Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Химическая мелиорация лугово-черноземных и черноземно-луговых солонцов лесостепи Окско-Донской равнины

ВАК РФ 06.01.03, Агропочвоведение и агрофизика

Автореферат диссертации по теме "Химическая мелиорация лугово-черноземных и черноземно-луговых солонцов лесостепи Окско-Донской равнины"



•ЛЙ)Р ОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ > УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ К.Д. ГЛИНКИ

На правах рукописи

СТЕКОЛЬНИКОВ Константин Егорович

ХИМИЧЕСКАЯ МЕЛИОРАЦИЯ ЛУГОВО-ЧЕРНОЗЕМНЫХИ ЧЕРНОЗЕМНО-ЛУГОВЫХ СОЛОНЦОВ ЛЕСОСТЕПИ ОКСКО-ДОНСКОЙ РАВНИНЫ

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 биологических наук,

профессор Ахтырцев Б.П.

Официальные оппоненты: доктор биологических наук.

профессор Щеглов Д.И.

кандидат сельскохозяйственных наук,

с.н. с. Луценко Н.М.

Ведущее учреждение: Проектный изыскательский центр агрохимической службы "Воронежский"

Защита состоится 24 апреля 1997 г. в 12°0 в ауд. 265 на заседании дир£ер>тащюкно>го 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

1997 г.

Ученый секретарь диссертационного совета д.с.-х.н. профессор

В.И. Воронин

Актуальность темы. Стремление увеличить валовой сбор растениеводческой продукции способствовало резкому повышению уровня распаханноста, территории Воронежской области и всего Центрального черноземного региона. В пашню были вовлечены все пахотнопригодные почвы, в том числе и солонцовые, ранее использовавшиеся как мало продуктивные сенокосы и пастбища. После распашки урожаи на них удавались лишь в нормально увлажненные годы. Для повышения плодородия распаханных солонцов с глубоким залеганием карбонатов в настоящее время рекомендуется в основном гипсование. Необходимость завоза более 10 млн. тонн гипса из соседних регионов или Украины при существующем диспаритете цен обусловило прекращение мелиоративных работ в области, и ЦЧО. Поэтому значительно возрас-ла актуальность разработки и внедрения опыта освоения солонцовых почв с применением местных мелиорантов, мела и дефеката не только на автоморфных, но и гидроморфных солонцах. Отсутствие в Воронежской области и регионе разработок и опыта мелиорации полу - и гидроморфных солонцов обусловили необходимость настоящих исследований.

Цель и задачи исследований. Целью исследований является разработка и обоснование технологии мелиорации полу - и гидроморфных солонцов лесостепи Воронежской области местными мелиорантами, заменителями гипса - мелом и дефекатом (Задание ГКНТ 140 от 20.04.1978 г. "Разработать и внедрить в Воронежской области технологии мелиорации солонцовых почв кальциевыми мелиорантами.").

Задачами исследований предусматривалось: разработать метод определения доз мелиорантов; определить оптимальные дозы мелиорантов; провести сравнительные испытания стандартного мелиоранта - гипса с предлагаемыми заменителями, мелом и дефекатом; изучить влияние мелиорантов на изменение физических, физико-химических свойств и содоустойчивость изучаемых почв; выявить возможность применения ионоселективных электродов для оперативного контроля мелиоративного процесса; определить длительность действия и последействия мелиорантов; выявить уровень влияния мелиорантов на урожай возделываемых культур.

Научная новизна. Установлено, что полу - и гидроморфкые солонцы лесостепи Окско-Донской низменности находятся в активной стадии солонцового процесса. Ведущим фактором его является пульсирующий водно-солевой режим, обусловленный своеобразными гидро-

термйческими условиями; главной особенностью которых ' является резко выраженное чередование засушливых и полузасушливых периодов. выявляемых на климадиаграммах,- с периодами избыточного увлажнения (рис.1). Впервые для солонцовых почв региона выявлено, что почвы генетического ряда: чернозем обыкновенный солонцеватый, лугово-черноземный солонец, черноземно-луговая солонцеватая, чер-ноземно-луговой солонец-имеют высокое содержание бора (2.41-6.43 мг. экв/л). Западинный микрорельеф в сочетании с указанными особенностями-'" обусловили формирование пульсирующего водно-солевого режима, следствием которого является солонцовый горизонт.

Установлено. ■ что примененные в качестве мелиорантов мел и дефека^'- Практически- не уменьшают содоустойчивость и могут быть рекомендованы для мелиорации полугидроморфных и гидроморфных солонцов'! Повторное внесение мелиорантов по достижению 'максимального мелиоративного эффекта, "резко усиливает и ускоряет мелиоративный процесс.

Впервые определена активность ионов жидкой фазы по всему профилю солонцовых почв: Н\ Иа+. Са2+. СГ. В207г". НС0~, С03г". БО^2-. В условиях длительного полевого•опыта проведены сопряженные наблюдения5за изменением физико-химических свойств, активности,. ионЬв'водорода, натрия, кальция, величины известквого и окис-лйтельно-восстановительного потенциалов под влиянием мелиорантов.

Установлено, что ионселективные электроды могут использоваться,, для оперативного контроля мелиоративного процесса. •

- Защищаемое"положения: - результаты исследований подтвердили возможность применения вкачестве мелиорантов для полу- и гидроморфных солонцов мела и дефеката. так как почвенный раствор- над-солонцового горизонта их ненасыщен кальцием,'- -что обусловливает устойчивое растворение рекомендуемых мелиорантов;

- исследуемые солонцы являются современным образованием.--а солонцовый процесс^Йбусловлен-пульсирующим водно-солевым режимом "слабоминерализованных■грунтовых вод гидрокорбонатно-натриевого состава, интенсивность этого процесса определяется глубиной вреза микрозападин и уровнем грунтовых вод, а следствием его' является дифференциация почвенного профиля;

- мелиоранты существенно улучшают структурноег.состояние над-солонцового и солонцового горизонтов, и- как следствие, уменьшают пульсацию грунтовых вод и осолонцевание,■■•-•а повквшенная .в сравне-

Рис.Г . Климадиаграмма

I- осадки; П - среднемесячная температура воздуха, М 1:2; Ш - среднемесячная температура воздуха, М 1:3.

" засушливый период; - полузасушивый период.

н'ш с исходным состоянием водопроницаемость солонцового горизонта усиливает отток продуктов обмена-из мелиорируемого слоя и форми- • рует устойчивые режимы рассоления и рассолонцевания;

- на мелиорированных усиливается гидроморфизм, но присутствие непрореагировавшег'о мелиоранта противостоит зимне-осеннему осолонцеванию и обеспечивает болшую длтиельцость мелиоративного процесса;

- повторное внесение-мелиорантов усиливаете.ускоряет мелиоративный процесс и. существенно удешевляет его;

- электрометрическое определение рН, р№, рСа с помощью ион-селективных электродов является надежным и экспрессным способом контроля карбонатно-кадьциевой системы и мелиоративного процесса.

Практическая ценность и реализация полученных результатов. Разработана технология химической мелиорации лугово-черноземных и чгрноземно-луговых солонцов местными мелиорантами - мелом и дефектом обеспечивающих устойчивый мелиоративный эффект. Результаты исследований использовались при разработке проектно-сметной документации по мелиорации солонцовых почв АОЗТ "Победа" Бобровского у. -'¡сна Воронежской области.

Апробация работы и публикации. Материалы диссертации-доложены на 7. (Ташкент, 1985 г.) и 8 (Новосибирск. 1989 г.) Всесоюзных съездах ВОП, республиканских научных конференциях Академии наук Украины (1989, 1994 гг, Киев), Всесоюзной научной конференции аг-ропочвоведения и плодородия почв в Ленинградском университете (1986 г). Всесоюзных совещаниях Научно-методического и Координационного совета ВАСХНИЛ по мелиорации солонцов (Ставрополь, 1983 г. Новосибирск, 1986 г), межрегиональной научно-практической конференции молодых ученых и специалистов "Производственный потенциал агропромышленного комплекса и пути улучшения его использования" (Воронеж, 1991 г), первой региональной научно-практической конференции "Проблемы интеграции экономической и хозяйственной политики в Черноземном центре России"(Мичуринск. 1995 г.). на ряде других межрегиональных и зональных, а также на ежегодных научно-практических конференциях профессорско-преподавательского состава Воронежского ГАУ им. К.Д.Глинки (1981-1996 гг). По материалам диссертации опубликовано 33 работы, в т.ч. а.с. N 1522098, 1989 (Способ определения потребности солонцовой почвы в мелиоранте).

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов и рекомендаций производству. Изложена на 243 страницах машинописного текста, в том числе 17 таблиц, 22 рисунка, и 20 приложений. Список литературы включает 363 наименований, в том числе 23 на иностранных языках. ■

Объект и методы исследований. Исследования проводились в 1979-1996 годах на землепользовании АОЗТ " Победа" Бобровского района Воронежской области, расположенном в пределах Дон-Битюгс-кого водораздела и приуроченном к южному Битюг-Хоперскому физико-. географическому району лесостепной провинции Окско-Донской низменности.

•Технология химической мелиорации разрабатывалась для полу- и гидроморфных солонцовых почв, которые сформировали комплексы с черноземами различной степени солонцеватости.

Уровень грунтовых вод подвержен сезонной и многолетней изменчивости, а капиллярная кайма, вследствие ёсобенностей гидротермических условий, микрорельефа и литологии, может подниматься до поверхности почвы. Критическая глубина залегания грунтовых вод. определенная по Г.Санду (1984) - 215.6+15 см. а высота поднятия капиллярной каймы рассчитанная по Ю. П. Паракшину (1989), равна для черноземно-луговой почвы 1.47+0.2 м и лугово-чернозем-ного солонца 2.72+0.2 м. что свидетельствует об активном участии их в почвообразовании. Глубина залегания их на опытном участке неодинакова и изменяется от 135 см(черноземно-луговые почвы) до 242см(лугово-черноземные солонцы). Минерализация воды- 0.352 г/л, а химизм сульфатно-гидрокарбонатно-натриевый. По отношению HCÖ-j+S04 <Ca+Mg они относятся к III типу природных вод морского происхождения.

По общепринятым методикам исследовались закономерности изменения состава поглощенных катионов, реакции среды (pH), активности ионов жидкой фазы (pNa.pCa,pHC03,pC03, pS04, pCl. рВ), известковый, натриевый и окислительно-восстановительный потенциалы, со-доустойчивость, агрегатный и структурный составы, состояние дисперсной среды и водно-физические свойства основных компонентов структуры почвенного покрова.

Схема опыта включала следующие варианты:

1.Контроль абсолютный З.Мел 1 доза

2. Гипс 1 доза 4.Дефекат 1 доза

5.Контроль N6оР6о - фон 1 9.Контроль 80 т/га навоза - фон 2

6.Гипс 1 доза + фон 1 10.Гипс 3 дозы + фон 2

7. Мел 1 доза + фон 1 11.Мел 1.5 дозы + фон 2 . > .чсс

8.Дефекат 1 доза + фон 1 12.Дефекат 3 дозы + фон 2

Доза гипса рассчитана по обменному натрию, дозы мела и дефе-ката эквивалентны ей по содержанию кальция.

Мелиоранты и навоз внесены в два приема. Половина дозы была внесена на поверхность почвы и заделана двухкратным дискованием, а вторая половина дозы после внесения заделана вспашкой. Навоз и минеральные удобрения были внесены при закладке опыта в 197.8 гр-ДУ.

Размещение делянок последовательное однорядное, • повторность трехкратная, площадь делянок 1000 м2 (10 - 100 м.). Отбор почвенных образцов для анализов осуществлялся повариантно на постоянных площадках в трехкратной повторности послойно (0-20 и 20-40см) в три срока в мае - перед посевом, августе - после уборки урожая и октябре.

Урожайность учитывали поделяночно. Пересчет в кормовые единицы осуществлялся по принятым коэффициентам (Нормативы прибавок урожая.....1990). Математическая обработка результатов проводилась по методикам описанным Н. А.Плохшским (1967), Е.А.Дмитриевым (1972),Б.А.Доспеховым (1979).

Состояние вопроса. Проанализированы многочисленные работы и рассмотрены существующие представления о генезисе (работы П. мятченского, В.С.Богдана. С.С.Неустроева, Н.М.Сибирцева, К.К.Гед-ройца, К. Д. Глинки, Н.А.Димо, П. С. Коссовича. А. Я. Гордягина, Г. И. Танафильева,' В. А. Ковды, И. Н. Антипова-Каратаева, Н. И. Базилевич, Б.А.Андреева. Е.Н.Ивановой, В.В.Егорова, К.П.Пака,. Б.А.Зимовца, В.Н.Михайличенко, М.Б.Минкина и др.) и сущности и практике химической мелиорации солонцов различными мелиорантами (работы К.К.Гедройца, А.3.Ламбина, А.В.Новиковой, Н.С.Литовченко, A.M. Мо-жейко, С.И.Васильчикова, Н.И.Горбунова с сотрудниками. А.М.-Гри-щенко, И. А. Юрина и И. Ф. Поротикова, М. С. Цыганова. .В. Н. Стебаковой, А. Т.Цурикова, К.Д. Кирпиченко, Н. М.Тарасенко, Л. В.Березина. Н:И.Хаджинова и др.).

Влияние мелиорантов на плодородие солонцов. Исходные почвы характеризовались резко'Дифференцированным почвенным* профилем по содержанию SiOz. R2 03, Na20. CaO, MgO и ила. Коэффициент диффе-

эенциации почвенного профиля возрастает в ряду: черноземно-луго-зая солонцеватая, лугово-черноземный солонец, чернозем обыкновенный сильносолонцеватый, ченоземно-луговой-солонец и равен 1.34, 1.52. 1.58 и 1.70 соответственно. Глубина залегания солонцового горизонта возрастает в ряду черноземно-луговой. лугово-чернозем-ный солонцы, черноземно-луговая солонцеватая, чернозем обыкновенный сильносолонцеватый.

Анализы-показали. что почвы рассматриваемого ряда существенно различаются по содержанию ■различных.форм ила (табл.1).

Максимальное содержание воднопепитизируемого ила отмечается в гидроморфных почвах: черноземно-луговой солонцеватой и черно-земно-луговом солонце. Распределение его по профилю носит неравномерный характер. Наибольшая степень дифференциации профиля по содержанию воднопетизируемого йла отмечается в лугово-черноземном солонце и в черноземно-луговой солонцеватой почве, а в чернозем-но-луговом солбнце наименьшая. -

Установлена средняя отрицательная связь содержания воднопеп-тизируемого ила с величиной 1рН (г=-0.34) и средняя связь с содержанием обменного кальция (г=0.32). лабильного гумуса (г=0.33) илабильных гуминовых кислот (г=0.43).

Распределение агрегированного йла носит иной характер. Максимумы его содержания наблюдаются в черноземно-луговой почве в солевом горизонте и слое 240-250 см, в лугово-черноземном солонце в солевом горизонте и слое 100-110 см, в черноземно-луговой в солевом. В лугово-черноземном солонце отмечается наибольшее из изучаемых почв содержание агрегированного ила.

Установлена средняя связь содержания агрегированного ила с величиной рН (г=Ю.53) и содержанием обменного натрия (г=0.57) и средняя отрицательная связь с величиной (г=-0.34). .

Подобный характер распределения различных форм ила по профилю изучаемых почв объясняется физико-химическими их условиями и позволяют построить генетический ряд по степени развития солонцового процесса: черноземно-луговая солонцеватая почва, черноземно-луговой, лугово-черноземный солонец.

Преобладание воднопептизируемого ила над агрегированным в черноземно-луговом солонце и черноземно-луговой солонцеватой почве свидетельствует об активной миграции его по профилю и развитии осолонцевания. Обратное соотношение этих форм ила в лугово-черно-

Таблица 1.

Величина рН. рМ, рСа. и содержание различных форм ила

Глубина см рН рйа рСа Ил в %

в пасте (1 0.5) общий А Б В

Черноземно-луговая солонцеватая почва, разрез 12

0- 18 7.28 1.11 1.71 32.71 7.84 1. 76 14. 11

30- 40 6.95 1.44 1.69 30.10 7.56 2. 16 20. 28

60- 70 7.38 1.96 1.78 31.56 6.92 2. 92 21. 71

80- 90 7.56 2.19 1.85 31.86 6. 80 1. 32 22. 74

105-115 7.50 2.38 1.71 29.93 7.46 1. 36 21. 13

127-137 7.56 2.30 1.82 23.53 0.46 1. 04 22. 03

190-200 7.51 2.42 1.70 25.81 0. 52 2. 04 22. 25

240-250 7.46 2.30 1.65 25.36 7.96 2. 62 14. 78

Лугово-черноземный солонец, разрез 19

0- 22 7. 32 1.72 1. 75 26.89 2. 64 2. 20 22. 05

25- 35 7. 46 1.47 1. 50 40.52 6. 62 5. 24 28.66

50- 60 8 И 1.51 1 57 34. 48 7. 70 10. 74 16.04

70- 80 8. 08 1.60 1 64 36.60 1. 40 8. 38 26.82

100-110 8 28 1.54 1 58 35. 34 3. 60 9. 02 22.72

140-150 8 12 1.50 1 57 31.39 0. 84 5. 00 25.55

220-230 7 72 1.62 1 54 37.14 0. 42 4. 22 32.70

•1ерноземно-луговой солонец, разрез 11

0-15 6 82 1.81 1 73 25.76 7. 34 1. 80 16.62

25- 35 7 44 1.59 1 57 41.76 9 00 2. 44 30.52

40- 50 7 54 1.53 1 47 44.78 8. 80 2. 44 33.54

55- 65 7 52 1.57 1 54 40.13 9 46 2.40 28.27

70- 80 7 47 1.83 1 59 36.98 7 70 1 66 27.62

115-125 7 35 2.32 1 67 33.39 6 46 1 34 25.59

150-160 7 24 2.69 1 43 29.87 -6 46 1 40 22.01

190-200 7 26 2.67 1 33 33. 05 6 76 1 28 25.01

Примечание: А - воднопептизируемый ил, Б - агрегированный ил, В - остаточный ил.

земном солонце указывает на завершение формирования его профиля и затухание осолонцевания.

Профилеобразующие процессы характеризуют также особенности вертикального распределения органического вещества. Для солонцовых почв характерна повышенная подвижность органического вещества, обусловленная образованием гуматов натрия (табл.2).

Таблица 2

Содержание валового и лабильного гумуса в почвах

Глубина

отбора

см

Содержание гумуса

Валовое % Лабильный *

Общий Гуминовые кислоты Фульвокис-лоты

Остаток

Чернозем обыкновенный солонцеватый, разрез 7

0- ■ 20 4.75 0.70/14. 74 0.53/11. 16 0.17/ 3. 58 85.26

20- ■ 30 2.95 0. 67/22. 71 0.62/21. 02 0.05/ 1. 69 72.29

50- ■ 60 2.31 0.41/17. 75 0.36/15. 58 0.05/ 2. 17 82.25

70- ■ 80 0.56 0.12/21. 43 0.07/12. 50 0.05/ 8. 93 78.57

90- ■100 0.34 0.05/14. 71 0.02/ 5. 88 0.03/ 8. 83 85.29

125- ■135 0.30 0.07/23. 33 0.02/ 6. 67 0.05/16.66 76.67

140- ■150 0. 13 0. 07/53. 85 0.02/15. 38 0. 05/38. 47 46.15

190- 200. 0. 13 0. 05/29. 41 0.02/11. 76 0.03/17. 65 70.59

240- •250 0. 17 0.02/11. 76 0.02/11. 76 - 88.24

Черноземно-луговая солонцеватая почва. разрез 12

0- ■ 18 5.91 1.37/23. 18 0.77/13. 06 0.60/10. 35 76.82

30- ■ 40 3.43 0.53/15. 45 0.48/13.99 0.05/ 1. 46 84.55

60- ■ 70 2.44 0.29/11. 88 0.26/ 8. 20 0.03/ 3. 68 88.12

80- ■ 9.0 0.95 0. 24/25. 26 0.19/20. 00 0.05/ 5. 26 74.74

105- ■115 0.39 0.12/30. 77 0.07/17. 95 0. 05/12. 82 69. 23

127- ■137 0.34 0. 10/29. 41 0.07/20.59 0.03/ 8. 82 70. 59

190- •200 0.17 0. 05/29. 41 0.02/11. 76 0. 03/11. 65 70.59

240- ■250 0.13 0.05/38.46 0.02/15. 38 0.03/23. 08 61.54

- 12 -Продолжение таблицы 2

Глубина отбора см, ■

Содержание гумуса

Валовое % Лабильный *

Общий Гуминовые кислоты Фульвокис-лоты

Остаток

.-Лугово-черноземный солонец, разрез 19

0-22 5.85 0.96/16.41 0.38/ 6.49 0.58/ 9.92 83.59

25- 35 3.39 0.94/27.73 0.50/14.75 0.44/12.98 72.27

50- 60 0.70 0.17/21.52 0.10/12.66 0.07/ 8.86 78.48

70- 80 0.44 0.10/22.73 0.07/15.91 0.03/ 6.82 77.27

100-110 0.21 0.05/23.81 0.02/ 9.52 0.03/14.29 76.19

140-150 0.18 0.05/27.78 0.02/11.11 0.03/16.67 72.22

220-230 0.04 0.02/50.00 0.02/50.00 - - 50.00

Черноземно-луговой солонец, разрез И

0- 15 4. 68 1.32/28. 21 0.72/15. 38 0.50/12. 83 71. 79

25- 35 2. И 0.64/30. 33 0. 55/26. 07 0.09/ 4. 24 69. 67

40- 50 2. 57 0.45/17. 51 0. 38/14.79 0.07/ 2. 72 82.49

55- 65 1. 23 0. 29/23. 58 0. 26/21. 14 0.03/ 2. 44 76. 42

70- 80 0. 22 0. 10/45. 45 0. 07/31. 82 0.03/13. 63 54. 55

115- 125 0. 26 0.02/ 7. 69 0. 02/ 7. 69 - 92. 31

150- 160 0. 13 0. 10/76. 92 0. 05/38. 46 0. 05/38. 46 23. 08

190- 200 0. 18 0. 12/66. .67 0. 07/38. 89 0.05/27. 28 33. 33

Примечание: числитель - содержание лабильных форм, знаменатель - содержание лабильных форм в процентах от валового гумуса.

Распределение лабильного гумуса по профилю изучаемых почв соответствует элювиально-иллювиальному типу: отмечается ®цва максимума в автоморфных и полугидроморфных солонцовых почвах и три -в гидроморфных. Такое же оно и для лабильных гуминовых и фульвс-кислот с резко выраженным, максимумами и минимумами. Доля фульво-кислот возрастает с глубиной.

Установлена средняя отрицательная связь содержания гумуса с величинами рН (г=-0.65) и pNa (г=-0.33), для лабильного гумуса (г=-0.61) и (г=-0.35), лабильных гуминовых кислот (г=-0.66) и (г=-0.35) и лабильных фульвокислот (г=-0.56) и (г=-0.38) соответственно.

Распределение по профилю обменных катионов элювиально-иллювиальное. Преобладающими катионами в "слое 0-150 см являются натрий и кальций, а в слое 150- 250 см возрастает доля магния. Значительная величина гидролитической кислотности свидетельствует о существенном осолодении профиля изучаемых почв. Наличие в ППК солонцовых почв обменного водорода свидетельствует о развитии естественного процесса рассолонцевания. Внесение кальцийсодержащих мелиорантов ускоряет этот процесс, что и составляет сущность химической мелиорации изучаемых почв, разрабатываемой нами.

Выбор доз мелиорантов.Основным способом определения доз мелиорантов является расчетный, по обменному натрию. Метод признан как в отечественной, так и зарубежной практике.. Недостатком этого метода является существенно завышенные дозы для многонатриёвых и. недостаточные для малонатриевых солонцов. Многие исследователи предлагали различные методы: по "кальциевой потребности" (Соколовский), гипсовой потребности (Schoonever) по порогу коагуляции (Мамаева, Лактионов, Пономарева и Парфенов). "донасыщения" (Берс-зин) и другие. Каждый из методов имеет недостатки. На начальном этапе работ, мы использовали расчетный метод, дальнейшие исследования позволили предложить новый метод, основанный на применении ионоселективных электродов с натриевой и кальциевой функциями (а.с.N1522098).

Первоначально рассчитанная (стартовая) доза гипса составила 23.4 т/га, а физическая - 26 т/га. Дозы мела и дефеката по содержанию кальция эквивалентны дозе гипса и составилй:,15-и 32 т/га (физические) соответственно. Доза гипса для повторного,. внесения определялась по предложенному нами методу и составила 4.5т/га .

Влияние мелиорантов на изменение физико-химических свойств солонцовых почв. Количественные и качественные изменения свойств изучаемых почв определялись сравнением данных режимных наблюдений с исходным состоянием (рис.2).

Установлено, что изменение состава обменных оснований находится в тесной зависимости от внесенных мелиорантов, условий ув-

На !лг-зкз/100 г ппч'еы

Са ыг-эке/100 г почвы |

ягм

61

ЗН

(-"•о / > •..

' 4 .

. А

. А *>■-

у/

______ \ '...л'

19г'2 1950 1932 -1984 ..- 1975 1980 1982

1924

Рис.2;. Обменный натрий и кальций по вариантам опыта (слой

Мел •• • Дефекат т

0-20 см),

Контроль---Гипс -

а - неудобренный фон, б - фон 1, в - фон 2.

лажнения различных лет и степени дифференциации почвенного профиля по вариантам опыта, определяющей'интенсивность миграции продуктов обмена. Особенностью мелиоративного процесса следует считать замедленное действие всех мелиорантов, обусловленное малой растворимостью их в условиях близкой к нейтральной или щелочной среды.

На неудобренном фоне при значительных колебаниях содержания обменного натрия по годам наблюдений, отмечается устойчивое осо-лонцевание. Рост содержания его на мелиорированных вариантах в первый год действия является следствием реакции обмена кальция мелиорантов на'натрий ППК. В 1983 году содержание обменного натрия на вариантах с гипсом, мелом и дефекатом уменьшилось в сравнении с исходным состоянием на 40, 27 и,54% соответственно.

■ Повторное внесение мелиорантов в.1984 году снизило содержание обменного натрия в 1986 году на 88.7, 81.8 и 89.8 соответственно в сравнении с исходным состоянием.

Установлена средняя отрицательная связь содержания обменного натрия с содержанием водорастворимого (г=-0.52) и обменного кальция (г=-0.57) и содоустойчивостью (г=-0.62).

Содержание обменного кальция на контроле незначительно колебалось и было близким к исходному уровню. На мелиорированных вариантах в первый год действия отмечается повышение содержания его. В 1981 году содержание обменного кальция на вариантах с гипсом. мелом и дефекатом увеличилось на 64.1, 61.3 и 73.1% соот-" ветственно. Повторное внесение мелиорантов в 1984 году повысило содержание обменного кальция в 1986 году на вариантах с гипсом, мелом и дефекатом на 86.3, 80.1 и 91.0% соответственно.

Установлена средняя связь содержания обменного кальция с содоустойчивостью (г=0.5) и водопроницаемостью (г=0.7) и средняя отрицательная связь с величиною плотности почвы (г=-0.65-0.67) и содержанием структурных отдельностей более 5мм (г=-0.54-0.63).

Изменение ионного состава водных вытяжек. На различных фонах опыта все мелиоранты "в первый год действия повысили величину рН и общую щелочно'сть водной вытяжки, однако на контроле она была выше. с 1982 года величина рН на вариантах с гипсом и дефекатом ниже исходного уровня, а на мелованном остается выше,что объясняется грубым помолом мела. Повторное внесение мелиорантов в 1984 году вновь повысило рН водных вытяжек на мелиорированных вариантах.

но величина ее на контроле была существенно выше. С 1986 года на мелиорированных вариантах рН водных вытяжек резко уменьшается. Нормальная сода за годы наблюдений не обнаружена.

Содопроявление и содоустойчивость. Оценка содопроявления и содоустойчивости осуществлена по методике В.П.Бобкова (1969). В исходном состоянии содоустойчивость низкая и колебалась в пределах 12-18 в пахотном и 10-15 мг.экв/100 г почвы в подпахотном слоях. Все мелиоранты в первый год действия снизили содоустойчивость. Наибольшее снижение ее отмечается на вариантах опыта, размещенных по минеральному Фону, а из мелиорантов - на вариантах с мелом (минеральный фон) и дефекатом (органический фон). На вариантах с гипсом исходный уровень содоустойчивости устанавливается на третий год (неудобренный и минеральный фоны) и второй (органический фон). На мелованных вариантах на четвертый (минеральный фон) и шестой (неудобренный и органический фоны) годы. На всех дефекатированных вариантах на второй год. В солонцовом слое, куда мелиоранты не вносились, содоустойчивость достигает исходный уровень по гипсу: на шестой год (неудобренный и минеральный фоны) и на третий (органический фон), по мелу на седьмой год (на неудобренном) и третий (минеральный и органический фоны). по дефекату на пятый год (неудобренный) и второй (минеральный и органический фоны).

Внесение различных по своей природе мелиорантов не приводит к снижению содоустойчивости, а отсутствие нормальной соды свидетельствует о значительной буферной способности изучаемых почв к подщелачиванию.

Влияние кальциевых мелиорантов на изменение водно-физических свойств. Изучались структурное состояние, плотность и пористость, полевая влажность и-запасы продуктивной влаги, водопрони-, цаемость. Установлено, что процесс оструктуривания на мелиорированных вариантах имеет одинаковую направленность. На вариантах с гипсом уменьшение глыбистости сопровождается увеличением содержания агрегатов 1-3 и 3-5мм, на вариантах с'мелом и дефекатом за счет роста доли агрегатов 0.5-1 и 1-Змм. Снижение количества микроагрегатов сопровождается повышением количества водопрочных агрегатов 0.5-1мм. Структурное состояние контрольных вариантов неудобренного и минерального фонов остается близким к исходному уровню.

Все мелиоранты проявили высокий оструктуривающий( эффект: снизилась глыбистость пахотного и солонцового горизонтов, повысилось содержание водопрочных агрегатов, уменьшилось содержание микроагрегатов.

Установлена средняя отрицательная связь содержания структурных отдельностей более 5мм с величиной р№ (г=-0.57), содержанием водорастворимого (г=-0.54) и обменного кальция!(г=-0.62). водопроницаемостью (г—0.70) и средняя связь с ..величинами рН (г=0.55), рСа (г=0.46), известкового потенциала (г=0.37), содержанием водорастворимого (г=0.37) и обменного натрия (г=0.70), плотностью почвы (г=0.61).

Использование активности ионов для характеристики мелиоративного состояния почв. Изучались активности катионов водорода, натрия, кальция и сульфатного, карбонатного, гидрокарбонатного, хлор и бор анионов; окислительно-восстановительный и известковый потенциалы в почвенных пастах при соотношении почва: раствор равном 1:0.,5. Определение проводили в одной пробе с двойной экспозицией: после 3 минутного перемешивания почвенной пасты и после 24 часов.

Результаты представлены на рисунке з и показывают, что величина рН на контрольных вариантах при значительных колебаниях по годам наблюдений остается примерно на исходном уровне. Мелиоранты неодинаково'изменяют ее величину. На гипсованных вариантах величина рН снижается в первый год ниже уровня ее на контроле и поддерживается на' нем практически весь срок наблюдений. Мел и де-фекат понижая величину рН. в годы с недостатком увлажнения могут превышать ее уровень на контроле. Наибольшие изменения величины рН наблюдаются на вариантах размещенных по органическому фону.

Установлена средняя отрицательная связь величины рН с величиной рНа (г=-0.53-0. 59), содержанием водорастворимого (г=-0.31) и обменного кальция (г=-0.30-0.39), содоустойчивостью (г=-0.48) и водопроницаемостью (г=-0.43-0.51), средняя связь с величиной рСа (г=0.32-33). содержанием водорастворимого (г=0.34-0.46) и обменного натрия (г=0.58-0.63). плотностью почвы (г=0.53).

Величина рНа на контрольных вариантах остается на уровне близком к исходному состоянию. Внесение мелиорантов существенно изменяет режим активности натрия в почвенном растворе и ППК. В первый год величина рйа на мелиорированных вариантах значительно

Рис.3. Изменение величины рН (A), pNa (Б), рСа (В).

Кизв (Г) по годам и вариантам опыта I - контроль, 2 - гипс, 3 - мел, 4 - дефект.

превышает ее уровень на контроле (за исключением вариантов с мелом и дефекатом на неудобренном фоне), что связано со значительным разбавлением почвенных растворов обильными осадками совпавшими со сроком отбора образцов. Максимальное действие мелиорантов проявляется на третий год. на что указывает резкое понижение величины рИа на мелиорированных вариантах. Снижение активности ионов натрия связано с улучшением условий миграции продуктов обменных реакций вследствие оструктуривания пахотного и солонцового горизонтов. Максимальный мелиоративный эффект наблюдается на пятый год после внесения мелиорантов. Повторное внесение мелиорантов в 1984 году резко усиливает и ускоряет рассолонцевание изучаемых почв и препятствует реставрации солонцового процесса.

Установлена средняя отрицательная связь величины рИа с величинами рСа (г=-0.38-0.51). известкового потенциала (г=-0.43). содержанием водорастворимого (г=-0.47-0.61) и обменного натрия (г=-0. 60-0.61). содержанием гумуса (г=-0.33) и лабильных гумино-вых кислот (г=-0.35), содержанием обменного магния (г=-0.34), средняя связь с содержанием водорастворимого (г=0.45) и обменного кальция (г=0.42) и водопроницаемостью (г=0.47).

Величина рСа в исходном состоянии варьирует в пределах 2.11-2.64 единиц на неудобренном фоне, 2.62-2.71 минеральном и 2.21-2.50 органическом соответственно. На контрольных вариантах уровень активности кальция, при колебаниях по годам наблюдений, остается близким к исходному состоянию. На неудобренном фоне все мелиоранты существенно повысили активность ионов кальция, начиная с первого года и поддерживали ее на более высоком в сравнении с исходным уровне. Повторное внесение мелиорантов способствовало еще более резкому повышению активности ионов кальция, что свидетельствует об устойчивом рассолонцевании.

На минеральном фоне мелиоративный эффект прослеживается с третьего года, а повторное внесение гипса закрепляет и стабилизирует его.

На органическом фоне -величина рСа уменьшается на мелиорированных вариантах на 0.83, 1.5 и 0.3 единицы на вариантах с гипсом. мелом и дефекатом соответственно. Повторное внесение мелиорантов в 1984 году повышает величину рСа на вариантах с мелом и дефекатом, в последующие годы она уменьшается и на мелиорированных вариантах остается на более низком в сравнении с исходным

состоянием уровне. Повышение активности кальция в растворе на мелиорированных вариантах стабилизирует процесс рассйлонцевания и предотвращает возможность его реставрации.

Установлена средняя - отрицательная связь величины рСа с со-яерчянием обменного кальция (г—0.51-0.57). содоустойчивостью (г—0.49) и водопроницаемостью (г=-0.38). средняя связь с содер-йлчнзм водорастворимого (г=0.41) и обменного натрия (г=-0.50) и плотностью почвы (г=0.44)

Вйесение мелиорантов неодинаково изменяет карВонатно-'кальци-евсс' равновесие на вариантах размещенных по различному фону. На неудобренном и минеральном фонах известковый потенциал по всем срокам наблюдений остается ниже, чем на контроле. На органическом фене величина-известкового'потенциала существенно "'увеличивается' на вариантах с мелом и дефекатом и 'превьш!ае/его^ уровень-йа контроле.

Изменение 'ОВЙ. Согласно градации Н. К.Хтряна (1968} в'Йсход-ном состоянии окислительно-восстановительный потенциал (ОВП) изу-час-мах почв характеризует'ся'как слабовосстановительный и слабоокислительный. При незначительной тенденции роста ОВП на контрольных вариантах, на мелиорированных отмечается существенное повышение-' его на 60-8'0мв. Улучшение структурного состояния на' мелиори-ро:г:;.:шах вариантах' сопровождается повышением воздухообеспеченнос-Т'.г -яахотЦого слоя' и ростом ОВП. Отмечается повышение ОВП при уменьшений величины рН. Изучение ферментативной активности исследуемых почв показало, что активность дегидрогеназы (окислительно-восстановительный фермент) стабильно снижается вследствие улучшения аэрации пахотного слоя на мелиорированных вариантах. Активность инвертазы при этом возрастает в связи с улучшением фи-¿п.чо-жмических свойств этих вариантов. Поэтому рост ОВП является •;.: -.••:. 1'.-л;г!М мелиоративного процесса.

!?.::-нкнке мелиорантов и удобрений на урожайность сельскохо-з.чяьгесшшх культур. Оно выразилось в достоверной прибавке урожаев по всем культурам на всех вариантах опыта. Наибольшие прибавки уроиаев получены в 1982 (костер на зеленую массу) и 1984 (озимая рокь на зеленую массу) годах.

На вариантах фона без удобрений за восемь лет было получено: на контроле -123.9, по гипсу 168,. мелу - 156.3, дефекату 167.9 центнеров к.е., или 135.5. 125.1 и 135.5% к контролю.

На минеральном фоне за указанный период получено: на контроле - 124.2, по гипсу - 167.9, мелу - 163, дефекату - 177.1 центнеров к. е. что составило 135.4, 131.2 и 142.6% к контролю.

На органическом фоне было получено соответственно 146.2, 228.2, 216.2. 242.4 центнера к. е.. или 156.1. 147.9 и 165.8% к контролю.

Наиболее стабильные прибавки урожаев получены на вариантах, размещенных по органическому фону, что свидетельствует о длительном, устойчивом эффекте совместно примененных мелиорантов и органических удобрений.

Установлена средняя отрицательная связь величины урожаев культур в опыте с количеством осадков (г=-0.44). содержанием обменного натрия (г=-0.40) и содержанием структурных отдельностей более 5мм (г=-0.42), средняя связь с содержанием водорастворимого (г=0.40) и обменного кальция (г=0.36). водопроницаемостью (г=0.36). 1

В большинстве случаев мелиоративный эффект дефеката выше гипса и мела на всех фонах как в одинарной, так и тройной дозах. Так как дефекат не нуждается в дополнительной подготовке к внесению, не слеживается при длительном хранении и может вноситься существующей техникой ( навозоразбрасыватели различных типов), он может быть рекомендован производству в качестве мелиоранта для солонцовых почв.

Выводы

1. Полугидроморфные и гидроморфные солонцы лесостепи Ог.с-ко-Донской равнины находятся в активной стадии формирования, главным фактором которого является пульсирующий водно-солегой режим, ведущий к образованию солонцового горизонта в почвах.

2. Для рассматриваемых почв характерны: неглубокое залегание слабоминерализованных грунтовых вод с критической глубиной ее. равной 215.6+15см и высотой поднятия капиллярной каймы 147+20см у лугово-черноземных и 138+20см у черноземно-луговых солонцов; наличие карбонатов на глубине более 50см, что исключает возможность вовлечения их в мелиорируемый слой и обусловливает необходимость химической мелиорации; резкая дифференциация почвенного профиля по содержанию К2 03,. валового и лабильного гумуса, воднопептизиру-емого ила, подтверждающая морфологическую солонцеватость профиля; признаки развития глеево-элювиального процесса, осолодения и рс-

тественного рассолонцевания под воздействием протона водорода, образующегося при гидролизе воды. Внесение кальцийсодержащих мелиорантов ускоряет этот процесс, что и составляет сущность разработанной нами технологии химической мелиорации солонцов.

3. Разработанная технология химической мелиорации лугово-чер-ноземных и черноземно-луговых солонцов мелом и дефекатом обеспечивает устойчивый' мелиоративный эффект вледствие улучшения структурного состояния и связанного с ним уменьшения амплитуды колебания УГВ и опасности возвратного осолонцевания, существенного уменьшения содержания натрия в ППК (40-90%) и замены его кальцием.

4. Местные кальцийсодержащие мелиоранты незначительно снижают содоустойчивость лишь в первый год действия, повышают щелочность почвенных растворов, однако она не превышает порога токсичности и не сопровождается образованием нормальной соды. На пятый-шестой год после внесения мелиорантов щелочность уменьшается ниже исходного уровня, содоустойчивость возрастает до исходного состояния, а по гипсу и дефекату превышает его.

5. Мелиоранты в первый год действия повышают активность ионов натрия и снижают активность кальция в ППК, а в последующем активность натрия уменьшается, а кальция повышается по сравнению с исходным уровнем. Внесение гипса повышает активность сульфатйонов. тогда как мел и дефекат понижают ее. На мелиорированных вариантах уменьшается активность ионов хлора, что свидетельствует об улучшении условий миграции продуктов обмена.

6. Разовое внесение минеральных удобрений не дает длительного мелиоративного эффекта. Применение мелиорантов на органическом фоне дает наибольший эффект, а повторное внесение их резко ускоряет мелиоративный процесс. Постепенное растворение мела и дефе-ката обеспечивает большую длительность их действия и предотвращает возвратное осолонцевание почв.

7.Благодаря существенному улучшению химических, физико-химических свойств, структурного состояния, повышению ОВП пахотного и солонцового горизонтов под влиянием мелиорантов, урожайность культур возрастает в отдельные годы до 200%. В годы с недостаточным увлажнением прибавки Урожаев максимальны и уменьшаются при нормальном и избыточном увлажнении.

8. Мелиоративный эффект мела сравним, а дефеката в ряде случаев выше гипса.

Предложения производству . 1. Для химической мелиорации лугово-черноземных и черноземно-луговых солонцов рекомендуется использовать дефёкат предпочтительно совместно с высокими дозами органических удобрений. Внесение мелиоранта должно быть дробным. Вначале вносится "стартовая" доза, определенная по обменному натрию, а по достижению максимального эффекта производится повторное внесение, доза мелиоранта может быть определена по способу предлагаемому нами (а. с.N1522098).

2. Использование сыромолотого мела для химической мелиорации возможно, однако неблагоприятный гранулометрический состав снижает его эффективность и замедляет скорость мелиоративных процессов.

3.Для устранения ' дифференциации профиля пятен солонцовых' почв по содержанию ила следует проводить локальное углубление пахотного слоя с ежегодной припашкой 3-5см. "'Это позволит создать мощный однородный пахотный слой без резкого снижения его плодородия.

5.Для предотвращения поверхностного переувлажнения следует провести планировку за счет среза 5-10см горзонта черноземных почв, что при большой мощности этого горизонта существенно не повлияет на их плодородие.

Список основных работ по теме диссертации:

1. Химическая мелиорация черноземных лугово-степных солонцов // Научные основы повышения плодородия почв - Саранск. 1983. -С.109-114 (в соавторстве).

2. Сравнительное изучение действия различных кальциевых мелиорантов на плодородие черноземных лугово-степных солонцов. //Генезис и регулирование плодородия почв/ Сб. научн. тр. Горьковско-ГО СХИ. 1984 -С. 62-65.

3. Изменение состава обменных оснований черноземных лугово-степных солонцов при химической мелиорации//Тез. 7 делегатского съезда почвоведов.-Ташкент. 1985.-Т.5.-С.39.

4. Изменение активности ионов водорода, натрия, кальция, серы и хлора при химической мелиорации черноземных лугово-степных

солонцов//Тез. докл. Всесоюзн. науч. конф.Л.,1986.-С.81-82 (в соавторстве) .

5. Изменение ионного состава водных вытяжек черноземных лу-гсво-степных солонцов при их химической мелиорации//Сб. науч. тр. Воронежского СХИ.-Воронеж,1986. -С. 117-122.

6. Обоснование применимости мела на черноземных солонцах с позиции теории ионных равновесий //Тез. докл. Всесоюз. науч.-тех. совещания.-Новосибирск,1986.-С.135-136 (в соавторстве).

7. Продуктивная влага и урожайность сельскохозяйственных культур на мелиорированных черноземных лугово-степных солонцах. //Генезис, свойства и мелиорация почв Среднерусского черноземья. -Воронеж. 1987.-С.101-106.

8. Черноземные солонцы и их рациональное использование //Изменение почв Центрального черноземья под влиянием антропогенных факторов.-Воронеж,1986. -С.108 -112 (в соавторстве).

9.'Биологическая оценка состояния черноземных лугово-степных солонцов в связи с их химической мелиорацией. //Тез. докл. респ. науч.-тех. конф. - Волгоград, 1989.-С.52-55 (в соавторстве).

10. Повышение плодородия лугово-черноземных солонцовых комплексов методом химической мелиорации в условиях Воронежской области //Материалы респ. науч. конф.-Киев, 1989,- Вып. 3.-С. 123-127 (в соавторстве).

11. Влияние химической мелиорации на биологическую активность черноземных, лугово-степных солонцов //Тез. докл. 8 съезда почвоведов.-Новосибирск, 1989.-Кн. 2.-С. 321 (в соавторстве).

12. Активность натрия и кальция и известковый потенциал как показатель мелиоративного состояния черноземных лугово-степных солонцов..//Тез. докл. 8 съезда почвоведов.-Новосибирск, 1989.-Кн. 5. -С.174 (в соавторстве).

13. Исследование параметров ферментативной активности мелиорированных солонцов// Сб. науч. тр. ВСХИ. -Воронеж. 1989. -С. 100-108 (в соавторстве):

14. Способ определения потребности солонцовой почвы в мелиоранте. а. с. N1522098, 1989 (в соавторстве).

15. Биогеохимические критерии мелиорации почв//Проблемы сохранения почвенного плодородия.-Пенза.1992.-С.-94-95 (в соавторстве).

16.Мелиорация черноземных лугово-степных солонцов и содопро-явление//Сб. науч. тр. ВГАУ. -Воронеж, 1992. -С. -96-106.

18.Известкование солонцов//Тез.докл.-Пенза,1993.-Ч. 1. -С. -9092 (в соавторстве).

19. Известкование полугидроморфных солонцов //Тез. докл. науч. -прак. конф.-Киров. 1993. -С. -77-78.

20. Биологическая оценка мелиоративного состояния черноземных лугово-степных солонцрв//Тез.докл.междунар. науч.-практ.конф. молодых ученых и специалистов по проблемам интенсификации сельского хозяйства.-КазНИИЗХа.-Шортанды,1993.-Ч.1.-С.73-74 (в соавторстве) .

21.Рациональное использование почв, имеющих дефицит каль-ция//Материалы науч.-практ.конф.-Киев.1994. -С7248-249.

22.Мелиорация почв и экология//Проблемы интеграции экологической и хозяйственной политики в Черноземном центре России.-Мичуринск, 1995. -Ч. 2. -С. -47-48 (в соавторстве).

23. Особенности гидрологического режима мелиорированных полугидроморфных солонцов лесостепной зоны Воронежской области.// Сб. науч. тр. ВГАУ.-Воронеж, 1995.-С. 109-116 (в соавторстве).

Подписано к печати 19.03.97г. Формат 60x841/16 Бумага кн.-журн. Гарнитура Машинопись. Усл.п.л. 1. Тираж 100 экз.

Заказ № 256.

Воронежский государственный аграрный университет имени К.Д. Глинки Типография УКЦ агроэкономики (CAGE) 394087, г. Воронеж, ул. Мичурина, 1.