Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Эколого-агрохимические основы применения удобрений на черноземах Предкавказья

ВАК РФ 06.01.04, Агрохимия

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, доктора сельскохозяйственных наук, Шомахов, Юрий Аслангериевич, Москва

и и

ЧУ

На правах рукописи

ВАК

// $9

ШОМАХОВ Юрий Аслангериевич

ЭКОЛОГО-АГРОХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРИМЕНЕНИЯ УДОБРЕНИЙ НА ЧЕРНОЗЕМАХ ПРЕДКАВКАЗЬЯ

Специальность 06.01.04. - «Агрохимия»

Диссертация____________

в виде научного доклада на соискание ученой степени доктора - -А сельскохозяйственных наук ,

У

г-

Москва - 1998

Работа выполнена в Северо-Кавказском научно-исследовательском институте горного и предгорного сельского хозяйства, племсовхоза «Александровский» Кабардино-Балкарской республики, ОПХ «Альпийское» и ОПХ «Михайловское» республики Северная Осетия-Алания .

Официальные оппоненты:

доктор сельскохозяйственных наук, профессор, член-корреспондент РАСХН доктор биологических наук доктор сельскохозяйственных наук, профессор

И.С. Кочетов В.И. Никитишен Н.П. Кузнецов

Ведущее предприятие (организация): Горский государственный аграрный университет

Защита состоится 25 ноября 1998 года на заседании диссертационного

совета Д 120.05.01 во Всероссийг -исследовательском институте

информатизации агрономии к Агроэкоинформ»),

Адрес: 143013, Московская о: " ^ч, пос. Немчиновка-1, ул. /

С диссертацией мо;, » ВНИИ

«Агроэкоинформ».

В

Диссертация разослана <А >»

Ученый секретарь диссертационного совета

РОССИЙСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННА БИБЛИОТЕКА

С

О

11 в У 5

чрзликин

Общая характеристика работы.

Актуальность проблемы. На определенном этапе развития почвенно-агрохимической науки допускалось, что обладающие высоким естественным плодородием черноземы в гораздо меньшей степени, чем другие типы почв, нуждаются в удобрении. Однако, последующие исследования, проведенные в краткосрочных и многолетних полевых опытах на черноземах различных регионов России, показали, что возможности этих почв обеспечивать растения элементами минерального питания далеко не безграничны. Длительное сельскохозяйственное использование черноземов при недостаточном уровне применения органических и минеральных удобрений и дефицитном балансе питательных веществ в агроценозах привело к их истощению, потерям до 2530% гумуса - основного показателя плодородия (Щербаков с соавт., 1983, Рудай, 1985, Акулов, 1994, Коробской, 1995). Проблема плодородия черноземных почв, которые В.В.Докучаев считал основой благополучия России, особенно обострилась в последние годы в связи с резким снижением производства и применения в стране минеральных удобрений (Минеев, 1997).

В этих условиях приобретают особую актуальность исследования эффективности удобрений, проводимые в многолетних стационарных полевых опытах, в которых, наряду с оценкой изменений почвенного плодородия и уровня продуктивности культур севооборотов, изучается и экологическая сторона проблемы, проявление нежелательных последствий антропогенного воздействия на природную среду с учетом региональных особенностей Центрального Предкавказья.

Цель и задачи исследований. Исходя из вышеизложенного, целью данных исследований является изучение закономерностей эффективности длительного внесения органических и минеральных удобрений в севооборотах на основных япах почв Центрального Предкавказья, выявление направленности и количественных параметров изменения плодородия карбонатных и ".¿¿щелоченных черноземов, экологическая и энергетическая оценка ."•оименяемых средств химизации земледелия .

Программой исследований предусматривается решение следующих задач:

- изучить влияние возрастающих доз минеральных удобрений на корневое питание, продуктивность и качественные показатели культур полевых севооборотов, а также естественных лугов и пастбищ;

- разработать количественные показатели почвенной и растительной диагностики для оптимизации азотного и фосфорного питания полевых культур;

- выявить интенсивность круговорота углерода и элементов минерального питания растений на фоне систематического внесения навоза и минеральных удобрений;

- установить степень загрязненности почвы и растений некоторыми тяжелыми металлами в условиях длительного внесения удобрений в агроценозах;

- обосновать экологически сбалансированные элементы почвозащитной технологии возделывания пропашных культур;

- дать эколого-энергетическую оценку применяемым системам удобрения в севооборотах.

Исследования велись в длительных (9 опытолет в звене севооборота и 5-6-летних) стационарных полевых опытах на карбонатном черноземе в звене севооборота кукуруза-горох-озимая пшеница, в соответствии с Координационным планом Геосети ВИУА по проблеме:

0.51.1. "Разработать и внедрить эффективные методы воспроизводства почвенного плодородия, комплексного использования земельных ресурсов и рационального применения удобрений", где решались следующие задания: 03.01.Н1. "Установить географические закономерности возрастающих доз удобрений в севооборотах на урожай сельскохозяйственных культур"; 03.01.Н2. "Разработать научно-методические основы сохранения и повышения плодородия почв путем систематического применения удобрений"; 03.01.НЗ. "Разработать высокоэффективные приемы использования удобрений на орошаемых землях".

По Северо-Кавказскому научно-исследовательскому институту горного и предгорного сельского хозяйства (НПО "Горное") работа проходила по разделам:

05.01.01, 03.01.Н1. - "Установить географические закономерности действия возрастающих доз удобрений в севооборотах на урожай сельскохозяйственных культур с учетом почвенных и других факторов";

01.01.1 "Изучить в многофакторных долголетних опытах влияние разных систем удобрений и других технологических приемов на предотвращение процессов эрозии почв, воспроизводство плодородия эродированных земель"; 01.03. "Разработать научные основы высокоэффективного экологически безопасного применения агрохимических средств в агроландшафтных системах земледелия горных и предгорных зон Северного Кавказа с целью воспроизводства почвенного плодородия и повышения продуктивности севооборотов".

Научная новизна. Впервые для природных условий Центрального Предкавказья разработаны научные основы высокоэффективной и экологически и энергетически сбалансированной системы внесения удобрений в севооборотах интенсивного типа, обеспечивающей формирование продуктивности полевых культур планируемого уровня и хорошего качества, высокую энергетическую эффективность, воспроизводство почвенного плодородия и исключающей проявление отрицательных последствий на природную среду.

Предложены количественные показатели почвенной и растительной диагностики корневого питания полевых культур и способы его оптимизации. Определены уровни систематического внесения органических и минеральных удобрений в севообороте, обеспечивающие поддержание уравновешенного баланса углерода и элементов минерального питания при формировании высокой продуктивности сельскохозяйственных культур. Установлены закономерности накопления некоторых тяжелых металлов в почве и растительной продукции в условиях длительного внесения удобрений на черноземах Центрального Предкавказья.

Основные положения диссертации . выносимые на защиту.

1) Наиболее полную информацию об уровне минерального питания и потребности растений в удобрениях, характеризующую сущность процессов и явлений, протекающих в природной обстановке, обеспечивает проведение исследований в многолетних стационарных полевых опытах в сочетании с методами почвенной и растительной диагностики.

2) При обосновании оптимального уровня внесения удобрений в севообороте следует исходить не только из результатов воздействия их на корневое

питание растений, продуктивность и качественные показатели урожая, но и сведений о степени сбалансированности складывающегося круговорота биофильных элементов, определяющего тенденции изменений почвенного плодородия. Именно с этих позиций разработана система применения удобрений на планируемый урожай культур, выращиваемых в условиях Центрального Предкавказья. 3) Комплексное решение проблемы оптимизации минерального питания растений и воспроизводства плодородия почв предполагает необходимость совершенствования знаний об агроэкологических аспектах химизации земледелия. Важной стороной этой проблемы является изучений закономерностей поведения тяжелых металлов в почве и растениях.

Практическая ценность и реализация результатов исследований. Результаты исследований использованы при подготовке издания "Система ведения сельского хозяйства в Северной Осетии", вышедшего в 1986 году, рекомендаций по системам внесения удобрений в севообороте (1986 год) и по почвозащитной бороздковой безгербицидной технологии возделывания кукурузы (1989 год), по воспроизводству запасов гумуса в почвах (1991 год). Научные разработки по применению удобрений внедрены в хозяйствах ряда районов Кабардино-Балкарии и Северной Осетии и используются аграрными ведомствами этих республик при распределении фондов удобрений. Материалы диссертации включены в программу обучения студентов на кафедрах агрохимии Кабардино-Балкарской сельскохозяйственной академии и Горского госуниверситета.

За разработку и внедрение результатов исследований в сельскохозяйственное производство автору присвоено звание "Заслуженный работник сельского хозяйства Российской Федерации", он награжден орденами Ленина, Трудового Красного Знамени, Знак Почета.

Апробация работы. Результаты работы докладывались на всесоюзных совещаниях по итогам работы Географической сети опытов с

удобрениями (Пенза, 1982; Горький, 1984), выездном заседании секции агрохимии ВРО ВАСХНИЛ (Махачкала, 1985), Всесоюзном совещании "Принципы и методы экологического контроля за элементным составом растения и состояния почвенного покрова" (Москва, 1991), 1-ом съезде

Международной Ассоциации агрохимиков и агроэкологов "О состоянии развития исследований по экологическим проблемам агрохимии" (Москва, 1992), И-ом форуме почвоведов России (Пущино, 1993), научно-производственных конференциях Горского государственного аграрного университета (Владикавказ, 1993-1996), Всероссийском совещании (Новочеркасск, 1993), Всероссийской конференции, посвященной памяти А.В.Петербургского (Пущино, 1991), ученых советах Северо-Кавказского научно-исследовательского института горного и предгорного сельского хозяйства(1981-1996), II съезде общества почвоведов (Санкт-Петербург, 1996).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 42 работы, в том числе 5 монографий. Монография "Эколого-агрохимические основы применения удобрений на черноземе", вышедшая в издательстве Московского Университета в 1998 году, наиболее полно отражает содержание диссертационной работы. Автор выражает признательность академику РАСХН В.Г.Минееву, академику РАСХН Д.А.Коренькову и академику РАСХН В.ФЛадонину за постоянное внимание и полезные методические советы при выполнении исследований.

Условия и методика исследований. Исследования проводились в 1981 -1996 гг. в Северо-Осетинском научно-исследовательском институте горного и предгорного сельского хозяйства, племсовхозе "Александровский" Кабардино-Балкарской республики, ОПХ "Альпийское" Республики Северная Осетия -Алания, в основных природных зонах Центрального Предкавказья.

Предкавказье расположено в равнинной, предгорной и горной части Северного Кавказа и отличается разнообразием почвенно-климатических условий в соответствии с вертикальной зональностью.

Научные исследования проводились на трех основных типах почв: в степной зоне на карбонатных черноземах, в лесостепной - на выщелоченных черноземах и горной - на лугово-степных почвах. Степная зона характеризуется неустойчивым увлажнением (425-550 мм осадков в год), лесостепная -достаточным (550-650 мм), горная - недостаточным (300-405мм). В годы проведения исследований метеорологические условия отличались разнообразием, отклонялись от средних многолетних показателей, но в основном были типичными для каждой зоны.

Карбонатные черноземы имеют нейтральную и слабощелочную реакцию почвенной среды (рН 7,0-7,3), относительно малую гумусированность горизонта А (4-6%) при большой мощности гумусовых горизонтов (100 см и более), хорошо выраженную ореховато-комковатую структуру, сильную рыхлость и высокую пористость. Механический состав - тяжелосуглинистый При высоких валовых запасах элементов минерального питания N - 0,25 - 0,30; Р2О5 - 0,28 -0,30; КгО - 1,9 - 1,24 %, бедны подвижными формами % лепсогидролизуемого азота - 54 мг/кг, подвижного фосфора - 8-10 мг/кг по Мачигину, обменного калия содержится 260-300 мг/кг почвы.

Выщелоченные черноземы подстилаются галечником на 10-80 см, имеют слабокислую реакцию почвы (рН 4,9-6,0), в верхнем слое (0-20 см) содержат гумуса 4,5-6,0%, богаты валовыми запасами азота - 0,25-0,40%, фосфора -0,190,26%, калия 1,6-2,1%; растениям доступна значительная часть этих питательных веществ (азот лепсогидролизуемый 100 мг/кг, подвижный фосфор - 50-140 мг/кг, калий обменный - 150-160мг/кг почвы).

; Горные лугово-степные почвы имеют нейтральную или слабощелочную реакцию почвенной среды (рН 7,0-7,6), в верхнем слое (0-10 см) почвы содержат гумуса 10-12%, общего азота 0,25-0,56%, среднеобеспечены легкогидролизуемым азотом - 65-100 мг/кг, очень бедны подвижным фосфором - 13,7-16,4 мг/кг и богаты обменным калием - 272-427 мг/кг почвы. По механическому составу тяжелосуглинистые, иловато-пылеватые.

Длительные полевые опыты были заложены в племсовхозе

"Александровский" Майского района КБР, на стационарном опытном участке

ОПХ "Михайловское" и ОПХ "Альпийское" Пригородного района РСО-А, в

соответствующих природных зонах. В каждой зоне (степной и лесостепной)

€ пре ¿трале***, и

опыты проводили в 5-польных севооборотах с чередованием культурно времени. В схему севооборотов были включены ведущие культуры каждой зоны, в том числе озимая пшеница, кукуруза на зерно и силос, горох, картофель. Схемы опытов и чередование культур представлены в таблицах 1-3. В горной зоне опыты проводились на естественных сенокосах и пастбищах с бобово-злаково-разнотравными и злаково-бобово-разнотравными травостоями.

Удобрения вносили дробно: осенью под зяблевую вспашку - навоз, РК-удобрения, под озимую пшеницу - и часть К; под яровые N вносили весной под предпосевную культивацию. При посеве всех культур использовали двойной

РОССИЙСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ БИБЛИОТЕКА

гранулированный суперфосфат из расчета Рю. При подкормке использовали азотные удобрения и фосфорно-калийные под горох и многолетние травы. В опытах применяли аммииачную селитру, двойной гранулированный суперфосфат и калийную соль.

В степной зоне опыты проводили при орошении дождеванием, в лесостепной и горной - в богарных условиях.

Площадь учетной делянки 100 м2 на карбонатном и выщелоченном черноземе и 15м2 на горных лугово-степных почвах. Повторность в опытах 4-х и 6-кратная. Небольшие размеры делянок в опытах с травами выбраны для того, чтобы обеспечить размещение всех вариантов опыта в пределах однородной по растительности и крутизне склона территории . Такая площадь учета вполне достаточная для получения достоверных данных об изменении урожая естественного травостоя и агрохимических свойств почвы под влиянием удобрений (Т.А.Работнов, 1973).

Для изучения динамики плодородия почв по вариантам опытов отбирали почвенные образцы из генетических горизонтов до закладки опытов и после завершения ротации. В них определяли: валовое содержание азота и тяжелых металлов, гумус по Тюрину, сумму обменных оснований по Каппену-Гильговицу, рН, гидролитическую кислотность по Каппену, легко гидролизуемый азот по Тюрину-Кононовой, аммиачный азот по Грандваль-Ляжу, подвижный фосфор в карбонатном черноземе по Мачигину, в выщелоченном черноземе и горных луговых почвах по Труогу, обменный калий в карбонатном черноземе по Протасову, в выщелоченном черноземе и лугово-степных почвах по Бровкиной с последующим определением на пламенном фотометре.

По контрастным вариантам опытов рассчитывали баланс гумуса по методике Тюрина, модифицированной М.Т.Куприченковым и Ю.В.Копейкиным (1986).

По фазам вегетации отбирали растительные образцы, замеряли высоту, определяли сырую и сухую биомассу взвешиванием, площадь листьев методом высечек, химический состав растений в Кабардино-Балкарской и СевероОсетинской станциях химизации сельского хозяйства, лаборатории массовых анализов Северо-Кавказского НИИ горного и предгорного сельского хозяйства.

При уборке урожая с двух несмежных повторений опыта отбирали образцы основной и побочной продукции, в которых определяли химический состав, технологические и хлебопекарные свойства зерна озимой пшеницы в лабораториях КНИИСХ и хлебной инспекции КБР, содержание сырого протеина, жир - методом обезжиренного остатка экстрагированием в аппарате Сокслета, клетчатку методом Ганнеберга и Штомана, крахмал поляриметрически