Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

ИЗМЕНЕННОЕ АГРОХИМИЧЕСКИХ И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ ПОЧВ МОСКОВСКОЙ ОБЛАСТИ ПРИ ИНТЕНСИВНОЙ ХИМИЗАЦИИ

ВАК РФ 03.00.27, Почвоведение

Автореферат диссертации по теме "ИЗМЕНЕННОЕ АГРОХИМИЧЕСКИХ И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ ПОЧВ МОСКОВСКОЙ ОБЛАСТИ ПРИ ИНТЕНСИВНОЙ ХИМИЗАЦИИ"

А-30В0Я>

МОСКОВСКАЯ ОРДЕНА ЛЕНИНА И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ имени К. А. ТИМИРЯЗЕВА

На правах рукописи КОЛЕСОВ Александр Иванович

УДК 631.4!631.445.24

ИЗМЕНЕНИЕ АГРОХИМИЧЕСКИХ * И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ почв

МОСКОВСКОЙ ОБЛАСТИ ПРИ ИНТЕНСИВНОЙ ХИМИЗАЦИИ

Специальность 03.00.27 — почвоведение

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

МОСКВА 1993

//с . -'¿2

. п

— - \\tta' V ^

Работа выполнена на Московской областной проектно-нзыскательской станции химизашы сельского хозяйства и кафедре почвоведения Московской ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени сельскохозяйственной академии имени К Л Тимирязева

Научный руководитель — доктор сельскохозяйственных наук, профессор Савич В. И.

Официальные оппоненты- доктор сельскохозяйственных наук, профессор Дерюгин И. П., доктор биологических наук, профессор Соколова Т. А.

Ведущее учреждение — Почвенный институт им В В Докучаева

Защита диссертации состоится 7 июня 1993 г в 14 час на оседании специализированного совета К 120 35 01 в Московской сельскохозяйственной академии гмени К А Тимирязева

Адрес: 127550, г Москва, И-550, Тимирязевская ул, 49 Ученый совет ТСХА

С диссертацией можно ознакомиться в ЦНБ ТСХ\

Автореферат разослан 6 мая 1993 г

Ученый секретарь специализированного сор«* кандидат биологи'

Н. Вильяме

I. В В В Д Е Й И В

Интенсивное ведение сельскохозяйственного производства, получение высоких урожаев рри хорошем качестве продукции возможно только при правильном, наиболее аффективном использовании почв. Одним из важных разделов этой проблемы является совершенствование почвенно-агрохимичеокой службы, почвеняо-агрохимических,иссладо- . ваний.Сиотема методов, используемая в настоящее время на практи-.хв;дхв',«шахам°'^«ш}'11Лодар(>дш чючв; поиска факторов, лимитиру- . ицих урожай, отстает от вопросов сельскохозяйственного производства при ^ивтвноивном его \ ведении,; что снижает. экономическую эффективность химизации* сельскохозяйственного производства, использования земель. В овязи с этим разработка методологии и методов оценки изменения агрохимических ифиэико-химичеоких показателей: почв в процеооеивтенсивного сельскохозяйственного использования представляет несомненна теоретический ;нпра

' 11вдъ ц ' ^пдй^ом^. Птгьи иоолеповаяия являлись раз-

работка и апробация на почвах Московской области системы методов оценки изменения агрохимических и физико-химических показателей почв в процессе интенсивного сельскохозяйственного использования; оценка основных направлений изменения агрохимических и физико-хи-_ мических свойств почв Московской области под влиянием существуицей системы земледелия. Вкачестве основных задач были поставлены следующие; I) разработка оообаадоот^ оценки уровня плодородия почв Московской области с использованием оводного показателя качества почв; 2) разработка методики статистической оценки взаимосвязей агрохимических в физико-химических свойств почв; 3) разработка методики оценки изменения свойств почв вблизи грацул внесения. удобрений о использованием методов химической автографии; 4) оценка ВОЗМОЖНОСТИ использования МеЖЩШ чгро~

химической службой, разработка ; уЛвУбМАЯарепадивМ КИйР^

, Моск . сельжохоа «кед«мж ;. _.£.. " • '«имиря

Ичи. кА -.Г "

5) оценка о использованием предлагаемых методик тенденций изменения агрохимических и физико-химических свойств почв Московской области при существующем уровне интенсификации производства;

6) оценка некоторых особенностей кислотно-основного равновесия иооледуемых почв и раочзт потребности почв в извести о учетом разработанных теоретических положений.

В работе доказывается, что существующая в настоящее время система почвенно-агрохимического обслуживания должна быть дополнена: I) анализом "живых" почв в полевых условиях; анализом системы почва-растение; 2) прогнозом изменения свойств почв, состояния экологической систеш в целом при применении удобрений и мелиорантов; 3) оценкой оптимальных свойств почв о учетом всех взаимосвязей в системе ночва-раотение-окружающая среда.

Научна^ ровизяа работы. В диссертационной работе предлагается система методов їуш оценки изменения свойств почв при интенсивной химизации. Предложенная система при увеличении степени детализации включает: I) оценку уровня плодородия почв о помощью сводного показателя качества почв; 2) оценку взаимосвязей агрохимических в физико-химических свойств почв для определения экономически обоснованных уровней рН, іумусированности с целью оптимизации других параметров почвенного плодорлдия; 3) оценку взаимодействия удобрений'и мелиорантов с почвой в полевых условиях с исполь зованиемТк^тойов химической автографии; 4) оценку состояния "живой системы почва-растение при внесении удобрений я мелиорантов с использованием методов химической автографии на основе электролиза, ионитовых мембран, ионселективных электродов. Впервые разработаны способы стандартизации метода химической автографии о цель» исполь зования ее в агрохимической службе. Показана перспективность данно го метода для оценки изменения свойств почв на разном удалении от зоны внесения удобрений. В работе предложена и апробирована комнлексная^оценка кислотно-основного равновесия почв. Предлагает-

I А>- * ' - 2 -

| мч-січ' » л.

} V а .

ся потребность почв в известковании оценивать не только по рН среды и степени насыщенности почв основаниями'^ но и попоявлению в почве при различных значениях рН токсичных концентраций РеМп, . А1, содержанию подвижных форм макро- и микроэлементов питания, уровню гумусированности, оструктуреннооти, по влиянию рНи параметров с ним взаимосвязанных на экологическое равновесие..

Практическая значимость работы. Показана перспектияноо.тт, использования в практической деятельности для оценки состояния почва-раатеаие новых методов исследования - анализа корреляцион- " ных взаимосвязей агрохимических и физико-химических свойств почв, ' , новых вариантов методов химической автографии. Материалы комплексной оценки кислотно-основного равновесия использованы для расчета доз извести на примере хозяйств и районов Московской области. По. казаны основные закономерности изменения агрохимических и физико. химических свойств почв Московской области при существующем уровне интансификадаипроизводства. .

Апробация работЫ. Положения диссертационной работы изложены -. на ШТК "Проблемы повшения плодородия почв в условиях интенсив- . ного земледелия". -М.: ЦИНАО, 1988 г. ■

Некоторые результаты исследований использованы при создании , программных комплексов по формированию; базы данных агрохимической V информации и разработке проектов на применение средств хгагазации в < хозяйствах Московской области. Научно обоснованные объемы я ассортимент известковых удобрений, а также методические указания по их . применению приняты к исполнению в планирующих и исполнительных . -• органах Московской -области, • • - . «

- Пл&ШШШи . По теме диссертационной' работы опубликовано -10 работ, в том числе методические указания по использованию известковых удобрений в сельскохозяйственном производстве Москов- :

, ' /• "О/ -чз>', .

ской области. - М.: ВИУА, 1990.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения.? глав, заключения и выводов. Содержит 186 страниц машинописного текста, включая 48 таблиц и 2 рисунка. Список использо-ванЕой литературы включает 128 работ, в том числе I? на иностранных языках. Приложение состоит из 14 таблиц и 22 рисунков.

Объекты и методика исследования. Исследования проведены в таежно-лесной зоне Средне-Русской провинции дерново-подзолистых почв, В Московской области. Углубленному исследованию подвергались дерново-подзолистые почвы разной степени гидроморфности, эродиро-ванности, окультурвнности учхоза "Михайловское" Подольского района, совхоза "'Восход" Наро-Фоминского района, совхоза "Илышское-Уоово" Красногорского района, совхоза "Куликовский" Дмитровского района, относящиеся к основным агроклиматическим районам Московской области.

В соответствии с поставленной задачей в работе проведен анализ агрохимических и физико-химических свойств почв Московской области по данным агрохимических исследований 1984-1990 гг. В результате обобщения и статистической обработки материала выбраны характеристические объекты исследования, на которых поставлены микрополе-ша и модельные опыты, проведено углубленное исследование свойств почв, разработаны новые принципы и методики оценки состояния системы почва-растение, в условиях интенсивной химизации сельскохозяйот-, венного производства. В полевых условиях проведено заложение разрезов и идентификация почв; сняты химические автограммы системы почва-растение на основе электролиза н ионитовых мембран. Поставлены михрополевые опыты по опенке изменения свойств почв на разном расстоянии от зоны внесения удобрений в глубину почвенного профиля и по горизонтали.

В лабораторных условиях проанализированы химические автэграм-

мы сиотеад почва-растение,.проведено потендиометрическое титрование почв в кислотно-основном интервале, оценена активность ионов Н03, К, Са с использованием ионселективных электродов рН, ЕЯ. Проведен аяадиз агрохимических ж физико-химических-свойств исоле-дуемых почв общепринятыми методами. Определение концентрации Са, Мд, Ее, Мп, Си, /Сп в почвенных растворах и элюатах химиче-охих автограмм выполнено на атомном абсорбционном спектрофтомегре, К - на пламенном фотометре, Р2О5 - колориметрически. Разработана -программа обобщения и анализа данных почвенно-агрохимических ис- . следований. Кроме того, в обработке полученных данных использовались программы • ^^УТР» вычислительного центра. МСХА. В соответствии о поставленной'задачей, на'Московской областной проектно-изыскательской станции хгашзации сельского хозяйства разработан в внедрен програданый комплекс для персональных электронно-вычислительных машин, позволяпций автоматизировать расчет агрохимических и физико-химических показателей¿- о выдачей минималь ного и максимального значения показателя; его среднего значения, . среднего квадратичного отклонения,/коэффициента: вариации, а также пютограш .обвеяеадняоояг; На них по оси абсцисс приводится абсолютные' значения показателей 7 (^ содержания 1умуса, подвкашого Р205 я;т.д.), по оси ординат -,число интервалов и средние значения в них показателей. • Направленность культурного дочвообразоватедьного.процесса оценивается о помощьюсводного показателякачества пота;/Проведем статиотическая обработка всех полученных данных. Принятыйвровень вероятности

г и,™. ЭКСШИШТАЛЬШ ЧАСТЬ . , ;

.Изменение агрохимических и физико-хнмичеоких СВОЙСТВ ПОЧВ:, Московской области в процессе сельскохозяйственного исдольэова- -ния^ по , данным трех туров агрохш^еских ¿оследований^» : -

'.'.!' Применение общепринятых методов статистической обработки мае-

совых данных агрохимического обследования почв позволяет более объективно описать совокупность показателей, характеризующих почвы того или иного хозяйства, провести сравнение результатов по турам (циклам) обследования). Представление информации в графическом виде позволяет вскрыть ошибки при отборе образцов и их анализе, наглядно увидеть закономерности изменения свойств почв. Информативными являются и величины коэффициентов вариации признаков, величины коэффициентов ассиметрии и эксцесса, указывающие на неоднородность массива, направленность процессов окультуривания и обоснованность внесения удобрений и мелиорантов. В табл.1 приведены данные по изменению агрохимических и физико-химических свойств почв Московской обл. по данным 3-х туров агрохимических обследований. Как видно из • представленных материалов, с 1984 по 1991 гг. при существующем уровне химизации и интенсификации сельскохозяйственного производства, отмечается стабилизация содержания гуыуса. некоторое увеличение показателя (Ё, повышение содержания подвижных форм фосфора и калия. В то же время остаются тысячи гектаров почв о низким содержанием гумуса, подвижных форм фосфора и калия, большой кислотностью, как следствие недостатков в планировании и использовании средств хими-

зации.

Таблица I

Изменение агрохимических и физико-химических свойств почв Московской области

Дата обследо- | РНКС! Р205 ' КзО Егмуо. %

иг/100 г

вания

на 1.01.84 на 1.01.87 на 1.01.91 % площадей

на 1.01.84 на 1.01.87 на 1.01.91 % площадей на 1.01.84 на 1.01.87 на 1.01.91

5,4

5 5

5.6 1%С1 <4,0

0.1 0,2 0.2 рНкс1 >6.0

9.7 13.8 23,6

15,3 17.9 20.8 Р2®5 <2,5 0.8 0.6 0.5 Р205> 25.9 15,3

24.6

36.7

14,3 14,8 К,О Кго <4,0

0,8 1.2 0.7 К20 >25,0 6.6 7.0 9.2

2,4 2^4 2,4 гуцус <1,4

10,2 5)8 9.0 гумус >4.0 6.2 6.6 8.0 .

Неоправданно избыточное внесение удобрений и мелиорантов привело к повышение на некоторых площадяхрН, содержания подвижных форм фосфора и калия, г^мусироварности вше оптимального, а иногда и допустимого уровня. По полученным данным, вариационные ряды агрохимических показателейпочв не всегда описываются нормальной кривой распределения Гаусса. Ряд изменений свойств почв, происходящих при окультуривании, в результате протекания почво-. образовательных процессов, при внесении удобрений и мелиорантов. выявляется довольно отчетливо при вычислении таких характеристик ' кривых, как средняя квадратичная ошибка, коэффициент. варьирования показатели ассиметрии и эксцесса, нормированное отклонение. Расчеты доз удобрений не могут быть проведены только на основании • средних арифметических величин. Необходим анализ вариационных кривых показателей с учетом процента почв, обладающих той или иной степенью выраженности показателей, степени обеспеченности элементами питания.; В работе, для проведения такого анализа, использовано построение гистограмм.' Б то;же время вариационные кривые дают возможность предсказать и дальнейшее;изменение пло-': дородия почв. Так, например* в одном из хозяйств Щелковского района среднее значение обеспеченности почв подвижным фосфором составило в 1985 г. 38,2 мг/100 г почвы,* а в 1989 - 51,4' мгДОО г . почвы. В то же время в результате применения фоофорных удобрений минимальное значение содержания Р2О5 увеличилось о 3^6 до 14,0 мг/100 г почвы, уменьшились абсолютные показатели среднего квад-ратичеокого отклонения и коэффициента вариации." В почвах хозяйства происходят- накоплении.подвижного фоофора, так, в группе, 47,3-70,3 мг/100 г почвы находится 45,всей аашни хозяйства, а! в груйпе 70,5-93,6 мг/100 г почвы еще 21; 8& Это говорит о нерациональном использовании фосфорных удобрений в хозяйстве, хроме

того, на наш взгляд, такое распределение средневзвешенных показателей по интервалам указывает на необходимость введения дополнительных групп по содержалию фосфора в почве, о целью выявления зафосфаченных площадей, где чрезмерное содержание фосфора оказывает негативное влияние на подвижность ряда микроэлементов. Анализ гистограмм позволяет выяснить и недостатки в известковании почв. Так, например, в совхозе "Восток" Щелковского района, за время о 1985 по 1989 гг. произошли незначительные изменения в структуре распределения почв пашни по кислотности, что отражает и статистические показатели. Несколько увеличился коэффициент вариации о 6% до 9% и среднеквадратичное отклонение с 0,4$£ до 0,5£. Среднее значение р%сх уменьшилось с 5,6 до 5,3, минимальное значение с 4,8 до 4,3, максимальное значение увеличилось о 5,в до 6,1. В то же время за указанный промежуток времени в хозяйстве появилось 1,9/£ почв с р%С1 * 4,03-4,36 ; 9,355 почв о Р%С1 * 4,36-4,69, что свидетельствует о недостатках в планировании известкования. С точки зрения почвоведения, подобные расчеты имеют ряд существенных недостатков, так как не отражают различных изменений конкретных почв, развитых на определенных элементах ландшафта, породах и т.д. В то же время они дают возможность проследить общуп картину изменений свойств почв при принятом уровне интенсификации производства.

Оценка уровня плодородия почв с помощь»

сводного показателя качества почв (СПКП)

Использование для оценки уровня плодородия почв нескольких агрохимических, физико-химических и т.д. показателей не всегда позволяет однозначно оудить о направленности почвообразовательного процесса, поскольку одни из этих показателей мохут увеличиваться, другие - уменьшаться, третьи оставаться на одном уровне.

Так. например, в Щелковском районе за 1985-1989 гг. уровень кислотности почв пашни остался на одном уровне: рНкс1 " 5,6, содержание подвижного фосфора возросло о 31,9 до 37,9 мг/100 г почвы, а содержание обменного калия с 14,5 до 18,6 мг/100 г почвы,"показа те ль гидролитической кислотности (Нг) возрос с 2,2 до 2,3 -мг-экв/100 г почвы, степень насыщенности почв основаниями (У, %) увеличилась о 75,2Я до 77,5^, а содержание гумуса уменьшилось с 3.0* до 2,6*. .

Используемая в нашей работе модель сводного показателя качества почв '(СПКП) предназначена для информационного обеспечения управления плодородием почв и его качественной оценки (Гринченкс Т.А., 1986). ..' ' ■

Расчеты СПКП в разрезе хозяйств Щелковского района проведены на основе результатов 2-х туров (1982-1985 гг.) агрохимического обследования почв с учетом следующих оптимальных и критических параметров оптимизации почвенного плодородия: рН^^ «■ 6,5 и 3,5; Нг - 0,5 и 4,5 мг-экв/100 г почвы; Р2О5 » 28,0 и 20 мг/100 г почвы; К^О « 240 и 20 мг/100 г почвы; гумус = 4,0 и 0,5^: степень насвденности почв основаниями (У) « 98 и Показано, что для решения задач с несколькими зависимыми переменными перспективно использование так называемой "функции желательности", под которой понимают тот или иной желательный уровень параметра оптимизации. По этому методу требуется все показатели (х).преобразовать так (У), чтобы наилучшему значению определенного показателя соответствовала единица» а наихудшему - нуль. Исходя из принципа желательности использованы следующие функциональные преобразования отдельных параметров оптимизации: уровня почвенного плодородия (свойств почв: агрохимических, физико-химических, микробиологических и.: т.д.): \ ••••'.

В уравнении XI- исходный, У1- преобразованный показатель свойства почвы, гц- оптимальное, вь- наихудшее значение показателя, "к" и "п" - коэффициенты преобразования, которые подбира-втся из соответствия промежуточных уровней показателей х и у. Далее вычисляется среднее геометрическое уже преобразованных показателей - отдельных параметров оптимизации 1

Это и будет искомый сводный показатель качества почвы (СЯКП), который является единственным параметром оценки уровня плодородия почвы взамен многих. Ори постоянстве к«5 и п = 3, когда среднему значению почвенного показателя соответствует примерно среднее значение преобразованного уровня, для любого набора свойств почв получается следствие: предложенный СПКП эквивалентен среднему геометрическому нормированных показателей. СПКП обладает достаточной гибкостью, из него можно получить все остальные сводные показатели в виде частных случаев. Несмотря на недостатки данного показателя, обусловленные тем, что не все свойства почв в одинаковой отепени определяют урожай, относительность оптимальных свойств для отдельных условий среды, типов, родов, видов и разновидностей почв, мы считаем целесообразным его использование для обобщенной оценки плодородия. В работе определен сводный показатель качества почв для районов Московской области. В одних районах (Балашхинский, Ногинский, Шаховской. Наро-Фоминский, Красногорский) уровень плодородия почв о 1985 по 1989 год возрос, в других упал (Дмитровский, Ступинский, Подольский). Однако несмотря на объективность СПКП, он не дает развернутой, углубленной

оценки изменения свойств конкретных почв в nponet.ce их сеяьско-

СПКП -

хозяйственного использования, поскольку.агрохимические свойотва характеризуют статические параметры почвенного плодородия, а не процессы и режимы и оптимум одних показателей зависит от величины других показателей, которые не постояньи. •

Корреляционная зависимость наяду агрохимическими и физико-химическими свойствами почв

Одним из путей прогноза взаимодействия удобрений я мелиорантов о почвой и изменения при этом взаимосвязей в почве является " оценка корреляционных зависимостей между агрохимическими и физико-химическими показателями свойств почв, по данным агрохимического -обследования почв. Вычисление указанных зависимостей позволяет оценить направленность изменения свойств почв данного поля, хозяйства, почв разных типов, гранулометрического состава и т.д. при принятой системе земледелия и наметить пути более эффективного исполь зования удобрений и мелиорантов. ; Д

Особенноеть расчета оостоит в разбивке ¡всей совокупности имеющихся данных по хозяйству на классы по одному из параметров внутри класоов на подклассы по другому параметру при дальнейшем " вычислении для каждого подкласса1 среднеарифметических значений интересующих нас признаков, зависящих от первого и второго парамет--, ров. Результаты представлены в виде сводных таблиц зависимости', одного параметра от других. По каждому из обследованных хозяйств -имелось от 150 до 300 смешанных образцов почвы, проанализированных по стандартным методикам агрохимической службы России. В анализ взяты хозяйства с преобладанием дерново-подзолистых среднеоугли-ниотых почв. , Ч'"•' ■-.

:.■ По полученным данным, увеличение в почве.показателей рН более 6,0 соответствует увеличению содержания подвижных фосфатов, калия, кальция; В то же время увеличение гумусированнооти более 3% чаото соответствует уменьшению подвижности этих элементов, оче- .. ВИДНО,' В. СВЯЗИ С ИХ блокировкой ¿.Наглядно ЭТО проявляется В отношении ПОДВИЖНОСТИ фосфатов. , ■ '

.'Г:.,;/ V^II.'-,..-.'./-"

Таблица 2

Взаимосвязь солг'р-аняя подьл*ньх Фсс атов в почвах и pn c¡еды.

Р%С1 1 ГУ|УС, Í J » А Р2О5 мг/кг/ А рН

i I I п ! 1 П ! Ш

4,6-5,5 1-2 39,0 150,1 164,0

2-0 1ь,8 64,0 17,5

>3 -38,9 -116,6 -27,4

5,5-6,6 1-2 59,0 79,4 164,0

2-3 98,5 69,4 170.0

>3 30,0 -213,7 12,0

I - совхоз "Вперед", П - колхоз "Путь Ленина", Щ - совхоз "Куликовский"

Изменение содержания подвижных форм фосфора на единицу из-

менения рН отличается для разных хозяйств, полей, почв. Очевидно, о точки зрения улучшения фосфатного режима, известкование более аффективно там, где величина AP2Cg/ApH наибольшая. В то же время, как видно из данных таблицы, при увеличении гумуса более 3%, по данным статистической обработки с увеличением рН содержание подвижных фосфатов уменьшается. Этот факт, очевидно, требует дальнейшего изучения, но уже сейчас должен учитываться при использовании средств химизации.

Оптимальное состояние агрофитоценозов нарушается как при недостатке, так и при избытке элементов питания. По полученным наш данным, зафосфачивание почв приводит к уменьшению содержания подвижных Си, ÜI-, Хп, а избыточное количество калия - к уменьшению подвижного Са, уменьшению гумусиров.ШОСТР.

Очевидно, что вычисление Уоррвгчинонных заьлсимо^твй warny свойствами почв по данным агрохити^е^к/х об^леяониП, ео-перьих, констатирует суместьуюлие взаимосвязи, а не сОъя ня^г дх ирич. j. Так, напртмер, .^ле^^р i/e сод^^лн/г "<=>рЕжчц»х j^cta? в прк увет-

Таблица 3

Взаимосвязь, содержания калия и кислотности, содержания Са, гумуса в дерново-подзолистнх почвах колхоза "Путь Ленина"

К^О, мг/кг 1 Р%С1 | ГУШГО, % | Са:К, мг-экв/100 г

10-150 5.4 2,0 20

151-300 5.2 1,7 8

>300 6,0 1.6 4

чении гумуса может быть обусловлено и тем, что почвы большей гу-мусированностл это почвы и больыей степени гидроморфности, нижних частей склонов, депрессий. Уменьшение содержания подвижных фосфатов при этом в большей степени обусловлено не увеличением содержания гумуса, а увеличением содержания фосфатов железа, алюминия и т.д. В то же время данное агрохимических исследований не позволяют проводить вычисления указанных взаимсвязей для отдельных компонентов структуры почвенного покрова. Все это осложняет интерпретация) данных, однако полученные материалы показывают информативность и практическую значимость вычисления предлагаемых регрессионных зависимостей. Очевидно» они должны рассчитываться для отдельных типов почв, элементов ландшафта, и отличаются для разных интервалов показателей. Дополнительную, необходимую в условиях интенсивной химизации, кн^ормьдию о состоянии почв дают данные модельных опытов по взаимодействие удобрений и мелиорантов с почвой. Во избежание негативных последствий в отдельных компонентах агрофитоценозов эти процессы должны прогнозироваться.

Оценка изменения свойств почв на разном удалении от зоны внесения удобрений и мелиорантов

Изменение свойств почв на разном удалении от зоны внесения удобрений и мелиорантов неоднозначно. Вблизи центра зоны внесе* ния удобри и^ лтмзчается оольаая т^ень насыщенности почз вно-

- и -

сшш компонентом, более вероятно его скрытое отрицательное действие на почву, растение, другие компоненты экосистемы. По полученным данным, вблизи зон внесения аммиачной оелитры (ЫН4К£0з>, хлористого калия (КС1), суперфосфата отмечалось значительное изменение подвижности К. Са, Ре, Мл, Си.Хп, Ш>з, Г1Н4, а также рй и среды. Величина изменения и скорость распространения изменения химических свойств почв от центра зоны внесения удобрений были пропорциональны буферным свойствам почв. Применение методов химической автографии на основе электролиза и ионитовых мембран позволило установить изменения, происходящие на разном расстоянии от центра зоны внесения удобрений, динамику процесса, что позволяет прогнозировать эффективность средств химизации и регулировать,процесс по-. ; отупления элементов питания в растения. Пример таких данных приведен на рис.1. .'.' ' "".'„": •'■'■<■' ■ * С нашей точки зрения, данные модельных и микрополевых опытов .'... по оценке изменения овойств почв'на разном расстоянии от зоны внесения гранул удобрений даю* дополнительную информацию о возможных ' * изменениях свойств почв.при интенсивной химизации,сельскохозяйственного производства. В то же время для прогнозирования ряда процессов необходимо их физико-химическое моделирование. .

Комплексная оценка кислотно-основного состояния почв '.•**', <-.,".'■"

Как показали исследования,.прогноз изменения свойств почв , Московской области при их сельскохозяйственном использовании, в. первую очередь должен проводиться с учетом изменения,КИСЛОТНО- с основного состояния почв. Это подтвердили как данные отатистиче- - -ской обработки материалов агрохимических исследований, так и дан- ' них микрополевых опытов. С нашей точки зрения,.перспективно физико-химическое моделирование процессов изменения подвижности ионов ... ■ в почве в зависимости от рй среды. В работе показана возможность такого прогноза с использованием диаграмм растворимости осадков Ре, Мп, Си, ^п, Ш/фосфатов в'зависимости от рН среды (Воробье-

РИС I

ИЗМЕНЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ ВОДОРАСТВОРИМЫХ СОЕДИНЕНИЙ КАТИОНОВ В ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТОИ ПОЧВЕ, ВБЛИЗИ ГРАНУЛ УДОБРЕНИЙ, мг/л

К

ИНаИОЗ Са

Ре

56.1 ±16.4

ксе

1913 ±95.3

I

О 30 ±0.18

31.7+82

Са(НгР04)г-2Са804

25 6 ±4 О

Ьоэ±оог

ва Л.А,, 1989) на основании расчета эффективных произведений растворимости возможных в конкретных почвах осадков. В то же время для целей прогноза целесообразно использование и простой в исполнении методики оценки содержания в равновесном растворе концентраций изучаемых элементов при доведении рН суспензии ' почв до различных значений. Показана возможность появления в ' исследуемых почвах при низких значениях рЫ токсичных концентраций Мп, А1, а на загрязненных тяжелыми-металлами почвах - Рв. Нами установлено, что буферность почв в кислотно-основном интер-; вале различна в определенных интервалах рН и зависит от состава поглощенных катионов. Доказывается, что оптимум рН определяется всеми свойствами почв, условиями среды и требованиями сельскохозяйственных культур. Расчет доз извести должен проводиться для разных поч* по альтернативным методикам - для изменения рН до заданного уровня, для коагуляции коллоидов, осаждения Ре, Мп, А1, тяжелых металлов, для создания заданного соотношения Са:К» улучшения азотного и фосфатного режимов почв. Наиболее полную информацию о состоянии системы почва-растение и о путях ее оптимиза- ■ ции дает изучение "живой" системы в "полевых" условиях. В работе доказывается перспективность такой оценке при агрохимических исследованиях. л :

Оценка изменения свойств почв при сельскохозяйственном, использовании по данным исследования системы почва- " . растение в полевых условиях

Исследования "живой" системы почва-растение в полевых условиях позволяет оценить современные почвообразовательные процессы. В то же время только совокупный анализ и почв и растений позволя-ег иметь наиболее точную информацию о недостатке или избытке отдельных элементов для роста и развития сельскохозяйственных куль-

тур. В диссертации, для оценки состояния системы почва-растение использованы метода химической автографии на основе электролиза и ионитовых мембран. Анализировались почва, прикорневая зона, корни, стебли, листья на почвах разной степени гидроморфности, окультуренности, эродированности в посевах полевых культур хорошего и угнетенного состояния. На примере ряда хозяйств проведено сопоставление данных содержания подвижных форм Ы,. Р, К, полученных о использованием традиционных методов агрохимической службы и с использованием метода химической автографии. Для стандартизации метода химической автографии предложено построение калибровочных графиков на прибор по стандавтным образцам почв 1ЩНА0. Применение раэрабоаанных методик позволило установить для исследуемых почв факторы, лимитирующие урожай. Пример определения приведен в

табл.4. т „

Таблица 4

Содержание подвижных катионов в дерново-подзолистой почве совхоза "Восход" под посевами трав

1-! р. !

{ а. мв ! Са I_

: ¡мг-экв/ЮО г

1%20

Мо

Са

Ре

мл

мг/л

Плохое состояние трав

7.?* И9± 10.2,0± 26,9± 4,9± 5,3+ од±

0.3 9,8 1,0 0,5 3,1 0,5 2,3 0.1

Хорошее состояние трав

7.6± 140± 10,1± 1.9± 37.0+ 7.5± 0,5+ 0,0

ОД 0.1 0.1 0.1 5.7 0,8 0,3

Как видно из представленных материалов, почва под посевами угнетенного состояния отличается большим содержанием подвижных соединений Ре, Мп, меньшим Са, Ы^. Угнетение растений обусловлено узким отношением (Са+М^):(Ре-й4п) в почве. Такое явление отмечается „ для дерново-подзолистых, особенно избыточно увлажненных почв осо- 17 -

наиболее часто. В то же время при избыточном известковании и внесении удобрений отмечается высокая концентрация в почве и в растениях Са, недостаток Мп, Си, . Так, например, на учаотке использования интенсивных технологий выращивания кукурузы, в совхозе "Восход* соотношение Са:Ро в почве, корнях, стеблях было в посевах угнетенного состояния, соответственно: 1357,6±474,6; 60,4+14,0 82,5, а в посевах хорошего состояния 848,0+284,7; 39,4+7,5; 139,9. Избыток.в почве Са приводил к лучшему поступлению Са из почвы в корни, но к более слабому его поступлению из корней В ЛИСТЬЯ.' Нарушение процессов метаболизма приводило и к уменьшению поступления Ре из корней в стебли н листья. По полученным данным, информативным является и содержание положительно и отрицательно заряженных соединений в почве и растениях, градиент их концентрации между почвой и корнем, корнем и стеблем, стеблем и листьями; соотношение положительно и отрицательно заряженных соединений. Сопоставление данных об изменении агрохимических и физико-химических свойств почв Московской области при их сельскохозяйственной использовании, полученных комплексом методов, позволяет отметить положительные и отрицательные тенденции изменения плодородия . почв на современном этапе. ' ,

Изменение агрохимических.и физико-химических , свойств почв Московской области при их сельскохозяйственном использовании ....

Г. В результате интенсивного использования средств химизации на'почвах Московской области в 1984-1993■гг.' содержание гу- . муса в пахотном горизонте стабилизировалось на уровне 2,4^; показатель рН^д^ вырос от 5,4 до 5,6; увеличилось содержание подвижных форм фосфора и калия; возрос сводный показатель качества почв. 2. В то же время; интенсификация сельскохозяйственного производи ■■ ства не устранила, а усилила дифференциацию почв по га плодоро-

дию. Наряда с некоторым уменьшением площадей почв с очень низкой обеспеченностью фосфором и калием, гуыусированностью, сильно кислой реакцией среды, значительно возрос процент площадей с избыточным содержанием фосфора, калия, гумуса, переизвеоткованных. 3. Неоправданно высокие дозы извести и удобрений, применяемые в отдельных хозяйствах в запас, наряду с уменьшением экономической эффективности их применения, загрязнением сельскохозяйственной продукции и грунтовых вод, приводят к появлению скрытого отрицательного действия удобрений и мелиорантов на почву. Установлено уменьшение подвижных фосфатов при увеличении гумуса более уменьшение содержания подвижных Си, Ль при рН > 6,5 и содержании подвижных форм фосфора более 25 мг/100 г почвы; снижение гумусированности при содержании обменного калия более 30 мг/100 г почвы и более 5% от емкости поглощения; изменение в неблагоприятную сторону отношения Са:К, как при переизвеотковании почв, так и при содержании калия более 30,0 мг/100 г почвы. Применение высоких доз торфа привело к увеличению гидролитической кислотности, а использование осадков сточных вод способствовало накоплению тяжелых металлов в почвах. 4. Скрытое отрицательное действие удобрений на почву, биоту, растения проявляется не только при высоких дозах удобрений, но и при оптимальных цозах вблизи гранул удобрений. Концентрационная волна интенсивно и неоднородно распространяется по вертикали и горизонтали от зоны внесения удобрения, в зависимости от буферных свойств почв, водного режима и дозы на расстояние 5-10 см. При этом с некоторым запаздыванием изменяются и свойства почв. При применении физиологически кислых удобрений установлено подкисление почв, увеличение подвижных Ре, А1, Мп, миграция из зоны внесения удобрений К, Са, М^, гумусовых А соединений. При применении калийных удобрений отмечается увеличе-

нив дисперсности и уменьшение водопроницаемости, уменьшение соотношения Са;К, миграция гумусовых соединений. Применение фосфорных удобрений приводит к образованию как осадков фосфатов Са, М^, Ре, Мп, Си, N1, 7л,, так и к образованию их положительно заряженных комплексных соединений. Совокупный эффект проявляется на разных-почвах неоднозначно. 5. Действие низких и высоких концентраций элементов питания и токсикантов в почве и в растении проявляется ^идентифицируется лучше на "живых" объектах с использованием методов химической автографии на основе электролиза и ионитовых мембран, ионеэлективных электродов, при анализе градиента концентрационного потенциала в системе почва-корень, корень-стебель, стебель-листья. Полученные материалы по анализу изменения агрохимических и физико-химических свойств почв Московской области при их . сельскохозяйственном использовании необходимо учитывать в разра-. ботке'систем применения удобрений и мелиорантов и в других областях Нечерноземной зоны России. ~ • . ' - •• •

Результаты данной работы учтены при проектировании и внедре- .1 нии программного комплекса (ПК): "Поле".на базе персональных злвкт-ронно-вычислительних машин (ПЭВМ); при разработке Ш "Смета" для , V составления проектно-сметной'документации на химическую,мелиора- ■■ • ^ цию; при разработке-алгоритмов расчета потребности почв Москов-, ской области в известковых материалах. • ' • , ' • • '

' . ВЫВОДЫ • • „ „.

I. Для оценки-изменения агрохимических и физико-химических: показателей почв в процессе интенсивного сельскохозяйственного,. использования рекомендуется применять комплекс методов, включая ~ математический анализ взаимосвязей между свойствами почв Спо дан-, ; ным агрохимических- обследований); оценку состояния "живой" систе-.' мы почва-растение, с применением методов химической'автографии;;.

" "'Г'"': - -: ''

оценку изменения свойств почв в очагах внесения удобрений в полевых условиях.

2. Изменение свойств почв в процессе интенсивного сельскохозяйственного использования в значительной степени обусловлены изменением кислотно-основного равновесия почв. Выделяются статичеокие и динамические параметры кислотно-основного состояния, процессы и режимы. Оптимальные параметры кислотно-основного состояния почв различаются для почв (отдельных процессов, режимов), растений, других компонентов акосистемы. Они определяются сочетанием свойств почв, экологическими особенностями культур и должны оцениваться для системы почва-растение. Необходима многовариантность расчета доз извести для оптимизации показателя {¿I, коагуляции коллоидов, оптимизации подвижности элементов питания и токсикантов, биологической активности, соотношения элементов питания.

3. Для почв Московской области о уменьшением степени кислотности отмечается увеличение гумусированнооти, суммы поглощенных оснований, содержания подвижных Р, К, Ре, Мп, Си, ¡6", степени насыщенности почв основаниями. В то же время при изменении рНвдр в сторону нейтрального интервала в отдельных случаях наблюдается уменьшение подвижности Мп, Си, Ыи, Р, снижение 17мусированно-сти, изменение в неблагоприятную сторону соотношения Са:К. Характеристичным и информативным для почв являются показатели д Р2О5/А рН;

д гумус/А рН; -дМе/дрН. Статистически установлено в ряде случаев уменьшение подвижности фосфатов при содержании гумуса более 3,0$; уменьшение содержания гумуса при содержании обменного калия более 30,0 мг/100 г почвы.

4. Для оценки обеспеченности почв элементами питания перспективно характеризовать состояние соединений ионов в системе почва-

а растение методами химической автографии на основе электролиза и ионитовых мембран. Методы обладают достаточной воспроизводимостью и точностью, результаты, полученные этими методами, коррелируют с данными традиционных агрохимических анализов. Предлагается

- 21 -

использование методов химической автографии с применением калибровочных графиков при вытеснении ионов из стандартных образцов почв ЦИНАО указанными и стандартными методами. Диагностику состояния растений с использованием методов химической автографии необходимо проводить в ранние фазы развития растений; Показана информативность для оценки состояния растений соотношения положительно и отрицательно заряженных соединений катионов, их доли в почве, корнях, стеблях и листьях, градиента концентрационного потенциала между, органами растений.

5. При внесении удобрений и мелиорантов свойства почв в наибольшей степени меняются вблизи гранул внесения, что хорошо идентифицируется методами химической автографии и ионоселективных электродов. Показано.волновое распределение компонентов удобрений и мелиорантов в почве от зоны их внесения, а также соответствующее перераспределение водорастворимых и подвижных соедине- '

ний элементов питания итоксикантов. Вблизи гранул внесения удобри- \ ний может проявляться скрытое отрицательное действие удобрений. Установлено, при внесении NH4HO3 наблюдается увеличение до ток-.'." сичных значений концентраций водорастворимого Мл, Ре; при внесе-. нии KCl - увеличение калия в.ППК до уровня, вызывающего диспер- ■ гирование почв. Ширина.фронта миграции удобрений была ниже на почвах с большей емкостью поглощения.

6. Анализ изменения свойств почв пашни Московской области с 1984 по 1991 годы свидетельствуют о статистической стабилизации, . ;, при существующей системе удобрений и ведении хозяйства, содержа-кия гумуса {средневзвешенный показатель - 2,4%)} увеличении -средневзвешенного содержания фосфора от 15,3 до 20,8 мг/100 г почвы; средневзвешенного содержания калия от 14,3 до 16,0 мг/ЮО г почвы; повышении сводного показателя почв с 63,2 до 68,3 баллов.

' „ . , " '/'-.22*:-г"; : • ' ■

В то же время имеется 0,2$ почв (2,5 тыс.га) очень сильнокислых и 23,почв с рЫ более 6,0. Очень низкое содержание подвижного фосфора характерно для 0,5$ почв; очень высокое - болев 25,0 мг/100 г почвы для 36,7^ почв (420 тыс.га). Очень низкое содержание калия характерно для 0,7# почв; очень высокое для 9,2% (105,8 тыс.га).

7. Разработка и внедрение программного комплекса "Поле" для персональных компьютеров на Московской областной станции химизации позволило ежегодно экономить 25-30 тыс.руб. (в ценах на 1.01.1990 г.), улучшить качество агрохимической информации, сократить ее объем, в несколько раз повысить производительность труда при камеральной обработке результатов.

8. Корректировка в сторону уменьшения объемов известкования, принятая по рекомендации авторов в Московской области, позволила получить ежегодный экономический эффект в размере 3,4 млн.руб.

ценах на 1.01.1990 г.).

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Колесов А.И. Анализ материалов почвеяно-агрохимического обследования. В сб.: Тезисы докладов ВНТК "Проблемы повышения плодородия почв в условиях интенсивного земледелия". - М.: ЦИНАО, 1988. - С.2-3.

2. Колесов А.И. Разработка проектно-сметной документации на известкование кислых почв. - М.: ВО "Агропромиздат"// Химизация сельского хозяйства. - 1991. - № 2. - С.25-26.

3. Колесов А.И. Авторский надзор за исполнением проектов химической мелиорации почв. М:В0 "Агропромиздат" // Химизация сельского хозяйства. - 1992. - * 3. - С.51-52.

4. Колесов А.И., Патрина Н.И. Использование персональных компьютеров в агрохимической службе. М:В0 "Агропромиздат". // Химиза-

ЦИ сельского хозяйства. - 1992. — * 4. - С.72-73. .

5. Савич В.И., Трубицина Е.В., Наумова Л.М., Колесов А.И. . Анализ системы почва-корни-стебли-листья для оценки факторов, лимитирующих урожай // Агрохимия. - 1991. - * 2. - С.52-64.

6; Савич В.И., Трубицина Е.В., КолесовА.И. Корреляционные зависимости между содержанием подвижных форм фоофора, калия, микроэлементов и физико-химическими свойствами почв // Изв.ТСХА.-- , 1992.--* 4. - С.66-74. V';*.'":;

7. Савич В.И., Сидоренко 0.Д., Ванысова А.А.,Гнангенон Николас , Колесов А.И. Влияние длительного возделывания риса на 0В-режим и состояние соединений Са, М^, Ре, Мп в лугово-черноземной почве // Агрохимия.- 1990. - * 2. - С.74-80; V ' '

8. Савич В.И., Трубицина Е.В., Колесов А.И. Агрохимическая . оценка кислотно-основного равновесия почв // Изв.ТСХА. - 1993.

9. Шильников И.А., Мельникова М.Н., Колесов А.И. Научное обоснование потребности известковых удобрений //Химизация сельского хозяйства. - 1992. - * 4. - 0.19-21.

10. Шильников И.А., Колесов А.И., Башкин В.Н., ВасильеваТ.К. и др. Использование известковых удобрений в сельскохозяйственном производстве Московской области. - Методичеокие указания ВЙУА, 1990. - 67 с. 'Ч':.4 П; : V" \

Объем 1 1 2 п л

Заказ 680

Тирлж 100

Типография Московской с к академии им К А Тимирязева 127550 Москва И 550, Тимирязевская ул, 44