Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Эколого-агрохимическая оценка разных методов определения доз удобрений под сахарную свеклу на черноземе выщелоченном лесостепи ЦЧЗ

ВАК РФ 06.01.15, Агроэкология

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, кандидата сельскохозяйственных наук, Столповский, Юрий Иванович, Воронеж

ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИМ. К.Д. ГЛИНКИ

На правах рукописи

СТОЛПОВСКИЙ Юрий Иванович

УДК 631.816.1:633.413:631.445.4(470.32)

ЭКОЛОГО-АГРОХИМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА РАЗНЫХ МЕТОДОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДОЗ УДОБРЕНИЙ ПОД САХАРНУЮ СВЕКЛУ НА ЧЕРНОЗЕМЕ ВЫЩЕЛОЧЕННОМ ЛЕСОСТЕПИ ЦЧЗ

Специальность 06.01.15- агроэкология

06.01.04 - агрохимия д

Диссертация на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Научный руководитель

доктор сельскохозяйственных наук,

профессор Н.Г. Мязин

Воронеж 1999

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ.................................................................................................. 5

1. ВЛИЯНИЕ СИСТЕМАТИЧЕСКОГО ПРИМЕНЕНИЯ РАЗЛИЧНЫХ ДОЗ МИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИЙ НА ПЛОДОРОДИЕ ПОЧВЫ И ЭКОЛОГИЧЕСКУЮ ОБСТАНОВКУ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ (ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ).................................................................................................... 10

1Л. Влияние различных доз минеральных удобрений при систематическом их применении на физико-химические и агрохимические показатели почвы........................................................................................................... 10

1.2. Влияние удобрений на накопление нитратов в почве и растениях............................................................................................ 20

1.3. Влияние удобрений на содержание тяжелых металлов в почве и растенях.............................................................................................................. 26

2. УСЛОВИЯ И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ...... 34

2.1. Почвенно-климатические условия проведения исследований......... 34

2.2. Краткие сведения о длительном стационарном опыте на черноземе выщелоченом...................................................................................................... 44

2.3. Методы исследований.......................................................................... 48

3. ИЗМЕНЕНИЕ ПОЧВЕННОГО ПЛОДОРОДИЯ ПОД ВЛИЯНИЕМ СИСТЕМАТИЧЕСКОГО ПРИМЕНЕНИЯ УДОБРЕНИЙ................................ 53

3.1. Изменение показателей почвенной кислотности под влиянием удобрений................................................................................................................ 53

3.2. Влияние разных доз минеральных удобрений на запас и динамику минерального азота в почве................................................................................ 58

3.3. Динамика содержания подвижного фосфора и обменного калия

в почве................................................................................................................. 73

4. ВЛИЯНИЕ СИСТЕМАТИЧЕСКОГО ПРИМЕНЕНИЯ УДОБРЕНИЙ

НА СОДЕРЖАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ПИТАНИЯ В РАСТЕНИЯХ, ВЫНОС ПИТАТЕЛЬНЫХ ВЕЩЕСТВ И КОЭФФИЦИЕНТЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ИХ ИЗ УДОБРЕНИЙ........................................................................... 82

4.1. Концентрация азота, фосфора и калия в растениях сахарной свеклы на фоне различных доз удобрений............................................................... 82

4.2. Влияние удобрений на вынос питательных веществ и коэффициенты использования их сахарной свеклой из удобрений................................... 89

5. ВЛИЯНИЕ СИСТЕМАТИЧЕСКОГО ВНЕСЕНИЯ МИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИЙ НА АГРОЭКОЛОГИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ ПОЧВЫ

И РАСТЕНИЙ САХАРНОЙ СВЕКЛЫ................................................ 93

5.1. Миграция нитратного азота по профилю почвы в течение вегетации сахарной свеклы............................................................................................. 93

5.2. Динамика содержания нитратов в растениях сахарной свеклы....... 99

5.3. Регрессионные модели системы «азот почвы - нитраты растений»........................................................................................... 105

5.4. Содержание в почве и растениях сахарной свеклы тяжелых металлов на фоне систематического применения удобрений................................... 107

5.5. Влияние токсичности тяжелых металлов на развитие сахарной свеклы (вегетационный опыт)......................................................................... 114

6. ВЛИЯНИЕ СИСТЕМАТИЧЕСКОГО ВНЕСЕНИЯ РАЗНЫХ ДОЗ МИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИЙ И ПОСЛЕДЕЙСТВИЯ МЕЛИОРАНТОВ НА УРОЖАЙ И САХАРИСТОСТЬ КОРНЕПЛОДОВ САХАРНОЙ СВЕКЛЫ................................................................................................................ 123

6.1. Влияние минеральных удобрений на урожай и сахаристость корнеплодов сахарной свеклы................................................................................. 123

6.2. Влияние длительности последействия мелиорантов на урожай и сахаристость корнеплодов сахарной свеклы.................................................. 123

6.3. Зависимость урожайности корнеплодов сахарной свеклы от обес-

печенности почвы подвижными элементами питания (регрессионные моде-

ли).................................................................................................................... 130

7. ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ УДОБРЕНИЙ ПОД САХАРДОЮ СВЕКЛУ.............................................................. 138

ВЫВОДЫ.................................................................................................... 143

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ....................................................... 147

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ.................................. 148

ПРИЛОЖЕНИЯ.......................................................................................... 178

ВВЕДЕНИЕ

Сахарная свекла - важнейшая техническая культура, имеющая большое народнохозяйственное значение. В сложных условиях, сложившихся сегодня в аграрном комплексе она может стать культурой, стабилизирующей экономику хозяйств. Потенциал ее огромен. Как показывают научные исследования и практика, в основных свеклосеющих районах России практически во все годы можно получать 35-45 тонн корнеплодов и 4,5-6,0 тонн сахара с одного гектара (Сергеев Г.Я., 1995). Однако,уровень свеклосахарного производства не в полной мере соответствует потенциальной возможности этой культуры. По данным В.И. Куракова (1992), урожай сахарной свеклы в сельскохозяйственных предприятиях ЦЧЗ составляет 20-28 тонн с гектара. Одной из основных причин низкой продуктивности этой культу-pbi, наряду с другими, является несоблюдение доз и соотношений элементов питания, нарушение сроков их внесения.

Среди агротехнических приемов важнейшим остается внесение органических и минеральных удобрений.

Система удобрения сахарной свеклы изучена сравнительно хорошо (Алексеева E.H., 1969; Дудкина А.Г., 1971; Яценко В.Г., 1972; Гетманец А.Я., 1973; Булавин Н.И., Бухтояров Д.С. и др. 1990; Кураков В.И., 1992 и мн. др.), но подавляющее большинство исследований проводилось на базе краткосрочных полевых опытов. Причем изучение эффективности удобрений на продуктивность сахарной свеклы проведено в основном без учета их влияния на накопление токсичных веществ в продукции. Однако, по сообщениям отечественных и зарубежных ученых (Кудзин Ю.К., 1962; Алексеева E.H., 1970, Дрейкотт А.П., 1977; Щербаков А.П, 1973, 1979; Рудай И.Д., 1985; Минеев В.Г., 1991; Кураков В.И., 1992; Литвак Ш.И., 1994; Мя-зин Н.Г., 1994; Шевченко В.Е., 1994; Изменение плодородия черноземов в зависимости от интенсивности их использования, 1996 и др.) широкое использование удобрений и других химических веществ сопровождается во

#

многих случаях неблагоприятными явлениями: химическое загрязнение окружающей среды, подавление активности почвенной биоты, изменение важнейших свойств почв и, при систематическом их применении, могут способствовать накоплению токсичных веществ в продукции (избыточное содержание нитратов, нитритов, тяжелых металлов).

Сохранение экологической обстановки при интенсивной технологии возделывания сахарной свеклы и стабилизация оптимальных параметров почвенного плодородия зависит прежде всего от научного обоснования доз минеральных удобрений. В настоящее время с этой целью применяют различные методы их определения с использованием ряда показателей.

Актуальность данной работы состоит в том, что длительное применение необоснованно завышенных или несбаласированных доз и соотношений элементов питания может приводить к ухудшению некоторых важнейших показателей плодородия почвы, снижению продуктивности севооборотов и загрязнению почвы и растительной продукции вредными веществами.

Поэтому особенно актуальна задача выбора такого метода определения доз удобрений, который обеспечивал бы наряду с агрономической и высокую экономическую эффективность и, кроме того, не нарушал бы экологическую обстановку в системе "почва - растение".

Целью настоящих исследований явилось изучение сравнительной эффективности разных методов определения доз минеральных удобрений, последействия органических удобрений и мелиорантов под сахарную свеклу, возделываемую в зернопаропропашном севообороте на черноземе выщелоченном лесостепи ЦЧЗ_,и их влияние на накопление в почве и растениях нитратов и тяжелых металлов.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи: - установить влияние доз минеральных удобрений, определенных разными методами, при длительном их применении на фоне последействия навоза под сахарную свеклу и кальцийсодержащих мелиорантов на физи-

ко-химические свойства почвы;

- изучить влияние удобрений и мелиорантов на некоторые агрохимические показатели почвенного плодородия;

- выявить влияние различных доз минеральных удобрений на поступление питательных веществ в растения, их вынос урожаем и коэффициенты использования элементов питания из удобрений;

- определить зависимость накопления нитратов в корнеплодах и листьях сахарной свеклы от доз применяемых удобрений;

- изучить действие удобрений на микроэлементный состав почвы и растений сахарной свеклы;

- установить эффективность доз удобрений, определенных различными методами, на урожай сахарной свеклы;

- определить длительность последействия кальцийсодержащих мелиорантов;

- дать энергетическую оценку применения удобрений под сахарную свеклу в условиях лесостепи ЦЧЗ.

Научная новизна исследований заключается в том, что впервые в условиях лесостепи ЦЧЗ на черноземе выщелоченном изучена эффективность доз минеральных удобрений, установленных различными методами, при систематическом их применении под сахарную свеклу.

Работа проводилась в длительном стационарном опыте.

Установлено влияние различных доз минеральных удобрений и кальциевых мелиорантов на запас минерального азота в почве и его динамику в течение вегетации сахарной свеклы, на характер сезонной миграции нитратного азота по профилю почвы, динамику накопления нитратов в сахарной свекле

Определены коррелятивные связи содержания нитратов в сахарной свекле с запасами нитратного азота в почве по периодам вегетации сахарной свеклы.

Выявлено влияние длительного применения разных доз минеральных

удобрений на содержание в почве и растениях тяжелых металлов.

Установлена длительность последействия кальцийсодержащих мелиорантов в севообороте.

Защищаемые положения:

- длительное применение под сахарную свеклу удобрений в дозах, установленных разными методами, способствует повышению обеспеченности почвы усвояемыми элементами питания и сохранению высокого уровня эффективного плодородия;

- при длительном применении различных доз удобрений происходит постепенное подкисление почвы;

- дефекат и карбонат кальция, внесенные под предшественник сахарной свеклы в первой ротации севооборота, на восьмой год последействия утрачивают нейтрализующее влияние на кислотность почвы, что приводит к становлению физико-химических показателей, неблагоприятных для сахарной свеклы;

- минеральные удобрения, систематически применяемые под сахарную свеклу в дозах, установленных разными методами,не увеличивают до токсического уровня содержание нитратов в основной и побочной продукции;

-длительное применение разных доз минеральных удобрений не приводит к заметному изменению микроэлементного состава почвы и растений сахарной свеклы;

- на черноземе выщелоченном тяжелосуглинистом лесостепи ЦЧЗ лучшие результаты по суммарной оценке обеспечивают дозы минеральных удобрений, установленные по результатам полевых опытов (КшРшКш) и нормативам затрат элементов питания на единицу основной продукции, применяемые на фоне последействия навоза.

Практическая значимость работы связана с тем, что проведенная сравнительная оценка разных методов определения доз удобрений позволила рекомендовать сельскохозяйственному производству использовать

для сахарной свеклы метод полевого опыта и нормативов затрат, как обеспечивающие сохранение почвенного плодородия, высокую агрономическую и энергетическую эффективность и нормальную экологическую обстановку в системе "почва-растение".

Уточнены для чернозема выщелоченного лесостепи ЦЧЗ оптимальные весенние запасы минерального азота в метровом слое почвы для получения высоких устойчивых урожаев сахарной свеклы.

Основные выводы диссертации могут быть использованы для диагностики азотного питания сахарной свеклы и разработки технологических карт возделывания этой культуры.

1. ВЛИЯНИЕ СИСТЕМАТИЧЕСКОГО ПРИМЕНЕНИЯ УДОБРЕНИЙ НА ПЛОДОРОДИЕ ПОЧВЫ И ЭКОЛОГИЧЕСКУЮ ОБСТАНОВКУ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ (ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ)

1.1. Влияние различных доз минеральных удобрений на физико-химические

и агрохимические показатели почвы

Уровень эффективного плодородия почвы, как это неоспоримо доказано отечественной и зарубежной наукой, отражают такие хорошо изученные свойства почвы, как содержание подвижных питательных веществ, плотность сложения и структурный состав, содержание гумуса, реакция почвенного раствора. Количественные их показатели достаточно тесно коррелируют с урожаем возделываемых культур (Кудзин Ю.К., 1962; Алексеева E.H., 1969; Лигум С.Т., 1969; Мартынович Л.И., 1969; Гетманец А.Я., 1973; Никитишен В.И., 1984; Кураков В.И., 1992, Мартынович H.H., 1994).

Поэтому важно на современном этапе разработать основные технологические приемы достижения и сохранения оптимальных уровней перечисленных свойств почвы.

Реализация этой задачи возможна только в условиях длительных стационарных опытов, в которых можно получить достаточно надежную и достоверную информацию о прямом действии и масштабах их последействия, установить количественные его показатели с тем, чтобы принимать их во внимание при расчете баланса элементов питания в почве и обосновании рациональной системы удобрений в севообороте.

В настоящее время имеется достаточно данных о влиянии удобрений на плодородие почвы и продуктивность культур севооборотов (Любарская Л.С., 1960; Гуревич С.М., 1962; Колтакова П.С., 1964; Кудзин Ю.К., 1968; Алексеева E.H., Каштанова З.Н., Кураков В.И., 1973; Вадковский A.M., 1974; Каштанова З.Н., 1974; Камышев E.H., 1975; Кулик В.Д., 1978, 1989; Бровкин В.И., Синягин И.И., 1983; Марчук И.У., 1989; Кураков В.И., 1990,

1995; Мязин Н.Г., 1994 и др.).

Обзор изменений, происходящих при систематическом применении удобрений, целесообразно начать с кислотности почв. Установлено, что длительное применение удобрений в повышенных дозах (особенно азотных) снижает величину рНка, существенно повышает гидролитическую кислотность и уменьшает насыщенность почв основаниями. Особенно рельефно эти изменения проявляются в длительных стационарных опытах с удобрениями на неизвесткованных малобуферных дерновоподзолистых почвах (Бровкина Е.А., Богачук Г.К., Мартынович Л.И., 1969, Синягин И.И., 1980).

На черноземных почвах также наблюдается ухудшение показателей почвенной кислотности под действием систематического внесения минеральных удобрений. Причем неблагоприятные изменения в черноземах регистрируются не только в условиях длительных стационарных опытов, но и в производственных условиях. Интенсификация земледелия резко усилила направленность почвенных процессов на черноземах в сторону подкисле-ния, отчуждения кальция из пахотного слоя. Это подтверждается результатами агрохимического обследования. Так, по данным А.П. Щербакова с соавт. (1996) четко выраженная тенденция к подкислению пахотного слоя черноземов отражается в темпах приращения площадей кислых почв в ЦЧО на 0,6 % в год.

В почвенном поглощающем комплексе черноземов ЦЧО наблюдается увеличение доли поглощенного водорода. В ряду черноземных подтипов наибольшее внедрение водорода, а, следовательно, потери кальция, фиксируется в черноземах оподзоленных (Щеглов Д.И., 1995).

Обобщив результаты исследований в длительных стационарных опытах с удобрениями на черноземах, Л.М. Жукова (1980) отмечает, что при внесении достаточного количества навоза кислотность почвы снижается, а применение повышенных доз физиологически кислых удобрений смещает показатели кислотности в сторону их ухудшения. Аналогичные данные

приводят для черноземов выщелоченных в условиях систематического применения удобрений П.С. Колтакова (1964), М.Х. Коцюренко (1969), С.Т. Лигум (1969). Вместе с тем Л.И. Мартынович (1969) на черноземе оподзоленном тяжелосуглинистом на карбонатном лессе в условиях длительного стационарного опыта Верхчянской опытно-селекционной станции при увеличении дозы минеральных удобрений под сахарную свеклу с одной до трех (1 доза - МзоРэдКзз) не установил повышения кислотности почвы. Наоборот, наибольшая кислотность наблюдалась в почве неудобренного варианта, где Нг составила 3,36 мг-экв на 100 г почвы, а при внесении одинарной и тройной дозы удобрений - 2,94 мг-экв на 100 г почвы. При условии внесения в севообороте достаточного количества навоза, отмечает автор, и соблюдения правильного чередования культур увеличенные дозы минеральных удобрений способствуют сохранению достигнутого уровня оптимальных параметров почвенного плодородия.

Результаты исследований всестороннего вл