Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Исследование фосфатного режима дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почвы при внесении суперфосфата и фосфоритной муки на фоне известкования

ВАК РФ 06.01.04, Агрохимия

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, кандидата сельскохозяйственных наук, Кулибали Алу, Москва

Российский университет дружбы народов

На правах рукописи

Кулибали Алу

Исследование фосфатного режима дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почвы при внесении суперфосфата и фосфоритной муки на фоне известкования

06.01.04- агрохимия

Диссертация на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Научные руководители: доктор сельскохозяйственных наук, профессор А.Г. Тре^о^^^^ кандидат биологических наук, старший научный сотрудник О. Ю. Белоцветова

Москва-1999

Содержание

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

Глава 1. Обзор литературы........................................................7

1.1. Особенности дерново-подзолистых почв.........................7

1.2. Фосфатный режим дерново-подзолистых почв и изменение его под влиянием фосфоритования и известкования................ 11

1.2.1. Превращение фосфора удобрений в дерново-подзолистых почвах.........................................................11

1.2.2. Влияние фосфоритования и известкования на фосфатный режим почв.....................................................................18

1.3. Эффективность фосфорных удобрений при известковании кислых почв..................................................................24

1.4. Методика определения фосфатного режима почв...............29

1.5. Экологическая оценка применения известковых и фосфорных удобрений................................................................35

Глава 2. Условия и методы исследований....................................41

2.1. Почвенно- климатические условия места проведения опытов..................................................................41

2.2. Объекты исследования................................................43

2.3. Схема опытов и агротехника........................................46

2.4. Метеорологические условия в годы проведения полевых

опытов... ...........................................................49

2.5. Методы исследований.................................................52

Глава 3. Изменение агрохимических свойств дерново-подзолистой

тяжелосуглинистой почвы при периодическом известковании

и фосфоритовании...........................................................54

Глава 4. Фосфатный режим дерново-подзолистой тяжелосутлинистой почвы.....................................................................................(л

4.1. При периодическом известковании и фосфоритовании.......61

4.2. При компостировании................................................ 69

Глава 5 . Оценка методов определения подвижных фосфатов

в почве.................................................................................75

Глава 6. Влияние фосфоритной муки и суперфосфата на урожай и качество сельскохозяйственных культур при известковании......................84

Глава 7. Экономическая и энергетическая эффективность и экологическая оценка фосфорных удобрений и извести................................100

7.1. Оплата удобрений прибавками урожая и их энергоотдача. ..100

7.2. Экологическая оценка применения удобрений.................102

Выводы.......................................................................105

Рекомендации производству........................................... 107

Литература..................................................................108

Приложения .............................................................136

Введение

Одной из важных проблем химизации сельского хозяйства является повышение плодородия почв на основе рационального использования минеральных и органических удобрений. В первую очередь это относится к земледелию зоны дерново - подзолистых почв, которые характеризуются низким естественным плодородием, что связано прежде всего с повышенной кислотностью их и низким содержанием подвижных форм фосфора (Кирпичников, 1987; Зонн, 1989).

Необходимость разработки научно - обоснованных рекомендаций по использованию фосфорных удобрений диктуется сложной обстановкой в сельском хозяйстве России (сокращение поставок промышленных удобрений, резкое повышение цен на них), а также проведением необходимых мероприятий по устранению повышенной кислотности почв этой зоны путем известкования. В этих условиях повышается роль использования местных и более дешевых природных фосфорных удобрений в частности фосфоритной муки.

Существуют два противоположных мнения о возможности применения молотого фосфорита в качестве удобрений совместно с известкованием. В ряде западно - европейских странах молотому фосфориту отводилась лишь узкая область применения на сильно кислых почвах. Но как показали впервые проведенные в России полевые опыты (на Соликамской опытной станции), на фоне известкования действие молотого фосфорита на урожайность многих сельскохозяйственных культур не уступало по эффективности суперфосфату. Но нужно было выяснить, как действует молотый фосфорит в условиях периодического известкования, когда в почве создаются различные уровни реакции среды. Такие длительные полевые опыты по выявлению эффективности фосфорита в условиях периодического известкования были заложены в 1966г. на Центральной опытной станции ВИУА (Домодедовский район Московской области) на типичной дерново - подзолистой тяжелосуглинистой почве в условиях пятипольного севооборота (Шильников, Кирпичников, Белоцветова, 1998).

Как показывает продолжительность опытов (более 30 лет) по итогам их были разработаны ценные пр^ожения по применению фосфоритной муки в сочетании с различными дозами извести.

В опытах приняли участие ведущие сотрудники ВИУА и ЦОС этого института: И.А. Шильников, H.A. Кирпичников, В.Г. Игнатов и другие.

Но, несмотря на важность и фундаментальность полученных, этими исследователями результатов, ряд вопросов требовали дальнейшего выяснения и уточнения, поэтому эти опыты нами были продолжены (1996-1998гг).

Представляет научный интерес вопрос методы анализа почвенных фосфатов, наиболее точно отражающие фосфатное состояние почвы при фосфори-товании и известковании и изучение поведения фосфора фосфоритной муки при известковании, а также определение количественного содержания его в почве. Не полностью изучено влияние известкования и фосфоритования на микробиологическую активность тяжелосуглинистой дерново - подзолистой почвы. Актуальным является также вопрос: как внесение фосфорных удобрений и известкование оказывают влияние на окружающую среду, имея в виду, что в фосфоритной муке, суперфосфате и известковых удобрениях часто встречаются вредцые вещества, такие как тяжелые металлы, радионуклиды и др.

Кроме того, в лабораторные исследования нами были включены фосфориты из месторождения моей родины - Республики Мали. Это важно потому, что в нашей стране нет пока развитой туковой промышленности, хотя имеются богатые залежи фосфоритов. Природные запасы их составляют примерно 20 млн. тонн (Thibout.,Traore, Pieri, Pichot,1980; Clellan, Notholt, 1982; Витухина Г.О, 1989).

Целью наших исследований было изучение возможности более широкого применения фосфорных удобрений в зоне дерново - подзолистых почв и в частности фосфоритной муки, вырабатываемой из местных ресурсов. Важно было выяснить влияние этих удобрений на плодородие почвы, продуктивность сельскохозяйственных культур и экологическую обстановку.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

- Определить действие и последействие фосфоритной муки и двойного суперфосфата в условиях периодического известкования на физико-химические свойства дерново - подзолистой тяжелосуглинистой почвы.

- Изучить фосфатный режим дерново - подзолистой тяжелосуглинистой почвы в периоды действия и последействия фосфорных удобрений с известью.

- Дать оценку различным методам по определению содержания подвижных фосфатов в почве.

- Выяснить влияние известкования и фосфоритования на микробиологическую активность дерново - подзолистой почвы.

- Установить действие и последействие фосфорных удобрений и известкования в полевом севообороте на урожайность и качество сельскохозяйственной продукции.

Определить влияние фосфоритования и известкования на экологическую обстановку при систематическом применении фосфорных и известковых удобрений.

- Дать экономическую и энергетическую оценку действия фосфорных и известковых удобрений.

- По итогам исследований, дать рекомендации производству.

ГЛАВА 1. Обзор литературы 1.1 Особенности дерново-подзолистщх почв

Дерново-подзолистые почвы распространены преимущественно в южных районах европейской и азиатской таежной - лесной зоны части России. Площадь их составляет 185млн.га. Условия образования дерново-подзолистых почв хорошо описаны во многих работах (Корников., Небольсин и др.,1971; СЬаиуеГ 1987; Кауричев, Панов, Розов и др. 1989; Глазовская, Геннадиев, 1995; Щербаков, Пратасова и др., 1996).

Состав и свойства дерново-подзолистых почв во многом зависят от приемов их окультуривания и механического состава, но в первую очередь определяются свойствами голоценовых суглинистых и глинистых, двучленных гляци-альных, флювиогляциальных и древнеаллювиальных отложений, на которых формируются эти почвы (Щербаков, Протасова и др., 1996).

Генетическими свойствами дерново-подзолистых почв являются сильная кислотность, слабая насыщенность основаниями и низкое содержание подвижного фосфора. Для дерново-подзолистых почв характерны резкое расчленение профиля на генетические горизонты Ао+А1+А2(А2В)+В+С и наличие гумусового и подзолистого горизонтов в верхней части профиля. В этих почвах, наблюдается преобладание первичных минералов (кварца, полевых шпатов, слюд и др.), из вторичных минералов присутствуют гидрослюды, вермукулит, минералы монтмориллонитовой группы, аморфные полуторные окислы и в небольших количествах каолинит, гидрогетит.

Валовой химический состав целинных дерново-подзолистых суглинистых почв неоднороден по профилю: верхняя часть (горизонты А]А2) обеднены оксидами железа и алюминия и относительно обогащены кремнеземом, средняя же часть (горизонт В) характеризуется высоким содержанием железа и алюминия, что свидетельствует о разрушении верхней части профиля и перераспределении продуктов разрушения по профилю (Лыков, Коротков и др., 1989).

Резкая дифференциация профиля на генетические горизонты отражается на содержании гумуса. Практически весь гумус сосредоточен в горизонте А} (1,5-2,3%Х в подзолистом горизонте его количество резко уменьшается и измеряется чаще всего десятыми долями процента. В связи с этим запасы гумуса в почве невелики и колеблются в полуметровом слое от 50-60 до 70-80% (Наконечная, 1988). По составу гумус фульватный ( ГК: ФК<0,3 ) или гуматно-фульватный (ГК: ФК = 0,3-0,6 ) и характеризуется преобладанием в нем фуль-вокислот ( ФК). Количество гуминовых кислот (ГК) невелико. Благодаря этому отношение ГК к ФК в гумусовом горизонте не превышает, как правило, 0,6-0,8 и резко уменьшается в подгумусовой части профиля до 0,2- 0,3 (Глазовская, Геннадиев, 1995). Лишь в дерново- подзолистых остаточных карбонатных почвах, образс^вавшихся на карбонатных породах, в гумусовом горизонте ГК накапливается больше ФК,^<жязи с чем отношение ГК:ФК >1.

Емкость поглощения в гумусовом горизонте дерново-подзолистых суглинистых почв колеблется от 9-12 до 15-20 мг-экв на 100г почвы. С глубиной она заметно уменьшается в подзолистом и возрастает в иллювиальном горизонте, что связанно с различным содержанием в них илистых и коллоидных частиц. Содержание физической глины в дерново- подзолистой почве составляет в пахотных горизонтах 35-40%, в подпахотных - 43-46%, в иллювиальных- 4453%; в илистой фракции 10-15% ; 26-28% и 26-30% соответственно (Наконечная,1985).

В состав обменных катионов входят Са 2+, Н +, и А13+, причем на

долю водорода и алюминия приходится обычно значительная часть от суммы всех обменных катионов, поэтому верхняя часть профиля не насыщена основаниями (< 50%) и рНКС1 ее составляет 4,5-5,0. С глубиной степень насыщенности ими возрастает, достигая в горизонтах В и С 80-90%. Но в результате применения органических и известковых удобрений реакция почв может сильно отличаться от первоначальной и колебаться от сильнокислой до нейтральной. Эти почвы содержат повышенное количество подвижных форм Бе, А1, и Мп, что

может представлять токсичность для культурных растений (Авдонин ,1969; Laflamme, Baril et etc., 1973).

Содержание азота в дерново - подзолистых глинистых целинных почвах тесно связано с количеством гумуса и составляет в гумусовом горизонте 0,120,20%. Преобладающая часть этого элемента входит в гумуса, полугумифици-рованных растительных и животных остатков, плазмы микроорганизмов и поэтому азот недоступен растениям. Доля минеральных форм азота (нитратного и аммонийного) незначительна и составляет обычно 5-7% его общего количества. С глубиной содержание валового азота и количество его подвижных форм уменьшается вследствие уменьшения количества гумуса.

Содержание валового фосфора в целинных суглинистых почвах зависит от количества гумуса и наличия в минеральной части фосфорсодержащих минералов. Чаще всего количество валового фосфора в гумусовом горизонте составляет 0Д-0,2 %. Значительная часть фосфора прочно связана с несиликатными аморфными полуторными окислами и глинистыми минералами, вследствие чего их доступность растениям ограничена. Подвижные формы фосфора (по Кирсанову) составляет ниже 0-5, реже5-10 мг на 100г почвы и лишь в окультуренных почвах 15 -20мг на 100г почвы и более ( Кауричев и др., 1996).

Содержание валового калия в рассматриваемых почвах значительное и колеблется от 1,5 до 2,0-2,5%. Много его в тяжелых почвах^ богатых калийными минералами (ортоклаз, слюды и др.). В то же время большая часть калия недоступна растениям, так как прочно связана с другими элементами в кристаллической решетке минералов и переходит в доступные растениям формы при химическом выветривании минералов. Доля обменного и водорастворимого калия невелика и не превышает 1-2% его валового содержания и составляет 7-15мг К20 /ЮОг почвы (по Пейве ).

Содержание микроэлементов в дерново-подзолистых почвах колеблется в очень широких пределах, поэтому в одних случаях возможен недостаток, а в других избыток любого микроэлемента.

Большое влияние на плодородие почв оказывают их физические свойства. Характерные особенности этих почв следующие: формирование водопрочных агрегатов происходит только в горизонте А1 (в нем содержится 20-40% водопрочных агрегатов крупнее 0,25 мм); незначительное содержание агрегатов в подзолистом и иллювиальном горизонтах; плохая устойчивость большинства агрегатов гумусового горизонта к механическому воздействию воды и сельскохозяйственных хэрудий. Характерные черты этих почв: низкая плотность и высокая порозность гумусового горизонта (54-56%). С глубиной плотность почвы увеличивается, а порозность уменьшается до 40-43%.

Горизонты А1 и А2 дерново-подзолистых суглинистых почв быстро впитывают осадки и проводят их в нижележащие слои. Доходя до верхней границы горизонта В вода начинает просачиваться гораздо медленнее. При непрекращающемся поступлении влаги она накапливается в горизонте А1 и в результате верхняя часть профиля переувлажняетется, в ней развиваются восстановительные процессы, накапливаются токсические соединения закисного железа, подвижных форм марганца, алюминия и др.(Лыков, Короткое, 1989).

Для окультуривания этих почв, необходимо осуществлять комплекс агротехнических и других мероприятий. Главные из них- увеличение мощности пахотного слоя до 25-28см в полевых севооборотах и до 30-35см в овощных; увеличение степени насыщенности основаниями; нейтрализация избыточной кислотности с доведением рН до5,5-6,0; увеличение содержания гумуса и улучшение его качественного состава; улучшение содержания в пахотном слое подвижных форм азота, фосфора и калия; увеличение водного и воздушного режимов и др.

Только на основе знаний всей совокупности агрономических свойств дерново-подзолистых почв можно правильно наметить пути наиболее эффективного использования удобрений и внедрение научно обоснованной агротехники.

1.2. Фосфатный режим дерново - подзолистых почв и изменение его под влиянием фосфоритования и известкования

1.2.1.Превращение фосфора удобрений в дерново-подзолистых почвах

Формирование фосфатного режима почв и поддержание его на оптимальном уровне достигается в основном за счет внесения фосфорсодержащих удобрений, но к сожелению невысок процент усвоения растениями фосфора из удобрений (10-25%) вследствие связывания этого элемента в слаборастворимые соединения (Хмелинин, 1988).

В настоящее время повышение эффективности фосфорных удобрений относится к одной из важных задач агрохимии. Скорость и направленность превращений фосфора в почве зависит от форм фосфорных удобрений, насыщенности фосфатной емкости почвы (доз фосфорных удобрений), времени взаимодействия их с почвой, а также от физико-химических свойств ее (кислотность, сумма поглощенных оснований, степень насыщенности почвы основаниями, особенно магнием, механический состав почвы, и т.д.) , и метеорологических условий (Черненок, 1985; Богдевич, Шаталова, 1985; Антипина,1987; Стрельченко,1987; Kundu, Kamanth, Goswmi, 1989; Fardeau, Staimesse, 1995; Neyroud, Yelmini, Aeby, Ravenel, 1995; Simonis, 1996; Daula, Loannou, Dimirkou ,1996; Ryser, 1992; Barrow,1985 ).

В зависимости от факторов влияющих на трансформацию фосфатов в почве, можно выделить следующие основ