Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Гумусное и азотное состояния черноземов выщелоченных Южной лесостепи Республики Башкортостан и приемы их регулирования

ВАК РФ 06.01.03, Агропочвоведение и агрофизика

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, кандидата сельскохозяйственных наук, Сергеев, Владислав Сергеевич, Уфа

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА И ПРОДОВОЛЬСТВИЯ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ДЕПАРТАМЕНТ КАДРОВОЙ ПОЛИТИКИ И ОБРАЗОВАНИЯ БАШКИРСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

СЕРГЕЕВ ВЛАДИСЛАВ СЕРГЕЕВИЧ

ГУМУСНОЕ И АЗОТНОЕ СОСТОЯНИЯ ЧЕРНОЗЕМОВ ВЫЩЕЛОЧЕННЫХ ЮЖНОЙ ЛЕСОСТЕПИ РЕСПУБЛИКИ БАШКОРТОСТАН И ПРИЕМЫ ИХ РЕГУЛИРОВАНИЯ

Специальность 06.01.03. - агропочвоведение

Диссертация на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Научные руководители: доктор биологических наук, профессор Хабиров И.К.; кандидат сельскохозяйственных наук, доцент Аюпов 3.3.

УФА - 1998

ОГЛАВЛЕНИЕ

Стр.

Введение................................................................................4

Глава 1. Роль севооборотов, обработки почвы и удобрений

в регулировании гумусного и азотного состояний почв...................8

Глава 2. Объекты и методы исследований..............................................32

2.1 Почвенно-климатические условия Южной лесостепи Башкортостана........................................................................32

2.1.1 Климат...........................................................................32

2.1.2 Растительность.................................................................33

2.1.3 Рельеф............................................................................34

2.1.4 Почвы............................................................................35

2.2 Агрометеорологические условия в годы проведения исследований.........................................................................41

2.3 Схема опыта и методика проведения исследований.....................46

Глава 3. Гумусное состояние чернозема выщелоченного в севооборотах

при различных способах обработки почвы и удобрений....................49

3.1 Содержание и запасы гумуса.................................................49

3.2 Динамика водорастворимого гумуса.......................................58

3.3 Динамика подвижного гумуса................................................62

3.4 Фракционно-групповой состав гумуса......................................66

Глава 4. Азотное состояние чернозема выщелоченного в севооборотах

при различных способах обработки почвы и удобрений....................73

4.1 Содержание и запасы азота....................................................73

4.2 Динамика минерального азота................................................79

4.3 Фракционый состав соединений азота......................................92

Глава 5. Изменение бологических свойств почвы в севооборотах

при различных способах обработки почвы и удобрений.....................97

5.1 Целлюлозоразлагающая способность почвы.............................100

5.2 Нитрификационная способность почвы...................................103

5.3 Интенсивность выделения С02 из почвы.................................106

5.4 Ферментативная активность почвы........................................108

Глава 6. Влияние органических добавок на плодородие чернозема

выщелоченного в модельных опытах..........................................112

Глава 7. Зависимость урожая и качества зерна яровой пшеницы от

гумусного и азотного состояний почв..........................................128

Глава 8. Экономическая эффективность севооборотов.............................134

Выводы...................................................:...........................137

Предложения производству......................................................139

Список использованной литературы............................................140

Приложение

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Сложившаяся система земледелия привела к ухудшению плодородия черноземов, являющихся основным фоном почвенного покрова Южной лесостепной зоны Башкортостана. Произошло также и ухудшение экологической обстановки в агроландшафтах. Сельскохозяйственное использование этих почв за последние двадцать лет привело к потере четверти гумусовых запасов и до 5 т/га запасов азота в пахотном горизонте (Курчеев, Латыпов, 1986; Хазиев, Мукатанов, Багаутдинов и др. 1991; Хабиров, 1993; Почвы Башкортостана, 1997).

По мнению ряда ученых (Воробьев, 1987; Гюнтер Кант, 1982; Кирюшин, 1996) это вызвано, прежде всего нарушением равновесия в системе: почва -растение - человек. Несоблюдение научно-обоснованного плодосмена, системы удобрений, ежегодная интенсивная обработка почвы, преимущественное использование минеральных удобрений при недостаточном применении органических привело к усилению минерализации органического вещества почвы, увеличению кислотности, снижению численности и активности почвенных микроорганизмов, в том числе симбиотических бактерий, связывающих свободный азот атмосферы.

Актуальность проблемы сохранения и воспроизводства плодородия почвы очевидна. Одним из путей решения этой проблемы является биологизация земледелия. В связи с этим изучение гумусного и азотного состояния, целенаправленного изменения отдельных их показателей под воздействием элементов биологической системы земледелия приобретает важное значение.

Цель и задачи исследований. Целью исследований явилось установление направленности и характера воздействия севооборотов, обработки почвы и удобрений на гумусное и азотное состояния и продуктивность черноземов выщелоченных Южной лесостепи Башкортостана.

В соответствии с целью исследований были поставлены следующие задачи:

1. Установить влияние севооборотов, способов обработки почвы и удобрений на содержание, запасы, качество гумуса и азота почвы.

2. Определить характер динамики подвижных компонентов гумуса и азота в различных севооборотах при совместном использовании минеральных и органических и отдельно органических удобрений.

3. Изучить биологическую активность почвы в севооборотах с различными способами обработки почвы и удобрений.

4. Изучить влияние органических добавок на процессы их трансформации при различных температурных условиях в модельных опытах.

5. Выявить взаимосвязь между урожаем и качеством зерна яровой пшеницы от гумусного и азотного состояния почв.

Научная новизна. Впервые в условиях Южной лесостепной зоны Республики Башкортостан на черноземах выщелоченных на базе многолетних стационарных опытов выявлено влияние элементов биологической системы земледелия на гумусное и азотное состояния почвы. Теоретически и экспериментально обоснована целесообразность комбинированной обработки почвы, применения навоза и сидерата. Установлены качественные и количественные параметры гумусного и азотного состояния почв, наиболее чувствительные к воздействию элементов биологической системы земледелия, а также характер взаимосвязи этих показателей с урожайностью и качеством зерна яровой пшеницы. В модельных опытах показана роль различных органических добавок в почву для оптимизации плодородия чернозема выщелоченного.

Защищаемые положения. 1. На черноземе выщелоченном в 4-х польном сидеральном севообороте под действием донника и навоза при комбинированной обработки почвы происходит накопление корневых и пожнивных остаг-

ков, повышение общей биологической активности почвы, увеличение запасов гумуса и азота, а также улучшение их качественного состава.

Продуктивность этого севооборота ниже, чем плодосменного, тем не менее, с точки зрения стабилизации и сохранения гумусного и азотного состояния, улучшения экологичности продукции, преимущество остается за сиде-ральным севооборотом.

2. В модельных опытах эффективность органических добавок с широким соотношением (пшеничная солома) повышается при обогащении их азотом минеральных удобрений. Для растительных остатков с узким соотношением (горох, люцерна) дополнительное внесение минерального азота не обязательно. Диагностическими показателями этих изменений, кроме содержания гумуса и азота, являются интенсивность выделения двуокиси углерода и ферментативная активность почвы.

Практическая значимость. Использование сидеральных севооборотов с короткой ротацией, комбинированной обработки почвы и органических удобрений позволит оптимизировать гумусное и азотное состояния черноземов выщелоченных Южной лесостепи Башкортостана. Предложенные производству севооборот, комбинированная обработка почвы и удобрения обеспечат достаточно высокую продуктивность зерновых и кормовых культур.

Апробация работы. Материалы диссертации доложены на научной региональной конференции «Качество продукции растениеводства» (Уфа, 1997). на региональной научно-практической конференции молодых ученых и специалистов «Проблемы агропромышленного комплекса на Южном Урале и Поволжье» (Уфа, 1997), на Международной научной конференции «Проблемы антропогенного почвообразования» (Москва, 1997), на региональной научно-практической конференции «Проблемы АПК глазами молодых ученых и специалистов» (Уфа, 1998), на научно-практической конференции «Современные проблемы химизации сельского хозяйства» (Уфа, 1998).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 научных работ.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 170 страницах машинописного текста, состоит из введения, 8 глав, выводов и предложений производству, включает 13 таблиц, 25 рисунков и 24 таблицы в приложении. Список литературы включает 265 наименований, в том числе - 33 на иностранных языках.

ГЛАВА 1. РОЛЬ СЕВООБОРОТОВ, ОБРАБОТКИ ПОЧВЫ И УДОБРЕНИЙ В РЕГУЛИРОВАНИИ ГУМУСНОГО И АЗОТНОГО СОСТОЯНИЯ ПОЧВ

Важнейшими компонентами почвы, основой ее плодородия считается органическое вещество - гумус, который является аккумулятором энергии, выполняет различные функции в формировании плодородия почв и продуктивности агроценозов. Азот как составная часть гумуса, наряду с другими биофиль-ными элементами, также является носителем энергии и накапливается в верхних горизонтах почвенного профиля. Накопление общего гумуса и азота в результате биохимических циклов определяется биоклиматическими условиями и составом почвообразующих пород (Хабиров, 1993).

Исследованиями С.А.Ваксмана (1937), П.А.Костычева (1951), Н.М.Си-бирцева (1951), М.М.Кононовой (1963), И.В.Тюрина (1965), Д.С.Орлова (1974), В.В.Пономаревой (1974, 1980), И.В. Александровой (1977), В.А.Ковды (1979), Ф.Х.Хазиева, Н.С.Наумова (1979), Л.Н.Александровой (1980), А.М.Лыкова (1982), В.Н.Кудеярова (1985), В.Н.Башкина (1987), И.Ф.Ганжары (1988), Л.К.Шевцовой (1988), Е.В.Руделева, Д.А.Коренькова (1989), Ф.Х.Хазиева, А.Х.Мукатанова и др. (1991), М.Б.Амирова (1992), И.К.Хабирова, Ф.Х.Хазиева (1992), И.К.Хабирова (1993), Ф.Я.Багаутдинова (1994), Ф.Я.Багаутдинова, Б.М.Когута (1996), В.М.Семенова (1996), Ф.Х.Хазиева и др. (1997), S.A.Visser (1964), J.M.Bremner (1965, 1967), N.E.Campbell (1967), D.S.Jenkinson (1971), E.A.Paul, J.A.Van Veen (1978), S.L.Jansson, J.A.Persson (1982) и других ученых установлены важнейшие аспекты проблемы гумуса и азота, их химической природы, роль отдельных компонентов органического вещества в геохимии и в плодородии почвы, гумусного и азотного состояний почв, изменение их при сельскохозяйственном использовании.

На современном этапе развития земледелия гумусное и азотное состояния почв приобретает особое значение. Только при наиболее оптимальном их уровне возможна реализация средств высокой интенсификации земледелия и достижение нужного эффекта от введения новых высокоурожайных сортов и высокопродуктивных культур (Ковда, 1981).

Однако в условиях интенсивного ведения сельскохозяйственного производства возрастает воздействие элементов современного агрокомплекса на почву и прежде всего на гумусное состояние. При этом изменяется состав гумуса, часто имеет место его разрушение и потери азота, что ведет к снижению эффективности факторов интенсификации. Все это диктует необходимость поиска мер, направленных на регулирование его содержания и качественного состава, что возможно только при знании закономерностей изменения органического вещества под воздействием разнообразных земледельческих приемов.

К настоящему времени накоплено значительное количество данных, свидетельствующих о существенном снижении содержания гумуса и азота в пахотных почвах (Амиров, 1970; Шевцова, Сизова, 1970, 1974; Егоров, 1978; Ковда, 1981; Мамедов, 1982; Унгурян, Илашку, 1986; Милащенко, 1987; Державин, Седова, 1988; Носко, Чесняк, 1988; Фирсова, Мещеряков и др., 1988; ; Нуриев, Ишкаев, 1988; Мукатанов, Багаутдинов и др., 1989; Щербаков. Чуян и др., 1990; Аюпов, 1994).

По данным В.В.Егорова (1978), потери гумуса в результате длительной распашки почв при низких нормах органических удобрений могут достигать в черноземах более 25%, дерново-подзолистых почвах - 40%, орошаемых сероземах - 70% исходных запасов гумуса. По данным этого же автора в пахотном слое черноземных почв ежегодные потери гумуса составляют 3 т/га и мобилизуется около 90 кг органического азота.

В европейской части страны абсолютное снижение количества гумуса в почве за 20-50 лет использования составило в среднем от 0,6 (дерново-

подзолистые почвы) до 3,6% (типичные черноземы) или 18-36% от его исходного содержания (Жуков, 1988). Старопахотные почвы Молдавии потеряли около четверти своих прежних запасов гумуса. Причем под многолетними насаждениями эти потери на 15-20% больше, чем в почвах полевых севооборотов (Унгурян, Илашку, 1986). В условиях ЦЧО потери гумуса в черноземах в результате длительного сельскохозяйственного использования составляет 25-30%) (Щербаков, Рудай, 1983). Только за последние 20 лет в связи с интенсификацией земледелия содержание гумуса в основных типах почв Украины уменьшилось на 10-15% (Носко, Чесняк, 1988).

Во многих случаях потери гумуса значительно превышают приведенные средние показатели. По оценкам В.А.Ковды (1981), за 70-80 лет потери гумуса в пахотных почвах страны по сравнению с началом века составили 40-50%). В.Г.Унгурян, Л.К.Илашку (1986) и Н.З.Милащенко (1987) отмечают, что наибольшие потери гумуса наблюдается в черноземах, обладающих высоким потенциальным плодородием. Так, в Воронежской области за 80 лет содержание гумуса в верхнем слое черноземов на старопахотных почвах снизилось на 3,03,5% (Жуков, Попов, 1988).

Негативная тенденция снижения гумуса и азота отмечена и в пахотных угодьях Башкортостана. На разных почвах в разных зонах ежегодные потери гумуса составляют 0,2-1,5 т/га пашни. При этом изменяется качественный состав гумуса: он становится более гуматным, обедняется подвижными фракциями, которые обуславливают эффективное плодородие почвы (Хазиев, Муката-нов и др., 1991; Почвы Башкортостана, 1997). Снижение запасов гумуса и азота наиболее выражено в карбонатных черноземах. По данным П.А.Курчеева, А.Ш.Латыпова (1986) и И.К.Хабирова (1993) сельско-хозяйственное использование этих почв привело к потери четверти запасов гумуса и более 5 т/га запасов азота в пахотном горизонте, содержание водорастворимого гумуса снизилось в 2 раза, отношение C:N стало более широким. Снижение общего азота

происходило по всем фракциям, но по содержанию отгоняемых форм различия меньше, чем неотгоняемой и негидролизуемой фракциям.

В среднем за 100 лет использования черноземы теряют « 30% гумуса (Евдокимова, 1976).

Потери гумуса и азота в почвах при их сельскохозяйственном использовании приобретают мировые масштабы. Так, в почвах Канады, США, Аргентины потери органического вещества в пахотном горизонте составляют 30-45%. В Бразилии в освоенных почвах содержание гумуса снизилось в 3 раза ( с 6 до 2%), что обусловило увеличение объемного веса почв на 50% и ухудшило водопроницаемость почв в 15-20 раз (Ковда, 1981). В почвах Западной Европы потери органического вещества составляют 20-67%о (№\уЬои1с1, 1982).

На основании отмеченных темпов снижения органического вещества в обрабатываемых почвах возникает вопрос, какие из элементов систем земледелия являются основополагающими в регулировании гумусного и азотного состояний почв?

СЕВООБОРОТЫ. Основа любой системы земледелия - севооборот. Первое научное толкование севооборота сформировалось в виде теории плодосмена еще в начале XIX века. А.Тэер обосновал его целесообразность , исходя из своей же теории гумусового питания растений, из которой вытекала необходимость чередования культур, истощающих почву и обогащающих ее гумусом.

К середине XIX века эта необходимость уже рассматривалась с позиций теории минерального питания Ю.Либиха, т.е. с точки зрения одностороннего истощения почвы элементами питания.

Представители другого направления - П.А.Костычев и В.Р.Вильяме - связывали снижение плодородия почвы при возделывании зерновых культур с ухудшением ее физических свойств, в особенности агрономически ценной структуры, из чего делался вывод о необходимости введения в севооборот сме-

сей многолетних бобовых и злаковых трав, способных создавать такую структуру.

В конечном итоге сложился разносторонний подход к оценке роли севооборотов, одним из критериев которого является регулирование состояния органического вещества почвы и минеральных элементов питания.

Многовековой земледельческий опыт, получивший разностроннние объяснения в исследованиях С.А.Воробьева (1968, 1973, 1979, 1982), Э.М.Рахимова (1970), М.Б.Амирова (1991), В.А.Корчагина, О.В.Терентьева (1995), А.С.Салихова (1997) показывает, что правильные севообороты, соответствующие местным почвенно-климатическим условиям, оказывают многогранное и благотворное влияние на агрономические свойства почвы, повышают ее плодородие и урожай возделываемых культур.

Сельскохозяйственные культуры различаются по потребности в питательных веществах и в их пропорции, возделывание их неизб