Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Эффективность применения сидератов, навоза и полиакриламидного сополимера как мелиорантов для повышения плодородия выщелоченных черноземов Среднего Поволжья

ВАК РФ 06.01.02, Мелиорация, рекультивация и охрана земель

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, кандидата сельскохозяйственных наук, Ильвачев, Юрий Альбертович, Пенза

61' 99-67373-У

ПЕНЗЕНСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ САРАТОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им. Н.И. ВАВИЛОВА

ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ СИДЕРАТОВ, НАВОЗА И ПОЛИАКРИЛАМИДНОГО СОПОЛИМЕРА КАК МЕЛИОРАНТОВ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ПЛОДОРОДИЯ ВЫЩЕЛОЧЕННЫХ ЧЕРНОЗЕМОВ

СРЕДНЕГО ПОВОЛЖЬЯ

06.01.02 - сельскохозяйственная мелиорация 06.01.04 - агрохимия

Диссертация на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Научные руководители: кандидат сельскохозяйственных наук, доцент КУЗИН ЕВГЕНИЙ НИКОЛАЕВИЧ, кандидат сельскохозяйственных наук, профессор КАЛМЫКОВ СЕРГЕЙ ИВАНОВИЧ

/

ИЛЬВАЧЕВ ЮРИЙ АЛЬБЕРТОВИЧ

Пенза 1999

Содержание

Общая характеристика работы.......................................................................4

1. Обзор литературы........................................................................................7

1.1. Влияние органических и зеленых удобрений на плодородие почвы и урожайность сельскохозяйственных культур.................................................7

1.2. Изменение состава и свойств почв под влиянием оросительных и полимерных мелиораций....................................................................................20

2. Условия, схемы опытов и методика проведения исследований..........39

2.1. Условия почвообразования.......................................................................39

2.2. Почвенный покров......................................................................................45

2.3. Погодные условия в годы проведения опытов........................................47

2.4. Место проведения и схема опыта.............................................................49

2.5. Методы лабораторных исследований......................................................52'

3. Влияние биомелиорантов на гумусовое состояние чернозема выщелоченного..........................................................................................................54

3.1. Критерии подбора культур для самостоятельной сидерации................54

3.2. Изменение гумусового состояния чернозема выщелоченного под влиянием биомелиорантов..............................................................................56

4. Влияние биомелиорантов на агрофизические свойства чернозема выщелоченного.................................................................................................61

4.1. Структура почвы.........................................................................................61

4.2. Плотность почвы.........................................................................................68

4.3. Общая пористость и пористость аэрации................................................73

4.4. Водные свойства почвы.............................................................................78

5. Влияние полиакриламидного сополимера, органической и органоми-неральной систем удобрения на агрохимические свойства почвы........94

5.1. Гумус............................................................................................................94

5.2. Пищевой режим почвы............................................................................104

6. Изменение агрофизических свойств почвы под влиянием полиакриламидного сополимера и мелиоративных доз навоза............................116

6.1. Структура почвы.......................................................................................116

6.2. Плотность почвы.......................................................................................126

6.3. Пористость.................................................................................................135

6.4. Водные свойства и водный режим.........................................................140

7. Изменение физико-химических свойств почвы под влиянием полимерной мелиорации...................................................................................153

8. Влияние биологической и полимерной мелиорации на продуктивность сельскохозяйственных культур.....................................................166

9. Оценка экономической и энергетической эффективности использования биологических и химических мелиорантов....................................175

Выводы..........................................................................................................182

Предложения производству........................................................................186

Список литературы......................................................................................187

Приложения...............................................................................................:..205

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Черноземы как наиболее плодородные почвы являются главной базой земледелия России. В зоне Среднего Поволжья преобладают черноземы оподзоленные и выщелоченные, которые обеспечивают наивысшую продуктивность пашни. Интенсивное использование почв при низких объемах применения органических и минеральных удобрений, химических мелиорантов, использование тяжелой техники, развитие водной эрозии, привело в последние годы к значительному снижению плодородия почвы. В результате чего даже при невысоких урожаях сельскохозяйственных культур в Пензенской области в пахотном горизонте почв сложился отрицательный баланс гумуса, азота, фосфора и калия, кальция, происходит под-кисление почв. Это говорит о том, что большая часть урожая создается за счет расхода питательных веществ почвы.

В период с 1970 г. по 1990 г. потери гумуса в почвах области составили 0,8%, или 24,0 т/га, с 1990 г. по 1995 г. соответственно 0,1% и 3,0 т/га. В целом потери за 25 лет составили 0,9% или 27,0 т/га. В среднем ежегодные потери гумуса за последние 25 лет составили в пахотном горизонте 1,08 т/га.

Площади пашни, имеющие низкое содержание доступного фосфора составляют по области 47,0%, среднее - 46%, высокое - 6,3%. Более половины почв пашни обладают сильно- и среднекислой реакцией среды (54,1%). Причем за период с 1970 по 1995 гг. площади таких почв увеличились на 21,9%. В почвах области складывается отрицательный баланс по кальцию. В среднем он составляет 25 кг/га пашни.

Вследствие недостаточного внесения органических и минеральных удобрений, а также интенсивной механической обработки происходит утрата агрономически ценной структуры. Степень выпаханности черноземных почв колеблется в интервале от 23,1 до 70,7%. Старопахотные черноземы за период их использования утратили 21,7-59,2% водопрочных агрегатов. Наиболее интенсивно процессы деградации черноземов выщелоченных проявляются в условиях орошения. Как следствие выше перечисленных факторов, в черно-

земных почвах отмечено увеличение равновесной плотности. Необходимо подчеркнуть, что процессы уплотнения чернозема под действием ходовых систем движетелей и орошения, протекают не только в пахотном горизонте, но и в нижележащих слоях почвы до глубины одного метра. Переуплотнение почвы ведет, в свою очередь, к снижению величины общей пористости и пористости аэрации.

Такое положение можно расценивать как критическое. Если не приостановить данные явления, то в дальнейшем процесс может стать необратимым.

Использование биомелиорантов (сидератов и навоза) и влагозадержи-вающего полиакриламидного сополимера снижает вредное антропогенное воздействие, улучшает почвенное плодородие. Однако влияние данных приемов на черноземные почвы недостаточно изучено. Необходимо научно обосновать способы применения данных видов мелиорантов.

Цель и задачи исследований. Целью настоящей работы было всестороннее изучение действия сидератов, органических удобрений и полиакриламидного сополимера на плодородие чернозема выщелоченного и урожайность сельскохозяйственных культур. В задачи исследований входило:

1. Определить влияние органических удобрений и сидератов на гумусовое состояние чернозема выщелоченного.

2. Изучить влияние органических удобрений, сидератов на общие физические свойства почвы.

3. Определить влияние биомелиорантов на процессы восстановления агрономически ценной структуры.

4. Определить изменения режима влажности и водных свойств почвы под влиянием органических удобрений и сидератов.

5. Определить влияние полиакриламидного сополимера на гумусовое состояние чернозема выщелоченного.

6. Определить влияние полиакриламидного сополимера и мелиоративных доз навоза на содержание элементов питания и физико-химические свойства чернозема выщелоченного.

7. Установить влияние полиакриламидного сополимера на общие физические свойства чернозема выщелоченного.

8. Определить влияние полиакриламидного сополимера и мелиоративных доз навоза на структурное состояние чернозема выщелоченного.

9. Определить изменения режима влажности и водных свойств почвы под влиянием полиакриламидного сополимера и мелиоративных доз навоза.

10. Определить влияние сидератов, органических удобрений и полиакриламидного сополимера на урожайность сельскохозяйственных культур.

11.Провести экономическую и энергетическую оценку предлагаемых приемов повышения плодородия изучаемой почвы.

Научная новизна. Впервые в условиях лесостепи Среднего Поволжья исследовано влияние биомелиорантов и полиакриламидного сополимера на показатели плодородия чернозема выщелоченного, а также урожайность различных сельскохозяйственных культур.

Практическая значимость работы. Полученный экспериментальный материал можно использовать для подбора сидеральных культур с целью повышения почвенного плодородия в условиях лесостепи Среднего Поволжья. Результаты исследований позволяют рекомендовать дозы внесения полиакриламидного сополимера на черноземах выщелоченных в условиях орошения и на богаре.

Материалы диссертации нашли отражение в рекомендациях по использованию химических и биологических мелиорантов на черноземах выщелоченных в земледелии Пензенской области.

1. Обзор литературы 1.1. Влияние органических и зеленых удобрений на плодородие почвы и урожайность сельскохозяйственных культур

Почва - главное богатство любой страны, источник существования всего человечества, поэтому проблема сохранения и повышения почвенного плодородия имеет первостепенное значение. Благодаря своему плодородию почва из года в год, из века в век обеспечивает существование и воспроизводство растений, тем самым обуславливает существование и воспроизводство мира животных.

В системе мер, направленных на повышение плодородия почв, важнейшее место занимаетобеспечение почвы органическим веществом. Существенное пополнение запасов органического вещества в почве можно обеспечить за счет пожнивных посевов и корневых остатков бобовых культур, особенно многолетних, возделываемых на корм. Хорошим источником органического вещества служат навоз и солома.

Наиболее дешевым, экологически чистым источником органических удобрений являются сидераты. Сидерация - один из широко доступных, но мало используемых резервов комплексного и эффективного повышения плодородия почвы. Д.Н. Прянишников писал: "И там, где для улучшения почв особенно необходимо обогащение их органическим веществом, а навоза по той или иной причине не хватает, зеленое удобрение приобретает особенно большое значение. В сочетании с навозом и другими органическими удобрениями, а также с удобрениями минеральными, зеленое удобрение в качестве одного из элементов системы удобрения должно стать весьма сложным средством поднятия урожайности и повышения плодородия почв". (Избр. соч., 1965, т. 1., с.335)

Особый интерес представляют собой бобовые культуры, способные обогащать почву не только органическим веществом, но и биологическим азотом. Корневая система многих сидератов способна извлекать из глубоких слоев почвы элементы питания. После запашки этих сидератов и их минера-

лизации пахотный слой обогащается доступными для культурных растений элементами питания.

Исследования Т.Б. Лебедевой, Ю.В. Корягина (1998), проведенные в вегетационных сосудах, показали, что заделка в почву зеленого удобрения повышала урожайность озимой ржи.

Исследования Н.В. Корягиной (1997) на светло-серых лесных почвах показали, что все виды сидерации обеспечивали в соответствующих севооборотах прибавку урожая зерна озимой ржи, проса и овса, клубней картофеля и клевера первого года пользования. При промежуточных поукосных посевах сидератов максимальную прибавку продуктивности к контролю обеспечили редька масличная и донник. Проведенные исследования свидетельствуют, что зеленое удобрение в различных севооборотах улучшает плодородие серых лесных почв на длительный период.

Исследования показали, что влияние сидератов отличалось сильным прямым действием, превышающим действие полного минерального удобрения. Прибавка зерна озимой ржи от редьки масличной составила 0,22-0,31 т/га, от донника 0,39-0,48 т/га. Урожайность проса от последействия донника возросла на 0,24-0,32 т/га. Последействие сидерального пара проявилось и на третьей культуре - яровой пшенице (К.К. Лазарев, Е.В. Надежкина, Ю.В. Ко-рягин, 1997).

В своих исследованиях В.А. Назаров, С.А. Дворянов (1998) отмечают положительное влияние зеленых удобрений на питательный режим. Причем зеленое удобрение не уступает по эффективности навозу и минеральным удобрениям.

Использование сидератов положительно отражается на изменении физических, химических свойств почвы, на повышении ее биологической активности. Зеленое удобрение снижает вредное действие водной и ветровой эрозии почв, препятствует засорению почв сорной растительностью.

Внедрение зеленого удобрения на площади 8-10 млн. га позволит дополнительно вносить в почву около 240-300 млн. т органического вещества из растительной массы сидератов, накапливать около 1 млн. т экологически

безвредного биологического азота. С помощью корневой системы сидератов из глубоких горизонтов, недоступных другим культурам, будет "перекачиваться" в пахотный слой около 225-270 тыс. т фосфора, 1,2-1,4 млн. т кальция и магния (К.И. Довбан, 1992).

Промежуточный сидерат, обогащая почву органическим веществом, способствовал снижению плотности почвы в пахотном слое. Засоренность посевов ячменя без промежуточного многолетнего люпина была на 14,5 шт/м2 выше, чем с ним, в т.ч. на 7,8 шт/м2 возрастало количество многолетников. Пораженность культурных растений гнилями снижалась на 10,8% (А.Н. Пестрецов, Ф.П. Румянцев, 1996).

Запаханное зеленое удобрение несколько снижает кислотность почвы, повышает ее буфферность, емкость поглощения, влагоемкость, водопроницаемость, улучшает структуру, снижает подвижность алюминия, улучшает жизнедеятельность почвенных микроорганизмов.

Одна из первоочередных задач в системе сидерации полей - подбор сидеральных культур, соответствующих зональным природным условиям и обеспечивающих многоплановое использование продукции как на удобрение, так и на корм животным. В качестве сидератов преимущественно возделывают бобовые растения (люпин, клевер, донник, люцерну и др.), также и небобовые растения (горчица, редька масличная, рапс и другие).

Ценность бобовых культур как сидератов не подлежит никакому сомнению, но относительно небобовых сидератов существуют различные взгляды. Хорошее действие небобовых сидератов можно наблюдать только в том случае, когда под следующую за ними основную культуру вносят высокую дозу азота.

Недостаток зеленого удобрения - малое содержание фосфора и калия можно устранить внесением фосфорных и калийных удобрений (М.Н. Кулагина, Г.П. Гамзиков, 1990).

Одним из наиболее ценных сидератов является донник. Достоинством донника является быстрое наращивание зеленой массы, мощное развитие корневой системы, высокая зимостойкость и засухоустойчивость, интенсив-

ное накопление азота. В паровом поле наиболее подходящим является возделывание донника желтого, урожайность зеленой массы которого может достигать 400 ц/га.

По данным В.Я. Шагаева и М.И. Хадько (1986) основной прирост зеленой массы донник дает после уборки покровной культуры. При подсевном способе возделывания донник накапливает 50-60 ц/га сухой биомассы вместе с корнями. Такое количество органического вещества по удобрительному действию соответствует 20-25 тоннам навоза. С запаханным донником в почву поступает дополнительно 120-130 кг/га связанного клубеньковыми бактериями азота, кроме того из глубоких слоев почвы донник мобилизует в пахотный слой около 25 кг/га фосфора и 75 кг/га калия. Особая ценность донника - это его органическое вещество, так как из растительной массы донника в почве образуется более 2 т гумуса. Такой высокий коэффициент гумификации донника обуславливается благоприятным соотношением в нем углерода и азота. Поэтому донник является лучшим сидератом для засушливых лесостепных районов Поволжья.

Исследованиями В.Ф. Кормилицына (1995) в условиях Саратовской области установлено, что бобовые сидераты оказывали сильное и продолжительное воздействие на почву: увеличивали содержание свежего органического вещества и азота, повышали биологическую активность почвы и ускоряли биологический круговорот питательных веществ.

Заделка на удобрение одних пожнивно-корневых остатков при комбинированном использовании сидеральных посевов повышала обеспеченность почвы доступными растениям соединениями азота и фосфора в течение 1-2 лет, пожнивного полного зеленого удобрения - на протяжении 3-4 лет, самостоятельного в пару - 4-5 лет.

Наибольшее влияние на продуктивность культур оказывало самостоятельное зеленое удобрение - на протяжении 4-5 лет. Пожнивной полный си-дерат увеличивал урожайность 3-5 культур в зависимости от количества запахиваемого органического вещества и азота. Комбинированное использование сидерального посева в пару повышало урожайность двух кул�