Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему
Эколого-агрохимические функции удобрений при их длительном применении (50 лет) в агроценозе на дерново-подзолистой почве
ВАК РФ 06.01.04, Агрохимия
Автореферат диссертации по теме "Эколого-агрохимические функции удобрений при их длительном применении (50 лет) в агроценозе на дерново-подзолистой почве"
На правах рукописи
Гомонова Нина Федоровна
Эколого-агрохимические функции удобрений при их длительном применении (50 лет) в агроценозе на дерново-подзолистой почве
Специальность 06.01.04 - агрохимия
АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора биологических наук
2 1 ОКТ 20Ю
МОСКВА 2010
004610757
Работа выполнена на кафедре агрохимии факультета почвоведения Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова
Научный консультант - академик РАСХН Минеев В.Г.
Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор доктор биологических наук, профессор доктор биологических наук
Никитишен В.И. Карпачевский Л. А. Аканова Н.И.
Ведущее учреждение: Российский государственный аграрный
университет - МСХА имени К.А. Тимирязева
Защита состоится 16 ноября 2010 г. в 15 час. 30 мин. в аудитории М-2 на заседании диссертационного совета Д 501.002.13 на факультете почвоведения МГУ имени М.В. Ломоносова по адресу: 119991, ГСП-1, Москва, Ленинские горы, МГУ, факультет почвоведения, Ученый совет.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке факультета.
Автореферат разослан « » сентября 2010 г.
Ученый секретарь диссертационного совета д.б.н. профессор _
Зенова Г.М.
ЭКОЛОГО-АГРОХИМИЧЕСКИЕ ФУНКЦИИ УДОБРЕНИЙ
ПРИ ИХ ДЛИТЕЛЬНОМ ПРИМЕНЕНИИ (50 ЛЕТ) В АГРОЦЕНОЗЕ НА ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТОЙ ПОЧВЕ
Актуальность проблемы. Дерново-подзолистые почвы занимают более 17 млн га пахотных земель РФ, характеризуются низким естественным плодородием, недостаточным содержанием усвояемых соединений питательных веществ, повышенной кислотностью и слабой гумусиро-ванностью, неблагоприятными физико-химическими и биологическими свойствами, что обусловливает высокую потребность в минеральных, органических удобрениях и известковании с целью окультуривания этих почв.
Для улучшения их плодородия необходимо комплексное применение агрохимических средств [Доспехов с соавт., 1975; Прокошев, 1987; Минеев, 2000; Курганова, 2002; Шатилов с соавт., 2004; Никитишен, 2003; Егоров, 2006 и др.].
Несбалансированное применение минеральных удобрений без известкования на этих почвах может привести к ухудшению свойств не только их пахотного горизонта [Авдонин, 1964; Арене, 1956; Лебедева, 1980; Минеев, Гомонова, 2009 и др.], но и к деградации метрового слоя почвы и к снижению урожаев сельскохозяйственных культур.
Известно, что вовлечение удобрений и мелиорантов в круговорот веществ агроэкосистем позволяет достигать высоких положительных результатов только в тех случаях, когда посредством их применения обеспечивается сбалансированный уровень корневого питания растений и создаются благоприятные условия для продуктивного использования поступающих в почву питательных веществ в процессе формирования урожая.
Для получения полной объективной информации, отражающей изменение почвенных процессов, протекающих в природных условиях агроэкосистем в системе почва-удобрение-растение, являются стационарные полевые опьггы.
Такие исследования проводятся в стационарном полевом опыте кафедры агрохимии МГУ, заложенном в 1950 году, в котором изучаются длительное взаимодействие минеральных, органических удобрений и известкования в процессе окультуривания дерново-подзолистой почвы и роль этих агрохимических средств в осуществлении экологических функций в агроэкосистемах. Результаты этих исследований и положены в основу данной работы.
Цель работы - изучить закономерности взаимодействия минеральных, органических удобрений и известкования как эффективной научно-обоснованной эколого-агрохимической системы окультуривания дерново-подзолистой почвы и повышения продуктивности севооборота.
Задачи исследований:
1) Изучить влияние длительного применения удобрений и известкования на динамику изменения агрохимических и физических свойств почвы по ее профилю.
2) Показать влияние агрохимических средств на количественные и качественные показатели гумусного состояния почвы.
3) Выявить закономерности трансформации азота, фосфора и калия в условиях длительного комплексного применения агрохимических средств.
4) Исследовать подвижность в почве и доступность растениям мезо-и микроэлементов в зависимости от кислотности и гумусированности почвы
5) Оценить влияние удобрений и известкования на биологические свойства почвы и структуру почвенных микробных сообществ.
6) Установить закономерности прямого действия и последействия удобрений и известкования на продуктивность культур севооборота и качество растительной продукции.
7) Выявить накопление в почве тяжелых металлов, поступающих в агроэкосистемы с удобрениями и известью, и оценить уровень поступления их в растения.
Научная новизна:
1) Впервые, в 50-летнем полевом опыте, разработан новый методологический подход для оценки функций удобрений на дерново-подзолистой почве в агроценозе, что позволило установить, влияние комплекса агрохимических средств на преобразование низко-плодородных дерново-подзоли^стых почв в высоко-окультуренные и показать, что систематическое применение минеральных, органических удобрений и известкования в агроценозе оптимизирует характер изменения физико-химических, агрохимических и биологических свойств почвы, а также биохимический состав продукции растениеводства.
2) Впервые применен комплексный подход к изучению не только прямого и длительного действия, но и последействия систем удобрений при оптимизации эколого-агрохимических функций в метровом профиле и их влияние на формирование высокоплодородных агродерново-подзолистых почв [Классификация почв, 2004].
3) Определена степень снижррия продуктивности агроэкосистем при несбалансированном примененищудобрений без известкования на кислых дерново-подзолистых почвах.
4) Впервые установлена роль систематического известкования при длительном действии и последействии органоминеральных удобрений.
5) Впервые определены допустимые значения (ПДЗ) свойств почвы дерново-подзолистого типа, при достижении которых возможны необратимые процессы деградации метрового профиля почвы.
Защищаемые положения:
1) Формирование высокопродуктивных агроценозов возможно только на плодородных, богатых гумусом дерново-подзолистых почвах с благоприятными агрохимическими и биологическими свойствами.
2) Преобразование слабоокультуренных дерново-подзолистых почв с низким уровнем естественного плодородия (со слабой гумусирован-ностью, повышенной кислотностью, малой буферностью и недостаточным содержанием усвояемых соединений питательных веществ) возможно путем комплексного использования минеральных, органических удобрений в сочетании с периодическим известкованием.
3) Наиболее успешное решение эколого-агрохимических проблем окультуривания дерново-подзолистых почв возможно на основе результатов исследований в многолетних стационарных полевых опытах в системе почва - растения - удобрения.
4) При комплексном применении минеральных, органических удобрений и известкования происходит улучшение агрохимических, физических, физико-химических и биологических свойств по слоям почвы до глубины 100 см, до оптимальных значений снижается кислотность, улучшается гумусное состояние и повышается емкость катионного обмена, в почве снижается подвижность тяжелых металлов и уменьшается их поступление в растения.
Практическая значимость и реализация результатов. Результаты исследований, полученные в многолетнем стационарном полевом опыте, являются основополагающими для разработки системы сбалансированного применения минеральных, органических удобрений и известкования, обеспечивающей эффективное окультуривание малоплодородных дерново-подзолистых почв и устойчивое функционирование высокопродуктивных агроэкосистем в условиях нечерноземной зоны Европейской части Российской федерации. За период исследований в длительном стационарном опыте продуктивность культур полевого севооборота повысилась с 7 до 71 ц к.е./га, улучшилось качество продукции; оптимизированы
показатели: агрохимических, физико-химических, биологических свойств почвы. При длительном применении органоминеральной системы удобрений и периодическом известковании тип гумуса с гуматно-фульватного стал фульватно-гуматным; происходит обогащение метрового слоя почвы фосфором, калием и кальцием.
Несбалансированное применение минеральных удобрений с нарушением соотношения в них питательных элементов на кислых дерново-подзолистых почвах приводит к снижению урожая сельскохозяйственных культур, ухудшению свойств почвы не только пахотного слоя, но и метрового профиля почвы, и ухудшению качества продукции растениеводства.
На основании экспериментальных данных, полученных в длительном стационарном опыте установлены предельно допустимые значения агрохимических свойств почвы - пороговая черта плодородия дерново-подзолистой среднесуглинистой почвы.
Апробация работы. Результаты исследований по теме диссертации доложены автором на Всесоюзном совещании «Пути повышения продуктивности земледелия и почвенного плодородия и задачи географической сети опытов с удобрениями в XI пятилетке» (Белгород, 1980), научной конференции «Докучаевское почвоведение 100 лет на службе сельского хозяйства» (Ленинград, 1983), республиканской конференции «Микробиологические процессы в почве и продуктивность сельскохозяйственных культур» (Вильнюс, 1986), XI Украинском съезде почвоведов (Харьков, 1986), 3-й Всесоюзной конференции «Микроорганизмы в сельском хозяйстве» (Москва, 1986), Всесоюзном совещании «Устойчивость и изменчивость Геосети как научная основа нормирования антропогенных нагрузок» (Москва, 1988), Всесоюзном совещании «Агрофитоценозы и экологические пути повышения стабильности и продуктивности» (Ижевск, 1988), Всесоюзной конференции «Почвенно-агрохимические проблемы формирования высокопродуктивных агроценозов» (Пущино, 1988), 8-м Всесоюзном съезде почвоведов (Новосибирск, 1989), Всесоюзной конференции «Нормирование антропогенных нагрузок» (Москва, 1989), Всесоюзной конференции по биологической роли микроэлементов и их применении в сельском хозяйстве и медицине» (Самарканд, 1990), Всесоюзной школе-конференции «Проблемы устойчивости биологических систем» (Севастополь, 1991), республиканской научно-техническая конференции (Волгоград, 1990), Всесоюзной конференции «Микроорганизмы в сельском хозяйстве» (Пущино, 1992), Всесоюзной конференции «Экологические аспекты использования и охраны почвенных ресурсов
республики» (Кишинев, 1990), конференции «История взаимодействия общества и природы. Факты и концепции» (Москва, 1990), 2-м съезде общества почвоведов (Санкт-Петербург, 1996), международном симпозиуме «Тяжелые металлы в окружающей среде» (Пущино, 1996), межгосударственной научной конференции «Современные проблемы охраны земель» (Киев, 1997), 3-м съезде Докучаевского общества почвоведов (Суздаль, 2000), Всероссийской конференции «Устойчивость почв к естественным и антропогенным воздействиям» (Москва, 2002), Международном экологическом форуме «Сохраним планету Земля» (Санкт-Петербург, 2004), 4-м съезде Докучаевского общества почвоведов (Новосибирск, 2004), Международной практической конференции «Тяжелые металлы, радионуклиды и элементы-биофилы в окружающей среде» (Семипалатинск, 2004), Международной конференции «Экология и биология почв» (Ростов-на-Дону, 2005), Международной конференции «Роль почв в сохранении устойчивости ландшафтов» (Пенза, 2005), научной конференции «Ломоносовские чтения» (Москва, 2007), Международной научной конференции «Современные проблемы загрязнения почв» (Москва, 2007).
Публикации. Результатам исследований по теме диссертации опубликованы в 95 научных публикациях, в том числе 51 публикация - в журналах из Перечня ВАК.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, 10 глав экспериментальной части, выводов, списка использованной литературы, включающего 412 наименований (в том числе иностранных авторов - 28) и 18 приложений. Материал диссертации изложен на 277 страницах, содержит 93 таблицы и 14 рисунков.
Автор выражает глубокую благодарность за помощь и содействие в выполнении работы научному консультанту академику РАСХН В.Г. Минееву, профессору Зеновой Г.М., всем сотрудникам кафедры агрохимии и биохимии растений, своим аспирантам и студентам, сотрудникам кафедры биологии почв.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Глава 1. Обзор литературы по исследуемой проблеме В обзоре литературы рассмотрено влияние длительного применения удобрений и известкования на свойства и плодородие почвы, продуктивность сельскохозяйственных культур и трансформацию ТМ в системе почва - растения - удобрения.
Глава 2. Программа, методы и условия проведения исследований
Исследования проводили в полевом стационарном опыте, заложенном в 1950 г. академиком ВАСХНИЛ Н.С. Авдониным на территории УОПЭЦ Чашниково на дерново-подзолистой слабоокультуренной средне-суглинистой почве на покровном суглинке по схеме Жоржа-Виля.
Схема многолетнего стационарного опыта и дозы внесения минеральных удобрений, кг\га д.в.
Годы N (аммиачная селитра) Р2О5 (двойной суперфосфат) К20 (хлористый калий)
1950-67 гг. 90 60 100
1968-71 гг. 100 60 60
1972-91 гг. 100 100 100
За исследуемый период были созданы следующие фоны: контроль известь, известь + навоз. По фонам вносили минеральные удобрения (суммарно): в варианте NK - 7920 кг д.в./га, NPK - 11760. С 1950 по 1991гг. -было изучено действие удобрений, а с 1992-2005 гг. - их последействие.
В период с 1950 по 1983 гг. полевой опыт был размещен на двух фонах: без внесения извести (фон 7) и с внесением извести {фон 2). Начиная с 1983 г., делянки на обоих фонах были разделены пополам, и был создан фон 3 с внесением органические удобрений (навоз КРС) из расчета 90 т/га. Учетная площадь делянок с 1984 г. стала 40 м2, повторность -трехкратная. Известкование в опыте за 50-летний период проведено 5 раз (в 1955, 1961, 1969, 1976, 1987 гг.) доломитовым известняком в дозах по гидролитической кислотности. За 5 известкований было внесено извести на контроле - 20 т/га, в варианте NK - 24 т/га, в варианте NPK - 21 т/га, что составляло примерно 0,66% к весу пахотного слоя почвы.
Органические удобрения вносили в 1983, 1987 и 1991 гг., всего за три ротации севооборота (за 12 лет) было внесено 270 т/га. С используемым количеством навоза в почву поступило (в кг/га): N - 834, Р2О5 - 675, К20 - 1188. Минеральные удобрения применяли ежегодно, с 1950 по
1991 гг. Севооборот с 1972 по 1994 гг. 4-польный: 1) подсолнечник (кукуруза) на зеленый корм, 2) озимая пшеница сорт "Мироновская 808" (озимая рожь сорт "Восход") на зерно, 3) вико-овсяная смесь на зеленую массу (овес сорт "Геркулес", вика - "Мохнатая"), 4) ячмень ("Надя") (овес) на зерно. В 1995 г. в севооборот были введены многолетние травы (смесь клевера с овсяницей). Учет урожая зерновых культур проводили методом пробных площадок в пятикратной повторности [Доспехов, 1979]. Вико-овсяную смесь скашивали на всей учетной площади делянки и взвешивали на весах. Подсолнечник и кукурузу срезали в рядках с последующим взвешиванием. Результаты учета урожая пересчитывали на 1 га посевов.
Обработка почвы до 1982 г. - обычная, осенью 1983 г. после внесения органических удобрений проведена безотвальная вспашка с углублением пахотного слоя почвы до глубины 30 см. Весной 1984 г. поле обработано тяжелой дисковой бороной на глубину 15-20 см. Эти приемы были повторены в годы внесения органических удобрений и извести (1987, 1991 гг.). После 39-летнего применения минеральных удобрений на одной повторности опыта были заложены почвенные разрезы на всех вариантах трех фонов опыта [Воронин, Боровинская, Гомонова,1991].
Почвенные образцы для агрохимических анализов отбирали весной до посева сельскохозяйственных культур и осенью после уборки урожая. Для изучения миграции питательных веществ по почвенному профилю и изменения агрохимических свойств почвы в глубоких горизонтах осенью 1976 г. после проведения третьего известкования были взяты образцы на глубину до 1 метра с интервалом в 20 см. Образцы почвы отбирали с использованием бура из 9 скважин на делянках 3-х повторений опыта.
Изучение биологических свойств почвы проводили с использованием образцов, взятых из ризосферы растений и на парующих площадках.
Модельные опыты по изучению трансформации калия, фосфора и изменения рН почвы под влиянием известкования были проведены с использованием почвы, отобранной с вариантов и фонов полевого опыта. Компосты выдерживали в политермостате при температуре 20-22°С и влажности 60% от ППВ в течение 36 месяцев.
Для исследования влияния агрохимических свойств почвы на трансформацию форм калия был проведен лабораторный опыт. Почву, взятую с делянок длительного опыта, компостировали в контролируемых условиях температуры и влажности, было внесено в виде хлористого калия 20 мг К20 на 100 г почвы. Опыт заложен в сосудах без отверстий, температура в термостате поддерживалась на уровне 20-24°С, а влажность - 60% от ППВ. Формы калия определяли через 14, 30 дней, 6 месяцев, 12 месяцев и
36 месяцев. В почве определяли калий в водорастворимой форме (по Александровой), в обменной - двумя методами (по Кирсанову и Масловой) и необменной (по методике Пчелкина). Определение калия проводили методом пламенной фотометрии.
Для изучения трансформации фосфора в почве, взятой с делянок полевого опыта, в компосты добавляли по 20 мг Р2О5/ЮО г фосфора суперфосфата.
В условиях полевого опыта в течение 1976-1984 гг. была изучена миграция обменного кальция в метровом слое почвы.
Агрохимические анализы почвы проводили общепринятыми методами: рН - в 1н КС1, содержание обменного кальция - в 1н NaCl с последующим определением тригонометрически, буферность - почвы по Аррениусу, емкость катионного обмена - по Бобко-Аскинази, обменный водород - по Гедройцу. Фракционный состав соединений азота в почве оценивали по Шконде-Королевой, гумус - по Тюрину в модификации Никитина, групповой и фракционный состав гумуса - по Тюрину в модификации Пономаревой и Плотниковой.
Содержание валового кальция в почве определяли объемным оксалатным методом [Аринушкина, 1962]. Определение валового калия, алюминия, валовых форм тяжелых металлов и микроэлементов разложением почвы смесью концентрированных плавиковой и азотной кислот с последующим определением атомно-эмиссионным спектральным методом. Содержание тяжелых металлов и железа в растениях определяли сухим озолением с последующим растворением золы смесью соляной и азотной кислот. В 1975 г. содержание валового железа в почве определяли путем сплавления с углекислым натрием с последующим анализом комплексометрически. В 1991 г. содержание этого элемента в почве и растениях анализировали методом атомной абсорбции на приборе Hitachi.
Содержание в почве необменного гидролизуемого калия определяли по методике ВИУА [1969], необменный калий - по Пчелкину [1966]. Для построения адсорбционно-десорбционных кривых и изучения калийного потенциала и потенциальной буферной способности почвы использовали методы, изложенные в работе «Агрохимические методы исследования почв» [1976]. Валовый фосфор в почве определяли по Гинзбург, степень подвижности фосфатов - по Карпинскому-Замятиной, общее содержание минеральных и органических фосфатов - по Хейфец, фракционный состав минеральных фосфатов - по Чангу-Джексону. Подвижные формы ТМ и МЭ - в ацетатно-аммонийном буфере при рН 4,8 [Практикум по агрохимии под ред. В.Г. Минеева, 2001; «Агрохимические методы исследования почв», 1976].
Анализы растений на содержание общего азота проводили по Кьельдалю [Петербургский, 1978], белковый азот осаждали трихлоруксус-ной кислотой [Плешков, 1976]. Фракции белков выделяли по Осборну в модификации Ермакова [1972]. Аминокислотный состав белка озимой ржи определяли на анализаторе Durum. Анализ на содержание крахмала в зерне проводили методом кислотного гидролиза с последующим определением углеводов по Бертрану. Показатель седиментации устанавливали по методу Зелени. Величину силы муки определяли в джоулях на альвеографе Шонена. Анализ физических свойств теста проводили с учетом сопротивления механическому воздействию месилки в условных единицах на фаринографе Брабендера.
В свежем растительном материале определяли содержание витамина [Плешков, 1976]. Содержание зольных элементов в растениях анализировали после мокрого озоления навески растительного материала общепринятыми методами.
Активность ферментов в почве определяли по Галстяну в модификации Гомоновой [1989]. Используемый в исследованиях метод «микробного пейзажа» состоит в индукции развития имеющихся в почве зародышей микроорганизмов путем инкубации почвенных частиц во влажной камере. Почвенный мелкозем помещается на стерильное предметное стекло и выдерживается во влажной камере в течение 2-3-х недель при периодическом микроскопировании в световом микроскопе. При этом в 30 полях зрения учитывается частота встречаемости грибных гиф, отрастающих от почвенных частиц и образуемых грибами спороношений. Численность и структура комплекса почвенных актиномицетов определялись методом посева разведенной почвенной суспензии на плотные питательные среды: крахмало-аммиачный и казеин-глицериновый агар. Численность бактерий оценивали, используя в качестве среды мясо-пептонный агар. Дифференцированный учет актиномицетов проводили на плотных питательных средах и с использованием количественных критериев определяли структуру актиномицетного комплекса [Звягинцев, 1991].
Глава 3. Влияние систем удобрений на физические свойства дерново-подзолистой почвы
Под влиянием 39-летнего применения агрохимических средств наблюдалось изменение показателей физических свойств почвы. В вариантах контроль, NK, NPK на фоне 3 (известкование + навоз) структура почвы улучшилась: четко выражена комковатость, более высокая водопрочность структурных отдельностей. Профиль почвы на фоне без известкования
в вариантах N и >1К до глубины 60 см имеет очень высокую плотность, отмечается сильное гумусное прокрашивание почвы до глубины 60-80 см.
Гранулометрический состав неоднороден по профилю: пахотный горизонт - крупно-пылеватый средний суглинок, подпахотные горизонты -среднесуглинистые, нижележащие слои почвы - тяжелосуглинистые. Минеральные удобрения, внесенные на фоне без известкования, ухудшили структуру пахотного слоя, в котором преобладает фракция 0,25-0,8 мм, состоящая из песчаных зерен, особенно в варианте №С. Вследствие этого резко понизилась водопроницаемость почвы, скорость фильтрации влаги в которой за первый час оказалась в 10-15 раз ниже по сравнению с вариантами применения минеральной и органоминеральной системы удобрений на известкованной почве.
Наибольшей водопрочностью обладают почвы при применении органоминеральной системы удобрений на известкованной почве, особенно на варианте КРК.
Содержание водопрочных агрегатов в пахотном слое почвы колеблется в зависимости от фона с 42% (фон 1) до 62% (фон 3). Это согласуется с данными по содержанию гигроскопической и продуктивной влаги в метровом слое почвы, которая имеет большое значение в сохранении ее почвенных запасов, накопившихся за осенне-зимне-весенний период. На известкованном фоне наблюдаются более высокие показатели содержания в почве гигроскопической влаги и запасов продуктивной влаги, причем, содержание последней в 4-8 раз выше, чем на соответствующих вариантах фона без известкования.
Плотность почвы при внесении минеральных удобрений в сочетании с известкованием (фон 2) значительно уменьшилась по сравнению с соответствующими вариантами фона 1. В соответствии с плотностью изменяется и порозность почвенных агрегатов. Для агрегатов размером 710 мм на фоне без внесения извести она составила 39%, на фоне внесения извести - 45%. Механическая прочность агрегатов размером 2-3 мм особенно низка в вариантах с применением №С-удобрений на фоне без известкования. Под влиянием длительного взаимодействия почвы с удобрениями и известью за 50-летний период показатель микро-агрегатности почвы увеличился.
Глава 4. Динамика изменения агрохимических свойств почвы
при длительном применении удобрений и известкования
Проведенные исследования показали, что при выращивании культур севооборота на фоне 1 (без внесения извести) кислотность почвы оставалась в течение 50 лет практически без изменений в пределах рН 4,3-4,5.
При длительном внесении азотных и азотно-калийных удобрений на фоне без извести происходило дальнейшее подкисление не только пахотного слоя, но и нижележащих горизонтов почвы. В варианте ОТК подкисление почвы было менее выражено (рис. 1).
Рис 1. Значения рН в метровом профиле почвы после IV известкования
Под влиянием 37-летнего внесения азотно-калийного удобрения в 1987 г. рН почвы снизился с 4,4 на контроле до 3,7; под влиянием применения NPK - до 3,9. При этом заметно повышалась гидролитическая кислотность и возрастало содержание в почве подвижного алюминия с максимумом в 1972 г. (12,2 мг/100 г в варианте NK), с понижением суммы обменных оснований. На известкованной почве эффективность внесения извести в севообороте усиливалась после каждого очередного приема известкования, особенно, при совместном использовании ее с навозом, что дало возможность поддерживать кислотность почвы в оптимальных пределах (рН 6,4 - 6,9) в последействии длительного применения азотно-калийного и полного минерального удобрения. Установлено, что при известковании дерново-подзолистой почвы дозами, рассчитанными по гидролитической кислотности, рН пахотного слоя изменяется на 1,11,4 единицы. При этом, чем ниже исходная кислотность почвы, тем быстрее наступает ее подкисление после проведения известкования и меньший срок положительного действия извести (рис. 2). Каждое последующее известкование увеличивает временной интервал срока действия извести.
После первого известкования возвращение почвы к первоначальному состоянию кислотности наблюдалось через 4 года, после второго - через 5-6 лет, после третьего - через 7 лет, после четвертого - через 8-9 лет. После пятого известкования увеличение рН почвы в контрольных вариантах фонов 2 и 3 наблюдалось через год, в вариантах с внесением удобрений величина его нарастала постепенно в течение 4 лет до рН 6,9.
рН 7,5
7
6,5
6
5,5
5
4,5
4
1955 1961 1969 1976 1987 2003
_<>_ о -л-ИК —•—МРК
Рис. 2. Динамика изменения значений рН с 1950 по 2003 гг. под влиянием пятикратного известкования и длительного применения удобрений
Оптимальное значение почвенной кислотности поддерживалось на протяжении 17 последующих лет последействия извести, не падая ниже рН -6,0 (рис. 2).
Изучение влияния длительного применения минеральных удобрений и известкования на динамику содержания подвижного алюминия в метровом слое почвы показало (рис. 3), что азотно-калийные удобрения в слоях почвы 20-40, 40-60, 60-80 см вызывают повышение содержания подвижного алюминия до 20-30 мг на 100 г почвы и более. Известкование, проведенное в 1976 г., способствовало резкому снижению содержания подвижного алюминия в профиле почвы на глубину до 80 см (рис. 3).
Увеличение относительного количества ионов кальция и магния в ППК наблюдалось в действии удобрений на известкованных фонах в контроле до 134% и до 145% в вариантах с удобрениями, по сравнению с контролем фона без известкования, что привело к снижению ионов алюминия 1^(1200-230%, увеличению степени насыщенности почв основаниями до 89-92%, с увеличением ее на этом фоне по метровому профилю до 60 см.
Рис. 3. Содержание подвижного алюминия в метровом профиле почвы после 4-го известкования (обозначения см. рис. 1)
Особый интерес представляют ЕКО и состав обменных катионов
(табл. 1). Величина ЕКО возрастала в основном под влиянием известкования и слабо изменялась под действием минеральных удобрений. На контроле и вариантах с внесением азотно-калийного и полного минерального удобрений без известкования значение этого показателя в 1990 г. составляло 7,64-8,10; на фоне известкования - 11,72-12,82 мг-экв/100 г почвы.
1. Влияние длительного применения минеральных удобрений на динамику ЕКО и состава обменных катионов дерново-подзолистой почвы,
мг-экв/100 г
Варианты: 0 № 0 ГШ ЫРК 0 МК МРК 0 МК
Показатели 1990 г (действие удобрений) 1995 г. (последействие удобрений)
Фон 1 Фон 2 Фон 2 ФонЗ
ЕКО 7,68 7,64 8,10 11,72 12,02 12,82 12,95 13,04 14,98 13,92 13,42 17,03
Са2++Мд2+ 5,00 3,30 5,20 10,30 10,80 11,20 12,40 11,20 12,30 12,90 11,40 14,20
К* 0,12 0,48 0,50 0,13 0,59 0,51 0,14 0,61 0,57 0,21 0,23 0,71
Н+ 0,32 2,20 1,40 0,04 0,03 0,03 0,04 0,03 0,04 0,01 0,02 0,03
А13* 0,44 0,74 0,40 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20
Б* 6,11 6,95 7,77 10,71 11,65 11,99 12,82 12,07 13,16 13,39 11,94 15,28
* в этой и последующих таблицах и рисунках «0» обозначает вариант без внесения минеральных удобрений (контроль)
ЕКО увеличивалась по мере увеличения числа известкований, и особенно, достигала максимального значения (17,03 мг-экв/100 г) при совместном внесении полного минерального удобрения, извести и навоза.
При этом большая часть обменных позиций ЕКО (14,20 мг-экв/100 г) насыщалась кальцием и магнием, в то время как в условиях применения одного минерального удобрения содержание этих катионов в составе ППК не превышало 5,20 мг-экв/100 г.
Степень насыщенности почв основаниями и ЕКО определяют буферность почвы. Буферностъ почвы увеличивается по мере нарастания числа проведения приемов известкования (рис. 4). Фон-1 - без извести; фон 2 - по извести; фон 3 - известь + навоз. На почвах с высокой буферной способностью ослабляется негативное влияние азотно-калийных удобрений на свойства почвы. Почва одинаково хорошо могла нейтрализовать как кислотные, так и щелочные остатки веществ, поступающих в почву. В отличие от известкованной почвы на фоне без известкования почва оставалась с низкой буферной способностью.
1975
1987
1991
20
15
2000
-10
т
ют
¡1
I
Р
И в щелочной среде В в кислой среде
щ
1 2 2 2 3 3 3
и
1 1 1 2 2 2 3 3 3
I
2 2 2 3 3 3
Рис. 4. Влияние длительного применения удобрений на буферность дерново-подзолистой почвы
Системы удобрений оказали большое влияние на динамику изменения кальция в дерново-подзолистой почве.
Длительное совместное применение аммиачной селитры и хлористого калия на фоне без известкования привело к потере валового кальция из пахотного слоя до 50% по сравнению с контролем (с 1,74% до 0,88%). При этом содержание его заметно понижалось также и в нижележащих горизонтах в пределах всей метровой толщи почвы (табл. 2). Применение фосфорного удобрения в составе ИРК ослабило негативное действие азотно-калийного удобрения по сравнению с контролем.
2. Влияние минеральных удобрений на содержание валового кальция в метровом профиле в % к весу почвы в метровом профиле, 1983 г.
Вариант Фоны Слой, см
0-20 20-40 40-60 60-80 80-100
Фон 1 1,74 1,52 1,43 1,33 1,34
Фон 2 2,22 1,7 1,23 1,62 1,04
гж Фон 1 0,88 0,9 1,19 1,19 1,29
Фон 2 1,74 1,6 1,06 1,14 1,14
МРК Фон 1 Фон 2 1,17 2,21 1,1 1,74 1,14 1,28 1,35 1,45 1,4 1,3
Рис. 5. Динамика содержания обменного кальция в метровом слое почвы
в 1976-1984 гг.
Известкование способствовало увеличению содержания кальция в почве как валового (до 130% по сравнению с контролем), так и обменного до глубины 60 см (рис. 5). По профилю почвы отмечалась миграция кальция до глубины 60-80 см.
Установлено, что за период с 1977 по 1984 гг. на известкованной почве потери кальция из слоя почвы 0-20 см составили: в контроле - 4,75% от валового его содержания, в варианте N - 8,08%, №С - 7,09%, №К -4,56%.
Глава 5. Динамика изменения гумусного состояния и азотного режима почвы при длительном применении удобрений
и известковании
При длительном сельскохозяйственном использовании почвы в севообороте в контроле фона 1 содержание гумуса в пахотном слое в период с 1956 по 1987 г. было стабильным, составляя 2,18-2,20%. К 1991 г. величина его в этом варианте уменьшилась до 2,00% и оставалось на этом
уровне до 2000 г. В варианте 1ЧК на фоне без известкования содержание гумуса в почве, по сравнению с количеством его в 1956 г., понизилось, до уровня 2,00 (1987г.) последующие годы, содержание его стабилизировалось оставаясь в пределах 2,00-2,03% в 2003 г. (табл. 3). В варианте №К без внесения извести содержание гумуса в почве к 1987 г. увеличилось с 2,18% до 2,40%, сохраняясь на этом уровне до 1991 г.
3. Действие и последействие длительного применения агрохимических средств на состав и подвижность гумусовых веществ (А пах., 1984,2000 гг.)
Показатели Фон 1 Фон 2 Фон 3
0 ИК МРК О ЫК О МРК
1984 г.
С общ., % 1,09 1,26 1,17 1.14 1,36 1,23 1,62 1,76 1,93
С ГК, % к С общ. 21,1 19,0 23,0 21,9 23,5 28,4 25,0 24,2 26,5
Степень гумификации средняя слабая средняя средняя средняя
С ФК, % к С общ. 41,2 32,5 41,8 39,4 35,2 36,5 36,2 33,3 36,9
С ГК : С ФК 0,51 0,59 0,55 0,58 0,67 0,78 0,69 0,73 0,71
Тип гумуса Гуматно-фульватный Гуматно-фульватный Гуматно-фульватный
ГК 1, % к сумме ГК 52,1 среднее 62,6 высокое 51,7 среднее 52,1 среднее 43,4 среднее 37,0 низкое 48,0 среднее 48,8 среднее 41,5 среднее
ГК 2, % к сумме ГК 17,3 очень низкое 20,9 низкое 18,6 очень низкое 28,0 низкое 25,4 низкое 34,4 низкое 25,9 низкое 28,3 низкое 33,4 низкое
гкз, % к сумме ГК 30,4 высокое 16,7 среднее 29,7 высокое 24,0 высокое 31,3 высокое 28,6 высокое 26,0 высокое 22,7 высокое 25,0 высокое
СГГК 1 +ФКМа+1)1 С[(ГК + ФК)2 +3)] 1,06 1,70 1,30 0,97 0,94 0,82 0,94 1,01 0,73
С ГК 1 1,09 1,65 1,07 1,00 0,76 0,59 0,92 0,95 0,71
С(ГК 2+ГК 3)
2000 г.
С общ., % 1,16 1,17 1,28 1,33 1,31 1,38 1,72 1,77 1,86
С ГК, % к С общ. 25,0 24,7 23,8 38,2 37,0 38,3 31,6 30,3 33,2
Степень гум. Средняя Высокая Высокая
С ФК, % к С общ. 43,1 44,2 46,2 28,1 25,0 25,5 24,3 22,4 22,0
С ГК: С ФК 0,58 0,56 0,51 1,36 1,48 1,50 1,30 1,35 1,51
Тип гумуса Гуматно-фульватный Фульватно-гуматный Фульватно-гуматный
ГК 1,% сумме ГК 51,6 среднее 51,4 среднее 55,9 среднее 31,7 низкое 35,7 низкое 37,3 низкое 31,3 низкое 36,0 низкое 34,3 низкое
ГК 2, % к сумме ГК 11,2 очень низкое 10,9 очень низкое 13,9 очень низкое 44,8 среднее 41,4 среднее 42,8 среднее 47,2 среднее 40,0 среднее 43,7 среднее
ГК 3, % к сумме ГК 37,2 высокое 37,7 высокое 29,8 высокое 23,6 высокое 23,0 высокое 19,8 среднее 21,5 высокое 24,1 высокое 22,0 высокое
СГГК 1 + ФКПа+111 С[(ГК + ФК)2 +3)] 0,84 1,03 0,84 0,81 0,84 0,85 0,80 0,92 0,84
С ГК 1 1,04 1,06 1,28 0,46 0,55 0,60 0,46 0,56 0,52
С(ГК 2+ГК 3)
После прекращения применения удобрений гумусированность почвы стала снижаться и к 2000 г. упала до 2,20%.
На фоне 2 содержание гумуса в контроле увеличилось за период с 1956 по 1987 гг. с 2,20 до 2,30% и в течение 13-ти последующих лет оставаясь на этом уровне. Под влиянием минеральных удобрений в сочетании с известкованием содержание гумуса в почве в период 1987— 1991 гг. увеличивалось более ощутимо (до 2,70%), затем наблюдалось его снижение, причем, в варианте >ЛС более быстрыми темпами, чем в варианте ЫРК.
На фоне 3 в условиях совместного внесения извести и навоза процессы гумусонакопления протекали более интенсивно. Прослеживается положительная связь меяеду внесением минеральных и органических удобрений и накоплением гумуса в почве, наиболее высокое содержание которого наблюдалось в почве в 1987-1991 гг. на варианте ИРК (3,60%).
Повышение содержания гумуса в почве при комплексном применении органоминеральной системы и извести наблюдалось не только в пахотном слое почвы, но и в нижележащих горизонтах, при этом запасы гумуса в метровой толще почвы существенно возрастали, достигая максимальных значений на фоне 3.
Результаты дисперсионного анализа экспериментальных данных позволили установить, что степень влияния известкования и органического удобрения на варьирование содержания гумуса в пахотном слое почвы составляет 92%, степень влияния минеральных удобрений - 4%.
Применение систем удобрений влияло и на изменение группового и фракционного состава почвенного гумуса. На фоне без известкования фракционный состав гумуса изменялся за счет увеличения относительного содержания фульвокислот. Повышение подвижности гумусовых кислот на этом фоне с 1ЧК удобрением увеличилось в 1,6 раза по сравнению с контролем фона 1 без известкования и в 1,3 раза по сравнению с вариантом КРК. Это связано с возрастанием относительного содержания подвижных фракций в составе обеих групп гумусовых кислот.
На фонах 2 и 3 после четвертого и пятого известкования улучшился фракционный состав гумуса при действии и последействии удобрений (в течение 17 лет): снизилось количество подвижных фракций в составе гуми-новых кислот, наблюдалось увеличение отношения Сгк : Сфк, увеличилась минерализация органических веществ от средней до высокой - произошло увеличение суммарного содержания гуминовых кислот, смена гуматно-фульватного типа на фульватно-гуматный, для фракционного состава гуминовых кислот характерно снижение содержания подвижных фракций и возрастание гуматов кальция в 2,5-3 раза в почве по сравнению с показателями фона 1 без известкования.
Общее содержание азота в почве обусловлено его биологической аккумуляцией, и зависит от интенсивности процесса гумусонакопления. Проведенные исследования показали, что при внесении навоза на фоне известкования содержание общего азота в пахотном слое почвы в 1986— 1987 гт. увеличилось на 16%, в варианте №К - на 61% по сравнению с контролем. В соответствии с этим изменялись и запасы азота в слое почвы 0-20 см, составившие на контроле 3,39 т/га и при совместном применении извести, навоза и №К - 4,56 т/га, в метровой толще - соответственно 16,95 и 22,06 т/га.
Как с агрохимической, так и с экологической точки зрения важно охарактеризовать качественный состав азотного фонда почвы. Исследования показали, что длительное применение азотного удобрения в составе №С и ЫРК, привело к увеличению содержания минерального азота в пахотном слое почвы на всех фонах опыта (табл. 4).
4. Влияние агрохимических средств на содержание форм азота в почве (средние данные за 1987 и 1991 гг.), мг/кг почвы
Варианты Слой 0-20 см Слой 20-40 см
Контр. МК Контр. МК МРК
Минеральный азот
Фон 1 12,2 17,8 21,6 9,8 14,5 15,7
Фон 2 15,2 22,1 24,7 12,3 19,3 17,1
Фон 3 21,8 30,0 30,6 16,9 23,0 23,3
НСР05 по фону -3,5 НСР05 по удобрениям - 5,2 НСР05 по фону - 3,8 НСР05 по удобрениям - 4,1
Легкогидролизуемый азот
Фон 1 119 125 138 99 115 122
Фон 2 127 149 149 111 122 126
Фон 3 137 158 158 121 132 133
НСР05 по фону - 9 НСР05 по удобрениям -11,5 НСР05 по фону-7 НСР05 по удобрениям - -9
Трудногидролизуемый азот
Фон 1 180 252 270 147 207 234
Фон 2 183 229 263 157 198 218
Фон 3 173 194 204 164 198 199
НСР05 по фону - 51 НСР05 по удобрениям - 60 НСР05 по фону-14 НСР05 по удобрениям - 31
Негидролизуемый азот
Фон 1 776 822 872 749 806 808
Фон 2 807 855 905 795 818 834
Фон 3 870 972 996 820 854 853
НСР05 по фону - 51 НСР05 по удобрениям - 60 НСР05 по фону - 31 НСР05 по удобрениям - 39
При этом наиболее активно накопление его происходило под воздействием азотного удобрения, внесенного на известкованной почве, и особенно на фоне совместного внесения извести и навоза.
Содержание суммы нитратов и обменного аммония в почве в вариантах №С и №К возросло на 47-100%, увеличилось также содержание в почве легкогидролизуемой и трудногидролизуемой фракций азота. При этом наиболее сильное положительное влияние на содержание трудно-гидролизуемого азота в почве оказали минеральные удобрения, в то время как известь и навоз, внесенные в сочетании с №С и КРК, понижали количество трудногидролизуемого азота в почве.
Существенные изменения произошли также в содержании негидро-лизуемого азота. При применении минеральных удобрений на изучаемых фонах без внесения извести и с ее внесением большая часть иммобилизованного азота была представлена негидролизуемыми формами. На контроле доля негидролизуемого азота составляла 72,5% от общего его содержания в почве. Длительное применение азотного удобрения привело к некоторому уменьшению относительного количества этой формы азота (до 65,5%). Известкование почвы и внесение навоза усиливают процесс накопления как абсолютного, так и относительного содержания фракций негидролизуемого азота. При этом, максимальное накопление азота в составе этой фракции наблюдалось под действием полного минерального удобрения, внесенного на фоне известкования и применения навоза.
Характерно, что соотношение фракционного состава азота в течение изучаемого периода изменялось незначительно, что свидетельствует об устойчивости формирующего азотного фонда на более высоком уровне его организации.
Глава 6. Динамика изменения фосфатного режима почвы
при длительном применении удобрений и известкования
Применяемые системы удобрений существенно влияли на фосфатный режим почвы. В контроле и в варианте с азотно-калийными удобрениями фона без извести наблюдалась тенденция к снижению валового содержания фосфора в пахотном слое почвы. Обогащение почвы фосфором в результате применения фосфорного удобрения на фоне 1 наблюдалось на глубину до 40-60 см; внесение его в сочетании с известью, а также с известью и навозом повышало содержание валового фосфора в почве на глубину до 60-80 см.
В динамике содержания подвижных фосфатов в пахотном слое почвы прослеживалась следующая закономерность. В контроле фосфатный уровень почвы изменялся незначительно и колебался в период с 1975 по
2000 гг. в пределах 4,2-6,0 мг/100 г. Под влиянием фосфорного удобрения, на этом фоне содержание подвижных фосфатов в почве повышалось с увеличением количеств лет применения фосфорных удобрений и составило от 9,5 (1975) до - 15,7 мг/100 г (1991). В период последействия удобрений оно начало снижаться и к 2000 г. не превышало 14 мг/100 г.
Известкование почвы оказалось фактором, в значительной степени усиливающим подвижность фосфатов в почве при внесении фосфорного удобрения, содержание которых в 1975 г. возросло до 14,0, а в 1991 г. - до 20,5 мг/100 г. Максимальный эффект в повышении фосфатного уровня почвы достигался при использовании фосфорного удобрения в сочетании с известкованием и применением навоза. В этом случае содержание подвижных фосфатов в почве увеличилось к 1991 г. до 23,2 мг/100 г. После прекращения внесения фосфорного удобрения оно понижалось и составило в 2000 г. на фоне известкования 16,0 мг/100 г. и на фоне применения извести и навоза - 18,2 мг/100 г.
Выявленная закономерность наблюдалась и в отношении динамики подвижности фосфатов. Количество фосфора, извлекаемого из почвы 0,03-нормальным раствором сернокислого калия, повышалось по мере увеличения длительности внесения фосфорного удобрения, извести и навоза с 0,07 мг/л на контроле до 0,50 мг/л в варианте ЫРК фона 3 (1991 г.). Длительное применение систем удобрений с внесением суперфосфата в почву на разных агрофонах на дерново-подзолистой почве способствовало увеличению содержания подвижных фосфатов не только в пахотном слое, но и в нижележащих слоях почвы. При этом обогащение почвенного профиля подвижными фосфатами наиболее активно протекало при совместном применении этих агрохимических средств на фоне 3, что способствовало повышения плодородия почвы.
При использовании изучаемых систем удобрений по-разному ' меняется соотношение минеральных и органических фосфатов при экстрагировании их из почвы кислотной и щелочной вытяжками. В неизвест-кованной почве наблюдается преобладание минеральных фосфатов над органическими в контроле и вариантах с внесением азотно-калийного и полного минерального удобрений. Доля неорганического фосфора в почве наиболее высока при использовании полного минерального удобрения в сочетании с известкованием и применением навоза и составляет 63-70% от общего его содержания.
Приняв за 100% содержание минеральных и органических фосфатов в почве на контроле (фон 1) и сопоставив с ним результаты фракционного состава этого элемента питания в вариантах с внесением минеральных
удобрений, извести и навоза, можно констатировать, что в большинстве случаев (за исключением варианта ГЖ. в кислой почве) под влиянием агрохимических средств наблюдается многократное относительное повышение содержания обеих фракций фосфора в метровом слое почвы: минеральных фосфатов - почти в 3 раза, а органических - в 4,5 раза.
Преобладание неорганических фосфатов в составе общего содержания фосфора в почве обусловлено улучшением физико-химических и биологических свойств почв под влиянием известкования и внесения органического удобрения, что способствует усилению микробиологической активности и активизации минерализационных процессов в почве.
Изучение фракционного состава минеральных фосфатов в почве показало, что при низких значениях рН почвы (4,0—4,5) на фоне без внесения извести содержание фосфорной кислоты в большей степени обусловлено полуторными окислами, причем, содержание фосфатов этих фракций (А1-Р, Бе-Р) на кислой почве во времени не стабильно, так как в условиях кислой среды эти фосфаты более доступны растениям. Трехосновные кальций-фосфаты в кислой почве содержатся в меньшем количестве (табл. 5), при повышении рН почвы до 5,0-5,4 и выше под влиянием известкования усиливается связывание фосфатов кальцием, однако и доля образующихся алюмо-фосфатов достаточна велика.
5. Динамика изменения фракционного состава минеральных фосфатов (по Чангу-Джексону) при длительном применении агрохимических средств,
Рг05 мг/100 г почвы
Вар. 1975 г. 1987 г. 1991 г. 1995 г.* 2001 г. *
I II I II III I II III I II III I II III
AI-P (алюмо-фосфаты)
0 10,0 19,5 9,1 20,3 27,5 9,75 24,3 28,6 10,2 22,5 27,4 10,4 19,3 27,0
NK 9,4 16,0 7,9 17,5 28,7 6,97 17,9 30,2 7,6 17,0 28,2 8,0 16,0 28,2
NPK 12,0 27,4 14,6 28,7 38,2 16,9 29,4 27,8 17,6 27,9 36,5 16,2 27,2 35,1
Fe-P (железо-фосфаты)
0 7,4 8,6 8,4 10,4 18,6 8,2 10,8 19,7 6,2 6,9 15,8 7,2 7,2 27,8
NK 5,7 6,2 9,6 6,6 20,4 6,8 7,2 24,5 6,7 7,8 20,5 6,8 8,0 20,0
NPK 7,7 10,5 12,5 9,5 25,6 8,9 12,4 30,2 7,9 10,9 28,4 10,8 11,5 26,2
Ca(lll) - Р (трехосновные кальций-фосфаты)
0 11,4 22,5 11,5 22,5 27,6 10,8 20,4 26 11,8 30,3 32,9 10,2 28,4 31,0
NK 10,9 24,2 17,2 20,4 28,4 9,7 16,2 26,5 9,2 30,4 35,4 9,5 27,3 33,2
NPK 16,4 26,8 16,0 23,4 31,4 15,5 21,4 32,8 16,0 31,8 38,5 12,4 29,2 36,9
Примечание: в столбцах: I - фон без внесения извести; II - фон с внесением извести; III - фон с внесением извести и навоза.
В итоге на контрольном варианте и варианте с азотно-калийным удобрением содержание фракций алюмо-фосфатов в почве возрастает в 3—
4 раза, а содержание фракции трехосновных кальций-фосфатов в 2,55,0 раз. Содержание железо-фосфатов в пахотном слое под воздействием известкования изменяется незначительно.
Распределение фосфатов в почвенном профиле отражает характер протекающих процессов аккумуляции фосфора удобрения при длительном его применении в условиях промывного режима дерново-подзолистых почв. При этом значительное количество фосфора на известкованной почве мигрирует на глубину до 60 см и закрепляется в форме трехосновных кальций-фосфатов и алюмофосфатов. На фоне с внесением извести железо-фосфаты в меньшей степени подвержены передвижению с нисходящим потоком влаги.
Глава 7. Действие и последействие длительного применения агрохимических средств на калийное состояние дерново-подзолистых почв
Системы удобрений по-разному влияют на калийное состояние и трансформацию калия в почве.
Для оценки изменения калийного режима дерново-подзолистой почвы, на которой в течение длительного времени применялись разные системы удобрений была изучена динамики содержания валового калия в почве и его обменной и необменной форм в опыте. Как известно, наиболее доступными для растений являются водорастворимая и обменная формы калия. В то же время в питании растений может участвовать и необменно-поглощенный калий. Количество валового калия в почве в основном зависело от ее минералогического состава и применения агрохимических средств (рис. 6).
Длительное применение калийного удобрения привело к существенному увеличению содержания валового калия как в пахотном слое почвы на всех изучаемых фонах полевого опыта, так и в нижележащих почвенных горизонтах до глубины 100 см. Наиболее существенное повышение содержания калия в профиле почвы наблюдалось при применении калийного удобрения на фоне 3. Содержание обменного калия в 1950 г. перед закладкой опыта в пахотном слое почвы составляло
5 мг/100г почвы и в течение 50-ти лет оно поддерживалось на уровне 3,85,7 мг/100 г почвы, в вариантах 1ЧК и №*К содержание его повышалось по мере увеличения продолжительности внесения калийных удобрений (рис. 7).
О 0,5 1 1,5 2 2,5 %
О
20
Рис. 6.
Валовое содержание 40
калия в почве, К20, % к весу почвы,
1990 г. 60
80
100 см
Ближайшим резервом для питания растений является необменный (рис. 7), необменно-гидролизуемый калий (рис. 8), содержание которого в почве на фоне внесения извести существенно (на порядок) выше, чем на фоне без известкования. Особенно, ощутимо проявляется эта разница в вариантах с применением калийного удобрения. Значительное увеличение содержания этой формы калия под воздействием известкования наблюдалось и не только в пахотном, но и в более глубоких слоях почвы, вплоть до 60 см.
Минеральные удобрения существенно влияют на величину калийного потенциала в почве (табл. 6). Внесение калийного удобрения резко повышает обеспеченность почвы калием, что приводит к снижению калийного потенциала.
0 20 40 60 80 100 мг/1001
Рис. 7. Содержание обменного и необменного калия в профиле
почвы, КгО, мг/100 г почвы, 1990 г.
СМ
мг/ЮОг 100
0-20 см
20-40 см
Фон 2
□ необм. гидролизуем.
□ необменный
О I ЫК IМРК Фон 1
О | М |МРК Фон 2
Рис. 8. Влияние удобрений и известкования на содержание необменного гидролизуемого и необменного калия в почве, Кг0 мг/100 г почвы
6. Изменение показателей калийного состояния слоя почвы 0-20 см при длительном применении минеральных удобрений, извести и навоза (1987 г.)
Вар. Фон 1 Фон 2 Фон 3
рК-0,5рСа <Жо Аго РВСк рК-0,5рСа с1Ко Аго РВСк рК-0,5рСа <1Ко Аго РВСк
0 1,96 0,45 0,11 40,9 2,05 0,4 0,009 44,4 1,96 0,43 0,009 47,7
1ЧК 1,71 0,98 0,019 50,3 1,82 0,8 0,015 53,3 1,72 0,90 0,015 56,2
МРК 1,78 0,8 0,016 48,5 1,85 0,74 0,014 52,8 1,10 0,80 0,014 57,1
Снижение калийного потенциала объясняется способностью почвы при одинаковом уменьшении содержания в ней обменного калия быстро реагировать на вынос его растениями и отдавать новое количество этого элемента в почвенный раствор для поддержания калийного потенциала на постоянном уровне.
Величина показателя ДКо при известковании в абсолютном выражении снижается, однако относительно контроля на фонах с внесением и без внесения извести калийное удобрение повышает доступную часть подвижного калия в почве примерно в два раза.
Фактор интенсивности АЛо при известковании также уменьшается, достигая более высоких значений при внесении калийного удобрения, что наблюдается как на фоне без известкования, так и при известковании.
Без применения калийного удобрения поступление калия из ППК в почвенный раствор и обратно идет более интенсивно, чем с его внесением.
Фактор интенсивности - это отношение активности ионов калия и кальция в равновесном почвенном растворе. При известковании возрастает содержание в почвах ионов кальция и магния в поглощенном состоянии, снижается кислотность почвы, что, в свою очередь, уменьшает показатель АЫо.
Потенциальная буферная способность (РВСК) под влиянием 25-летнего применения удобрений с участием калия возрастает, известкование также повышает этот показатель до 45-56 мг-экв на 100 г почвы, однако проявляется также закономерность в действии на РВСК минеральных удобрений и на фоне известкования.
Существенно изменяется калийный режим дерново-подзолистой почвы при длительном применении минеральных удобрений на фоне навоза и известкования почвы. Внесение калийных удобрений, повышая обеспеченность почвы калием, снижает величину калийного потенциала. Доступность же этого элемента растениям возрастает примерно в два раза, значительно повышается фактор интенсивности АЯо, на 20-25% увеличивается и РВСК.
7. Влияние удобрений и известкования на потребление калия посевами сельскохозяйственных культур в севообороте, К20 кг/га
Вариант 1976-1979 гг. 1980-1983 гг. 1984-1987 гг. 1976-1987 гг. кг/га
опыта 1 2 1 2 1 2 1 2 в год
Фон- без внесения извести
0 53 - 48 - 159 - 260 - 21,7
МК 39 -14 28 -20 129 -30 196 -64 16,3
МРК 114 61 76 28 449 290 639 379 53,3
Фон - внесение извести
0 82 - 172 - 333 - 586 - 48,8
МК 303 221 335 163 625 292 1263 677 105,3
МРК 284 202 389 217 661 328 1334 748 111,2
Примечание: в столбцах 1 - общее потребление растениями калия, 2 - потребление за счет калийного удобрения.
Изменение калийного режима и физико-химических свойств почвы под влиянием длительного применения минеральных удобрений предопределило неодинаковые условия калийного питания культур севооборота в полевом опыте (табл. 7). Внесение азотно-калийного удобрения, вызывая дальнейшее подкисление исходно кислой неизвесткованной почвы,
снижало потребление калия посевами за 12-летний период на 64 кг К20/га. Повышение уровня фосфорного питания растений (вариант NPK) усиливало вынос калия, однако он оставался невысоким и составлял 53,3 кг К20/га в год.
Определяющим фактором, существенно улучшающим условия калийного питания культур севооборота и более чем вдвое увеличивающим размеры выноса калия с урожаями, оказалось известкование. Так, если в варианте NPK при выращивании растений на неизвесткованной почве ими усваивалось в сумме за три ротации севооборота 639 кг К20/га, то на фоне известкования - 1334 кг К20/га. В первом случае из удобрения посевами использовалось 379 кгК20/га, во втором - 748 кгК20/га, а среднегодовое потребление растениями калия соответственно составило 53,3 и 111,2 кг/га. Приведенные данные свидетельствуют о решающем значении известкования кислых дерново-подзолистых почв для оптимизации калийного питания растений при длительном применении минеральных удобрений в полевом севообороте.
Глава 8. Трансформация мезо- и микроэлементов в почве под влиянием длительного применения удобрений и известкования
Железо. Проведенные исследования показали, что содержание валового железа в почве под влиянием длительного применения удобрений и известкования изменяется незначительно. Содержание его увеличивалось вниз по профилю почвы, достигая максимума в слое 40-60 см, оставаясь по существу постоянным независимо от применения минеральных удобрений и известкования.
Применение извести и навоза оказало сильное отрицательное влияние на содержание подвижного железа во всех почвенных горизонтах, ограничив миграцию его по профилю почвы. Наибольшее количество подвижного железа накапливалось на фоне без известкования в кислой почве при применении азотно-калийных удобрений. Внесение в сочетании с азотно-калийным фосфорного удобрения усиливало иммобилизацию подвижного железа, что связано с образованием менее растворимых и слабо доступных для растений железо-фосфатов.
Оптимальное содержание подвижного железа в почве, обеспечивающее нормальный рост и развитие растений, колеблется в пределах 50250 мг/кг [Степанова, 1992]. Проведенные исследования показали, что овес и вика характеризуются более высоким уровнем усвоения железа по сравнению с клевером. Содержание этого элемента питания в биомассе первых двух культур примерно вдвое выше, чем в биомассе клевера.
Применение азотно-калийного удобрения на фоне без известкования усиливало накопление железа в растениях овса, снижало накопление его растениями клевера и не влияло на содержание Бе в биомассе вики. При складывающемся уровне питания растений железом не отмечено внешних признаков его недостатка, более того, принимая во внимание величины концентраций этого элемента питания в растениях овса и вики, превышающие оптимум, можно диагностировать некоторый его избыток.
Марганец. Длительное применение минеральных удобрений на фоне 1 способствовало снижению валового и подвижного содержания марганца в пахотном и подпахотном слоях почвы за счет вымывания его в нижележащие горизонты. На фонах 2 и 3 содержание валового и подвижного марганца в почве на вариантах с применением минеральных удобрений стабилизировалось.
Азотно-калийное и полное минеральные удобрения на неизвестко-ванной почве в большинстве случаев повышали содержание марганца в растениях вики, овса и овсяницы. В растениях клевера этого не наблюдалось. Известкование, и в большей степени, совместное внесение извести и навоза существенно снижало уровень накопления марганца в биомассе кормовых кулыур. В соответствии с предложенной пороговой концентрацией корма [Ковальский, 1974], содержащие от 100 мг марганца на 1 кг сухого вещества, считаются загрязненными этим элементом. Таким образом, вика, овес и овсяница, выращиваемые на неизвесткованной почве без внесения и с внесением минеральных удобрений, из-за избыточного содержания Мп непригодны для использования в качестве корма для животных. Корма, получаемые на участках с известкованной и унавоженной почвой, в этом отношении вполне соответствуют предъявляемым требованиям.
Цинк. Изменение агрохимических свойств почвы под влиянием длительного применения удобрений и известкования оказывало слабое влияние на содержание валового цинка как в пахотном, так и в подпахотном слоях. Содержание валового цинка в слое почвы 40-60 см по всем трем фонам практически выравнивалось и составляло 19-20 мг/кг почвы. Применение физиологически кислых удобрений (вариант К1К) на фоне 1 несколько повышало содержание подвижного цинка в пахотном слое почвы (с 12,5 до 15,0 мг/кг). На фоне 2, и особенно, при сочетании извести с навозом, наблюдалась иммобилизация цинка в почве, вследствие чего содержание его в пахотном слое снижалось в 1,5-2 раза по сравнению с соответствующими вариантами без внесения извести. При этом характерно, что если на кислой почве (фон 1) содержание подвижного цинка составило примерно половину от валового его количества, то на фоне 3 всего лишь 25%.
Подкисление почвы вследствие применения физиологически кислых минеральных удобрений на неизвесткованной почве вызывало повышение содержания цинка в биомассе растений, что особенно сильно проявилось у вики. Внесение в почву извести и особенно извести в сочетании с навозом существенно снижало уровень накопления цинка в растениях вики, клевера, овса и овсяницы. Среди изучаемых культур овсяница отличалась наименьшим содержанием цинка в надземной биомассе. С учетом пороговой концентрации по содержанию цинка в кормах, биомасса овсяницы, клевера и овса, выращиваемых на всех трех агрохимических фонах, пригодна для использования на корм животным. Вика по содержанию цинка отвечала необходимым требованиям лишь при выращивании ее на известкованной почве, а также при внесении извести в сочетании с навозом.
Медь. Установлено, что применение удобрений и известкования на дерново-подзолистой почве слабо влияло на содержание валовой меди в корнеобитаемом слое. Наблюдалось лишь некоторое повышение количества ее в почве на фоне 3. В большей степени это отразилось на содержании в почве подвижной меди, которое возрастало под действием азотно-калийного удобрения с 4,5 мг/кг вдвое. При добавлении фосфорного удобрения к 1ЯК содержание подвижной меди в почве понижалось. Такой же эффект наблюдался на фонах 2 и 3. В слое почвы 20-40 см содержание подвижной меди во всех вариантах опыта не намного ниже, чем в слое 0-20 см, а в слое 40-60 см наблюдалась тенденция к увеличению ее количества.
На неизвесткованной почве с повышенной кислотностью содержание меди в надземной биомассе растений возрастало, что особенно сильно проявилось в посевах вики и было в меньшей степени выражено у клевера, овса и овсяницы. Известкование снижало уровень накопления меди растениями.
Избыточной считается концентрация меди в растениях от 20 до 100 мг/кг, содержание ее ниже 2 мг/кг свидетельствует о дефиците этого элемента. Опасность накопления в почвенном растворе токсичных концентраций Си при рН 5,5-6,5 маловероятна, поскольку в этих условиях медь быстро сорбируется почвенным поглощающим комплексом. Оптимальное содержание в кормах составляет 3-12 мг/кг сухого вещества. Содержание меди в растениях клевера было в пределах этих значений и составляло 5-6 мг/кг сухого вещества. Содержание меди в растениях овса, отличающегося повышенной чувствительностью к недостатку меди, и овсяницы в некоторых случаях было ниже оптимума, достигая концентрации 1,37-1,60 мг/кг в вариантах с внесением минеральных удобрений на фоне известкования.
Глава 9. Влияние длительного применения удобрений и известкования на биологические свойства почвы
В результате проведенных исследований было установлено, что длительное применение азотно-калийных удобрений на фоне без известкования негативно влияло на биологические процессы, протекающие в дерново-подзолистой почве: снижалась активность ферментов азотного и углеводного обмена (уреазы, аспарагиназы, дегидрогеназы, амилазы, инвертазы) под всеми исследуемыми культурами, снижалось образование в почве суммарного количества свободных аминокислот и целлюлозо-разрушающая активность, ингибировался процесс нитрификации. В варианте ОТК на фоне без известкования отмечена тенденция снижения кислотности почвы, повышения суммы обменных оснований, что обусловлено положительной ролью фосфора в связывании подвижного алюминия и снижении токсичности почвы. Это благоприятствовало течению практически всех звеньев биохимических процессов. Более существенные позитивные изменения характеристик почвенного поглощающего комплекса, условий гумификации органического вещества и биологической активности почвы наблюдались на агрофонах с применением извести, используемой отдельно и в сочетании с органическим удобрением. На известкованном фоне возросла интенсивность нитрификации в почве. Повысилась активность дегидрогеназы, определяющей направленность синтеза и распада гумусовых веществ, интенсивность разложения клетчатки. Под влиянием известкования и внесения навоза наблюдалось усиление напряженности биологических процессов. Во всех вариантах этих фонов зафиксировано достоверное повышение нитрифицирующей способности и активности амилазы, для которых установлена сильная прямая корреляционная зависимость от величины рН (г=0,74-0,77). Выявлена также прямая корреляционная зависимость активности амилазы и дегидрогеназы от содержания гумуса (г=0,92-0,93).
Длительное применение удобрений и известкования на кислых дерново-подзолистых почвах оказывало заметное влияние на изменение структуры микробного сообщества. Установлено, что в варианте на фоне без известкования наблюдалось увеличение содержания грибов, особенно пенициллов и развитие у них мицелия и спороношения, что свидетельствует о прохождении в этих условиях полного цикла развития микроорганизмов. В этом случае грибы способны выделять в почву токсические вещества, оказывающие угнетающее действие на растения.
Применение фосфорного удобрения в составе №К на фоне без известкования увеличивает разнообразие грибного сообщества в связи с более высоким урожаем и соответственно большим количеством корне-
пожнивных остатков в варианте NPK. На фонах с внесением извести, извести и навоза в контроле и вариантах с применением минеральных удобрений наблюдается большее развитие бактерий и актиномицетов. Применение NK, NPK- удобрений на этих фонах стимулировало споро-ношение актиномицетов с прохождением ими полного цикла развития с образованием мицелиальной стадии и спор.
На фонах 2 и 3 снижается развитие мицелия и спор грибов в 2-3 раза по сравнению с фоном без известкования. На фоне с внесением извести и навоза грибы не проходят полный цикл развития, вследствие чего ослабевает их способность к образованию токсических веществ.
Глава 10. Влияние удобрений и известкования на продуктивность и качество культур севооборота
По данным Н.С. Авдонина, И.П. Арене, в первые годы проведения полевого опыта эффективность удобрений была высокой. Прибавки урожая картофеля в год закладки опыта от их внесения составляли в вариантах NPK - 212%, NK - 185% при урожае в контроле 118 ц/га. Высокие прибавки урожаев в течение первых 4-х лет применения минеральных удобрений получены и при выращивании других культур севооборота. В последующие годы на вариантах с длительным применением азотного и азотно-калийного удобрений на фоне без известкования, в связи с ухудшением свойств почвы отмечено устойчивое снижение продуктивности сельскохозяйственных культур. На варианте с внесением азота это наблюдалось, начиная с пятого года, на варианте NK - по прошествии 12 лет и продолжало проявляться в течение всего 41-летнего периода применения минеральных удобрений в их прямом действии и в последействии [Авдонин, 1964; Авдонин, Гомонова, 1978; Минеев, Гомонова, 2001,2003, 2005,2009].
Результаты полевого опыта за 1984 - 2000 гг., показывают эффективность удобрений и известкования на примере отдельных культур севооборота. Ячмень, отличающийся повышенной чувствительностью к низким значениям pH среды, наиболее сильно реагировал на подкисление почвы, обусловленное внесением азотно-калийного удобрения, заметно снижая урожай зерна (1989, 1993, 1997, 1999 гг.), а в отдельные годы (1985) даже не обеспечивая продуктивности. Применение фосфорного удобрения в дополнение к азотно-калийному в большинстве случаев несколько смягчало отрицательное действие кислотности на рост и развитие посевов ячменя, однако не устраняло его полностью. Наибольший эффект достигался при внесении полного минерального удобрения в сочетании с известкованием и применением органических удобрений под влиянием которых формировался максимальный урожай зерна ячменя.
Озимая рожь характеризовалась большей устойчивостью к повышенной кислотности почвы. Внесение под зерновую культуру азотно-калийного удобрения не снижало, и даже несколько повышало ее продуктивность, а использование на этом фоне фосфора почти вдвое увеличивало урожай зерна. Известкование усиливало положительное действие минеральных удобрений на продуктивность озимой ржи, а совместное применение извести и навоза дало возможность обеспечить максимальную эффективность этих агрохимических средств и рост урожая зерна до 57 ц/га.
Среди кормовых культур, выращиваемых на зеленый корм и сено, наибольшей чувствительностью к повышенной кислотности почвы характеризовались подсолнечник, вико-овсяная смесь и многолетние травы. Кукуруза не снижала урожай под влиянием азотно-калийного удобрения, но и не повышала его. При выращивании этих культур также проявилась положительная роль фосфора, внесенного в составе полного минерального удобрения, обеспечивающего сбалансированный уровень корневого питания растений и повышение их продуктивности. Однако, максимальная эффективность минеральных удобрений при выращивании кормовых культур достигалась только в случае нейтрализации повышенной кислотности почвы путем известкования и обогащения корнеобитаемого слоя органическим веществом при периодическом внесения навоза один раз за ротацию севооборота (в сумме за 12 лет 270 т\га.) В этих условиях обеспечивалось формирование урожая зеленой массы кукурузы 119,5 т/га, подсолнечника - 96,1 т/га, вико-овсяной смеси - 41,0 т/га.
Анализ урожайных данных всех культур за пять ротаций севооборота (1972—1991гг.) в пересчете на кормовые единицы (т к.е.\га) показал (табл. 8), что под влиянием азотно-калийного удобрения, внесенного на фоне без известкования, наблюдалось снижение урожая сельскохозяйственных культур до 22,5% по сравнению с контролем.
При добавлении фосфорного удобрения к азотно-калийному на этом фоне наблюдалось увеличение урожая на 210% и достижение среднегодовой продуктивности культур севооборота 2,37 т. к.е./га.
Снижение кислотности почвы под влиянием известкования существенно повысило эффективность минеральных удобрений, под влиянием которых уровень продуктивности посевов возрос до 4,1 т . к.е./га в среднем за год. Наиболее высокое положительное действие на урожай культур севооборота оказало совместное применение полного минерального удобрения, извести и навоза.
Было изучено влияние систем удобрений на качество зерновых злаков (озимой ржи и озимой пшеницы), а также зеленой массы кормовых культур (вико-овсяной смеси и кормовых бобов).
8. Влияние удобрений и известкования на продуктивность сельскохозяйственных культур в прямом действии (1972-1991 гг.) и последействии (1992-2000 гг.), т к.е./га
Ротация севооборота, годы 1972-1991 гг., 1992-2000 гг.,
Вариант 1-я, 2-я, 3-я, 4-я, 5-я, 6-я, 7-я, прямое действие последействие
опыта 19721975 19761979 19801983 19841987 19881991 19921995 19962000 сумма ср. за год* сумма ср. за год"
Фон 1
0 2,91 2,14 2,31 5,86 9,36 3,19 5,55 22,58 1,03 8,74 1,10
№< 1,66 1,33 1,07 4,69 8,79 2,32 3,17 17,54 0,88 5,49 0,68
МРК 6,91 5,79 3,44 16,95 14,40 6,71 7,46 47,49 2,37 14,17 1,86
Фон 2
0 4,43 4,06 6,43 13,08 13,84 4,40 8,03 41,84 2,0,9 12,43 1,55
N1« 8,10 9,23 11,74 18,64 17,96 4,15 6,47 65,67 3,23 10,62 1,34
МРК 11,46 10,60 14,29 24,77 20,91 6,10 12,86 82,03 4,32 18,96 2,37
Фон 3
0 - - - 17,23 19,33 5,96 9,41 36,56 4,57 15,37 1,93
ЫК - - - 23,28 20,90 6,58 9,51 44,18 5,22 16,09 2,01
МРК - - - 28,88 28,24 8,72 13,64 57,12 7,12 22,36 2,42
Примечание: * среднее за год (1984-1991 гг.) - прямое действие удобрений, т к.е./га ** среднее за год (1992-2000 гг.) - последействие, т к.е./га
Установлено, что под влиянием длительного применения азотно-калийного удобрения без извести наблюдалось снижение содержания всех белковых фракций в зерне пшеницы: альбуминов - на 16%, глобулинов -на 22%. Одновременно с этим происходило увеличение количества белка глиадина, обедненного некоторыми незаменимыми аминокислотами.
Фосфорное удобрение, внесенное в сочетании с №С, устраняло отрицательное влияние азота и калия на соотношение белковых фракций в зерне.
Известкование, снижая кислотность почвы и улучшая ее физико-химические и биологические свойства, способствовало увеличению содержания в зерне пшеницы наиболее ценных фракций белка, содержащих незаменимые аминокислоты. Содержание альбуминов возрастало на 116120%, глобулинов - на 135%.
Как известно, существенным показателем качества клейковины является соотношение глиадина и глютенина; в клейковине высокого качества это соотношение обычно приближается к единице. С увеличением содержания глиадина понижается упругость клейковины и ее эластичность. В зерне пшеницы, выращиваемой на фоне известкования, отношение глиадина к глютенину колебалось в пределах от 1,14 до 1,23, в то время как на фоне без известкования в пределах от 1,91 до 2,33.
Питательная ценность белка во многом зависит от состава в нем аминокислот. Среди аминокислот особо важную роль в организме играют так называемые незаменимые аминокислоты, которые не синтезируются в организме человека и животных: лизин, триптофан, метионин, фенил-аланин, валин, треонин, лейцин, изолейцин. Как показали проведенные нами исследования, при внесении минеральных удобрений на фоне без известкования наблюдалось снижение содержания незаменимых аминокислот в составе белка. Внесение извести увеличило их содержание в белковом комплексе зерна озимой ржи на 6-13%, внесение извести в сочетании с навозом - на 10-29%.
Изучение качественных показателей биомассы вико-овсяной смеси показало, что содержание сырого белка в овсе возрастало под влиянием внесения азотного удобрения, достигая максимума в листьях. При этом под влиянием фосфора, используемого в сочетании с №С, содержание сырого белка в надземных органах растений понижалось как на неизвесткованном фоне, так и на фоне известкования. Известкование не оказало значительного влияния на содержание белка в биомассе овса.
Применение минеральных удобрений в посевах вико-овсяной смеси оказывало незначительное влияние на содержание аскорбиновой кислоты в биомассе травосмеси. В этом отношении в определенной степени проявилась лишь положительная роль фосфора, внесенного на фоне №С Известкование в большинстве случаев несколько понижало накопление аскорбиновой кислоты в растениях овса и вики.
Под влиянием известкования содержание азота в листьях и стеблях кормовых бобов возрастало, причем, наиболее ощутимо в варианте ИРК. Изменяется и соотношение белкового и небелкового азота в надземной биомассе растений в сторону увеличения белковой фракции. Наиболее сильное снижение содержания белкового азота и сопутствующее ему повышение доли небелковой фракции наблюдается при внесении азотно-калийного удобрения на фоне без внесения извести.
Глава 11. Влияние удобрений и известкования на трансформацию тяжелых металлов в почве
Системы удобрений влияют и на трансформацию ТМ в системе почва-растение-удобрение.
Среднегодовое (1984, 1987, 1991) поступление тяжелых металлов с атмосферными осадками на территорию АБС Чашниково составило: кадмия - 1,0 г\га; свинца - 21 г\га, никеля - 15 г\га (Обухов, Попова, 1991).
Изучение содержания накопления тяжелых металлов (ТМ) в почве под влиянием длительного применения минеральных и органических удобрений в сочетании с периодическим известкованием показало, что содержание валового кадмия в почве за 36-41-летний период проведения
полевого опыта изменялось незначительно: в слое почвы 0 - 20 см - с 0,74 до 0,90 мг/кг, в слоях 20 - 40 и 40 - 60 см соответственно - с 0,36 до 0,58 и с 0,42 до 0,48 мг/кг. Увеличение содержания валового кадмия в почве было обусловлено преимущественно применением минеральных удобрений и в меньшей степени - внесением извести и навоза. Вниз по профилю почвы в слоях 20-40 и 40-60 см содержание валового кадмия снижается в 1,5 -2 раза. В почве всех изучаемых вариантов опыта с внесением минеральных, органических удобрений и извести содержание валового кадмия не превышало уровень ПДК для дерново-подзолистых почв, величина которого составляет 3 мг/кг.
Наиболее высокое содержание подвижного кадмия было обнаружено в корнеобитаемом слое неизвесткованной, кислой почвы на контроле и вариантах с внесением минеральных удобрений. В этих условиях, как отмечено выше, проявилось сильное гумусовое прокрашивание почвенного профиля до глубины 60 см. Наблюдаемые изменения физико-химических свойств и гумусного состояния почвы способствовали усилению миграции подвижного кадмия в нижележащие горизонты. Известкование снижало содержание подвижного кадмия в почве по всем вариантам с внесением минеральных удобрений на 33-50%, причем иммобилизация его в менее подвижное состояние наблюдалась по почвенному профилю на глубину до 40-60 см. Внесение извести в сочетании с навозом в еще большей степени уменьшало содержание подвижного кадмия в почве. Последнее наблюдалось не только в пахотном, но и в нижележащих горизонтах почвы, что свидетельствует об ослаблении нисходящей миграции кадмия и закреплении его в почве с образованием слаборастворимых его соединений под влиянием известкования и внесения навоза.
Снижение подвижности кадмия в почве под влиянием известкования и применения органического удобрения заметно ограничивало поступление этого элемента в надземные органы растений вики, овса и клевера (табл. 9). И только овсяница в этом отношении выделялась одинаковым уровнем накопления кадмия при выращивании как на неизвесткованной, так и на известкованной почве. Наиболее высокое количество кадмия концентрировалось в надземной биомассе вики, овса и клевера при посеве этих культур на почве с повышенной кислотностью и внесением азотно-калийного и полного минерального удобрения. Содержание С(1 в растениях составляло 0,07-0,13 мг/кг сухого вещества, что превышало в несколько раз уровень ПДК, равный 0,03 мг/кг. Внесение извести в сочетании с навозом позволяло снизить концентрацию кадмия в биомассе этих культур до 0,01-0,03 мг/кг, что не представляет опастности при использовании ее в качестве корма; ДОК в растениях: Сё - 0,03; N1 - 0,5; РЬ - 0,5 мг/кг [Ильин, 1992].
9. Влияние длительного применения минеральных удобрений и известкования на содержание тяжелых металлов в растениях, мг/кг сухого вещества
тм Фон Вика Овес Клевер Овсяница
0 (\1К ЫРК 0 Ж 0 ЫК ЫРК 0 ЫК ЫРК
1 0,08 0,10 0,09 0,11 0,12 0,11 0,08 0,07 0,08 0,026 0,026 0,028
Сс1 2 0,02 0,08 0,03 0,05 0,09 0,07 0,04 0,03 0,03 0,028 0,024 0,023
3 0,01 0,06 0,01 0,03 0,02 0,01 0,02 0,02 0,02 0,027 0,029 0,022
1 1,22 4,65 3,54 0,95 2,38 1,85 2,86 2,30 2,32 0,97 0,59 1,03
N1 2 0,83 3,00 0,22 0,35 0,68 0,33 3,52 2,62 2,00 0,35 0,21 0,30
3 0,35 0,68 0,33 0,62 0,66 0,66 2,26 2,04 2,01 0,31 0,37 0,67
1 0,80 2,18 2,14 1,00 1,83 1,74 0,33 0,37 0,33 0,35 0,32 0,46
РЬ 2 1,00 1,00 1,08 0,91 1,60 1,34 0,36 0,49 0,40 0,31 0,25 0,40
3 0,86 0,10 0,81 0,75 0,78 0,70 0,46 0,33 0,24 0,47 0,36 0,24
ПДК: N1 - 1 - 5; Сс! - 3,0; РЬ - 2,5 мг/кг сухого вещества кормов; ДОК в растениях - Сс! 0,03; № 0,5; РЬ 0,5 мг/кг [Ильин,1992]
Свинец. При изучении трансформации и накопления свинца в почве при длительном применении минеральных и органических удобрений в сочетании с известкованием установлено, что под влиянием этих агрохимических средств содержание валового свинца в почве изменялось незначительно от 9,5 мг\кг почвы (контроль) до 10,8 мг/кг (ЫРК фон 3). При этом некоторое увеличение содержания валового свинца наблюдалось также в нижележащих горизонтах почвы, что свидетельствует о передвижении его по почвенному профилю.
При применении азотно-калийных удобрений на фоне 1 наблюдалось увеличение подвижности этого элемента до глубины 60 см. Под его воздействием содержание подвижного свинца возрастало с 2,0-2,4 мг/кг на контроле и до 3,1-3,6 мг/кг в варианте №С. Внесение фосфорного удобрения в сочетании с способствовало снижению подвижности свинца в почвенном растворе вследствие образования с этим элементом труднорастворимых фосфатов.
Периодическое известкование и применение навоза оказывали заметное влияние на подвижность свинца в корнеобитаемом слое. На варианте без внесения минеральных удобрений содержание его в подвижной форме снижалось в три раза (с 2,0-2,4 мг/кг до 0,7-0,8 мг/кг,) на вариантах с их внесением в 3,5-4,5 раза (- с 3,1-3,6 мг/кг до 0,7-1,5 мг/кг), оставаясь более высоким в слое почвы 0-20 см на варианте МС (1,5 мг/кг).
Поступление свинца в растения вики, овса, клевера и овсяницы (табл. 9) в той или иной степени коррелировало с содержанием подвижных соединений этого элемента в почве. Больше его накапливалось в надземной биомассе вики и овса при внесении азотно-калийного и полного минерального удобрений на фоне 1. В посевах клевера и овсяницы этого не
наблюдалось. Вика и овес также хорошо реагировали на снижение содержания подвижного свинца в почве под влиянием известкования и внесения навоза, ограничивая поступление его в растения.
Следует отметить, что содержание свинца в растениях изучаемых культур не превышало ПДК, уровень которого для растительных кормов составляет 2,5 мг/кг сухого вещества. Однако требованиям ДОК (0,5 мг/кг) отвечало накопление РЬ только в растениях клевера и овсяницы, содержание которого в надземных органах этих кормовых культур не превышало 0,25-0,49 мг/кг.
Никель. Длительное применение азотно-калийного удобрения оказывало слабое влияние на содержание валового никеля в почве. В связи с поступлением никеля в почву с известью и органическим удобрением, содержание его в почве возрастало на фонах 2 и 3 . Распределение валового никеля по почвенному профилю имело следующий характер: с уменьшением вниз по профилю почвы от слоя 0-20 см к слою почвы 2040 см и минимальное его значение в слое 40-60 см.
Подвижность никеля в почве была наибольшей при повышенной ее кислотности, достигая максимальных значений при внесении минеральных удобрений на фоне без внесения извести. В этих условиях наблюдалось более выраженная, по сравнению с Сё и РЬ, нисходящая миграция никеля по почвенному профилю, благодаря чему большая его часть концентрировалась в подпахотных горизонтах почвы с максимумом накопления в слое 40-60 см. Нейтрализация повышенной кислотности почвы под влиянием известкования, в большей степени, а обогащение корнеобитаемого слоя органическим веществом за счет внесения навоза, в меньшей мере, способствовали снижению подвижности никеля в почве. Однако и в этом случае не устранялась полностью миграция подвижных соединений N1 из пахотного слоя в нижележащие горизонты почвы.
Наиболее высокий уровень накопления никеля в надземной биомассе кормовых культур наблюдался при выращивании вики и овса на кислой, почве с внесением минеральных удобрений (табл. 9). При этом особенно сильное воздействие на поступление никеля в растения вики оказывало азотно-калийное удобрение, под влиянием которого содержание его в надземной биомассе увеличилось до 4,65 мг/кг, что превышало ПДК, равное 3 мг/кг сухого вещества [Дмитриев, Казнина, 1989]. Фосфорное удобрение, внесенное в сочетании с способствовало снижению уровня накопления никеля в растениях. Максимальный эффект в этом отношении достигался под воздействием известкования и внесения навоза, что ограничивало поступление никеля в растения вики, овса и овсяницы до минимальных его концентраций, составляющих 0,31-0,68 мг/кг. Следует отметить особенность в накоплении никеля посевами клевера, концентри-
рующего в надземной биомассе примерно одинаковое количество этого элемента независимо от действия изучаемых агрохимических средств.
Представляют интерес данные, характеризующие ориентировочный баланс ТМ, складывающийся при длительном внесении минеральных удобрений, извести и навоза за ротацию севооборота. Расчеты показали, что поступление никеля, свинца и кадмия в почву в результате использования этих агрохимических средств превышало вынос их урожаем выращиваемых культур, причем, в отношении никеля это было выражено в большей степени.
Структура складывающегося баланса ТМ в агроэкосистемах в основном отражает те изменения в валовом содержании кадмия, никеля и свинца в почве, которые произошли в результате длительного внесения минеральных удобрений, извести и навоза в севообороте (табл. 10).
10. Поступление тяжелых металлов с минеральными удобрениями, известью и навозом с 1950 по 1991, г/га
Вариант Фон 1 Фон 2 Фон 3
Сс! N1 РЬ Сс! N1 РЬ Сс! № РЬ
0 - - - 128 708 1100 139 1593 8100
МК 0,15 8,24 60,4 128,15 716,3 1160 139,6 1632 8160
МРК 0,67 10,30 66,2 128,67 726,6 1226 140,3 1642 8162
На основании экспериментальных данных, полученных за 50 лет в длительном стационарном опыте в контрольном варианте нами установлены минимальные предельно допустимые значения показателей агрохимических свойств почвы, которые характеризуют её плодородие. Эти показатели в каждом конкретном случае могут быть смещены, но они свидетельствуют о пороговой черте плодородия дерново-подзолистой почв: рН не менее 4,3 (КС1); обменная кислотность не более 0,5 мг-экв\ 100 г почвы, обменный алюминий - не более 3,2 мг на 100 г почвы, подвижный марганец не более 2 мг/100 г почвы, валовый кальций - не менее 1,74%, степень насыщенности почв основаниями не менее - 50%, сумма поглощенных оснований - не менее 7,2 мг-экв/100 г почвы, содержание гумуса - не менее 1,7-2,0%, содержание Р2О5 по Кирсанову не менее 6,0 мг/100 г почвы, подвижность фосфатов не менее Р2О5 -0,07 моль/литр, К20 в 0,2 н. НС1 - не менее 5,8 мг/100 г почвы.
Нитрифицирующая способность естественной почвы не менее 6,0 мг ИОз" на 100 г почвы, активность ферментов в почве: дегидрогеназы, мг ФФТ - не менее 2,1\10 г почвы; уреазы, мг >1Нз - не менее 2,0\10 г почвы, аспарагиназы, мг КГН3 - не менее 3,2/10 г почвы. Подвижные формы ТМ в почве - в ацетатно-аммонийном буфере при рН 4,8: С(1 - не более 0,20 мг\кг почвы, РЬ - не более 2,4 мг \кг почвы; № - не более 0,35 мг\кг почвы.
Выводы
1. Разработан новый методологический подход к изучению проблемы окультуривания дерново-подзолистых почв под влиянием 50-летнего действия и последействия минеральных и органических удобрений в сочетании с периодическим известкованием, в основу положена комплексная оценка изменений агрохимических, физических, физико-химических и биологических свойств и гумусного состояния почвы во всём её профиле. Критериями окультуренности почвы являются уровень продуктивности выращиваемых культур севооборота и показатели качества растительной продукции, отвечающие экологическим требованиям.
2. Длительное применение в агроэкосистемах физиологически кислых азотно-калийных удобрений без известкования вызывает существенное ухудшение физико-химических свойств дерново-подзолистой почвы по всему профилю: повышается кислотность (до рН 3,9 - 4,0), возрастает содержание подвижного алюминия (до 13 мг/100 г), вымывается до 50% кальция из корнеобитаемого слоя, снижается емкость катионного обмена (ЕКО) и буферная способность. Пятикратное известкование в сочетании с применением навоза позволяет полностью устранить влияние этих удобрений на почвенный поглощающий комплекс, стабилизировать рН почвы в оптимальных пределах и более чем вдвое увеличить величину ЕКО. Каждый последующий тур известкования увеличивает временной интервал положительного действия извести: с 4-х лет (первое) до 17 лет (пятое известкование).
3. При длительном применении минеральных и органических удобрений на фоне извести происходит значительное улучшение гумусного состояния почвы по профилю. За 41-летний период содержание гумуса в пахотном слое повысилось с 2,18 до 3,60%, в 2,5-3,0 раза возросло содержание гуматов кальция, увеличилось соотношение углерода гуминовых кислот к углероду фульвокислот. Произошла смена гуматно-фульватного типа гумуса на фульватно-гуматный. Определяющую роль в улучшении гумусного состояния почвы имело совместное внесение в севообороте извести и навоза.
4. Применение полного минерального удобрения в сочетании с периодическим известкованием и применением навоза в севообороте является высокоэффективным способом оптимизации азотного режима почвы. Под влиянием этих агрохимических средств происходит увеличение запасов общего азота в пахотном и метровом слое почвы преимущественно за счет его негидролизуемой фракции и в меньшей
степени за счет легкогидролизуемого и минерального азота. Соотношение фракционного состава азота в течение изучаемого периода изменяется незначительно, что свидетельствует об устойчивости формирующегося азотного фонда почвы на более высоком уровне его организации.
5. Длительное применение физиологически кислых минеральных удобрений оказывает отрицательное влияние на физические свойства почвы, ухудшая ее структуру, водно-воздушный режим, водопрочность агрегатов. Использование минеральных удобрений в сочетании с периодическим известкованием и внесением навоза способствует увеличению микроагрег-атированности элементарных почвенных частиц вследствие накопления в илистой фракции гуматов кальция. Благодаря этому повышается оструктуренность и улучшается структура почвы, увеличивается воздухоёмкость и содержание кислорода в корнеобитаемом слое, возрастает устойчивость к размывающему действию воды.
6. Подкисление почвы и существенное повышение содержания в ней подвижного алюминия, связанное с длительным применением минеральных удобрений, являются основными факторами ухудшения фосфатного режима почвы. В этих условиях определяющее значение в повышении подвижности фосфора в почве и доступности его для растений было комплексное применение минеральных удобрений в сочетании с известью и навозом. Под их воздействием увеличивалось содержание валового и подвижных соединений фосфора и доля фосфатов кальция в общем количестве минеральных фосфатов в метровом профиле.
7. Применение минеральных удобрений в сочетании с известью и навозом является непременным условием оптимизации калийного режима почвы. Под влиянием известкования происходит снижение содержания обменного калия в почве при одновременном повышении необменно-гидролизуемой и необменной его форм. Возрастает потенциальная буферная способность в отношении калия, снижается калийный потенциал. Наблюдается тесная прямая зависимость величины РВСК от содержания необменно-поглощенного калия в почве и ее гумусированности. На известкованной почве сельскохозяйственные культуры усваиваивают из почвенных запасов и внесенного удобрения вдвое большее количество калия, чем на почве без внесения извести.
8. Выявлено отрицательное влияние повышенной кислотности почвы на биологические свойства, которые проявляются в ограничении нитрифицирующей способности, снижении активности ферментов азотного и углеводного обмена, усилении развития грибной микрофлоры.
Известкование и внесение навоза в сочетании с минеральными удобрениями обеспечивают оптимальные условия для протекания ферментных процессов в почве и преимущественного развития полезной почвенной микрофлоры, в частности бактериальной микрофлоры и актиномицетов. Это свидетельствует об определяющем значении агрохимических средств в формировании почвенной супрессивности.
9. Показано, что при снижении кислотности почвы до рН 6,4-6,6 , увеличении емкости катионного обмена и доли кальция в его составе, а также улучшении гумусного состояния корнеобитаемого слоя за счет известкования и применения органического удобрения, снижается подвижность в почвенном растворе мезо- и микроэлементов (Бе, Мл, Си, Со) и тяжелых металлов (Сё, РЬ, №). Это ограничивает поступление их в надземные органы растений в избыточных концентрациях и позволяет выращивать продукцию, которая отвечает экологическим требованиям качества по содержанию тяжелых металлов в продуктах растениеводства.
10. Определяющим условием обеспечения высокой и устойчивой эффективности минеральных удобрений в агроэкосистемах на дерново-подзолистой почве с кислой реакцией среды является комплексное применение минеральных удобрений в сочетании с периодическим известкованием и применением навоза. Это позволяет существенно (с 7,0 до 70 ц к.е./га) повысить продуктивность культур полевого севооборота и обеспечить получение качественной растительной продукции. При сбалансированном уровне корневого питания растений и благоприятном режиме кислотности и гумусированности почвы формируется зерно озимой пшеницы и озимой ржи с высоким содержанием белка и биологически ценных его фракций, обогащенных незаменимыми аминокислотами. Выращивание озимой пшеницы на окультуренной почве позволяет обеспечить синтез клейковины зерна, относящейся к первой группе качества, что улучшает хлебопекарные свойства муки.
11. На основании экспериментальных данных, полученных в длительном стационарном опыте установлены предельно допустимые значения агрохимических свойств почвы - пороговая черта плодородия дерново-подзолистой среднесуглинистой почвы.
Список основных работ, опубликованных по теме диссертации
Значком «Ж» помечены публикации в журналах из Перечня ВАК
1. Лебедева Л.А., Гомонова Н.Ф.Влияние минеральных удобрений и извести при длительном применении на свойства дерново-подзолистой почвы и урожай растений. Химия в сельском хозяйстве, 1972, № 10, с. 2-8.
2. ^Лебедева Л.А., Гомонова Н.Ф. Влияние длительного применения минеральных удобрений на нитрификационную способность дерново-подзолистой почвы. Агрохимия,
1973, №6, с. 51-61.
3. Гомонова Н.Ф. Влияние длительного применения минеральных удобрений и извести на свойства дерново-подзолистой почвы. Автореферат канд. дисс. биол. наук. М. изд. МГУ,
1974, с. 24.
4. Лебедева Л.А., Гомонова Н.Ф., Загуменников В., Люшина Е.В. Активность ферментов дерново-подзолистой почвы как показатель ее биологических свойств при длительном применении минеральных удобрений. Сб.// Биологическая диагностика почв// М. Наука,
1976, с. 134-136.
5. *Гомонова Н.Ф. Влияние извести и длительного применения минеральных удобрений на активность уреазы и урожай некоторых культур // Вестник МГУ, сер. почвоведение.
1977. №4. С. 80-86.
6. Авдонин Н.С., Гомонова Н.Ф. Действие 25-летнего применения минеральных удобрений, периодического известкования на урожай растений, активность ферментов и агрохимические свойства в метровом профиле // В кн. Научные основы рационального использования и повышения плодородия почв». Ростов-на-Дону, 1978. С. 66-69.
7. ЖГомонова Н.Ф. Дегидрогеназная активность дерново-подзолистой почвы при длительном применении минеральных удобрений и извести // Биологические науки. 1979. №7. С. 90-94.
8. Гомонова Н.Ф. Влияние длительного применения минеральных удобрений на урожай некоторых культур в зависимости от свойств дерново-подзолистой почвы. Сб./ Труды молодых ученых ВИУА, М.1979,53-55.
9. •Гомонова Н.Ф. Влияние 25-летнего применения минеральных удобрений и извести на агрохимические свойства дерново-подзолистой почвы в метровом профиле // Агрохимия. 1980. № 10. С. 38-47.
10. ЖГомонова Н.Ф. Нитрифицирующая способность и уровень плодородия при длительном применении минеральных удобрений и извести // Химия в сельском хозяйстве. 1981. №3. С. 19-23.
11. Гомонова Н.Ф. Эффективность минеральных удобрений и активность аспарагиназы при длительном применении минеральных удобрений на кислой и известкованной дерново-подзолистой почве // Научные основы рационального использования почв». Саранск, 1981. С. 90-96.
12. Гомонова Н.Ф. Влияние длительного применения минеральных удобрений и извести на урожай растений, содержание аскорбиновой кислоты и каротина в некоторых кормовых культурах // Влияние свойств почв и удобрений на качество растений». М.: Изд-во МГУ, 1982. С. 43-51.
13. *Гомонова Н.Ф. Действие повторного известкования при длительном применении минеральных удобрений на кислотность дерново-подзолистой почвы в метровом профиле данные 30 летнего опыта // Химия в сельском хозяйстве. 1982. №9. С. 18-22.
14. Пивоваров Г.Е, Гомонова Н.Ф., Ширская Г.М. // Влияние длительного применения минеральных удобрений на токсические свойства дерново-подзолистой почвы. В кн.
Аллелопатия в естественных и искусственных фитоценозах// Сб. Научне труды АН УССР цент, республ. бот. сада//Киев: Наукова думка, 1982, с. 51-56.
15. Пивоваров Г.Е., Гомонова Н.Ф., Ширская Г.М. Применение минеральных удобрений как один из факторов токсикоза почв..//Сб. Микроорганизмы как компонент биогеценоза. Материалы Всес. симп. Алма-Ата, 1982, с. 135-136.
16. ♦Головков А.М., Черкашина H.A., Гомонова Н.Ф., Панникова И.В. Рекомендации по повышению плодородия почв , уровня и качества урожая сельскохозяйственных культур.// Приемы повышения плодородия, эффективности использования минеральных удобрений.// Главное производственное управление с-х. Мособлисполкома. М, 1982, с 10-13.
17. Проблема сохранения плодородия дерново-подзолистых почв при систематическом применении минеральных удобрений в Нечерноземной зоне./ Всесоюзн. науч. ин-т охраны природы и заповедного дела МСХ СССР. Брянск, 1983, с. 21-24.
18. ♦Гомонова Н.Ф., Панникова И.В., Влияние длительного применения минеральных удобрений и извести на содержание форм калия в метровом профиле дерново-подзолистой почвы//Агрохимия. 1983. №8. С. 59-65.
19. ♦Гомонова Н.Ф., Панникова И.В. Зависимость качества некоторых кормовых культур от свойств почвы, длительного применения минеральных удобрений и извести // Химия в сельском хозяйстве. 1983. №2. с 20-23.
20. Гомонова Н.Ф. Влияние 30-летнего применения минеральных удобрений на изменение плодородия дерново-подзолистой почвы // Продуктивность почв Нечерноземной зоны и пути ее увеличения». М.: Изд-во МГУ, 1984. С 116-123.
21. Гомонова Н.Ф. Влияние 30-летнего применения минеральных удобрений на урожай сельскохозяйственных культур и агрохимические показатели дерново-подзолистой почвы //Химия в сельском хозяйстве. 1984. №1. С. 2-12.
22. ♦Гомонова Н.Ф. Активность аспарагиназы при длительном применении минеральных удобрений и известкования на дерново-подзолистой почве //Вестник МГУ, сер. почвоведение. 1984. № 5. С. 69-74.
23. ♦Гомонова Н.Ф. Влияние ячменя и овса на величину pH и активность ферментов в ризосфере при длительном применении минеральных удобрений // Химия в сельском хозяйстве. 1984. №11. С.13-18.
24. ♦Пивоваров Г.Е., Гомонова Н.Ф., Ширская Г.М., Биологическая активность дерново-подзолистой почвы при длительном применении минеральных удобрений // Агрохимия. 1985. № 1. С. 77-85.
25. ♦Овчинникова М.Ф., Гомонова Н.Ф. Влияние длительного применения минеральных удобрений и известкования на химические свойства, групповой фракционный состав гумуса//Агрохимия. 1986. №1. с. 85-90.
26. Пивоваров Г.Е., Ширская Г.М., Гомонова Н.Ф. Токсичность дерново-подзолистой почвы и меры ее снижения при систематическом применении минеральных удобрений // Пути повышения эффективности удобрений и плодородия Нечерноземной зоны. М.: Изд-во МГУ, 1986. С. 108-122.
27 Смирнов Г.В., Гомонова Н.Ф. Влияние длительного применения минеральных удобрений и извести на электрофизические свойства дерново-подзолистой почвы // Пути повышения эффективности удобрений и плодородия почв Нечерноземной зоны. М.: Изд-во МГУ,1986. С 141-145..
28. ♦Минеев В.Г., Гомонова Н.Ф. Пути повышения кислой дерново-подзолистой почвы после длительного применения минеральных удобрений //Доклады ВАСХНИЛ, 1988. № 7. С. 2-7.
29. ♦Минеев В.Г., Гомонова Н.Ф., Черных И.Н., Оценка калийного режима дерново-подзолистых почв с использованием термодинамических показателей II Вестник сельскохозяйственной науки. 1988. №11. С. 43-52.
30. •Минеев В.Г., Гомонова Н.Ф., Овчинникова М.Ф., Улучшение гумусного состояния дерново-подзолистых почв при длительном применении минеральных удобрений // Доклады ВАСХНИЛ. 1988. №11. С. 9-12.
31. Коровинская Л.Б., Гомонова Н.,Ф., Манучаров A.C., Мосолова А.И, Михайлова Л.В., Смирнов Г.В. Некоторые физические свойства дерново-подзолистых почв в многолетнем опыте АБС. Чашниково. ред. ж //Биологические науки//М. ,с.30. Деп. ВИНИТИ 8,09-1988, № 69121, В-88.
32.*Гомонова Н.Ф., Зенова Г.М., Овчинникова М.Ф., Черных И.Н. Изменение химико-биологических свойств дерново-подзолистых почв при длительном применении минеральных удобрений //Вестник МГУ, сер. почвоведение. 1989. № 17. С. 57-63.
33. Минеев В.Г., Гомонова Н.Ф. Регистрационная карточка стационарного опыта. № 311 Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова В кн. \\ Перечень стационарных полевых опытов научно-исследовательских учреждений Нечерноземной зоны РСФСР, Ленинград, 1989, с. 88-90.
34. Гомонова Н.Ф., Зенова Г.М., Ширская Г., Мальцева С. Органичесхое вещество почвы и биологическая активность дерново-подзолистых почв в результате антропогенного воздействия // Всес. конф.: Почвы Дальнего Востока и др. регионов СССР. Владивосток: Изд-во АН СССР, 1990. С. 26-30.
35.*Минеев В.Г., Гомонова Н.Ф. Эколого-биологические аспекты применения фосфорных минеральных удобрений // Биологические науки. 1990. №9. С. 41-51.
36.ЖМинеев В.Г., Гомонова Н.Ф. Изменение состава катионов ППК и буферности дерново-подзолистых почв при ее окультуривании // Доклады ВАСХНИЛ. 1990. №6. С19-24.
37.#Скворцова И.Н., Гомонова Н.Ф. Влияние интенсивности уровня воздействия агрохимических средств на микроорганизмы. Доклады РАСХН, 1990, №11, с. 30-33.
38. Воронин А.Д., Боровинская Л.Б., Гомонова Н.Ф. Некоторые агрофизические свойства дерново-подзолистой почвы при длительном применении минеральных удобрений. C6.W Оптимизация условий повышения плодородия почв. \\М. изд. МГУ,1990,с 12-23.
39. Гомонова Н.Ф. Влияние длительного применения минеральных удобрений на фосфорный режим дерново-подзолистой почвы // Оптимизация условий повышения плодородия почв» М.: Изд-во МГУ, 1991. С. 73-93.
40.ЖСорокина Л., Зенова Г.М., Гомонова Н.Ф., Звягинцев Д.Г. Структура комплекса ак-тиномицетов дерново-подзолистых почв в условиях длительного применения минеральных удобрений, извести и навоза // Вестник МГУ, сер. почвоведение. 1991. №1. С. 47-54.
41.#Гомонова Н.Ф. Влияние длительного применения минеральных удобрений на качество некоторых кормовых культур // Агрохимия и качество растениеводческой продукции». М.: Изд-во МГУ, 1991. С. 130-147.
42. Гомонова Н.Ф., Агакеримов В.А, Мальцева С.Н. Экологические аспекты длительного применения минеральных удобрений на дерново-подзолистых почвах. Всесоюзн школа-конф.\\ Экологические проблемы в земледелии и почвоведении \\ Курск, 1991, с. 31-32.
43. Гомонова Н.Ф., Черных И.Н. Влияние длительного применения минеральных удобрений на качество озимой ржи в зависимости от агрофона на дерново-подзолистой почве. Сб. \\ Агрохимия и качество растениеводческой продукции. М., изд. МГУ, 1992, с. 66-83.
44. Минеев В.Г, Гомонова Н.Ф. Воспроизводство плодородия дерново-подзолистых почв после длительного применения минеральных удобрений // Современное развитие научных идей Д.С. Прянишникова. М.: Наука,1991. С 191-198.
45. Эколого-биологические аспекты устойчивости биологических систем при длительном применении минеральных удобрений на дерново-подзолистых почвах. \\Всесоюзн. школа-конф. /Проблемы устойчивости биологических систем. \\ Севастополь, Акад. Наук СССР, 1991, с. 124-126.
46.#Сорокина JI., Зенова Г.М., Гомонова Н.Ф., Звягинцев Д.Г. Структура комплекса актиномицетов дерново-подзолистых почв в условиях длительного применения минеральных удобрений, извести и навоза. Вестник МГУ, сер. Почвоведение, 1991, №1, с 47-54.
47. Боровинская Л.Б., Гомонова Н.Ф. Содержание и состав почвенного воздуха и некоторые аспекты его режима в дерново-подзолистых почвах при длительном применении минеральных удобрений на разных агрофонах // Агрохимия и качество растениеводческой продукции». М.: Изд-во МГУ, 1991. С. 177-196.
48. Гомонова Н.Ф. Влияние длительного применения минеральных удобрений и извести на качество некоторых кормовых культур на дерново-подзолистой почве // Агрохимия и качество растениеводческой продукции». М.: Изд-во МГУ, 1991. С. 130-147.
49. Гомонова Н.Ф., Черных И.Н. Влияние 37 летнего применения минеральных удобрений на качество озимой ржи в зависимости от агрофона на дерново-подзолистых почвах. \\Сб. Агрохимия и качество растениеводческой продукции. М., изд-во МГУ, 1991, с. 66-873.
50. Минеев В.Г., Гомонова Н.Ф. Накопление тяжелых металлов в длительном агрохимическом опыте //Доклады РАСХН. 1993. №6. С. 20-22.
51. Гомонова Н.Ф. Влияние длительного применения агрохимических средств на дерново-подзолистых почвах на трансформацию тяжелых металлов в системе почва-растение // Тяжелые металлы и радионуклиды М.: Изд-во МГУ, 1994. С 180-185.
52. Гомонова Н.Ф Infuence of long-duration application of agrochemical means on soddi-podsol soils on the transformation of heavy metals in a soil-plant system/ \сб. Heavy metals and radionuclides in agroecosystems, 1995, c. 211-217.
бЗ.ЖЗенова ЗД1., Звягинцев Д.С., Маслова E.M., Гомонова Н.Ф. Экологические исследования споронТальных актиномицетов. Почвоведение, 1996, №12, с. 1491- 1495.
54.ЖМинеев В.Г., Гомонова Н.Ф., Дурынина Е.П., Зенова Г.М., Скворцова И.Н. Изменение биоразнообразия в агроэкосистеме при длительном антропогенном воздействии // Доклады РАСХН, 1997. №4. С. 18-23.
55.*Минеев В.Г., Гомонова Н.Ф., Зенова Г.М., Скворцова И.Н., Восстановление физико-химических свойств почвы и структуры микробоценоза, нарушенных длительным антропогенным воздействием на агроэкосистему // Агрохимия. 1998. №5. С. 5-12.
56.ЖМинеев В.Г., Гомонова Н.Ф., Скворцова И.Н., Диксон Д. Влияние органических и минеральных удобрений в период их последействия на агрохимические и микробиологические свойства дерново-подзолистой почвы // Агрохимия. 1998. №12. С. 5-9.
57.*Минеев В.Г., Гомонова Н.Ф. Влияние агрохимических средств на трансформацию цинка в системе почва-растение // Доклады РАСХН. 1998. №2. С. 25-27.
58.•Минеев В.Г., Гомонова Н.Ф. Скворцова И.Н., Зенова Г.М., Влияние длительного применения средств химизации на агрохимические и микробиологические свойства дерново-подзолистой почвы//Агрохимия. 1998. №5. С. 5-12.
59. Гомонова Н.Ф., Диксон Д.О. Влияние длительного применения минеральных удобрений в их действии (41 года) и последействии( 6 лет) на свойства дерново-подзолистой почвы. \\ сб. Удобрения и химические мелиоранты в агроэкосистемах. М. изд. МГУ., 1998, с. 199-207.
60.ЖМинеев В.Г., Гомонова Н.Ф., Зенова Г.М., Скворцова И.Н., Изменение свойств дерново-подзолистой почвы и ее микробоценоза при интенсивном антропогенном воздействии // Почвоведение. 1999. №4. С. 455-461.
61.ЖМинеев В.Г., Гомонова Н.Ф. Оценка экологических функций агрохимии на поведение кадмия в агроценозе на дерново-подзолистой почве //Вестник МГУ. Сер. 17, почвоведение. 1999. №1. С. 40-45.
62. Зенова Г.М., Малык Е.А., Гомонова Н.Ф., Звягинцев Д.Г. Комплекс почвенных актиномицетов как показатель нарушения и самовосстановления агроэкосистем // Развитие почвенно-экологических исследований. М.: Изд-во МГУ, 1999. С. 66-79.
63.*Мииссв В.Г., Скворцова И.Н., Виноградова К.Е., Лему Е.Т., Гомонова Н.Ф. Микробиологические и фитотоксические свойства дерново-подзолистой почвы в последействии удобрений // Агрохимия. 1999. №7. С. 19-24.
64.*Гомонова Н.Ф. Влияние длительного применения минеральных удобрений на разных агрофонах на качество зерна озимой ржи //Агрохимия. 1999. № 9. С. 37-46.
65.*Гомонова Н.Ф. Влияние агрохимических факторов на качество зерна озимой пшеницы // Вестник РАСХН. 1999. №6. С. 60-62.
66.#Гомонова Н.Ф. Состояние никеля в системе почва-растение при длительном применении агрохимических средств // Агрохимия. 2000. №10. С. 70-77.
67.*Зенова Г.М., Гомонова Н.Ф., Малык Е.А., Звягинцев Д.Г. Сравнительный анализ различных систем удобрений и продолжительности их действия на комплекс почвенных актиномицетов и свойства дерново-подзолистой почвы // Почвоведение. 2001. №6. С. 720-726.
68.*Минеев В.Г., Гомонова Н.Ф. Влияние известкования на фоне длительного действия и последействия удобрений на физико-химические показатели дерново-подзолистых почв // Почвоведение. 2001. №9. С. 1103-1110.
69. Скворцова И.Н., Гомонова Н.Ф. Экологический мониторинг пахотных дерново-подзолистых почв // Перспективы развития почвенной биологии со дня рождения акад. Мишустина». М., Макс Пресс. 2001. С. 220-228.
70.ЖМинеев В.Г, Козлова Ю., Кураков А.В., Звягинцев Д.С., Гомонова Н.Ф. Последействие минеральных удобрений на микробиологические и агрохимические свойства дерново-подзолистой почвы. Доклады РАСХН,2001,№4,с 19-21
71. Зенова Г.М., Малык Е.А., Гомонова Н.Ф., Звягинцев Д.Г. Сравнительный анализ различных систем удобрений и продолжительность их действия на комплекс почвенных актиномицетов и свойств дерново-подзолистой почвы. Почвоведение, 2001, № 6, с. 720-726.
72. Минеев В.Г., Гомонова Н.Ф. Состояние калийного режима почв и совершенствования методов их оценки // Эколого-агрохимическая оценка состояния калийного режима и эффективность калийных удобрений. М., ЦИНАО, 2002. С. 185-196.
73.#Минеев В.Г., Гомонова Н.Ф. Устойчивость созданного длительным применением агрохимических средств плодородия дерново-подзолистой почвы // Агрохимия. 2003. №2. С. 5-9.
74.*Гомонова Н.Ф., Минеев В.Г., Трансформация форм железа под влиянием длительного применения агрохимических средств в агроценозе // Почвоведение 2003. №11. С. 1361-1370.
75.ЖМинеев В.Г., Овчинникова М.Ф., Гомонова Н.Ф. Действие и последействие длительного применения агрохимических средств на гумусное состояние и биопродуктивность дерново-подзолистой почвы // Вестник МГУ. Сер. 17, почвоведение. 2003. С 41-44.
76. Минеев В.Г., Гомонова Н.Ф., Овчинникова М.Ф. Плодородие и биологическая активность дерново-подзолистой почвы при длительном применении минеральных удобрений и их последействии. Агрохимия, 2004, №7, с. 5-10.
77. Гомонова Н.Ф. Устойчивость показателей плодородия дерново-подзолистых почв, созданного длительным применением агрохимических средств // Агрохимия в высших учебных заведениях. М., Изд-во МГУ, 2004. С. 242-248.
78. Гомонова Н.Ф., Овчинникова М.Ф., Оценка эффективности действия и последействия различных систем удобрений на основе комплексной характеристики показателей плодородия дерново-подзолистой почвы // Агрохимия в высших учебных заведениях. М., Изд-во МГУ, 2004. С. 319-324.
79.♦Минеев В.Г., Гомонова Н.Ф., Овчинникова М.Ф., Плодородие и биологическая активность дерново-подзолистой почвы при длительном применении минеральных удобрений и их последействии // Агрохимия. 2004. №7. С. 5-10.
80. Минеев В.Г, Гомонова Н.Ф., Овчинникова М.Ф. Плодородие и биопродуктивность почвы при длительном действии и последействии агрохимических средств. Плодородие, 2004, №6, с. 12-14.
81.*Кинжаев P.P., Гомонова Н.Ф., Карпова Е. Последействие агрохимических средств на подвижность тяжелых металлов в почве и накопление их растениями. Плодородие, 2004, № 2, с. 38-40.
82. Тюгай З.Н., Початкова Т.Н, Гомонова Н.Ф Особенности структуры дерново-подзолистой почвы в процессе ее окультуривания. Сб Агрохимия в высших учебных заведениях. М.: изд. МГУ, 2004, с. 333-339.
83. Минеев В.Г., Гомонова Н.Ф. Действие и последействие удобрения на плодородие дерново-подзолистой среднесуглинистой почвы // Агрохимия. 2005. № 1. с.5-13.
84.#Тюгай 3., Початкова Т.Н., Гомонова Н.Ф. Физические свойства дерново-подзолистой почвы в процессе ее окультуривания при приенении различных систем удобрений. // Вестник МГУ. Сер 17, почвоведение. 2005. № 2. С. 24-27.
85.ЖОвчинникова М.Ф., Зенова Г.М., Гомонова Н.Ф. Изменение свойств почвы и продуктивности агроценозов при длительном приме // Почвоведение. 2005. № 1. С. 104-112.
86.*Гомонова Н.Ф., Зенова Г.М., Скворцова И.Н., Морачевская Е..В., Голятина C.B. Характеристика почвы длительного полевого опыта в период последействия п удобрений. Плодородие, 2005, №2, с. 18-20.
87. Гомонова Н.Ф. Влияние длительного действия удобрений на плодородие и продуктивность дерново-подзолистых среднесуглинистых почв // Экологическая агрохимия. М., Изд-во МГУ, 2006. С .31-48.
88.ЖКарпова Е А., Гомонова Н.Ф. Стронций в агроценозе на дерново-подзолистой почве в условиях длительного действия и последействия удобрений // Почвоведение. 2006. №7. С.870-875.
89.*Овчинникова М.Ф., Гомонова Н.Ф., Минеев В.Г. Специфичность состава и свойств гумусовых веществ в дерново-подзолистых почвах разной степени окультуренности. Доклады РАСХН,2006,№ 6,с 27-31.
90.♦Гомонова Н.Ф., Скворцова И.Н., Зенова Г.М. Результаты длительного применения различных видов и сочетаний удобрений на дерново-подзолистых почвах // Почвоведение. 2007. №4. С. 1-8,
91.#Гомонова Н.Ф., Скворцова И.Н., Зенова Г.М. Результаты длительного применения различных видов и сочетаний удобрений на дерново-подзолистых почвах. \\ Почвоведение, 2007, №4, с 1-8.
92. Гомонова Н.Ф., Зенова Г.М. Микроорганизмы как показатели состояния агроэкосистем при длительном применении комплекса удобрений и в их последействии. Сб. Экологическая агрохимия. М., изд. МГУ. 2008, с. 140-152.
93. Гомонова Н.Ф., Амельянчик O.A. Влияние длительного применения агрохимических средств на трансформацию марганца в дерново-подзолистой почве в системе почва-растение-удобрение. Сб. Экологическая агрохимия. М. изд. МГУ. 2008, С. 30-40.
94.ЖМинеев В.Г., Гомонова Н.Ф. Значение фосфора в улучшении свойств дерново-подзолистой почвы при длительном применении минеральных удобрений. \\ Проблемы агрохимии и экологии при применении различных удобрений. М. изд. МГУ, 2009, № 2, с. 3-10.
95.ЖМинеев В.Г., Гомонова Н.Ф., Манучаров A.C., Зенова Г.М. Влияние длительного применения минеральных удобрений и их последействия на физические свойства агродерново-подзолистой почвы. // Проблемы агрохимии и экологии. М., изд-во МГУ, 2010, №2, с. 3-9.
Типография МГУ 119991, ГСП-1, г. Москва, Ленинские Горы, д.1, стр.15 Заказ № 2059. Тираж 105 экз.
Содержание диссертации, доктора биологических наук, Гомонова, Нина Федоровна
Введение.
Глава 1. Плодородие и продуктивность дерново-подзолистых почв при длительном применении удобрений и известкования.
1.1. Влияние длительного применения удобрений и известкования на кислотность почвы.
1.2. Влияние длительного применения удобрений и известкования на физические свойства почвы.
1.3. Влияние удобрений и известкования на биологические свойства почвы.
1.4. Круговорот азота и трансформация его соединений в почве при внесении удобрений и извести.
1.5. Влияние удобрений и извести на фосфатный режим почвы.
1.6. Влияние удобрений и извести на калийный режим почвы.
1.7. Состояние и трансформация форм железа в почве под влиянием длительного применения агрохимических средств.:.
1.8. Влияние удобрений и известкования на продуктивность сельскохозяйственных культур.
1.9. Влияние свойств почвы, удобрений и известкования на качество белкового комплекса озимых зерновых культур.
1.10. Влияние агрохимических средств на трансформацию микроэлементов и тяжелых металлов в почве.
Глава 2. Условия и методика проведения исследований.
2.1. Рельеф.
2.2. Почвы.■.
2.3. Климатические условия.
2.4. Методика полевых и лабораторных исследований.
Глава 3. Влияние длительного применения удобрений и известкования на физические свойства почвы.
3.1. Морфологическая характеристика и гранулометрический состав почвы.
3.2. Минералогический и агрегатный состав почвы.
3.3. Плотность, порозность и водоустойчивость почвы.
3.4. Порозность аэрации и состав почвенного воздуха.
Глава 4. Динамика изменения агрохимических свойств почвы при длительном применении удобрений иизвесткования.
4.1. Кислотность почвы.
4.2. Подвижный алюминий.\.
4.3. Поглощенные основания и емкость катионного обмена.
Глава 5. Динамика изменения гумусного состояния и азотного режима почвы при длительном применении удобрений и известкования
5.1. Общее содержание гумуса в почве и его фракционный состав
5.2. Запасы гумуса в метровом слое почвы и его баланс.
5.3. Азотный режим почвы.
Глава 6. Динамика изменения фосфатного режима почвы при длительном применении удобрений и известкования.
6.1. Содержание валового и подвижного фосфора в почве.
6.2. Соотношение органических и минеральных фосфатов в почве
6.3. Фракционный состав минеральных фосфатов в почве.
6.4. Оптимальное содержание подвижных фосфора в почве и потребление его растениями в зависимости от кислотности и гумусированности почвы.
Глава 7. Влияние длительного применения удобрений и известкования на калийный режим почвы.
7.1. Валовое содержание и (¿юрмы калия в почве.
7.2. Калийный потенциал и буферная способность почвы в отношении калия.
7.3. Методы определения содержания подвижного калия в почве и потребление его растениями в зависимости от кислотности почвы
Глава 8. Трансформация мезо- и микроэлементов в почве под влиянием длительного применения удобрений и известкования
8.1. Трансформация железа в почве и поступление его в растения
8.2. Трансформация кальция и магния в почве и поступление их в растения.
8.3. Трансформация марганца в почве и поступление его в растения
8.4. Трансформация цинка в почве и поступление его в растения
8.5. Трансформация меди в почве и поступление ее в растения.
8.6. Трансформация кобальта в почве и поступление его в растения.
Глава 9. Влияние длительного применения удобрений и известкования на биологические сьойства почвы.
9.1. Ферментативная активность почвы.
9.2. О причине различной чувствительности растений к кислотности почвы.
9 3. Микроорганизмы как показатели состояния агроэкосистем в условиях длительного применения удобрений и известкования.
Глава 10. Влияние удобрений и известкования на продуктивность и качество культур севооборота.
10.1. Продуктивность культур севооборота.
10.2. Качество озимых зерновых культур.
10.3. Качество кормовых культур.
Глава 11. Влияние удобрений и известкования на трансформацию тяжелых металлов в почве.
11.1. Трансформация кадмия, свинца и никеля в почве и поступление их в растения.
11.2. Баланс кадмия, свинца и никеля в агроэкосистемах.
Выводы.
Введение Диссертация по сельскому хозяйству, на тему "Эколого-агрохимические функции удобрений при их длительном применении (50 лет) в агроценозе на дерново-подзолистой почве"
Актуальность проблемы .Дерново-подзолистые почвы занимают более 17 млн .гектар пахотных земель РФ., характеризующиеся низким естественным плодородием., недостаточным содержанием усвояемых соединений питательных веществ, повышенной кислотностью и слабой гумусированностью, неблагоприятными физико-химическими ии биологическими свойствами, обусловливает высокую потребность в минеральных, органических удобрениях и известковании в качестве ведущих факторов окультуривания этих почв.
Для улучшения плодородия этих почв необходимо комплексное применение агрохимических средств .( Доспехов с соавт., 1975; Прокошев, 1987; Минеев, 2000; Курганова, 2002; Шатилов с соавт., 2004;Никитишен, 2003 Егоров, 2006 и др.)
Несбалансированное применение минеральных удобрений ( NK)6e3 известкования на этих почвах может привести к снижению урожая сельскохозяйственных культур и ухудшению свойств почвы (Авдонин, 1964 .Арене ,1956, Лебедева, 1980, Минеев,Гомонова ,2009 и др) не только пахотного горизонта но и к деградации метрового слоя
Вместе с тем, известно, что вовлечение удобрений и мелиорантов в круговорот веществ агроэкосистем позволяет достигать высоких положиN тельных результатов только в тех случаях, когда посредством их применения обеспечивается сбалансированный уровень корневого питания растений и создаются благоприятные условия для продуктивного использования поступающих в почву питательных веществ в процессе формирования урожая.
Для получения полной объективной информации отражающей изменение почвенных процессов .протекающих в природных условиях агроэкосистем в системе почва-удобрение-растение, являются стационарные полевые опыты. Такие исследования проводятся в стационарном полевом опыте кафедры агрохимии МГУ, заложенном в 1950 году, в котором изучаются длительное взаимодействие минеральных, органических удобрений и известкования в процессе окультуривания дерново-подзолистой почвы и роль этих агрохимических средств в осуществлении экологических функций в агроэкосистемах. Полученные результаты и положены в основу данной работы.
Цель исследований изучить закономерности взаимодействия минеральных, органических удобрений и известкования как эффективной научно-обоснованной эколого-агрохимической системы окультуривания дерново-подзолистой почвы и повышения продуктивности севооборота.
Задачи исследований
1)Изучить влияние длительного применения удобрений, известкования на динамику изменения агрохимических и физических свойств почвы по ее профилю.
2) Показать влияние агрохимических средств на количественные и качественные показатели гумусного состояния почвы.
3) Выявить закономерности трансформации азота, фосфора и калия в условиях длительного комплексного применения агрохимических средств
4) Исследовать подвижность в почве и доступность растениям мезо- и микроэлементов в зависимости от кислотности и гумусированности почвы.
5) Оценить влияние удобрений и известкования на биологические свойства почвы и структуру почвенных микробных сообществ.
6) Установить закономерности прямого действия и последействия удобрений и известкования на продуктивность культур севооборота и качество растительной продукции.
7) Выявить накопление в почв тяжелых металлов, поступающих в агро-экосистемы с удобрениями и известьюи особенности трансформации в ней тяжелых металлов, поступающих в агроэкосистемы с удобрениями и известью, и оценить уровень поступления их в растения. .
Научная новизна. 1) Впервые в 50-летнем полевом опыте, разработан новый методологический подход для оценки функций удобрений на дерново-подзолистой почве в агроценозе, что позволило установить, влияние комплекса агрохимических средств на преобразование низко-плодородных дерново-подзолитстых почв в высоко-окультуренные и показать, что систематическое применение минеральных, органических удобрений и известкования в агроценозе оптимизирует изменения физико-химических, агрохимических и биологических свойств почвы, а также биохимический состав продукции растениеводства.
2) Впервые применен комплексный подход к изучению не только прямого и длмительного но и последействия систем удобрений при оптимизации эколого-агрохимических функции в метровом профиле и их влияние на формирование высоко-плодородных агродерново-подзолистых почв.(Классификация почв,2004)
3)Определена степень снижения продуктивности агроэкосистем при применении №С удобрений без известкования на кислых дерново-подзолистых почвах.
4) Впервые установлена роль систематического известкования при длительном действии и последействии органо-минеральных удобрений .
5) Впервые определены допустимые значения (ПДЗ) свойств почвы дерново-подзолистого типа при достижении которых возможны необратимые процессы деградации метрового профиля почвы.
Защищаемые положения:
1) Формирование высокопродуктивных агроценозов возможно только на плодородных, богатых гумусом дерново-подзолистым почвах с благо приятными агрохимическими и биологическими свойствами.
2) Преобразование слабоокультуренных дерново-подзолистых почв с низким уровнем естественного плодородия ( со слабой гумусированностью, повышенной кислотностью, малой буферностью и недостаточным содержанием усвояемых соединений питательных веществ) возможно путем комплексного использования минеральных, органических удобрений в сочетании с периодическим известкованием.
3) Наиболее успешное решение проблемы окультуривания дерново-подзолистых почв возможно на эснове результатов исследований в многолетних стационарных полевых опытах в системе почва-растения-удобренеия.
4) При комплексном применении минеральных, органических удобрений и известкования происходит: улучшение агрохимических,физических, физико-химических и биологических -свойств по слоям почвы до глубины 100 см. до оптимальных значений снижается кислотность, улучшается гу-мусное состояние и повышется емкость катионного обмена. В почве снижается подвижность тяжелых металлов и уменьшается их поступление в растения.
Практическая значимость и реализация результатов Результаты исследований, полученные в многолетнем стационарном полевом опыте, являются основополагающими длг разработки системы сбалансированного применения минеральных, органических удобрений и известкования, обеспечивающей эффективное окультуривание малоплодородных дерново-подзолистых почв и устойчивое функционирование высокопродуктивных аг-роэкосистем в условиях нечерноземной зоны Европейской части Российской федерации. За период исследований в длительном стационарном опыте продуктивность культур полевого севооборота повысилась с 7 до 71 ц к.е./га, улучшилось качество продукции; оптимизированы показатели: агрохимических, физических, биологических свойств почвы. При длительном применении органоминеральной системы удобрений и периодическом известковании тип гумуса с гуматно-фульватного стал фульватно-гуматным,. происходит обогащение метрово: о слоя почвы фосфором, калием и кальцием.
Несбалансированное применение минеральных удобрений с нарушением соотношения в них питательных элементов на кислых дерново-подзолистых почвах приводит к снижению урожая сельскохозяйственных культур, ухудшению свойств почвы не только пахотного слоя, но и метрового профиля почвы, и ухудшению продукции растениеводства.
На основании экспериментальных данных, полученных в длительном стационарном опыте установлены предельно допустимые значения агрохимических свойств почвы- пороговая черта плодородия дерново-подзолистой среднесуглинистой почвы.
Апробация работы Результаты исследований по теме диссертации доложены автором на Всесоюзном совещании «Пути повышения продуктивности земледелия и почвенного плодородия и задачи «географической сети опытов с удобрениями в XI пятилетке» (Белгород, 1980), научной конференции «Докучаевское почвоведение 100 лет на службе сельского хозяйства» (Ленинград, 1983), республиканской конференции «Микробиологические процессы в почве и продуктивность сельскохозяйственных культур» (Вильнюс, 1986), XI Украинском съезде почвоведов (Харьков, 1986), 3-ей Всесоюзной конференции «Микроорганизмы в сельском хозяйстве» (Москва, 1986), Всесоюзном совещании «Устойчивость и изменчивость Геосети как научная основа нормирования антропогенных нагрузок» (Москва, 1988), Всесоюзном совещании «Агрофитоценозы и экологические пути повышения стабильности и продуктивности» (Ижевск, 1988), Всесоюзной конференции «Почвенно-агрохимические проблемы формирования высокопродуктивных агроцено-зов» (Пущино, 1988), 8-ом Всесоюзном съезде почвоведов (Новосибирск, 1989), Всесоюзной конференции «Нормирование антропогенных нагрузок»
Москва, 1989), Всесоюзной конференции по биологической роли микроэлементов и их применении в сельском хозяйстве и медицине» (Самарканд, 1990), Всесоюзной школе-конференции «Проблемы устойчивости биологических систем» (Севастополь, 1991), республиканской научно-техническая конференции (Волгоград, 1990), Всесоюзной конференции «Микроорганизмы в сельском хозяйстве» (Пущгно, 1992), Всесоюзной конференции «Экологические аспекты использования и охраны почвенных ресурсов республики» (Кишинев, 1990), конференции «История взаимодействия общества и природы. Факты и концепции» (Москва, 1990), 2-м съезде общества почвоведов (Санкт-Петербург, 1996), международном симпозиуме «Тяжелые металлы в окружающей среде» (Пущино, 1996), межгосударственной научной конференции «Современные проблемы охраны земель» (Киев, 1997), 3-ем съезде Докучаевского общества почвоведов (Суздаль, 2000), Всероссийской кон, ференции «Устойчивость почв к естественным и антропогенным воз; действиям» (Москва, 2002), Международном экологическом форуме «Сохраним планету Земля» (Санкт-Петербург, 2004), 4-ом съезде общества почвоведов (Новосибирск, 2004), Международной практической конференции «Тяжелые металлы, радионуклиды и элементы-биофилы в окружающей среде» (Семипалатинск, 2004), Международной конференции «Экология и биология почв» (Ростов-на-Дону, Z005), Международной конференции «Роль почв в сохранении устойчивости ландшафтов» (Пенза, 2005), научной конференции «Ломоносовские чтения» (Москва, 2007), Международной научной конференции «Современные проблемы загрязнения почв» (Москва, 2007).
Публикации
Результаты исследований опубликовано в 95 научных публикациях, в том числе 43 публикуации из Перечня ВАК.
Структура и объем диссертации
Диссертация состоит из введения, обзора литературы по изучаемой
-
Гомонова, Нина Федоровна
-
доктора биологических наук
-
Москва, 2010
-
ВАК 06.01.04
- Особенности формирования плодородия лёгких дерново-подзолистых почв при окультуривании и длительном применении различных систем удобрения в условиях Северо-Запада РФ
- Азотное состояние хорошо окультуренных дерново-подзолистых почв Северо-Запада России и его изменение под влиянием различных систем удобрения
- Факторы окультуривания песчаных и супесчаных дерново-подзолистых почв и их эколого-агрохимическая оценка
- Эколого-агрохимическое обоснование повышения плодородия почв нечернозёмной зоны Приенисейской Сибири
- Влияние систем удобрений на продуктивность культур полевого севооборота и свойства дерново-мелкоподзолистой тяжелосуглинистой почвы Вятско-Камской земледельческой провинции
