Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Эффективность минеральных удобрений на выщелоченном черноземе Зауралья с разным уровнем плодородия

ВАК РФ 06.01.04, Агрохимия

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, кандидата сельскохозяйственных наук, Синявский, Игорь Васильевич, Челябинск

( ■)

\Г\

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА И ПРОДОВОЛЬСТВИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ДЕПАРТАМЕНТ КАДРОВОЙ ПОЛИТИКИ И ОБРАЗОВАНИЯ ЧЕЛЯБИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРОИНЖЕНЕРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ (ЧГАУ)

На правах рукописи

СИНЯВСКИИ ИГОРЬ ВАСИЛЬЕВИЧ

ЭФФЕКТИВНОСТЬ МИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИЙ НА ВЫЩЕЛОЧЕННОМ ЧЕРНОЗЁМЕ ЗАУРАЛЬЯ С РАЗНЫМ УРОВНЕМ ПЛОДОРОДИЯ

06.01.04. - «Агрохимия»

Диссертация

на соискание учёной степени кандидата сельскохозяйственных наук

Научный руководитель: доктор с.-х. наук, профессор

Ермохин Ю.И.

Челябинск 1999

СОДЕРЖАНИЕ

Стр.

Введение 4

1. Природные условия лесостепной зоны Зауралья 9

1.1. Климат 9

1.2. Земельные ресурсы Челябинской области 14

2. Характеристика выщелоченных чернозёмов 16

2.1. Физические и физико-химические свойства 18

2.2. Гумус 23

2.3. Азот ,. - ; 28

2.4. Фосфор 31

2.5. Калий 39

3. Фосфатный режим выщелоченных чернозёмов и отзывчивость растений на удобрения (по данным вегетационных и вегетационно-полевых 44 опытов)

4. Система удобрения в севообороте, плодородие выщелоченных черно- ^ зёмов и урожайность сельскохозяйственных культур

4.1. Характеристика почв стационарных опытов 58

4.2. Результаты исследований в опытах на выщелоченном чернозёме ^ с низкими агрохимическими показателями плодородия

4.2.1. Методика и условия проведения опытов и исследований 62

4.2.2. Влияние систематического применения минеральных удоб- ^ рений на плодородие почвы

4.2.3. Влияние различных систем удобрения на урожайность сельскохозяйственных культур и продуктивность севообо- 72 ротов (по данным В.И. Никифорова и В.А. Синявского)

4.3. Эффективность систем удобрения на выщелоченном чернозёме с gg высокими агрохимическими показателями плодородия

4.3.1. Условия проведения опытов 88

4.3.2. Методика проведения опытов 92

4.3.3. Динамика агрохимических показателей плодородия почвы ^ при систематическом применении удобрений

4.3.4. Влияние систематического применения удобрений на урожайность сельскохозяйственных культур

99

4.3.5. Эффективность систем удобрения в севообороте горохоов- ц 3 сяная смесь - яровая пшеница - ячмень

4.4. Баланс 1М, Р2О5 и К20 в севооборотах на чернозёме выщелоченном с ц-] разным уровнем плодородия

4.5. Агроэкономическая и биоэнергетическая оценка эффективности

систем удобрения на выщелоченном чернозёме с разным уровнем 121 плодородия (окультуренности)

Выводы 128

Предложения производству 133

Список литературы 134

Приложения 152

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность исследований. Повышение продуктивности и устойчивости земледелия - важнейшая задача, имеющая первостепенное значение для экономической стабилизации России и Уральского региона. Достигнуть ее возможно только путём рационального использования почвенных и биологических ресурсов, осуществления комплекса мер по сохранению и повышению плодородия почв, применению совершенных технологий возделывания сельскохозяйственных культур.

Фосфор и калий являются теми элементами минерального питания растений, которые обеспечивают величину и стабильность урожайности. Однако фосфатный и калийный фонд почв лесостепи Зауралья в связи с применением удобрений изучен недостаточно, значительно хуже, чем азота и гумуса. Практически отсутствуют сведения о солевом составе фосфатов основных типов почв региона -чернозёмов выщелоченных и обыкновенных, их трансформации при длительном сельскохозяйственном использовании и систематическом применении удобрений. Высокая природная обеспеченность почв калием послужила причиной малого внимания этому органогенному элементу, поэтому роль почвенного калия и калийных удобрений в повышении урожаев сельскохозяйственных кулыур и плодородия почв оказалась практически неизученной.

Современные научно-теоретические достижения позволяют режим минерального питания растений регулировать на основе почвенной и растительной диагностики обеспеченности растений азотом, фосфором и калием. Однако при этом нередко не учитывается их физико-химическое и химическое поведение в твёрдой и жидкой средах почв. Это очень важный момент при разработке систем удобрения, обеспечивающих получение запланированных урожаев сельскохозяйственных культур, воспроизводство плодородия почв и безопасность окружающей среды.

Цель и задачи исследований. Цель диссертационной работы - изучить эффективность минеральных удобрений при систематическом их применении в полевых севооборотах на выщелоченном тяжелосуглинистом черноземе с разным уровнем плодородия; уточнить параметры и дать оценку значения оптимального фосфатного и калийного режимов почвы при разработке систем удобрений, обеспечивающих получение планируемого урожая, повышение или сохранение почвенного плодородия; определить нормативы расхода удобрений на производство продукции и повышения обеспеченности подвижным фосфором пахотного слоя выщелоченного чернозема.

Поставленная цель потребовала решения следующих задач:

• определить фракционный состав фосфора и калия чернозёма выщелоченного, изучить зависимость фосфатного и калийного фондов, обеспеченности подвижным фосфором и обменным калием почв этого типа от механического состава материнской породы, содержания гумуса, состава поглощённых оснований и степени насыщенности ёмкости адсорбции;

• в лабораторных, лабораторно-полевых и полевых стационарных опытах изучить роль фосфорных и калийных удобрений в системе удобрения сельскохозяйственных культур в зависимости от уровня обеспеченности почвы подвижным фосфором и обменным калием, их влияние на фосфорный и калийный режим чернозёма выщелоченного, урожайность культур и продуктивность севооборота;

• определить экономическую и биоэнергетическую эффективность систематического применения удобрений в севообороте..

На защиту выносятся следующие положения:

1. Использование выщелоченных черноземов в пашне приводит к изменению физических и физико-химических свойств, потере гумуса в результате его минерализации, значительному уменьшению азотного, фосфатного и калийного фондов.

2. Содержание и качественный состав фосфатов и калия в чернозёмах выщелоченных Зауралья обусловлены свойством материнских пород, аккумулятив-

ными процессами почвообразования и влиянием антропогенных факторов. При низкой концентрации в почвообразующей породе Р2О5 и высокой К2О активные процессы образования гумуса способствовали накоплению в горизонте А1 фосфора и калия. Освоение черноземов выщелоченных под пашню (антропогенный фактор) приводит в большинстве случаев к снижению обеспеченности почв подвижным фосфором до критического уровня, обменным калием - до средней обеспеченности.

3. Выщелоченные черноземы Зауралья по сравнению с аналогами других регионов имеют более высокий пороговый уровень оптимального для растений содержания в почве подвижных фосфатов, при котором максимальную прибавку урожайности и окупаемость дают удобрения состава N100P33.35K60.70. На защиту выносится оценка градации фосфатного режима почвы по степени насыщенности фосфатной ёмкости поглощения.

4. На черноземах, имеющих низкий и высокий уровни потенциального и эффективного плодородия, для получения максимальных прибавок урожая, окупаемости единицы тука, повышения или сохранения плодородие почв необходимы разные уровни баланса азота, фосфора и калия в агроценозе.

Научная новизна. Получены дополнительные данные о групповом составе фосфора и калия в выщелоченных черноземах Зауралья. Изучена зависимость обеспеченности почвы фосфором от гранулометрического состава материнской породы. На основе вегетационных и вегетационно-полевых опытов установлен оптимальный уровень насыщенности фосфатами ёмкости адсорбции и обеспеченности выщелоченного тяжелосуглинистого чернозема подвижным фосфором. Дана оценка калийного фонда выщелоченного чернозема Зауралья. Доказана необходимость калийных удобрений в составе системы удобрения полевых культур. В стационарных полевых опытах определены наиболее эффективные и экологически безопасные нормы К, Р2О5 и К2О и нормативы минеральных удобрений для получения планируемых урожаев сельскохозяйственных культур и воспроизводства плодородия почв. Установлено, что на выщелоченном черноземе с высокими

агрохимическими показателями плодородия (содержание подвижного фосфора и гумуса) возможно применение более высоких доз минеральных удобрений, выше их эффективность и коэффициент использования, больше оплата единицы тука сельскохозяйственной продукцией, чем на почве того же типа с низким уровнем плодородия.

Практическая значимость и реализация результатов исследований. Для

выщелоченных чернозёмов с разным уровнем обеспеченности органическим веществом и элементами питания разработаны системы минеральных удобрений, обеспечивающие повышение продуктивности севооборотов на 38-81% и воспроизводство плодородия почв.

Результаты исследований использованы при разработке системы земледелия, внедрение которой осуществляется в АОЗТ «Шумовское» Красноармейского района Челябинской области (приложение 18). Опубликовано учебное пособие «Система удобрений в севообороте» для лабораторно-практических занятий и применяется в учебном процессе Челябинского агроинженерного университета и Кур-

V К/ V*

ганской сельскохозяйственной академии.

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены и обсуждены на научно-практических конференциях, состоявшихся в Челябинском агро-инженерном университете в 1997,1998 и 1999 годах.

По материалам исследований опубликовано пять статей (2,2 печатных листа) и учебное пособие, объёмом 5 печатных листов.

Работа выполнена в Институте агроэкологии Челябинского агроинженерного университета в 1995 - 1998 годах. Исследования по теме диссертации проводились в рамках плана НИР кафедры агроэкологии-агрохимии-почвоведения, утверждённого на учёном совете института 24 апреля 1996 года по теме: «Разработать теоретические основы моделирования сельскохозяйственных и природных фито-ценозов, приёмов расширенного воспроизводства плодородия почв Южного Урала, обеспечивающих получение необходимой продукции, улучшение и стабилизацию экологической ситуации», а также хоздоговорным темам с Челябинским Ко-

митетом по земельным ресурсам и землеустройству: «Совершенствование мониторинга и разработка пороговых показателей состояния почв Челябинской области» (1995-1996 гг.) и «Разработать прогноз динамики и основы улучшения биоэкологического состояния почв Челябинской области» (1997 год).

1. ПРИРОДНЫЕ УСЛОВИЯ ЛЕСОСТЕПНОЙ ЗОНЫ ЗАУРАЛЬЯ

Челябинская область и Далматовский район Курганской области расположены на Южном Урале. По биоклиматическим показателям территория подразделяется на три зоны: 1/ горно-лесная увлажнённая; 2/ лесостепная с двумя подзонами - умеренно увлажнённой северной и полузасушливой южной лесостепью; 3/ степная засушливая. Лесостепь и степь Зауралья занимает ЪА территории Челябинской области. Здесь главным образом сосредоточено сельское хозяйство.

1.1. Климат

Климат на территории этого региона континентальный. Для него характерна холодная и продолжительная зима. Лето, как правило, тёплое с часто повторяющимися засушливыми периодами. Агроклиматические ресурсы по зонам Челябинской области показаны в таблице 1.

Горно-лесная зона, занимающая северо-западную часть Челябинской области, отличается самым коротким периодом с температурой выше 10°С - 100-120 дней, из которых без заморозков 85 - 90 дней.

Сумма эффективных температур составляет 1900-2000°С, при этом за период активной вегетации растений выпадает 250-300 мм при гидротермическом коэффициенте (ГТК) 2,4-1,8. Таким образом, при относительном недостатке тепла условия увлажнения в зоне хорошие. Зима продолжительная (160-170 дней) и снежная. Высота снежного покрова 60-70 см.

Северная лесостепь представляет собой Зауральскую холмистую равнину, куда входят Аргаяшский, Каслинский, Красноармейский, Кунашакский, Соснов-ский, Уйский и Чебаркульский административные районы Челябинской области, а также северо-западные районы Курганской области (Катайский, Далматовский и др.). Как показывают данные таблицы 1, территория зоны характеризуется умеренно тёплым вегетационным периодом. Сумма эффективных температур выше десятиградусного уровня составляет 1800-2000°С.

Таблица 1 - Характеристика агроклиматических ресурсов Челябинской области

Зона, подзона Административные районы и площади городов входящие в зону Сумма осадков, мм Сумма активных температур, град. Продолжительность периода с £>10°С ГТК за период £>10°С Период без за-1 морозков на 1 почве, дней ... Продолжительность снежного периода, дней Высота снежного покрова, см

за год за ве-гета-цион-ный период

1. Горнолесная Ашинский, Катав-Ивановский, Кусинский, Ня-зепетровский, Саткинский, города Златоуст и Усть-Катав 535-623 250-300 1500-1800 103-120 1,4-1,8 85-90 от 90-100 до 160-170 60-70

2.1. Лесостепная северная Аргаяшский, Каслинский, Чебаркульский, Кунашак-ский, Сосновский, Красноармейский, Уйский 400-500 200-250 1800-2000 120-125 1,2-1,4 90-105 от 100-110 до 145-150 30-40

2.2. Лесостепная южная Агаповский, Верхнеуральский, Нагайбакский, Еткуль-ский, Увельский, Чесменский, г. Пласт 380-450 175-225 2000-2100 125-135 0,8-1,2 100-110 от 100-120 до 145-150 30-40

3. Степная Брединский, Варненский, Ки-зильский, Троицкий, Карта-линский, Октябрьский 330-400 160-210 от 21002200 до 24002500 135-140 0,8 105-110 140-145 18-22

и

Этот период продолжается 120-125 дней - с 9-10 мая до 12-15 сентября. Однако период без заморозков короткий - 85-90 дней.

Годовое количество осадков превышает 400 мм, а за период активной вегетации растений их выпадает 200-250 мм. Запасы влаги в метровом слое почвы к моменту сева зерновых культур бывают, как правило, достаточные для получения высоких урожаев, - 140-170 мм.

Гидротермический коэффициент по Г.Т.Селянинову (1957) в весенне-летний период составляет 1,2-1,4. Устойчивый снежный покров на территории северной лесостепи устанавливается в середине ноября, достигает высоты 30-40 см и сохраняется 150-160 дней.

Следовательно, северная лесостепь Зауралья по климатическим условиям является вполне благоприятной для развития земледелия. Все сорта основных зерновых культур здесь обеспечены теплом и влагой, что даёт возможность развивать высокопродуктивное полевое и луговое кормопроизводство, а на его основе - молочное и мясное животноводство. Климат и близость крупных промышленных центров благоприятствует развитию овощеводства и картофелеводства.

Зона южной лесостепи (Агаповский, Верхнеуральский, Нагайбакский, Ет-кульский, Чесменский районы и территории городов Троицка, Пласта, Еманже-линска и Южноуральска) расположена также в пределах зауральского пенеплена Западно-Сибирской низменности и имеет типичный равнинный характер. По сравнению с северной лесостепью она характеризуется большим количеством тепла. Сумма активных температур, превышающих 10°С, составляет 2000-2100°С. Этот температурный уровень наступает 5-8 мая и заканчивается 19-20 сентября, то есть продолжается 130-135 дней. Но заморозки весной прекращаются только после 20 мая, а осенью наблюдаются уже в третьей декаде августа, поэтому безморозный период составляет 100-110 дней. Несмотря на это температурный режим позволяет выращивать не только традиционные зерновые, но и некоторые теплолюбивые культуры.

По количеству атмосферных осадков южная лесостепь уступает лесостепи северной. Здесь за год выпадает 390-450 мм, в том числе за вегетационный период 175-225 мм. Гидротермический коэффициент колеблется в пределах 0.8-1.2. Запасы влаги в предпосевной период бывают недостаточные - 115-135 мм в метровом слое, или 45-60% от потребности сельскохозяйственных кулыур. Засуха и суховеи в районах южной лесостепи бывают практически ежегодно. Наиболее засушливый месяц - июнь. В этих условиях эффективное ведение сельского хозяйства возможно только при применении агротехнических приёмов по накоплению, сохранению и экономичному использованию влаги.

Снежный покров на юге лесостепи формируется в середине ноября, сохраняется до 145-150 дней и достигает высоты 30-40 см. Однако нарастает он медленно. В начале декабря имеет мощность 10 см, в январе - 15-20 см и только к

концу февраля - 30-40 см. При сильных морозах (в январе до -44.....-48°С) почва

глубоко (150-170 см) и сильно промерзает, а весной поздно оттаивает.

Таким образом, северная лесостепь Челябинской области наиболее благоприятна для развития земледелия. Все сорта основных зерновых культур здесь обеспечены теплом и влагой, что даёт возможность иметь высокопродуктивное полевое и луговое кормопроизводство, а на его основе - молочное и мясное животноводство. Почвенно-климатические условия и близость крупных промышленных центров благоприятствует развитию овощеводства и картофелеводства.

Природные условия южной лесостепи менее благоприятны для земледелия. Чётко проявляется дефицит �