Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

ИССЛЕДОВАНИЕ КОМПОНЕНТНОГО СОСТАВА И БАЛАНСА ЧЕРНОЗЕМА ТИПИЧНОГО ЦЧО В РАЗЛИЧНЫХ РЕЖИМАХ ЕГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

ВАК РФ 06.01.03, Агропочвоведение и агрофизика

Автореферат диссертации по теме "ИССЛЕДОВАНИЕ КОМПОНЕНТНОГО СОСТАВА И БАЛАНСА ЧЕРНОЗЕМА ТИПИЧНОГО ЦЧО В РАЗЛИЧНЫХ РЕЖИМАХ ЕГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ"



На правах рукописи

Блеканов Дмитрий Николаевич

ИССЛЕДОВАНИЕ КОМПОНЕНТНОГО СОСТАВА И БАЛАНСА ЧЕРНОЗЕМА ТИПИЧНОГО ЦЧО В РАЗЛИЧНЫХ РЕЖИМАХ ЕГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

Специальность 06.01.03 - «Агропочвоведение, агрофизика»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Воронеж-2004

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

Ведущая организация: Воронежская государственная лесотехническая академия

Зашита состоится 8 апреля 2004 года в 12 часов на заседании диссертационно^ о совета Д 220.010,06 Воронежского государственного аграрного унив^хш' '?;-им. К. Д. Глинки по адресу: 394087, г. Воронеж, ул, Мичурина 1,ауд. 268.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Воронежского пх>. венного аграрного университета им. К. Д. Глинки.

Автореферат разослан «5» марта 2004 года.

Научный руководитель:

доктор сельскохозяйственных наук, профессор Воронин Виктор Иванович

Официальные онпоненты:

доктор сельскохозяйственных наук, профессор Дедов Анатолий Владимирович кандидат биологических наук, доцент Королев Валерий Анатольевич

Ученый секретарь диссерш)ионного совета у-

кандидат сельскохозяйственных наук, доцент {//иь^^х О. М. 1!Ч\: цова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность.

Черноземы типичные занимают в ЦЧР около 32,7% при этом степень их распаханностн достигает 93% (Почвы Воронежской области, 1998; Воронин, 2002). Сталь интенсивное их использование со временем приводит к изменению изначальных величин основных показателей состояния почвы. Эти изменения затрагивают состояние органического вещества, почвенно-поглошающий комплекс почвы и других компонентов. Темпы их изменчивости определяются региональными особенностями использования данных почв.

В настоящее время интенсивное земледелие основывается на получении высоких, урожаев сельскохозяйственных культур, отчуждения с поля большей части не только основной, но и побочной продукции, при этом количества внесенных в почву химических элементов с органическими и минеральными удобрениями, не могут компенсировать в полной мере изъятие их из почвы. Поэтому в условиях нарастающей интенсификации земледелия, чаще всего происходит постепенное срабатывание резервов химического фонда почвы, невосполнимое ограниченным набором минеральных удобрений.

В условиях все возрастающих нагрузок на почву наиболее актуальной становится проблема выявления направленности н пределов изменчивости основных компонентов почвы, от характера использования конкретного угодья, культур севооборота, их чередования, а также применения доз минеральных и органических удобрений (за год, ротацию, определенный промежуток времени).

Учитывая то, что чернозем типичный в регионе занимает преобладающую площадь, знание пределов и понимание механизма изменения его химического фонда, гумуса, гидролитической и обменной кислотности, поглощенных оснований, типоморфных элементов в процессе выращивания культур весьма актуально и своевременно.

Цель исследования: установить направленность и пределы изменчивости компонентного состава чернозема типичного в различных режимах его использовании. Для этого необходимо было решить следующие задачи;

1. Выявить изменяющиеся компоненты почвенного плодородия в различных режимах использования чернозема типичного;

2. Установить направленность и долю изменения компонентного состава чернозема типичного в различных режимах использования;

3. Разработать методические подходы для определения изменчивости основных компонентов плодородия чернозема типичного при интенсивном его использовании;

4. Провести балансовые расчеты гумуса и 12 химических элементов (Ы, Р, К, Са, N3, А1,2п, Мп, Ре, 8!, 5);

Разработать общий алгоритм и действующую программу расчета пределов изменчивости компонентного состава чернозема типичного.

Цп£ МСХА

{»«"«йЙ ЛГМрЗТУ?«>

I

гФ__:

Научная новизна.

Ь Впервые в условиях стационарных опытов изучены режимы и балансы органического вещества и тнпоморфных элементов;

2. Впервые разработаны алгоритмы расчета баланса и прогноза изменения содержания гумуса и химических элементов.

Защищаемые положения.

t. Длительное использование чернозема типичного (в режимах: многолетний чистый пар; лесная полоса; севооборот с различными видами компенсационных мероприятий) приводит к достоверному снижению содержания гумуса, подкис-лению почвенного раствора, увеличению содержания подвижного фосфора н обменного калия;

2. Разработанные методические подходы к определению пределов изменчивости основных компонентов чернозема типичного позволяют выявить изменение содержания 12 химических элементов и гумуса в почве и делать прогнозы их состояния во времени;

3. Полученные пределы изменения компонентного состава чернозема типичного могут быть приняты за основу при создании алгоритмов н программ прогнозных оценок с использованием компьютерных технологий;

4. Предлагаемый нами алгоритм и компьютерная программа позволяют: а) рассчитать баланс гумуса и питательных элементов в севообороте; б) установить потребность в органических удобрениях для бездефицитного баланса гумуса; в) определить структуру посевных площадей, исходя из конкретных условий хозяйства; г) установить излишки соломы озимых и яровых зерновых культур, которые могут быть, использованы как органические удобрения; д) определить экономическую эффективность применяемых в хозяйствах минеральных удобрений; е) контролировать состояние показателей плодородия почвы с высокой точностью.

Практическая значимость.

1. Разработанные методические подходы позволяют прогнозировать изменение гумуспого состояния чернозема типичного в зависимости от чередования культур в севообороте и различных вариантов компенсационных мероприятий, что можно рекомендовать для использования в производственных и научных учреждениях;

2. Разработанная компьютерная программа «Balance» используется в учебном процессе и научных исследованиях на кафедре агрохимии ВГАУ им. К Д. Глинки н может быть рекомендована для использования в научных и производственных учреждениях России.

Апробация работы и публикации, Материалы диссертации докладывались на научных студенческих конференциях 1998-2000 гг., научных и учебно-методических конференциях профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов ВГАУ в 2001-2002 гг., Меж региональной научно-практической конференции молодых ученых и специалистов в 2003 году. По материалам диссертации опубликовано 8 работ, в том числе, монография в соавторстве.

Личный вклад «втора.

В работе использовались материалы, полученные лично автором. Им разработана программа исследования, проведен отбор почвенных образцов, выполнена экспериментальная работа, теоретическое обобщение и выводы.

Структура и о<гьем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, рекомендаций производству. Она изложена на 190 страницах машинописного текста. Включает 60 таблиц, I рисунок, 12 приложений. Список литературы состоит из 249 наименовании, й том числе 13 на иностранных языках.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ 1 Проблема исследовании компонентного состава чернозема типичного ЦЧО в различных режимах его использования

В этом разделе проведен аналитический обзор информации. Рассматривается проблема изучения изменения компонентного состава в различных режимах использования чернозема типичного. Также показываются возможные экологические последствия, возникающие при увеличении антропогенного воздействия на почвенный покров.

Изучение материалов научных публикаций показало, что; в проводимых ранее исследованиях нет четкого разграничения доли влияния изучаемых факторов на изменение компонентного состава чернозема типичного; не учитывается вся сформированная биомасса каждой культуры севооборота (как правило, учитывается только урожайность основной и побочной продукции); недостаточно данных по влиянию культур севооборота и применяемых агротехнических приемов на изменение компонентного состава чернозема типичного; обычно констатируется полученные экспериментальные данные, без каких-либо попыток объяснить механизм протекающих в почве процессов; недостаточно материала по химическому составу органов культурных растений возделываемых на черноземе типичном ЦЧО; проанализированные расчетные методы баланса гумуса во многом имеют условный характер. Слабые стороны их заключаются в использовании усредненных нормативных данных. Не всегда учитывается влияние произрастающей культуры, региональные особенности ее возделывания, компенсационные мероприятия.

Все это послужило основой для проведения данных исследований.

2 Методология, объекты и методы выявления изменения компонентного состава чернозема типичного ЦЧО

Методологией научного познания является системный подход, который предусматривает комплексное изучение показателей, единство их внутренней динамики, временную изменчивость и определенную направленность происходящих процессов. В зависимости от соотношений между необходимым уровнем обеспечения растений элементами питания, и системой компенсирующих мероприятий, могут изменяться содержание валового гумуса, показатели кислотности почвенного раствора, емкость поглощения, содержание подвижного

фосфора и обменного калия. Все это может привести к неблагоприятному протеканию почвенных процессов, что сказывается па величине н качестве получаемой продукция.

Почва должна вначале отдать часть химических элементов для формирования биомассы растений. В природной среде, после того как растение отмирает, практически все химические элементы взятые из почвы возвращаются в нее вместе с отгадом, В агроэкоснстеме происходит постоянное отчуждение биомассы с урожаем основной и побочной продукции. Вместе с биомассой отчуждаются и химические элементы, входящие в ее состав. Если не предусматривать системы компенсирующих мероприятий, то со временем почва истощится и не будет способна отдавать химические элементы для формирования биомассы растений, соответственно снизится урожайность культур, ухудшится качество. Ухудшения быстрее произойдут под теми культурами, которые обладают высоким выносом химическим элементов, н малым возвратом. Компенсирующие мероприятия направлены на восстановление исходного содержания химических элементов в почве, однако, восстановление происходит только частично, по нескольким химическим элементам таким как, азот, фосфор, калий, кальций.

Выявление изменений показателей плодородия следует осуществлять с определенной периодичностью, с выбором того млн иного аналитического метода с учетом возможной ошибки. Чем продолжительнее будет сохраняться нежелательное сочетание неблагоприятных почвенных процессов, тем отчетливее и конкретнее могут выявляться отклонения в равновесности и сбалансированности элементов в бногеохимнческой системе. Разные уровни компенсации будут уменьшать неблагоприятные процессы, но в целом направленность их остается отрицательная. Приняв данное положение за рабочую гипотезу, достижение поставленной цели можно осуществить путем непременного учета силы влияния доминирующего фактора и времени его действия. Вновь обретенное содержание химических элементов системы под воздействием оцениваемого агротехнического приема должно превышать исходное содержание, для того, чтобы это созданное состояние можно было бы зафиксировать существующими методами; иметь стабилизированную стадию направленности процесса (на воспроизводство, на сохранение до опытного состояния, на уменьшение).

Под воздействием интенсивной антропогенной нагрузки разомкнулся биогеохимичсский круговорот веществ, стала проявляться отрицательная направленность в балансе химических элементов. Круговорот приобрел выраженный разомкнутый характер, связанный с годовым удалением с поля до 6070% биомассы и с ней использованного из почвы количества биогенных элементов.

Для уменьшения неблагоприятных проявлений, человек применяет различные приемы агротехники: внесение химических вешеств (минеральные удобрения, пестициды), обработка почвы (Воронин, 1996а). Так, обработка почвы (вспашка, боронование и др.), вместе с положительными моментами, приводит к проявлению такого нежелательного процесса, как усиление минерализации органического вещества. Все это со временем приводит к изменению компонентного состава чернозема типичного.

Объекты и методы исследования

Для выявления изменения компонентного состава чернозема типичного выбран объект исследования: чернозем типичный среднемощный среднегумус* ный тяжелосуглинистый в различных режимах использования, расположенный в: учебном хозяйстве "Березовское" Воронежского госагроу н и вере итета Рамон-ского района Воронежской области; Научно-исследовательском институте сельского хозяйства Центральночерноземной полосы им. В.В. Докучаева Тало вс кого района Воронежской области; биосферном заповеднике им, Алехина «Стрелецкая степь» Курской области.

Выбор объекта исследования определялся; преобладанием исследуемого подтипа почвы над другими в ЦЧР - около 32,7%; наличием длительного стационарного опыта в Рамонском районе, целинного состояния чернозема типичного (некосимая и косимая степь) в Каменной и Стрелецкой степи. Такой выбор вариантов позволяет расширить пределы выявления изменения компонентного состава чернозема.

Исследования проводились в многолетнем полевом стационарном опыте с удобрениями кафедры агрохимии Воронежского государственного аграрного университета имени К.Д, Глинки, Опыт был заложен в 1969 году в учебном хозяйстве «Березовское» Рамонского района в шестипольном севообороте со следующим чередованием культур: I. Черный пар; 2. Озимая пшеница; 3. Сахарная свекла; 4, Яровая пшеница; 5. Кукуруза на силос; 6. Ячмень.

Для проведения исследований из схемы длительного стационарного опыта выбраны следующие варианты: 1) без внесения удобрений; 8) 1 доза №К; 9) 2 дозы ЫРК; 11) 1 доза навоза; 12) 1/2 дозы навоза + 1/2 КРК; 13) I доза навоза + 1 доза ЫРК; 17) навоз на р.в.п. (расширенное воспроизводство плодородия почвы) + №К. Набор данных вариантов позволит, по нашему, мнению, проследить направленность изменения компонентного состава чернозема типичного в зависимости от компенсационных приемов. Исследования, наблюдения и анализы проводили со глас [(о общепринятым методикам с использованием полевых и лабораторных методов. Агротехника возделывания культур в полевом опыте зональная, общепринятая для лесостепной зоны Воронежской области.

В биосферном заповеднике им. Алехина «Стрелецкая степь» нами для исследования выбраны следующие режимы: некосимая степь; ежегодно косимая степь; косимая степь 1 раз в 4 года; многолетний чистый пар.

В НИИСХ ЦЧП им. В.В, Докучаева «Каменная степь» были выбраны следующие режимы: некосимая спепь; косимая степь; лесная полоса №40; пашня. Различные режимы использования; некосимая и косимая степь, многолетний чистый пар, многолетняя лесная полоса, пашня, а также различные варианты применения минеральных ч органических, удобрений способствуют решению задач исследования и достижения цели.

Почвенные образцы отбирали перед уборкой культуры бурением в 3-х кратной повторности с каждого взрианта послойно; 0 - 20, 20 - 40 см {учхоз "Березовское"); на целинных участках и чистом паре - 0-20, 30-40, 60-70 см (Стрелецкая степь). Из разрезов по глубинам 0-20, 30-40, 60-70 см (Каменная

степь). Глубина отбора образцов осуществлялась в соответствии с .методикой разработанной В.И. Ворониным (1970), что позволяет сравнивать поточечному методу количественные изменения на территориально разобщенных участках (Полыиов, 1956; Панин, 1968).

В почвенных образцах определяли: - рН солевой вытяжки - потенцнометрически м методом (ГОСТ 26483 - 85); - гидролитическую кислотность (ГОСТ 26212 - 84); - поглощенный кальций и магний тригонометрическим методом (ГОСТ 26487-85); - подвижные формы фосфора и калия по Ф,В. Чирикову (ГОСТ 26204 - 84); - вшговон гумус по И.В. Тюрину (ГОСТ 26213 - 84) в модификации Б.А, Никитина, Составление химического состава органов растений было проведено на основании данных В.И. Воронина для культур выращенных на черноземе типичном (1986, 1988, 2002). Химический состав органов растений определялся атом но-алсорбцно иным методом на базах Тамбовского института химического машиностроения, Новосибирского академгородка. Биомассу растительных остатков рассчитывали по уравнениям регрессии Г.Я. Чесняка (1989) в зависимости от урожайное™ культур. Анализ результатов полевых и лабораторных исследований проводился сравнительно-аналитическим методом с использованием статистического метода.

3 Изменчивость компонентной» состава чернозема тииичного в различных режимах его использования

Характер н направленность изменения компонентного состава чернозема типичного зависит от следующих главных факторов: набора возделываемых культур и их чередования; применяемых агротехнических приемов; количества отчуждаемой биомассы с урожаем основной и побочной продукции; растительных остатков остающихся на поле после уборки культуры; интенсивности мобилизации начальных запасов химических элементов; внесения минеральных и органических удобрений, пополняющих изымаемые химические элементы.

Полученные в результате наших исследований данные свидетельствуют о том, что в процессе интенсивного использования черноземов типичных происходят неблагоприятные явления, такие как ¿»гумификация и подкисление. За 32 года проведения исследований чернозем типичный длительного стационарного опыта кафедры агрохимии ВГАУ потерял от 16 до 28% гумуса в слое 0-20 см (таблица 1). Внутри лабораторная ошибка определения содержания валового гумуса по методу И.В. Тюрина составляет 10% (межлабораторная ошибка составляет 12%), если содержание его в почве >5%, следовательно, полученные нами данные свидетельствуют о направленном уменьшении содержания гумуса в почве. Используемые нами методы имеют следующие ошибки определения: гидролитическая кислотность - 12%, подвижный фосфор - 15%, обменный калий - 10%. Поэтому, превышение изменения содержания компонента (от исходного значения или между различными вариантами) над ошибкой опыта, позволяет констатировать достоверное его снижение или увеличение.

Почва опытного участка перед закладкой опыта характеризовалась нейтральной реакцией среды, по завершении 5 ротации реакция почвенного раствора стала средне и слабокислой и только на вариантах с применением полных

доз органо-минеральных удобрений была близкой к нейтральной.

Па вариантах с применением только минеральных удобрений произошло более значительное подкисление почвенного раствора, рНкс1 изменился с 6,20 в 1969 году до 4,95-4,99 в 2001 году, гидролитическая кислотность возросла с 5,03 до 5,48-5,98 мг-эквЛОО г почвы.

Таблица 1 - Физико-химические и агрохимические показатели чернозема ти-пнчного длительного стационарного опыта учхоза «Бсрезовское», 2001 г.

Варианты Глубина от- Гумус, рНкс! Иг Содержание

бора проб, см % Са3* ме* Р:03 К1О

мгохв/ 100 г почвы мг/кг почвы

ИСХОДНОЕ 0-2 о' 8,04 6,20 5,03 - • 62 -

в 1969 году 0-40" 6,70 6.00 4,00 - - 69 -

1. Контроль (без удобрений) 0-20 5,82 5,16 4,52 21,9 4,76 87 129

20-) 0 6,02 5,16 4.32 22,4 4,83 65 123

гио 5.92 5.16 4,42 22,1 4,80 76 126

8. КРК 0-20 6,10 4,95 5,48 21,1 4,61 97 148

20-40 5,26 5,П 5,25 23,8 5,12 100 125

0-40 5,68 5.03 5,37 22,5 4.87 99 137

9.2 (КРК) 0-20 6,06 4,99 5,98 21.8 4,67 126 131

20-10 5,58 5.09 5.48 2!,7 4,98 116 137

0-40 5,82 5,04 5.73 21,8 4.83 12! 134

11. Извоз ] лоза 0-20 6.23 5,10 4,61 21г4 5.06 143 189

20-40 6,18 5,28 4,32 23,1 5,15 127 167

0-40 6,20 5,19 4,47 22,3 5,11 135 178

12. 'Л дозы пажга+ ЙИРК 0-20 5,79 5,20 5,14 22,2 5,12 117 155

20-40 5,84 4,61 22,2 4,90 105 138

0-40 5.81 5.23 4.86 22,2 5.0! 11) 147

13. Навоз 1 доза + 0-20 6,03 5,54 4,92 22,3 4.97 ¡05 16!

20-40 5,75 5,76 4,79 23.0 4,50 82 121

0^*0 5.89 5,65 4,86 22.7 4,74 94 141

17, Навоз на р.В.п. + КРК 0-20 1 6,75 5,61 473 22,0 4,61 114 135

20-40 6,67 5,78 4.11 22,2 4,64 83 142

0-40 6,71 5,70 4,42 22,1 4,62 101 139

Примечание: * - по данным Л, К. Леонтьева (1974) и А.Л. К ил ьч свского (1977); ** • по дмшмм П.Г. Мязина (1994).

Основной причиной этого является большой вынос химических элементов с высокой биомассой культур севооборота на данных вариантах, а также с применением физиологически кислых минеральных удобрений. Изменение в содержании поглощенных кальция и магния по вариантам не выявлено. Содержание подвижного фосфора возросло на всех вариантах опыта, включая контрольный вариант без удобрений, что видимо, связано с частыми обработками почвы (вспашка, боронование и т.п.). Содержание обменного к алия возрастаете увеличением применения минеральных и органических удобрении. В целом за 32 года проведения опыта произошла дифференциация по вариантам в зависимости от применяемых доз минеральных и органических удобрений.

В таблице 2 приводится динамика содержания валового гумуса в черноземе типичном Стрелецкой степи (таблица 2), Наибольшее содержание гумуса

отмечено на вариантах некоей мая степь, косимая степь I раз в 4 года и ежегодно косимая степь - 9,53; 8,71 и 8.63% соответственно для слоя 0-20 см. В режиме некосимая степь вся надземная биомасса остается в пределах этого участка, а при кошении частично отчуждается. Этим на наш взгляд и объясняется несколько большее содержание гумуса на некосим ых участках степи по сравнению с косимыми. Если сравнить полученные нами результаты с данными других исследователей то получится следующие: в режиме некосимая степь по сравнению с 1957 годом не произошло достоверных изменений содержания гумуса по всем исследуемым слоям. В режимах ежегодного кошения и кошения I раз в 4 года в слое 0-20 см не отмечено достоверного изменения содержания гумуса по сравнению с данными 1978 года, однако, в слоях почвы 30-40 и 60-70 см произошло значительное уменьшение содержания гумуса на 15-25% за период в 24 года. Это свидетельствует о том, что различные режимы кошения степи приводят к постепенному снижению содержания гумуса, особенно сильно этот процесс проявляется с глубины 30 см. В режиме использования - многолетний чистый пар, на данный момент содержание гумуса составляет 6,11%. Очевидно столь значительное снижение содержания гумуса произошло из-за отсутствия растительности, частых механических обработок почвы и как следствие очень высокого уровня минерализации почвы находящейся под паром. Следует также заметить, что достоверное снижение содержания гумуса, в данном режиме использования начиная с 1959 года, произошло как раз в верхнем обрабатываемом слое почвы 0-20 см. Для сдоев 30-40 и 60-70 см изменение содержания гумуса не обнаружено.

Таблица 2 - Содержание валового гумуса в черноземе типичном

Стрелецкой степи, %

Глубина отбора проб, см Ниды содержания степи, год исследования

Некосимая Косимая 1 раз в 4 года Ежегодло косимая Многолетний чистый пар

1957' 2002 1978" 2002 1978" 2002 1959'" 2002

0-20 10,02 9,53 9,00 8,71 8,63 8,63 6.87 6,11

30-40 7.44 7,34 6,85 5,84 6,42 5,10 4,95 5,15

60-70 4,68 4,01 4,90 3,70 4,52 3,79 3,76 3,79

Примечание; * - по данным Е.А. Лфапасьевоґі (¡966); ** - поданным В.И. Воронина (1985); *** -поденным В.В, Пономарева, Т.А. Плотникова (1980).

В таблице 3 приведена физико-химическая и агрохимическая .характеристика чернозема типичного Стрелецкой степи в различных режимах его использования. Показатель рН близок к нейтральному в режимах некосимая и косимая 1 раз в 4 года степь. В режиме ежегодного кошения реакция среды была нейтральная, что связано на наш взгляд с более интенсивным круговоротом веществ. В режиме использования многолетний чистый пар обнаружена слабокислая реакция среды. Существенной разницы в содержании поглощенного кальция и магния в режимах некоеймой и косимой степи не выявлено, только в режиме многолетний чистый пар произошло снижение их содержания в слое 020 см. Содержание подвижного фосфора возрастает в режиме многолетний

чистый пар, что связано с частыми обработками почвы участка, усиленной минерализацией гумуса и отсутствием выноса фосфора с отчуждаемой бномассой. Таблица 3 - Физико-химические и агрохимические показатели чернозема ти-

Режимы использования Глубина отбора проб, см рНкс! Нг Содержание

Са11, ьлёи РгО} КзО

мг-экв/(00 г почвы мг/кг почвы

Некосимая степь 0-20 5,66 3.05 22,3 4,19 50 182

30-40 5,52 2,99 24,3 4,13 48 84

60-70 5,47 2,46 20,8 2,44 52 82

Косимая степь 1 раз в 4 гола 0-20 5,33 4.05 23,0 4.43 48 121

30-10 5,24 3,48 24,9 4,16 41 74

60-70 5,32 2,80 22,2 2,87 52 70

Ежегодно косимая степь 0-20 6.60 1,23 23,9 4,03 42 128

30-« 6.05 1,63 22,6 3,32 55 75

60-70 5,89 1,56 22.8 2,81 57 76

Многолетний чистый пар 0-20 5,12 4,52 19,2 2,72 131 106

30-40 5,27 3.13 22,0 3,13 71 88

60-70 5,36 2,64 20,9 2,94 59 93

Наибольшее содержание обменного калия отмечено на не кос им ой степи в слое 0-20 см, из-за того, что вся формируемая биомасса остается на месте. В Каменной степи обнаружено, высокое содержание гумуса на целинном 10,9% и косимом участках степи 10,2% в слое 0-20 см (таблица 4). Под лесной полосой наблюдается некоторое снижение содержания гумуса. Наибольшее уменьшение содержания гумуса, какн предполагалось, отмечено на пашне до 6,7%. Таблица 4 - ф из и ко- химические н агрохимические показатели черноземати-ннчного в различных режимах использования (Каменная степь, 2002) _____

Режимы использования Глубина отбора проб, см Гумус. %' рНксІ Нг Содержаний

Са!+ М614 і Р;0, КпО

мг-эквЛООг почвы мг/кг почеы

Некосимая степь 0-20 10.9 5,87 2,52 23,5 6.24 56 134

ЗМ0 7,87 5,68 2,42 23,5 5,76 50 76

60-70 2,46 5,63 1,78 23,2 6,12 78 69

Косимая степь 0-20 10,2 5,88 2,31 23,8 6,81 59 136

30-40 7,56 5,60 3,33 24,3 6,33 49 83

60-70 2,11 5,78 1,78 23,4 6,41 81 72

Лсснаи полоса №40 0-20 9,95 5,15 5,48 24,2 6,28 80 113

30-40 5.70 5,24 4,05 26,8 8,86 68 78

60-70 2,21 5.40 1 2.41 24.2 6.23 90 70

Пашня 100 м от Л ,П. „N»40 0-20 6,67 5,91 2,02 24,6 5,73 132 129

30-40 3,37 6.77 0,61 26,2 630 46 105

60-70 1,44 - 0,28 21,6 6,01 46 72

С глубиной вышеописанная тенденция сохраняется. В режимах косимая и некосимая степь показатель рНкс1 близок к нейтральной реакции среды. Длительное нахождение степи под лесной полосой изменило направленность почвообразовательно го процесса. Гидролитическая кислотность под лесной полосой составила 5,5 мг-экв/100 г почвы, в слое 0-20 см, а то время как на искоси-мой степи 2,5 мг-экв/100 г почвы. С глубиной кислотность снижается, что связано с появлением карбонатов. Наибольшее содержание подвижного фосфора отмечено на варианте - пашня, в слое 0-20 см 132 мг/кг почвы, причем уже на глубине 30-40 см, его содержание резко падает до мг/кг почвы. Это указывает, что в верхний слои поступают минеральные и органические удобрения, а также на более интенсивный процесс минерализации гумуса по сравнешио с вариантами некосимая и косимая степь.

Таким образом, использование чернозема типичного в режимах: пашня с различными вариантами компенсации, многолетний чистый пар и лесная полоса приводят к снижению содержания гумуса, подкислению почвенного раствора, увеличению содержания подвижного фосфора. В режимах; некосимая степь и косимая степь с различной периодичностью, содержание гумуса стабилизируется на высоком уровне 5-10%, кислотность близкая к нейтральной, отмечается пониженное содержание подвижного фосфора и повышенное обменного калия. По поглощенным Са и существенных различий не обнаружено.

Необходимым условием для познания механизма изменения компонентного состава чернозема типичною, а также рационального использования удобрений в севооборотах является изучения баланса химических элементов в системе почва - растение - удобрения. Зная направленность количественных изменений химических элементов в почве можно сделать научно-обоснованный прогноз изменения плодородия почв и продуктивности земледелия.

Общая схема исследования баланса химических элементов показана па рисунке 1. Знание баланса химических элементов нужно нам для правильного понимания механизма проходящих в почве процессов, а также для определения изменения содержания валового гумуса в почве за определенный период.

В производственных условиях необходимо знать фактическое и перспективное состояние баланса питательных элементов по каждому полю, севообороту и всему землепользованию в целом. С учетом подученного баланса следует намечать дополнительный комплекс мероприятий. При этом следует обратить внимание на то, что рассчитанный баланс является неполным, так как не учитывается живая фаза почвы (населяющие почву животные, микроорганизмы, грибы, водоросли, микробиологическая, ферментативная активность почв и т, д.). Тем не менее, рассчитанный баланс питательных элементов позволяет достаточно четко выявить наметившиеся тенденции и своевременно регулировать их. На основе разработанной схемы исследования баланса химических элементов нами составлена программа для ПЭВМ - "^'еи'ЕЫапсе» разработанная совместно с В.И. Ворониным. Отличительные особенности: приходные и расходные части этого баланса состоят из нескольких статей и более полно отражают процессы, происходящие в почве. Учитывались поступления в почву химических элементов с минеральными и органическими удобрениями под ка-

ждую культуру. Поступление химических элементов с растительными остатками, приход с семенами с учетом нормы высева. Поступление с атмосферными осадками. Для азота учитывалась фиксация его микроорганизмами. Учитывался вынос элемента с урожаем каждой культуры. Для азота учитывались газообразные потери из почвы, минеральных я органических удобрений. Потери химических элементов от эрозия не учитывались, так как в данных конкретных условиях формируется начальная стадия процесса эрозии почв, характеризуемая незначительным поверхностным стоком талых вод и устойчивым минимальным смывом (Иванов, 1988).

Рисунок 1 - Схема исследования баланса химических элементов при интенсивном использовании чернозема типичного Для определения газообразных потерь азота из почвы, минеральных и органических удобрений, поступления его с атмосферными осадками и фиксация свободноживущими микроорганизмами мы использовали данные И.Н. Донскнх (1991). По содержанию элементов питания в семенах, стеблях, листья, корнях сельскохозяйственных культур использовались данные В.И. Воронина (1986, 1988,2002). Для учета содержания химических элементов в навозе и минеральных удобрениях использовались данные В.И. Воронина (1988); В.А. Васильева, Н.В. Филиппова (1991); ТЛО. Евтушенко (1999),

В таблице 5 представлен баланс азота по различным вариантам под культурами и чистым паром 6-ти пального севооборота за ротацию (учхоз «Бере-зовское», поле№1 за периоде 1996 по 2001 гг.).

Таблица 5 - Баланс азота под культурами севооборота за ротацию, кг/га

Варианты Расход азота на формирование биомассы культур, кг/га Общая потребность культур, га/га Потери газообразного азота из, кг/га Обший расход, кг/га

Чистый пар Озимая пшеница Сахарная свекла Яровая ншешша Кукуруза на силос Ячмень

МУ' ОУ Почвы

1. Контроль(без удобрений) 0 98,54 228,0 65.07 88,08 84,5 564,2 0 0 60 624.2

К^РК а 149,6 352,3 94.35 152,0 104,7 852,9 48 0 60 960,9

9.2 ЫРК 0 174,7 369,6 102,3 139,0 129,5 914,9 96 0 60 1070,9

11. Навоз 1 доза в 134Л 272.0 83.53 132.0 125.1 746,9 0 25,2 60 832,1

12. '/г дозы навоза + Уг №К 0 128,7 298,5 88.07 115.8 102,9 734,0 19,5 12,6 60 826,1

13. Навоз! доза 4 ИРК 0 141.9 340,1 84,02 136,8 117,7 820.6 42 25,2 60 947,8

17. Навоз на р.в.п. + 0 147,0 323,1 84,96 155,7 123,1 833,9 48 34,8 60 976,7

Продолжение таблицы 5

Варианты Приход, кт/га Обший приход, кг/га Баланс, кг/га

МУ ОУ РО' семенами МО" АО'

за ротацию в среднем

1. Контроль(без удобрений) 0 0 161,2 20.1 30 30 241.3 -382.9 -63.8

8. 240 0 200.0 20,1 30 30 520,1 -440,8 -73.5

9. 2 №К 480 0 212.2 20,1 30 30 7723 -298.6 -49,8

11. Навоз 1 доза 0 250 186.3 20,1 30 30 516,4 -315,7 -52.6

12. '/і лозы навоза + 16 ^К 105 125 189,7 20,1 30 30 499.8 -3 2<0 -54.4

13. Птоз 1 доза і №К 210 250 205.4 20.1 30 30 745.5 -202,2 -33.7

17. Навоз на р.в.п. + ЫРК 240 350 201.8 20,1 30 30 871.9 -104.8 -17,5

Примечание: МУ - потери и поступление ш минеральных удобрений; ОУ - потери и поступление из органических удобрений; РО -поступление ш растительных остаїков; МО* - фиксация азота микроорганизмами; АО* - поступление с атмосферными осадками.

Как видно из данных таблицы 5 баланс азота но всем вариантам опыта отрицателен, В среднем он варьируется от - ] 7,47 кг/га на варианте №17 (навоз на расширенное воспроизводство + ЫРК) до - 73,47 кг/га на варианте №8 (!ЧРК.), Основная статья расхода азота связана с расходом его на формирование общей биомассы культур севооборота, причем с увеличением применения минеральных и органических удобрений возрастает и вынос его с основной и побочной продукцией. Так на контроле суммарная потребность культур севооборота в азоте за ротацию составляет 564 кг/га, а на варианте с применением двойной нормы минеральных удобрений уже 915 кг/га (на этом варианте также самые большие газообразные потери 156 кг/га). Поэтому, даже, несмотря на высокие нормы применяемых минеральных удобрений баланс азота отрицателен. Если же учесть то, что гумус черноземных почв содержит около 5% азота, а по всем вариантам наблюдается отрицательный баланс, то можно предположить, что должно происходить снижение содержания гумуса, особенно сильно на вариантах №8 (ЫРК), №1 (контроль). Наименьшее снижение должно отмечаться на варианте №17 (навоз на расширенное воспроизводство + №К). Эта предположения подтверждаются экспериментальными данными (таблица 1). Аналогично проведено исследование баланса по другим химическим элементам. Результат приведен в таблице 6.

Таблица 6 - Баланс химических элементов в среднем за ротацию, кг/га

Варианты опыта

я -й * £ 1. В. 9. 11, 12. 13. 17.

Контроль ЫРК 2КРК Навоз, '/) дозы Навоз, Навоз па

5 ц й3 1 лоза навоза+ 'А №К 1 доза + №К расширенное воспроизводство

Р -14.8 -6,91 +8,21 -12,1 -8,06 +1,57 +6,74

к. -37.3 ■37,3 -6,30 -16,3 -19,0 +8,82 +25,5

Са -23,4 -26.2 -13,6 -2,69 -10,6 +9,85 +23,5

Ма -10,2 -8,16 + 1,06 -4,23 -5,31 +2,49 +7.21

-10,2 -15,5 -14.0 -4,33 -8,42 -4,88 -1,04

А1 -7,03 ■13,0 -12,6 -8.82 -8,75 -9,62 -10,0

7л -0,51 -0.89 -0,94 -0,59 -0,61 -0,61 -0,59

п -1,63 -2,11 -1,31 -0,45 -0,98 -0,04 +0,78

-0,4-1 -0,75 -0,75 -0,19 -0,39 -0.25 -0,11

-28,1 -52,8 -55,9 +22,0 -6.38 +23,8 +47,1

5 -10,7 -10,0 -1,84 -13,6 -9,56 478 -3,33

По большинству исследуемых вариантов баланс химических элементов отрицателен, и только на вариантах с применением органо-мннеральных удобрений в полных дозах баланс положителен по Р, К, Са, Ыа, Ре к Я!.

Таким образом, проведенные балансовые расчеты по 12 химическим элементом показали, что на разных вариантах опыта разные уровни потребления химических элементов и компенсации, все это со временем приводит к дифференциации между вариантами опыта. Это обусловливает разные физико-химические свойства почвы и показывает, что характер использования химических элементов в значительной степени влияет на свойства почвы.

4 Научные основы разработки алгоритма прогнозирования изменения компонентного состава чернозема типичного

Нами на основе годового изменения в гумусе запаса биогенных элементов (Са, Ре, Мп), определяющих уровень формирования общей биомассы у растений, был составлен алгоритм расчета и программа на языке О-Вазк определения изменения содержания валового гумуса в почве. В разработку алгоритма положены следующие основные моменты: - учет выноса зольных элементов (Са, Ре, Мп) с урожаем основной и побочной продукции и их остаточное содержание в пожнивных и корневых остатках; - использование уточненных коэффициентов гумификации и минерализации растительных остатков, с учетом их разложения но годам; - количественный учет сформированной биомассы и ее составных частей (региональные уравнения регрессии); - использование исходных данных запаса (грамм на кг гумуса) химических элементов в гумусе (Са, Ре, Мп) как 12,7; 2-1,9 и 0,172 соответственно (Ильин, 1988); - содержание зольных элементов (граммы на кг абсолютно сухого вещества) в органах растений или составных частей биомассы конкретной культуры севооборота. Баланс гумуса по изложенному выше алгоритму был рассчитан на примере стационарного опыта (учхоз "Березовское" ВГАУ, заложенный в 1969 году). Для этого нами была взята 5-я ротация 6-полького севооборога, первое пате. Расчеты выполнены для 1,8,9,11 и 17 вариантов опыта (таблица 7).

Таблица 7 - Расчет предполагаемого баланса гумуса за ротаццю севооборота

Варианты Исходное содержание гумуса, % Запас элемента в гумусе, кг/гз Баланс элемента за ротацию, кг/га Осталось элем она в тумусе, кг/га Содержание гумуса, % расчет- 1 фактиче-ное ! ское Относ, ошибка, %

кальций

I. Контроль 5,84 1680,6 ■23,37 1657,2 5,76 5,82 1.0

8. ^К 6,22 1790.0 -26.18 1763,8 6,13 6,10 0,5

9.2 КРК 6,17 1775,6 -11.58 1762,0 6,12 6,06 1,0

11. Навоз 1 д. 6,30 1813.0 -2,69 1810,3 6,29 6,23 ¡,0

17. Навоз на р. в.н. 6.65 1913,8 +23,51 1937,3 6,73 6,75 0,3

железо

I. Контроль 5,84 | 3295,1 -!,63 3293,5 5,82 5.82 0,0

8, ЫРК 6,22 3509,5 -2,И 3507,4 6,20 6,10 1,6

9.2 №К 6,17 3481.3 -1,31 3480,0 6,15 6,06 1,5

П. Найсп) д. 6,30 3554,7 -0,45 3554,2 6,29 6,23 1,0

17. Навоз па р. е. п. + №К 6,65 | 3752,2 +0,78 3752,9 6,66 6,75 1,3

ма рганец

1, Контроль 5,84 22,76 -0.44 22,32 5,73 5,82 1,5

8.1ЧРК 6,22 24,24 -0,75 23,49 6,03 6,10 1,5

9. 2 ЫРК 6,17 24,05 -0,75 23,30 5,98 6,06 1,3

11. Иаяоз 1 д. 6,30 24,55 -0,19 24,36 6,25 6,23 0,3

17. Навот на р.в.п, + №К 6,65 25,92 -0,11 25,81 6,62 6,75 1,9

Рассчитанный при помощи компьютерной программы по алгоритму ожидаемый запас элемента (запас в гумусе - вынос с урожаем основной и побочной продукции + поступление с растительными остатками + поступление с семенами, органическими и минеральными удобрениями) переводился на содержание гумуса, которое сравнивалось с экспериментальным. Отклонение расчетных данных от экспериментальных составило в среднем 0,5 - 2% по кальцию, железу, марганцу. Высокая оперативность при низкой ошибке, позволяет рекомендовать использование этого метода н его реализации в компьютерном варианте в производственных условиях. Широко распространенный метод баланса гумуса по выносу азота растениями, для тех же условий показал ошибку в среднем 3-5%.

Также был рассчитан баланс гумуса с применением разработанной нами компьютерной программы «Balance» (таблица 8).

Таблица 8 - Баланс гумуса за ротацию севооборота, т/га

в» рнаит ЛИ - коптрояь (без удобрений)

Название культуры 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Сахарная свекла 25,J ¿,84 180,46 1,83 0,02 1.89 1,02 0,15 -1,74

Яровая пшеница 2.20 5,78 130.97 0.63 0,02 0,65 1,98 0,50 -0,15

Кукуруза на силос 21,7 5,77 178,29 1,85 0,02 1,87 3,47 0,69 -1,18

Ячмень 1.61 5,73 129,84 0.62 0,02 0,64 1,45 0,36 -0,28

Черный нар 0 5.72 129,62 1,66 0,02 1,68 0 0 -1,63

Озимая пшеница 3,07 5.65 128,03 0,61 0,01 0,62 3,38 0,84 +0,22

вариант J&8-NPK

Название культу ры 1 2 3 4 5 6 7 S 9

Сахарная свекла 35,2 6,22 192,20 2,00 0.02 2,02 1,41 0,21 -1,81

Яровая пшеница 3,42 6,16 139,59 0,67 0,02 0.69 3,08 0,77 +0,08

Кукуруза на силос 36.8 6,16 190,34 1,98 0,02 2,00 5,89 1,18 -0,82

Ячмень 2,32 6,13 138,91 0.67 0,02 0,69 2,09 0,52 -0,16

Черный пар 0 6,12 138,68 1,78 0.02 1,80 0 0 -1,80

Озимая пшеница 4,47 6,04 136,87 0,66 0,01 0,67 4,92 1,23 +0,56

варкапт№1( -HIH011 доза

Назван не культуры 1 2 3 4 I 5 6 7 8 8а 9

Сахарная свекла 30,7 6,30 194,67 2,02 1 0,02 2.04 1,23 0,18 0 -1,86

Яровая пшеница 2,97 6.24 141,40 0,68 I 0.02 0,70 2,67 0.67 0 -0.03

Кукуруза на силос 32.7 6,24 192,82 2,01 1 0,02 2,03 5.23 1,05 1,80 +0.82

Ячмень 2,44 6,27 142,08 0,68 i 0,02 0,70 2,20 0,55 0 -0,15

Черный пар 0 6,26 141,85 1.82 I 0,02 1,84 0 0 2,70 +0,86

Озимая пшеница 3,84 6,30 142,76 0,69 ) 0,01 0,70 4,22 1,06 0 +0,36

Примечание; 1 - урожайность культуры, т/га; 2 — содержание гумуса, %; 3 - запасы гумуса, т/га; 4 -потери гумуса за счет минера шпации, т/га; 5- потерн гумуса за счет эрозии, т/га; 6 - потерн гумуса всею, t/is; 7 - поступление растительных остатков в почву, т/га, 8 -образовалось гумуса из растительных остатков, т/га; 8а - образовалось гумуса из оргвтгче-ckiix удобрений, т/га; 9 - Баланс гумуса (+ или т/га.

Исходными данными для работы программы «Balance» являются: а) набор культур и их чередование; б) урожайность основной продукции, т/га; в) исходное содержание гумуса, %; г) тип, подтип почвы; д) гранулометрический

состав; е) крутизна склона: ж) количество вносимых азотных, фосфорных и калийных удобрений, кг д. в./га; з) количество вносимых органических удобрений, т/га.

Данная программа может использоваться для расчета баланса гумуса и химических элементов за ротацию севооборота, а также определения потребности в органических удобрениях для бездефицитного баланса гумуса.

Разработанные методические подходы к определению изменения содержания валового гумуса под сельскохозяйственными культурами имеют -следующие преимущества: 1) расчеты не требуют больших затрат, их может осуществить один человек, используя компьютерную программу и персональный компьютер; 2) высокая оперативность при низкой ошибке, позволяет рекомендовать использование этого метода и его реализации в компьютерном варианте в производственных условиях, а также в учебном процессе на кафедрах агрохимии, почвоведения, земледелия, экологии и близких к ним; 3) предлагаемые методические подходы позволяют узнать пределы изменения годового содержания гумуса под конкретной культурой севооборота; 4) их использование позволяет прогнозировать изменение содержания валового гумуса на длительный период, для этого в исходные значения вводятся средние показатели урожайности {как правило, за 5-10 лет).

Используя принцип изменения химического фонда почвы и вариантах опыта за ротацию от воздействия культур севооборота, считаем возможным, получить прогноз его состояния в почве за больший отрезок времени в производственных условиях. Дня этого были использованы данные по урожайности озимой пшеницы Воронежской области за 11 лет (с 1981 по 1991 гг.). Статистические данные по урожайности озимой пшеницы были получены в Главном управлении сельского хозяйства области.

Взятый набор химических элементов, который послужил основой получения планируемого уровня продуктивности озимой пшеницей, в основном поставляется самой почвой. Расчет годовой потребности и фактической компенсации величины химических элементов выявил направленный дефицит по К, Са, Ыа, А1, Ъх\, Мп, 5 (таблица 9), При этом только три элемента (азот, фосфор и калий) постоянно вносятся в почву с минеральными удобрениями (как примеси присутствуют и другие химические элементы, но в незначительных количествах), а остальные изымаются из почвы. С органическими удобрениями поступают многие химические элементы, но применяемые дозы неспособны компенсировать потребность в них сельскохозяйственных растений.

Таким образом, проведенный баланс потребления и компенсации химических элементов показал отрицательную направленность изменения величин исследуемых химических элементов. Данное уменьшение также зависит от процентного насыщения и срока возделывания озимой пшеницы. Общепринятая компенсация (минеральные и оргзнические удобрения) не позволяет восстанавливать их исходное содержание, за исключением фосфора и железа. Отрицательный баланс азота и кальция помогает раскрыть сущность процессов дегу-мификации и подкислен и я почв.

Таблица 9 - Баланс химических элементов под озимой пшеницей на черноземе

типичном Воронежской области за период 1981-1991 гг., кг/га

Элементы Общая потребность Компенсация

Минеральными удобрениями Орган нчеекпм н удобрениям!! Растительными остатками БАЛАНС (+/-)

N 105.1 43,4 20,0 21,3 -20,4

Р 34,9 30.8 4,36 4,40 +4,66

К 80.3 29.8 20,1 28,2 -2.20

Са 80,5 27,3 11,4 29,0 -12,8

Ыа 21.3 2.80 2,50 7,10 -8,90

Ма 7,85 2,50 1,10 3,05 -1,20

А1 5,10 0 1,31 2,65 -1.11

¿п 1,06 0,02 0,14 0,24 -0,66

Гс 1,77 1,90 0,50 0,90 + 1,53

Мп 0.42 0.05 0,10 0,11 -0,16

8І 154,8 0 48,4 90,7 -15,7

8 31,7 21,2 2.88 5,70 -1,92

Возникающий недостаток в химических элементах необходимо покрывать использованием минеральных и органических удобрений. Однако применение минеральных и органических удобрений ограничивается их высокой стоимостью для первых, а фактической нехваткой для вторых. В этом случае следует предусмотреть оставление на поле 1/3 части соломы. Оставление на поле 1/3 части соломы озимой пшеницы приводит к стабилизации почвенного плодородия (таблица 10). Уменьшается потребность в МРК приблизительно на 25-30%.

Таблица 10-Направленность изменения содержания химических элементов под озимой пшеницей на черноземе типичном, кг/га (за период 1981-1991 гг.)

Элементы Отчуждение (зерно + солома) Остатки (пожнивные + корневые) Направленность (+ или -)

Г 1 2 1 2

N 83,8 77,2 21.3 27,8 -62,5 -49,4

Р 30.5 27.5 4,40 7,30 -26.1 -20,2

К 52,1 38,2 28,2 41,9 -23.9 +3,70

ЫРК 166,4 142,9 53,9 77,0 -112,5 -65,9

Са 51,5 38.6 29,0 41,9 -22,5 +3,30

N8 14,2 13,3 7,10 8,08 -7.10 -5,19

мв 4,80 3,97 3,05 3,88 -1,75 -0,09

АІ 2,45 1Л1 . 2,65 3.39 +0,20 +1,63

Ъ\ 0,Я2 0,67 0,24 0,39 -0,58 -0.29

Ре 0,87 0,62 0.90 1,14 +0,03 +0.52

Мп 0,31 0,26 0,11 0,16 -0,20 -0,10

5І 64,3 42,8 90,7 111,9 +26,5 +69,1

26,0 19.3 5,70 12,5 -20.3 -6,80

Ы" 349.8 250,1 292.3 391,9 -57,5 + Н1,8

Примечание: I - традиционная технология, солома убирается с поля; 2 - оставление на поле 1/3 части соломы: 2о1 - сумма всех зольных элементов, в т.ч. неопределяемых в настоящее время ло техническим условиям.

Отмечается положительная направленность в изменении содержания кальция и других зольных элементов. На каждую тонну соломы также требуется дополнительно внести 6-10 кг азота, для уменьшения негативных последствий биологической фиксации азота, возникающей в результате бурного развития микроорганизмов.

Таким образом, проведенные исследования позволяют считать, что химический фонд почвы при длительном возделывании озимой пшеницы может направленно изменяться. Это изменение, как правило, отрицательное. При внесении зональных доз удобрений дефицит по азоту составляет 20,4 кг/га, по кальцию, магнию и сере - 12,8, 1,20 и 1,92 кг/га соответственно, по фосфору баланс положителен +4,66 кг,'га. Со временем это должно привести к уменьшению содержания гумуса, подкислению почвы, а также к увеличению содержания в почве подвижного фосфора. В целом, при возделывании озимой пшеницы, содержание зольных химических элементов в почве уменьшается, что в будущем может привести к появлению земельных учзстков обедненными почвенными элементами, от которых во многом зависит качество и продуктивность сельскохозяйственных культур.

Выводы

1. Выявлено достоверное снижение содержания гумуса (слой 0-20 см) в результате интенсивного использования чернозема типичного на вариантах: многолетний чистый пар с 6,87 до 6,11% за 43 года (Стрелецкая степь), под лесной полосой №40 содержание гумуса снизилось с 11,92 до 9,95% и на пашне с 8,58 до 6,67 лет за 49 лет (Каменная степь). Содержание гумуса снизилось на вариантах с применением только минеральных удобрений с 8,04 до 5,55-6,10% и с применением органических и органо-минеральных удобрений до 6,236,75% за 32 года (учхоз «Березовское»), Относительное снижение содержания гумуса составило от 16,7 до 31%. Только в режимах использования некосимая степь, ежегодно косимая и косимая 1 раз в 4 года (Стрелецкая степь) для слоя 0-20 см не произошло снижение содержания валового гумуса, однако, в различных режимах кошення в слоях 30-40 и 60-70 см за 24 года использования происходит относительное снижение содержания гумуса на 15-25%.

2. Интенсивное использование чернозема типичного как с применением, так н без применения удобрений приводит к подкислению почвенного раствора. В большей степени это относится к вариантам с применением только минеральных удобрений, особенно двойной дозы. В 1969 году рНкс! был на уровне 6,2, а в 2001 году - 4,99, при этом гидролитическая кислотность увеличилась с 5,03 до 5,98 мг-эквЛОО г почвы. Также подкнеление почвенного раствора обнаружено под лесной полосой №40, гидролитическая кислотность составила -5,48 мг-эквЛ 00 г почвы, рНкс1 - 5,15, Па вариантах с применением органических и органо-минеральных удобрений рН1сс1 варьировал от 5,10 до 5,61, а гидролитическая кислотность от 4,61 до 5,14 мг-экв/100 г почвы.

3. Установлено, что с основной и побочной продукцией иыноснтся значительно больше химических элементов 60-70%, чем остается на поле с пожнивными и корневыми остатками 30-40%, поэтому отрицательная направленность

отмечается для аэога, фосфора, калия, кальция, магния, натрия, цинка, марганца, алюминия, железа, серы под всеми культурам» за ротацию севооборота.

4. Расчеты баланса химических элементов в среднем за ротацию 6-ти польного севооборота показали дефицит азота на уровне - 17-73 кг/га, магния -1,04-15,48 кг/га. алюминия - 7,03-13,03 кг/га, цинка - 0,51-0,94 кг/га, марганца - 0,11-0,75 кг/га и серы - 1,84-13,61 кг/га в зависимости от варианта опыта. По фосфору, натрию и кремнию только на трех вариантах №9 - 2МРК, №13 -навоз 1 доза + ЫРК, №17 - навоз на расширенное воспроизводство плодородия почвы + №К отмечен положительный баланс 8,21, 1,06 и 22 кг/га соответственно. По калию и кальцию положительный баланс отмечен только иа вариантах №13 и №17, по железу только иа варианте №17, все это говорит о том что, на вариантах с внесением только минеральных удобрений происходит направленное уменьшение содержания зальных химических элементов, что приведет со временем к рассбаланспрованности химического состава почвы, нз вариантах с внесением органических и органо-минеральных удобрений, данный процесс проявляется в меньшей степени.

5. На основе проведенных исследований разработан алгоритм расчета изменения содержания гумуса и химических элементов в почве. Относительная ошибка определения содержания гумуса в почве по предлагаемому нами алгоритму составила от I до 2% за ротацию 6-ти польного севооборота.

6. Исследования выявили, что при возделывании озимой пшеницы на черноземе типичном Воронежской области за период с 1981 по 1991 гг. при сложившимся уровне применения минеральных и органических удобрений, происходило направленное ежегодное уменьшение содержания в почве азота -20,4, калия - 2,2, кальция - 12,80, натрия - 8,90, магния - 1,20, алюминия -1,11, цинка - 0,66, марганца - 0,16, кремния - 15.7, серы - 1,92 кг/га. Также происходило увеличение содержания в почве фосфора и железа на 4,66 и 1,53 кг/га соответственно. Отрицательный баланс азота и кальция помогает раскрыть причины дегумификацпи и подкисления чернозема типичного.

Предложения

1. Для оперативного контроля за балансом гумуса и питательных веществ в севообороте необходимо использовать разработанную нами компьютерную программу «Ва!апсе». Данная программа также позволяет определить норму органических удобрений необходимую для бездефицитного баланса гумуса в севообороте.

2. Использование предлагаемого нами алгоритма определения годового изменения содержания гумуса в почве по потребности культур севооборота в зольных элементах позволяет снизить ошибку его определения в 1,5-2 раза по сравнению с широко распространенным традиционным методом расчета баланса гумуса по азоту,

3. Для уменьшения дефицита химических элементов оставлять на попе 1/3 части соломы озимой пшеницы. Это позволяет снизить на 20-30% применяемые дозы минеральных удобрений для следующей после озимой пшеницы культуры севооборота.

Список опубликоаашш* работ по теме диссертации

1. Воронин В.И. Методические основы определения текущего годового изменения валового гумуса в типичных черноземах Воронежской области / В.И. Воронин, Д.Н, Блекапов, Дендебер C.B. // Актуальные направления стабилизации и развития агропромышленного производства. ~ Воронеж: ВГАУ, 1998. С. 63-65.

2. Блеканов Д.Н. Алгоритм и действующая программа определения валового гумуса в почве через годовую потребность зольных элементов для формирования обшей биомассы растениями в севообороте / Д.Н. Блеканов, В.И. Воронин // Проблемы н перспективы развития АПК в условиях рыночных отношений.-Мичуринск; МГСА, 1998.-С. 75-76.

3. Воронин В.И. Влияние изменения биогенных элементов в гумусе на его годовое содержание в почве / В.И. Воронин, C.B. Дендебер, Д.Н. Блеканов Н Научные основы и пути рационального использования химических средств в современном земледелии. - Воронеж: ВГАУ, 1998. - С. 38-42.

4. Воронин В.И. Влияние озимой пшеницы на направленность изменения содержания химических элементов в черноземах / В.И, Воронин, ДЛ. Блеканов // Черноземы - 2000: Состояние и проблемы рационального использования (к 100-летию со дня рождения профессора М,С. Цыганова), - Воронеж: ВГАУ, 2000. С. 177-182

5. Воронин В.И. Об использовании целинных и залежных вариантов при определении антропогенных воздействий на свойства почвы / В.И. Воронин, Д.Н. Блеканов И Материалы 11 съезда Белорусского общества почвоведов, посвященного 70-летию Белорусского НИПиА. Книга 1. «Теоретические и прикладные проблемы почвоведения». - Минск 2001. С. 48-49.

6. Воронин В.И. Текущая изменчивость содержания и набора подвижных элементов-индикаторов при проявлении относительного плодородия почв в длительных стационарах Русской Равнины / В.И. Воронин, Д.Н. Блеканов, Е.В, Кузнецова // Устойчивость почв к естественным и антропогенным воздействиям.-М.: 2002. С, 178-179.

7. Воронин В.И. Анализ урожайности озимой пшеницы и ее влияние на химический состав черноземных почв / В.И. Воронин, Д.Н. Блеканов. - Воронеж: ВГАУ, изд. «Истоки», 2002. -152 с.

8. Блеканов Д.Н. К вопросу о пределах изменчивости основных компонентов плодородия типичных черноземов ЦЧЗ / Д.Н. Блеканов // Материалы Межрегиональной научно-практической конференции молодых ученых и специалистов, посвященной 90-летию ВГАУ им К.Д, Глинки, - Воронеж: ВГАУ, 2003. С. 105-107.

Подписано в печать 02,03.2004. Формат б 0х84'/|в Бумага кн.-журн. Печать офсетная. Усл.пл. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ №2242.

Воронежский государственный аграрный университет им, К.Д. Глинкн. Типография ВГАУ. 394087 Воронеж, ул. Мичурина, 1.

i/tí

3- 42 3 1