Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Эффективность обожженного магнезита на дерново-подзолистых почвах Предуралья

ВАК РФ 06.01.04, Агрохимия

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, кандидата сельскохозяйственных наук, Олехов, Владимир Радомирович, Пермь

Пермская государственная сельскохозяйственная академия им. акад. Д.Н. Прянишникова

На правах рукописи

Олехов Владимир Радомирович

ЭФФЕКТИВНОСТЬ ОБОЖЖЁННОГО МАГНЕЗИТА НА ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ ТЯЖЕЛОСУГЛИНИСТЫХ ПОЧВАХ ПРЕДУРАЛЬЯ

06.01.04 - «Агрохимия»

Диссертация на соискание учёной степени кандидата сельскохозяйственных наук

Научный руководитель профессор, Доктор сельскохозяйственных наук, Заслуженный деятель науки РФ A.C. Пискунов

Пермь 1999

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ......................................................4

Глава 1. СОСТОЯНИЕ ИЗУЧЕННОСТИ ВОПРОСА (обзор литературы) , 8

1.1. Физиологическая роль магния..............................8

1.2. Причины недостатка магния для растений....................11

1.3. Влияние магниевых удобрений на урожайность и качество сельскохозяйственных культур......................................20

1.4. Магний как нейтрализатор почвенной кислотности............26

Глава 2. МЕТОДИКА И УСЛОВИЯ ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ . . 29

2.1. Методика полевых опытов.................................29

2.2. Методика вегетационного опыта............................31

2.3. Методика лабораторного опыта.............................32

2.4. Сопутствующие исследования...............................33

2.5. Почвы и их агрохимическая характеристика.................. 34

2.6. Метеорологические условия................................37

2 .7. Характеристика обожжённого магнезита.....................44

Глава 3. ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ОБОЖЖЁННОГО

МАГНЕЗИТА В КАЧЕСТВЕ МАГНИЕВОГО УДОБРЕНИЯ .... 46

3.1. Влияние обожжённого магнезита на агрохимические свойства дерново-слабоподзолистой высокоокультуренной почвы . ......46

3.2. Влияние обожжённого магнезита на динамику нарастания биомассы картофеля и содержание хлорофилла............... 51

3 .3 Влияние обожжённого магнезита на урожайность картофеля .... 61 3.4. Влияние обожжённого магнезита на качество продукции.......71

Глава 4. ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ОБОЖЖЁННОГО

МАГНЕЗИТА В КАЧЕСТВЕ ИЗВЕСТКОВОГО УДОБРЕНИЯ . . 77 4.1. Влияние обожжённого магнезита на агрохимические свойства

почв....................................................78

4.2. Влияние обожжённого магнезита на урожайность клевера.......97

4 .3. Влияние обожжённого магнезита на качество клевера..........103

Глава 5. БИОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

ОБОЖЖЁННОГО МАГНЕЗИТА.............................109

ВЫВОДЫ.......................................................112

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ.................................114

ЛИТЕРАТУРА...................................................115

ПРИЛОЖЕНИЯ...................................................142

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. Решающим фактором повышения урожайности сельскохозяйственных культур в нечернозёмной зоне является химизация земледелия, в том числе применение удобрений. Наиболее распространенными видами минеральных удобрений являются азотные, фосфорные и калийные. Однако они не всегда обеспечивают получение высоких урожаев, что может быть связано с недостатком для растений других элементов питания. Одним из таких элементов является магний.

Проблема недостатка магния для растений в земледелии нашей страны появилась сравнительно недавно - в тридцатых годах этого столетия. Магниевое голодание растений впервые было обнаружено на бедных поглощёнными основаниями дерново-подзолистых песчаных и супесчаных почвах. Кроме того, к нуждающимся в магнии почвам относятся краснозёмные и субтропические подзолистые почвы, а также торфяно-болотные верхового и переходного типов.

Магниевые удобрения на указанных типах почв показали высокую эффективность и обеспечивали значительное повышение урожайности и качества многих сельскохозяйственных культур.

Наиболее полно изучена эффективность магниевых удобрений в условиях дерново-подзолистых почв лёгкого гранулометрического состава. Большой вклад в разрешение этого вопроса сделан К.П. Магницким, М.М. Мазаевой, Л.И. Кораблёвой, С.А. Тулиным, Н.Г. Альшевским, П.И. Анспок, О.В. Неуго-довой, Г.Ж. Пакаяном, В.В. Прокошевым.

В Пермской области на почвах лёгкого гранулометрического состава В.Н. Прокошевым, Л.В. Васильевой, Г.Н. Беляевым и другими исследователями выявлено положительное действие различных форм магниевых удобрений на ряде сельскохозяйственных культур.

Однако в литературе практически отсутствуют сведения об эффективности магниевых удобрений на дерново-подзолистых почвах тяжёлого грануло-

метрического состава. При просмотре литературных источников автором обнаружены только высказывания о возможности проявления недостатка магния на дерново-подзолистых суглинистых почвах при интенсификации сельского хозяйства (Магницкий К.П., 1967; Мазаева М.М., 1979).

Целесообразность применения магнийсодержащих известковых удобрений изучалась O.K. Кедровым-Зихманом. Им установлено, что высокое содержание магния в мелиорантах не должно быть препятствием для их использования. Большое значение химическому составу известковых материалов придаётся И.А. Шильниковым и В.Н. Стрельниковым, исследованиями которых показана высокая эффективность доломитовой муки.

Считается особенно важным применять магнийсодержащие известковые материалы на почвах лёгкого гранулометрического состава, торфяниках, а также под культуры, которые отрицательно реагируют на известкование кальций -содержащими мелиорантами (лён, картофель). Кроме того, известковые удобрения, в состав которых входит магний, попутно обеспечивают растения этим элементом питания.

Тем не менее, вопрос о возможности использования для известкования материалов, содержащих в своём составе только магний, остаётся малоизученным. Некоторые авторы предполагают, что в этом случае растения могут испытывать недостаток кальция (Неугодова О.В., 1971; Прокошев В.В. и др., 1987).

Цель исследований - изучить эффективность использования магнийсо-держащего отхода промышленности (обожжённого магнезита) как известкового и магниевого удобрения в условиях дерново-подзолистых тяжелосуглинистых почв Предуралья.

Задачи исследований:

I. Определить действие обожжённого магнезита как магниевого удобрения на урожайность и качество картофеля в сравнении со стандартным магниевым удобрением - эпсомитом.

2. Изучить влияние обожжённого магнезита как известкового удобрения на физико-химические свойства почвы в сравнении с традиционными кальций-содержащими мелиорантами (известняковой мукой и оксидом кальция).

3. Определить действие обожжённого магнезита как известкового удобрения на урожайность и качество клевера в сравнении с традиционными каль-цийсодержащими мелиорантами (известняковой мукой и оксидом кальция).

4. Определить биоэнергетическую эффективность применения обожжённого магнезита как магниевого и известкового удобрения.

Научная новизна. Впервые в условиях дерново-подзолистых тяжелосуглинистых почв Предуралья изучена эффективность магниевых удобрений, проведено сравнение магниевых удобрений (обожжённого магнезита и эпсомита), установлена оптимальная доза магния под картофель. Установлено превосходство обожжённого магнезита как нейтрализатора почвенной кислотности над известняковой мукой и оксидом кальция. Определена оптимальная доза внесения обожжённого магнезита в качестве известкового материала.

Практическая значимость. Применение выявленных нами оптимальных доз магниевых удобрений на фоне ЫРК может обеспечить повышение урожайности картофеля на 18,1 % и качества продукции. Использование обожжённого магнезита в качестве известкового удобрения может существенно (на 19,2-27,7 %) увеличить продуктивность клевера. Кроме того, использование обожённого магнезита в сельском хозяйстве позволяет решить экологические проблемы, связанные с утилизацией этого отхода промышленности.

Реализация результатов исследований. Результаты исследований внедрены в ВСП «Верхние Муллы» Пермского района Пермской области на площади 50 га. Применение обожжённого магнезита позволило повысить урожайность картофеля на 20 ц/га, чистый доход с 1 га составил 1964 руб.

Апробация работы. Результаты исследований доложены на V и VI Межвузовских конференциях студентов и аспирантов «Экология: проблемы и пути решения (Пермь, 1997 и 1998 гг.), на Всероссийской научно-практической кон-

ференции учёных и специалистов АПК (Пермь, 1998 г.), на LVTI Межвузовской конференции аспирантов и студентов «Современная наука - аграрному сектору Прикамья» (Пермь, 1998 г.).

По теме диссертации опубликовано четыре работы.

В диссертационной работе на защиту выносятся следующие основные научные положения:

1. Эффективность обожжённого магнезита как магниевого удобрения при внесении его под картофель на дерново-слабоподзолистой тяжелосуглинистой высокоокультуренной почве.

2. Превосходство обожжённого магнезита над известняковой мукой и оксидом кальция по влиянию на почвенную кислотность и урожайность клевера в условиях дерново-подзолистых тяжелосутлинистых почв Предуралья.

Автор приносит благодарность за помощь в проведении исследований всем сотрудникам кафедры агрохимии ПГСХА, лаборантам, особенно старшему лаборанту А.Г. Шевцовой, доценту кафедры почвоведения O.A. Скрябиной, студенткам-дипломницам Н.И. Савельевой и Д.Н. Аптыковой.

Особую благодарность автор выражает научному руководителю работы -профессору, доктору сельскохозяйственных наук, Действительному члену РА АО, РАЕ, Заслуженному деятелю науки РФ A.C. Пискунову.

Глава I. СОСТОЯНИЕ ИЗУЧЕННОСТИ ВОПРОСА (обзор литературы)

1.1. Физиологическая роль магния

Магний играет важную роль в жизни растений. Многие исследователи отмечают, ч то этот элемент преимущественно накапливается в наиболее жизнедеятельных органах растений - листьях, тканях с повышенным делением и обновлением клеток, генеративных органах. В растениях магний находится в разных формах: входит в состав хлорофилла, пектиновых веществ, фитина, но основная его часть находится в виде ионов Mg2+ в клеточном соке (Мазаева М.М., 1965; Прянишников Д.Н., 1965; Магницкий К.П., 1967; Скаржинский A.A., 1971; Альшевский Н.Г., Вержбицкий В.И., 1972).

Магний необходим для нормального течения процесса фотосинтеза, так как он составляет 2,7 % массы хлорофилла. Кроме того, магний оказывает стабилизирующее действие на этот пигмент, усиливает поступление углекислоты в растения, стимулирует окисление воды и ускоряет отгок продуктов фотосинтеза из листьев в генеративные органы (Пейве Я.В., 1961; Трещов А.Г., Черно-клинова В.А., 1970; Шкляев Ю Н., Швецова Т.Д., 1976; Прокошев В В. и др., 1987).

Магний наряду с другими ионами участвует в создании необходимого ионного равновесия в цитоплазме, обеспечивающего нормальную жизнедеятельность коллоидов клетки. Он повышает структурную вязкость цитоплазмы, увеличивая при этом водоудерживающую способность, сосущую силу и жаростойкость. Под влиянием магния повышается оводнённость тканей растений, что способствует более активному протеканию физиологических процессов (Шкляев Ю.Н., 1981; Ягодин Б.А., 1985).

Магний активирует деятельность большого числа ферментов (около 300), связанных с образованием и превращением фосфора, углеводов, органических кислот, белков и жиров (Попов A.B. и др., 1985; Прокошев В.В. и др.. 1987).

Под влиянием магния активизируется фосфорный обмен, так как данный элемент не только участвует в процессах синтеза фосфорных соединений, но и входит в состав фитина. В виде этого соединения магний в больших количествах накапливается в семенах, оказывает влияние на скорость их созревания и такие качественные показатели, как всхожесть, энергия прорастания, масса тысячи зёрен и др. При недостатке магния тормозится синтез фитина. Как следствие, снижается содержание фосфора в семенах и повышается в вегетативной массе (Пейве Я.В., 1961; Магницкий К.П., 1967; Мазаева М.М., 1979; Попов A.B., БаеваС.С., 1982).

Не вызывает сомнения связь магния с углеводным обменом. Он ускоряет отток подвижных углеводов (продуктов фотосинтеза) из вегетативных органов в репродуктивные, а также ускоряет процесс синтеза крахмала в растениях. Участием магния в углеводном обмене и объясняется повышение сахаристости и крахмал истости продуктивных органов различных сельскохозяйственных культур (Трещов А.Г., Черноклинова В.А., 1970; Попов A.B. и др., 1985).

Магний играет важную роль в азотном обмене. Ионы данного элемента активируют нитратредуцирующие ферменты, глутаминсинтетазу, глутаматде-гидрогеназу, глутамат-аспартат-аминотрансферазу, а также стимулируют образование активных полирибосом и сохраняют их структуру, что оказывает положительное влияние на синтез белка. Поэтому применение магниевых удобрений увеличивает содержание белка в растениях. Кроме того, соотношения магния с другими элементами питания влияют на аминокислотный состав белков (Трещов А.Г., Черноклинова В.А., 1971; Кондратьев М.Н., 1975, 1980; Шкляев Ю Н., 1977; Мазаева М.М., 1979).

Не менее важными являются следующие функции этого элемента: магний выполняет структурообразующую роль, входя в состав органелл, клеток, мембран и клеточных стенок; в основном в виде комплекса с ним находится в клетках АТФ; он входит в состав ферментов, участвующих в гликолизе и цикле Кребса и поэтому, снижая интенсивность дыхания, повышает его эффектов-

ность; играет важную роль в процессах обмена органических кислот и жиров; оказывает положительное действие на жизнедеятельность клубеньковых бактерий (Шкляев Ю Н., 1981; Прокошев В.В. и др., 1987).

Значение магния для растений иллюстрируется тем, что они выносят значительные количества магния. Например, зерновые на 10 ц основной продукции (с учётом побочной) выносят 2,1-5,5 кг MgO, зернобобовые - 2,9-7,9, гречиха - 3,4-4,0, картофель - 0,7-2,7, сахарная свекла - 0,6-1,8, корнеплоды - 0,31,2, овощные 0,2-0,6, бобовые травы (сено) - 3,1-9,0, многолетние травы - 6,0, однолетние - 5,0, луговые травы - 4,1-10,2, люпин (зелёная масса) 1,2-1,5, хлопчатник - 7,1-20,0, лён - 2,5-7,8, конопля - 4,7, подсолнечник - 11,9, табак -4,7-10,9, чай -■- 4,5-5,0, хмель - 7,0, сахарный тростник - 0,5, бананы - 0,8-1,0, манилла 1,0, мандарины - 0,33. Таким образом, при средних урожаях зерновые выносят 10-18 кг/га MgO, картофель - 10-70, сахарная свекла 40-70, кукуруза на силос - 80-100, клевер - 30-35, люцерна - 35-49, табак - 13-15, сахарный тростник - 123-168, чай - 18, бананы - 25-30, хлопчатник - 20, виноград -50-60 кг/га MgO. Наиболее требовательны к магнию растения короткого дня (Мазаева М.М., 1950; Алямовский Н.И., 1966; Магницкий К.П., 1967; Нагорный В.Д., ! 971; Трендов А.Г. и др., 1971; Schaller Klaus, 1975; Известкование кислых почв по промышленной технологии, 1979; Коридзе A.B., 1983; Альшевский Н.Г., 1983, 1986, 1990; Артюшин А.М., Державин Л.М., 1984; Судаков В.Д. и др., 1994).

Для получения высоких урожаев необходима хорошая обеспеченность сельскохозяйственных культур магнием, которая не всегда достигается в практике земледелия. При недостатке данного элемента замедляется рост и развитие растений, снижается общая листовая поверхность. Магний является реутилизи-руемым элементом, поэтому при магниевом голодании наблюдается специфический межжилковый хлороз нижних листьев: жилки листа остаются зелёными, а между ними появляются пятна различного цвета и формы (в зависимости от вида растений), связанные с отмиранием тканей и разрушением хлорофилла

(Прянишников Д.Н., 1965; Магницкий К.П., 1967; Трещов А.Г., 1973; Прокошев В В. и др., 1987).

Магний нужен для нормального развития животных, в теле которых его содержится 0,03-0,04 %. Он входит в состав костей, находится в мышцах и крови, содержится в тканях нервной системы. Так же, как и в растениях, магний активирует- многие ферменты, и метаболизм этого элемента тесно связан с обменом фосфора и кальция. При недостатке магния отмечается снижение роста, молочной продуктивности, оплодотворяемости животных, повышается подверженность разным инфекциям. Резкий недостаток может привести к такому заболеванию коров и овец как пастбищная тетания (гипомагниемия), которая при отсутствии лечения приводит к смерти (Мазаева М.М., Неугодова О.В., 1977; Анакина ЮТ., 1987).

Магний - необходимый элемент питания и для человека. Недостаток маг ния способствует развитию раковых заболеваний, тромбоза и болезней сердечно-сосудистой системы (Магницкий К.П., 1967).

1.2. Причины недостатка магния для растений

В земной коре магний занимает около 2 % (по данным разных авторов от 1,87 до 2,35 %), но при формировании почвенного покрова материнские породы обедняются магнием, что связано с разрушением магнийсодержащих минералов в процессе выветривания. Поэтому среднее содержание магния в почвах значительно меньше и составляет всего 0,6 % (Clarke F.W., Washington H.S., 1924; Виноградов А.П., 1957; Tisdale S.L., Nelson W.L., 1956; Прокошев B.B. и др., 1987; Блисковский В.З., Киперман Ю.А., 1987).

В условиях Пермской области отмечается аналогичная закономерность: содержание валового магния в дерново-подзолистых почвах составляет в зависимости от гранулометрического состава 0,15-2,09 %, а в материнских породах - 0,32-4,43 % (Коротаев Н.Я., 1962; Дьяков В.П., 1971; Протасова Л.А., 1971).

К.П. Магницкий (1967) выделяет следующие формы магния в почвах: минеральный, органической части, обменный и воднораст вори м ый. Минеральный составляет преобладающую часть (90-95 %) валового за