Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Изменения агрохимических свойств пахотных земель северной лесостепи Тюменской области

ВАК РФ 06.01.04, Агрохимия

Автореферат диссертации по теме "Изменения агрохимических свойств пахотных земель северной лесостепи Тюменской области"

На правах рукописи

Семёнов Владислав Кириллович

ИЗМЕНЕНИЯ АГРОХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПАХОТНЫХ ЗЕМЕЛЬ СЕВЕРНОЙ ЛЕСОСТЕПИ ТЮМЕНСКОЙ ОБЛАСТИ

06.01.04 - агрохимия

Автореферат

диссертации на соискание учёной степени кандидата сельскохозяйственных наук

11 ДЕК 2013

Тюмень-2013

005543385

Работа выполнена на кафедре общей химии Государственного аграрного университета Северного Зауралья

Научный руководитель доктор биологических наук, профессор

Грехова Ираида Владимировна

Официальные оппоненты: Синявский Игорь Васильевич,

доктор биологических наук, профессор, директор Института агроэкологии

Бортник Татьяна Юрьевна,

кандидат сельскохозяйственных наук, доцент, зав. кафедрой агрохимии и почвоведения Ижевской ГСХА

Ведущая организация: Курганская государственная

сельскохозяйственная академия

Защита диссертации состоится «26» декабря 2013 г. в 10-00 часов на заседании диссертационного совета Д 220.064.02 при ФГБОУ ВПО «Государственный аграрный университет Северного Зауралья» по адресу: 625003, г. Тюмень, ул. Республики, 7 тел./факс: 8 (3452) 46-87-77 E-mail: dissTGSHA@mail.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Государственный аграрный университет Северного Зауралья

Автореферат разослан «25» ноября 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Литвиненко Наталья Владимировна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Высокая и устойчивая продуктивность земледелия возможна лишь при условии сохранения плодородия почв. Основой плодородия почв и высоких урожаев сельскохозяйственных культур является органическое вещество почвы. В последнее время при современной системе ведения сельского хозяйства отмечается дегумификация почв, которая ведёт к снижению урожайности культур. Приёмами повышения эффективного плодородия, учитывающими свойства почвы и природные условия, считаются рациональное применение органических и минеральных удобрений, известкование, прогрессивная система обработки, травосеяние, введение рациональных севооборотов. Основная задача современного земледелия - приостановить сокращение запасов гумуса в почве. В связи с этим особую актуальность приобретает оценка состояния пахотных земель и технологий возделывания культур.

Цель исследования: Оценка изменений агрохимических свойств пахотных земель в северной лесостепи Тюменской области.

Задачи исследований:

1. Провести анализ технологий возделывания сельскохозяйственных культур в северной лесостепи на примере хозяйства ЗАО «Успенское».

2. Дать оценку агрохимических свойств серой лесной почвы и чернозёма выщелоченного при длительном сельскохозяйственном использовании.

3. Определить оптимальные условия компостирования подстилочного навоза.

4. Установить действие совместного внесения соломисто-навозного компоста и извести на свойства серой лесной почвы и урожайность культур.

5. Дать экономическую оценку внесения компоста и извести.

Научная новизна исследований. Установлено влияние элементов системы земледелия на агрохимические свойства серой лесной почвы и чернозёма выщелоченного и урожайность культур в условиях северной лесостепи Тюменской области. Определены особенности действия соломисто-навозного компоста и извести на гумусовое состояние и агрохимические свойства серой лесной почвы. Разработаны меры по повышению качества соломисто-навозного компоста. Дана экономическая оценка применения компоста и извести под сельскохозяйственные культуры на серой лесной почве.

Защищаемые положения:

1. Технологии возделывания культур в северной лесостепи, включающие применение органоминеральной системы удобрений и возделывания многолетних бобовых трав, повышают плодородие серой лесной почвы и чернозёма выщелоченного.

2. Известкование на фоне внесения соломисто-навозного компоста, улучшая агрохимические показатели серой лесной почвы, не оказывает существенного влияния на урожайность культур.

Практическая значимость и реализация результатов исследований. По результатам оценки состояния пахотных земель в хозяйстве разработан ряд мер

1

по сохранению плодородия почв. На основании агрохимических исследований почв и продуктивности растений установлена эффективность известкования серой лесной почвы в сочетании с внесением соломисто-навозного компоста. Полученные данные можно использовать при разработке технологических процессов с целью минимизации затрат производства продукции на серой лесной почве и чернозёме выщелоченном и предотвращения снижения плодородия и истощения почвы.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на международных (Санкт-Петербург, 2011; Иркутск, 2011; Москва, 2013; Ростов-на-Дону, 2013) и региональных (Тюмень, 2013) конференциях.

Публикации. Результаты исследований опубликованы в 6 работах, в том числе одна в ведущем журнале, рекомендованном ВАК РФ.

Объем и структура работы. Диссертационная работа изложена на 167 страницах. Состоит из введения, шести глав, выводов, рекомендаций производству, содержит 56 таблиц, 16 рисунков, 27 приложений. Библиографический список включает 240 источников, из них 11 на иностранных языках.

Личный вклад. Автору принадлежит: разработка программы исследований, постановка, организация и проведение полевых опытов, анализ и интерпретация полученных результатов, их статистическая и экономическая оценка, формулирование выводов и предложений производству. Исследования проведены в период 2004-2012 гг. на серой лесной почве и чернозёме выщелоченном хозяйства ЗАО «Успенское» Тюменской области.

Автор выражает искреннюю благодарность за методическое руководство и всестороннюю помощь доктору биологических наук, профессору И.В. Греховой, а также генеральному директору ЗАО «Успенское» Л.М. Захаренко за предоставленную возможность размещения опытов на пашне хозяйства.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1 Влияние антропогенного воздействия на плодородие почв (обзор литературы)

На основе анализа научной литературы даётся оценка гумусового состояния и агрохимических показателей почв при антропогенном воздействии. Рассмотрены пути сохранения плодородия почв и повышения продуктивности сельскохозяйственных культур.

2 Объекты, условия и методика проведения исследований

Объектами исследований являлись пахотные земли ЗАО «Успенское» Тюменской области: серая лесная почва и чернозём выщелоченный. Анализ агрохимических свойств серой лесной почвы проведен на 10 полях, чернозёма выщелоченного - на 5 полях, занимающих площадь 1890 и 821 га соответственно. Поля серой лесной почвы № 1, 2 и с 4 по 9-ое включительно расположены вокруг с. Успенка, а поля 1з и 6з в районе д. Зырянка. Поле № 3

2

чернозёма выщелоченного принадлежит отделению с. Успенка, а остальные четыре поля - отделению д. Зырянка. Площадь полей серой лесной почвы варьирует от 140 до 250 га, чернозёма выщелоченного - от 150 до 195 га.

Хозяйство, в котором проведены исследования, расположено в северной лесостепи Тюменской области. По рельефу территория землепользования представляет слабоволнистую пониженную равнину с ясно выраженным микрорельефом в виде болот и западин. По механическому составу почва в основном среднесуглинистая.

Основные черты температурного режима северной лесостепи - холодная продолжительная зима, теплое непродолжительное лето, короткие переходные сезоны весны и осени, поздние весенние и осенние ранние заморозки, а также короткий безморозный период (114-123 суток).

Погодные условия 2010 и 2011 гг. были благоприятными для возделывания культур, 2012 г. - не благоприятными. Лето 2010 г. характеризовалось в большинстве дней тёплой сухой погодой. За три летних месяца сумма осадков составила 169 мм. За вегетационный период 2011 г. — 225 мм осадков. Наибольшее количество осадков выпало в июне - 123 мм (выше нормы на 42 мм). В 2012 г. наблюдалась высокая температура воздуха. В июле осадков выпало 54% от нормы и все в третьей декаде.

Для установления влияния сельскохозяйственного использования на свойства почв и урожайность культур проведён анализ применяемых в хозяйстве технологий при возделывании культур с 2004 по 2012 гг.

Оценка изменения агрохимических свойств и уровня загрязнения серой лесной почвы и чернозёма выщелоченного проведена на основании данных 2004, 2008 и 2012 гг., полученных при проведении агрохимического обследования почв государственной агрохимической станцией «Тюменская». Агрохимическое обследование проводилось согласно «Методическим указаниям по проведению комплексного мониторинга плодородия почв земель сельскохозяйственного назначения» (2003), используемых станциями агрохимической службы как основное пособие при проведении комплексного агрохимического обследования почв.

Определены следующие показатели: содержание гумуса, нитратного азота, подвижного фосфора, обменного калия, рНСШ1, гидролитическая кислотность, содержание подвижных форм цинка, меди, кадмия и кобальта по общепринятым методикам.

Хозяйство имеет 4200 голов крупнорогатого скота, поэтому ежегодно на поля в зимний период вывозится подстилочный навоз и формируется в бурты для компостирования. Для улучшения качества органических удобрений в 2009 г. было заложено три соломисто-навозных компоста (соотношение соломы к навозу 2:1) с разной конфигурацией бурта.

Схема опыта: 1. бурт - 20x20x4 м (соотношение длины к ширине 1:1), 2. бурт - 30x10x4 м (соотношение длины к ширине 3:1), 3. бурт - 50x6x4 м (соотношение длины к ширине 8:1). Бурты сформированы массой 1200 т, длинные стороны 2-го и 3-го буртов обращены на восток и запад.

Бурты формировались в зимний период, в течение летнего периода велись наблюдения за температурой разогрева. В сентябре 2009 г. после уборки кукурузы компост внесли в серую лесную почву и заложили производственный опыт. Схема опыта: 1. контроль, 2. компост (150 т/га), 3. компост + известь (2 т/га), 4. компост + известь (5 т/га). Расчет дозы извести проводили по 1,5НГ (1,5x3,4=5,1) и 0,6 Нг (0,6x3,4=2,04).

В 2010 и 2012 гг. возделывали ячмень сорта Ача, в 2011 году - викоовсяную смесь на сенаж в соотношении 1:2. Все варианты в трехкратной повторное™. Площадь всего опыта 10 га, одной делянки 0,8 га. Основная осенняя обработка почвы в 2009 г. - вспашка оборотным плугом, а в последующие два года — глубокое рыхление на глубину 30 см без оборота пласта. Общий фон минерального питания состоял из аммиачной селитры в дозе 1, 1,2 и 1,6 ц/га соответственно по годам. Пахотный горизонт при закладке опыта характеризовался следующими показателями: рНсол 5,4, гумус — 5,2%, гидролитическая кислотность - 3,4 мг-экв./100 г почвы, Р205 - 206 мг/кг почвы, К20 — 116 мг/кг почвы, N-(N03) — 10,5 мг/кг почвы.

Агрохимические показатели серой лесной почвы определяли общепринятыми методами: гумус - по Тюрину, обменную кислотность — потенциометрическим методом, гидролитическую кислотность — по Каппену, сумму обменных оснований бескарбонатных почв - по Каппену-Гильковичу, ёмкость катионного обмена карбонатных почв — по Бобко-Аскинази, содержание нитратного и аммиачного азота — по методу Бремнера. Учёт урожая - сноповой в четырёхкратной повторности. Структуру урожая определяли по методике Государственного испытания (1983). В соломе ячменя и однолетних трав определяли содержание органического вещества термогравиметрическим методом по ГОСТ 26714-85, оксида кремния - фотометрическим методом, кальция — трилонометрическим методом с мурексидом, азот -фотоколориметрическим методом. Дисперсионный анализ выполнили по Б.А. Доспехову (1985). Определение средних значений HCPos по В.И. Короневскому (1985).

3 Влияние агротехиологий на продуктивность культур

Анализ влияния системы земледелия серой лесной почвы и чернозёма выщелоченного на урожайность культур проведен с 2004 по 2012 гг. путём сравнения технологических процессов. В главе по каждому полю приведены способы основной обработки почвы, дозы минеральных и органических удобрений, регуляторов роста и микроудобрений, протравителей и гербицидов. Проанализировано влияние удобрений и свойств почвы каждого поля на продуктивность возделываемых культур.

На полях серой лесной почвы размещали зерновые культуры: пшеницу, ячмень и горох, также высевались кукуруза, однолетние травы (викоовсяная смесь) и яровой рапс. С 2004 по 2007 гг. многолетние травы преимущественно состояли из злаковых культур, а с 2008 г. - преобладающим компонентом травосмеси стали бобовые. На 6 полях возделывали клевер красный. На

чернозёме выщелоченном высевались зерновые: ячмень, овёс и пшеница по предшественникам первой группы - кукуруза, горох, клевер красный.

Дозы органических и минеральных удобрений определялись в зависимости от возделываемых культур и планируемой урожайности. Средняя годовая доза азотных удобрений на полях серой лесной почвы колебалась от 40,9 до 81,2 кг д.в./га (табл. 1). На 6 полях были внесены органические удобрения в виде свежего навоза и соломисто-навозного компоста в дозах от 17 до 156 т/га. Средняя урожайность варьировала от 2,7 до 4,9 т к.ед./га. Высокая урожайность получена на поле № 9, где вносилось больше всего азотных удобрений.

Таблица 1 - Дозы удобрений и продуктивность полей (2004-2012 гг.)

№ поля Суммарная доза азотных удобрений, кг д.в./га Средняя годовая доза азотных удобрений, кг д.в./га Суммарная доза органических удобрений, т/га Средняя урожайность, т к. ед./га

серая лесная почва

1 570,6 63,4 80 3,5

2 536,4 59,6 - 3,5

4 564,3 62,7 - 3,3

5 368,1 40,9 17 3,4

6 448,2 49,8 40 3,2

7 385,2 42,8 156 2,7

8 488,7 54,3 40 4,5

9 730,8 81,2 - 4,9

1з 594,9 66,1 120 3,5

6з 440,1 48,9 - 2,8

ср. по почве 512,7 57,0 45,3 3,9

чернозём выщелоченный

3 484,3 58,0 3,7

2з 504,9 60,3 105 3,6

Зз 496,2 55,2 3,7

4з 436,8 54,2 3,7

5з 498,1 59,6 200 4,2

ср. по почве 484,1 57,5 61,0 3,8

Дозы азотных удобрений на полях чернозёма выщелоченного различались в меньшей степени (от 2 до 16%) по сравнению с серыми лесными почвами. И средняя урожайность также меньше варьировала - от 3,6 до 4,2 т к. ед./га. На полях 2з и 5з внесли органические удобрения в дозах 105 и 200 т/га. Наивысшая средняя урожайность 4,2 т к. ед./га получена по полю с высокой дозой органических удобрений, которые вносились трижды за 9 лет.

4 Изменения агрохимических свойств пахотных земель под действием

длительного сельскохозяйственного использования 4.1 Серая лесная почва. Основная обработка серой лесной почвы в 20042012 гг. на полях в основном включала отвальную вспашку. В некоторые годы на ряде полей она была заменена поверхностной обработкой в основном при возделывании ячменя. При посеве семян на всех полях вносилась аммиачная селитра в дозах от 0,5 до 3,3 ц/га.

По данным последнего тура обследования, 6 полей серой лесной почвы имели среднее содержание гумуса, два поля - повышенное, по одному полю -высокое и очень высокое (табл. 2). В 2008 и 2004 гг. низкое содержание гумуса отмечалось на трёх полях, в 1977 г, - на 6 полях.

Таблица 2 - Содержание гумуса в серой лесной почве (0-30 см)

№ поля Площадь, га Гумус, %

1977 г. 2004 г. 2008 г. 2012г.

1 226 5,9 4,5 4,2 4,8

2 142 5,8 6,5 6,9 8,5

4 200 9Д 6,0 3,9 5,4

5 200 2,9 3,0 3,2 5,7

6 190 5,8 6,0 5,2 7,5

7 140 2,3 3,2 5,8 7,5

8 183 2,9 8,5 3,9 11,7

9 250 3,0 4,5 4,3 5,5

13 179 2,1 3,5 5,2 5,1

6з 180 3,5 7,1 5,6 5,1

средневзвешенное 2=1890 4,4 5,2 4,7 6,5

На протяжении трёх туров среднее содержание гумуса сохранялось на полях № 1 и 9. В первом поле возделывался один год клевер и внесено 80 т/га компоста, в другом - горох и самое высокое внесение азотных удобрений (в сумме за 9 лет 730,8 кг д.в./га или 81,2 кг д.в./га в год).

Содержание гумуса к третьему туру повысилось на поле № 6 от среднего в первом туре до повышенного, на поле № 2 - от повышенного до высокого. На шестом поле возделывались 2 года клевер и один год горох, а также было внесено 40 т/га компоста. Во втором - 4 года многолетние травы. Снижение содержания гумуса наблюдалось в поле № 6з - от повышенного к среднему, где не вносились органические удобрения.

Повышение содержания гумуса с низкого в первом туре до среднего в третьем произошло в полях № 5 и 1з, до повышенного - в поле № 7. В первом случае 3 года возделывался клевер и внесено 17 т/га компоста, во втором - 120 т/га компоста, в третьем - занятый пар, донник, 2 года клевер и внесение 156 т/га навоза. В полях № 4 и 8 во втором туре содержание гумуса снизилось со среднего и высокого соответственно до низкого, а в третьем туре повысилось до среднего и очень высокого. В период с 2004 до 2008 гг. на этих полях

выращивали только зерновые культуры и кукурузу, органика не вносилась, в последующие годы — клевер 2 года, на поле № 8 внесено 40 т/га компоста.

В целом применяемая в хозяйстве технология, включающая внесение органических удобрений и возделывание многолетних бобовых трав, позволила на серых лесных почвах повысить средневзвешенное содержание гумуса в 2012 г. на 38,3% по сравнению с 2008 г., на 25% - с 2004 г., на 47,7% - с 1977 г. Повышению плодородия серой лесной почвы способствовало выращивание многолетних бобовых трав и внесение органических удобрений.

Закономерно возникает вопрос, почему содержание гумуса изменяется на большие величины. При существующих методах определения гумус включает сложную смесь органических веществ. Легкоразлагаемая часть органических веществ фактически существует в почвах в количествах, превышающих значения инертного гумуса (Когут Б.М., Шульц 3., Титова H.A., 2004). Гумус и легкоразлагаемые органические вещества трудно отделить при анализах, поэтому все свойства быстрого накопления приписываются гумусу в целом. К легкоразлагаемым формам относят послеуборочные остатки и органические удобрения: В наших исследованиях на серой лесной почве резкое увеличение содержания гумуса отмечалось при запашке клевера второго года пользования в год обследования.

По данным последнего тура обследования пашни серая лесная почва имеют среднекислую, слабокислую и близкую к нейтральной реакцию среды. Содержание подвижного фосфора только на одном поле среднее, на остальных — повышенное и высокое (табл. 3).

Таблица 3 - Содержание подвижного фосфора и обменного калия (0-30 см)

№ поля Площадь, га Р205, мг/кг К20, мг/кг

1977 г. 2004 г. 2008 г. 2012 г. 1977 г. 2004 г. 2008 г. 2012 г.

1 226 75 175 212 133 100 60 133 64

2 142 175 200 394 200 60 60 104 69

4 200 75 95 83 92 100 150 72 84

5 200 75 150 376 351 60 100 100 66

6 190 75 175 236 129 60 80 115 65

7 140 125 125 232 463 100 80 130 283

8 183 125 200 488 263 140 180 156 119

9 250 125 125 517 320 160 127 211 133

1з 179 35 125 206 177 100 100 116 60

6з 180 35 135 79 201 60 80 111 114

средневзвешенное 74 150 287 244 95 103 128 87

Положительная тенденция накопления подвижного фосфора в почве к 2012 г. наблюдалась на поле №7. Здесь в 2005 г. внесли навоз в количестве 100 т/га, а в 2010 г. — 56 т/га. Средневзвешенное содержание подвижного фосфора в серой лесной почве в третьем туре обследования ниже на 25,4% по сравнению со вторым туром, но выше на 62,7% первого тура и в 3 раза показателей 1977 г.

В серой лесной почве средневзвешенное содержание обменного калия во втором туре повышалось на 24,3%, а в третьем - понижалось на 32%. Но содержание обменного калия в 2012 г. на всех полях оставалось средним и повышенным. Значительное повышение содержания обменного калия наблюдалось в поле № 7, что составило 28,3 мг/100 г почвы. За период с 2004 по 2012 гг. на этом поле дважды вносили навоз по 100 и 56 т/га. Поля № 4 и 6з сохранили средний показатель содержания калия к уровню 2004 г. На этих полях возделывание культур насыщено злаково-бобовыми и бобовыми травами. На остальных семи полях показатель содержания обменного калия снизился от 34 до 56%.

Средневзвешенное содержание нитратного азота в третьем туре выше первого и второго туров в 1,9 и 3,6 раза. Этому способствовало возделывание бобовых трав, внесение навоза, а также ежегодное внесение аммиачной селитры под все возделываемые культуры.

4.2 Чернозём выщелоченный. Основная обработка чернозёма выщелоченного на всех полях включала отвальную вспашку. При посеве семян на всех полях вносилась аммиачная селитра в дозах от 0,5 до 3,5 ц/га.

По данным последнего тура обследования на одном поле (№ 4з) чернозёма выщелоченного среднее содержание гумуса, на остальных - повышенное (№ 2з, Зз) и высокое (№ 3, 5з) (табл. 4). В 2008 г. среднее содержание гумуса отмечалось на трех полях, в 2004 г. - на одном поле, остальные поля имели повышенное содержание гумуса. В 1977 г. только на одном поле было повышенное содержание гумуса, на остальных - высокое.

Таблица 4 - Содержание гумуса (0-30 см)

№ поля Площадь, га Гумус, %

1977 г. 2004 г. 2008 г. 2012 г.

3 154 9,2 7,0 5,8 8,1

2з 163 6,9 5,0 7.1 6.1

Зз 159 8,1 6,2 5,8 7,6

4з 195 8,1 6,5 5,7 5,8

5з 150 8,1 7,0 7,1 8,5

средневзвешенное 2=821 8,1 6,3 6,3 7,1

На полях № 3 и Зз наблюдалось снижение гумуса во втором туре по сравнению с 2004 г., затем возрастание к 2012 г. В период с 2004 по 2008 гг. возделывались только зерновые культуры, а в следующем туре — 2 года клевер с высокой продуктивностью. Повышению содержания гумуса на полях № 2з и 5з способствовало возделывание 2 года клевера и внесение компоста в дозах 105 т/га (80 т/га компоста, 25 т/га навоза) и 205 т/га (150 т/га компоста, 50 т/га навоза) соответственно. Снижение гумуса на поле № 4з наблюдалось во втором туре обследования, где в период 2004-2008 гг. не вносились органические удобрения, а при обследовании в 2008 г. клевер был первого года пользования. К 2012 г. возделывание клевера сохранило содержание гумуса на уровне 2008 г.

Применяемые в хозяйстве технологии позволили на чернозёме выщелоченном повысить средневзвешенное содержание гумуса в 2012 г. на 12,7% по сравнению с 2008 и 2004 гг., но данное содержание ниже на 12,4% по сравнению с 1977 г.

По данным последнего тура обследования поля чернозёма выщелоченного имеют среднекислую и слабокислую реакцию среды. Содержание подвижного фосфора на полях № 3, Зз и 5з отмечается как среднее, на поле № 4з -повышенное, на поле № 2з - высокое (табл. 5). Существенное увеличение (на 39%) содержания подвижного фосфора в 2008 г. на втором поле связано с первым годом последействия 80 т/га компоста и внесением 25 т/га навоза в год обследования. Снижение содержания данного показателя на 22% на первом поле обусловлено возделыванием четырёх зерновых культур.

Таблица 5 - Содержание подвижного фосфора и обменного калия (0-30 см)

№ поля Площадь, га Р205, мг/кг К20, мг/кг

1977 г. 2004 г. 2008 г. 2012 г. 1977 г. 2004 г. 2008 г. 2012 г.

3 154 75 100 77 82 60 90 84 63

2з 163 75 200 278 191 60 180 101 76

Зз 159 75 80 74 91 60 80 116 57

4з 195 75 120 132 150 60 80 70 92

5з 150 35 80 78 70 100 130 63 151

средневзвешенное 68 117 130 99 67 111 86 87

На полях № 3, Зз и 4з в 2012 г. увеличилось содержание подвижного фосфора на 6, 23 и 14 % соответственно. Под посев пшеницы на этих полях вносилась азофоска в год агрохимического обследования. Уменьшение подвижного фосфора произошло на полях № 2з и 5з на 31 и 10% соответственно. С этих полей был самый большой суммарный вынос урожая за последние пять лет - 18,4 и 17,8 т к. ед./га.

Содержание обменного калия по данным последнего тура на трёх полях — среднее, на полях 4з и 5з - повышенное и высокое соответственно (табл. 5). На третьем поле в 2008 г. отмечалось повышение в содержании калия, на остальных полях — снижение.

В целом но хозяйству при анализе средневзвешенных показателей обследования можно сделать заключение, что чернозём выщелоченный имеет слабокислую реакцию среды, повышенное содержание гумуса (7,1%), среднее подвижного фосфора и повышенное обменного калия. Серые лесные почвы слабокислые, имеют высокое содержание подвижного фосфора, повышенное обменного калия и гумуса (6,5%).

По результатам данного обследования в хозяйстве разработан ряд мер по сохранению плодородия почв, в т.ч. необходимость в увеличении объёма внесения органических удобрений и изменения севооборота на некоторых полях.

5 Влияние компоста и извести на плодородие серой лесной почвы и продуктивность культур 5.1 Компостирование навоза с соломой. В последнее время в сельском хозяйстве резко сократилось применение органических удобрений. Количество вносимой органики в России с 1985 по 1995 гг. уменьшилось в 30 раз и продолжало снижаться до 2006 г. (Божков Д.В., Бирюкова O.A., Нор-Аревян B.C., Медведева A.M., 2013). Большие возможности есть по компостированию навоза с торфом и соломой. Исследования по компостированию навоза и помета с торфом в нашем регионе проведены И.В. Греховой (2005). Доказана эффективность внесения компостов по сравнению с навозом. Компостирование навоза с соломой находит свое актуальное применение в хозяйствах нашего региона, в частности в ЗАО «Успенское».

Наблюдения за процессом компостирования подстилочного навоза были проведены в 2009 г. Соломисто-навозная смесь формировалась на территории животноводческой фермы. В выгон завозили солому яровых культур, используя как подстилку для крупного рогатого скота. При достижении высоты соломисто-навозной массы до полутора метров, её вывозили на краевую часть поля, укладывая в бурты. Выбраны три конфигурации бурта: 1. бурт - 20x20x4 м (основание - квадрат), 2. бурт - 30x10x4 м (основание - прямоугольник), 3. бурт - 50x6x4 м (основание - узкая длинная гряда). Бурты сформированы массой 1200 т, длинные стороны 2 и 3 буртов - восточная и западная. Соотношение соломы к навозу 2:1. Температура разогрева массы бурта определялась термометром на глубине 1 метра от поверхности.

По данным наших исследований отмечено, что разогрев буртов происходил не с одинаковой интенсивностью. Восточная сторона бурта с квадратной формой основания в июне разогрелась до 44°С (табл. 6). С южной и западной стороны - температура сохранялась в пределах 10°С в течение июня.

Таблица 6 - Температура соломисто-навозного компоста, °С (2009 г.)

Дата отбора Стороны бурта с квадратной формой основания Форма основания бурта

восточная южная западная северная квадрат прямоугольник гряда

11 июня 44 10 9 0 18 12 41

29 июня 42 10 11 9 18 26 41

9 июля 50 54 23 5 33 48 54

23 июля 53 49 36 8 37 48 50

9 сентября 31 50 39 28 37 37 35

Максимальная температура в восточной и южной стороне бурта наблюдалась в июле - 53-54°С. С западной стороны температура поднялась в июле до 36 С, а с северной - оставалась такой же, как в июне, в пределах 10°С. К сентябрю температура в восточной стороне бурта начала снижаться, в южной и западной - нет, с северной - температура поднялась до 28°С.

Средняя температура буртов разной конфигурации за летний период компостирования представлена в таблице 6. Быстрее и до температуры выше 50 С разогрелся только компост, сформированный с основанием в виде гряды (50x6x4 м). До 48 С поднялась температура в бурте с прямоугольной формой основания (30x10x4 м). Компост, сформированный с основанием в виде квадрата (20x20x4 м), разогревался слабее - до 37°С. В сравнительной оценке среднего температурного режима по буртам, преимущество у бурта с основанием в виде гряды. Высокая температура дает возможность для ускоренного процесса разложения органической массы.

В компосте содержание аммиачного азота к концу июня повышалось в 1,42,3 раза в зависимости от формы бурта. Во всех буртах произошло накопление нитратного азота: в первом - на 75,4%, во втором - на 87,6%, в третьем - на 170,1%. Содержание минерального азота перед внесением в почву было больше всего в третьем компосте (940,0 мг/кг), на втором месте - второй бурт (565,9 мг/кг). И меньше всего (в 3,0 и 1,8 раза) минерального азота содержалось в первом компосте (308,41 мг/кг). Содержание минерального азота согласуется с температурой разогрева.

Изменения в сумме поглощенных оснований и степени насыщенности за время компостирования незначительные, что согласуется с данными И.В. Греховой (2005). Различия между формами бурта по этим показателям не существенны. Температура разогрева влияет на гидролитическую кислотность: снижение во втором (48°С) и третьем буртах (54°С) на 14 и 19% по сравнению с первым, разогревшемся только до 37°С. С повышением температуры усиливаются процессы минерализации органической массы, и снижается гидролитическая кислотность.

5.2 Изменение агрохимических показателей серой лесной почвы при внесении компоста и извести. Проблема известкования почв в настоящее время приобрела чрезвычайно большое значение. В 60-80-годы прошлого века в Российской Федерации была произвесткована большая часть кислых почв пашни. Наряду с применением значительных объёмов органических и минеральных удобрений это положительно сказалось на плодородии почв и урожайности культур. В настоящее время уровень применения удобрений и извести уменьшился в десятки раз (Мальцев В.Т., 2011).

По данным обследования 2008 г. 81% пахотных земель в хозяйстве кислые. Осенью 2009 г. был заложен опыт на серой лесной почве по изучению влияния соломисто-павозного компоста в дозе 150 т/га с дозами извести 2 и 5 т/га на продуктивность культур.

Весной 2010 г. на удобренном компостом варианте по сравнению с контролем в слое 0-20 см наблюдалось снижение обменной и гидролитической кислотности на 9 и 20% соответственно (табл. 7). Известь, внесённая совместно с компостом, снижала эти показатели при дозе 2 т/га на 17 и 63%, при дозе 5 т/га - на 28 и 80% соответственно. К осени 2010 г. различия между контролем и изучаемыми вариантами сохранились практически на том же уровне.

Таблица 7 — Агрохимическая характеристика почвы в слое 0-20 см

Варианты рНсол мг-экв./ЮО г V, %

Нг S | Е

20.05.10 г.

Контроль 5,3 3,5 7,7 11,2 69,8

Компост (150 т/га) 5,8 2,8 11.4 14,7 77,6

Компост + 2 т/га извести 6,2 1,3 37,5 38,8 96,6

Компост + 5 т/га извести 6,8 0,7 42,2 42,9 98,4

11.09.12 г.

Контроль 5,6 3,5 5,1 8,0 58,6

Компост (150 т/га) 6,0 2,9 6,1 10,4 63,8

Компост+2 т/га извести 6,7 1,2 30,9 32,1 96,3

Компост+5 т/га извести 6,8 0,9 34,4 35,3 97,4

В слое 20-40 см данные обследования 2010 г. свидетельствовали о снижении рНсщ, на 14 и 21%, гидролитической кислотности в 2,3 и 5 раз при внесении извести 2 и 5 т/га соответственно. В 2012 г. сумма поглощённых оснований уменьшалась на всех вариантах к уровню 2010 г., но наивысшая была у варианта компост+5 т извести (38,8 мг-экв./100 г), превышая контроль в 4,3 раза. Степень насыщенности почв основаниями в слое 0-40 см серой лесной почвы во всех опытных вариантах уменьшила свои показатели в 2012 г. не существенно к первоначальному обследованию 2010 г.

Содержание гумуса через год после внесения компоста в дозе 150 т/га в слое 0-20 см серой лесной почвы превышало контроль на 0,3% (относит. 7,5%), при совместном внесении с известью - на 0,2% (относит. 5%) (табл. 8). Изменения в слое 20-40 см на изучаемых вариантах составили 0,3 и 0,2% (10,3 и 6,9%). Увеличению гумуса в этом слое способствовала вспашка оборотным плугом на глубину 22 см при заделке компоста, а в последующие два года -глубокое рыхление на глубину 30 см без оборота пласта. В среднем в слое 0-40 см при внесении компоста отдельно и совместно с известью содержание гумуса повысилось относительно контроля на 0,4 и 0,3% (относит. 11,8 и 8,8%) соответственно. На второй год превышение над контролем в содержании гумуса в почве изучаемых вариантов сохранилось. На третий год разница между контролем и изучаемыми вариантами уменьшалась.

По содержанию подвижного фосфора различия между контролем и изучаемыми вариантами не значительные. В слое 0-40 см на вариантах с внесением извести содержание обменного калия осенью 2010 г. превышало компост и контроль на 41 и 48% соответственно. На второй год при выращивании однолетних трав содержание обменного калия при внесении компоста почти не отличалось от вариантов совместного внесения с известью, но все изучаемые варианты превышали контроль в среднем на 45%. На третий год превышали контроль в 3 раза варианты с известью, в 2 раза - компост.

Таблица 8 - Содержание гумуса, %

Варианты | 22.09.2010 г. | 18.08.2011 г. | 11.09.2012 г.

0-20 см

Контроль 4,0 3,4 3,8

Компост (150 т/га) 4,3 3,8 4,0

Компост+2т/га извести 4,2 3,7 4,0

Компост+5 т/га извести 4,2 3,7 3,9

20-40 см

Контроль 2,9 2,4 2,8

Компост (150 т/га) 3,2 2,7 2,9

Компост+2 т/га извести 3,2 2,6 3,0

Компост+5 т/га извести зд 2,8 3,0

0-40 см

Контроль 3,4 2,9 3,3

Компост (150 т/га) 3,8 3,2 3,4

Компост+2 т/га извести 3,7 3,2 3,5

Компост+5 т/га извести 3,6 3,2 3,4

Таким образом, при внесении компоста и извести улучшались агрохимические показатели серой лесной почвы: снижалась кислотность, повышались сумма поглощённых оснований и степень насыщенности почвы основаниями, содержание гумуса и подвижного калия. Различие по этим показателям между дозами извести несущественно.

5.2 Динамика минеральных форм азота. Весной 2010 г. в слое 0-20 см содержание аммиачного азота в вариантах компост и компост+5 т извести превышало контроль на 24%, содержание нитратного азота - на 23 и 66% соответственно. В слое 0-40 см содержание минерального азота превышало контроль на изучаемых вариантах на 35,9-52,5%. По содержанию минерального азота в почве выделились варианты компост и компост+5 т/га извести в 2010 и 2012 гг., компост и компост+2 т/га извести в 2011 г.

5.3 Влияние компоста и извести на продуктивность культур. В первый и третий год исследований на опытном поле возделывался ячмень, во второй год -однолетние травы на сенаж. При совместном применении компоста и извести в первый год действия существенно повышалась масса растений ячменя (на 2933%) по отношению к компосту, но урожайность зерна ячменя существенно снижалась на 13,5% (табл. 9). В последующие годы различие между изучаемыми вариантами несущественное. В среднем за три года урожайность культур по сравнению с контролем существенно повышалась на вариантах с внесением компоста как отдельно, так и совместно с известью на 29, 27 и 24% соответственно по вариантам.

Таблица 9 - Влияние компоста и извести на урожайность культур, ____т к. ед./га

Варианты 2010 г. ячмень 2011 г. одн. травы 2012 г. ячмень Средняя урожайность, т к. ед./га

Контроль 3,9 5,6 2,9 4,1

Компост (150 т/га) 5,9 6,2 3,7 5,3

КомпосН-2т/га извести 5,2 6,6 3,8 5,2

Компост+5 т/га извести 5,3 6,2 3,8 5,1

НСР05 0,15 0,65 0,52 0,49

На вариантах с внесением извести в 2010 и 2011 гг. наблюдалось полегание посевов. Для выяснения причины полегания был проведен анализ соломы данных культур. Закономерность выявлена только по содержанию оксида кремния. Уменьшение на вариантах с внесением 2 и 5 т/га извести в первый год на 37 и 39%, во второй - на 11 и 20% соответственно в сравнении с контролем. В третий год различия незначительные и полегания не наблюдалось.

6 Экономическая эффективность применения компоста и извести на ячмене

Рентабельность при применении компоста и извести с учетом субсидирования внесения извести составляет 35%, без субсидирования 23 и 25%, компоста - 43%, на контроле - 44%. Рентабельность всего производства ЗАО «Успенское» в 2012 г. составила 41%, 2011 г. - 54%, 2010 - 48%.

ВЫВОДЫ

1. Применяемые технологии возделывания культур в ЗАО «Успенское» являются типичными для северной лесостепи Тюменской области. Глубина и способ основной обработки почвы подбирались в соответствии с возделываемой культурой. Дозы азотных удобрений в зависимости от планируемой урожайности на серой лесной почве варьировали в среднем от 40,9 до 81,2 кг д.в./га, на чернозёме выщелоченном - от 54,2 до 60,3 кг д.в./га. На полях регулярно вносился соломисто-навозный компост. Семенной материал подвергался протравливанию с добавлением в баковую смесь регуляторов роста и микроудобрения. При химической прополке в баковую смесь к гербицидам были добавлены регуляторы роста и микроудобрения. Анализ технологий возделывания культур в хозяйстве с 2004 по 2012 гг. позволил установить степень их влияния на агрохимические свойства серой лесной почвы и чернозёма выщелоченного и на продуктивность культур.

2. По средневзвешенным показателям обследования 2012 г. серая лесная почва слабокислая с высоким содержанием подвижного фосфора, повышенным - обменного калия и гумуса (6,5%). Чернозём выщелоченный имеет слабокислую реакцию среды, повышенное содержание гумуса (7,1%), среднее

подвижного фосфора и повышенное обменного калия. Содержание подвижных форм цинка, меди, кадмия и кобальта на обоих типах почв значительно ниже ПДК.

3. Внесение органических и минеральных удобрений, возделывание многолетних бобовых трав позволили на серой лесной почве повысить средневзвешенное содержание гумуса за девять лет на 25%, на чернозёме выщелоченном-на 12,7%.

4. Применяемые в хозяйстве технологии способствовали получению от 2,7 до 4,9 т к. ед./га урожайности культур на серой лесной почве, на чернозёме выщелоченном - 3,6-4,2 т к. ед./га. Выявлена средняя положительная зависимость от доз азотных удобрений (г=0,47).

5. За 36 лет сельскохозяйственного использования в чернозёме выщелоченном содержание гумуса снизилось на 1% (относит. 12%), а на серой лесной почве повысилось на 2,1% (относит. 48%). Для поддержания плодородия пашни в хозяйстве необходимо продолжить внесение органических удобрений и возделывание многолетних бобовых трав.

6. Конфигурация бурта влияла на активность разогрева соломисто-навозного компоста и содержание минерального азота. Оптимальный тепловой режим и максимальное содержание минерального азота наблюдались у бурта длиной 50 м и шириной 6 м. Средние показатели наблюдались в бурте с прямоугольной формой основания (30x10 м), низкие - в бурте с основанием в виде квадрата (20x20 м). При такой форме бурта разогрев компоста до температуры 50°С наблюдался только в восточной и южной стороне бурта, с западной - до 39 С. С северной стороны бурта температура в течение лета сохранялась ниже 10°С.

7. При внесении извести по фону компоста (150 т/га) понижалась кислотность серой лесной почвы, повышались сумма поглощённых оснований и степень насыщенности почвы основаниями, а также содержание обменного калия. Различие между дозами извести (2 и 5 т/га) несущественное. На серой лесной почве в северной лесостепи расчет нормы внесения извести возможен по неполной гидролитической кислотности (0,6 Нг).

8. Повышение содержания гумуса в слое 0-40 см в 2010 г. на варианте компост+2 т/га извести составило 12% (относит.), на компосте и компост+5 т/га извести — 6%. В 2011 г. различие между изучаемыми вариантами и контролем от 7 до 10%, в 2012 г. - 3-7%.

9. В динамике в течение трёх лет в слое 0-40 см преимущественное содержание аммиачной и нитратной форм азота наблюдалось на вариантах компост и компост+5 т/га извести.

10. Урожайность культур в среднем по трём годам исследований существенно повышалась при внесении 150 т/га компоста на 29%, компоста и 2 т/га извести - на 27%, компоста и 5 т/га извести - на 24%. Только в первый год действия на варианте с компостом урожайность зерна ячменя существенно превышала варианты с совместным внесением компоста и извести на 13,5% (2 т/га) и 11,3% (5 т/га), но масса растений ячменя снижалась на 29-33%. Различия по урожайности между дозами извести во все годы несущественны.

15

11. В первый и второй год опыта полегали посевы на вариантах с известью. При анализе соломы выявлена закономерность только по содержанию оксида кремния. Уменьшение на вариантах с внесением извести в зависимости от дозы в первый год составило 37 и 39%, во второй - 11 и 20% по сравнению с контролем. В третий год различия по содержанию оксида кремния незначительные и полегание не наблюдалось.

12. Рентабельность при совместном применении компоста и извести составляет 23 и 25%, одного компоста - 43%, на контроле - 44%. Внесение органических удобрений и извести затратные операции. Но они имеют длительное действие на плодородие почв и урожайность культур.

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ

1. Для сохранения плодородия пашни в северной лесостепи Тюменской области необходимо внесение органических удобрений не реже одного раза в пять лет в дозе более 40 т/га, а также возделывание многолетних бобовых трав.

2. Подстилочный навоз для приготовления компоста формировать в бурт с соотношением длины к ширине более 3:1 и расположением длинной стороны на восток.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Публикации в изданиях, включенных в перечень ВАК РФ

1. Грехова И.В. Оценка плодородия пахотных земель / И.В. Грехова, В.К. Семёнов //Аграрный вестник Урала. 2012. № 5 (97). С. 5-7.

Другие публикации

2. Грехова И.В. Оценка плодородия чернозёма выщелоченного / И.В. Грехова, В.К. Семёнов // Ресурсный потенциал почв - основа продовольственной безопасности страны: Мат. Междунар. конф. С.-Пб., 2011. С. 51-52.

3. Грехова И.В. Оценка плодородия серых лесных почв / И.В. Грехова, В.К. Семёнов // Почва как связующее звено функционирования природных и антропогенно-преобразованных экосистем: Мат. 111. Междунар. науч.-практ. конф. Иркутск, 2011. С. 253-256.

4. Семёнов В.К. Компостирование навоза с соломой / В.К. Семёнов // Инновационное развитие АПК Северного Зауралья: Сб. мат. регион, науч.-практ. конф. молодых ученых. Тюмень, 2013. С. 120-122.

5. Семёнов В.К. Влияние компоста и извести на продуктивность культур / В.К. Семёнов // Инновационные процессы в АПК: Сб. ст. V Междунар. науч.-практ. конф. М., 2013. С. 79-81.

6. Грехова И.В. Состояние чернозёма выщелоченного северной лесостепи Тюменской области / И.В. Грехова, В.К. Семёнов // Современное состояние чернозёмов: Мат. Междунар. науч. конф. Ростов-на-Дону, 2013. С. 85-87.

Подписано в печать 22.11.2013 г. Тираж 120 экз. Печать трафаретная. Заказ 080. Отпечатано в печатном цехе «Ризограф» Тюменского Аграрного Академического Союза 625003, г. Тюмень, ул. Республики, 7

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, кандидата сельскохозяйственных наук, Семёнов, Владислав Кириллович, Тюмень

Государственный аграрный университет Северного Зауралья

На правах рукописи

04201454866

Семёнов Владислав Кириллович

ИЗМЕНЕНИЯ АГРОХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПАХОТНЫХ ЗЕМЕЛЬ СЕВЕРНОЙ ЛЕСОСТЕПИ ТЮМЕНСКОЙ ОБЛАСТИ

06.01.04 - агрохимия

Диссертация на соискание учёной степени кандидата сельскохозяйственных наук

Научный руководитель: доктор биологических наук Грехова И.В.

Тюмень -2013

СОДЕРЖАНИЕ

Введение............................................................................................................................................................3

Глава 1 Влияние антропогенного воздействия на плодородие почв

(обзор литературы)....................................................................................................................................7

1.1 Изменения содержания гумуса в пахотных почвах..................................................7

1.2 Пути сохранения и повышения плодородия почв................................................17

Глава 2 Объекты, условия и методика исследований................................................35

2.1 Объекты исследований..................................................................................................................35

2.2 Климатические и погодные условия..................................................................................37

2.3 Методика исследований................................................................................................................41

Глава 3 Влияние агротехнологий на продуктивность культур..............................44

3.1 Продуктивность культур на серой лесной почве....................................................44

3.2 Продуктивность культур на чернозёме выщелоченном..................................70

Глава 4 Изменения агрохимических свойств пахотных земель под действием длительного сельскохозяйственного использования............................84

4.1 Серая лесная почва............................................................................................................................85

4.2 Чернозём выщелоченный............................................................................................................96

Глава 5 Влияние компоста и извести на плодородие серой лесной

почвы и продуктивность культур................................................................................................104

5.1 Компостирование навоза с соломой................................................................................104

5.2 Изменение агрохимических показателей серой лесной почвы при внесении компоста и извести............................................................................................................110

5.3 Динамика минеральных форм азота..................................................................................120

5.4 Влияние компоста и извести на продуктивность культур..............................131

Глава 6 Экономическая эффективность применения компостов и извести на ячмене........................................................................................................................................139

Выводы................................................................................................................................................................143

Предложения производству................................................................................................................145

Список использованной литературы........................................................................................146

Приложения....................................................................................................................................................168

I

I

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Сельскохозяйственное освоение почв (распашка) влияет на их строение и генетические свойства (Тюрин И.В., 1965; Кононова М.М., 1963; Егоров В.П., Дюрягина Н.И., 1972; Егоров В.П., Петуховский C.JL, 1980; Егоров В.П., Кривонос Л.А., Иванюшин H.A., 2002). Пахотные почвы отличаются от целинных строением верхней части морфологического профиля, снижается содержание гумуса, распыляется водопрочная структура, повышается плотность, существенно увеличивается перегнойно-аккумуля-тивный горизонт.

После освоения эволюция почвы может развиваться по двум направлениям: выпахивания или окультуривания. Первая стадия развивается при экстенсивном использовании пашни: низкая культура земледелия, отсутствие удобрений, дефицит органического вещества и питательных элементов приводят к снижению эффективного и потенциального плодородия, ухудшению агрохимических свойств, дисбалансу элементов минерального питания и снижению продуктивности культур (Егоров В.П., 1986; Иванюшин Е.А., Плотников A.M., Созинов A.B., Яковлев В.А., 2006; Гамзиков Г.П., 2011). Вторая стадия наблюдается при умеренно-интенсивной и интенсивной системах: высокая культура земледелия, качественное выполнение всех технологических приемов, внесение удобрений, поддержка бездефицитного или положительного баланса питательных веществ и гумуса стабилизирует или улучшает плодородие пахотных земель. Высокая и устойчивая продуктивность земледелия возможна лишь при условии сохранения плодородия почв. Основой плодородия почв и высоких урожаев сельскохозяйственных культур является органическое вещество почвы. Запасы и состав гумуса определяют все агрохимические свойства и продуктивность почв.

В последнее время при современной системе ведения сельского хозяйства отмечается дегумификация почв, которая ведёт к снижению

урожайности культур. Приёмами повышения эффективного плодородия, учитывающими свойства почвы и природные условия, считаются рациональное применение органических и минеральных удобрений, известкование, прогрессивная система обработки, травосеяние, введение рациональных севооборотов.

Основная задача современного земледелия - приостановить сокращение запасов гумуса в почве. В связи с этим особую актуальность приобретает оценка состояния пахотных земель и технологий возделывания культур.

Цель исследования: Оценка изменений агрохимических свойств пахотных земель в северной лесостепи Тюменской области.

Задачи исследований:

1. Провести анализ технологий возделывания сельскохозяйственных культур в северной лесостепи на примере хозяйства ЗАО «Успенское».

2. Дать оценку агрохимических свойств серой лесной почвы и чернозёма выщелоченного при длительном сельскохозяйственном использовании.

3. Определить оптимальные условия компостирования подстилочного навоза.

4. Установить действие совместного внесения соломисто-навозного компоста и извести на свойства серой лесной почвы и урожайность культур.

5. Дать экономическую оценку внесения компоста и извести.

Научная новизна исследований. Установлено влияние элементов

системы земледелия на агрохимические свойства серой лесной почвы и чернозёма выщелоченного и урожайность культур в условиях северной лесостепи Тюменской области. Определены особенности действия соломисто-навозного компоста и извести на гумусовое состояние и агрохимические свойства серой лесной почвы. Разработаны меры по повышению качества соломисто-навозного компоста. Дана экономическая

оценка применения компоста и извести под сельскохозяйственные культуры на серой лесной почве.

Защищаемые положения:

1. Технологии возделывания культур в северной лесостепи, включающие применение органоминеральной системы удобрений и возделывания многолетних бобовых трав, повышают плодородие серой лесной почвы и чернозёма выщелоченного.

2. Известкование на фоне внесения соломисто-навозного компоста, улучшая агрохимические показатели серой лесной почвы, не оказывает существенного влияния на урожайность культур.

Практическая значимость и реализация результатов исследований. По результатам оценки состояния пахотных земель в хозяйстве разработан ряд мер по сохранению плодородия почв. На основании агрохимических исследований почв и продуктивности растений установлена эффективность известкования серой лесной почвы в сочетании с внесением соломисто-навозного компоста. Полученные данные можно использовать при разработке технологических процессов с целью минимизации затрат производства продукции на серой лесной почве и чернозёме выщелоченном и предотвращения снижения плодородия и истощения почвы.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на международных (Санкт-Петербург, 2011; Иркутск, 2011; Москва, 2013; Ростов-на-Дону, 2013) и региональных (Тюмень, 2013) конференциях.

Публикации. Результаты исследований опубликованы в 6 работах, в том числе одна в ведущем журнале, рекомендованном ВАК РФ.

Объем и структура работы. Диссертационная работа изложена на 167 страницах. Состоит из введения, шести глав, выводов, рекомендаций производству, содержит 59 таблиц, 16 рисунков, 24 приложения. Библиографический список включает 240 источников, из них 11 на иностранных языках.

Личный вклад. Автору принадлежит: разработка программы исследований, постановка, организация и проведение полевых опытов, анализ и интерпретация полученных результатов, их статистическая и экономическая оценка, формулирование выводов и предложений производству. Исследования проведены в период 2004-2012 гг. на серой лесной почве и чернозёме выщелоченном хозяйства ЗАО «Успенское» Тюменской области.

Автор выражает искреннюю благодарность за методическое руководство и всестороннюю помощь доктору биол. наук, профессору И.В. Греховой, а также генеральному директору ЗАО «Успенское» Л.М. Захаренко за предоставленную возможность размещения опытов на пашне хозяйства.

Глава 1 ВЛИЯНИЕ АНТРОПОГЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ПЛОДОРОДИЕ ПОЧВ (ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ)

1.1 Изменения содержания гумуса в пахотных почвах

Плодородие почвы - качественная характеристика, является биолого-функциональной способностью почвы создавать биологическую продукцию экосистемой (Макаров И.Б., 2007). Естественное плодородие формируется без вмешательства человека (антропогенного фактора), считается результатом развития природного почвообразовательного процесса (Вильяме В.Р., 1955; Ковда В.А., 1981; Кауричев И.С., 1982; Ковриго В.П., 2000).

Задача мобилизации потенциального плодородия почв и повышения эффективного во всех почвенно-климатических зонах зависит от степени мобилизации потенциального плодородия и уровня агротехнических мероприятий, их своевременного и качественного выполнения (Климов A.A., 1971; Шишов Л.Л., 1987).

В формировании урожая культур севооборота, роль почвенного плодородия очень велика, и большую часть питательных веществ они получают из почвенных запасов даже в условиях высокой химизации (Сидорова Г.М., Федчун A.A., Демин A.A., 1997). С увеличением запасов гумуса почва обогащается азотом, фосфором и другими питательными веществами. На гумусовое состояние почв влияют набор выращиваемых культур и их чередование в севообороте, состав и дозы вносимых удобрений, характер механической обработки почвы (Лыков A.M., 1982; Krejcir J., 1997; Лыков A.M., Еськов A.M., Новиков М.Н., 2004).

Одним из основных составляющих продуктивности агрофитоценозов является плодородие, которое способно обеспечивать растениям благоприятные питательный, водный, тепловой и фитосанитарный режимы. В стране распалась государственная система управления плодородием почв (Апарин Б.Ф., 2004). Внесение органических и минеральных удобрений резко

сократилось и, как следствие, снизилось плодородие почв, и упала урожайность сельскохозяйственных культур.

Гумус - динамичная составная часть почвы, подвергается качественным и количественным изменениям под влиянием множества факторов, ведущим является хозяйственная деятельность человека (Проберж Э.С., 2003). С накоплением гумуса улучшаются водно-физические свойства почвы, а с интенсификацией его разложения - пополняются запасы элементов питания растений (Сдобников С.С., Мельцаев И. Г., 1998).

Предотвращение потерь гумуса, обеспечение положительного баланса считается одной из основных задач земледелия, в решении которой важная роль принадлежит органическим удобрениям. Снижение содержания гумуса не является неизбежным. Стабилизации и улучшению гумусного состояния пашни, формированию новых видов высокоплодородных почв может способствовать высокая культура земледелия.

Значение органического вещества почвы трудно переоценить. Весь почвообразовательный процесс связан с её органическим веществом. Гумус и органическое вещество являются не только запасными источниками всех элементов питания растений, но и регуляторами главнейших физико-химических и биологических свойств почвы, обусловливающих водно-воздушный и питательный режим растений в любой природной зоне (Александрова Л.Н., 1980).

Гумусное состояние почв существенно изменяется с введением их в сельскохозяйственное использование (Лозановская И.Н., 1987). Особенно резкое снижение гумуса происходит в первые годы освоения почв за счёт усилившейся минерализации органического вещества вследствие аэрации пахотных почв, активизации почвенной биоты и за счёт припашки нижележащих, как правило, оподзоленных горизонтов (Поляков Н.В., 2007).

Система отвальной обработки почвы негативного влияния на её гумусированность не оказывает - отклонения по годам находятся в пределах ошибки опыта. Снижение гумуса в слое 20-30 см с 7,73 до 7,23%

компенсируется увеличением содержания гумуса в слое 0-20 см с 8,32 до 8,71%. (РзаеваВ.В., 2010).

Многочисленными исследованиями установлено, что вовлечение серых лесных почв в сельскохозяйственное производство приводит к значительным потерям гумуса и изменению его качественного состава (Тейт Р., 2007). По данным Б.П. Ахтырцева (1979) гумуссированность серых лесных почв за период земледельческого использования снизилась в пахотном слое до 3-5% против 5-7% в целинных.

Многие исследователи (Шестаков П.А., 2001, Асеева Т.А., 2008 и др.) отмечали, что в последнее десятилетие выявлена общая тенденция снижения гумуса для разных типов почв при разных системах земледелия, особенно в пахотном слое. Возделывание полевых культур без применения удобрений за 20 лет приводило к снижению гумуса в слое 0-40 см на 0,3% (Жуков A.M., 1987; Найденов A.C., 1991). За 20-25 лет использования пашни потеряли в среднем 0,4% содержания гумуса (Малышев Ф.А., 1991). На бедных дерново-подзолистых почвах за 70-80 лет содержание гумуса снизилось на 1,2-1,4% (Ковда В.А., 1981).

Большая часть сельскохозяйственных производителей в России не имеют финансовых и материальных возможностей для экологически безопасного и рентабельного ведения деятельности хозяйства и не учитывают ущерб, наносимый пахотным землям процессами деградации почв. По подсчетам сотрудников Почвенного института им. В.В. Докучаева (Булгаков Д.С., Молчанов Э.Н., Карманов И.И., Рожков В.А., 2011) уровень плодородия за последние 20 лет за счёт деградации снизился на 10-12%.

В лесостепной зоне в результате длительного сельскохозяйственного использования в чернозёмах выщелоченных снизился гумусовый горизонт на 10 см, содержание гумуса на 1,5%, рНсол на 1,0, глубина вскипания до 80 см, зернистая структура превратилась в комковато-пылеватую (Хабиров И.К., Кузнецов В.И., Гилязетдинов Ш.Я. и др., 2011). В дерново-подзолистых почвах Предуралья сложился в настоящее время отрицательный баланс

гумуса и неудовлетворительное соотношение питательных веществ (Косолапова А.И., Завьялова Н.Е., 2006). Убыль гумуса при возделывании зерновых составляет в среднем в год 0,3-0,7 т/га, пропашных - в 2-3 раза больше, особенно велики потери в не удобренном чистом пару (Завьялова Н.Е., 2006). В пахотных почвах Тувы произошло снижение содержания гумуса на 0,64% (Жуланова В.Н., Чупрова В.В., 2011).

Использование слабоокультуренной сильнокислой дерново-подзолистой почвы в севообороте без применения удобрений и мелиорантов приводит к снижению содержания гумуса на 14%, снижению или тенденции к снижению кислотности, незначительное возрастание суммы обменных оснований (Минеев В.Г., 2004).

Внесение минеральных удобрений на планируемую урожайность зерновых 5,0 т/га и выше усиливает процесс минерализации гумуса, увеличивает его подвижность по почвенному профилю и негативно сказывается на его запасах. За 14 лет потери из пахотного слоя составили 1016 т/га, в т. ч. 5 тонн мигрировали глубже 50 см. Внесение удобрений под урожайность в 3,0 и 4,0 т/га зерна за 14 лет увеличивало запасы гумуса на 1113 т/га относительно первоначальных значений (Ерёмин Д.И., 2010).

На долю азота органических азотсодержащих соединений в почве приходится 70-90% от его валового содержания. Азотсодержащие соединения подразделяются по способности к гидролизу на группы: негидролизуемые соединения (битумы, меланины, гумины) (Кононова М.М., 1951) и гидролизуемые азотистые вещества (амиды и аминосоединения). В почве содержатся также водорастворимые минеральные соединения азота -соли аммония, азотистой и азотной кислот.

По дозам органических удобрений для компенсации потерь гумуса в литературных источниках приводятся разные данные. По мнению одних авторов (Шестаков П.А., 2001; Дедов A.B., 2002), необходимо вносить не менее 5-10 т/га органики. Другие (Мерзлая Г.Е., 1996) считали, что для улучшения экологической обстановки, обеспечения бездефицитного баланса

гумуса, повышения качества продукции вносить надо ежегодно 16-20 т/га органических удобрений.

При внесении навоза в количестве 250 т/га в сумме за 25 лет в пахотном слое отмечено повышение рНС0Л. на 0,3, снижение гидролитической кислотности на 1,5 мг-экв./100 г почвы, изменение физико-химических свойств проявлялось до глубины 40-50 см (Мерзлая Г.Е., Семин В.Ю., Надежкин С.М., 2007). 4,5%

При ежегодном внесении навоза 13 т/га содержание гумуса по ср�