Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему
Эколого-агрохимические аспекты возделывания сельскохозяйственных культур в ЦЧР
ВАК РФ 06.01.04, Агрохимия
Автореферат диссертации по теме "Эколого-агрохимические аспекты возделывания сельскохозяйственных культур в ЦЧР"
На правэ^рукоп] ЛИЦУКОВ СЕРГЕЙ ДМИТРИЕВИЧ
ЭКОЛОГО - АГРОХИМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ВОЗДЕЛЫВАНИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР В ЦЧР
06.01.04 - агрохимия
АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора сельскохозяйственных наук
г июн 2011
Воронеж 2011
4849348
Работа выполнена в ФГОУ ВПО «Белгородская государственная сельскохозяйственная академия»
Научный консультант: доктор сельскохозяйственных наук,
профессор Мязин Николай Георгиевич
Официальные оппоненты:
- доктор сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник Мухина Светлана Валериевна;
- доктор сельскохозяйственных наук, профессор Агафонов Евгений Васильевич;
- доктор биологических наук Девятова Татьяна Анатольевна.
Ведущая организация: ГНУ Белгородский НИИ сельского хозяйства Россельхозакадемии
Защита состоится 27 июня 2011 года в 11 часов в 268 ауд. на заседании диссертационного совета Д 220.010.06 ФГОУ ВПО «Воронежский государственный аграрный университет им. К.Д. Глинки» по адресу: 394087, г. Воронеж, ул. Мичурина, 1. ''Ц
Тел./факс. (473) 253-73-69, e-mail: agrohimi@agrohem. vsau.ru
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «Воронежский государственный аграрный университет им. К.Д. Глинки», с авторефератом - на сайте referat_vak@obrnadzor.gov.ru
Автореферат размещен на сайте 18 апреля 2011 г.
Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат сельскохозяйст- -
венных наук, доцент Кольцова Ольга Михайловна.
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность. При многолетнем использовании удобрений особую актуальность приобретает проблема изучения закономерностей количественных и качественных изменений плодородия почв и продуктивности сельскохозяйственных культур под влиянием внесения удобрений. Особую значимость в настоящее время приобретает изучение влияния азотных удобрений на почву и растения в связи с загрязнением природной среды нитратами. Поэтому важно регулировать процессы накопления нитратов в почве. Для получения планируемого урожая высококачественной продукции необходимо обеспечить оптимальный режим азотного питания сельскохозяйственных растений.
Охрана окружающей среды от химического загрязнения - одна из важнейших социальных и экономических задач. На современном этапе существует' потенциальная опасность загрязнения почвы тяжелыми металлами. Это требует глубоких исследований в системе почва — удобрение — растение. В современном мире ежегодно на каждого человека в среднем приходится до 5 тонн органических и минеральных отбросов и отходов, что составляет в целом для планеты величину порядка 20*109 т. Эти вещества загрязняют почвенный покров, воды и воздух, причем, из водной и воздушной среды прямыми и косвенными путями попадают в почву (Д.С. Орлов и др., 1991).
Промышленные предприятия ЦЧР ежегодно выбрасывают в атмосферный воздух около одного миллиона тонн твердых веществ. Наибольшая доля загрязнителей поступает от автотранспорта. В процессе осаждения твердых частиц из воздуха отмечается накопление в почве токсичных веществ. В почве накапливаются соединения ртути, никеля, свинца, вольфрама, мышьяка, кадмия, сурьмы, хрома и других элементов. (Черников В.А. и др., 2000) Для современного техногенного загрязнения характерен, в основном, полиэлементный состав загрязнителей, поэтому важно знать влияние нескольких загрязнителей на продуктивность растений и на их биологическую подвижность. В условиях загрязнения почв тяжелыми металлами разработка научно обоснованных приемов детоксикации почв необходима для ведения сельскохозяйственного производства с целью получения экологически безопасной продукции для животных и человека. Только в Белгородской области площадь пашни, загрязненная кадмием, на 1.11.1997 г. составляла 8.0 тыс. га, а на 1.01.2008г. - 18,7 тыс.га (Авра-менко, 2008). В связи с этим изучение приемов детоксикации почв для получения экологически безопасной продукции в настоящее время, является одной из актуальных проблем. При интенсификации сельскохозяйственного производства происходит обострение взаимоотношений общества и природы, в связи с этим происходят и негативные изменения в агроэкосистемах. Поэтому необходимо проводить эколого-агрохимический мониторинг почв и продукции в условиях региона.
Цель и задачи исследований. Целью наших исследований являлось изучение закономерностей изменения основных агрохимических показателей плодородия почв пашни Белгородской области и урожайности основных сельскохозяйственных культур под влиянием минеральных и органических удобрений
за период с 1964 по 2004г.г., влияния азотного режима почв и соотношения питательных веществ на урожайность и качество зерна озимой пшеницы и корнеплодов сахарной свеклы, доз минеральных удобрений под озимые пшеницу, рожь и тритикале в зависимости от предшественников, экологических и агрохимических особенностей применения средств химизации на почвах, загрязненных тяжелыми металлами.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
1. Установить закономерности изменения основных агрохимических показателей плодородия почв пашни в целом по Белгородской области за 40 лет.
2. Определить оптимальный уровень содержания минерального азота в почве на посевах озимой пшеницы и сахарной свеклы и установить зависимость между содержанием минерального азота в почве, растениях и урожайностью, качеством зерна озимой пшеницы и корнеплодов сахарной свеклы.
3. Изучить влияние предшественников и удобрений на урожайность и качество зерна озимых зерновых.
4. Обосновать экологические и агрохимические особенности применения средств химизации под овощные культуры на загрязненных тяжелыми металлами почвах.
5. Провести наблюдения за содержанием тяжелых металлов на стационарных участках черноземных почв и их поступлением в растениеводческую продукцию.
6. Определить энергетическую и экономическую эффективность применения средств химизации.
Научная новизна работы. В работе впервые на комплексной основе сделан анализ изменения плодородия почв и продуктивности сельскохозяйственных культур за сорокалетний период в целом по Белгородской области и составлен прогноз их динамики на ближайшую перспективу. Установлена зависимость между содержанием минерального азота в почве, азота в растениях и урожайностью и качеством зерна озимой пшеницы и корнеплодов сахарной свеклы. Впервые проведена оценка продуктивности озимых зерновых культур в зависимости от предшественников и доз минеральных удобрений. Впервые в ЦЧР проведены исследования о влиянии тяжелых металлов на урожайность и качество овощных культур и предложены приемы детоксикации черноземных почв, загрязненных тяжелыми металлами. Установлена зависимость содержания валовых форм тяжелых металлов в почве от содержания в ней гумуса. Установлена подвижность цинка, меди, свинца и кадмия на черноземных почвах.
Практическая значимость. Установлена корреляционная зависимость между запасами минерального азота в почве и урожайностью озимой пшеницы и сахарной свеклы, что позволит прогнозировать урожайность этих культур по фазам развития и регулировать уровень азотного питания в процессе вегетации сельскохозяйственных культур. Рассчитаны коэффициенты использования питательных веществ из почвы и удобрений, которые могут быть использованы при расчете доз минеральных удобрений в условиях ЦЧР. Разработаны приемы снижения поступления тяжелых металлов в растениеводческую продукцию при возделывании их на загрязненных почвах.
Основные положения, выносимые на защиту.
В результате исследований на защиту выносятся следующие положения: -динамика плодородия почв и продуктивности сельскохозяйственных культур, как основа их прогнозирования и управления на ближайшую перспективу;
-управление урожайностью и качеством озимой пшеницы и сахарной свеклы путем изменения азотного режима почв;
-количественная оценка сельскохозяйственных культур, как предшественника, для озимых зерновых при разных дозах минеральных удобрений;
- закономерности поступления тяжелых металлов в растения и пути получения экологически безопасной продукции на техногенно загрязненных почвах;
-уровень содержания тяжелых металлов на черноземных почвах и накопление их в растениеводческой продукции;
-энергетическая и экономическая оценка эффективности средств химизации.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались автором на научно-практической конференции, посвященной 150-летию со дня рождения В.В. Докучаева (г. Воронеж, 1996 г.), на международных научно-производственных конференциях (г. Белгород, 1997 г., 2003-2006 гг., 2008-2010 гг.; Ставрополь, 2005 г.,), на Всероссийской научно- практической конференции (Белгород, 2001 г.), на научной конференции «Агроэкологические проблемы в сельском хозяйстве» (Воронеж, 2005 г.), пропагандировались автором на занятиях с агрономами хозяйств на курсах ФГЖ, на областных и районных семинарах.
Публикация результатов исследований. По теме диссертации опубликовано 48 печатных работ, в том числе в изданиях, рекомендованных ВАК 10.
Структура и объем работы. Диссертация изложена на 289 страницах машинописного текста и состоит из семи глав, выводов и предложений производству, списка литературы. Список литературы включает 371 наименование, в том числе 32 зарубежных авторов.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР
В главе проводится подробный анализ научных данных, обобщено состояние изученности проблемы, представленной в диссертационной работе. Рассматриваются современные представления о влиянии минеральных и органических удобрений на плодородие почв, урожайность и качество озимых зерновых и сахарной свеклы. Описываются результаты изучения влияния тяжелых металлов на урожайность и качество сельскохозяйственной продукции и приемы детоксикации почв загрязненных токсичными элементами.
2 ПОЧВЕННО-КЛИМАТИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1 Агроклиматические условия
В главе описываются агроклиматические условия за период проведения исследований.
2.2 Почвенный покров Белгородской области
В главе представлено состояние почвенного покрова Белгородской области.
2.3 Схема опытов и методика исследований
Для анализа изменения плодородия почв области использовались архивные материалы агрохимического обследования, проведенного Государственным центром агрохимической службы "Белгородский". Отбор почвенных образцов проводился согласно общесоюзной инструкции по крупномасштабным почвенным и агрохимическим исследованиям территорий колхозов и совхозов (1964 г.) в котором автор принимал непосредственное участие.
Исследования с озимой пшеницей проводились по схеме:
1. Контроль; 2. РбоК<ю; 3- ^6оРбоКм>; 4. Ы<Х)Р60К60; 5. Т^оРбоК«; 6. Ы150РбоК<л; 7. ^^эдРздКчо; 8. N(20? 120^120'* 9. :Ы,50Р,50К,50.
Опыты по изучению влияния азотного режима на урожайность и качество зерна озимой пшеницы проводили в течение трех лет (1985-1987 гг.) на черноземе типичном тяжелосуглинистого гранулометрического состава. Опыт был заложен в четырехкратной повторное™, предшественник горох, сорт "Чайка". Агротехника возделывания общепринятая в соответствии с системой земледелия Белгородской области.
Агрохимические показатели опытного участка: содержание гумуса -5,0%, рНка - 5,5, подвижного фосфора -157 мг/кг, обменного калия - 114 мг/кг, азота легкогидролизуемого -167 мг/кг. Посевная площадь делянки 120 м", учетная - 61.3 м2. Учет урожая проводили комбайном поделяночно.
В опыте использовали аммиачную селитру, суперфосфат двойной гранулированный и калий хлористый. В наших исследованиях дополнительно был проведен отбор почвенных образцов осенью, после прекращения активной вегетации растений (при температуре воздуха ниже +5°С) и весной до начала активной вегетации в шести вариантах. Почвенные пробы отбирали послойно через 20 см до глубины 100 см. Для установления зависимости урожая и качества зерна озимой пшеницы от содержания азота в растениях, мы отбирали растительные образцы в фазы кущения и трубкования.
Исследования по изучению влияния доз минеральных удобрений на урожайность и качество корнеплодов сахарной свеклы проводили по схеме:
1. Контроль; 2. Р.^Кэд; 3. ^РэдКс»; 4. М^Р^К»; 5. К27оР9оКсЮ; 6. ЬЬбуРадКзд; 7. М]8оРшК18о; 8. ^7оР27оК27(Ь 9. ^боРзбоКзбО-
Опыты проводились в течение трех лет (1985-1987 гг.) на черноземе типичном тяжелосуглинистого гранулометрического состава. Опыт был заложен в четырехкратной повторности, сорт "Льговская односемянная-52". Агротехни-
ка возделывания общепринятая в соответствии с системой земледелия Белгородской области.
Агрохимические показатели опытного участка: содержание гумуса -5,4%, рНкп- 5,6, подвижного фосфора - 90 мг/кг, обменного калия - 108 мг/кг, азота легкогидролизуемого - 157 мг/кг. Посевная площадь делянки 100 \Г, учетная - 54 м2. Учет урожая проводили вручную. Полученные результаты обрабатывали методом дисперсионного анализа.
В наших исследованиях дополнительно был проведен отбор почвенных образцов перед посевом и в фазу 6-ти листьев послойно через 20 см до глубины 100 см для определения в почве минерального азота й отбор растительных образцов в фазу шести листьев для определения азота, фосфора и калия.
Объектами наших исследований по изучению транслокации тяжелых металлов в системе почва - растения являлись картофель, столовая свекла и фасоль.
Исследования по изучению поступления тяжелых металлов в клубни картофеля, столовую свеклу и фасоль проводились по схеме:
1. Контроль;
2. Ni8oPl8oK|8o;
3. N1S0PI80K180 + ZnS04(395,6 г/м2) + CuS04(176,8 г/м2) + CdS04(10,3 г/м2) + Pb(CH3COO)2.Pb(OH)2(82,0 г/м2);
4. N180Pi8oK,8o+ Известь (4 т/га) + ZnS04(395,6 г/м2) + CuS04(176,8 г/м2) + CdS04(10,3 г/м2) + РЬ(СН3ШО)2.РЬ(ОН)2(82,0 г/м2);
5. N18oPmoKi8o+ Навоз (50 т/га) + ZnS04(395,6 г/м2) + CuS04(176,8 г/м2) + CdS04(10,3 г/м2) + Pb(CH3COO)2.Pb(OH)2(82,0 г/м2);
6.N180Pl80Ki8o + Известь (4 т/га) + Навоз (50 т/га) + ZnS04(395,6 г/м2) + CuS04(176,8 г/м2) + CdS04(10,3 г/м2) + РЬ(СН3СОО)2.РЬ(ОН)2(82,0 г/м2);
7. N360P360K.360+ ZnS04(395,6 г/м2) + CuS04(176,8 г/м2) + CdS04(10,3 г/м2) + Pb(CH3COÓ)2.Pb(OH)2(82,0 г/м2);
Количество тяжелых металлов, внесенных на опытные делянки, рассчитывалось на чистый металл. Исследования проводились на черноземе типичном тяжелосуглинистого гранулометрического состава. Опыт заложен в четырехкратной повторности. Агрохимические показатели опытного участка: содержание гумуса - 5,8%, pHKci~ 5,6, подвижного фосфора - 312 мг/кг, обменного калия - 174 мг/кг, азота легкогидролизуемого -175 мг/кг, кадмия - 0,92 мг/кг, меди - 19,1 мг/кг, свинца - 21,5 мг/кг, цинка 44,4 мг/кг. Посевная площадь делянки 4,5 м", учетная - 3,25 м\ Учет урожая проводили вручную. Полученные результаты обрабатывали методом дисперсионного анализа.
Исследования влияния предшественников и минеральных удобрений на урожайность озимых зерновых культур проведены в 2003-2005 годах на базе факториального полевого опыта, заложенного в 2002 году кафедрами общего земледелия и растениеводства Белгородской ГСХА.
Почва опытного поля - чернозём типичный. Содержание гумуса в пахотном слое почвы перед закладкой опыта - 5,2 %, подвижного фосфора и обменного калия соответственно 108 и 76 мг/кг почвы. Реакция почвенного раствора слабокислая - рН Kci 5,4.
В качестве объектов исследования использовались высокопродуктивные сорта озимых культур: пшеница - Белгородская 16, тритикале - Тальва 100, рожь - Таловская 33.
Опыт был заложен в трёхкратной повторности, расположение делянок систематическое, общая площадь делянки - 67,5 м2, учётная площадь - 50 м2.
Схемой опыта было предусмотрено изучение пяти предшественников и четырёх доз минеральных удобрений. В качестве предшественников исследовали горох и занятый пар, которые являются традиционными для зоны, а также малоизученные в наших условиях - сидеральный пар, люпин, а также овёс, который в случаях насыщения севооборота зерновыми культурами может выступать в качестве предшественника озимых зерновых. Дозы минеральных удобрений представлены следующими вариантами - контроль (без удобрений), ¡^-юРадКад, Ы80Р80К80 и N]2оР 120^42о-
Мы проводили исследования за изменением содержания тяжелых металлов в почве и их поступлением в растениеводческую продукцию на 9 стационарных участках методом локального мониторинга. Почва на стационарных участках - чернозем типичный и чернозем выщелоченный тяжелосуглинистого гранулометрического состава. Отбор почвенных образцов проводили осенью на глубину 0-20 см. На участках дополнительно отбирали растительные образцы выращиваемых сельскохозяйственных культур. Стационарные участки расположены на сельскохозяйственных угодьях Белгородской государственной сельскохозяйственной академии и в хозяйствах Белгородской области. Определение агрохимических показателей почвы проводилось: -рНКС| — по методу ЦИНАО (ГОСТ 26483-85); -гумус—ГОСТ 26213-93;
-сумма поглощенных оснований — по методу Каппена-Гильковица (ГОСТ 27821-88);
-гидролитическая кислотность — по методу Каппена в модификации ЦИНАО (ГОСТ 26212-91);
-легкогидролизуемый азот — по Корнфилду;
-подвижные формы фосфора на некарбонатных почвах — по методу Чи-рикова в модификации ЦИНАО (ГОСТ 26-204-91);
-обменные формы калия на некарбонатных почвах — по методу Чирикова в модификации ЦИНАО (ГОСТ 26-204-91);
Определение тяжелых металлов в почве и клубнях картофеля проводилось по методическим указаниям разработанным ЦИНАО (1993).
Содержание сахара в корнеплодах сахарной свеклы определяли по методу Бертрана. Клейковину по стандартному методу — ГОСТ 27839-88. Определение крахмала в сухом веществе проводили антроновым методом. Содержание нитратного азота - ионометрическим методом (ГОСТ 26951-86). Определение общего азота, фосфора и калия в растениях - методом мокрого озоления (ГОСТ на азот 13496-93, фосфор 26657-97, калий 30504-97). Расчет энергетической эффективности провели по методике Минеева В.Г. (2004).
3 ИЗМЕНЕНИЕ АГРОХИМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПОЧВ ПАШНИ Н УРОЖАЙНОСТИ ОСНОВНЫХ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР В БЕЛГОРОДСКОЙ ОБЛАСТИ ЗА ПЕРИОД С 1964 ПО 2004гг.
3.1 Изменение агрохимических показателей почв пашни за период с 1964 по 2004 гг.
Охрана и воспроизводство плодородия почв - первооснова высокопродуктивного земледелия, получения высоких и устойчивых урожаев. Мы провели анализ изменения плодородия почв пашни Белгородской области за сорок лет (1964 - 2004гг.)
Анализ показал, что средневзвешенное содержание подвижного фосфора в почве за 30 лет (до шестого тура) постоянно увеличивалось с 55мг/кг до 131 мг/кг, а начиная с седьмого тура (2000-2004гг.), содержание подвижного фосфора постепенно снижается до 121 мг/кг.
Произошло и изменение распределения площадей по классам обеспеченности. В первом туре (1964-1970гг.) площадь почв с очень низким и низким содержанием фосфора составила 54% от обследуемой, со средним -39,9%, с повышенным - 47% и с высоким и очень высоким -1,4%. В пятом туре (19901994гг.) площади почв с очень низким и низким содержанием фосфора составили всего лишь 9,7% или на 44,3% меньше чем в первом туре, а в шестом (1995-1999гг.) и в седьмом (2000-2004гг.) - 5,9% и 7,1% соответственно. Площади пашни со средним содержанием подвижного фосфора составили 33,6% в шестом туре, а в седьмом на 4,4% увеличились и составили 38%. В то же время увеличились площади почв с повышенным, высоким и очень высоким содержанием и составили 60,5% от обследуемой площади в шестом туре. В седьмом туре площади с повышенным, высоким и очень высоким содержанием снизились на 5,6% по сравнению с шестым туром и составили 54,9%. Следовательно, за последние 40 лет улучшился фосфатный режим почвы и произошло перераспределение площадей по группам обеспеченности фосфором, однако с седьмого тура (2000-2004 гг.) происходит уменьшение площадей почв с высокой обеспеченностью фосфором. Анализ поступления фосфора с удобрениями в почвы области показал, что оно возрастало со второго (1970-1975гг.) по четвертый тур( 1984-1989гг.), в пятом( 1990-1994гг.) наметилась тенденция к его уменьшению, а в шестом и седьмом туре поступление фосфора резко сократилось. В среднем за 1970-1975 гг. в почву вносили фосфора 21 кг/га д.в. Ежегодно поступление этого элемента увеличивалось до 31 кг/га д.в. в 1975-1983 гг., до 60 кг/га д.в в 1984-1989 гг. В пятом туре (1990-1994 гг.) в почву поступило 53 кг/га д.в. фосфора или на 12 % меньше, чем в предыдущий период. С шестого тура агрохимического обследования поступление фосфора в почву резко сократилось и составило 17 кг/га д.в., а в седьмом - 16 кг/га д.в. Следовательно, с 1970 по 1994 гг. внесение фосфора увеличилось на 32 кг/га д.в. или в 2,5 раза, а с 1995 по2004г.г. поступление его снизилось до 16 кг/га д.в. или на 37 кг/га д.в. меньше по сравнению с пятым туром агрохимического обследования. Баланс по фосфору за период 1970-1975 гг. был положительный и составил +2 кг/га, в
третьем туре — +12 кг/га, в четвертом — +33 кг/га и в пятом туре +26 кг/га, в шестом +2 кг/га, а в седьмом отрицательный -4кг/га.
Представленные данные показывают, что увеличение содержания подвижного фосфора в почвах пашни Белгородской области происходит под влиянием внесения минеральных и органических удобрений. В седьмом туре наметилась тенденция снижения содержания фосфора при отрицательном его балансе.
Анализ динамики содержания обменного калия в почвах пашни Белгородской области за сорокалетний период показал, что средневзвешенное его содержание в почве за этот период увеличилось со 105 до 121 мг/кг почвы.
Произошло и изменение в распределении площадей почв по классам обеспеченности. За период 1964-1970гг. площадь почв с очень низким и низким содержанием обменного калия составила 7,9% от обследуемой, со средним -21%, с повышенным - 25,3% и с высоким и очень высоким - 35,8%. В пятом туре площади почв с очень низким и низким содержанием обменного калия составили 2,4% от обследуемой или на 5,4% меньше, чем в первом туре. Площади с повышенным, высоким и очень высоким содержанием составили 80,9% от обследуемой или на 9,8% больше, чем в первом туре. Незначительное перераспределение площадей произошло в седьмом туре агрохимического обследования. Площадь с очень низким и низким содержанием составила 2,1% или на 0,1% больше по сравнению с шестым туром, со средним содержанием - 14,6% или на 1,1% больше и площадь с повышенным, высоким и очень высоким содержанием составила 83,3%, что на 1,2% меньше по сравнению с шестым туром. Следовательно, в седьмом туре наметилась тенденция уменьшения площадей почв с высоким и очень высоким содержанием калия.
Внесение калия с удобрениями в почву пашни Белгородской области увеличивалось со второго по четвертый тур агрохимического обследования с 29 до 77 кг/га д.в., а в пятом, шестом и седьмом турах агрохимического обследования поступление калия резко сократилось и составило 51, 20 и 22 кг/га д.в. соответственно. Баланс калия по турам агрохимического обследования изменялся до четвертого тура в сторону увеличения, а, начиная с пятого по седьмой тур, произошло резкое уменьшение поступления калия в почву, и баланс стал отрицательный.
Анализ изменения кислотности почв с 1975 по 2004 годы показал, что в последние годы наблюдается тенденция подкисления реакции почвенной среды. В третьем туре агрохимического обследования площадь кислых почв составила 22,8 % от обследуемых, близких к нейтральным — 33,2 % и нейтральных — 44 % . За 19 лет произошло увеличение площадей почв с кислой реакцией среды, отмечено сокращение площадей почв с реакцией близкой к нейтральной и нейтральной. В седьмом туре (2000-2004гг.) площадь почв с кислой реакцией среды составила 36,3%, близкой к нейтральной - 23,1% и нейтральной - 40,6%.
Следовательно, площади почв с реакцией близкой к нейтральной и нейтральной сократились на 10,1 % и 3,4% соответственно. Для поддержания оптимальной реакции почвенной среды необходимо проводить ежегодно известкование на площади 30-40 тыс.га.
Анализ внесения органических удобрений с 1970 по 2004 гг. показал, что со второго (1970-1975гг.) по пятый тур (1990-1994 гг.) внесение органических удобрений увеличивалось с 2,4 до 4,5 т/га. В шестом туре (1995 - 1999гг.) внесение органических удобрений снизилось до 2,4 т/га, а в седьмом - до 1,7 т/га.
Анализ изменения содержания гумуса в почве с 1984 по 2004 гг. показал, что средневзвешенное его содержание в четвертом и седьмом турах составило 4,9 %. В четвертом туре площадь с очень низким и низким содержанием гумуса составила 18 % от обследуемой, со средним — 67,7 %, с повышенным — 14,2 %, с высоким и очень высоким — 0,1 %. В пятом туре площадь с очень низким и низким содержанием гумуса увеличилась на 2,7 % и составила 20,7 %, со средним — 70,6 %, с повышенным — 8,6 % и с высоким — 0,1 %.
Данные седьмого тура агрохимического обследования показывают, что площадь почв с очень низким и низким содержанием гумуса составила 18,25%, что на 0,25% больше по сравнению с третьим, площадь со средним содержанием - 74,7% или на 7% больше по сравнению с третьим туром, а площадь с повышенным содержанием снизилась на 7,15%. Следовательно, за 20 лет произошло перераспределение площадей пашни по группам обеспеченности гумусом.
Мы провели расчет баланса гумуса в почвах пашни Белгородской области. Баланс гумуса за период с 1984 по 2004 гг. отрицательный и составил от -0,40 т/га до -0,30 т/га. Компенсационная доза органических удобрений при таком балансе составляет 4,5 - 5,0 т/га.
Таким образом, если рассматривать в целом динамику плодородия почв в Белгородской области за семь туров агрохимических обследований с 1964 по 2004 гг., можно отметить, что до 1989 г. шло постоянное наращивание почвенного плодородия за счет повышения объемов внесения как минеральных, так и органических удобрений. Резкое снижение количества вносимых удобрений в последние годы привело к снижению показателей таких элементов плодородия как фосфор и калий. Увеличились площади кислых почв в связи с сокращением объемов известкования, наблюдается тенденция увеличения площадей почв со средним и низким содержанием гумуса.
3.2 Динамика урожайности сельскохозяйственных культур за 1970-2004 гг.
За период с 1970 по 1994 гг. постепенное совершенствование технологии выращивания зерновых и рост объемов внесения удобрений позволил повысить их урожай в 1,5 раза (с 20,4 до 29,7 ц/га). В шестом туре отмечается резкое снижение урожайности зерновых до 17,3 ц/га, а в седьмом урожайность составила 23,8 ц/га, что напрямую связано с количеством вносимых удобрений. Внесение минеральных и органических удобрений с 1970 по 1994 год под зерновые культуры постоянно увеличивалось. Минеральных с 32 до 89 кг/га д.в. и с 2,8 до 7,5 т/га органических удобрений. В шестом и седьмом туре внесение минеральных удобрений составило 30 и 44 кг/га д.в. и органических 4,1 и 2,1 т/га соответственно. Мы провели расчет окупаемости удобрений за 34 летний период. Окупаемость удобрений урожаем зерновых культур составила во втором,
третьем, четвертом, пятом, шестом и седьмом турах 105, 86, 109, 147, 94 и 96% к нормативу соответственно.
Урожайность озимой пшеницы за 34 года увеличилась с 24,7 до 34,0 ц/га, однако в 1995-1999гг. урожайность ее снизилась на 11,2 ц/га и составила 22,8ц/га. В седьмом туре при повышении норм внесения удобрений увеличилась и урожайность озимой пшеницы на 12 ц/га и составила 34,8 ц/га. За период с 1970 по 1994 гг. внесение минеральных удобрений увеличилось в 1,8 (с 68 до 130 кг/га д.в.) и органических в 1,9 раза (с 8,1 до 15,5 т/га). В шестом и седьмом турах минеральных удобрений внесено 47 и 66 кг/га д.в. и органических 7,8 и 4,5 т/га соответственно. Окупаемость удобрений урожаем озимой пшеницы с 1970 по 1994 гг. постоянно увеличивалась от 75 % к нормативу во втором туре до 127 % к нормативу в пятом туре. В шестом туре окупаемость удобрений урожаем озимой пшеницы снизилась до уровня 87% к нормативу, а в седьмом увеличилась до 114% к нормативу. Урожайность сахарной свеклы увеличивалась до четвертого тура агрохимического обследования от 153 и/га (1970-1975 гг.) до 215 ц/га (1990-1994 гг.). В шестом и седьмом турах урожайность составила 180 и 224 ц/га соответственно. Внесение минеральных и органических удобрений на посевы сахарной свеклы увеличивалось до четвертого тура.
Мы провели расчет окупаемости удобрений урожаем корнеплодов сахарной свеклы за 34 года. Во втором, третьем, четвертом, пятом, шестом и седьмом турах окупаемость удобрений урожаем корнеплодов сахарной свеклы составила 73, 75, 99, 81,98 и 101% к нормативу соответственно. Подводя итог, можно отметить, что увеличение доз внесения минеральных и органических удобрений оказывало положительное влияние на повышение урожайности сельскохозяйственных культур области. Прибавка урожая за счет удобрений составляет: при возделывании зерновых от 30 до 40%, при возделывании сахарной свеклы от 20 до 30%.
4 РЕГУЛИРОВАНИЕ АЗОТНОГО РЕЖИМА ПОЧВ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ УРОЖАЙНОСТИ И КАЧЕСТВА СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР
4.1 Регулирование азотного режима почв для повышения урожайности и качества зерна озимой пшеницы
Результаты исследований зависимости урожайности озимой пшеницы от доз минеральных удобрений представлены в таблице 1.
В среднем за три года урожайность озимой пшеницы составила на контроле 4,25 т/га, внесение фосфорно-капийных удобрений способствовало повышению урожайности на 0,32 т/га. Внесение азотных удобрений N90 на фоне РбоК<ю повышало урожайность до 4,85 т/га. Повышение доз азотных удобрений до 120150 кг/га д.в. не увеличивало урожайность озимой пшеницы. Дополнительное внесение фосфорно-калийных удобрений при повышенных дозах азота, повышало урожайность зерна до 4,86 т/га в варианте N90P90K90 и до 4,96 т/га в варианте Ni50Pi5oKi5o. С увеличением доз азотных и фосфорно-калийных удобрений урожайность зерна озимой пшеницы увеличивалась, однако прирост прибавки урожая на 1 кг NPK уменьшался и составил в вариантах Р«)К6о и N^P«^«, - 2,7
кг, в варианте ЫуоРбоК«) - 2,9 кг, в вариантах Т^|2оРбоК«> и N | ^(¡Р(,;)Ы{,() — 1,8 кг и 1,4 кг соответственно.
Таблица 1 - Урожайность озимой пшеницы в среднем за 1985-1987 гг., т/га
Варианты опыта 1985 1986 1987 В среднем за 3 года
Урожайность Прибавка Урожайность Прибавка Урожайность Прибавка Урожайность Прибавка
Контроль 4,47 - 4,12 - 4,15 - 4,25 -
РбоКбо 5,01 0,54 4,26 0,14 4,43 0,28 4,57 0,32
^оРбоКбо 5,14 0,67 4,52 0,40 4,52 0,37 4,73 0,48
^РбоКоо 5,25 0,78 4,61 0,49 4,69 0,54 4,85 0,60
N 120Рм)К*>0 5,10 0,63 4,48 0,36 4,47 0,32 4,68 0,43
^|5оРбоКбО 5,02 0,55 4,36 0,24 4,50 0,35 4,63 0,38
^цфРодКдо 5,35 0,88 4,41 0,29 4,82 0,67 4,86 0,61
М]2ОР12ОК|2О 5,47 1,00 4,18 0,06 4,77 0,62 4,81 0,56
М15оР15()К|50 5,57 1,10 4,48 0,36 4,82 0,67 4,96 0,71
НСРсдо 0,49 0,16 0.20 -
Прирост прибавки урожая на 1 кг №К в варианте К^Р^К^ составил 2,3 кг, в варианте МпоР^оК^о и Т^оРиоКво - 1,6 кг. Следовательно, максимальный прирост прибавки урожая на 1 кг ЫРК составил 2,9 кг в варианте Ы^РбоКбо За годы проведения опыта получено зерно озимой пшеницы с содержанием белка в среднем за три года от 13,6% на контроле до 17% в варианте М^оРбоКбо, клейковины, в зависимости от вариантов от 23,9 до 27,9%. С увеличением доз азота содержание белка и клейковины в зерне, как правило, повышалось. С увеличением доз азотных удобрений содержание минерального азота в почве увеличивалось. Установлена положительная связь урожая с запасами минерального азота в осенний и весенний период по горизонтам 0-40; 0-60 и 0-100 см. Коэффициенты корреляции свидетельствуют о сильной связи урожая с запасами минерального азота в почве, как в осенний, так и в весенний периоды. Количественная зависимость между запасами минерального азота в почве и урожайностью озимой пшеницы выражается уравнениями регрессии, представленными в таблице 2.
Таблица 2- Зависимость урожайности озимой пшеницы от запасов минерального азота в почве
Слой почвы, см Коэффициенты корреляции Коэффициенты детерминации Уравнение линейной регрессии
в осенний период в весенний период в осенний период в весенний период в осенний период в весенний период
0-40 0,84 0,75 0,71 0,56 У = 40,43 + 0,05х У =37,25 + 0,16х
0-60 0,82 0,72 0,67 0,52 У = 39,62 + 0,046х У = 38,78 + 0,08х
0-100 0,81 0,85 0,66 0,72 У = 38,92 + 0,04х У = 35,03 + 0,07х
Полученные уравнения регрессии позволяют прогнозировать урожайность озимой пшеницы при известных запасах минерального азота в почве осенью и весной в слое 0-100,0-60 и 0-40 см.
Для определения зависимости содержания белка в зерне озимой пшеницы от запасов минерального азота в почве были рассчитаны уравнения регрессии (табл. 3).
Таблица 3 - Зависимость содержания белка в зерне озимой пшеницы
от запасов минерального азота в почве.
Слой почвы, см Коэффициенты корреляции Коэффициенты детерминации Уравнение линейной регрессии
в осенний период в весенний период в осенний период в весенний период в осенний период в весенний период
0-40 0,91 0,66 0,83 0,44 У = 12,32+ 0,03х У= 11,31 +0,08х
0-60 0,91 0,68 0,83 0,46 У = 11,5 + 0,03х У = 11,15 +0,05х
0-100 0,90 0,82 0,81 0,67 У = 10,33 + 0,03х У = 9,4 + 0,04х
Высокие значения коэффициента корреляции в осенний период по слоям почвы 0-40,0-60 и 0-100 см (0,91; 0,91; 0,90) свидетельствуют о тесной взаимосвязи анализируемых факторов. Имеется прямая зависимость между запасами минерального азота в почве и содержанием белка в зерне озимой пшеницы, которая выражена уравнениями регрессии. Полученные уравнения регрессии позволяют прогнозировать содержание белка в зерне озимой пшеницы в зависимости от содержания минерального азота в почве.
Любой сельскохозяйственной культуре соответствует определенная концентрация питательных элементов по фазам развития. Мы определяли содержание основных элементов питания в растениях озимой пшеницы в фазу кущения и выхода в трубку.
Установлено, что наилучший урожай получен при содержании общего азота в растениях в фазе кущения - 4,77%, выхода в трубку - 4,06%, фосфора и калия соответственно 0,61 и 2,56; 0,50 и 3,54%. Коэффициенты корреляции между урожаем озимой пшеницы и количеством общего азота в тканях растений в различные фазы вегетации были положительными.
Корреляционная зависимость между урожайностью озимой пшеницы и количеством общего азота средняя, коэффициент корреляции составил в фазу кущения - 0,66, в фазу выхода в трубку - 0,65, а коэффициент детерминации 0,44 и 0,42 соответственно. Количественная зависимость между урожайностью и количеством общего азота выражается следующими уравнениями регрессии: для фазы кущения: У = 26,92 + 4,08х; для фазы выхода в трубку: У = 28,89 + 4,27х. Количественная зависимость между содержанием белка в зерне озимой пшеницы и содержанием общего азота в растениях выражается следующими уравнениями регрессии: для фазы кущения: У = 0,05 + 3,33х; для фазы выхода в трубку: У = 1,92 + 3,42х.
Вынос элементов питания растениями изменяется в зависимости от доз внесения удобрений и уровня урожаев.
На основании проведенных исследований можно сделать вывод, что оптимальное содержание минерального азота в почве в слое 0-100 см на черноземе типичном тяжелосуглинистого гранулометрического состава при высоком содержании фосфора и повышенном калия составляет: осенью - 210 кг/га, весной - 180 кг/га, в варианте NooPgoK«), при этом получена урожайность озимой пшеницы 4,85 т/га с содержанием белка 16,4% и клейковины 26,7%.
Установлена положительная связь урожайности с запасами минерального азота в почве и полученные уравнения регрессии позволяют прогнозировать урожайность озимой пшеницы при известных запасах минерального азота в почве осенью и весной. Установлена корреляционная зависимость между запасами минерального азота в почве и содержанием белка в зерне озимой пшеницы. Установлена корреляционная зависимость между урожайностью и количеством общего азота в растении по фазам развития, а также между содержанием белка в зерне озимой пшеницы и содержанием общего азота в растении по фазам развития.
4.2 Регулирование азотного режима почв для повышения урожайности и качества корнеплодов сахарной свеклы
Результаты исследований зависимости урожайности сахарной свеклы от доз минеральных удобрений представлены в таблице 4.
Таблица 4 -Урожайность корнеплодов сахарной свеклы за 1985-1987 гг., т/га
Варианты опыта 1985г. 1986г. 1987г. В среднем за 3 года
Урожайность Прибавка Урожайность Прибавка Урожай ность Прибавка Урожайность Прибавка
Контроль 27,4 - 20,6 - 27,6 - 25,2 -
Р90К90 29,7 2,3 23,9 3,3 31,4 3,8 28,3 3,1
N90P90K90 30,7 3,3 27,5 6,9 34,5 6,9 30,9 5,7
N1S0P90K90 32,6 5,2 26,4 5,8 33,9 6,3 31,0 5,8
N270P90K90 33,0 5,6 28,1 7,5 35,6 8,0 32,2 7,0
N360P90K90 34,3 6,9 28.8 8,2 34,9 7,3 32,7 7.5
Nj8oPl8C>K|8G 33,2 5,8 29,9 9,3 34.9 7,3 32,7 7,5
N270P270K27O 35,0 7.6 27,3 6,7 36,1 8,5 32,8 7,6
N360P360K360 34,5 7,1 30,2 9,6 36,1 8,5 33,6 8,4
НСРо.о, 3,6 1,9 1,9 -
В среднем за три года урожайность корнеплодов сахарной свеклы получена от 25,2 т/га на контроле до 33,6 т/га в варианте Ы3боРзбоКз<ю- Увеличение доз азотных удобрений до 360 кг/га д.в. на фоне Р90К90 повышало урожайность сахарной свеклы с 30,9 т/га до 32,7 т/га. Внесение дополнительных доз фосфор-но-калийных удобрений до уровня 180-360 кг/га д.в., на соответствующем азотном фоне повышало урожайность корнеплодов сахарной свеклы с 31,0 т/га в варианте ТМ^оРэдКзд до 32,7 т/га в варианте ГЧ180Р|8оК]80, с 32,2 т/га в варианте ТчЬтоР^Сю до 32,8 т/га в варианте ^оРгто^о и с 32,7 т/га в варианте Ьж^К«,
до 33,6 т/га в варианте К360Рз6оКз&о- Следовательно, дополнительное внесение фосфорно-калийных удобрений повышало урожайность сахарной свеклы, но незначительно. С увеличением доз азотных удобрений на фоне Р90К90 прирост прибавки урожая на 1 кг №К уменьшался и составил в варианте ЫэдРэдКэд -21,1 кг, в варианте МшРгюКсю - 16,1 кг, в варианте ^оРэдКэд - 15,6 кг и в варианте КадРдоКс« -13,9кг. Дополнительное внесение фосфорно-калийных удобрений не оказывало положительного влияния на увеличение прироста прибавки урожая на 1 кг №К. В варианте Г^оР^оК™ прирост прибавки урожая на 1 кг №К составил 13,9 кг, в варианте ^7<>Р27оК27о - 9,4 кг и в варианте Т^збоРэбоК-збо -7,7 кг. Содержание сахара в корнеплодах в среднем за три года изменялось от 15,4% в варианте ИзбоРзбоКзбо до 16,6% в варианте Р<)0КсЮ и КюРооКчо. Выход сахара составил от 4,14 т/га на контроле до 5,23 т/га в варианте М|80Р,80К,яо. Высокие дозы фосфорно-калийных удобрений не оказывают значительного влияния на урожайность корнеплодов сахарной свеклы. Для прогнозирования урожайности корнеплодов сахарной свеклы и регулирования уровня азотного питания, особенно в период роста вегетативных органов, необходимо знать содержание минерального азота в почве и питательных элементов в растениях. Между содержанием минерального азота в почве в слое 0-100 см и урожаем сахарной свеклы имеется тесная связь. При увеличении содержания минерального азота в почве урожайность сахарной свеклы увеличивалась. Однако прирост урожая при содержании минерального азота более 191 кг/га перед посевом и более 163 кг/га в фазу шести листьев незначительный. Кроме того, содержание сахара в корнеплодах снижается при увеличении запасов минерального азота в почве в слое 0-100 см в фазу шести листьев более 163 кг/га и перед посевом -более 191 кг/га. Для определения зависимости урожая от содержания в почве минерального азота был проведен корреляционный анализ. Установлена положительная связь урожая с содержанием минеральных форм азота в слое 0-60 см и 0-100 см перед посевом и в фазу шести листьев (таблица 5).
Таблица .5 - Зависимость урожайности сахарной свеклы от запасов
минерального азота в почве
Слой Коэффициенты Коэффициенты Уравнение линейной регрессии
почвы, корреляции детерминации
см перед фаза перед фаза перед посевом фаза шесть
посе- шесть посе- шесть листьев
вом листьев вом листьев
0-60 0,87 0.82 0,76 0,67 У= 17,1 +2,18х У=184,1+ 0,97х
0-100 0,94 0,86 0,88 0,74 У=82,72 +1,11х У= 190,82+ 0,6х
Коэффициенты корреляции свидетельствуют о сильной связи урожая с запасами минерального азота в почве перед посевом и в фазу шести листьев.
При известных запасах минерального азота в почве в слое 0-60 см и 0-100 см, перед посевом и в фазу шести листьев, полученные уравнения регрессии позволяют прогнозировать урожайность сахарной свеклы. Расчет коэффициентов корреляции зависимости между запасами минерального азота в почве и содержанием сахара в корнеплодах сахарной свеклы представлен в таблице 6.
Таблица 6 - Зависимость между запасами минерального азота в почве и содержанием сахара в корнеплодах_
Слой Коэффициенты Коэффициенты Уравнение линейной регрессии
почвы, корреляции детерминации
см перед фаза перед фаза перед посевом фаза шесть
посе- шесть посе- шесгь листьев
вом листьев вом листьев
0-60 -0,81 -0,94 0,66 0,88 У=20,0- 0,029х У= 18,15-0,016х
0-100 -0.81 -0,93 0,66 0,86 У=18,977-0,014х У=17,875-0,009х
Результаты расчетов показывают, что между запасами минерального азота в почве в слое 0-60 см и 0-100 см, как перед посевом, так и в фазу шести листьев и содержанием сахара в корнеплодах существует тесная обратная связь и коэффициенты корреляции равны -0,81 перед посевом и -0,93 в фазу шести листьев в слое 0-100 см, а в слое 0-60 см - -0,81 и -0,94 соответственно.
Внесение минеральных удобрений увеличивало вынос азота. Такая же тенденция наблюдалась по выносу фосфора и калия.
В результате проведенных исследований было установлено, что оптимальное содержание минерального азота в почве в слое 0-100 см на черноземе типичном тяжелосуглинистого гранулометрического состава при среднем содержании фосфора и повышенном калия составляет перед посевом 190 кг/га, в фазу шести листьев 160 кг/га при внесении ЫэдРдоКэд и получении урожая сахарной свеклы 30,9 т/га с сахаристостью 16,6%.
Максимальный прирост урожая составил 21,1 кг/кг ЫРК в варианте МэоРэдКао. Установлена положительная связь между запасами минерального азота в почве в слое О-бОсм, и 0-100см перед посевом и в фазу шести листьев и урожайностью сахарной свеклы, что подтверждается соответствующими уравнениями регрессии, которые позволят прогнозировать урожайность этой культуры и определять необходимость проведения азотных подкормок.
5 ВЛИЯНИЕ ПРЕДШЕСТВЕННИКОВ И УДОБРЕНИЙ НА УРОЖАЙНОСТЬ И КАЧЕСТВО ОЗИМЫХ ЗЕРНОВЫХ КУЛЬТУР
При резком сокращении объемов внесения органических удобрений, для поддержания бездефицитного баланса гумуса, необходимо уделять внимание подбору сельскохозяйственных культур в севообороте, с учётом количества и качества пожнивных и корневых остатков, а также побочной продукции, если она остается на полях и заделывается в почву.
В наших опытах, среди изучаемых предшественников озимых культур, в среднем за два года, максимальное поступление абсолютно сухого вещества растительных остатков в почву обеспечил овёс - 8,04 т/га, несколько ниже си-деральный пар - 5,60 т/га, бобовые культуры на уровне 5,74-5,78. А минимальные показатели были отмечены у занятого пара - 3,17 т/га.
В среднем за два года у озимой пшеницы урожайность зерна варьировала от 3,30 до 5,73 т/га, в зависимости от предшественников и фонов минерального питания, у ржи и тритикале 3,67-5,58 т/га и 3,39-6,21 т/га соответственно.
По всем предшественникам без внесения удобрений, более высокая урожайность получена у озимой ржи от 3,67 до 5,23 т/га, наименьшая урожайность отмечена у озимой пшеницы от 3,30 до 5,01 т/га. Что касается самих предшественников, то самый низкий урожай зерна озимых был получен по овсу, а самые высокие результаты давали посевы по паровым предшественникам. Так, если урожайность пшеницы по овсу составила от 3,30 до 4,55 т/га в зависимости от фона питания, то по сидеральному пару от 5,01 до 5,73 т/га. Наиболее высокую отзывчивость на внесение минеральных удобрений показала озимая тритикале прибавки урожая составили от 0,44 до 1,57 т/га. Озимая пшеница заняла промежуточное место, её показатели составили от 0,38 до 1,25 т/га.
Наиболее высокие показатели прибавки урожайности культур от вносимых удобрений были получены по наиболее худшему предшественнику - овсу. Самые низкие значения данного показателя были отмечены по паровым предшественникам. Необходимо также отметить, что применение повышенных доз минеральных удобрений не всегда соответствовало увеличению урожайности. Например, на делянках с внесением НгоРпоК^о по сидеральному и занятому парам, урожайность пшеницы и ржи практически оставалась на том же уровне, что и на вариантах с применением ЫдаРшК^о.
Наиболее отзывчивы озимые культуры на внесение минеральных удобрений при возделывании их по предшественнику овес, а менее отзывчивы при возделывании их по занятому и сидеральному пару.
Качество возделываемых сельскохозяйственных культур также зависело от применяемых доз удобрений и предшественников. По сидеральному и занятому парам содержание протеина в зерне тритикале в среднем составило 15,9 и 15,8 % соответственно, в то время как по овсу данный показатель находился на уровне 13,1 %. Применение минеральных удобрений улучшало качество зерна. Так если на контрольном варианте после сидерального пара содержание протеина в зерне пшеницы составило 14,2 %, то на фоне Ы12оР|2оК|;0 - 15,9 %. Наиболее высокий процент содержания и как следствие сбор растительного протеина с урожаем зерна с единицы площади, в целом по опыту были отмечены у тритикале, наименьшие у озимой ржи.
На основании полученных результатов можно сделать вывод, что урожайность зерна озимых зерновых культур зависела как от предшественников, так и от удобрений. Наиболее высокие результаты были получены при размещении исследуемых культур после занятого и сидерального паров 4,90-6,21 т/га, несколько ниже после гороха и люпина 4,48-5,88 т/га, тогда как после овса - 3,30-4,96 т/га. На контрольных вариантах наиболее высокую урожайность обеспечивала озимая рожь, но при этом прибавки урожая от внесения удобрений у неё были ниже, чем у пшеницы и тритикале 0,30-0,72 т/га против 0,381,25 и 0,44-1,57 т/га соответственно.
Наиболее высокое содержание протеина и его сбор с урожаем зерна озимых зерновых культур были получены после сидерального и занятого паров
12,5-16,9 % и 0,641-1,049 т/га. После бобовых предшественников эти показатели колебались в пределах 11,4-16,1 % и 0,533-0,944 т/га, а после овса 9,7-14,7 % и 0,356-0,727 т/га, соответственно. Применение удобрений повышало данные показатели.
6 ЭКОЛОГО-АГРОХИМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ВОЗДЕЛЫВАНИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР НА ПОЧВАХ, ЗАГРЯЗНЕННЫХ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ
6.1 Возделывание картофеля на почвах, загрязненных тяжелыми металлами
В наших исследованиях мы изучали поступление цинка, кадмия, меди и свинца в клубни картофеля в зависимости от внесения минеральных удобрений, извести и навоза на почвах, загрязненных тяжелыми металлами. Внесение водорастворимых солей кадмия, меди, цинка и свинца в почву привело к повышению содержания их валовых форм в среднем: кадмия в 13-17; меди в 2-2,4, цинка в 1,4-1,8 и свинца в 1,6-3,4 раза от уровня ОДК, и составило: 13,5-17,7 ; 122-156 , 158-193 и 106-146 мг/кг соответственно. Содержание подвижных форм кадмия, меди, свинца и цинка на контроле составило 0,18, 0,32, 2,58 и 0,71 мг/кг соответственно. На загрязненных участках содержание кадмия составило от 1,93мг/кг в вариантеЫ,8оР|8оК|8о + ТМ + известь до 2,92 мг/кг в варианте МшРшК-ш + ТМ, содержание подвижных форм меди - от 1,93 мг/кг в варианте ^боРзбоК.збо+ ТМ до 3,0мг/кг в вариантеМшРшКш + ТМ + известь, свинца от 22,8мг/кг до 7,51 мг/кг в вариантеМтРш^мзо + ТМ + известь, цинка - от 11,53 мг/кг в варианте ^боРзбоКзбо+ ТМ до 8,63 мг/кг в варианте Т^боРшКш + ТМ + навоз.
О влиянии средств химизации на превращения тяжелых металлов в почве можно судить по коэффициенту их подвижности (табл. 7).
Таблица 7 - Коэффициент подвижности тяжелых металлов в среднем
за 1995-1997гг., %
Варианты опыта са Си РЬ га
Контроль 21,18 1,33 10,08 1,01
^18ОР18ОК|8<) 17,72 0,86 9,39 1,13
М,80Р18оК180 + ТМ 16,43 2,03 8,17 6,05
К180Р18оК|80 + ТМ + известь 12,08 1,79 6,04 5,50
М18оР|8оК|8о + ТМ + навоз 13,19 1,92 7,28 5,15
К180Р|80К180 + ТМ + навоз + известь 13,01 1,79 6,64 5,00
К,«,РзбоКзбо+ ТМ 16,06 1,34 10,33 5,96
Коэффициент подвижности кадмия на контрольном варианте в среднем за три года составил 21,18%, в варианте Т^оР^оК^о + ТМ -16.43%, внесение извести снижает этот показатель на 4,35%, внесение навоза на 3,24%, совместное внесение навоза и извести на 3,42%, а двойная доза минеральных удобрений снижает коэффициент подвижности всего лишь на 0,37%.
Коэффициенты подвижности меди ниже, чем кадмия. В варианте Ы|80Р18эК18о + ТМ коэффициент подвижности меди в среднем за три года составил 2,03%. Внесение извести, навоза, совместное внесение навоза и извести и двойная доза минеральных удобрений снижает коэффициент подвижности на 0,24,0,11,0,24 и 0,69% соответственно.
Коэффициент подвижности свинца на загрязненных участках изменялся от 8,17% в варианте ^воРшК^о + ТМ до 6,04% в варианте Ы^оР^К^о + ТМ + известь. Коэффициенты подвижности цинка значительно ниже, чем кадмия и в среднем за три года составили от 1,01% на контроле до 6,05% на делянках, загрязненных тяжелыми металлами. Внесение извести снижало коэффициент подвижности цинка на 0,55%, внесение навоза на 0,9%, совместное внесение навоза и извести на 1,05%, а двойная доза минеральных удобрений всего лишь на 0,09%.
Таким образом, внесение извести снижает коэффициент подвижности кадмия, цинка, меди и свинца, так как почвенные соединения тяжелых металлов обладают способностью образовывать карбонаты, бикарбонаты этих элементов. Внесение навоза снижает коэффициент подвижности кадмия, цинка, меди и свинца, но значительно меньше, чем внесение извести. Совместное внесение извести и навоза также положительно влияет на снижение коэффициента подвижности этих токсичных элементов.
Результаты наших исследований по влиянию удобрений и ТМ на урожай клубней картофеля представлены в таблице 8.
Таблица 8 - Урожайность клубней картофеля в 1995-1997 гг., т/га
Варианты опыта 1995г. 1996г. 1997г. В среднем за три года
Урожайность Прибавка Урожайность Прибавка Урожайность Прибавка Урожайность При бав-ка
Контроль 37,80 14,3 - 12,2 - 21,4 -
^180Р180К|80 50,70 12,9 17,6 3,3 18,7 6,5 29,0 7.6
МиоРтК-ио + ТМ 37,50 -0.3 17,5 3,2 15.0 2,8 23,3 1.9
^80Р180К,80 + ТМ + известь 46,80 9,0 18,5 4,2 17,0 4,8 27,4 6,0
М18ОР18ОК,80 + ТМ + навоз 47,40 9,6 17,6 3,3 17,3 5,1 27,4 6,0
^8оР|8оКш + ТМ + навоз + известь 49,50 11,7 19,7 5,4 17,5 5,3 28,9 7,5
^«,РзбоК™>+ТМ 42,50 4,7 18,2 3,9 15,7 3,5 25,5 4,1
НСРо.05 6,05 2,14 1,25 -
В среднем за три года прибавка урожая картофеля составила в варианте ^18оР18оК)8о - 7,6 ц/га. Внесение тяжелых металлов в почву снижало урожайность по сравнению с вариантом Ы^оРшоК^о на 5,7 т/га, и во всех остальных вариантах сказывалось отрицательное влияние токсичных элементов на урожайность картофеля. Однако на делянках с внесением извести, навоза и совместном их внесении отрицательное влияние токсичных элементов ослаблялось.
Повышенное содержание тяжелых металлов в почве на содержание крахмала в клубнях картофеля отрицательного влияния не оказало.
На контроле содержание крахмала составило 68,8% в сухом веществе, на участках с повышенным содержанием тяжелых металлов от 71,2 до 71,6%. При оценке качества овощных культур большое значение имеют не только их товарные свойства, но и содержание нитратного азота, который является одним из показателей качества. На контроле содержание нитратов составило 177 мг/кг, что ниже ПДК на 73 мг/кг. Внесение минеральных удобрений в дозе Т^ЬбоР^оК^о способствуют накоплению нитратов в клубнях картофеля до 294 мг/кг, а в варианте Т^воРшК^о + ТМ - 287 мг/кг. Следовательно, повышенное содержание тяжелых металлов в почве не оказывает влияние на увеличение накопления высоких концентраций нитратов в клубнях картофеля.
Одним из основных показателей качества сельскохозяйственной продукции является содержание в ней токсичных элементов (табл. 9).
На контрольном участке, содержание кадмия в клубнях составило 0,037 мг/кг, в вариантах М^оР^оК^о + ТМ и Кз<юРзбоКзбо+ ТМ - 0,073 и 0,083 мг/кг соответственно, что выше ПДК в 2,4 и 2,8 раза. В вариантах "Ы^оРдаКш + известь, НвоРдаКш + ТМ + известь + навоз, М^оРшК^о + ТМ + навоз содержание кадмия уменьшилось и составляло 0,057, 0,060 и 0,067 мг/кг соответственно.
Таблица 9 - Содержание тяжелых металлов в клубнях картофеля
в среднем за1995-1997 гг., мг/кг
Варианты опыта са Си РЬ Ъп
Контроль 0,037 0,423 0,287 ■ 5,583
^18оР|8оКц(0 0,037 0,373 0,297 5,020
М18Г>Р|8оК,80 + ТМ 0,073 0,537 0,380 7,287
М18оР|8оК[8о + ТМ + известь 0,057 0,597 0,367 7,007
М18оР|«оК|8о + ТМ + навоз 0,067 0,580 0,383 7,807
М|8оР|8оК.|8о + ТМ + навоз + известь 0,060 0,523 0,350 6,820
Т^боРзмКзбо+ТМ 0,083 0,643 0,427 8,153
ПДК 0,030 5,000 0,500 10,000
Следовательно, внесение извести снижает поступление кадмия на 22%. Совместное внесение извести и навоза на 18%, а внесение навоза, всего лишь на 8%. Поступление меди в клубни картофеля незначительное даже в вариантах, загрязненных этим элементом. Содержание ее составляет от 0,537 мг/кг в варианте К,80Р|80К,80 + ТМ до 0,643 в варианте ^боРзоооКз«^ ТМ, что ниже ПДК в 8-9 раз.
Содержание свинца в среднем за три года в клубнях картофеля во всех вариантах, загрязненных тяжелыми элементами также не превышает ПДК и составляет от 0,380 мг/кг до 0,427 мг/кг. Содержание цинка на загрязненных почвах в клубнях картофеля составило от 7,287 мг/кг до 8,153 мг/кг, что ниже ПДК на 2,713 мг/кг - 1,847 мг/кг. Мы рассчитали вынос азота, фосфора и калия основной и побочной продукцией. На основании полученных результатов уста-
новлено, что высокое содержание тяжелых металлов в почве изменяло интенсивность поступления азота, фосфора и калия в растения, но незначительно.
Расчет выноса кадмия, меди, свинца и цинка основной и побочной продукцией показал, что внесение извести, навоза и двойной дозы минеральных удобрений оказывало положительное влияние на увеличение выноса.
Мы рассчитали коэффициенты биологического поглощения кадмия, меди, цинка и свинца в зависимости от применяемых средств химизации. На загрязненных вариантах коэффициент биологического поглощения кадмия составил от 0,45 до 0,63%, меди - от 0,38 до 0,51%, свинца - от 0,21 до 0,34% и цинка от 4,23 до 4,86%. Мы рассчитали коэффициент использования питательных элементов из удобрений. На почвах, не загрязненных тяжелыми металлами, коэффициент использования азота составил 31%, фосфора - 14% и калия - 38%. Токсичные элементы снижали этот показатель на 19, 8 и 14% соответственно. Внесение извести положительно влияло на коэффициенты использования питательных веществ из удобрений. При внесении двойной дозы минеральных удобрений коэффициент использования составил по азоту - 9%, фосфору -6%, калия - 17%. Следовательно, наиболее подвижный металл в почве из изучаемых нами - кадмий. По коэффициенту подвижности тяжелые металлы на загрязненных почвах можно распределить следующим образом: Сс1 > РЬ > > Си. Внесение извести снижает коэффициент подвижности кадмия на 4,35%, меди на 0,24, цинка на 0,55 и свинца на 2,13%, внесение навоза и совместное внесение извести и навоза также снижают подвижность тяжелых металлов, но в меньшей степени. По коэффициенту биологического поглощения клубнями картофеля на загрязненных почвах тяжелые металлы можно распределить следующим образом: '¿п >С<1 > Си > РЬ. Внесение извести и совместное внесение извести и навоза снижают токсичное действие тяжелых металлов на рост и развитие картофеля. Тяжелые металлы не оказывают отрицательного влияния на качество картофеля. Внесение извести и совместное внесение извести и навоза снижают поступление кадмия в клубни картофеля на 22% и 18% соответственно. Внесение навоза также снижает накопление кадмия клубнями картофеля, но незначительно. Содержание меди, цинка и свинца в клубнях картофеля на загрязненных почвах не превысило ПДК.
6.2 Возделывание столовой свеклы на почвах, загрязненных тяжелыми металлами
Столовую свеклу выращивали на почвах, искусственно загрязненных тяжелыми металлами в звене овощного севооборота, по предшественнику -картофель.
Содержание подвижных форм кадмия, меди, свинца и цинка на контроле составило 0,33, 0,75, 1,91 и 2,35 мг/кг соответственно. На загрязненных участках содержание кадмия составило от 6,63мг/кг в аариантеЫ, 50Р18оК ]«о + ТМ + известь до 11,36 мг/кг в варианте Т^оРшКш + ТМ, содержание подвижных форм меди - от 3,79 мг/кг в варианте М^оР^оК]^ + ТМ + навоз до 7,36 мг/кг в варианте ^боРзмК.збо+ ТМ, свинца от 34,30 мг/кг в варианте МшРтК-ш + ТМ + известь до 43,24 мг/кг в варианте К35оРзбоК36о+ ТМ, цинка - от 37,9 мг/кг в варианте ^оРиоКшо + ТМ + навоз до 58,5 мг/кг в варианте М|80Р,80К180 + ТМ.
Коэффициенты подвижности тяжелых металлов в зависимости от применяемых средств химизации представлены в таблице 10.
Таблица 10 - Коэффициент подвижности тяжелых металлов в среднем за 1996_1997гг., % _____
Варианты опыта |_ С(1 Си РЬ Zn
Контроль . 27,7 3,63 7,38 3,16
1^180р18()К)80 16,2 3,73 5,55 2,85
Ы^РшК^О + ТМ 44.5 3,70 17,96 35,09
1Ч,80Р)80К180 + ТМ + известь 28,5 3,71 15,95 30,08
М180Р180К,80+ТМ + навоз 28,2 2,62 22,68 22,31
М,80Р18„К18(, + ТМ + навоз + известь 27,3 3,31 19,06 22,91
К,60Рз6ОК,6<>+ТМ | 29,1 4,56 20,69 28,25
Наиболее подвижным элементом из четырех исследуемых является кадмий. Коэффициент подвижности кадмия на контроле составил 27,7%, варианте Т^шР|8оКт _ 16,2%. На делянках, загрязненных тяжелыми металлами, коэффициент подвижности кадмия составил в варианте Т^180Р|8оК180 + ТМ 44,5%, внесение извести, навоза, совместное внесение извести и навоза и двойной дозы минеральных удобрений снижало этот показатель на 16; 16,3; 17,2 и 15,4% соответственно. Медь менее подвижна в почве, чем кадмий и коэффициент подвижности составил от 3,70% в варианте КшРш^ад + ТМ до 4,56% в варианте Мз<юРзы|Кз6о+ ТМ. Коэффициент подвижности свинца выше, чем меди, но ниже, чем коэффициент подвижности кадмия и цинка и изменялся от 7,38 % на контроле до 22,68 в варианте М^оРда^чво + ТМ + навоз. Коэффициент подвижности цинка изменялся от 3,16% на контрольном варианте до 35,09% в варианте МШР,80К,80 + ТМ.
Урожайность корнеплодов столовой свеклы представлена в таблице 11.
Таблица 11 - Урожайность корнеплодов столовой свеклы за 1996-1997 гг., т/га
Варианты опыта 1996г. 1997г. В среднем за два года
Урожайность Прибавка Урожайность Прибавка Урожайность Прибавка
Контроль 38,1 - 11,1 - 24,6 -
Т^18ОР18(>К|80 46,4 8,3 12,6 1,5 29,5 4,9
^8„Р180КШ+ТМ 43,2 5,1 11,5 0,4 27,3 2,7
М18ОР18ОК|8() + ТМ + Известь 51,5 13,4 14,7 3,6 33,1 8,5
К,80Р18„К180 + ТМ + Навоз 51,6 13,5 15,4 4,3 33,5 8,9
М/8оР)8ОК180 + ТМ + Навоз + известь 52,9 14,8 16,5 5,4 34,7 10,1
МзбоРзбоКлбо+ ТМ 43,8 5,7 13,8 2,7 28,8 4,2
НСРо.о5 5,14 1,38 -
В среднем за два года урожайность корнеплодов столовой свеклы на контроле составила 24,6 т/га, в варианте с внесением удобрений (1\|8оР|8оК.18о) 29,5 т/га, что на 4,9 т/га выше, чем на контроле. Внесение тяжелых металлов снизило урожайность по сравнению с фоном на 2,2 т/га. Внесение извести, навоза и совместное внесение извести и навоза нейтрализовало отрицательное влияние токсичных элементов, и урожай корнеплодов столовой свеклы составил 33,1; 33,5 и 34,7 т/га соответственно, что выше по сравнению с фоновым вариантом на 3,6-5,2 т/га.
В варианте с внесением двойной дозы минеральных удобрений урожай составил 28,8 т/га, что на 0,7 т/га ниже фонового варианта и на 1,5 т/га выше по сравнению с вариантом Г^вдРтКш + ТМ.
Таким образом, в результате наших исследований было установлено, что избыток тяжелых металлов в почве снижает урожайность корнеплодов столовой свеклы. На содержание сахара в корнеплодах столовой свеклы тяжелые металлы не оказали значительного влияния. Содержание его на контроле составило 8,6%, а в вариантах с внесением тяжелых металлов от 8,4 до 8,9%.
Содержание нитратного азота в корнеплодах на контроле составило 780 мг/кг, что ниже ПДК. Внесение минеральных удобрений увеличило содержание его до 874 мг/кг. На почвах, загрязненных тяжелыми металлами, содержание нитратного азота увеличилось до 980 мг/кг, что выше по сравнению с фоном на 106 мг/кг. Внесение извести и совместное внесение извести и навоза снижало содержание нитратного азота на 78 мг/кг и 17 мг/кг по сравнению с фоном, на 184 мг/кг и 123 мг/кг по сравнению с вариантом М^Р^оК^о + ТМ. Внесение навоза и двойной дозы минеральных удобрений повышало содержание нитратного азота до 1163 мг/кг и 1151 мг/кг. Повышение содержания нитратного азота объясняется, прежде всего, дополнительным поступлением азота в почву с навозом и минеральными удобрениями.
Одним из основных показателей качества сельскохозяйственной продукции является содержание токсичных элементов в растениеводческой продукции (табл. 12).
Таблица 12 - Содержание тяжелых металлов в корнеплодах столовой свеклы
в среднем за! 996-1997 гг., мг/кг
Варианты опыта Сё Си РЬ Ъп
Контроль 0,015 0,221 0,263 6,91
М|8(>Р|80К|80 0,024 0,262 0,311 6,93
МшРшК-ш + ТМ 0,036 0,358 0,565 8,53
Ы,80Р180Киа + ТМ + известь 0,025 0,258 0,324 7.54
^8оР|8оК,80 + ТМ + навоз 0,033 0,304 0,495 8,50
>чт180Р|8оК,8о + ТМ + навоз + известь 0,031 0,336 0,358 8,41
ИзбоРзбоК^+.ТМ 0,036 0,339 0,688 9,58
ПДК 0,03 5,0 0,5 10,0
На контрольном варианте содержание кадмия в корнеплодах составляло в среднем за два года 0,015 мг/кг, внесение минеральных удобрений оказывало влияние на накопление этого элемента, и содержание его составило 0,024 мг/кг,
что на 0,009 мг/кг больше, чем на контрольном участке. На почвах, загрязненных тяжелыми металлами (в варианте Т^воРдаК^о + ТМ), содержание кадмия составило 0,036 мг/кг, что выше ПДК на 0,006 мг/кг. Внесение извести снижало поступление этого элемента на 0,011 мг/кг, и содержание его в корнеплодах составило ниже ПДК на 0,05 мг/кг. Совместное внесение извести и навоза снижало поступление кадмия на 14%.
Внесение навоза также снижало поступление кадмия в корнеплоды столовой свеклы, но незначительно. Внесение двойной дозы минеральных удобрений на снижение поступления кадмия в корнеплоды не оказывало положительного влияння.
Поступление меди в корнеплоды столовой свеклы даже на делянках, загрязненных тяжелыми металлами, незначительное и составило в варианте ^18оР18оК.18о + ТМ 0,358 мг/кг, что ниже ПДК в 14 раз. Содержание свинца на контрольном варианте составило 0,263 мг/кг, внесение минеральных удобрений повышало накопление этого элемента до 0,311 мг/кг. На участках, загрязненных тяжелыми металлами, содержание свинца в корнеплодах увеличилось и составило в варианте М|воР18оК18о + ТМ 0,565 мг/кг, что на 0,065 мг/кг выше ПДК.
Накопление кадмия и свинца интенсивнее происходит в ботве столовой свеклы, по сравнению с корнеплодами. Накопление меди интенсивнее происходит в корнеплодах, а накопление цинка на контрольных вариантах в корнеплодах и ботве примерно одинаково, в вариантах ^оРадКш + ТМ и ИзбоРзбоКзбо + ТМ происходит перераспределение накопления этого элемента и содержание его в ботве выше на 4,77 мг/кг и 3,77 мг/кг соответственно, чем в корнеплодах.
Таким образом, внесение извести, совместное внесение извести и навоза снижают поступление токсичных элементов в корнеплоды и ботву столовой свеклы. Внесение навоза также снижает поступление кадмия, меди, свинца и цинка в ботву столовой свеклы, но незначительно. Двойная доза минеральных удобрений снижает поступление меди и свинца также незначительно, а на снижение накопления кадмия и цинка положительного влияния не оказывает.
Вынос столовой свеклой азота, фосфора и калия в зависимости от применяемых средств химизации на загрязненных почвах различался.
Вынос азота составил от 0,50 кг/ц на контрольном варианте до 0,67 кг/ц в варианте Мз6оРзбоКзбо+ ТМ, фосфора от 0,15 кг/ц до 0,17 кг/ц, а калия от 0,48 кг/ц в варианте М^оРшКш + ТМ до 0,55 кг/ц в варианте ^60Рз6оК.з6о+ ТМ.
Мы рассчитали коэффициенты использования питательных веществ из удобрений. В варианте ЫдаР^К^о коэффициент использования азота составил 22%, фосфора 6%; калия 14%. Повышенное содержание в почве тяжелых металлов снижало коэффициент использования азота на 5%, фосфора на 2%, калия на 11%.
Внесение извести снижало отрицательное влияние токсичных элементов на поглощение элементов питания столовой свеклой, и коэффициент использования азота из удобрений составил 38%, фосфора 8%, калия 18%, что на 21, 4 и 15% соответственно выше, чем в варианте Ь'шРиоК.!«)+ ТМ.
Мы рассчитали вынос тяжелых металлов столовой свеклой. Вынос кадмия корнеплодами и ботвой столовой свеклы составил от 0,59 грамма с 1 га на
контроле до 1,56 в варианте НвоРдаКш + ТМ, вынос меди от 7,87 до 14,04, цинка - от 243,2 до 347 и свинца от 15,74 до 27,69 грамм с 1 га. соответственно.
6.3 Экологические и агрохимические особенности применения средств химизации на почвах, загрязненных тяжелыми металлами в звене овощного севооборота
Для изучения влияния тяжелых металлов на урожайность и качество сельскохозяйственной продукции мы проводили исследования в 1995-1997 гг. на черноземе типичном при выращивании картофеля, столовой свеклы и фасоли на стационарном участке в звене овощного севооборота.
Из четырех изучаемых нами тяжелых металлов, самым подвижным на незагрязненных делянках является кадмий (табл. 13,14).
В среднем, за ротацию звена севооборота коэффициент подвижности кадмия составил на контроле 26,29% и в варианте МшР^оК^о + ТМ 24,71%. Максимальная подвижность кадмия была на второй год последействия, а затем снижалась на 31,31%. Внесение извести снижало коэффициент подвижности кадмия до 12,08% в первый год возделывания, на второй год до 28,5% и на третий год до 12,85% по сравнению с вариантом М^оРшКш + ТМ.
Внесение навоза также влияет на снижение коэффициента подвижности кадмия, но действие его сильнее проявляется на второй и третий год возделывания сельскохозяйственных культур. Совместное внесение извести и навоза также положительно влияло на снижение коэффициента подвижности кадмия от 13,01%в первый год возделывания до 11,38% на третий год. Таблица 13 - Коэффициенты подвижности Сс1 и Си в среднем за 1995-1997гг.,
%
Варианты опыта Культуры
Картофель Столовая свекла Фасоль В среднем
С<1 Си са Си Сс1 Си Сс1 Си
Контроль 21,18 1,33 27,7 3,63 30,0 0,46 26,29 1,81
М„оР,«оК,« 17,72 0,86 16,2 3,73 9,56 0,32 14,49 1,64
М]80Р|8(>К|80 + ТМ 16,43 2,03 44,5 3,70 13,19 3,60 24,71 3,11
^18ОР18ОК)8(> + ТМ + известь 12,08 1,79 28,5 3,71 12,85 2,93 17,81 2,81
^|8()Р|8С|К.|80 + ТМ + навоз 13,19 1,92 28,2 2,62 10,3 2,46 17,23 2,33
^180Р|80К|80 + ТМ + навоз + известь 13,01 1,79 27,3 3,31 11,38 2,22 17,23 2,44
Н36ОРЗ6ОК36О+ ТМ 16,06 П34 29,1 4,56 10,83 3,75 18,66 3,22
Двойная доза минеральных удобрений снижала коэффициент подвижности кадмия от 16,06% в первый год до 10,83% на третий год возделывания сельскохозяйственных культур.
Коэффициент подвижности меди на контроле в среднем за ротацию составил 1,81%, в варианте МшРиюК^о 1,64%, в варианте МшоРиюКт + ТМ 2,03%, при возделывании столовой свеклы, на второй год после внесения меди, коэффициент подвижности увеличился и составил 3,7% и на третий год 3,6%. Внесение извести снижало подвижность меди в среднем за ротацию до 2,81%. Внесение органических удобрений значительно снижало подвижность меди на второй и третий год последействия и коэффициент подвижности меди составил 2,62 и 2,46% соответственно. При совместном внесении извести и навоза коэффициент подвижности меди составил в первый год 1,79%, второй — 3,31 и на третий год - 2,22%. Двойная доза минеральных удобрений положительно влияет на снижение коэффициента подвижности меди в первый год, а во второй и третий снижения подвижности меди по сравнению с вариантом Т^воРшКш + ТМ не наблюдалось. Коэффициент подвижности свинца за ротацию севооборота составил в среднем 7,37% на контроле и 6,95% в варианте Т^^РшКш (табл. 14).
Таблица 14 - Коэффициенты подвижности РЬ и в среднем за _1995-1997гг.,%__
Варианты опыта Культуры
Картофель Столовая свекла Фасоль В среднем
РЬ Ъп РЬ Ъл РЬ Ъп РЬ Ъп
Контроль 10,08 1,01 7,38 3,16 4,64 2,73 7,37 2,30
^|8ОР|8ОК|80 9.39 1,13 5,55 2,85 5,9 2,16 6,95 2,05
И,8оР18оК|8„ + ТМ 8,17 6,05 17.96 35,09 31,93 38,49 •19,35 26.54
>^8оР|80К-180 + ТМ + известь 6,04 5,5 15,95 30,08 29,43 35,10 17,14 23,56
К|8„Р|80К,80 + ТМ + навоз 7,28 5,15 22,68 22,31 30,10 31,53 20,02 19,66
^80Р|80К,80+ТМ + навоз + известь 6,64 5,0 19,06 22,91 31,57 21,83 19,09 16,58
МзбоРз«.Кзбо+ТМ 10,33 5.96 20,69 28.25 47,51 36,46 26,18 23,56
На делянках, загрязненных тяжелыми металлами коэффициент подвижности свинца в среднем составил от 19,35% в варианте Т^юРш^чво + ТМ до 17,14% в варианте Т^18оР|8оКш + ТМ + известь. В первый год внесения тяжелых металлов коэффициент подвижности свинца на загрязненных делянках составил от 8,17% в варианте М^РтКш + ТМ до 10,33% в варианте ^боРзбоКзбо + ТМ. Внесение извести снижало коэффициент подвижности свинца до 6,04%, внесение навоза до 7,28%, а совместное внесение извести и навоза до 6,64%. Внесение двойной дозы минеральных удобрений не снижало коэффициент подвижности свинца по сравнению с вариантом К1180Р,8оК18с, + ТМ.
При возделывании столовой свеклы, на второй год после внесения тяжелых металлов, коэффициент подвижности свинца снизился только в варианте с внесением извести. Внесение органических удобрений и двойная доза минеральных удобрений на снижение коэффициента подвижности не оказали влияния.
При возделывании фасоли, на третий год в звене севооборота, коэффициент подвижности свинца увеличился в вариантах с внесением тяжелых металлов от 31,93% в варианте Ы^оРдаК^о + ТМ до 47,51% в варианте КэбоРзвоКз« + ТМ.
Внесение извести, навоза и совместное внесение извести и навоза оказывали положительное влияние на снижение коэффициента подвижности свинца. Если в варианте НвоР^оК^о + ТМ он составил 31,93%, то в варианте Т^воР^оКда + ТМ + известь - 29,43%, при внесении навоза - 30,10%, а при совместном внесении извести и навоза - 31,57%. Коэффициент подвижности свинца в севообороте увеличивался постепенно с первого по третий год возделывания сельскохозяйственных культур. В среднем за ротацию севооборота коэффициент подвижности свинца снижался в вариантах с внесением извести и совместном внесении извести и навоза.
Коэффициент подвижности цинка на делянках с внесением тяжелых металлов составил в среднем за ротацию от 26,54 до 16,58%.
В первый год внесения тяжелых металлов коэффициент подвижности цинка в варианте М^оР^оК^о + ТМ составил 6,05%, внесение извести, навоза и совместное внесение извести и навоза снизили его до 5,5; 5,15 и 5,0% соответственно. Двойная доза минеральных удобрений оказывала положительное влияние на коэффициент подвижности цинка, но незначительно. На второй и третий год последействия тяжелых металлов, коэффициент подвижности цинка на загрязненных почвах увеличивался.
Внесение извести, навоза и совместное внесение извести и навоза снижало коэффициент подвижности цинка и на третий год после их внесения. Двойная доза минеральных удобрений снижала коэффициент подвижности цинка до 36,46%. На загрязненных почвах распределение тяжелых металлов по коэффициенту подвижности можно представить следующим образом: Ъл >Сс1 >РЬ> Си. Подвижность тяжелых металлов весьма значительно определяется кислотно-основными условиями почв. В вариантах с рНка менее 5,0 подвижность тяжелых металлов выше, чем в вариантах с рНка более 5,0. Кроме того, внесение извести, навоза, совместное внесение извести и навоза, а также наличие в почве солей ортофосфорной кислоты также влияют на подвижность токсичных элементов. Следовательно, на степень подвижности тяжелых металлов в почве оказывают не только кислотно-основные, окислительно-восстановительные условия почвы, но и наличие карбонатов, фосфат ионов, органического вещества.
Урожайность овощных культур представлена в таблице 15.
В среднем по севообороту урожайность овощных культур на контроле составила 3,69 т/га к.е., в варианте МшРшКш 4,72 т/га к.е. Внесение тяжелых металлов снижало урожайность овощных культур до 3,99 т/га к.е. На делянках с внесением извести, навоза и совместном внесении извести и навоза отрицательное влияние токсичных элементов ослаблялось и прибавка составила по отношению к варианту М^Р^оК^о + ТМ 0,86; 0,86 и 110 т/га к.е. соответственно. Двойная доза минеральных удобрений повышала урожайность овощных культур до 4,37 т/га к.е., что на 0,38 т/га к.е. выше по сравнению с вариантом
М|8оР|8оК18о + ТМ и на 0,72 т/га к.е. ниже по сравнению с вариантом М180РщоК|80 + ТМ + известь + навоз.
Таблица 15 - Урожайность овощных культур в среднем за 1995-1997гг., т/га ___кормовых единиц____
Варианты опыта Культуры
Картофель Столовая Фасоль В среднем
свекла по звену се-
вооборота
Урожай- Прибавка Урожай- Прибавка Урожай- Прибавка Урожай- Прибавка
ность ность ность ность
Контроль 6,42 - 3,20 - 1,44 - 3,69 -
^'|8ОР|8С»К|8О 8,70 2,28 3,84 0,64 1,63 0,19 4,72 1,03
^80Р|Е„К|8о + тм 6,99 0,57 3,55 0,35 1,43 -0,01 3,99 0,3
М|8С,Р180К|80 + ТМ + из- 8,22 1,8 4,30 1,10 2,03 0,59 4,85 1,16
весть
Т^18оР|8оК-18о + ТМ + навоз 8.22 1,8 4,36 1,16 1,98 0,54 4,85 1,16
М|8оР18оК]8о + ТМ + навоз 8,67 2,25 4,51 1,31 2,1 0,66 5,09 1,40
+ известь
>1збоРзбоКзбо+ТМ 7.65 1,23 3,74 0,54 1,72 0,28 4-зи 0,68
НСР0.05 1,13 0,49 0,64 -
На содержание крахмала в клубнях картофеля, сахара в корнеплодах столовой свеклы и белка в бобах фасоли тяжелые металлы не оказывали отрицательного влияния. Накопление нитратов в овощной продукции происходит в результате внесения минеральных и органических удобрений и токсичные элементы не оказывают существенного влияния на их накопление в основной продукции. Основным показателем качества сельскохозяйственной продукции является накопление тяжелых металлов в урожае основной продукции (табл. 16,17).
Таблица 16 - Содержание кадмия и меди в основной продукции (мг/кг)
Варианты опыта Культуры
Картофель Столовая свекла Фасоль
Сс1 Си са Си С<1 Си
Контроль 0,037 0,423 0,015 0,221 0,069 0,94
^18!)Р| 8&К |80 0,037 0,373 0,024 0,262 0,075 0,91
Н8оР18оК18о + ТМ 0,073 0,537 0,036 0.358 0,123 2,91
М|8оР|8оК18о + ТМ + известь 0,057 0,597 0,025 0,258 0,063 1,08
М18оР!8йК|80 + ТМ + навоз 0,067 0,580 0,033 0,304 0,076 1,07
М18()Р]80К180 + ТМ + навоз + известь 0,060 0,523 0,031 0,336 0,069 1,04
ИзбоРлбоКзбо+ТМ 0,083 0,643 0,036 0.339 0,103 2,86
пдк 0,03 5,0 0,03 5,0 0,1 10,0
В среднем за три года в звене овощного севооборота внесение извести, навоза и совместное внесение извести и навоза снижали содержание кадмия в основной продукции картофеля, столовой свеклы и фасоли. Содержание меди на загрязненных делянках не превышало ПДК в основной продукции овощных культур. Внесение извести и совместное внесение извести и навоза снижают поступление свинца и цинка в растениеводческую продукцию в течении трех лет, внесение навоза - на второй и третий год возделывания, а двойная доза минеральных удобрений - на третий год.
Следовательно, на третий год возделывания сельскохозяйственных культур более активно проявляется действие извести и навоза на снижение токсичного действия кадмия, свинца, меди и цинка.
Таблица 17 - Содержание свинца и цинка в основной продукции (мг/кг)
Варианты опыта Культуры
Картофель Столовая Свекла Фасоль
РЬ Ъа РЬ Ъа. РЬ ^ 7.п
Контроль 0,287 5,583 0,263 6,91 0,56 14,86
^18ОР|8ОКцо 0,297 5,020 0,311 6,93 0,59 13,65
М180Р,80К180 + ТМ 0,380 7,287 0,565 8,53 0,74 23,40
Я,80Р,80К18„+ТМ + известь 0,367 7,007 0,324 7,54 0,56 13,24
К180Р180К18() + ТМ + навоз 0,383 7,807 0,495 8,50 0,58 13,29
^18оР|8оК|80 + ТМ + навоз + известь 0,350 6,820 0,358 8,41 0,54 14,54
^6ОРЗ6ОК36О+ТМ 0,427 8,153 0,688 9,58 0,67 22,42
ПДК 0,5 10,0 0,5 10,0 0,5 50,0
По накоплению кадмия и меди овощные культуры можно распределить следующим образом: фасоль > картофель > столовая свекла. По накоплению свинца и цинка исследуемые культуры можно распределить следующим образом: фасоль > столовая свекла > картофель.
Мы рассчитали коэффициенты биологического поглощения тяжелых металлов овощными культурами.
На почвах, загрязненных тяжелыми металлами, коэффициент биологического поглощения кадмия составил от 0,14% в столовой свекле до 0,58% в фасоли, меди от 0,21% в столовой свекле до 1,93% в фасоли, цинка от 4,74% в картофеле до 13,65% в фасоли, свинца от 0,28% в столовой свекле до 0,44% в фасоли. Следовательно, при возделывании сельскохозяйственных культур на загрязненных почвах, накопление металлов растениями определяется в большей степени физиологическими особенностями самих растений, чем их содержанием в почве.
На коэффициент биологического поглощения оказывают влияние не только известь, навоз, минеральные удобрения, но и физиологические особенности самих сельскохозяйственных культур которым необходимы токсичные элементы как микро и ультромикроэлементы для питания и синтеза органических веществ.
По коэффициенту биологического поглощения тяжелых металлов (Сй, Си, РЬ, 2п), исследуемые растения можно распределить следующим образом: фасоль > картофель > столовая свекла.
На почвах, загрязненных тяжелыми металлами (Сс1, Си, РЬ, Хп), по величине коэффициента биологического поглощения изучаемых сельскохозяйственных культур, тяжелые металлы распределяются следующим образом:
- при возделывании картофеля - гп>С<1>Си>РЬ;
- при возделывании столовой свеклы - Zn> РЬ >Си> С<1;
- при возделывании фасоли - Хп>Си> Сс1 >РЬ.
Таким образом, в среднем за ротацию звена севооборота, из четырех изучаемых нами тяжелых металлов, самым подвижным является кадмий. Максимальная подвижность кадмия была на второй год после внесения этого элемента в почву и составила 44,5%, а на третий год подвижность кадмия снижалась до 24,71%. Внесение извести снижает коэффициент подвижности кадмия. Внесение навоза также влияет на снижение подвижности кадмия, но действие его проявляется на второй и третий год после внесения. Совместное внесение извести и навоза, также положительно влияет на снижение подвижности кадмия. Известь также оказывала положительное влияние на снижение подвижности меди, однако на второй и третий год внесение навоза и совместное внесение навоза и извести оказывают более значительное влияние на снижение подвижности этого токсиканта, чем одна известь. Подвижность свинца снижается в основном только при внесении извести. Коэффициент подвижности цинка снижается под влиянием извести, навоза и совместном внесении извести и навоза. Двойная доза минеральных удобрений на подвижность тяжелых металлов в почве не оказывает значительного влияния. В звене овощного севооборота внесение тяжелых металлов снижало урожайность всех овощных культур. На качество овощных культур тяжелые металлы не оказывают значительного влияния. Внесение извести и совместное внесение извести и навоза снижают поступление меди, цинка, свинца и кадмия в основную продукцию исследуемых культур. Внесение навоза снижает поступление кадмия при возделывании картофеля, столовой свеклы и фасоли. На поступление меди в клубни картофеля, в первый год после внесения, известь и навоз не оказали положительного влияния, а на второй и третий год возделывания накопление меди снижалось, под влиянием навоза и извести, в основной продукции столовой свеклы и фасоли. Интенсивность накопления свинца снижается при внесении навоза на второй и третий год после внесения, а в первый год после внесения навоз не оказывал положительного влияния на снижение поступления свинца в клубни картофеля. Такая же тенденция наблюдается и по цинку.
6.4 Содержание тяжелых металлов в почве и их накопление основными сельскохозяйственными культурами
Содержание валовых форм тяжелых металлов на протяжении всего периода наблюдений (1995-2003гг.) на стационарных участках на черноземе типичном изменялось незначительно и было ниже ОДК. Содержание меди изменялось от 10,8 до 12,9 мг/кг почвы, содержание цинка от 34,5 до 50,8 мг/кг., свинца от 14,4 до 17,8 мг/кг и кадмия от 0,38 до 0,68 мг/кг. На черноземе вы-
щелоченном содержание валовых форм тяжелых металлов были несколько ниже по цинку, а по остальным элементам изменялось незначительно и составило: меди 8,7-13,1мг/кг почвы, цинка 27,8-42,4 мг/кг, свинца 11,5 -18,1 мг/кг и кадмия 0,41-0,53 мг/кг почвы.
Содержание подвижных форм меди на черноземе типичном изменялось от 0,16 до 0,50, цинка от 0,56 до 2,07, свинца от 1,9 до 3,19 и кадмия от 0,12 до 0,17 мг/кг почвы. На черноземе выщелоченном содержание подвижных форм составляло: меди от 0,21 до 0,38, цинка от 0,85 до 1,11, свинца от 2,05 до 2,39 и кадмия от 0,13 до 0,16 мг/кг.
Самый подвижный элемент кадмий, коэффициент подвижности составил от 25 до 31,6 % на черноземе типичном и от 30,2 до 32,6% на черноземе выщелоченном. Коэффициент подвижности свинца был ниже (от 12,7 до 17,9%) . Менее подвижны из четырех тяжелых металлов медь и цинк. Коэффициент подвижности цинка на черноземе типичном составил от 1,4 до 4,5 , а на черноземе выщелоченном - от 2,6 до 3,1%. Коэффициент подвижности меди составил от 1,5 до 3,9 на черноземе типичном и от 2,2 до 2,9% на черноземе выщелоченном. По степени подвижности на черноземных почвах, незагрязненных тяжелыми металлами, токсичные элементы можно распределить следующим образом: Сс1 >РЬ> Ъп >Си. За период с 1995 по 2003 гг. содержание тяжелых металлов в продукции растениеводства, выращиваемой на стационарных участках, не превышало допустимые нормы. Наиболее интенсивно накапливается в растениях цинк и медь, менее интенсивно кадмий и свинец. По интенсивности поступления тяжелых металлов в растения их можно распределить следующим образом: Ъп >Си >Сс1 >РЬ. По коэффициенту биологического поглощения меди в основной продукции сельскохозяйственные культуры можно распределить следующим образом: горох >ячмень >озимая пшеница >сахарная свекла > кукуруза на зерно > подсолнечник; цинка - горох > кукуруза на зерно >озимая пшеница > ячмень >подсолнечник >сахарная свекла; кадмия - подсолнечник > горох >озимая пшеница >сахарная свекла >ячмень > кукуруза на зерно; свинца - сахарная свекла > кукуруза на зерно >подсолнечник>ячмень > горох >озимая пшеница. Следовательно, при отсутствии загрязнения экосистем аккумуляция металлов растениями определяется в большей степени физиологическими особенностями самих растений. Среднее содержание валовых форм меди, цинка, свинца и кадмия в черноземных почвах исследуемых стационарных участках значительно ниже ОДК и их можно считать фоновыми. На протяжении восьми лет загрязнения почв на исследуемых участках токсичными элементами не произошло.
7 ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ И ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ
Все мероприятия по применению удобрений в сельском хозяйстве должны быть экономически выгодны и энергетически целесообразны.
Мы рассчитали энергетическую эффективность на прибавку урожая от применяемых средств химизации. Энергетический коэффициент при возделы-
вании озимой пшеницы больше единицы получен в вариантах РбоК.60, ^^РбоКм. ^Рео^и составил 4,2, 1,22 и 1,1 соответственно.
Расчет энергетической эффективности минеральных удобрений на посевах сахарной свеклы показывает, что внесение азотных удобрений увеличивает энергетические затраты на применение удобрений. Энергетический коэффициент в варианте РЭДКЭД составил 4,21, а в варианте М^РдаКоо 1,65, в остальных вариантах с увеличением доз внесения азотных удобрений он уменьшался и изменялся от 0,55 в варианте Н160Рзе.оКзбо до 0,99 в варианте М^оРшКш.
Расчет энергетической эффективности применения средств химизации на почвах загрязненных тяжелыми металлами при возделывании картофеля показывает, что на загрязненных участках с внесением извести энергетический коэффициент составил 0,86, с внесением навоза 0,54, с внесением извести и навоза 0,59 и при внесении двойной дозы удобрений 0,39. Энергетический коэффициент выше единицы получен в варианте без внесения тяжелых металлов и составил 1,43.
Аналогичная закономерность получена при возделывании столовой свеклы на загрязненных тяжелыми металлами почвах, однако энергетические коэффициенты получены выше.
Мы также рассчитали энергетическую эффективность применения удобрений на посевах озимой пшеницы, озимой ржи и озимой тритикале в зависимости от доз применяемых удобрений и предшественников. Энергоотдача от применения удобрений по различным предшественникам колеблется от 0,32 в варианте МшР^оКш по сидеральному пару до 1,27 в варианте ЫздР^ЬСю по овсу. Наибольшая энергоотдача при возделывании озимой ржи получена в вариантах Т^4оР4оК4о по предшественникам овес, горох и люпин.
Расчеты энергетической эффективности на посевах озимой пшеницы в зависимости от применяемых доз удобрений и предшественников, показывают, что энергоотдача выше, чем при возделывании озимой ржи по всем вариантам.
Самая высокая энергоотдача от применения удобрений из трех изучаемых культур получена на посевах озимой тритикале. Энергетический коэффициент во всех вариантах больше единицы, кроме варианта Т^гоР^Кда по предшественнику сидеральный пар и составил 0,97. Максимальная энероотдача получена по предшественнику овес и минимильная по сидеральному и занятому пару при различных дозах минеральных удобрений
Расчёт экономической эффективности показывает, что среди исследуемых культур наиболее экономически выгодно возделывать озимую рожь, которая обеспечивает максимальную рентабельность производства - до 141 %, в то время как пшеница и тритикале до 122 и 94 % соответственно.
ВЫВОДЫ
1. Оценка изменения плодородия почв с 1964 по 2004 гг. показала, что динамика содержания подвижного фосфора в почве в эти годы закономерно отражает уровень применения органических и минеральных удобрений. С 1964 по 1999 гг. средневзвешенное содержание подвижного фосфора увеличилось с
55 до 131 мг/кг почвы. В последующем, вследствие снижения уровня применения удобрений, содержание подвижного фосфора уменьшается до 121 мг/кг. Такая же тенденция наблюдается и по изменению содержания обменного калия. В первом туре (1964 - 1970 гг.) средневзвешенное содержание обменного калия составило 105мг/кг, за тридцать пять лет содержание его увеличилось до 128мг/кг и в 2000-2004 гг.(7 тур) средневзвешенное содержание его снизилось до 121 мг/кг почвы.
2. Средневзвешенное содержание гумуса с 1984 по 2004 гг. не изменилось и составило 4,9 %. Баланс органического вещества в целом по Белгородской области составил -0,30т/га. Для бездефицитного баланса гумуса необходимо дополнительно вносить органические удобрения в дозе 4,5-5,0 т/га.
За 19 лет (с 1975 по 2004 гг.) произошло увеличение площадей с кислой реакцией среды с 22,8 до 36,3% пашни.
3. Снижение объемов внесения минеральных и органических удобрений в Белгородской области привело к снижению урожайности сельскохозяйственных культур. Основную роль в повышении урожая сельскохозяйственных культур на черноземных почвах оказывают минеральные и органические удобрения. Прибавка урожая за счет удобрений составляет 30-40%.
4. Оптимальное содержание минерального азота в почве в слое 0-100 см на черноземе типичном тяжелосуглинистого гранулометрического состава при высоком содержании фосфора и повышенном калия для озимой пшеницы составляет: осенью 210 кг/га, весной 180кг/га. Установлена положительная связь урожая с запасами минерального азота в почве и полученные уравнения регрессии позволяют прогнозировать урожайность озимой пшеницы при известных запасах минерального азота в почве осенью и весной.
Установлена корреляционная зависимость между запасами минерального азота в почве и содержанием белка в зерне озимой пшеницы. Установлена корреляционная зависимость между урожайностью и количеством общего азота в растении по фазам развития, а также между содержанием белка в зерне озимой пшеницы и содержанием общего азота в растении по фазам развития. Оптимальный уровень содержания элементов питания по фазам развития для озимой пшеницы составил: (% на сухое вещество) фаза кущения: N - 4,77, Р205 - 0,61, К20 - 2,56; фаза выхода в трубку: N - 4,06, Р205 - 0,50, К20 - 3,54.
5. Оптимальное содержание минерального азота в почве в слое 0-100 см на черноземе типичном тяжелосуглинистого гранулометрического состава при среднем содержании фосфора и повышенном калия для сахарной свеклы составляет перед посевом 190 кг/га, в фазу шести листьев 160 кг/га при внесении ЫдоРэоКэд и получении урожая сахарной свеклы 30,9 т/га с сахаристостью 16,6%. Максимальный прирост урожая составил 21,1 кг/кг ОТК. в варианте КэдР^Кэд.
Оптимальное содержание элементов питания в фазу шести листьев в растениях сахарной свеклы, (% на сухое вещество): N - 4,03, Р205 - 0,49, К20 - 3,38.
Рассчитаны уравнения регрессии и установлена зависимость урожайности сахарной свеклы от запасов минерального азота в слое О-бОсм, и 0-100см перед посевом и в фазу шести листьев, которые позволят прогнозировать уро-
жайность этой культуры и определять необходимость проведения азотных подкормок.
6. Урожайность зерна озимых зерновых культур зависит как от предшественников, так и от удобрений. Наиболее высокие результаты были получены при размещении исследуемых культур после занятого и сидерального паров -4,90-6,21 т/га, несколько ниже после гороха и люпина - 4,48-5,88 т/га, и после овса - 3,30-4,96 т/га. На контрольных вариантах наиболее высокую урожайность обеспечивала озимая рожь, но при этом прибавки урожая от внесения удобрений у неё были ниже, чем у пшеницы и тритикале - 0,30-0,72 т/га против 0,38-1,25 и 0,44-1,57 т/га соответственно.
Наиболее высокое содержание белка и его сбор с урожаем зерна озимых зерновых культур были получены после сидерального и занятого паров - 12,516,9 % и 0,64-1,04 т/га. После бобовых предшественников эти показатели колебались в пределах 11,4-16,1 % и 0,53-0,94 т/га, а после овса 9,7-14,7 % и 0,350,72 т/га, соответственно. Применение удобрений повышало данные показатели.
7. Оптимальные дозы минеральных удобрений под озимую пшеницу на черноземе типичном тяжелосуглинистого ганулометрического состава при повышенном содержании фосфора и среднем калия после сидерального и занятого паров 14140Р40К40. после гороха и люпина - М^РвоКяо-
Озимую рожь после паровых предшественников можно возделывать без основного внесения удобрений, по предшественникам горох и люпин оптимальная доза КдаРадЬмо-
Оптимальная доза минеральных удобрений на черноземе типичном при возделывании тритикале после паровых предшественников Ы40Р4оК.4о, после бобовых - >480Р80К80.
8. На черноземе типичном тяжелосуглинистого гранулометрического состава наиболее подвижный тяжелый металл, из четырех изучаемых нами, кадмий. По коэффициенту подвижности тяжелые металлы на загрязненных почвах распределяются следующим образом: Сс1 >РЬ> 2п >Си.
9. Внесение извести снижает коэффициент подвижности кадмия на 4,35%, меди на 0,24%, цинка на 0,55% и свинца на 2,13%. Внесение навоза и совместное внесение извести и навоза также снижают подвижность тяжелых металлов, но в меньшей степени.
10. Внесение извести и совместное внесение извести и навоза снижают токсичное действие тяжелых металлов на рост и развитие картофеля. Тяжелые металлы не оказывают отрицательного влияния на качество клубней картофеля.
Внесение извести и совместное внесение извести и навоза снижают поступление кадмия в клубни картофеля на 22% и 18% соответственно. Внесение навоза также снижает накопление кадмия клубнями картофеля, но незначительно. Содержание меди, цинка и свинца в клубнях картофеля на загрязненных почвах не превысило ПДК. Наиболее интенсивно накопление тяжелых металлов происходит в ботве картофеля.
11. Тяжелые металлы оказывают отрицательное влияние на урожайность столовой свеклы. Внесение извести, навоза и совместное внесение извести и
навоза нейтрализуют отрицательное влияние токсичных элементов при возделывании столовой свеклы. Высокие концентрации тяжелых металлов в почве снижают содержание сахара в корнеплодах, но незначительно.
Внесение извести и совместное внесение извести и навоза снижают поступление тяжелых металлов в корнеплоды столовой свеклы. Поступление меди и цинка в корнеплоды столовой свеклы даже на делянках, загрязненных тяжелыми металлами, незначительное и не превысило ПДК. Накопление кадмия, свинца и цинка в вариантах, загрязненных тяжелыми металлами, происходит интенсивнее в ботве столовой свеклы, а содержание меди, наоборот, в ботве ниже.
12. Внесение извести и совместное внесение извести и навоза снижают коэффициент биологического поглощения корнеплодами столовой свеклы.
На коэффициент биологического поглощения оказывают влияние не только известь, навоз и минеральные удобрения, но и физиологические особенности самих сельскохозяйственных культур.
13. В звене овощного севооборота, из четырех изучаемых нами тяжелых металлов, самым подвижным является кадмий. Максимальная подвижность кадмия была на второй год после внесения этого элемента в почву и составила 44,5%, а на третий год подвижность кадмия снижалась до 24,71%. Внесение извести снижает коэффициент подвижности кадмия. Внесение навоза также влияет на снижение подвижности этого элемента, но интенсивнее действие его проявляется на второй и третий год после внесения. Совместное внесение извести и навоза, также положительно влияет на снижение подвижности кадмия.
Известь оказывала положительное влияние и на снижение подвижности меди, однако на второй и третий год внесение навоза и совместное внесение навоза и извести оказывают более значительное влияние на снижение подвижности этого токсиканта.
Подвижность свинца снижается в основном только при внесении извести. Коэффициент подвижности цинка снижается под влиянием извести, навоза и совместном внесении извести и навоза. Двойная доза минеральных удобрений на подвижность тяжелых металлов в почве не оказывает значительного влияния.
14. По интенсивности накопления тяжелых металлов, исследуемые растения можно распределить следующим образом: фасоль >картофель> столовая свекла. На почвах, загрязненных тяжелыми металлами, по величине коэффициента биологического поглощения изучаемых сельскохозяйственных культур, тяжелые металлы распределяются следующим образом:
- клубни картофеля - 7,п >Сс1 > Си > РЬ;
- корнеплоды столовой свеклы - Ъ& > РЬ > Си > Сё;
- бобы фасоли - Хп > Си > Сё > РЬ.
В звене овощного севооборота внесение тяжелых металлов снижало урожайность всех овощных культур. На качество овощных культур тяжелые металлы не оказывают значительного влияния.
15. Установлена корреляционная зависимость между содержанием валовых форм тяжелых металлов и содержанием гумуса на черноземных почвах.
Среднее содержание валовых форм меди, цинка, свинца и кадмия на черноземных почвах исследуемых стационарных участках значительно ниже ОДК и их можно считать фоновыми. На протяжении восьми лет наблюдений, загрязнения почв этих участков токсичными элементами не произошло. Содержание подвижных форм тяжелых металлов зависит не только от величины содержания гумуса, реакции почвенной среды, но и от валового содержания самих металлов. По коэффициенту подвижности тяжелые металлы, на черноземных незагрязненных почвах, можно распределить следующим образом: Сс1
>рь> гп >си.
Наибольшая зависимость подвижности от реакции почвенной среды проявляется у кадмия.
16. Наиболее интенсивно накапливается в растениях цинк и медь, менее интенсивно кадмий и свинец.
По интенсивности поступления тяжелых металлов в растениеводческую продукцию на незагрязненных почвах их можно распределить следующим образом: 2х\ >Си >Сс1 >РЬ . Однако, накопление каждого из перечисленных элементов происходит неодинаково, и это зависит, в первую очередь, от необходимости для.растения того или иного элемента. По накоплению меди в основной продукции сельскохозяйственные культуры можно распределить следующим образом: горох >ячмень >озимая пшеница >сахарная свекла > кукуруза на зерно > подсолнечник. По коэффициенту биологического поглощения цинка в основной продукции, сельскохозяйственные культуры можно распределить следующим образом: горох > кукуруза на зерно >озимая пшеница > ячмень >подсолнечник >сахарная свекла; кадмия - подсолнечник > горох >озимая пшеница >сахарная свекла >ячмень > кукуруза на зерно; свинца - сахарная свекла > кукуруза на зерно >подсолнечник>ячмень > горох >озимая пшеница.
При отсутствии загрязнения экосистем аккумуляция металлов растениями определяется в большей степени физиологическими особенностями растений.
17. Энергетический коэффициент больше единицы, при возделывании озимой пшеницы, получен в вариантах Р<,оКбо^боРбоК«>^9оРбоКбо. ^РэдКод
Расчет энергетической эффективности минеральных удобрений на посевах сахарной свеклы показывает, что внесение азотных удобрений увеличивает энергетические затраты на их применение. Энергетический коэффициент в варианте РэдКоо составил 4,21, а в варианте ^РэдКэд 1,65, в остальных вариантах с увеличением доз внесения азотных удобрений он уменьшался и составил от 0,55 в варианте Ы3(ЮР3<лК3йо до 0,99 в варианте М18аР|30К.18о
Внесение извести, навоза и совместное внесение извести и навоза на почвах, загрязненных тяжелыми металлами, повышают эффективность использования удобрений при возделывании картофеля и столовой свеклы.
Применение удобрений повышало прибавку урожая озимых зерновых, однако при увеличении доз минеральных удобрений снижалась эиергоотдача. Максимальная энергоотдача от применения минеральных удобрений получена по предшественнику овес и минимальная по сидрельному и занятому пару при различных дозах минеральных удобрений.
18. Наиболее высокий уровень стоимости реализуемой продукции обеспечило использование в качестве предшественников сидерального и занятого паров. Уменьшение урожайности зерна по стерневым предшественникам привело к снижению данного показателя. Среди исследуемых культур наиболее экономически выгодно возделывать озимую рожь, которая обеспечивает максимальную рентабельность производства до 141 %, в то время как пшеница и тритикале до 122 и 94 % соответственно.
ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ
1. В условиях Белгородской области на черноземных почвах рекомендуется расширить посевные площади озимых ржи и тритикале, которые способны обеспечить урожайность зерна более 5,От/га. В качестве предшественников под озимые культуры рекомендуется, кроме традиционных предшественников, использовать сидеральный пар и люпин.
2. На почвах, загрязненных тяжелыми металлами, в условиях ЦЧР рекомендуется вносить навоз и на кислых почвах известь для снижения отрицательного влияния их на урожайность и качество сельскохозяйственной продукции.
3. На посевах озимой пшеницы и сахарной свеклы рекомендуется определять запасы минерального азота в почве и содержание азота, фосфора и калия в растениях по фазам развития с целью прогнозирования урожайности и качества зерна озимой пшеницы и корнеплодов сахарной свеклы.
СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ: Статьи в изданиях, рекомендованных ВАК:
1. Чендев Ю.Г. Картографический анализ динамики подвижных соединений фосфора и калия в пахотных почвах Белгородской области / Ю.Г. Чендев, С .Д. Лицуков // Агрохимия. - 1997. - № 6.- С.10-18.
2. Чендев Ю.Г. Изменение гумусного состояния пахотных почв Белгородской области / Ю.Г. Чендев, П.М. Авраменко, С.Д. Лицуков // Агрохимия. -1998.6.- С. 12-20.
3. Лицуков С.Д. Влияние тяжелых металлов на урожайность и качество картофеля / С.Д. Лицуков //Достижения науки и техники АПК. - 2003. - №8. -С. 10-12.
4. Лицуков С.Д. Влияние средств химизации на поступление тяжелых металлов в клубни картофеля / С.Д. Лицуков // Вестник Московского ГАИУ им. В.П. Горячкина. - 2003. - № 4. - С. 145-150.
5. Лицуков С.Д. Получение экологически чистой продукции на почвах, загрязненных кадмием / С.Д. Лицуков // Достижения науки и техники АПК. -2004. - № 4. - С.22-23.
6. Лицуков С.Д. Оптимальная доза азотных удобрений / С.Д. Лицуков // Сахарная свекла. - 2004. - 6. - С.32-33.
7. Лицуков С.Д. Агроэкологические особенности возделывания овощных культур на почвах, загрязненных тяжелыми металлами / С.Д. Лицуков, A.B. Акинчин // Достижения науки и техники АПК. - 2008. - № 9. - С. 17-19.
8. Лицуков С.Д. Влияние средств химизации на подвижность свинца и цннка в почве / С.Д. Лицуков // Вестник Курской ГСХА. - 2010. - № 3.- С. 3133.
9. Лицуков С.Д. Накопление тяжелых металлов растениями картофеля на черноземе типичном. / С.Д. Лицуков // Вестник Орловского ГАУ. - 2011. -№ 1 (28). - С. 95-96.
10. 34. Способ повышения урожайности сельскохозяйственных культур. RU (21) 2004110879/12 (13)А Бюллетень. Изобретения. Полезные модели. №27. - Москва, 2005 г. - С.4. Котлярова О.Г., Лицуков С.Д., Наумкин В.Н., Нечаев Н.Д.
Методические рекомендации и учебные пособия:
11. Оптимизация азотного питания озимой пшеницы на основе почвенно-растительной диагностики в Центрально-Черноземной зоне. Рекомендации /
B.Г. Минеев, П.Г. Акулов, Н.М. Доманов, P.A. Афанасьев, Н.К. Болдырев, С.Д. Лицуков. - Белгород: Изд-во. БСХИ, 1989. - 33 с.
12. Севообороты Центрально-Черноземной зоны. Учебное пособие. Рекомендовано УМО по агрономическому образованию / О.Г. Котлярова, Ф.Л. Ко-щин, А.И. Титовская, С.Д. Лицуков, Е.Г. Котлярова, Н.С. Добудько. - Белгород: Изд-во. БелГСХА, 2005. - 101 с.
13. Разработка систем земледелия на ландшафтной основе в ЦентральноЧерноземной зоне. Учебное пособие. Рекомендовано УМО по агрономическому образованию / О.Г. Котлярова, Е.Г. Котлярова, С.Д. Лицуков. - Белгород: Изд-во. БелГСХА, 2006. - 127 с.
Прочие публикации:
14. Котлярова О.Г. Мониторинг экологического состояния агроландшаф-тов Белгородской области / О.Г. Котлярова, С.Д. Лицуков, Л.М. Колесников, Т.А. Гринченко // Пути интенсификации сельскохозяйственного производства. -Белгород: Изд-во. БелГСХА, 1995.-С.84-87.
15. Колесников Л.М. Динамка рухожих форм фосфору в pümi Белгородско1 област1 / Л.М. Колесников, С.Д. Лицуков, С.А. Плахотина// Матер1али науково1 конференцн «Напрямки тдвшцения продуктивное^ та якос™ сшьськогосподарсько1 продукцн». - Суми: Вид-во. Сумьский СГ1, 1995. -
C.202.
16. Смык A.B. Изменение плодородия почв Белгородской области при их интенсивном использовании / A.B. Смык, О.Г. Котлярова, С.Д. Лицуков, Л.М. Колесников // Тезисы докладов научно-практической конференции «Стабилизация развития АПК Центрального Черноземья на основе рационального использования природно-ресурсного потенциала».- Воронеж: Изд-во. Воронеж. ГАУ, 1996.-С.46-48.
17. Лицуков С.Д. Изменение плодородия почв в Белгородском и Красногвардейском районах Белгородской области за 5 циклов агрохимического обследования. Стабилизация развития / С.Д. Лицуков // Тезисы докладов научно-
практической конференции «АПК Центрального Черноземья на основе рационального использования природно-ресурсного потенциала». - Воронеж: Изд-во. Воронеж. ГАУ, 1996,- С.48-50.
18. Котлярова О.Г. Динамика родючосп грунт i в и врожайшсть зерновых культур в Белгородской обласп" / О.Г. Котлярова, Л.М. Колесников, С.Д. Лицу-ков // Тезиси доловил на конференцп «Грунта Украши: еколопя, еволгошя, систематика, окультурения, оцнжа, мониторинг, географ1я, викорестання».-Харюв: Вид-во. Хармвський ДАУ, 1996. - С. 18.
19. Смык A.B. Влияние интенсивности использования почв Белгородской области на изменение их плодородия /A.B. Смык, О. Г. Котлярова, Л.М. Колесников, С.Д. Лицуков // Тезисы докладов международной конференции «Проблемы сельскохозяйственного производства на современном этапе и пути их решения». - Белгород: Изд-во. БелГСХА, 1997. - С.8-10.
20. Колесников Л.М. Влияние обработки и удобрений на плодородие почв / Л.М. Колесников, С.Д. Лицуков // Тезисы докладов международной конференции «Проблемы сельскохозяйственного производства на современном этапе и пути их решения». - Белгород: Изд-во БелГСХА, 1997. - С.11-12.
21. Котлярова О.Г. Динамика агрохимических показателей почв за последние 30 лет в Белгородской области / О.Г. Котлярова, Е.Г. Котлярова, С.Д. Лицуков //Системы воспроизводства почв в ландшафтном земледелии: Материалы Всероссийской научно-практической конференции. - Белгород: Изд-во. БелНИИСХ, 2001.-С. 108-110.
22. Котлярова О.Г. Агроэкологический стационарный полевой опыт и его значение в разработке и совершенствовании технологии возделывания с.-х. культур / О.Г. Котлярова, В.Н. Наумкин, Л.А. Наумкина, Ф.Л. Кощин, Е.Г. Котлярова, С.Д. Лицуков // Международная научно-производственная конференция, посвященная 25-летию образования БелГСХА «Проблемы с.-х. производства на современном этапе и пути их решения». - Белгород: Изд-во. БелГСХА, 2003.- С. 27-28.
23. Лицуков С.Д. Влияние азотного режима на урожайность и качество озимой пшеницы / С.Д. Лицуков // Владимирский земледелец. - 2003. - № 4.-С.22-23.
24. Котлярова Е.Г. Влияние средств химизации на поступление кадмия в клубни картофеля / Е.Г. Котлярова, С.Д. Лицуков // Материалы научно-практической конференции «Решение экологических проблем при производстве с.-х. продукции». - Белгород: Изд-во. БелГСХА, 2004. - С.58-60.
25. Котлярова О.Г. Анализ изменения плодородия почв под влиянием различных систем земледелия и удобрений в хозяйствах восточной зоны Белгородской области за 1967-1993 гг. / О.Г. Котлярова, Е.Г. Котлярова, С.Д. Лицуков // Материалы международной научно-практической конференции. T.I. «Проблемы борьбы с засухой». - Ставрополь: Изд-во. Ставропольский ГАУ, 2005,- С.82-86.Г.
26. Дубянский М.В. Зимостойкость и урожайность озимых культур в условиях Белгородской области / М.В. Дубянский, С.Д. Лицуков, Т.Н. Балабанова, Д.В. Великих // Материалы VIH международной научно-производственной
конференции «Проблемы сельскохозяйственного производства на современном этапе и пути их решения». - Белгород: Изд-во. БелГСХА, 2004. - С. 16-17.
27. Котлярова О.Г. Продуктивность озимых зерновых культур в зависимости от предшественников и удобрений / О.Г. Котлярова, В.Н. Наумкин, С.Д. Лицуков, MB. Дубянский // Материалы IX международной научно-производственной конференции «Проблемы сельскохозяйственного производства на современном этапе и пути их решения». - Белгород: Изд-во. БелГСХА, 2005,- С.48-49.
28. Наумкина Л.А. Урожайность озимой пшеницы в условиях Белгородской области / Л.А. Наумкина, С.Д. Лицуков, А.Н. Смелый, Т.Н. Акупиян // Материалы IX международной научно-производственной конференции «Проблемы сельскохозяйственного производства на современном этапе и пути их решения». - Белгород: Изд-во. БелГСХА, 2005.- С.50-51.
29. Наумкин В.Н. Урожайность озимой ржи в условиях Белгородской области / В.Н. Наумкин, С.Д. Лицуков, А.Н. Смелый, Т.Н. Балабанова // Материалы IX международной научно-производственной конференции «Проблемы сельскохозяйственного производства на современном этапе и пути их решения». - Белгород: Изд-во. БелГСХА, 2005.- С.51-52.
30. Наумкин В.Н. Зимостойкость и урожайность озимого тритикале в условиях Белгородской области / В.Н. Наумкин, С.Д. Лицуков, А.Н. Смелый, М.В. Дубянский // Материалы IX международной научно-производственной конференции «Проблемы сельскохозяйственного производства на современном этапе и пути их решения».- Белгород: Изд-во. БелГСХА, 2005.- С.52-53.
31. Котлярова О.Г. Возделывание картофеля на почвах, загрязненных тяжелыми металлами / О.Г. Котлярова, Е.Г. Котлярова, С.Д. Лицуков // Бюллетень научных работ. - Белгород: Изд-во. БелГСХА, 2005. Вып. 2. - С.25-26.
32. Котлярова О.Г. Агрономическая эффективность минеральных удобрений под влиянием различных систем земледелия в условиях Белгородской области / О.Г. Котлярова, Е.Г. Котлярова, С.Д. Лицуков // Агроэкологические проблемы в сельском хозяйстве: Сборник научных трудов. - Воронеж: Изд-во. Воронеж. ГАУ, 2005.- Ч. 1. - C.I0-13.
33. Лицуков С.Д. Влияние минеральных удобрений на урожайность и качество сахарной свеклы / С.Д. Лицуков // Агроэкологические проблемы в сельском хозяйстве: Сборник научных трудов. - Воронеж: Изд-во. Воронеж. ГАУ, 2005.-Ч. 1. - С.22-24.
34. Лицуков С.Д. Получение экологически чистой продукции на почвах, загрязненных свинцом С.Д. Лицуков // Агроэкологические проблемы в сельском хозяйстве: Сборник научных трудов. - Воронеж: Изд-во. Воронеж. ГАУ, 2005.-Ч. 1. - С.209-212.
35. Наумкин В.Н. Методологический подход к оценке адаптивных, ресурсосберегающих, экологически безопасных технологий возделывания полевых культур / В.Н. Наумкин, Г.И. Уваров, С.Д. Лицуков, A.M. Хлопяников // Бюллетень научных работ. - Белгород: Изд-во. БелГСХА, 2006. - Вып. 5 - С.3-8.
36. Дубянский М.В. Зимостойкость и продуктивность озимой тритикале в зависимости от предшественников и удобрений / М.В. Дубянский, В.Н. Наум-
кин, С.Д. Лицуков, А.Н. Смелый // Материалы X международной научно-производственной конференции «Проблемы сельскохозяйственного производства на современном этапе и пути их решения»,- Белгород: Изд-во. БелГСХА, 2006. - Т.1. - С.25.
37. Смелый А.Н. Засоренность посевов озимых зерновых культур в зависимости от предшественников и удобрений / А.Н. Смелый, J1.A. Наумкина, С.Д. Лицуков Т.Н. Балабанова И Материалы X международной научно-производственной конференции «Проблемы сельскохозяйственного производства на современном этапе и пути их решения». - Белгород: Изд-во. БелГСХА, 2006.-Т.1.-С.9.
38. Смелый А.Н. Агротехническая эффективность использования предшественников и минеральных удобрений под озимые культуры /А.Н. Смелый, Л.А. Наумкина, С.Д. Лицуков, Т.Н. Балабанова // Бюллетень научных работ. -Белгород: Изд-во. БелГСХА,2008.-Вып. 15.-С. 10-16.
39. Лицуков С.Д. Подвижность тяжелых металлов на черноземе типичном / С.Д. Лицуков // Бюллетень научных работ. - Белгород: Изд-во. БелГСХА, 2009.-Вып. 16. -С.22-27
40. Лицуков С.Д. Влияние извести и навоза на распределение цинка и меди в растениях фасоли на черноземе типичном / С.Д. Лицуков // Материалы XIII международной научно-производственной конференции «Проблемы сельскохозяйственного производства на современном этапе и пути их решения». -Белгород: Изд-во. БелГСХА, 2009. - С. 23.
41. Лицуков С.Д. Влияние реакции почвенного раствора на подвижность тяжелых металлов в почве / С.Д. Лицуков // Материалы XIII международной научно-производственной конференции «Проблемы сельскохозяйственного производства на современном этапе и пути их решения». - Белгород: Изд-во. БелГСХА, 2009. - С. 24.
42. Лицуков С.Д. Распределение кадмия и меди в растениях картофеля в зависимости от средств химизации / С.Д. Лицуков // Материалы XIII международной научно-производственной конференции «Проблемы сельскохозяйственного производства на современном этапе и пути их решения». - Белгород: Изд-во. БелГСХА, 2009. - С. 25.
43. Лицуков С.Д. Распределение цинка и свинца в растениях столовой свеклы в зависимости от внесения навоза и извести /С.Д. Лицуков, A.B. Акин-чин // Материалы XIII международной научно-производственной конференции «Проблемы сельскохозяйственного производства на современном этапе и пути их решения». - Белгород: Изд-во. БелГСХА, 2009. - С. 26.
44. Лицуков С.Д. Влияние извести и навоза на распространение свинца и цинка в растениях картофеля на черноземе типичном / С .Д. Лицуков // Материалы XFV международной научно-производственной конференции «Проблемы сельскохозяйственного производства на современном этапе и пути их решения». - Белгород: Изд-во БелГСХА, 2010. - С. 29
45. Лицуков С.Д. Энергетическая эффективность применения средств химизации при возделывании столовой свеклы на загрязненных тяжелыми металлами черноземных почвах / С.Д. Лицуков // Материалы XIV международной
научно-производственной конференции «Проблемы сельскохозяйственного производства на современном этапе и пути их решения». - Белгород: Изд-во БелГСХА, 2010.-С. 30
46. Лицуков С.Д. Энергетическая эффективность применения средств химизации при возделывании картофеля на загрязненных тяжелыми металлами почвах / С.Д. Лицуков // Материалы XIV международной научно-производственной конференции «Проблемы сельскохозяйственного производства на современном этапе и пути их решения». - Белгород: Изд-во БелГСХА, 2010.-С. 31
47. Лицуков С.Д. Влияние извести и навоза на накопление кадмия и свинца в растениях фасоли на черноземе типичном / С.Д. Лицуков // Материалы XIV международной научно-производственной конференции «Проблемы сельскохозяйственного производства на современном этапе и пути их решения». -Белгород: Изд-во Бел ГСХА, 2010. - С. 32
48. Лицуков С.Д. Распределение кадмия и меди в растениях столовой свеклы в зависимости от применяемых средств химизации / С.Д. Лицуков // Материалы XIV международной научно-производственной конференции «Проблемы сельскохозяйственного производства на современном этапе и пути их решения». - Белгород: Изд-во БелГСХА, 2010. - С. 33
Подписано в печать 28.04.2011 г. Формат 60x84,1/16. Усл. печ. листов 2,7 Тираж 100 экз. Заказ 0529
Отпечатано в типографии ООО «ГиК», г. Белгород, ул. Калинина, 38-А,
тел. (4722)58-71-25 Св-во 001071155 от 13.04.2005 г.
Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, доктора сельскохозяйственных наук, Лицуков, Сергей Дмитриевич, Белгород
На правах рукописи ЛИЦУКОВ СЕРГЕЙ ДМИТРИЕВИЧ
05201151535
)
ЭКОЛОГО - АГРОХИМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ВОЗДЕЛЫВАНИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР В ЦЧР
Специальность 06.01.04 - агрохимия
ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени доктора сельскохозяйственных наук
Научный консультант доктор сельскохозяйственных наук профессор Н.Г.Мязин
Белгород 2011
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность. При многолетнем использовании удобрений особую актуальность приобретает проблема изучения»закономерностей количественных и качественных изменений плодородия' почв и продуктивности сельскохозяйственных культур под влиянием внесения удобрений. Особую значимость в настоящее время приобретает изучение влияния азотных удобрений на почву и растения в связи с загрязнением природной среды нитратами. Поэтому важно регулировать процессы накопления нитратов в почве. Для получения планируемого урожая высококачественной продукции необходимо обеспечить оптимальный режим азотного питания сельскохозяйственных растений.
Охрана окружающей среды от химического загрязнения - одна из важнейших социальных и экономических задач. На современном этапе существует потенциальная опасность загрязнения почвы тяжелыми металлами-. Это требует глубоких исследований в системе почва — удобрение — растение. В современном мире ежегодно на каждого человека в среднем приходится до 5 тонн органических и минеральных отбросов и отходов, что составляет в целом для планеты величину порядка 20*109 т. Эти вещества загрязняют почвенный покров,
1
воды и воздух, причем, из водной и воздушной среды прямыми и косвенными путями попадают в почву (Д.С. Орлов и др., 1991).
Промышленные предприятия ЦЧР ежегодно выбрасывают в атмосферный воздух около одного миллиона тонн твердых веществ. Наибольшая доля загрязнителей поступает от автотранспорта. В процессе осаждения твердых частиц из воздуха отмечается накопление в почве токсичных веществ. В почве накапливаются соединения ртути, никеля, свинца, вольфрама, мышьяка, кадмия, сурьмы, хрома и других элементов. (Черников В.А. и др., 2000) Для современного техногенного загрязнения характерен, в основном, полиэлементный состав загрязнителей, поэтому важно знать влияние нескольких загрязнителей на продуктивность растений и на их биологическую подвижность. В условиях загрязнения почв тяжелыми металлами разработка научно обоснованных прие-
4. Обосновать экологические и агрохимические особенности применения средств химизации под овощные культуры на загрязненных тяжелыми металлами почвах.
5. Провести наблюдения за содержанием тяжелых металлов на стационарных участках черноземных почв и их поступлением в растениеводческую продукцию.
6. Определить энергетическую и экономическую эффективность применения средств химизации.
Научная новизна работы. В работе впервые на комплексной основе сделан анализ изменения агрохимических показателей плодородия почв и продуктивности сельскохозяйственных культур за сорокалетний период в целом по Белгородской области и составлен прогноз их динамики на ближайшую перспективу. Установлена зависимость между содержанием минерального азота в почве, азота в растениях и урожайностью и качеством зерна озимой пшеницы и корнеплодов сахарной свеклы. Впервые проведена оценка продуктивности озимых зерновых культур в зависимости от предшественников и доз минеральных удобрений. Впервые в ЦЧР проведены исследования о влиянии тяжелых металлов на урожайность и качество овощных культур и предложены приемы детоксикации черноземных почв, загрязненных тяжелыми металлами. Установлена зависимость содержания валовых форм тяжелых металлов в почве от содержания в ней гумуса. Установлена подвижность цинка, меди, свинца и кадмия на черноземных почвах.
Работа выполнена на кафедре земледелия и агрохимии в ФГОУ ВПО «Белгородская государственная сельскохозяйственная академия» и в Государственном центре агрохимической службы «Белгородский» по программе проведения полевых опытов, рекомендованной ВНРШТИХИМ и ЦИНАО, утвержденной Всероссийским производственно-научным объединением по агрохимическому обслуживанию сельского хозяйства «Россельхозхимией» от 29.03.84 г. № 64-37/320 и Главным управлением химизации и защиты растений МСХ РФ от 8.01.92 г. № 43-2-11/399.
Практическая значимость. Установлена корреляционная зависимость между запасами минерального азота в почве и урожайностью озимой пшеницы и сахарной свеклы, что позволит прогнозировать урожайность этих культур по фазам развития и регулировать уровень азотного питания в процессе вегетации сельскохозяйственных культур. Рассчитаны коэффициенты использования питательных веществ из почвы и удобрений, которые могут быть использованы при расчете доз минеральных удобрений в условиях ЦЧР. Разработаны приемы снижения поступления тяжелых металлов в растениеводческую продукцию при возделывании их на загрязненных почвах.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались автором на научно-практической конференции, посвященной 150-летию со дня рождения В.В. Докучаева (г. Воронеж, 1996), на международных научно-производственных конференциях (г. Белгород, 1997., 2003., 2004., Ставрополь, 2005., Белгород, 2005., 2006., 2008., 2009., 2010), на Всероссийской научно-практической конференции (Белгород, 2001), на научной конференции «Агро-экологические проблемы в сельском хозяйстве», (Воронеж, 2005), пропагандировались автором на занятиях с агрономами хозяйств на курсах ФПК, на областных и районных семинарах.
Публикация результатов исследований. По теме диссертации опубликовано 48 печатных работ, в том числе в изданиях рекомендованных ВАК 10.
Структура и объем работы. Диссертация изложена на 289 страницах машинописного текста и состоит из семи глав, выводов и предложений производству, списка литературы. Список литературы включает 371 наименование, в том числе зарубежных авторов - 32.
Основные положения, выносимые на защиту.
В результате исследований на защиту выносятся следующие положения:
-динамика плодородия почв и продуктивности сельскохозяйственных культур как основа их прогнозирования и управления на ближайшую перспективу;
-управление урожайностью и качеством озимой пшеницы и сахарной свеклы путем изменения азотного режима почв;
-количественная оценка сельскохозяйственных культур как предшественника для озимых зерновых при разных дозах минеральных удобрений;
- закономерности поступления тяжелых металлов в растения и пути получения экологически безопасной продукции на техногенно загрязненных почвах;
- уровень содержания тяжелых металлов на черноземных почвах и накопление их в растениеводческой продукции;
- энергетическая и экономическая оценка эффективности средств химизации.
Автор выражает благодарность коллективу Федерального государственного учреждения «Белгородская государственная сельскохозяйственная академия» и Государственного центра агрохимической службы «Белгородский» в оказании помощи при анализе почвенных и растительных образцов.
1 ВЛИЯНИЕ ОРГАНИЧЕСКИХ И МИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИЙ НА ИЗМЕНЕНИЕ АГРОХИМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПОЧВ И УРОЖАЙНОСТЬ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР
1.1 Влияние органических и минеральных удобрений на плодородие почв
Агрохимические свойства почвы в значительной степени определяют характер действия удобрений. На почвах, резко различающихся по своему происхождению и плодородию, эффективность удобрений неодинакова. Эффективность удобрений может быть неодинаковой даже в пределах одного почвенного типа в зависимости от агрохимических особенностей почв того или иного района (Минеев и др., 1980).
Интенсивное земледелие должно предусматривать, не только бездефицитный баланс гумуса, но и расширенное его воспроизводство. А это возможно при рациональном сочетании органических и минеральных удобрений с учетом специализации севооборотов и конкретных почвенно-климатических условий
N
(Минеев, 1990).
Внесение органических удобрений на малогумусных, слабоокультурен-ных дерново-подзолистых почвах - важнейший прием повышения их плодородия. При систематическом применении больших норм органических удобрений происходит улучшение агрохимических показателей почвы. Под их влиянием тяжелые почвы становятся менее связными, а у легких повышается влагоем-кость и емкость поглощения (Ягодин, 1989).
Показатели плодородия почвы оптимальны в том случае, если они обеспечивают формирование высокого планируемого урожая и качества продукции всех культур севооборота. Оптимальные параметры агрохимических показателей плодородия почвы определяются по содержанию гумуса, подвижных форм азота, фосфора, калия, микроэлементов (Минеев, 1993).
Гумус является одним из основных показателей потенциального плодородия почвы.
Формирование запаса гумуса в почве — длительный процесс. Невозможно существенно увеличить его запасы при использовании невысоких доз быстро минерализирующихся органических удобрений.
По мнению В.И. Ефимова (1989), накопление гумуса в почве возможно лишь при внесении высоких доз органических удобрений, приготовленных на основе торфа.
Положительный баланс гумуса, высокая продуктивность культур зерно-пропашного севооборота на глубокомицеллярных предкавказских черноземах в умеренно влажной предзоне Северного Кавказа могут быть достигнуты при системе удобрения, обеспечивающей насыщенность севооборота 60 кг NPK и 5 т навоза на 1 га (Агеев и др., 1990).
На южных черноземах Кустанайской области в паровые поля пятипольных севооборотов предлагается вносить навоз в дозе 20 т/га и заделывать отвальным плугом. Усвоение элементов питания из удобрений более интенсивно происходит при отвальной заделке навоза, чем при плоскорезной. Использование навоза, а соломы зерновых культур в качестве удобрения не только повышает урожайность, но и сохраняет плодородие почв (Рычагова, Пробеж, 1991).
Полуперепревший навоз целесообразно применять в полевом севообороте под кукурузу в норме 40-60 т/га (Шапошникова и др., 1984).
На Украине, по данным H.H. Тарарико и Н.М. Цыганковой (1991), на дерново-подзолистой супесчаной почве в зерно-картофельном севообороте на фоне 13.4 т/га NPK при безотвальной обработке почвы гумусированность обрабатываемого слоя почвы повышалась больше, чем при вспашке. В слое 20-40 см, наоборот, при вспашке несколько увеличивалось содержание общего гумуса. Систематическое применение высоких доз навоза при плоскорезной обработке сопровождалось более значительным, чем при отвальной обработке, накоплением гумуса до глубины 90 см.
Обобщение результатов стационарных многолетних полевых опытов показало, что по мере окультуривания содержание гумуса в почвах Нечерноземной зоны увеличивается. Однако это увеличение даже при использовании вы-
соких доз удобрений (органических до 20 т/га в год и минеральных 110-120 кг. д.в./га) не превышало 0.5 - 1.0 % к массе почвы (Семенов, 1975).
То, что обычные дозы навоза могут лишь предохранять разрушение и убыль гумуса, но не могут сколько-нибудь существенно его накопить в почве, обосновывалось в свое время Вильямсом. В.Р. Вильяме не отрицал возможности накопления гумуса в почве, но лишь при систематическом внесении очень больших количеств органических веществ. Кроме того, он считал, что "навоз, не служа источником перегноя в почве, может быть, однако, средством сохранения перегноя" от усиленного разложения его микроорганизмами, нуждающимся в органическом веществе как источнике энергии (Вильяме, 1951).
Медленное накопление гумуса при внесении органических веществ связано с их быстрой и глубокой минерализацией в почве. При гумификации растительных остатков 70 -75 % их массы минерализуется в первые 1-2 года. Поэтому, отмечала М.М. Кононова (1984), количество новообразованных гумусовых веществ максимально может составлять лишь 20-30 % массы исходного материала. Однако не вся оставшаяся масса превращается в гумус. Фактическое количество новообразованных гумусовых веществ в длительных опытах не превышало 10 % от исходной массы.
В последнее время обращается внимание на то, что решающее значение для сохранения гумуса в почве имеет поступление негумифицированных остатков, поэтому эффективно внесение соломистого навоза, посев многолетних трав, использование зеленого удобрения (Ефимов и др., 1989).
В условиях дерново-подзолистой суглинистой почвы возрастающие дозы органических удобрений (навоз, солома, сидераты) заметно повышали содержание гумуса во всех изучаемых севооборотах (Алиева, Липаев, Трофимова, 1991).
Длительное (24 года) применение органических и минеральных удобрений на легкой дерново-подзолистой почве приводило к повышению содержания в ней гумуса, подвижных форм фосфора и калия. Возрастала продуктивность севооборота (Балябо и др., 1991).
Использование слаборазложившегося навоза может существенно увеличить ресурсы органических удобрений.
В исследованиях М.Н. Кулагиной (1989) на дерново-подзолистой почве наиболее интенсивное накопление подвижного органического вещества отмечено при систематическом внесении органоминеральных удобрений: его запасы на 24 % превышали контроль без удобрений.
Применение минеральных удобрений способствовало обогащению почвы водорастворимым гумусом. По данным В.И. Канивец (1989), при разложении соломистых растительных остатков и соломистого навоза образуется повышенное количество гумусовых веществ.
Стабильно высокую продуктивность культур в условиях Южного Полесья Украины обеспечивала заделка навоза под вспашку на глубину 15-25 см. Менее интенсивные безотвальные способы обработки почвы по сравнению с ежегодно проводимой вспашкой увеличивали срок последействия навоза (Та-рарико, 1989).
В длительном опыте ТСХА наибольшая гумусированность дерново-подзолистой почвы достигнута при совместном внесении навоза с минеральными удобрениями (Доспехов, Кирюшин, Браторская, 1980).
Один из важнейших факторов окультуривания почв - систематическое применение возрастающих доз органических удобрений (Муленков, 1988; Шапошникова и др., 1993).
По данным исследований Г.Е. Мерзлой и др. (1991), для поддержания бездефицитного баланса гумуса на дерново-подзолистых почвах достаточно было вносить в год не менее 20 т/га навоза на фоне 180 кг Р2О5.
По данным Г.П. Покудина (1989), в условиях ЦЧЗ на черноземах обыкновенных систематическое применение минеральных, органических и органоминеральных удобрений в различных севооборотах при внесении 6 т/га подстилочного навоза, 45-60 т/га жидкой фракции бесподстилочного навоза или минеральных удобрений в эквивалентном количестве способствует увеличению в почве подвижных форм азота, фосфора и калия.
Для повышения плодородия почвы, урожайности и качества продукции сельскохозяйственных культур зернопропашного севооборота, по мнению A.C. Найденова (1991), наиболее эффективным является совместное применение органических и минеральных удобрений. При этом солома и другие пожнивные остатки на фоне минеральных удобрений по влиянию на плодородие почвы, урожай и качество получаемой продукции не уступали бесподстилочному навозу. Как и подстилочный навоз, солома и пожнивные остатки с минеральными-удобрениями на выщелоченном черноземе в Краснодарском крае улучшали качественный состав гумуса, сдерживали подкисление почвы и обеспечивали наибольший экономический эффект при наименьших затратах.
Органические и минеральные удобрения лучше вносить в виде органоми-неральных смесей. Органические и минеральные удобрения при совместном внесении дополняют друг друга в отношении гумусонакопительной способности почв (Панников, 1981; Шевцова, Дробков, 1981; Панов, Стратонович, Бай-беков, 1986).
По данным А.И. Бакун и H.H. Любинецкого (1992), на дерново-подзолистых почвах легкого механического состава внесение 14-17 т/га навоза и минеральных удобрений в дозах N51P37K52 обеспечивало бездефицитный баланс гумуса в пахотном слое с одновременным повышением содержания в почве подвижного фосфора и обменного калия в зернопропашном севообороте.
При длительном систематическом применении органических и минеральных удобрений в зерносвекловичном севообороте Центральной Лесостепи Правобережья Украины увеличилась в среднем за 50 лет общая продуктивность севооборота при минеральной системе удобрения на 17 %, при органоминераль-ной - на 24 % (Мартынович и др., 1995).
Однако в условиях Тверской области на дерново-подзолистой песчано-легкосуглинистой почве за 40 лет сельскохозяйственного использования (19481987 гг.) и систематического применения минеральных и органических удобрений содержание и запас гумуса в 40-см слое снизилось на 30-35 %. Внесение минеральных удобрений в дозах N12P30K30 и навоза 10 т/га, как и их совместное
применение, не способствовало сохранению гумуса. Темпы снижения его содер
-
Лицуков, Сергей Дмитриевич
-
доктора сельскохозяйственных наук
-
Белгород, 2011
-
ВАК 06.01.04
- Совершенствование технологии возделывания топинамбура в ЦЧР
- Урожай и качество зерна озимой пшеницы в зависимости от удобрений, кулис и химической защиты посевов по разным предшественникам в южной лесостепи ЦЧР
- Разработка основных агроприемов возделывания кормовых сорговых культур в условиях лесостепи ЦЧР
- Биоэкологические и агротехнические особенности производства сои в Центральном Черноземье РФ
- Оптимизация экологического состояния и функционирования базовых компонентов черноземных агроэкосистем восточной части ЦЧР в условиях повышенной антропогенной нагрузки
