Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Гумусное состояние чернозема типичного центральной лесостепи при его использовании

ВАК РФ 06.01.03, Агропочвоведение и агрофизика

Автореферат диссертации по теме "Гумусное состояние чернозема типичного центральной лесостепи при его использовании"

ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ К.Д.ГЛИНКИ

На правах рукописи

ГУМУС1ЮЕ СОСТОЯНИЕ ЧЕРНОЗЕМА ТИПИЧНОГО ЦЕНТРАЛЬНОЙ ЛЕСОСТЕПИ ПРИ ЕГО ИСПОЛЬЗОВАНИИ

Специальность 06.01.03. arpono' шов оде г п:е

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на сокскашю ученей степени кандидата сельскохозяйственных наук

Воронеж - 1997

ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ К.Д.ГЛИНКИ

На правах рукописи

ДЕНДЕБЕР Светлана Викторовна

ГУМУСНОЕ СОСТОЯНИЕ ЧЕРНОЗЕМА ТИПИЧНОГО ЦЕНТРАЛЬНОЙ ЛЕСОСТЕПИ ПРИ ЕГО ИСПОЛЬЗОВАНИИ

Специальность 06.01.03. агропочвоведение

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Воронеж - 1997

Работа выполнена на кафедре почвоведения Воронежского Государственного аграрного университета им. К.Д.Глинки .

Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук,

профессор Воронин В.И.

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук,

профессор Зезюков Н.-И., кандидат биологических наук, доцент Шевченко Г.А.

Ведущее учреждение: Научно-исследовательский институт сельского хозяйства ЦЧП имени В.В.Докучаева

Защита состоится 30 октября 1997 г. в 12 часов в ауд. 265 на заседании диссертационного совета К 120.54.06. в Воронежском Государственном аграрном университете им. К.Д.Глинки, по адресу: 394087, г. Воронеж, ул. Мичурина 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Госагроуни-верситета

Автореферат разослан 29 сентября 1997 г.

Ученый секретарь

^ >

диссертационного совета ^

доктор с.-х.наук, профессор ^ - В.И.Воронин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Интенсификация земледелия, преобрета-ющая со временем все более широкие масштабы, неизбежно ведет к усилению воздействия на почву, на ее органическую часть за счет интенсивной обработки, средств химизации, сокращения и непредвиденной замены в наборе и чередовании возделываемых культур с большим использованием биогенных элементов из почвы.

В этих условиях одним из немногих факторов, способных регулировать и поддерживать почвенные процессы, остается чередование культур в севообороте с присущим им выносом и возвратом химических элементов. Все другие факторы, в том числе к удобрения, способствуют поддержанию условий для роста и развития растений. С органическими и минеральными удобрениями в почву возвращается определенное количество химических элементов, но с невысокими дозами оно настолько мало, что не способно компенсировать вынос элементов с товарным урожаем и побочной продукцией. Кроме того, внесение удобрений, инородного для почвы вещества, обладающего побочными эффектами, такими как подкисление или подщелачивание почвенного раствора, искусственное увеличение активности почвенных микроорганизмов, изменение суммы • поглощенных оснований за счет обменных реакций и т.д., приводит к изменениям в качественном составе гумуса, уменьшает его количество за счет преобладания процессов минерализации, увеличивает долю нерастворимого остатка.

Поэтому весьма актуальным на сегодняшний момент является необходимость эффективного контроля за гумусным состоянием черноземных почв в условиях их интенсивного использования, который должен включать в себя изучение механизма гумусообразования, что позволит предотвратить возможные отрицательные последствия от применяемых приемов компенсации.

Цель исследований - установить в фазе стабилизации чернозема типичного профильное изменение показателей гумусного состояния от возделываемых культур севооборота и предшественников.

Для достижения поставленной цели были намечены следующие за-'

Дачи:

- выявить изменение количества гумуса в межвегетационный период от вида культур в звене севооборота в результате применения

удобрений;

- еылвить влияние непредвиденной замены культур (по тем или иным причинам) на изменение количества гумуса;

- получить коэффициенты минерализации гумуса и гумификации растительных остатков под конкретной культурой звена севооборота и провести их оценку с литературными данными;

- установить изменение группового и фракционного состава гумуса чернозема типичного от подкисления почвы в результате длительного применения удобрений;

- разработать и испытать в первом варианте модель по оперативному контролю за изменением содержания гумуса (балансовым методом) на основе учета выноса и поступления химических элементов в зависимости от возделываемых культур звена севооборота;

- осуществить прогноз изменения содержания гумуса в зависимости от чередования культур в севообороте.

Научная новизна: 1. Впервые в фазе стабилизированного состояния чернозема типичного установлены пределы изменения величины гумуса в межвегетационный (годовой) период под культурами звена севооборота.

2. Разработаны методические подходы в установлении изменения величины гумуса в объектах со стабилизированным состоянием почвообразовательного процесса. Важная роль принадлежит остаточной биомассе (пожнивные и корневые остатки) возделываемых культур, величина которой возрастает от дополнительных доз органичес!{их и минеральных удобрений, текущее ее разложение строго- зависит от функциональных особенностей самой почвы, химического состава остатков, вида культур и не зависит от общего годового количества биомассы, имеющейся в почве. Принятые расчеты на величину фактической годовой урожайности следует дополнить учетом всей формируемой биомассы (отчуждаемой с поля - зерно, солома, стебли и оставляемой в форме пожнивных и корневых остатков).

3. Остаточная, не разложившаяся, доля растительных остатков предшественника создает процесс гумусооСразования следующего года с учетом воздействия произрастающей культуры текущего года (изъятие элементов), что обеспечивает цикличность годовых почвенных процессов.

4. Получены фактические коэффициенты минерализации гумуса и гумификации растительных остатков для каждого варианта с удобре-

шшми с учетом конкретной культуры звена севооборота и особенно ее предшественников. Пределы их изменений на разноудобренных вариантах опыта под культурой гороха (предшественник ячмень) составили по коэффициенту минерализации 0,01053-0,01714 (против литературных 0,006-0,007), по коэффициенту гумификации - 0,221900,23420 (против литературных 0,22-0,28); под культурой ячменя в качестве пересева озимой пшеницы (предшественник горох) 0,00887-0,01483 и 0,23520-0,24470, соответственно (против вышеуказанных литературных данных); под культурой сахарной свеклы (предшественник ячмень) - 0,01841-0,02223 (против литературного 0,01) и 0,22010-0,22420 (против литературных 0,22-0,28).

Й. Составлены методические основы алгоритма балансового расчета (на принципиально новой основе), программа в компьютерном варианте по изменению содержания гумуса в зависимости от выноса и поступления химических элементов (Ре, Мп, 2п, Са, К) существующий культурами звена севооборота. Ошибка расчетов составляет 1-5%.

6. Установлено влияние кислотности почвы, как следствия применения удобрений, на групповой состав гумуса (г = 0,50-0,65) и перераспределение фракций гуминовых кислот свободных (г = 0,77-0,78) и связанных с кальцием (г = 0,82-0,89) в условиях данного длительного стационарного опыта.

Защищаемые положения. 1. Годовое изменение содержания гумуса чернозема типичного в фазе стабилизации происходит под влиянием произрастающей культуры и доли растительных остатков предшественников, тогда как роль удобрений проявляется только через создаваемое и оставляемое по принятой технологии уборки количество биомассы.

2. Текущее изменение группового и фракционного состава гумуса чернозема типичного происходит под влиянием подкисляющего действия удобрений.

3. Предложен метод расчета содержания общего гумуса в черноземе типичном (балансовый метод) через учет биогенных элементов в замом гумусе, выноса элементов Са, М^, Ре, 2п, Мп с отчуждаемой ¿астью общей биомассы и остаточном их содержании в пожнивно-кор-швых остатках культур севооборота.

4. На основе чередования культур в севообороте с присущим юл ¡ыносом, возвратом химических элементов и формированием общей би-

омассы (должен учитываться не только уровень урожая) предлагается путь прогноза изменения содержания гумуса в черноземе типичном в межвегетационные периоды.

Практическая значимость результатов исследований. Разработанные методические подходы (стадия стабилизации почвенных процессов, учет общей биомассы, вместо одного уровня принятой урожайности, баланс гумуса на новой основе), позволяют установить годовое изменение гумусного состояния чернозема типичного в фазе стабилизации в зависимости от чередования культур в севообороте, их временного насыщения и доли остатков в почве, что можно рекомендовать для исследований в производственных и научных учреждениях. Материалы исследований могут использоваться в учебном процессе по курсу "Регулирование плодородия почв", '"Биогеохимия аг~ роландшафтов", "Почвоведение", "Почвоведение с основами землеустройства" и т.д.

Апробация работы и публикации. Материалы диссертации докладывались на научных и учебно-методических конференциях профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов ВГАУ в 1995-1996 гг., международной конференции молодых ученых и специалистов в 1995 г., региональной научно-практической конференции, посвященной 150-летию В.В.Докучаева в 1996 г. По материалам диссертации опубликовано 4 работы.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, общих выводов, рекомендаций производству. Изложена на 130 страницах машинописного текста. Включает 19 таблиц, 2 рисунка, 12 приложений. Список литературы состоит из 162 наименований, в том числе 10 на иностранных языках.

(ХШОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Проблема гумусного состояния почв (обзор информации). В данном разделе проведен обзор информации до вопросам: система показателей гумусного состояния черноземов, их изменение под влиянием удобрений и культур севооборота, дана сравнительная оценка методов расчета баланса гумуса в почвах.

Существенный вклад в решение проблемы гумусного состояния почв по региону внесли исследования В.В.Герцык, П.Г.Адерихина, Ё.А.Афанасьевой, К.В.Дьяконовой, Г.А.Шевченко, Б.М.Когут, Н.И.Зе-

зкжова, Д.И. Щеглова и др. Однако, остается нераскрытым ряд вопросов, часть из которых поставлена для решения в целях и задачах данной работы.

2. Объекты и методы исследований. Объектом исследования послужил чернозем типичный среднемощный тяжелосуглинистый на лессовидных суглинках в режиме разного его использования сроком от 26 до 114 лет. Пункты и режимы использования: полевой стационар в учхозе "Березовское" Рамонского района Воронежской области (разноу-добренные варианты опыта), пункт Таловое : некосимая зачежь - 114 лет, косимая залежь - 88 лет, лесная полоса - 93 года, пашня - 66 лет. Взятая разновозрастность объекта позволяет проследить изменение гумусного состояния за краткосрочное и длительное его использование.

Из схемы стационарного опыта в учхозе "Березовское" для исследований выбрано 7 вариантов 6-и подьного севооборота: 1) контроль без удобрений; 2) 1 доза NPK (30-90 кг); 3) 2 дозы NPK (60-120 кг); 4) 1 доза навоза (20-30 т); 5) 1/2 дозы навоза + NPK (35-45); 6) 1 доза навоза + NPK (30-90 кг); 7) по принятой терминологии в опыте (Кильчевский, 1977) - навоз на расширенное воспроизводство плодородия почвы (30-40 т) + NPK (30-90 кг/га). Дозы удобрений регулируются в зависимости от культуры севооборота.

Исследования проводили в звене севооборота (горох, ячмень и сахарная свекла). Агротехника возделывания культур обычная, зональная.

Сроки отбора почвенных образцов - через год (межвегетационный период) перед посевом очередной культуры. Отбор образцов проводился бурением в 3-х кратной повторности с каждого из 7 вариантов послойно через 10 см: 0-20; 30-40; 50-60; 70-80; 90-100 см. В п. Таловое отбор образцов проводился в средней части генетических горизонтов. На черноземе типичном южного селекционного севооборота образцы отбирались с поля N 6 (после гороха).

Для характеристики чернозема типичного в различных режимах использования приведены физико-химических показатели, необходимые для составления паспорта почвы.

В почвенных образцах определялись в 3-х кратной повторности общие физико-химические показатели: рН солевой вытяжки потенцио-метрическим методом - ГОСТ - 26483-85; гидролитическая кислотность титрованием - ГОСТ - 26212-84; обменные кальций и магний на

приборе КОНЭ; подвижные формы фосфора и калия по Чирикову - ГОСТ - 26204-84. Гранулометрический состав почвы определялся пипеточ-ным методом в модификации Н.А.Качинского. Групповой и фракционный состав гумуса определяли по схеме И.В.Тюрина, в модификации В.В.Пономаревой-Т.А.Плотниковой. Общий азот (п. Таловое) определялся методом Кьельдаля (ГОСТ 26107-84).

Биомасса растительных остатков рассчитывалась по уравнениям регрессии для культур на черноземе типичном (Чесняк, 1989). Применение других региональных уравнений давало ошибку в пределах 1 ц/га.

' Для более точных расчетов изменений содержания гумуса предложено выражение данных производить не в процентном содержании, а в мг гумуса на 100 г почвы.

Таблица 1

Сравнительная характеристика методов определения общего гумуса

Методы По Тюрину В модификации

Показатели Никитина ЦИНАО Антоновой, Скалабан, Сучилкиной

1. М, % мг 5,82 5S22?? 5,85 Ь84Ь,4" 5,43 ЕЖИТЕ 5БЗГ5

2. D2 0^8127 0^5610 0,9337 0,2750 "27570

3. S2 0,0903 0,0623 0,1037 103,7 0,0306

4. S 0,3005 "ЗГО75 0^2497 0,3221 322,1 0Д748

5. V, Z 5,1544 4,2680 5,9300 3,0990

6. Sx 0,0950 0,0790 0,1018 0,0553

7. Sx. % 1,63 1,35 1,88 0,98

Примечание: в числителе - значения процентного содержания гумуса; в знаменателе - содержание гумуса в мг на 100 г почвы; 1 - среднее арифметическое; 2 - центральное отклонение; 3 - дисперсия-, 4 - среднее квадратическое отклонение; 5 - коэффициент вариации; 6 - ошибка средней арифметической; 7 - точность опыта.

Аналитические данные подвергались математической обработке методом вариационного и дисперсионного анализа с использованием ПЭВМ.

Для учета и выявления пределов изменения содержание гумуса в черноземе проведен сравнительный анализ методов определения общего гумуса (табл. 1). Для этого взят базовый метод И.В.Тюрина и его современные модификации.

Проведенный анализ показал, что модификация Антоновой и др. отличается щадящей окисляемостью, большей точностью (0,98), лучшей воспроизводимостью (дисперсия наименьшая - 0,0306), высокой производительностью, простотой и он не затрагивает неспецифическую долю гумуса. Его использование в условиях длительных стационарных опытов с удобрениями позволяет, по нашему мнению, выявлять наиболее точно различия в содержании гумуса по вариантам с разными .видами и дозами удобрений, когда при этом возрастает доля неспецифической части гумуса. Подобной методической проработки в полевых опытах требует и метод Кьельдаля.

3. Гумусное состояние чернозема типичного и его изменение при различных режимах использования.

Изменение гумусного состояния чернозема типичного от вида культур звена севооборота в условиях длительного применения удобрений. Выявленные пределы среднегодового изменения (за 3 года исследований) содержания гумуса: 940-980 мг на варианте без удобрений; 700-710 мг на варианте ' с минеральными удобрениями и 560-580 мг с органо-минеральными удобрениями доказывают разные темпы его изменения, что объясняется внесением в почву инородних веществ. Практически постоянные темпы годового распада гумуса в пределах каждого варианта опыта подтверждают проявление стадии стабилизации в гумусном состоянии чернозема типичного.

Выявлено дальнейшее направленное уменьшение по годам содержания гумуса, что обусловлено влиянием культур звена севооборота (табл.2), а возрастание или уменьшения величины его внутривариан-тного содержания зависит только от доз инородных веществ.

Роль удобрений проявляется через увеличение общей сформированной биомассы растений, в том числе и остатков на поле (табл.3). Замена озимой пшеницы ячменем не нарушает направленности изменения стабилизированного состояния чернозема, однако при-

Таблица 2

Изменение содержания гумуса по выбранному методу (п. "Березовское")

Варианты Год Содержание гумуса по глубинам, мг на 100 г почвы

0-20 30-40 50-60 70-80 90-100

1 2 3 4 5 6 7

Без удобрений 1994 .1995 1996 т* = ± 25,0-114,5 (0,5-3,82)

5568,5 5516,8 5465,1 4258,3 4172,1 4016,9 3258,4 3241,1 3154,9 3051,5 2861,8 2655,0 1896,4 1948,1 1861,9

1 доза МРК 1994 1995 1986 Ш = + 15,2-103,6 (0,4-2,4%)

6275,4 6223,6 6189,2 5568,5 5482,3 5223,7 4327.2 4258.3 4258,3 3896,2 3672,1 3585,9 1999,8 1982,6 1948,1

2 дозы ЫРК 1994 1995 1996 т = ± 25,1-100,2 (0,4 - 2,8%)

6223,6 6171,9 6137,4 5413,4 5344,4 5327,2 4154,8 4051,4 3861,8 3517,0 3379,0 3172,2 2017,1 1948,1 1930,9

Навоз 1 доза 1994 1995 1996 т = ± 15,2-99,7 (0,3 - 2,9%)

5654,7 5637,5 • 5603,0 4827,2 4672,0 4482,4 3792,8 3689,4 3517,0 3413,5 3258,4 3068,7 2103,3 2051,6 1999,8

1/2 навоза + 1/2 ЫРК 1994 1995 1996 т = ± 20,7-146,6 (0,4 - 3,8%)

5723,7 5672,0 5654,7 4896,2 4827,2 4758,2 3861,8 3534,2 3361,8 3051.5 2999,8 2775.6 2206,7 2155,0 2120,5

Навоз 1 доза + 1 доза ИРК 1994 1995 1996 т = ± 19,9-172,7 (0,3 - 4,6%)

6447,8 6413', 3 6378,8 5637,5 5482.3 5344.4 4275.5 4051,4 4068.6 3792,8 3603,2 3206,6 2224,0 2206,7 2155,0

Навоз на рас-шир. воспр.+ №К 1994 1995 1996 т = ± 15,2-98,0 (0,2 - 2,2%)

6551,2 6534,0 6499,5 6034,0 5861,6 5706,4 5482,3 5241,0 5154,8 . 3913,5 3861.8 3654.9 2344,6 2292,9 2172,2

Примечание: 1994 г. - возделывание гороха; 1995 г. - ячменя;

- и -

1996 г. - сахарной свеклы.

водит к пониженному формированию растительных остатков.

В зависимости от годового изменения содержания гумуса (табл. 2) и биомассы растительных остатков культуры и ее предшественников (табл. 3) были рассчитаны: величина минерализовавшегося и но-

Таблица 3

Влияние растительных остатков на гумусообразование

Предшествующая культура Количество растительных остатков по вариантам, ц/га

Без удобрений 1 доза NPK 2 дозы NPK 1/2 навоза + 1/2 NPK 1 Доза на воза 1 доза навоза + 1 доза NPK Навоз на расшир. воспроизводство + NPK

Ячмень (1993 г.) 37,60 51,21 51,71 48,89 50,21 49,64 50,71

Горох ' (1994 г.) 22,01 29,01 27,87 27,82 26,34 28,62 27,59

Ячмень (пересев озимой пшеницы, 1995 г.) 21,33 23,74 27,14 26,81 27,72 25,81 27,47

вообразованного гумуса в ц/га по вариантам опыта; коэффициенты минерализации гумуса и гумификации растительных остатков. Расчеты проводились с использованием модели трансформации органического вещества В.А.Марченко (1988), учитывающей следующие параметры: запасы гумуса текущего и предыдущего года, общее количество растительных остатков культуры на поле и ее предшественников. Для расчета коэффициентов нами разработана программа для МК-61 и ПЭВМ на языке Q Basic. Общий объем просчитанных по каждому варианту значений составил 12-15 тыс., из которых были выбраны коэффициенты минерализации гумуса и гумификации растительных остатков, отвечающие фактическим условиям опыта.

Пределы изменения величины коэффициента минерализации гумуса по вариантам с удобрениями под культурой горох (предшественник ячмень) составили от 0,01053 на варианте с органо-минеральными удобрениями до 0,01714 на варианте без внесения удобрений, коэф-

фициента гумификации от 0,22190 на варианте без внесения удобрений до 0,23420 на варианте с навозом; под культурой ячменя в качестве пересева озимой пшеницы (предшественник горох) - от 0,00887 на варианте с органо-минеральными удобрениями до 0,01483 на варианте без удобрений и от 0,23520 на варианте без удобрений до 0,24470 на варианте с навозом, соответственно; под культурой сахарной свеклы (предшественник ячмень) - от 0,01841 на варианте без удобрений до 0,02223 на варианте с двойной дозой минеральных удобрений и от 0,22010 на варианте с двойной дозой минеральных удобрений до 0,22420 на варианте с полной дозой органо-минеральных удобрений, соответственно. Полученные коэффициенты имеют отличия от общепринятых и характеризуют фактический процесс гумусо-образования в данном опыте. Изменится опыт, культуры, изменятся и коэффициенты. Разработанные действующие программы позволяют учитывать подобное изменение.

Влияние подкисляющего действия удобрений на групповой и фрающонный состав гумуса. Чернозем типичный, по данным наших исследований, характеризуется очень высокой степенью гумификации органического вещества (63,9% на варианте без удобрения, 59,7% на удобренных вариантах); фульватно-гуматным типом гумуса (отношение Сгк:Сфк 1,73 на варианте без удобрений, 1,38 - 1,43 на удобренных вариантах); очень низким содержанием свободных гуминовых кислот (3,2 и 4,5-4,8% от суммы гуминовых кислот; очень высоким содержанием гуминовых кислот, связанных с кальцием (87% и 88-85%; низким содержанием прочносвязанных гуминовых кислот от 9,2% до 8,8 -10,0%; средним содержанием негидролизуемого остатка 40 и 43-44% к общему углероду, соответственно по вариантам).

Применение физиологически кислых минеральных удобрений (аммиачной селитры и калийной соли) и невысоких доз навоза (20 т/га) явилось причиной изменения кислотности почвенного раствора (с 5,67 на варианте без удобрений до 5,35 на варианте с органо-минеральными удобрениями ед. рН и с 2,01 до 3,02 мг-экв. гидролитической кислотности, соответственно), что в свою очередь способствовало изменению группового и фракционного состава гумуса чернозема типичного по вариантам опыта: снизилась сумма гуминовых кислот (от 38 до 33%), увеличилась фульватность (от 22 до 24%) и величина негидролизуемого остатка (от 40 до 44%), произошла перегруппировка фракций гуминовых кислот по формам связи с минеральны-

ми компонентами почвы - снизилось содержание фракции, связанной с кальцием (от 87,6 до 85,7%), возросло содержание свободной фракции (табл. 4) гуминоеых кислот (от 3,1 до 4,7%).

Таблица 4

Изменение кислотности почвенного раствора (рН, Нг), групп и фракций гумуса чернозема типичного п. "Березовское" ( весна 1994 г.) •

Вар и а н т ы *

Т7/Л !/• гэ О гр ¿} 77Т/Г Г TT', TS

11иКс13с11 ©ЛИ i луиина,

см без удобре- навоз навоз на расши-

ний 1 доза ренное воспроиз-

водство + ЫРК

рНкС1 . 0-20 5,67 5,56 5,35

30-40 5,71 5,54 5,41

50-60 6,21 6,02 5,75

70-80 6,62 6,20 6,01

Нг (мг-экв./ 0-20 2,01 2,74 3,02

100 г) 30-40 1,42 2,03 2,63

50-60 0,93 0,99 1,56

70-80 0,55 0,79 1,24

Сумма ГК 0-20 38 33 33

(% от Собщ.) 30-40 39 37 33

50-60 38 34 35

70-80 37 37 41

Сумма ФК 0-20 22 24 23

(% от Собщ.) 30-40 22 21 25

50-60 25 25 25

70-80 26 30 32

Негидролизу- 0-20 40 43 44

емый остаток 30-40 39 42 42

(% от Собщ.) 50-60 37 41 40

70-80 37 33 27

ГК-1 (% от 0-20 3,1 4,5 4,7

суммы ГК) 30-40 2,3 4,7 5,7

50-60 3,2 2,6 4,4

70-80 1,3 2,8 1,0

ГК-2 (% от 0-20 87,6 85,7 86,5

суммы ГК) 30-40 89,3 86,8 86,1

50-60 91,5 90,8 86,8

70-80 98,1 96,3 96,9

^Примечание: в варианте с навозом (20 т/га) рассматривается

последействие 2-го года навоза; в варианте с органо-минеральными удобрениями - последействие 2-го года навоза (30 т/га) и после-

действие 1-го года минеральных удобрений ЫзоРзоКзо-

Между физико-химическими показателями почвы и групповым составом гумуса выявлена достоверная при уровне вероятности 0,95 корреляционная связь с коэффициентом корреляции 0,50-0,65 - средняя связь, фракционным составом гумуса - с коэффициентом корреляции 0,77-0,89 - тесная связь.

Разброс точек вблизи линий тренда подтверждает тесную связь между величинами кислотности и содержанием фракций гуминовых кислот, свободных и связанных с кальцием (рис. 1, 2).

Изменение содержания гумуса чернозема типичного в различных режимах использования. Различные режимы использования чернозема типичного в п.Таловое (лесополоса, косимая залежь, пашня) привели к направленному дальнейшему уменьшению содержания гумуса в вернем горизонте (на 968,9-1793,1 мг) по сравнению с некосимой залежью (табл. 5). В нижних горизонтах различия в содержании гумуса постепенно сглаживаются.

Таблица 5

Изменение содержания гумуса по выбранному методу (п. Таловое)

Горизонт Содержание гумуса, мг на 100 г почвы

Некосимая залежь Косимая залежь Лесная полоса N 40 Пашня

А (А пах) 9775,1 8706,2 8654,5 7982,1

А1 7016,7 7344,2 6240,9 5378,9

АВ 4344,5 4396,2 5585,8 3844,5

В 1930,9 1482,6 1327,5 1120,6

Временное сравнение содержания гумуса в слое 0-20 см лесной полосы и некосимой залежи с данными Н.Н.Никаноровой (1953) показало его дальнейшее снижение от 11,92 до 8,65 и от 13,09 до 9,78%, соответственно.

4. Изменение запаса химических элементов в гумусе чернозема типичного в зависимости от их выноса с основной продукцией и поступления с растительными остатками. Гумусовые кислоты чернозема

7 -, 6 -5 -

о о

34

88

83

—1— 90

—1— 92

—I—

94

—,— 96

58

100

ГК-2 ( % от суммы ГК )

Рис. 1. Зависимость величины фракции ГК-2 от кислотности почвы.

1 - рН; 2 - Нг ( мг-зкв./ЮО г).

7 и б -5

Г <

2

1 4

0

0 1 2 3 4 5

ГК-1 ( % от суммы ГК )

Рис. 2. Зависимость величины фракции ГК-1 от кислотности почвы.

1 - рН; 2 - Нг { мг-экв./ЮО г).

типичного, как и любого другого типа почв, по данным К.В.Дьяконовой, Б.Б.Ильина, Л.С.Орлова, Б.М.Когута характеризуются постоянным набором функциональных групп, способных связывать определенное количество химических элементов. Запас химических элементов в гумусе может изменяться только под влиянием культур севооборота с присущим им выносом и возвратом химических элементов. Вынос химических элементов с основной и побочной продукцией является физиологической особенностью каждого растения "и может определяться по нормативным данным (Н.И.Базилевич, В.А.Ковда, А.П.Виноградов, В.И.Воронин). Поа,<упление химических элементов и закрепление их в форме гумусовых веществ зависит от биомассы корневых и пожнивных остатков не только выращиваемой культуры, но и ее предшественников, коэффициента их разложения, коэффициента гумификации, содержания элемента в единице биомассы корневых или пожнивных остатков. Для корневых остатков необходимо учитывать их долю по глубине почвенного профиля.

Для расчета поступления химических элементов с пожнивно-корневыми остатками была сделана программа для ПЭВМ в системе Базы данных, где учитывается поступление химических элементов не только с растительными остатками непосредственной культуры, но и ее предшественников с учетом доли их разложения.

На основе изменения запаса химических элементов• в гумусе чернозема типичного (Са, Mg, К, Fe, Mn, Zn) под влиянием культур севооборота предложен балансовый метод по определению содержания гумуса. Рассчитанный на ПЗВМ (программа на языке Q Basic) ожидавши запас элемента (запас гумуса - вынос с товарным урожаем + поступление с растительными остатками) переводился на содержание гумуса в мг на 100 г почвы, которое сравнивалось с экспериментальным. Относительная ошибка расчетов по Zn, Mn, Fe составила 1-2%; Са, Mg - 5%, К - 11% и выше, что обусловлено теснотой связи данных химических элементов с гумусовыми кислотами чернозема типичного (табл. 6, 7).

5. Прогнозирование содержания гумуса в различных условиях использования чернозема типичного. Предложенный балансовый расчет по изменению запаса элементов за счет их выноса с урожаем основной и побочной продукции и поступления с растительными остатками культуры и ее предшественников был использован для прогнозных оценок содержания гумуса в черноземе типичном в зависимости от

Баланс кальция б гумусе под влиянием культур звена севооборота

Таблица 6

Варианты Запас элемента вынос с основ- Поступило С Осталось на Содержание гумуса, %

га ri/uvfp г- Jlf"\Ü ПП/1А UVIIUpil растительными

i уму ьс , i tiuti придукциси следующим I

г остатками, г год, г расчетное эксперимен-

тальное

1994 г. - культура горох

Без удоб- 1513814,6 1 13040,3 37750,6 1438524 ,9 5293,0 5516,8

рений

1 доза NPK 1706778,4 131905,6 51099,3 1625972, 1 5982,7 6223 ,6

2 ДОЗЫ NPK ' 1693189,4 135215,9 50988,3 1608961 ,8 5920,1 6171,9

Навоз 1 доза 1540992,6 121988,7 51039,4 1470043 , 3 5409,0 5637,5

112 навоза +

1/2 NPK 1 554581 ,6 118189, 7 48341 ,7 1484733,6 5463,0 5672 , 0

навоз 1 доза

+ 1 доза NPK 1752981 ,0 127791 , 1 49759,2 1674949,1 6162,9 6413,3

Навоз на рас

шир. воспр.+

NPK 1780159,0 124984,8 53877,1 1709051 , 3 6288,3 6534,0

199 5 г. - культура ячменя в качестве пересева озимой пшениц

Без удоб- 1497507 ,8 75950,7 4076,1 1425633,2 5245 ,2 ' 5 46 5,1

рений

1 доза NPK 1693189,4 84569 ,6 4776,5 1613396,3 5936 , 4 6189 ,2

2 дозы NPK 1679600,4 96727,6 5283,4 1588156,2 5843,5 613 7,4

Навоз 1 доза 1530121,4 95548,8 5341,7 1439914,3 5298 , 1 5603 ,0

1/2 навоза +

1/2 NPK. 1543710,4 98802,4 5099,4 1450007,4 5335,2 5654 ,7

Навоз 1 доза

+ 1 доза NPK 1744827,6 91972,9 5207,9 1658062,6 6100,7 6378,8

Навоз на рас

шир. воспр.+

NPK' 1774723,4 97909, 1 5385,2 1682199,5 6189,5 6499 , 5

Баланс цинка в гумусе пол влиянием культур звена севооборота

Таблица 7

Варианты Запас элемента Вынос с основ- Поступило с Осталось на содержание гумуса, %

ипй ГТПГ4 А растительными

о 1 уму ьс, 1 пин придуК.ЦИСП илсд у КЛЦПп

г остатками, г год,, г расчетное эксперимен-

тальное

1994 г. - культура горох

Без удоб- 13111,8 374,0 102,0 12839,8 5454,4 5516,8

рений

1 доза КРК 14 783,1 493,4 135,5 14425,2 6128,0 6223 , б

2 ДОЗЫ ЫРК 14665,4 474,0 134,7 14326, 1 6085 ,8 6171,9

Навоз 1 доза 13374,2 473 ,0 135,7 13036,9 5538,2 5637 , 5

1/2 навоза +

1/2 КРК 13464,9 447,9 128,3 13145,3 5584,2 5672,0

Навоз 1 доза

+ 1 доза ЫРК 15183,3 313,6 132,3 15002,0 6373,0 6413 ,3

Навоз на рас

шир. воспр.+

КРК 15418,7 296,2 140,1 15262,6 6483,7 6534 ,0

1995 г. - культура ячменя в качестве пересева озимой пшеницы

Без удоб- 12970,5 157,3 11,7 12824,9 5448,1 5465 ,1

рений

1 доза ИРК 14665,4 174,2 14,0 14505,2 6161,9 6189,2

2 ДОЗЫ ЯРК 14547,7 198,2 15,3 14364 ,8 6102,3 6137 ,4

Навоз 1 доза 13253,0 195,8 15,5 13072,7 5553,4 5603 ,0

1/2 навоза +

1/2 МРК 13370,7 202,3 14,7 13183,1 5600,3 • 5654 , 7

Навоз 1 доза

+ 1 доза ЫРК 15112,7 188,6 15,2 14939,3 6346,3 6378,8

Навоз на рас

шир. воспр.+

ЫРК 15371,6 200,5 15,6 15186,7 6451 ,4 6499,5

ш -

чередования культур в севообороте.

Для расчета содержания гумуса к весне 199? г. учитывались растительные остатки ячменя и сахарной свеклы, статья расхода элементов рассчитывалась по их выносу с урожаем сахарной свеклы-, 1998 г. - растительные остатки яровой пшеницы, вынос - с урожаем яровой пшеницы; 1999 г. - растительные остатки яровой пшеницы и кукурузы на силос, вынос - с урожаем кукурузы на силос.

Прогнозные оценки содержания гумуса на 1997, 1998, 1999 гг. на основании бапанса кальция и цинка подтвердили направленность его уменьшения по годам (табл. 8).

Таблица 8

Фактическое и прогнозное содержание гумуса в слое 0-20 см

Содержание гумуса, мг на 100 г почвы

Вариант Фактическое Прогнозное

1994 1995 1996 1997 1998 1999

горох ячмень сахарная яровая кукуруза ячмень

(пересев свекла пшеница на силос

оз.пшен.)

Без удоб- 5568,5 5516,8 5465,1 5414,8- 5374,7- 5217,9-

рений 5385,2 5377.6 5340,7

1 доза МРК 6275,4 6223,6 6189,2 6130,1- 6077,4- 5864,2-

6094,6 6084,7 6037,2

2 дозы ЫРК 6223,6 6171,9 6137,4 6061,1- 6001,1- 5790,3-

6018,1 6007,0 5960,3

Навоз 1 доза 5654,7 5637,5 5603,0 5550,8- 5501,2- 5297,1-

5514,4 5505,0 5459,1

1/2 навоза + 5723,7 5672,0 5654,7 5600,7- 5553,6- 5354,9-

1/2 №К 5564,7 5555,9 5511,3

Навоз 1 доза 6447,8 6413,3 6378,8 6316,3- 6268,7- 6058,6-

+ 1 доза 6278,1 6269,2 6222,0

Навоз на рас 6551,2 6534,0 6499,5 6442,9- 6394,9- 6156,1-

шир. воспр.+ 6404,4 6395,4 6342,4

ПРК

Причем наибольшей величины (до 119,3 мг на 100 г почвы на вариан-

те с двойной дозой минеральных удобрений) оно достигает после сахарной свеклы в связи с большим выносом химических элементов и меньшим поступлением их с пожнивно-корневыми остатками.

Выводы

1. Гумусное состояние чернозема типичного длительного стационарного опыта с удобрениями характеризуется следующими показателями: средним содержанием гумуса,, низкими его запасами, очень „вы-

сокой степенью гумификации органического вещества, фульватно-гу-матным типом гумуса, очень низким содержанием свободных гуминовых кислот, очень высоким содержанием гуминовых кислот, связанных с кальцием, низким содержанием прочносвязанных гуминовых кислот, средним содержанием негидролизуемого остатка.

2. Чернозем типичный характеризуется практически неизменным показателем распада углерода по годам исследования, что указывает на стабилизированное состояние почвенных процессов. Среднегодовое изменение содержания гумуса на неудобренном варианте длительного стационарного опыта с 1969 г. по 1994"г. (под влиянием культуры ячменя), 1995 г. (под влиянием культуры гороха), 1996 г. (под влиянием замещенной культуры ячменя) составило 940-980 мг, на варианте с двойной дозой минеральных удобрений - 700-710 мг; на варианте с органо-минералъными удобрениями - 560-580 мг.

3. В фазе своего стабилизированного состояния чернозем типичный длительного стационарного опыта характеризуется направленным уменьшением содержания гумуса по годам исследования, что проявляется через чередование культур в звене севооборота и общую биомассу растительных остатков. На удобренных вариантах за счет нарастания массы пожнивно-корневых остатков направленность уменьшения содержания гумуса сохраняется, но на более низком уровне по сравнению с неудобренным вариантом. Среднее за два межвегетационных периода изменение содержания гумуса в слое 0-20 см на варианте без удобрений составило 51,7 мг, на вариантах с минеральными удобрениями - 43,1 мг, с навозом - 25,9 мг, с органо-минеральными удобрениями - 25,9-34,5 мг. На накопление гумуса в почве оказывает влияние чередование культур в севообороте. Замена культуры привела не только к снижению накопления растительных остатков, но и к меньшему выносу биогенных элементов с урожаем, что способствовало сохранению равновесности почвенных процессов.

4. Общий уровень накопления гумуса в почве характеризуется коэффициентами минерализации гумуса и гумификации растительных остатков. Пределы изменения величины коэффициента минерализации гумуса по вариантам с удобрениями под культурой гороха (предшественник .ячмень) составили от 0,01053 на варианте с органо-мине-ральными удобрениями до 0,01714 на варианте без внесения удобрений, коэффициента гумификации от 0,22190 на варианте без внесения удобрений до 0,23420 на варианте с навозом; под культурой ячменя

в качестве пересева озимой пшеницы (предшественник горох) - от 0,00887 на варианте с органо-минеральными удобрениями до 0,01483 на варианте без удобрений и от 0,23520 на варианте без удобрений до 0,24470 на варианте с навозом, соответственно; под культурой сахарной свеклы (предшественник ячмень) - от 0,01841 на варианте без удобрений до 0,02223 на варианте с двойной дозой минеральных удобрений и от 0,22010 на варианте с двойной дозой минеральных удобрений до 0,22420 на варианте с полной дозой органо-минеральных удобрений, соответственно.

5. Рассчитанные величины коэффициентов минерализации гумуса позволили оценить влияние культур и рассчитать величину минерализации гумуса пределы которой составили 14,79-21,24 ц/га под культурой гороха; 12,17-17,49 ц/га под культурой ячменя в качестве пересева озимой пшеницы; 21,51-29,16 ц/га под культурой сахарной свеклы. Наиболее интенсивная минерализация гумуса происходила на вариантах без применения удобрений. На вариантах с удобрениями, по сравнению с неудобренным вариантом, происходила наиболее интенсивная гумификация растительных остатков за счет увеличения общей массы пожнивно-корневых остатков, содержания кальция и азотистых веществ в ней. За счет растительных остатков ячменя образовалось 8,34-11,76 ц/га, гороха - 6,42-7,53 ц/га, ячменя в качестве пересева озимой пшеницы - 4,72-6,21 ц/га гумуса.

6. Длительное применение удобрений, таких как аммиачная селитра и калийная соль, и невысоких доз навоза (20 т/га) способствует изменению группового и фракционного состава гумуса за счет изменения кислотности почвенного раствора: снижается сумма гуми-новых кислот (от 38 до 33%), нарастает фульватность (от 22 до 24%) и величина негидролизуемого остатка (от 40 до 44%), происходит перегруппировка фракций гуминовых кислот по формам связи с минеральными компонентами почвы: снижается содержание фракции, связанной с кальцием (от 87,6 до 85,7%), возрастает содержание свободной фракции гуминовых кислот (от 3,1 до 4,7%).

7. Выявлена достоверная при уровне вероятности 0,95 тесная корреляционная связь между кислотностью почвенного раствора и фракционным составом гумуса (г = 0.77-0,89), средняя связь с групповым составом гумуса (г = 0,50-0,65).

8. Различные режимы использования чернозема типичного в п.Таловое (лесополоса, косимая залежь, пашня) привели к направ-

— С'С{ -

денному дальнейшему уменьшению содержания гумуса в вернем горизонте (на 968,9-1793,1 мг) по сравнению с некосимой залежью. В нижних горизонтах различия в содержании гумуса постепенно сглаживаются.

9. Ввиду того, что химические элементы Са, М£, Ге, Мп, гп преобладают в органической части почвы и гумус характеризуется постоянством элементного состава гуминовых и фульвокислот, возможен расчет содержания гумуса на основе изменения запаса элементов за счет их выноса с урожаем основной и побочной продукции и поступления с пожнивно-корневыми остатками культур севооборота. При балансовом расчете расходную статью от общего запаса элементов в гумусе чернозема типичного составляет вынос их с урожаем основной продукции культур севооборота. Приходную часть составляет поступление элементов с пожнивно-корневыми остатками, при расчете которых рекомендуется учитывать: общее количество растительных остатков культур и их предшественников, вместо общепринятой урожайности верна, процентное содержание корней по глубинам, коэффициент разложения (дифференцированно по пожнивным и корневым остаткам), коэффициент гумификации, нормативное содержание элемента на единицу абсолютно сухого вещества растительных остатков. Ошибка балансовых расчетов по элементам 2п, Мп, Ре составляет 1-2%, по Са, Мд - 5%, по К - 11% и выше, что обусловлено теснотой связи данных химических элементов с гумусовыми кислотами.

10. Направленность уменьшения содержания гумуса в зависимости от чередования культур в севообороте (установленная в экспериментальных работах) совпала с прогнозными оценками на 1997, 1998, 1999 гг., причем наибольших значений (до 119,3 мг на 100 г почвы на варианте с двойной дозой минеральных удобрений) потери содержания гумуса достигают после возделывания сахарной свеклы за счет большего выноса элементов и меньшего их поступления с пожнивно- корневыми- остатками.

Рекомендации производству

1. Разработанные методические подходы (стадия стабилизации почвенных процессов, учет общей биомассы вместо одного уровня принятой урожайности, баланс гумуса на. новой основе), позволяющие установить годовое изменение гумусного состояния чернозема типичного в фазе стабилизации в зависимости от чередования культур в севообороте, их временного насыщения и доли остатков в почве, ре-

комендуются для широких исследований в производственных и научных учреждениях.

2. Балансовый метод по учету выноса из гумуса зольных элементов (Са, Ме, Ге, Мп, Ъп ), вместо азота, и их поступления с пожнивно- корневыми остатками позволяет осуществлять прогнозные оценки состояния территорий и выделять локальные отклонения показателей гумусного состояния в зависимости от чередования культур в севообороте.

Список работ по теме диссертации

1. Определение направленности изменения почвенного плодородия и методы его оперативного контроля // Сб. науч. трудов / Аг-роэкологические проблемы применения средств химизации в земледелии ЦЧВ. - Воронеж, 1995. - С. 10-20 (в соавторстве).

2. Оценка методов по проведению баланса гумуса как составной части плодородия почв, изменяющейся в процессе интенсификации сельскохозяйственного производства // Сб. науч. трудов / Агрозко-логические проблемы применения средств химизации в земледелии ЦЧЗ- - Воронеж, 1995. - С. 21-38 (в соавторстве).

3. Состояние почвенной равновесности типичного чернозема в длительном стационаре // Тез. докл. науч. конференции. Ч. 1 / Резервы стабилизации аграрного производства. - Воронеж: ВГАУ, 1996. - С. 70-71 (в соавторстве).

4. Влияние химического состава растительных остатков на процесс их трансформации // Тез. докл. научно-практич. конференции, госвящ. 150-летию со дня рожд. В.В.Докучаева / Стабилизация раз-зития АПК Центрального Черноземья на основе рационального использования природно-ресурсного потенциала. - Воронеж: ВГАУ, 1996. -

61-63 (в соавторстве).