Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

ФОСФАТНО-КАЛИЙНЫЙ РЕЖИМ И МИНЕРАЛОГИЧЕСКИЙ СОСТАВ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ ПОЧВ РАЗНОГО УРОВНЯ ОКУЛЬТУРЕННОСТИ

ВАК РФ 06.01.04, Агрохимия

Автореферат диссертации по теме "ФОСФАТНО-КАЛИЙНЫЙ РЕЖИМ И МИНЕРАЛОГИЧЕСКИЙ СОСТАВ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ ПОЧВ РАЗНОГО УРОВНЯ ОКУЛЬТУРЕННОСТИ"



На правах рукописи

БАТУРА ИННА НИКОЛАЕВНА

ФОСФАТНО-КАЛИЙНЫЙ РЕЖИМ И МИНЕРАЛОГИЧЕСКИЙ СОСТАВ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ ПОЧВ РАЗНОГО УРОВНЯ ОКУЛЬТУРЕННОСТИ

Специальность 06.01.04 — агрохимия

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Москва-2006

Работа выполнена на кафедре агрономической и биологической химии факультета почвоведения, агрохимии и экологии Российского государственного аграрного университета — МСХА имени К А Тимирязева

Научный руководитель — доктор биологических наук, профессор В И. КОБЗАРЕНКО

Официальные оппоненты - доктор биологических наук

АН АРИСТАРХОВ, - доктор биологический наук, профессор В И. САВИЧ

Ведущее учреждение - Почвенный институт им В В. Докучаева

Защита состоится 21 июня 2006 г в 15 час 00 мин на заседании диссертационного совета Д 220 043 02 в РГАУ-МСХА имени К.А Тимирязева (127550, Москва, И-550, ул Тимирязевская, 49)

С диссертацией можно ознакомиться в Центральной научной библиотеке РГАУ-МСХА имени К А Тимирязева.

Автореферат разослан 19 мая 2006 г

Ученый секретарь

диссертационного совета, —

кандидат биологических наук, ст. н сотрудник В В Говорина

Актуальность темы. В современных экономических условиях, когда резко сократилось применение удобрений, почвенные ресурсы фосфора и калия играют решающую роль в снабжении растений этими элементами. Поэтому изучение фосфатного и калийного режимов почв разного уровня окультуренно-сти, доступности растениям остаточных форм этих элементов, их трансформации в почвах имеет важное теоретическое и практическое значение.

Наиболее активным компонентом минеральной части почв, контролирующим их свойства и плодородие, являются глинистые минералы. К настоящему времени установлены основные закономерности преобразования минеральной тонкодисперсной части при почвообразовании. Однако взаимосвязи минералогического состава илистой фракции и изменениям в кристаллохими-ческом строении глинистых минералов и смешаннослойных образований, происходящим при разном сельскохозяйственном использовании почв до сих пор уделяется мало внимания.

В этой связи представлялось весьма актуальным проведение сопряженных исследований фосфатно-калийного режима и минералогического состава дерново-подзолистых почв разного уровня окультуренности.

Цель работы — изучить особенности фосфатного и калийного режимов дерново-подзолистых легко- и среднесуглинистых почв разной степени окультуренности и удобренности, а также их минералогический состав. Задачи исследования

1. Изучить групповой состав фосфатов дерново-подзолистых легко- и средне-суглинистых почв разной степени окультуренности и удобренности.

2. Дать оценку калийного режима изучаемых почв

3. Оценить потенциальные возможности исследуемых почв в снабжении растений фосфором и калием.

4. Изучить минералогический состав и свойства илистой фракции исследуемых

почв.

Р1АУ-МСХА--

имени К.А. Тимирязева

Научная новизна Установлено, что дерново-подзолистые легко- и сред-несуглинистые почвы обладают большими потенциальными резервами в снабжении растений фосфором и калием При интенсивном использовании растениями этих элементов на слабо- и среднеокультуренных почвах заметных изменений в содержании подвижных форм фосфора и калия в почве не наблюдается В то же время отмечается снижение содержания фосфатов и калия других, менее растворимых форм этих элементов, что свидетельствует о расходовании потенциальных резервов почвенного плодородия

Выявлено, что внесение минеральных удобрений в средних дозах (ОТК по 60 кг/га) существенно не влияло на минералогический состав пахотных и подпахотных слоев дерново-подзолистых песчано-крупнопылеватых легкосуглинистых почв При более высоких дозах удобрений (№К по 90-120 кг/га) в пределах исследуемого профиля фиксируется разрушение слоистых силикатов (в первую очередь смешанностойных образований) и вынос продуктов разрушения за пределы пахотного слоя По мере увеличения окультуренности дерново-подзолистой среднесугтинистой почвы отмечается возрастание содержания смектитового компонента, а также увеличение доли высокодисперсного кварца в илистой фракции

Практическая значимость Результаты работы могут быть использованы для оценки эффективных и потенциальных ресурсов фосфора и калия легко- и среднесуглинистых дерново-подзолистых почв, а также прогнозирования изменений минералогического состава этих почв в процессе окультуривания

Апробаиия работы Основные результаты работы были представлены для обсуждения и обсуждены на конференциях молодых ученых во Всероссийском научно-исследовательском институте удобрений и агропочвоведения имени Д Н Прянишникова (Москва,1998, 1999, 2003,2004), на научных конференциях РГАУ-МСХА имени К А Тимирязева (2004, 2005), на III съезде Докуча-евского общества почвоведов (Суздаль, 2000)

Шбчикаиии По материалам диссертации опубликовано 5 работ

. Структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, результатов и их обсуждения, выводов, списка литературы.

Часть аналитических работ была выполнена в Лаборатории минералогии и микроморфологии почв Почвенного института им. В.В. Докучаева под руководством д-ра с.-х. наук, профессора Н.П. Чижиковой, которой автор выражает глубокую признательность.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В главе 1 представлен обзор отечественной и зарубежной литературы по трем основным аспектам, связанным с тематикой исследований.

1. Формы калия в почве, определяющие её калийный режим. Закономерности изменений калийного режима дерново-подзолистых почв под влиянием удобрений.

2. Формы фосфора в почве. Фосфатный режим дерново-подзолистых почв и эффективность действия и последействия фосфорных удобрений.

3. Анализ основных процессов формирования глинистых минералов. Современные представления о влиянии окультуривания на изменение минералогического состава тонкодисперсных фракций дерново-подзолистых, в частности под воздействием различных доз минеральных удобрений.

Глава 2. Изучение ресурсов фосфора, калия и минералогического состава дерново-подзолистой песчано-крупнопылеватой легкосуглинистой почвы при различных уровнях минерального питания в условиях стационарного опыта.

Объектом исследования стали образцы с делянок различных вариантов многолетнего полевого опыта, заложенного в 1972 году на территории Агробиологической станции МГУ им. М.В. Ломоносова "Чашниково" (Солнечногорский район, Московская область). В полевом опыте изучались ресурсы фосфора и калия дерново-подзолистой песчано-крупнопылеватой легкосуглини-

стон почвы и возможности их рациональной мобилизации при разных уровнях применения удобрений На делянках этого опыта в 1992 году нами были отобраны почвенные образцы из пахотных и подпахотных слоев почвы (0-20, 20-40и 40-60 см) Агрохимические свойства исследуемой почвы приведены в таб-чице 1.

/ Агрохимическая характеристика почвы

Название почвы 3 1 « 1 1 _ ю л к , и 1 1 Подвижные 5? Нг 1 Б по Кирсанову, о ! 1 мг/кг Валовой Р205 ' к2о 1 мг/100г

5 мгэкв/1 ООг ^ 1 — ' почвы Р:05 к2о

Дерново-подзолистая легкосуглинистая 0-20 | 6,1 2,74 , 1,7 12,7 98 65 200 2080

20-40 | 4,6 2,12 2,9 4,8 71 71 80 2240

40-60 , 4,0 0,4 5,1 9,3 30 120 100 2260

В отобранных почвенных образцах были определены формы калия по Пчелкину и Гедройцу, групповой состав фосфатов по, Гинзбург-Лебедевой, а также состав глинистых минералов Полученные данные были сопоставлены с балансом фосфора и калия в опыте за двадцать лет и динамикой содержания этих элементов в почве за этот период

Влияние различных доз удобрений на изменения содержания форм калия в почве

В таблицах 2 и 3 показаны баланс калия в опыте за двадцать лет и динамика содержания в почве его подвижных форм (по Кирсанову) На контрольном варианте (без удобрений) существенных изменений в содержании подвижного калия в почве за двадцать лет не произошло Здесь растения использовали 704 кг/га калия почвы, что составило в среднем 35 кг/га в год

При содержании в почве перед закладкой опыта 6,5 мг/100г подвижного калия, запас его в слое 0-20 см составляет 195 кг/га, то есть вынос КгО растениями за двадцать лет более чем в три раза превысил исходное содержание подвижного калия в пахотном слое почве Это свидетельствует о значительных

потенциальных резервах дерново-подзолистых песчано-крупнопылеватых легкосуглинистых почв в снабжении растений калием.

Варианты Внесено с удобрения ми, кг/га Вынос с урожаем, кг/га Баланс, + -кг/га В среднем в год

Контроль - 704 -704 -35,2

ИбоРвоКбо 1200 1224(102) -24 -1,2

ЫбоРгоК«, 1200 1229 (102) -29 -1,5

КбоРбоК» 400 853(214) -453 -22,6

КадРэдКэд 1800 1556 (86) +244 +12,2

ЭДгоРпоКш 2400 1944 (81) +456 +22,8

Примечание: в скобках указан процент использования калия от внесенного с удобрениями.

При внесении доз калия, не превышающих 90 кг/га, баланс калия сводился с дефицитом, однако содержание подвижного калия в почве, в силу динамического равновесия между отдельными его формами, сохраняется практически на исходном уровне. Положительный баланс калия в опыте наблюдался только в вариантах с высокими дозами удобрений: ЫэоРмКю и ИпоРшКш.

3. Динамика содержания К2О (по Кирсанову) в почве в зависимости от уровня применения удобрений, (мг/100г почвы)

Варианты/годы 1972 1976 1980 1984 1988 1992

В слое 0-20см

Контроль 6,5 6,8 6,0 6,0 6,3 6,0

ИбоРбоК«) 6,3 7,5 7,4 7,2 8,3 8,0

^РгсДбо 7,1 7,4 7,0 6,9 6,7 8,6

ИбоРбоК» 6,1 6,9 63 6,0 5,8 5,3

ИадРвоКад 5,9 9,0 8,3 8,0 8,8 8,7

1^|2ОР12ОКШ 8,5 8,2 10,2 11,0 12,5 14,6

В слое 20-40см

Контроль 7,0 . 6,3 5,7 6,4 5,3 5,2

ИбоРбоКбо 7,0 7,0 7,5 5,8 6,3 6,4

МиоРпоКш 8,6 ' 9,3 5,2 5,4 -

На варианте ЫэдРэоКэд количество подвижного калия в почве за двадцать лет увеличилось на 2,8 мг/100г и, на варианте ЫпоРцоКш, соответственно на

6,1 мг/ЮОг, то есть для повышения содержания обменного калия на 1мг/ 100 г дерново-подзолистой песчано-крупнопылеватой легкосупинистой почвы с исходным содержанием 6,5 мг /ЮОг почвы затрачивалось по этим вариантам соответственно 87 кг и 74,8 кг калия удобрений на 1га

В таблице 4 показано содержание различных форм калия по вариантам опыта подвижного калия по Кирсанову, необменногидролизуемого калия, по Пчеткину (характеризующего ближний резерв), и кислоторастворимого калия по Гедройцу (характеризующего потенциальный резерв этого элемента)

4 Формы калия при различных уровнях применения удобрений, _(чг/ЮОг почвы)_

варианты

Подвижный

Необменно-гидролизуемый

Кислото-растворимый

глуоина, см

Всего в слое

0-20 20-40 40-60 0-20 20-40 40-60 0-20 20-40 i 40-60 0-60

Контроль 6,4 5,2 6,0 24,3 23,9 37,2 40,7 37,6 39,3 | 117,0

NeoPéûKjo 5,3 - - 23,1 - - 37,0 - - -

NeoPftoKéo 8,0 6,1 6,0 26,8 23,6 36,4 38,4 39,4 49,7 | 127,5

n90pwkw 8,7 6,7 6,5 27,2 24,0 36,7 39,0 40,5 48,9 128,4

N,20P12oK,2o 14,6 8,9 6,7 36.5 27.1 36,0 46 0 40,8 50,2 1 137.0

Содержание подвижного калия, как указывалось выше, заметно повысилось только при внесении высоких доз удобрений (Кед -К;го) Таким образом, эти дозы при их длительном применении на почвах легкого механического состава, отличающихся слабой адсорбирующей способностью по отношению к катионам почвенного раствора, приводят к повышению подвижных форм катил

Содержание необменногидролизуемого калия в пахотном стае почти на всех вариантах опыта одинаково, и только на вариантах и К|20 наблюдается некоторое увеличение этой формы калия Обусловлено это, по-видимому, переходом части калия (при повышении его содержания в почве) в фиксированное состояние

Исследование показывает: содержание кислоторастворимого калия в слое 0-20 см на удобренных вариантах возрастает до 46 мг/100г только на варианте МпоРюоКш- Отмечается увеличение этой формы калия в слое 20-40см и, особенно в слое 40-60 см.

Суммарное содержание всех трех форм калия на контрольном варианте в слое 0-60 см по сравнению с вариантом Н60РбоК«о (где баланс калия приблизился к нулевому) было на 10,0 мг/100г почвы ниже, то есть, постоянный вынос калия растениями привел к заметному обеднению на контрольном варианте всего слоя почвы 0-60 см потенциально усвояемыми формами калия. Однако обеднение калием слоя 0-60 см было, тем не менее, неадекватно суммарному выносу К20 растениями (704 кг/га) за двадцать лет. По-видимому, в процесс мобилизации калийных ресурсов почвы в некоторой мере вовлечены и легко выветриваемые группы калийсодержащих минералов илистых и пылеватых фракций.

Влияние внесения удобрений на изменения содержания различных групп минеральных фосфатов в почве.

В таблице 5 показан баланс фосфора в опыте за двадцать лет, а в таблице 6 динамика содержания подвижного фосфора в почве по вариантам опыта.

5. Баланс фосфора за 20 лет по вариантам опыта

Варианты Внесено с удобрениями, кг/га Вынос с урожаем, кг/га Баланс,+ -кг/га В среднем в год

Контроль - 455 -455 -22,7

ИбоРбоКбо 1200 622 (52) +576 +28,9

N60P20K60 400 605 (151) -205 -10,2

ИбоРбоКго 1200 568 (47) +632 +31,6

N90P90K90 1800 693 (39) +1107 +58,5

N120P120K-120 2400 796 (33) +1632 +81,3

Примечание: в скобках указан процент фосфора от внесенного с удобрениями.

На контрольном варианте и по варианту с минимальной дозой фосфорного удобрения (Рго). содержание подвижного фосфора в почве за двадцать лет практически не изменилось Полученные данные свидетельствуют о том, что исследуемая почва обладает большими потенциальными возможностями в снабжении растений фосфором и способностью поддерживать определенный уровень содержания подвижных фосфатов в течение длительного периода времени.

На вариантах с дозами фосфора ИбоРбоК«). МпоРиоКш наблю-

дается заметное увеличение содержание подвижного фосфора в почве что вполне согласуется со значительным положительным балансом этого элемента по указанным вариантам

6 Динамика содержания Р;0$ (по Кирсанову) в почве в зависимости от

уровня применения > добрений <чг/ЮОг)

Варианты/годы 1972 1976 1980 1984 1988 1992

В стае 0-20см

Контроль 4,8 10,4 10,4 9,5 10,5 10,6

ЫбаРьоК«) 10,3 13,3 15,0 15,1 13,8 16,6

КбоРго^о 9,8 11,9 11,2 11,1 12,4 11,2

М«>РбоК2о 9,6 13,4 15,0 15,9 15,8 15,2

НадРэдКэд 10,8 16,0 18,7 19,6 20,6 22,7

М)2оР|2оК.12о 10.4 16,4 22,0 18.9 22,3 26 0

В стое 20-40см

Контроль 8,4 9,2 9,5 8,4 7,2 7,1

МбоРгоКм 6,0 9,0 10,7 - 7,6 -

- 14,8 19,8 10,0 10.7 -

Количество остаточного фосфора значитечьно выше, чем количество остаточного калия. Это можно объяснить тем, что при одинаковом соотношении фосфора и калия в удобрении потребление калия растениями в 2,0-2,6 раза выше, чем потребление фосфора

Так в варианте КТК по 90 и 120 кг д в /га содержание подвижного фосфора в почве возросло до 22,7 и 26,0 мг/100г соответственно

С повышением уровня фосфорного питания наблюдается увеличение общего количества минеральных фосфатов и их отдельных фракций. Накопление фосфатов происходит за счет всех форм фосфатов, извлекаемых по методу Гинзбург-Лебедевой, однако, на вариантах с различными дозами минеральных удобрений прослеживаются некоторые закономерности.

На контрольном варианте при содержании 10,6 мг/100г почвы (по Кирсанову) количество фосфатов полуторных окислов в пахотном горизонте не превышает содержание фосфатов кальция (соотношение фосфатов кальция и полуторных окислов составляло 0,98).

7. Фракционный состав минеральных фосфатов в конце опыта ___(P2Os, мг/Ю0г)

фракции

варианты Са-Р, и | А1-Р Fe-P s О* ■ я» и Сумма фракций Валовой фосфор »—г ё ót и е* U. + £ ■w RJ и в* £ ц« + 3

Контроль 8,9 14,1 12,3 24,7 13,2 71,1 184 36Д 37,0 0,98

NeoPeoKeo 12,6 16,5 25,0 30,2 14,8 99,1 209 40,9 55,2 0,74

N90P90K90 па 18,4 26,0 31,4 18,2 111,2 218 50,8 56,6 0,90

N120P120K120 21,2 19,4 26,8 32,2 21,4 121,0 232 59,0 59,0 1,00

При средних дозах минеральных удобрений (Peo), накопление минеральных фосфатов происходило в первую очередь за счет фосфатов алюминия (49% от общего увеличения минеральных фосфатов).

При более высоком уровне насыщения (до 26 мг/100 г почвы на варианте N120P120K120) в связи с использованием высоких доз удобрений (Р90-Р120) наблюдается увеличение содержания минеральных фосфатов во всех фракциях. Значительно больше фосфора накапливается во фракции Ca-Pj. Следовательно, насыщение почвы фосфором при внесении высоких доз фосфорных удобрений происходит в первую очередь за счет повышения доли его фракций более доступных для растений.

Фосфат-ионы в почве поглощаются глинистыми, неглинистыми минералами, а также полуторными окислами Величина поглощения зависит от их степени дисперсности и химического состава Относительная прочность связи зависит от их дисперсности и величины внешней поверхности частиц чем больше поверхность частицы, тем медленнее экстрагируется Р2О5 (Горбунов, 1978) Механизм поглощения фосфора различный Фосфат-ионы связываются преимущественно расположенными на поверхности минералов алюминием, железом, кальцием Эта связь может происходить как без вытеснения катионов в раствор, так и с вытеснением Полагаем, что применение невысоких доз минеральных удобрений в пахотном слое вызывает связывание фосфатов аморфными соединениями железа и алюминия, образующимися в результате трансформации кристаллической решетки

При повышенных и высоких дозах минеральный удобрений в пахотном слое подобного связывания не происходит, так как материал верхнего горизонта - хорошо окристаллизованные минералы с упорядоченными структурами -результат растворения наименее совершенных кристаллитов

Минералогический состав илистой фракции иссчедуемых почв Минералогический состав илистого материала исследуемых почв является, в основном унаследованным, вместе с тем, в нем обнаружены изменения, которые могут быть отнесены к антропогенным

Данные таблицы 8 дают представление о количественных соотношениях глинистых материалов, содержащихся во фракции менее 1 мкм почвы

Характер распределения отдельных групп глинистых минералов фракции менее 1мкм профиля дерново-подзолистой легкосуглинистой почвы на контрольном варианте - в целом связан с процессами трансформационных изменений кристаллических решеток слоистых силикатов, унаследованных от природы, где изменения по-разному осуществляются в разных генетических горизонтах

Слоистые силикаты фракции верхней части профиля представлены каолинитом, гидрослюдами ди-триоктаэдрического типа, смешанослойными нерегулярными образованиями с сегрегацией пакетов слюда-вермикулитового и хлорит-вермикулитового типов, аморфными веществами. Значительную часть ила составляют тонкодисперсные неслоистые минералы - кварц и полевые шпаты. В нижней части профиля доминируют образования с набухающим пакетом: слюда-смектиты и хлорит-смектиты, в сопровождении гидрослюд и каолинита.

8. Уравненные проценты интенсивностей дифракционных максимумов во фракции менее 1 мкм

Глубина отбора образца, см каолинит + хлорит гидрослюда смектито-вая фаза

Контроль

0-20 48 35 17

20-40 28 33 39

40-60 32 30 38

N40 РбоКбо

0-20 42 39 19

20-40 39 21 40

40-60 38 32 30

ИбоРгоКбо

0-20 48 32 20

ИбоРбоКго

0-20 62 18 20

N90 Р90К90

0-20 37 48 15

20-40 19 40 41

40-60 22 24 54

М120Р1МК120

0-20 61 22 17

20-40 34 46 20

40-60 29 51 20

Профиль глинистого материала почвы, в которую вносились дозы минеральных удобрений ниже МбоРб(ДСбо» существенно не отличается от таковых контрольных делянок

Можно отметить снижение интенсивностей рефлексов глинистых минералов, особенно смешаннослойных образований, выраженное в изменении очертаний рефлексов, которые стали мягче и шире у основания, что может быть вызвано нарушением степени упорядоченности в строении кристалчических решеток минералов

Исключение составляет вариант с минимальным количеством калийных удобрений (ИбоРбоКзо) Полагаем, что здесь в результате постоянного отчуждения калия растениями при минимальном дополнительном его внесении с удобрениями произошла трансформационная деградация слюдистого материала с образованием промежуточной смешаннослойной фазы, отсутствующей в вариантах с другими соотношениями доз минеральных удобрений

Внесение минеральных удобрений в дозе ЫэдРэдКед привело не только к значительному увеличению количества, а также к увеличению степени текстурной упорядоченности кристаллической решетки гидросжщ В верхней части профиля значительную долю составляют тонкодисперсные неслоистые минералы - кварц и полевые шпаты В слое 40-60 см происходит относительно уменьшение количества тонкодисперсного кварца и полевого шпата Таким образом, тонкодисперсный, наиболее активный по реакциям взаимодействия различных компонентов почв материал становится менее инертным

В связи с этим есть основания выделить направления изменений минералогического состава илистой фракции дерново-подзолистых легкосупинистых почв Первое - разрушение смешаннослойных образований и хлоритов в результате кислотного гидролиза минералов при внесении агрессивнокислых компонентов удобрений, которое привело к миграции тонкодисперсного материала Второе - взаимодействие калия вносимых удобрений со структурами глинистых минералов, то есть трансформационные изменения проявляются не

только в виде разрушения крксталчической основы минералов, но и образования в почвах слюдоподобных структур за счет необменной сорбции (фиксации) ионов калия

Применение на песчано-крупнопылеватой тегкосуглшшстой почве высоких доз минеральных удобрений (МиоРиоКцо) в значительной мере повлияло на слоистые силикаты, разрушая их и вынося продукты разрушения за пределы пахотного слоя Анализ изменения минералогического состава фракции менее 1 мкм показывает четкую направленность преобразования илистой фракции пахотного слоя в сторону уветичения жестких структур со стабильной кристаллической решеткой В подпахотных горизонтах происходит относительное накопление гидросчюд на фоке уменьшения количества смектитовой фазы Одновременно содержание тонких фракций может пополняться за счет дезинтеграции слоистых силикатов более грубых фракций, в основном счюд и хлоритов

Следовательно, внесение больших доз минеральных удобрений приводит к заметному ухудшению достаточно стабильных показателей минералогического состава дерново-подзопистой песчано-крупнопылеватой легкосуглинистой почвы, определяющих в значитетьной мере уровень их потенциального плодородия

Глава 2. Изучение доступности растениям фосфора и калия, минералогический состав дерново-подзолистой среднесуглинистой почвы разной степени окультуренности.

Изучение доступности растениям фосфора и калия проводилось нами в условиях вегетационного опыта В качестве объекта исследований использовали дерново-подзолистую среднесуглинистую почву из учхоза «Михайловское», (Подольский район. Московская область) с трех, отличающихся по степени окультуренности, полей Агрохимические свойства исследуемой почвы приведены в таблице 9

Опыт проводился в сосудах Митчерлиха (на 5 кг почвы) по следующей схеме- 1 вариант - МРК, 2 вариант - 3 вариант - КК Опыт проводился в

течение трех лет.

9. Агрохимическая характеристика почв

Нг Б р2о5 к2о валовой

Название почвы рнкс! о р2о5 К20

а' г>* чр 1-Н о4 мгэкв/100г мг/ЮОг

почвы (по Кирсанову) мг/ЮОг

Дерново-подзолистая слабоокультуренная 4,2 1,4 4,9 5,1 4,0 5,1 117 2042

Дерново-подзолистая среднеокультуренная 5,9 2,3 2,3 13,9 12,0 14,0 133 2023

Дерново-подзолистая хорошо окультуренная 6,4 2,8 1,4 17,0 23,0 24,0 149 2148

Опытные культуры чередовались по годам: 1994г — овес, 1995г — кукуруза, 1996 г — ячмень. Растения убирали после двух месяцев вегетации (кукуруза) или в фазу начала цветения культур (овес, ячмень). Ежегодно проводилась перебивка сосудов с внесением удобрений по схеме.

В таблицах 10 и 11 приведены основные результаты вегетационного опыта. Данные по варианту №С характеризуют потенциальные возможности исследуемых почв в снабжении растений усвояемыми фосфатами. Урожай растений на среднеокультуренной почве по этому варианту по всем опытным культурам и в сумме за три года заметно возрастал по сравнению с вариантом на слабо-окультуренной почве; дальнейшего роста урожая растений на хорошо окультуренной почве по сравнению со среднеокультуренной не наблюдалось.

Вынос фосфора растениями в сумме за три года составил на слабоокуль-туренной почве 5,6 мг/100г почвы, на среднеокультуренной - 12,1 и на хорошо окультуренной — 14,2 мг/100г.

Таким образом, вынос фосфора на среднеокультуренной почве за три года превысил исходное содержание в почве подвижного фосфора, величина которого к концу опыта практически не изменилась. Это говорит о том, что даже слабоокультуренная среднесуглинистая пылеватая дерново-подзолистая почва обладает значительными потенциальными возможностями в снабжении расте-

10 Урожай растений содержание и вынос К2О по вариантам опыта № и NPK

Варианты

слабоокулыуренмая

овес

кукуруза

ячмень сумма

среднеокультурешгая

хорошо окультуренная

овес

кукуруза [ ячмень

сумма овес

кукуруза ячмень сумма

Вес воздушно-сухой массы растении, г/сосуд

ЫР 23,5 46,0 14,2 83,7 30,8 52,4 14,5 97,7 27,5 50,9 13,1 91,5

ЫРК 27,1 44,1 18,2 99,4_| 33,5 54,1 17,5 105,1 28,9 45,3 19,7 93,9

Содержание К20 в растительном материале, %

ЫР 1,8 2,0 1,0 - 3,0 2,1 1,2 3,2 3,3 1,3 -

ЫРК 2,5 2,3 1,3 - 3,0 3,1 1,5 - 3,3 4,0 1.5 -

Вынос К2О растениями, мг/сосуд

ЫР 423,0 920,0 142,0 1485,0 924,0 1100,4 174,0 2198,4 880,0 1679,7 170,3 2730,0

№>К 677,5 1014,3 236,6 1928,4 1005,0 1677,1 262,5 2944,6 955,7 1812,0_, 295,5 3061,2

II Урожай растений содержание и вынос Р20$ по вариантам опыта и Ш'К

Варианты слабоокультуренная среднеокультуренная хорошо окультуренная

овес кукуруза ячмень сумма овес кукуруза ячмень сумма овес кукуруза I ячмень сумма

Вес воздушно сухой массы растений, г/сосуд

ЫК 26,4 31,4 п,з 69,1 29,6 43,2 17,7 90,5 30,3 42,5 19,1 91,9

ЫРК 27,1 44,1 18,2 99,4 33,5 54,1 17,5 105,1 28,9 45,3 19,7 93,9

Содержание Р2О5 в растительном материале, %

ЫК 0,32 0,52 0,30 - 0,38 0,85 0,72 0,40 1,05 0,73 _

ЫРК 0,34 0,89 0,90 - 0,39 1,00 0,95 - 0,38 1,31 0,83 -

Вынос Р2О5 растениями, мг/сосуд

ЫК 84,5 163,3 33,9 281,7 112,5 367,2 123,1 602,8 121,2 446,3 139,4 706,9

92,1 392,5 163,8 648,4 130,7 541,0 166,3 838,0 109,8 593,4 | 163,5 866,7

НСРюЛля овса - 3 6, кукурузы - 4,4, ячменя - 2,8

ний фосфором. По-видимому, в почве в условиях дефицита фосфора происходит переход его труднорастворимых форм в подвижные формы, что позволяет в течение некоторого времени поддерживать определенный уровень подвижных фосфатов.

Примерно аналогичная картина наблюдалась и на среднеокультуренной почве. При более высоком исходном содержании подвижных фосфатов вынос Р2О5 растениями значительно увеличился. В то же время исходная величина содержания подвижного фосфора в почве уменьшилась всего на 1,8 мг/100 г.

На хорошо окультуренной почве при искусственно созданном высоком уровне содержания подвижных фосфатов, в условиях интенсивного потребления фосфора растениями уровень содержания его в почве заметно понизился (на 7,6 мг/100г). Однако и здесь можно констатировать, что снижения содержания подвижного фосфора в почве не вполне адекватно его высокому потреблению растениями. Вынос Р203 почвы вдвое превышал величину снижения подвижного фосфора в почве.

Примерно такие тенденции, хотя и в более высоких величинах прослеживаются и в использовании растениями подвижного калия исследуемых почв.

Нагрузка на почву, использование ее питательных элементов в условиях вегетационных опытов намного выше, чем в полевых условиях. Так, вынос калия растениями на слабо окультуренной почве, при низком содержании в ней подвижного калия, за три года составил 29,7 мг/100 г. При этом уровень содержания подвижного калия в почве почти не изменялся.

На средне- и хорошо окультуренных почвах при повышенном и высоком содержании в почве подвижного калия вынос КгО растениями значительно возрастает. При этом содержание подвижного калия в почве заметно снижается. Однако уровень снижения содержания подвижного калия не перекрывает высокие цифры выноса КгО растениями, он намного ниже.

То есть, здесь, так же как и в случае с подвижным фосфором можно предположить, что в условиях дефицита калия происходит переход его трудно-

растворимых (резервных) форм в подвижные Искусственно созданный повышенный и высокий уровни содержания подвижного калия в почве в условиях их интенсивного использования растениями быстро снижается Низкий (возможно близкий к природному) уровень содержания подвижного калия на сла-боокультуренной почве более устойчив и остается в течение определенного времени более или менее постоянным

Влияние степени окучьтуренности на содержание различных форм калия в почве

Содержание подвижного калия (по Кирсанову) увеличивается при повышении степени окультуренности от 5,1 до 24,0 мг/100 г почвы (таблица 12) Вероятно, отмеченный уровень обменного калия на слабоокудьтуренной почве можно рассматривать как минимальный, который почва способна сохранять за счет установившегося подвижного равновесия между обменным и необменным калием В рассматриваемых почвах количество подвижного калия в пахотных горизонтах прямо связано со степенью окучьтуренности

12 Формы калия в пахотном счое почв разной степени окультуренности.

(иг/100г почвы)

Почва Подвижный (по Кирсанову) Необменногидролизуемый (по Пчелкину) Кислото-растворимый (по Гедройцу)

Дерново-подзолистая сдабоокультуренная 5,1 128,9 135,0

Дерново-подзолистая среднеокультуренная 14,0 143,6 165,0

Дерново-подзолистая хорошо окультуренная 24,0 1 165,5 5 191,8

Необменногидролизуемый (по Пчелкину) калий при определенных условиях непосредственно усваивается культурами, но обычно он служит ближайшим резервом пополнения запасов обменных форм этого элемента (Медведева, 1983)

Содержание необменногидролизуемого калия в среднесуглинистой почве ("Михайловское") намного выше, чем в легкосуглинистой почве ("Чашниково",

I

I I I

табл. 4). По мере увеличения степени окультуренности почвы содержание не-обменногидролизуемого калия хотя и возрастает, но сравнительно в небольших пределах. Это увеличение в основном связано с повышением содержания на окультуренных почвах подвижного калия, которых включается при определении необменногидролизуемого калия в его величину. Полагаем, что содержание необменногидролизуемого калия в основном определяется природными свойствами почвы и мало зависит от степени ее окультуренности.

Величина кислоторастворимого калия в среднесуглинистой почве так же примерно в три раза выше, чем в легкосуглинистой почве (табл.4). Здесь, как и в случае с необменногидролизуемым калием количество этой формы калия в основном связано с природными свойствами почвы и в меньшей мере со степенью ее окультуренности.

Влияние степени окультуренности на изменения содержания различных групп минеральных фосфатов в почве.

Данные таблицы 13 показывают, значение каждой группы фосфатов в накоплении фосфора.

13. Содержание и фракционный состав минеральных фосфатов (Р2О5 мг/ЮОг)

фракции ! Сумма фракций Л я. гя п,

Степень окультуренности Са-Р, сц сЬ и А1-Р Ре-Р с? 1 еа и 5 2 О о-. П Са-Р1+РИ 1 'и Ь + <1' Са-Р1+РИ (А1+ Ре)-1

слабая 3,2 6,7 6,2 9,1 9,3 31,1 25,9 9,9 15,3 0,65

средняя 3,9 7,6 6,8 9,2 10,1 33,7 25,0 11,5 16,0 0,72

хорошая 10,4 10,0 6,6 9,3 13,9 46,7 30,5 20,4 15,9 1,28

В отличие от легкосуглинистой почвы (табл.7) где накопление минеральных фосфатов происходило в первую очередь за счет фосфатов алюминия, в среднесуглинистой наибольшие изменения претерпевает фракции Са-Р^, Са-Рй. Относительное содержание этих групп на хорошо окультуренной почве увели-

чивается в два раза, по сравнению со слабоокультуренной Содержание фосфатов Са-Рш также увеличивается со степенью окультуренности, однако не более чем на 20% по сравнению со слабо- и среднеокультуренными почвами

Содержание фосфатов железа и алюминия осталось практически без изменений Несмотря на это, следует отметить, что в группе полуторных окислов преобладают фосфаты железа, причем относительное содержание фосфатов алюминия и железа уменьшается в хорошо окультуренной почве, как мы предполагаем, сказывается применение известковых материалов

Минералогический состав илистой фракции исследуемых почв Илистая фракция образцов пахотных горизонтов с полей разной степени окультуренности состоит из однотипной рассмотренным выше почвам, ассоциации основных и сопутствующих минералов Исключение составляет количественное соотношение основных групп минералов, так как в исследуемых почвах преобладают гидрослюды

14 Уравненные проценты интенсивностей дифракционных максимумов во фракции менее I мкм

1 каолинит Почва 1 + 1 хлорит гидрослюда смектит

Дерново-подзолистая слабоокультуренная 25 1 61 14

Дерново-подзолистая среднеокультуренная 32 53 15

Дерново-подзолистая хорошо окультуренная 28 53 19

Сравнение дерново-подзолистых среднесуглинистых почв разной степени окультуренности позволяет констатировать, что в процессе окультуривания возрастает содержание смектитового компонента Исследования показали наблюдается прямая зависимость между содержанием в почве гумуса и количеством набухающего компонента, который дает возможность закрепиться гумусо-

вым веществам пахотных горизонтов путем создания органоминеральных комплексов.

Наряду с этим, по мере увеличения окультуренности почв во фракции менее 1 мкм выявлено преобразование тонкодисперсной части дерново-подзолистых среднесуглинистых почв, в результате которого илистая фракция обогатилась слоистыми силикатами со стабильной кристаллической решеткой и высокодисперсным кварцем.

Выводы

1. Исследуемые почвы обладают значительными потенциальными ресурсами в снабжении растений фосфором и калием.

2. В условиях вегетационного опыта растения за три года использовали из дерново-подзолистых среднесуглинистой почвы в зависимости от степени окультуренности от 5,6 до 14,2 мг/100 г почвы фосфора и от 29,7 до 54,6 мг/100 г почвы калия.

3. Высокий вынос растениями фосфора и калия в вегетационном опыте не сопровождался адекватным снижением содержания в почве подвижных форм этих элементов. Можно предположить, что при интенсивном потреблении растениями подвижных фосфатов и калия почвы в ней происходит трансформация менее растворимых форм этих элементов в более растворимые за счет чего происходит восстановление подвижного фонда этих элементов. То есть в данном случае расходуются скрытые (потенциальные) резервы почвенного плодородия.

4. Анализ фракционного состава минеральных фосфатов по вариантам многолетнего полевого опыта показал, что увеличение содержания фосфатов в почве при внесении средних доз удобрений (Р^о) происходило в основном за счет фосфатов алюминия. При более высоких дозах удобрений (Р90-Р120) наряду с фракцией алюминия заметно возрастает содержание фосфатов во фракции Са-Р[. Следовательно, насыщение почвы фосфором при внесении высоких доз

фосфорных удобрений происходит в первую очередь за счет повышения доли его фракций более доступных для растений.

5. Основные компоненты илистой фракции почвообразующей породы исследуемых почв представлены каолинитом, гидрослюдами ди-триоктаэдрического типа, смешаннослойными нерегулярными образованиями с сегрегацией пакетов слюда-вермикулитового и хлорит-вермикулитового типов, аморфными веществами Значительную часть ила составляют тонкодисперсные не слоистые минералы - кварц и полевые шпаты

6 На фоне элювиальной дифференциации минералогического состава дерново-подзолистой песчано-крупнопылеватой легкосуглинистой почвы илистое вещество пахотных слоев содержит больше тонкодисперсного кварца и полевых шпатов Нижняя часть профиля отличается повышенным содержанием смешаннослойных образований с набухающим пакетом слюда-смектиты, хло-рит-смектиты.

7 Внесение минеральных удобрений в дозах М60РбоК6о, М6оР:оК6о> ЫедРбоКга существенно не сказалось на минералогическом составе пахотных и подпахотных слоев почв

8 Изменения обнаружены в профилях почв с высокими дозами удобрений При дозе N90 РэдКчо. М1:оР1:сК|:о в пределах профиля фиксируется разрушение слоистых силикатов (в первую очередь смешаннослойных образований) и вынос продуктов разрушения за пределы пахотного слоя

9 По мере увеличения окультуренности дерново-подзолистой средне-суглинистой почвы отмечается возрастание содержания смектитового компонента, а также увеличение доли высокодисперсного кварца Наблюдается определенная связь между содержанием в почве гумуса и количеством набухающего компонента

Список опубликованных работ по материалам диссертации

1 Батура И Н Постедействие возрастающих доз фосфорных удобрений на различных типах почв // Бюл ВИУА, № 112 - М, 1998 - С.80

2. Кобзаренко В .И., Чуприков Ю.К., Батура И.Н. Последействие возрастающих доз фосфорных удобрений на различных типах почв// Тезисы докладов III съезда Докучаевского общества почвоведов. Суздаль. Кн.2.-М., 2000г., С. 127-128.

3. Батура И.Н. Влияние длительного применения удобрений на минералогический состав легкосуглинистой дерново-подзолистой поч-вы//Материалы международной научной конференции (ВИУА)./Бюл. ВИУА, №118.- М., 2003.- С.8-10.

4. Батура И.Н. Влияние длительного применения удобрений на урожайность овса и агрохимические параметры дерново-подзолистой легкосуглинистой почвы//Материалы 38 международной научной конференции (ВНИ-ИА).-М.:ВНИИА, 2004.-С.11-13.

5. Кобзаренко В.И., Батура И.Н. Ресурсы фосфатов дерново-подзолистых почв//Доклады ТСХА. Вып.276. -М.., 2004. С. 248-253.

1 5 печ т

Зак 359

Тир 100 экз

Центр оперативной полиграфии ФГОУ ВПО РГАУ - МСХА им К А Тимирязева 127550, Москва ул Тимирязевская, 44