует достаточно много материалов, свидетельствующих об изменении водно-лязических, агромелиоративных п кис лотно-основных свойств черноземов. Кислотность черноземов возрастает в результате сельскохозяйственной деятельности, техногенного загрязнения и естественных процессов, протекающих в них. Яри этом ухудшаются водно-физические свойства, разрушается структура почвы, снижается пористость, повышается плотность черноземов.

Как свидетельствуют результаты последних обследований, все подтипы чернозема лесостепи Среднего Поволжья подвержены такой деградации. Особенно значительные изменения кислотных и водно-физических свойств черноземов произошли в Пензенской области.

За период с 1971 по 1995 годы площадь почв с повышенной кислотностью (рН меньше 5,5) ш нарушением физических свойств увеличилась с 1672,2 до 2260,6 тыс. га, что составляет 92,3 % от обследованной пашни. Из общего количества таких пахотных почв сияь-нодеградировашше занимают площадь 135,5 тыс. га; среднедеградированные - 1246,4; слабодеградираванные - 878,7; близкие к нейтральным и нейтральные 190,6 тыс. га.

Средневзвешенный показатель Р%ох в целом по области составил 4,99.

Общая площадь черноземных почв области составляет 2205,4 тыс. га, или занято 74,6 % площадей пахотных угодий. Из них на дою черноземов выщелоченных приходится 61 % оподзоленных и типичных 14,1 /*у.

Деградированные черноземные почвы с рН до 5,5 составляют 93,1 в том числе с рН до 5,1-46,4

Одной из причин вызывающих усиление кислотности и ухудшение водно-физических свойств черноземных почв, является снижение содержания гумуса. До даданм Пензенской 1ША,во всех случаях распашка и использование целины способствует не только уменьшению количества гумуса в черноземах» но и изменению его качественного состава.

Увеличивается подвижность гумусовых соединений, снижается содержание в нем гуминовых кислот, связанных с кальцием и магнием.

В почвах Пензенской области в последние десятилетия сложился отрицательный баланс гумуса. Ежегодно на создание урожая сельскохозяйственных культур расходуется от 360 до 700 кг/га гумуса. На территории области значительно сократились площади, занятые тучными черноземами. Они перешли в разряд средне гумуоных, поскольку содержание гумуса в пахотном слое этих почв снизилась на 0,5-1,5 %% а в отдельных случаях - на 2,4

В результате деструкции гумуса образуется ряд продуктов, обладающих ярко выраженными кислотными свойствами, что также приводит к снижению величины рН, разрушению структуры, переуплотнению, ухудшению водных свойств черноземов.

Второй существенной причиной деградации черноземных почв является обеднение их основаниями и в первую очередь кальцием. Складывающийся отрицательный баланс кальция в черноземных почвах приводит к резким изменениям химических и физико-мелиоративных свойств почв.

Несмотря на то, что в среднем за последние 25 лет ежегодное применение таких мелиорантов, как известковые материалы, достигло 250 тыс. тонн (в 1995 г.), в земледелии Пензенской области отмечается отрицательный баланс кальция. Его дефицит составляет в среднем 25,3 кг/га. Важную роль в устранении этого дефицита

имеют мелиоративные приемы направленные на поступление солей кальция и магния в почву, которое происходит при внесении мелиорантов содержащих известь, а также фосфоритной муки, органических удобрений и т.д.

Если учесть, что в последние годы органические удобрения вносились в ограниченных количествах, а фосфоритная мука практически не использовалась, то ясно, что без известкования дефицит кальция будет возрастать»

Всего в Пензенской области требуют известкования I млн 382 тыс, га пахотных почв, в том числе 862 тыс. черноземов.

Поэтому целью данной диссертационной работы было всестороннее изучение закономерностей действия химических мелиорантов на улучшение физических свойств и мелиоративного состояния чернозема выщелоченного, обладающего сильнокислой реакцией среды, ж реализация его потенциальных возможностей с помощью мелиоративных приемов, направленных на повышение продукционного процесса культур в севообороте.

Предусматривалось решение следующих задач:

- изучить действие доломитовой муки и минеральных удобрений на структурное состояние почвы;

- выявить изменения общих физических свойств чернозема выщелоченного под влиянием мелиоранта и минеральных удобрений;

- определить влияние доломитовой муки как мелиоранта и минеральных удобрений на водные свойства почвы;

- изучить влияние химического мелиоранта на водопотребление культур в севообороте;

- вскрыть закономерности изменения физико-химических и химических свойств почвы при применении химического мелиоранта (доломитовой муки) на фоне удобрений и без них;

- раскрыть степень мелиорирующего действия различных доз доломитовой муки на сильнокислом выщелоченном черноземе;

- выявить изменение кислотности при внесении различных доз доломитовой муки и разработать нормативы расхода мелиоранта для сдвига показателей рН и гидролитической кислотности (Нр) на заданную величину;

- изучить действие доломитовой муки и минеральных удобрений на урожайность сельскохозяйственных культур;

- дать оценку биоэнергетической эффективности приемов химической мелиорации и применения минеральных удобрений.

X. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ I.I. Почвенная реакция среды и минеральные удобрения

Антропогенное воздействие, не соблюдение правил агротехники в сочетании о особенностями почвообразующего процесса приводит к снижению плодородия почв. Это связано с отчуждением кальция и магния за счет выноса с урожаями, потерями при вымывании атмосферными осадками, расходом на нейтрализацию кислых минеральных удобрений (HJI, Богомазов с соавторами, 1994; ИД* Шильников, 1991).

Первые данные о потерях кальция из почвы путем его выщелачивания при применении удобрений были получены на Ротамстедской опытной станции в 1866-1869 гг. Почвы, на которых заложен опыт в Ротамотеде, содержали до 5 % кальция в пахотном слое. К началу 20 века содержание СаС03 в пахотном слое этой почвы составляло 2,5-3,0 % (Н.С. Авдонин, 1969; I.A. Лебедева, 1984; C.B. Щерба, 1953).

Данные приведенные Н.В. Козак и Н.й. Козак (1996) показали, что при применении минеральных удобрений отмечалось уменьшение содержания обменного кальция в слое 0-20 см до 2,73 мг-экв. против 5,28 мг-экв,/100 г почвы на контроле. Шоголетние опыты В.А. Безносикова (199?) выявили тенденцию к снижению насыщенности обменными основаниями на 17,2

В опытах Сумской опытной станции на слабовыщелоченных черноземах в 10-польном севообороте применение минеральных удобрений в нормах эквивалентных по JCPK 60 т навоза уменьшило содержание обменного калыщя по сравнению с исходным количеством на 7,5 и магния на 10,1 % (Ю.К. Кудзин, i960).

•Д.С. Вакал и В.Г. Литвин (1974) при проведении исследовании на полях этой же станции отмечали» что за 20-летшй период система минеральных удобрений снизила содержание обменного кальция с 25,7 до 20 мг-экв/100 г почвы.

Институтом почвоведения & агрохимии Беларусеш выявлено, что на каждый килограмм питательных веществ, вносимых в почву в виде минеральных удобрений, теряется (выщелачивается) жз суглинистых почв до 0,5 кг Са и до 0,06 кг Мо (Т.Н. Кутаковская, 1.П. Дет-ковская, 1972).

Увеличение потерь оснований из почвы с применением удобрений проявляется как за счет кислотности самих удобрений, так и за счет большего образования воднорастворшакх соединений кальция в виде хлоридов, сульфатов, нитратов, легко фильтрующихся из пахотного слоя почвы (М.К. Мельникова, 1981; А,В, Петербургский, 1985, 1989).

Резкое усиление декальцирувдего действия наблюдается при

внесении минеральных удобрений в повышенных дозах* В опытах В.В, Дрокшева к Т.А. Вышиной (1976) высокие дозы усиливают вымывание кальция жз почвы в 3 раза. До данным М.В. Базиликской с соавторами (1970), потери кальшш на неизвеоткованной почве при внесении умеренных доз удобрений составляют 105 кг/га. При повышенных дозах потери возрастают на 78 кг. На фоке известкования снижение потерь кальция отмечено соответственно в 2,5 и 2,9 раза.

При длительном применении кислых форм удобрений было отмечено падение содержания в почве поглощенных кальция и магния и увеличения степени ненасыщенноети почвы целым рядом ученых (С.К. Гуревич с соавторш, 1975$ Б.М. Когут, 1966; Д.А. Корень-ков, 1976; Ю.й. Кудзин с соавторами, 1966, 1968; В.И. Лазарев,

1997; А#В, Лазурский, 1973; Л.А. Лебедева, Х984; О.Г. Ониани, 1981; Н.Д. Смирнов, 1960; Ф.В. Турчин, 1972; М.А. Цуркан, 1985; Г.Н, Якова, 1992; Н.П, Богомазов с соавторами, 1996 и др.),

С потерей кальция и магния их место в ППК занимают ионы водорода, привода®е к ухудшению физико-химических параметров почвы, снижая буферность и повышая кислотность (ИД. Бесков» 1965; Г.Н. Россошанская, 1978; А.Б. Ахтырцев, 1979; Л.М. Жукова, 1980; А.И. Столяров» 1981; Л.Н. Вислобокова, 1993; В,А. Безносиков, 1997; Ю,А, Шугаров, 1964 и др.).

Под влиянием кислой среды в растениях резко уменьшается содержание общего азота из-за ухудшения питания растений этим элементом. При этом отмечается понижение содержания белкового азота и повышение содержания небелковых форм. Кислотность отрицательно влияет на усвоение растениям! фосфора и каяыщя, на ферментативные процессы, протекающие в растениях.

На кислых почвах подавляется процесс нитрификации, при этом затормаживается переход азота из недоступной формы в доступное состояние для растений. Клубеньковые бактерии при повышенной кислотности погибают (А.А. Кириенко, 1977).

По данным Н.й, Крупкина (1991), сельскохозяйственное использование черноземных почв в течение 40-50 лет приводит к увеличению гидролитической кислотности в оподзоленных черноземах на 1,27 мг-экв, в выщелоченных на 0,46 мг-экв на .ТОО г почвы. За это время рост обменной кислотности на оподзоленном черноземе составляет 0,2 ед., а на выщелоченном - лишь 0,01 ед. рН. Соответственно снижается степень насыщенности почв основаниями на 5,2-3,1 %. Более значительные изменения кислотных свойств черно-зенов обнаружили А.П. Щербаков и И.И. Васенев (1994). Сравнительный анализ состояния черноземов за 100 лет показал наличие ак-

тивных процессов их подкисления. Изменение показателей pH по сравнению с исходными данными составило 2,3 ед., а гидролитической кислотности -6,7 мг-экв/ЮО г почвы* Особенно усугубляет этот процесс орошения земель. Богомазов Н.П. с соавторами (1988, 1991, 1994, 1996) в своих работах отмечает, что систематическое применение высоких доз удобрений на выщелоченных черноземах, имеющих повышенную гидролитическую кислотность» привело к росту кислотности почв* В ОТЗ России подкисленные почвы занимают площадь около 5,0 млн га, за последние годы она увеличилась более чем на Ï6 %щ

По прогнозам академика И.О. Шатилова при существующих темпах подкисления и известкования все почвы ЦЧЗ к 2017 году станут кислыми. 3 ряде областей с преимущественным распространением черноземов к настоящему времени, практически уже не осталось нейтральных почв (Н.З. Милащенко, П.Г. Акулов, 1990).

Черноземы лесостепной зоны Поволжья обладают высоким естественным плодородием и имеют от природы, как правило, реакцию среды, близкую к нейтральной или слабокислую.

Однако исследования показывают, что при интенсивном сельскохозяйственном использовании кислотность их повышается. Шогие авторы полагают, что обусловлено это применением физиологически кислых минеральных удобрений (Л.С. Любарская, 1974; Л.Я. Берщева, й.В. 1Ъущенко, 1977; E.H. Алексеева, 1974; A.M. Клочков, 1978; A.M. Петрова, Л.М. Даренокая, 1979; Л.М. Жукова, 1980; К.В. Сто-роженко, 1984; В.Й. Куранов, H.H. Никитаева, 1985; A.Ii. Щербаков, Й.Й. Васенев, 1994; Л,Н. Вштиева* 1980; G.M. ХУревич, В.й. Скороходов, 1975; В.М. Когут, 1996; Ю.К. Кудзин, C.B. Сухобрус, 1966; В.й. Лазарев, 1997; Л.И. Мартынович, H.H. Мартынович, 1992; А.й. Столяров с соавторами, 1991 и др.).

— 13 —

На неустойчивость черноземных почв и подкисляющее действие минеральных удобрений, несмотря на их высокую буфернооть, указывает И.А, Шильников (1987),

Применение минеральных удобрений, особенно в повышенных дозах, способствует увеличению подвижности кальция, следовательно приводит к безвозвратным его потерям» Это в свою очередь создает условия для повышения кислотности почв и ухудшения других физико-химических показателей, На это обращают внимание многие исследователи (А.Я, ГЬтманец с соавторами, 1973? Е.Н. Алексеева, 1974; М,й. Ефимцев, 1974; К.А. Костров, А,В, Малова, 1979; А.Я, Степаненко, I960; А .И. Троицкий, 1980; Б,С. Носко, Н,А, Кучер, 1985; В.П. Цюпка, 1989).

Так, опыты проведенные на типичных черноземах Украины, показ�