Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Оптимизация плодородия бурых лесных почв и применения минеральных удобрений при выращивании чая в условиях Черноморского побережья России

ВАК РФ 06.01.04, Агрохимия

Автореферат диссертации по теме "Оптимизация плодородия бурых лесных почв и применения минеральных удобрений при выращивании чая в условиях Черноморского побережья России"

На правах рукописи

МАЛЮКОВА Людмила Степановна

ОПТИМИЗАЦИЯ ПЛОДОРОДИЯ БУРЫХ ЛЕСНЫХ ПОЧВ И ПРИМЕНЕНИЯ МИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИЙ ПРИ ВЫРАЩИВАНИИ ЧАЯ В УСЛОВИЯХ ЧЕРНОМОРСКОГО ПОБЕРЕЖЬЯ РОССИИ

Специальность 06.01.04 — агрохимия

Диссертация на соискание ученой степени доктора биологических наук

18 АПР ¿013

005052079

Москва — 2013

005052079

Работа выполнена в Государственном научном учреждении Всероссийский научно-исследовательский институт цветоводства и субтропических культур Российской академии сельскохозяйствстгых наук (ГНУ ВНИИЦ и СК Росселъхозакадемии), в лаборатории агрохимии и почвоведения

Научный консультант — доктор сельскохозяйственных наук, профессор, академик РАСХН Минеев Василий Григорьевич

Официальные оппоненты:

Кидин Виктор Васильевич — доктор биологических наук, профессор кафедры агрономической, биологической химии и радиологии ФГБОУ ВПО «Российский государственный аграрный университет — МСХА имени К.А.Тимирязева»

Семёнов Вячеслав Михайлович — доктор биологических наук, профессор, главный научный сотрудник лаборатории почвенных циклов азота и углерода Института физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН

Макаров Михаил Иванович — доктор биологических наук, профессор, заведующий кафедрой общего почвоведения факультета почвоведения ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова»

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный аграрный университет»

Защита диссертации состоится 9 апреля 2013 г. в 15 час. 30 мин. на заседании диссертационного совета Д-501.002.13 Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова по адресу: 119991, г. Москва, ГСП-1, Ленинские горы, МГУ имени М.В. Ломоносова, д.1, стр.12, факультет почвоведения.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке факультета почвоведения МГУ имени М.В. Ломоносова.

Автореферат разослал 1 марта 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

доктор биологических наук, профессор Зенова Галина Михайловна

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность. Черноморское побережье России — единственная в стране и самая северная в мире зона, где возделывают чай в промышленных масштабах. Интенсификация отрасли чаеводства в период 70—80 гг. XX в. привела к росту затрат энергии на каждую дополнительную единицу продукции, снижению её качества и обострению ряда экологических проблем. В последние десятилетия (1990-2012 гг.) при возделывании чая наметилась совершенно противоположная тенденция, а именно: уменьшение или полный отказ от применения минеральных удобрений, сокращение листосборных площадей, стремительное снижение урожайности и валового сбора чайного листа, деградация почвенного плодородия. В этой связи стоит задача оптимизации минерального питания растений с учётом необходимости ограниченного использования удобрений, изучения длительности их последействия, прогнозирования размеров и скорости снижения запасов питательных веществ, разработки оптимальных параметров плодородия почв. К тому же, согласно основных положений концепции рационального природопользования, эксплуатация земель должна осуществляться с обязательным учетом геоморфологических, литологических и почвенных особенностей каждого конкретного участка; экономической эффективности; экологического нормирования допустимой агрогенной нагрузки с целью сохранения функциональной способности почв и сопредельных сред (Минеев, 2000; Милащенко и др., 2000; Добровольский, 2001; Пожилов, Климов, 2001; Кирюшин, 2006; Афанасьев, 2008; Балюк и др., 2008; Фрид, 2008, 2009).

Несмотря па достаточно большой объем исследований (Галактионов, 1947; Герасимов, 1951; Бушин, Жижина, 1969; Бушин, 1971, 1975; Бушин и др., 1985, 1994; Дараселия и др., 1989; Аргунова и др., 1990, 1994; Козин и др., 1992; Малюкова и др., 1997, 1999; 2007; Беседина, 2004; Козин, 2007, Козлова, 2008), касающихся оценки и повышения плодородия бурых лесных почв Черноморского побережья России, являющихся основными чаепригодными, требуется комплексное системное изучение различных аспектов применения минеральных удобрений на чайных плантациях, охватывающее многолетний цикл развития чайного растения с учетом метеорологических условий, а также степени агрогенной трансформации почв.

Цель исследований. Разработать агрохимические параметры оптимизации плодородия бурых лесных почв и дифференцированную систему удобрения чайных плантаций Черноморского побережья России со сбалансированным применением макро- и микроудобрений.

Задачи исследований:

1. Изучить влияние длительного применения минеральных удобрений на состояние и эффективное плодородие бурых лесных почв чайных плантаций: кислотно-основные свойства, содержание и состав гумуса, режимы основных питательных макро- и микроэлементов, биологическую активность почв.

2. Осуществить моделирование процесса формирования урожайности чая с учетом многолетней вариабельности метеорологических условий и уровня плодородия почв, позволяющее осуществлять её заблаговременный прогноз.

3. Установить закономерности прямого действия и последействия мине-

ральных удобрений на урожайность чайных плантаций и качество чайного сырья, стабильность урожайности на фоне контрастных метеорологических условий и в зависимости от длительности применения удобрений.

4. Установить оптимальные параметры плодородия бурых лесных почв чайных плантаций.

5. Разработать комплексную систему почвенно-растительной диагностики минерального питания растений чая.

6. Разработать эффективную многокомпонентную дифференцированную систему удобрения плантаций чая с учетом комплекса биологических и экологических критериев.

7. Дать оценку экономической эффективности применения минеральных удобрений на чайных плантациях.

Научная новизна.

1. Впервые проведена комплексная агроэкологическая оценка прямого длительного действия и последействия минеральных удобрений в агроценозах чайных плантаций Черноморского побережья России на фоне контрастных метеорологических условий^ доказывающая, что систематическое применение индивидуально подобранных видов и доз минеральных удобрений значительно повышает эффективное плодородие бурых лесных почв, позволяет сохранить баланс между продуктивностью насаждений и качеством продукции, обеспечивая экономическую эффективность производства чая.

2. Усовершенствована методика почвенно-растительной диагностики минерального питания чая, учитывающая пространственную вариабельность почв, физиологические особенности чайного растения и включающая впервые разработанные градации потенциального плодородия почв по кислотно-основным свойствам, содержанию основных питательных элементов (макро- и микро-) и их оптимальные параметры.

3. Впервые разработана многокомпонентная система удобрения чайных плантаций, дифференцированная с учетом их возраста; планируемых урожая и качества сырья; уровня потенциального плодородия почв и степени их агроген-ной трансформации.

Практическая значимость. Работа вносит весомый вклад в теорию и практику совершенствования и уточнения комплекса мероприятий по рациональному использованию почв, применению минеральных удобрений в агроценозах чайных плантаций и ведению сельскохозяйственного производства в регионе. Работа имеет важное методологическое значение для региональных исследований при агрохимическом обследовании чайных плантаций, их инвентаризации и паспортизации. Основные теоретические положения данной работы представляют интерес для профильных специалистов других чаепроизводящих стран мира.

Связь темы диссертации с плановыми исследованиями. Исследования проводились в рамках тематического плана ГНУ ВНИИЦиСК Россельхозакаде-мии (1986-2011 гт.) и Межведомственной координационной программы участников Географической сети опытов с удобрениями и другими агрохимическими средствами (1986-2010 гг.).

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Доказано, что при длительном применении оптимальных (индивидуально сбалансированных по комплексу показателей) доз минеральных удобрений повышается эффективное плодородие бурых лесных почв чайных плантаций, что проявляется в незначительной ацидизации почв, обогащении их азотом, фосфором, калием; увеличении содержания гумуса и подвижных форм ряда микроэлементов. Установленные на основе этого оптимальные параметры плодородия почв чайных плантаций позволяют оценить его потенциальный уровень и с учетом этого разработать систему удобрения для конкретного участка.

2. Установленные закономерности изменения состояния почв чайных плантаций под влиянием необоснованно высоких доз минеральных удобрений (существенная ацидизация почв; снижение содержания в почвах физиологически важных мезо- и микроэлементов: Са, М§, Мп, Ре; изменение состава и структуры почвенно-поглощающего комплекса; «зафосфачивание» почв; изменение её калийного статуса; ингибирование биологической активности почв), особенности их влияния на урожайность и качество чая позволили определить максимально допустимые дозы минеральных удобрений (ЫРК) для агроэкоси-стемы чайной плантации.

3. Доказано, что комплексное применение макро- и микроэлементов в аг-роценозах чайных плантаций, наряду с сохранением и воспроизводством плодородия почв позволяет получить экономически оправданный урожай высокого качества, снизить риск низких урожаев в неблагоприятные по метеорологическим условиям годы.

4. Прогнозирование урожаев первых и валовых сборов чайного листа на текущий год возможно с использованием ряда разработанных математических моделей, отражающих количественные зависимости величины урожая от среднемесячной температуры и суммы осадков за март-май, кислотности почв и доз азотных удобрений.

5. Усовершенствованная комплексная почвенно-растительная диагностика минерального питания чайного растения и многокомпонентная дифференцированная система удобрения, учитывающая возраст насаждений, плодородие почв, потенциально возможную урожайность сорта, качество сырья, степень агрогенной трансформации почв, экономическую эффективность позволяют оптимизировать плодородие бурых лесных почв чайных плантаций, а также существенно повысить эффективность производства чая.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на Международных научно-практических конференциях: «Проблемы НИР и развития субтропического и южного садоводства в 2001—2005 гг.» (Сочи, 2001), «Биоресурсы, биотехнологии, экологически безопасное развитие регионов юга России» (Сочи, 2007), «Субтропическое растениеводство и южное садоводство на Черноморском побережье Краснодарского края РФ» (Сочи, 2009), «Проблемы субтропического сельского хозяйства и перерабатывающей промышленности» (Грузия, Анасеули, 2010), «Проблемы и перспективы садоводства в субтропиках Кавказского региона» (Сочи, 2011); Всероссийских конференциях участников Гео-

графической сети опытов с удобрениями (Москва, 1998, 2001, 2003); Всероссийском научно-методическом семинаре «Управление минеральным питанием плодовых и ягодных культур в точных технологиях возделывания» (Москва, 2011); конференциях грантодержателей РФФИ «Юг России», (Краснодар, 2006, 2007); научно-практических конференциях: «Интеграция науки и производства в развитии субтропического растениеводства» (Сочи, 2003), «Субтропическое садоводство России и основные направления научного обеспечения его развития до 2010 года» (Сочи, 2004), региональном семинаре-совещании «О состоянии чаеводства в агропромышленном комплексе города Сочи» (Сочи, 2010); ежегодных заседаниях Ученого Совета и Экспертно-методических комиссий ГНУ ВНИИЦиСК Россельхоза-кадемии (Сочи, 1991-2011). Научная разработка «Система удобрения плантаций чая в субтропиках России» награждена дипломом 1-й степени и золотой медалью 12-й Российской агропромышленной выставки «Золотая осень» (Москва ВВЦ, 2010).

Публикации. Основные теоретические положения работы и результаты экспериментальных исследований опубликованы в 67 научных работах, в том числе 16 в рецензируемых научных журналах и сборниках, рекомендованных ВАК РФ, 1 монографии, 3 методических рекомендациях.

Структура и объем диссертации. Представленная работа состоит из введения, семи глав, выводов, библиографического списка и 5 приложений. Работа изложена на 343 страницах машинописного текста, содержит 82 таблицы и 43 рисунка. Список литературы включает 623 источника, в т. ч. 65 — на иностранных языках.

Декларация личного участия автора. Автором определены цель и задачи, разработана программа исследований. Значительная часть работ по сбору полевого материала и его лабораторному анализу, математической обработке цифрового материала, а также весь объем работ по обобщению и интерпретации полученных результатов, написанию текста диссертации, формулировке основных защищаемых положений и научных выводов выполнены автором самостоятельно.

Автор выражает искреннюю благодарность за консультативную помощь при выполнении данной работы доктору сельскохозяйственных наук, профессору, академику РАСХН В.Г. Минееву, а также коллегам лабораторий агрохимии и почвоведения, биотехнологии, физиологии и биохимии растений ГНУ ВНИИЦ и СК Россельхозакадемии за помощь в выполнении лабораторных и полевых исследований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава I. Агроэкологические требования культуры чая и природные условия Черноморского побережья России (обзор литературы)

Представлен анализ биологических особенностей чайного растения и его агроэкологических требований. Приведен обзор природных ресурсов (климат, геоморфология и литология, структура почвенного покрова), потенциально

пригодных для возделывания чая в зоне Черноморского побережья России. Рассмотрены основные факторы, ограничивающие возделывание чая в этих условиях и его урожайность: климатические (сумма активных температур, частота критических абсолютных температурных минимумов, неравномерность выпадения осадков) и почвенные (кислотность почвенной среды, содержание питательных элементов). Значительное внимание уделено анализу плодородия наиболее типичных, пригодных для возделывания чая, бурых лесных почв и особенностям системы удобрения чайных плантаций.

Глава 2. Программа, методика и условия проведения исследований 2.1. Программа и методика проведения исследований

Исследовательская работа проведена в период с 1991 по 2011 гг. С разрешения Ученого Совета ГНУ ВНИИЦиСК Россельхозакадемии (протокол № 1 от 30.01.2009 г.) использовался архивный материал за 1986-1990 гг. Полевые исследования проведены на базе чайных плантаций Черноморского побережья Краснодарского края (ЗАО «Дагомысчай», ОАО «Солохаульский чай», ОАО «Мацестинский чай») на бурых лесных почвах, являющихся наиболее типичными чаепригодными. Основные закономерности были получены на основе анализа многолетнего блока данных многофакторного полевого опыта, ориентированного на разработку и верификацию моделей плодородия почв, а также оценку эффективности применяемых агрохимических средств. Опыт заложен в 1986 г. на чайной плантации районированного сорта Колхида, 1983 г. посадки (пос. Уч-Дерс, ЗАО «Дагомысчай»), Исходно почва классифицировалась как бурая лесная кислая малогумусная мощная легкоглинистая на элюво-делювии аргиллитов. В методическом плане опыт заложен согласно методике полевого опыта (Доспехов, 1985), проводился по схеме, разработанной ВИУА им. Д.Н. Прянишникова для Географической сети опытов с удобрениями и другими агрохимическими средствами и включен в её реестр (Аттестат длительного опыта № 023, от 17.12.2001). Схема опыта — 1/4 (4Х4*4), содержит 16 вариантов различных сочетаний и доз минеральных удобрений (МРК): 1-й блок: 000, 111, 220, 331, 202, 313, 022, 133; 2-й блок: 333, 222, 113, 002, 131, 020, 311, 200; по-вторность двукратная, расположение вариантов в повторностях — методом блоков. Изучали 3 фактора: азотные, фосфорные и калийные удобрения в четырех градациях (0, 1, 2, 3 — единичные дозы ОТК). Единичные дозы удобрений в период 1986-2010 гг. составляли по фосфору — 60 кг!га д.в., по калию — 50 кг/га д.в., по азоту изменялись по периодам: 1986-1988 гг. — 70 кг/га д.в.; 1989-1992 гг. — 90 кг!га д.в.; 1993-1999 гг. — 120 кг!га д.в.; 2000-2010 гг. — 200 кг!га д.в. Размер опытных делянок — 50 м2. Удобрения по схеме опыта вносили согласно зональной технологии возделывания чая (Методические..., 1977): 60 % азотных и 100 % фосфорных и калийных удобрений в марте-апреле, 40 % азотных — в июне, в виде подкормки. Формы удобрений: аммиачная селитра (в 1986-1991 гг. сульфат аммония), двойной суперфосфат, хлористый калий. С 2006 г. использовались также и сложные удобрения (по д.в.) —

нитроаммофоска, аммофос. Поскольку единичные дозы азотных удобрений менялись в зависимости от возраста насаждений и решаемых задач, то при дальнейшем обсуждении для вариантов опытов были использованы условные коды по количеству единичных доз NPK.

Эффективность применения мезо- и микроэлементов на чайных плантациях была изучена на бурых лесных кислых почвах в опыте с внесением в почву Са, Mg, Zn, В. Опыт заложен в 2003 г. в 3-кратной повторности на площади 0,05 га на чайной плантации сорта Колхида. Размер опытных делянок — 10 м2. Вещества вносили в весенний период на общем фоне N360P60K50 кг/га д.в. Схема опыта {кг!га д.в.): 1) контроль (фон) - N360P60K50; 2) сернокислый магний — iVTg 60; 3) сернокислый цинк - Zn 4,3; 4) борная кислота - В 6; 5) каль-цийсодержащий материал — СаО 100. В опыте использованы наиболее эффективные дозы мезо- и микроудобрений, экспериментально проверенные в полевых опытах на чайных плантациях в условиях Западной Грузии (Шавишвили, 1973; Культура..., 1989).

Основные агрохимические свойства почв, химический состав листьев и флешей (молодые побеги чайного растения), урожайность и показатели качества сырья по всем вариантам опытов отслеживались ежегодно (1986-2011 гг.). Многолетние данные по урожайности чая были систематизированы по периодам с различными метеорологическими условиями, с различным возрастом насаждений (1986-1992 гг. - молодая плантация и 1993-2010 гг. — полновозрастная плантация), с учётом изменения шага азотных удобрений. Из экономических критериев оценки эффективности применяемых доз минеральных удобрений использовались прибыль и рентабельность, а также показатель «окупаемость минеральных удобрений (кг/кг)», под которым понималась величина прибавки урожайности, полученной от внесения 1 кг питательных веществ удобрения (Методика..., 2009).

Для детального изучения динамики плодородия и агрогенной трансформации бурых лесных почв чайных плантаций при длительном применении минеральных удобрений было выбрано несколько вариантов многофакторного опыта (000,333, 200, 202, 311, 113, 111, 222), а также варианты опыта с мезо- и микроудобрениями, где в разные годы (1993, 2003, 2008, 2010 гг.) проводились детальные отборы почвенных образцов по почвенным горизонтам в разрезах, а также равномерно по площади делянки в 10-кратной повторности бурением послойно для глубин 0-20 и 20-40 см. В качестве фонового был взят участок бу-ково-грабового леса, непосредственно примыкающий к чайной плантации, где в разные годы также заложена серия разрезов.

На нескольких ключевых участках производственных чайных плантаций, охватывающих различные по бонитету почву (от 38 до 70 баллов), проводился сравнительный сопряженный анализ их урожайности и агрохимических свойств почв. Дополнительные корректировки в систему диагностики минерального питания и систему удобрения чайных плантаций внесены также по результатам производственных апробаций научно-технических разработок в чае-производящих хозяйствах зоны (акты о внедрении 2004, 2005,2010 гг.).

Лабораторные исследования проведены по общепринятым стандартным

методикам (Агрохимические..., 1975; Аринушкина, 1970; Практикум..., 2001). Определяли: показатели кислотности: гидролитическая (Н,вдр) — по Каппену, обменная (Но6м.) — по Соколову, pHKci — потенциометрически; подвижный алюминий — по Соколову и обменные Са2+, Mg2+ — трилонометрически; гумус — по Тюрину в модификации Орлова и Гриндель и его фракционно-групповой состав — по схеме Тюрина в модификации Пономаревой и Плотниковой; гранулометрический состав — по Качинскому; азот (легкогидроли-зуемый, нитратный, аммиачный); подвижные фосфор и калий — по Ониани; другие формы калия: кислоторастворимый — по Пчелкину, обменный — по Масловой, легкодоступный — в 0,005 н СаС12. Определение фосфатной буферное™ осуществлялось методом многократных (последовательных) вытяжек (0,1 н. H2S04); отношение суммы Р2О5 в многократных вытяжках (М — показатель фактора ёмкости) к содержанию Р2О5 в однократной вытяжке (Q — показатель фактора интенсивности) служило показателем буферное™ почв к фосфатам. Определение подвижных форм микроэлементов (Mn, Си, Zn) проводили в вытяжке ААБ с pH 4,8, аморфного железа — по Тамму методом атомно-абсорбционной спектроскопии, содержание подвижного бора в водной вытяжке колориметрически. Элементный состав почв, валовое содержание микроэлементов, а также ряда тяжелых металлов — на рентгенфлюоресцент-ном энергодисперсионном анализаторе TEFA 6111 фирмы ORTEC USA. Определение ферментативной активности почв (в свежих образцах) проведено общепринятыми методами в модификации А.Ш. Гапстяна (Практикум..., 2001). Определение «дыхания» почвы — титрометрическим методом с использованием в качестве поглотителя С02 0,1н раствор NaOH; определение потенциальной азотфиксации почв (10"9гС2Н4/г час — нг С2Н¿]г час) проводилось методом аце-тиленредукции на газовом хроматографе Кристалл-2000 с пламенно-ионизационным детектором. Исследование функционального биоразнообразия микробных сообществ, проведено методом мультисубстратного тестирования (Горленко, Кожевин, 2005).

Отбор образцов флешей чая (3-листной — с 1986 по 2004 гг.; 2-листной — с 2005 по 2010 гг.) для проведения химического и биохимического анализов проводили в основные периоды их массовых сборов (май, июль, август). Содержание растворимого танина определяли по методу Левинталя с пересчетным коэффициентом 5,82 по М.К. Джемухадзе (1950) и общую сумму экстрактивных веществ по методу В.Е. Воронцова (1946). Для оценки качества сырья был применен коэффициент качества (Тенешвили, Гурабанидзе, 1972). Содержание фотосинтетических пигментов определяли в экстракте зеленых зрелых листьев 100 % ацетоном, методом A.A. Шлыка (1971). Для определения макро-элементного состава листьев и флешей использовался ускоренный метод кислотного озоления по К.И. Гинзбург и др. (1963); микроэлементного состава —-метод сухого озоления проб (450—520 °С), с растворением золы в разбавленной соляной кислоте с последующим определением элементов методом атомно-адсорбционной спектроскопии.

Полученные данные в опытах обрабатывали методами описательной статистики, корреляционного и регрессионного анализов с использованием па-

кетов прикладных программ STATISTICA 6,0, Excel 2000 (при Р = 0,95), «Агрохимия», с учетом основных принципов математического анализа экспериментальных данных в агрохимии, агрометеорологии, экологии (Дмитриев, 1972, 2010; Моделирование..., 1980; Сиротенко, 1981; Методическое..., 1988; Мешалкина, Самсонова, 2008).

2.2. Свойства, плодородие почв и агротехника на опытных участках чайных плантаций

Многофакторный опыт с удобрениями. Опытный участок находится в п. Дагомыс (АОЗТ «Дагомысчай»), первой микрозоне из четырех, выделенных Т.Д. Бесединой и В.К. Козиным (2003) для культуры чая, где чайные плантации характеризуются наилучшей продуктивностью (средняя урожайность 64,8 ц/га). Опыт расположен на едином массиве, площадью порядка 1,2 га, в средней части склона, крутизной 10—15°. До закладки насаждений был проведен ряд агротехнических мероприятий по окультуриванию почв: плантажная вспашка (на глубину 45-50 см), предпосадочное внесение фосфорно-калийных удобрений в дозе Р180К120 кг/га д.в. Закладку проводили саженцами - на 1 м высаживали 3 саженца, расстояние между рядами 1,75 м, посадочные ямы (30x30 см) заправлялись суперфосфатом (25 г). В течение первых 3-х лет систематически проводилась прополка насаждений и мотыжение почвы в междурядьях, а также внесение удобрений N75P100, согласно существующей технологии возделывания чая (Методические..., 1977). После наложения схемы опыта в 1986 г. минеральные удобрения вносились ежегодно в поверхностный слой почвы под шпалерную подрезку. Сбор чайного листа проводился систематически 5—8 раз за сезон вручную, периодически использовался механизированный сбор на 2-3-листную флешь. Ежегодно (март) проводилась шпалерная подрезка чайной плантации, в результате чего в почву поступало значительное количество под-резочной массы, пополняющей запас органического вещества. В 2009 году проведена омолаживающая подрезка чайной плантации на высоту 70 см.

Почва перед закладкой опыта характеризовалась (в горизонте А планта-жиррванный, далее Апл.): низким содержанием гумуса (2,5-3,2 % - по Тюрину); сильнокислой реакцией среды (pHKCL около 4,0); средней обеспеченностью легкогидролизуемым азотом (90-110 мг!кг - по Тюрину); высокой -подвижными фосфором (320-380 мг/кг) и калием (225-280 мг/кг) по Ониани; обменная кислотность и содержание подвижного алюминия (по Соколову) составляли 3,5-4,7 ммолъ же/100 г и 31,5—42,3 мг! 100 г, соответственно; гидролитическая кислотность (по Каппену) — 16,9-17,8 ммолъ экв/100 г; сумма обменных кальция и магния — 13,9-15,8 ммоль э/тв/100 г; степень насыщенности почв основаниями — 48-51 %. По гранулометрическому составу почва классифицировалась, как легкоглинистая иловато-пылеватая с преобладанием мелкой пыли. Объёмная масса почвы в верхней части гумусового горизонта была меньше единицы, а по профилю не превышала 1,26 г/ см3.

. Полевой опыт с почвенным внесенном мезо- и микроэлементов. Участок .находится в пределах вышеописанной чайной плантации, непосредственно

примыкает к многофакторному полевому опыту, агротехника на нем проводилась аналогичная. До закладки опыта почва характеризовалась очень сильнокислой реакцией среды (рНКсь 3,2-3,3), средней обеспеченностью легкогидро-лизуемым азотом (80-100 мг/кг), высокой - подвижными фосфором (300^400 мг/кг) и калием (200-300 мг/кг). Содержание обменных форм кальция и магния составляло 1,0-2,0 и 0,6—1,0 ммоль же/100, соответственно. Обеспеченность почв подвижным марганцем, железом, медью - высокая (270+30; 420+30 и 10,0+1,5 мг/кг, соответственно), подвижным цинком и бором - средняя (4,0+0,5; 0,7+0,2 мг/кг, соответственно).

Производственные участки. Производственные чайные плантации, на которых в разные годы были проведены агрохимические исследования, располагались в ЗАО «Дагомысчай», ОАО «Солохаульский чай», ОАО «Мацестин-ский чай». Исследования в ЗАО «Дагомысчай» проводились на чайных плантациях первой микрозоны на бурых лесных кислых оподзоленных и бурых лесных кислых почвах, с бонитетом 81 балл. Чайные плантации ОАО «Солохаульский чай» (660 м н. у. м.) относятся к третьей микрозоне и характеризуются средней продуктивностью (средняя урожайность 47,2 ц/га), в основном размещены на бурых лесных кислых почвах, имеющих средневзвешенный бонитет 59 баллов. Чайные плантации ОАО «Мацестинский чай» находятся в четвертой микрозоне (приморские низменности) на бурых лесных кислых почвах (средневзвешенный бонитет 38 баллов) и характеризуются низкой продуктивностью (средняя урожайность 30,4 ц/га). В целом параметры агрохимических показателей изученных бурых лесных почв по всем участкам (в т. ч. и микроучасткам многофакторного полевого опыта) варьировали в почвенном слое 0^40 см в следующих пределах: рН^сь — 2,9-4,1; гидролитическая кислотность — 15,044,0 ммоль э/св/100 г; подвижный алюминий — 25-140 мг/100 г; сумма обменных кальция и магния — 3,2-14,0 ммоль же!100 г; степень насыщенности основаниями — 7,5^18,0 %; гумус — 2,5-7,0 %, легкогидролизуемый азот — 25—240 мг/кг, подвижный фосфор — 100-2000 мг/кг, подвижный калий — 120-900 мг/кг. Урожайность изменялась в диапазоне от 30 до 110 ц/га.

Погодные условия периода наблюдений. Анализ данных Сочинской гидрометеостанции за период проведения исследований (1986-2011 гг.), показал, что среднегодовая температура здесь находилась в пределах +14,1 °С, среднемесячная температура самых холодных месяцев (январь, февраль) +5,9 °С с абсолютным минимумом - 9,2 "С, самых теплых (июль, август) — в среднем +23,5 °С, с абсолютным максимумом +39,4 °С. По сравнению со средними многолетними данными (за 100 лет наблюдений) он характеризовался большим количеством осадков в вегетационный период (и в целом за год) и более холодным весенним периодом (рис. 1).

Учитывая значительную вариабельность метеорологических условий за период наблюдений, была проведена их групповая классификация (типизация) на основе анализа распределения суммы осадков и активных температур в течение вегетационного периода (с учетом потребностей культуры). Было выделено 3 контрастных типа метеорологических условий с различной вероятностью проявления в 25-летнем ряду наблюдений.

Первый тип — оптимальные или близкие к оптимальным метеорологические условия (вероятность проявления 35 %): среднее количество осадков — 700-1000 мм, средняя температура — +18,7 °С, отсутствуют месяцы с количеством осадком менее 50 мм, урожайность чая (на примере сорта Колхида) достигает в среднем 70—110 ц/га. Второй тип — оптимальная или повышенная обеспеченность теплом, недостаток увлажнения (вероятность проявления 39 %): количество осадков 400-600 мм и менее, средняя температура — +18,7 °С и выше, отмечаются периоды (2-4 месяца за вегетацию) с количеством осадков менее 50 мм в месяц, урожайность чая составляет 20—40 ц/га.

Рис. 1. Климадиаграмма вегетационного периода по средним многолетним данным Сочинской гидрометеостанции за 1986-2011 гг.

Третий тип — экстремальные условия весеннего периода (вероятность проявления 26 %): неблагоприятный термический режим, в т.ч. кратковременные заморозки (март-апрель), даже в случае благоприятных гидротермических условий в течение дальнейшей вегетации, урожайность чая составляет в среднем 30-40 ц!га. С учетом типизации агрометеорологических условий осуществлялся дальнейший анализ экспериментальных данных, полученных в опытах.

Глава 3. Динамика свойств и плодородии бурых лесных почв под культурой чая при длительном применении минеральных удобрений

3.1. Физические свойства чаепригодных бурых лесных почв

Бурые лесные почвы отличаются тяжелым механическим составом и содержат до 60—88 % физической глины. При этом, они характеризуются достаточно благоприятными для культуры чая физическими свойствами, связанными с их хорошей оструктуренностью, обусловленной присутствием железооргани-ческих соединений. Объёмная масса верхних горизонтов бурых лесных почв, как правило, не превышала единицу (0,84-0,90 г/см3), с глубиной наблюдался её рост, максимум приходился на горизонты В1 и В^ (1,28-1,30 г/см3). В почвах

чайных плантаций отмечалось увеличение объёмной массы для всех почвенных горизонтов по сравнению с фоном, в связи с чем, её значения в верхних горизонтах могли достигать 1,0 г/см3. Почвы характеризовались высокой удельной поверхностью (158,2—172,2 м2/г), максимальные ее значения были характерны для горизонтов с наибольшим количеством физической глины (г = 0,74).

При длительном применении высоких доз минеральных удобрений (на примере варианта 333) отмечалось усиление дифференциации почвенного профиля по содержанию физической глины. Верхняя толща, охватывающая почвенные горизонты AqAi и Адл , характеризовалась, как правило, пониженным содержанием физической глины (67-70 %), в первую очередь илистых частиц, в сравнении с нижележащими горизонтами (80-82 %) (а так же с контролем). Горизонт Bt становился на одну градацию тяжелее горизонта АШ1 и классифицировался уже как среднеглинистый пылевато-иловатый; содержание илистой фракции в нем было почти на 15 %, а физической глины на 11 % больше, чем в горизонте Апл (Козлова, Малюкова, 2009).

3.2. Кислотно-основные свойства, как определяющий показатель чаепригодности и уровня плодородия почв

Биологической особенностью чайного растения, в отличие от большинства других культур, является его ацидофильность и накопление алюминия в зрелых листья (до 400 мг/кг) и флешах (до 820 мг/кг), а также существенный вынос алюминия с урожаем чая (0,6—1,0 кг/га при урожайности в 50—80 ц/га). Эта биологическая особенность определяет выбор кислых почв, богатых алюминием, и основополагающую роль их кислотно-основного состояния при закладке и дальнейшем возделывании чая.

Корреляционный анализ, проведенный для многолетнего блока данных (урожайности чайной плантации и комплекса показателей кислотно-основного состояния почв) установил тесную связь урожайности с рНКа (г = -0,82), гидролитической кислотностью почв (г = 0,77), степенью насыщенности почв основаниями (г = -0,70). Исходя из этого, впервые была разработана система диагностики плодородия почв по её кислотно-основному состоянию, с учетом связи этих показателей с урожайностью; вариабельности, определяющей их информативность; биогенности элементов (для алюминия, кальция и магния) и важности контроля их уровня в связи с опасностью выноса из почв (табл. 1). Как высокий уровень плодородия рассматривали кислотно-основные параметры, при которых (при прочих благоприятных условиях) достигалась урожайность зеленого чайного листа более 50-80 ц/га. При этом их следует рассматривать, как показатели, корректирующие бонитет чаейригодных iW4Bj поскольку он в первую очередь определяется климатическими условиями зоны (микрозоны) и классификационной принадлежностью почвы.

Длительное применение повышенных доз азотных удобрений (360-600 кг/га д.в.) на чайных плантациях вызвало достоверные изменения кислотно-основных свойств почв и состава почвенно-поглощающего комплекса, наиболее существенные в слое 0-20 см: снижение рН Kci на 0,5-0,9 единицы; рост в

13

1,5-2,0 раза всех видов кислотности; вытеснение из ППК и выщелачивание кальция и магния, содержание которых в сумме снизилось более чем в 3 раза; снижение степени насыщенности почв основаниями с 51 до 13—18 % (Козлова, Малюкова, 2007).

Таблица 1. Уровни потенциального плодородия бурых лесных почв применительно к культуре чая по показателям кислотно-основного состояния (для почвенного слоя 0-40 см)

Показатель Уровень плодородия почв

низкий средний высокий

рНксь 3,9-4,2 3,5-3,8 3,1-3,4

Гидролитическая кислотность, ммоль же/100 г 15-19 20-24 25-35

Подвижный алюминий, л<г/100 г <30 30-59 60-140

Степень насыщенности почв основаниями, % 36-43 20-35 10-19

Сумма обменных кальция и магния, ммоль же/100 г 11-14 8-10 3-7

Многолетняя динамика показателей кислотности, представленная на примере рНксь и гидролитической кислотности (рис. 2 и 3), показала, что сдвиг реакции вызывали дозы азотных удобрений выше 240-270 кг/га д.в. Дозы азота выше 360-400 кг!га д.в. вызывали резкое подкисление почв, однако их подкисляющее действие ослабляло внесение в сочетании с фосфорными и калийными удобрениями.

Рис. 2. Многолетняя динамика рНкс1 в горизонте Апл. почв чайной плантации па фоне применения различных доз минеральных удобрений

Прогрессирующая ацидизация бурых лесных кислых почв и сопутствующее ей снижение содержания в почве Са, М§, пока существенно не снижали урожайность чайных плантаций. Однако дальнейшее выщелачивание кальция и магния из почв чайных плантаций до опасно низких значений (1-2 ммоль же/100 г) ставит задачу возобновления запасов этих элементов в почве или поддержание необходимого для культуры чая уровня, поскольку они являются

важными биогенными элементами, а ежегодный вынос, например, кальция с урожаем чая на порядок выше (7,5-15,0 кг/га при урожайности 50-80 ц/га) в сравнении с выносом алюминия.

35-1 ._ 30-- о о ^ 25-- со ш 0 £ 20-- 1 1 о шт т 000. 200 1 333. □ 1986. ~ Ш1993. □ 2000. ; П2010.

Рис. 3. Гидролитическая кислотность почв по вариантам опыта на рубежах смены доз азотных удобрений (Апл.) (по данным В. А. Аргуновой и др., 1994;

Л.С. Малюковой, 1996, 1997; Н.В. Козловой, Л.С. Малюковой, 2007)

В этом аспекте изучалось применение кальцийсодержащего (100 кг/га д.в. СаО) и магниевого (60 кг!га д.в. удобрений на очень сильнокислых почвах, внесение которых в течение семи лет увеличивало содержание в почве обменных форм этих элементов, и снижало почвенную кислотность до значений, не препятствующих нормальному росту и развитию чайного растения (табл. 2).

Таблица 2. Влияние кальцийсодержащего и магниевого удобрений на кислотно-основные свойства бурой лесной кислой почвы (Малюкова и др., 2012)

Вариант pHKCi Нобм. I1гидр. Обменные Са2+ +Mg2+ V, %

ммолъ эке/100 г

Почвенный слой 0 -20 см / 20-40 см

N360P60K50 3.26±0.15 12,5±1,2 31,7±3,5 3,1±0.7 9.1 ±2.1

(фон) 3,52±0,14 1 1,2±2,2 27,3±2,9 3,8±1,4 12,515,3

Фон + Са 3.50±0,12 9,9±0,9 27.2±1,0 4.8±1,3 15,3±2,9

3,69±0,08 9,1 ±0,8 24,3±0,8 5,5±1,1 18,5±3,4

Фон + Mg 3,61 ±0.09 8,8±0,7 23,8±1.2 4.9±1.2 17,2±3,5

3,71±0,12 7,4±1,1 21,3±2,6 5,8±2,1 21,5±8,2

Таким образом, впервые разработанные критерии оценки плодородия почв по кислотно-основному состоянию являются базовым блоком системы диагностики почв, определяющим также и эффективность применения минеральных удобрений, поскольку на исходно более кислой почве (при прочих благоприятных условиях) полностью реализуется потенциальная урожайность чай-

Таблица 3. Влияние удобрений на баланс гумуса в бурой лесной почве (0-40 см)

Вариант, код ЫРК Содержание гумуса Запасы гумуса Сальдо

% т/га т/га

Перед закладкой опыта, в 1986 г.

3.15+0.28 63.0+5.6

2,45+0,32 53,9+7,0

В 2008 г.

000 3.53+0.52 70.6+10,4 16

2,71+0,23 59,6+5,1 5,7

111 4.00+0,52 80,0+10,4 17,0

2,91+0,23 63,5+5,1 9,6

200 4.64+0.93 92,8+18,6 29,8

2,24+0,54 46,1+6,9 -7,8

222 4.94+0.93 98,8+18.6 35,8

2,94+0,54 64,4+11,9 10,5

333 5.07+1.08 101,4+21.6 38.4

3,07+0,32 67,5+7,0 13,6

Примечание. Числитель — в почвенном слое — 0-20 см, знаменатель — 20-40 см.

3.4. Влияние длительного применения минеральных удобрений на состояние азотного, фосфатного и калийного режимов почв

Азот. При окультуривании бурых лесных почв и систематическом применении азотных удобрений происходило закономерное увеличение содержания валового азота, его легкогидролизуемых и минеральных (преимущественно аммиачных) форм. При внесении одинарных доз азотных удобрений (растущих в ходе опыта от 70 до 200 кг/га д.в.) в почве поддерживалось содержание легко-гидролизуемого азота на уровне 70-90 мг/кг, профицит баланса составлял менее 100 кг/га (табл. 4).

Таблица 4. Баланс азота в опытах за период 1986—2010 гг., кг!га (1 - общий; 2 - среднегодовой)

Вариант, Урожай Вынос I (оступление Баланс

1 2 1 2 1 2 1 2

000 52133,4 1960,9 587,1 26,0 - - -587,1 -26,0

111 130129,3 4727,2 1620,6 66,1 3590,0 144,0 1969,4 77,9

113 109370,7 4021,5 1354,0 48.3 3590,0 144,0 2236,0 95,7

200 148439,2 5241,3 1877,5 77,5 7180,0 287,0 5302,5 209,5

222 147904,7 5288,6 1847,1 74,8 7180,0 287,0 5332,9 212,2

311 149776.1 5498,8 1911,3 81,2 10770,0 431,0 8858,7 349,8

333 163187,0 5837,9 2071,8 83,0 10770,0 431,0 8698,2 348,0

Длительное применение более высоких доз азота формировало значительный профицит баланса (на примере вариантов 200, 222, 311, 333). При этом

на фоне повышения содержания азота в почве, демонстрирующего возросший уровень плодородия почв, отмечался рост доли минеральных форм, а также снижение эффективности их использования растениями, что вело к непроизводительному расходу элемента.

Без внесения азотных удобрений в течение 20-летней эксплуатации чайной плантации, происходило закономерное снижение содержание легкогидро-лизуемого азота почти в 2 раза (на примере вариантов ООО, 002, 020, рис. 5) и формирование отрицательного баланса элемента (табл. 4), обусловленные его выносом с урожаем и потерями при отсутствии внешней компенсации. Установившийся в почве низкий уровень (30-50 мг/кг) содержания легкогидролизуе-мого азота при дефицитном его балансе и низкой продуктивности чайных растений свидетельствовал о явном дефицитном азотном питании растений.

Рис. 5. Содержание легкогидролизуемого азота, подвижных форм фосфора и калия в бурой лесной почве при разных уровнях минерального питания (2003 г.)

Фосфор. Окультуривание почв при закладке чайных плантаций (с внесением не менее 180 кг!га д.в. Р2О5) приводило к существенному росту содержания валового (0,3 %) и подвижного (300-400 мг/кг) фосфора в бурых лесных почвах по сравнению с почвами фоновой территории (0,1 % и 40 мг/кг, соответственно). Достигнутая высокая обеспеченность почв чайных плантаций подвижными фосфатами в течение последующих 20-25 лет без применения фосфорных удобрений снижалась незначительно, несмотря на ежегодный вынос урожаем (см. рис. 5, варианты 000, 002, 200). Для этих почв при высокой фосфатной буферное™ (5,2) отмечалась малая степень подвижности фосфора — доля однократной вытяжки от суммы составила 19,4 %. Более стабильный уровень подвижных фосфатов (400-500 мг/кг), а также его бездефицитный баланс обеспечивало внесение фосфора в дозе 60 кг/га д.в. Дозы 120-180 кг/га д.в. Р205 приводили к значительному росту содержания подвижного и валового фосфора в почве (до уровня 800—1400 мг/кг и 0,6-0,7 %, соответственно). Почвы при этом характеризовались высокими значениями фосфатного уровня и степени подвижности фосфатов — однократная вытяжка извлекала из почвы 98+10 мг /100 г Р205 (доля от суммы всех вытяжек

— 38,8 %), однако буферность почв при этом снижалась до 2,6.

Калий. Длительное возделывание чая без применения калийных удобрений (вариант 200) приводило к существенному снижению содержания различных форм калия в почвенном профиле до глубины 70 см по сравнению с фоном, главным образом за счет его обменных и необменных форм (табл. 5).

Таблица 5. Содержание различных форм калия (мг/кг) в бурых лесных кислых почвах чайной плантации (2010 г.)

Горизонт, глубина, см Кислото-растворимый Необменлый Обменный, по Масло-вой Подвижный, по Ониани Легкодоступный

( юновый участок (лес)

AoAi(0-5) A,(5-26) B,(26-70) ВС (70-|) 1334,8 1213,4 1092,1 728,1 768.5 698.6 641,6 380,6 566.3 514,8 450.4 347.5 650,0 548.5 496,2 365.6 102,8 87.2 90.3 71,6

Вариант 200

АоА,(0-5) Апл. (5 -40) В ,(40-70) ВС(7<Н) 882,1 728,1 612,5 980,1 588,0 444,9 326,7 642,2 383.0 283.1 285,9 337,8 447,5 235,1 276,9 395,5 не опр. 56,0 53,4 69,2

Вариант 111

Апл. (0-15) В,(45-100) ВС(110-1) 1102,6 849,4 728,1 569.8 501.9 406,3 532,7 347,5 321,7 574,6 365,6 313,4 110,0 59,2 49,8

Вариант 113 ...

AoAi(0~5) Апл. (5-30) В^ЗО-70) BCY70-J) 1747,8 1698,8 1334,8 1213,4 993,1 1081,0 974,4 788,7 786,0 699,0 360,4 424,7 871,0 773,0 391,8 444,0 153,8,, 149,5 77,8 93,4

Вариант 222

А<Л,(0-7) Апл. (7-10) Bi(40-80) ВС(80-|) 1248,4 1213,4 1334,8 1213,4 785,0 711,5 922,9 891,7 463,4 501,9 411,8 321.7 456,8 522,4 444,0 391,8 не опр. 124,6 81,0 56,0

Применение калийных удобрений в дозе 50 кг/га д.в. на фоне азотного и фосфорного питания (вариант 111с бездефицитным калийным балансом) поддерживало общую обеспеченность элементом на уровне почв фона, благодаря его скомпенсированному внесению, содержание подвижного калия в почве составляло 400—500 мг/кг, которое рассматривалось как оптимальное. Применение на том же азотно-фосфорном фоне более высоких доз калийных удобрений 150 кг/га д.в. (вариант 113) приводило к существенному росту всех изученных форм калия, в том числе его необменных форм, в сравнении с почвами фоновой территории, что существенно изменяло её калийный статус. Эта доза калия, 6-ти кратно превышающая вынос элемента урожаем, создавала значительный профицит калия (табл. 6). Рост при этом содержания подвижного калия способствовал непроизводительному расходу этого элемента. Применение дозы ка-

лийных удобрений 100-150 кг!га д.в. на фоне более высоких доз азота и фосфора (варианты 222, 333) обеспечивало бездефицитный баланс калия с сохранением исходного соотношения различных его форм в почве.

Таблица 6. Баланс калия в опытах за иериод 1986—2010 гг., кг/га

(1 - общий; 2 - среднегодовой)

Вариант, Урожай Вынос Поступление Баланс

код NPK

1 1 1

2 2 2 1 2

000 52133,4 1960,9 295,1 11,4 - - -295,1 -11,4

200 148439,2 5241,3 808,0 29,1 - _ -808,0 -29,1

220 175858,2 6515,5 980,9 37,4 - - -980,9 -37,4

202 180302,0 6698,2 1004,0 38,4 2500,0 100,0 1496,0 61,6

222 147904,7 5288,6 846,3 31,3 2500,0 100,0 1653,7 68,7

111 130129,3 4727,2 754,6 28,4 1250,0 50,0 495,4 21,6

113 109370,7 4021,5 619,3 23,2 3750,0 150,0 3130,7 126,8

311 149776,1 5498,8 802,8 29,9 1250,0 50,0 447,2 20,1

313 185440,5 6903,7 996,4 37,3 3750,0 150,0 2753,6 112,7

Сопоставляя урожайность чайных плантаций, калийный баланс агроцено-за и соотношение различных форм калия в почве, можно полагать, что наиболее целесообразным является использование калийных удобрений в дозах, обеспечивающих 2^-х кратную компенсацию выноса этого элемента планируемым урожаем.

3.5. Содержание микроэлементов и некоторых тяжелых металлов в почвах чайных плантаций при длительном применении минеральных удобрений

Геохимической особенностью почв биогенных и агрогенных ландшафтов Черноморского побережья России, является повышенное количество микроэлементов и ряда тяжелых металлов в горных породах и почвах. Данная природная особенность определена комплексом факторов: литологическими и климатическими особенностями, растительным покровом, латеральной и радиальной геохимической дифференциацией, техногенезом (внесение минеральных удобрений и пестицидов).

Железо. В бурых лесных кислых почвах чайных плантаций отмечалось снижение содержания валового железа (3,88 %) по сравнению с почвами фоновой территории (4,77 %), усиливающееся при длительной эксплуатации с применением повышенных доз минеральных удобрений. Так, через 10 лет после отмеченной тенденции обеднения верхних горизонтов почвенного профиля железом (Малюкова, 1997) разница в валовом содержании железа для почв фонового участка и чайной плантации уже составляла более 1,0 %, при повышении доз азотных удобрений с 360 до 600 кг/га д.в. (Козлова, 2008). При этом содержание наиболее подвижных аморфных форм , железа (вытяжка Тамма) в них было соизмеримо (400-460 мг! 100 г для почв фона; 440-500 л«/100 г для почв чайной плантации).

Марганец. Содержание подвижных форм марганца в изученных почвах изменялось в широких пределах (200-350 мг/кг) и на порядок превышало верхнюю градацию обеспеченности почв этим элементом (для группы растений с высоким выносом этого элемента), а также в 1,5-2 раза превышало ПДК (140 мг/кг). Отмечался рост содержания подвижного марганца в почвах при применении повышенных доз азотных удобрений, способствующих росту кислотности (обменной, гидролитической) почв, которая и являлась главным контролирующим фактором его подвижности, что подтверждалось тесной корреляционной связью между ними (г = 0,79-0,97). Высокая мобильность марганца и вынос его за пределы почвенного профиля приводили к относительному обеднению верхних горизонтов почв чайных плантаций валовым марганцем (2500-3000 мг/кг) по сравнению с почвами фоновой территории (4500-5000 мг/кг) (Малю-кова, Малинина, 2001).

Цинк. Почвообразующие породы и бурые лесные почвы характеризовались высоким содержанием валового цинка (79—91 мг/кг). При этом обеспеченность этих почв подвижным цинком варьировала от низкой до средней (2-6 мг/кг в слое 0-40 см) и не превышала ПДК (23 мг/кг). Основными контролирующими факторами подвижности элемента являлись рНк.сь почв (г = -0,86) и содержание водорастворимой органики (г = 0,71). Ацидизация почв чайных плантаций приводила к увеличению подвижности цинка и относительному накоплению его в аккумулятивных позициях ландшафтов.

Медь. Валовое содержание меди в почвах и почвообразующих породах биогенных ландшафтов зоны составляло в среднем 34-59 мг/кг. В агрогенных ландшафтах на участках возделывания плодовых культур с применением медьсодержащих пестицидов, на которых в последующем проводились закладки чайных плантаций, отмечалось накопление валовой меди до 80-166 мг/кг. В связи с этим содержание подвижных соединений меди в почвах отдельных чайных плантаций составляло в среднем 4-10 мг/кг в слое 0—20 см, накапливаясь в зонах аккумуляции до 29 мг/кг, и значительно превышало фоновое (0,8-2,4 мг/кг) и ПДК (3 мг/кг). Содержание подвижных форм этого элемента коррелировало с обменной кислотностью почв (г = 0,83) и содержанием гумусовых веществ (г = 0,84).

Бор. Обеспеченность почв чайных плантаций подвижным бором варьировала от низкой до высокой (0,42-1,74 мг/кг) в слое 0-40 см. Отмечалось снижение содержания водорастворимого бора в слое почвы 0-20 см при применении повышенных доз минеральных удобрений (1,0—1,2 мг/кг) по сравнению с контрольным вариантом (\,1 мг/кг).

Токсичные тяжелые металлы. Валовое содержание ряда токсичных элементов (Сг - 120-200; N1', - 33^10; Аб -13-19; РЬ - 18^40 мг/кг) в бурых лесных почвах, как фоновой территории, так и чайных плантаций превышало средние уровни содержания этих элементов для других типов почв, что является геохимической особенностью региона. Содержание тяжелых металлов в чайном сырье не превышало установленные допустимые концентрации по ГОСТу 1937-90: Си — 16,0-16,5 мг/кг (ПДК не более 100 мг/кг); РЬ — 2,3-2,8 мг/кг (ПДК не более 10 мг/кг), Сс1 — 0,1-0,2 мг/кг (ПДК не более 1 мг/кг).

3.6. Влияние минеральных удобрений на биологическую активность бурых лесных почв

Бурые лесные кислые почвы зоны характеризовались невысоким уровнем потенциальной активности азотфиксации (от 0,6 до 2,9 нг С2Н4/г час в течение года), показатели которой ещё больше снижались под воздействием внесения минеральных удобрений (табл. 7) (Рогожина, Костина, Малюкова, 2011). Дыхательная и ферментативная (инвертаза, каталаза, фосфатаза) активности также существенно уменьшались в результате длительного применения минеральных удобрений, особенно азотных, ингибирующий эффект которых уже проявлялся в дозах выше 200 кг/га д.в. (Струкова, Малюкова, 2010; Малюкова и др., 2012).

Таблица 7. Влияние минеральных удобрений на показатели биологической активности почв (почвенный слой 0-20 см, октябрь, 2008 г.)

Вариант, код NPK Дыхательная активность, мг COj/кг почвы Активность азотфиксации, нг СгНф/г почвы Инвертаза, мг глюкозы/ 10 г за 1 сут. Каталаза, мл Ог/1 г за 1 мин.

000 68,4+5,0 1,06+0,05 123,2 10,8+2,5

111 61,8+4,2 0,37+0,06 21,3 2,7+1,6

333 56,3+2,2 0,58+0,04 10,3 1,4+0,5

Метод мультисубстратного тестирования, учитывающий меру разнообразия и устойчивость микробного сообщества позволил дать наиболее интегральную оценку функционального состояния почв агроценозов чайной плантации при различном уровне нагрузок минеральными удобрениями. Для сравнения был использован интегральный индекс витальности (коэффициент «здоровья» почвы): G = (N/Nmax)/d, где Nmax — количество тест-субстратов (47); N — количество потребленных субстратов (мера разнообразия); d — коэффициент рангового распределения, отражающий устойчивость сообщества (Горленко, Кожевин, 2005). Наиболее существенное влияние на этот показатель оказывало применение азотных удобрений, тогда как однозначных закономерностей влияния различных доз фосфора и калия не было выявлено. Лучшие почвенные условия (наибольшие значения G = 1,05—4,07) обеспечивало применение одинарных доз азотаN200P60K50 (111), N200P60K150 (113), N200P180K150 (133) по сравнению с вариантами без внесения удобрений и с внесением более высоких доз азотных удобрений (G = 0,06-0,52), что доказывало экстремальность для агроэкосистемы, не только избытка минеральных удобрений, но и их недостатка.

Глава 4. Прогнозирование урожайности чайпых плантаций в зависимости от метеорологических условий на основе математического моделирования

Многолетние наблюдения (25 лет) позволили выявить амплитуду колебания урожайности чая в зависимости от метеоусловий, провести на их фоне

сравнительный анализ эффективности применения различных видов и доз минеральных удобрений и разработать регрессионные уравнения (табл. 8,9). Было установлено, что неблагоприятный термический режим весеннего периода (в частности заморозки в марте-апреле), а также недостаточное количество осадков (менее 600-700 мм) в вегетационный период ведут к существенной потере валового сбора чайного листа, которая может составлять в среднем 50-60 % и более.

Таблица 8. Итоговая таблица регрессии для расчета (прогноза) урожайности чайного листа первого сбора, К = 0,74; п=256

Независимые переменные (структура модели) Стандартизованный коэффициент Коэффициент при независимом признаке Стандартная ошибка критерий Уровень значимости Р

Константа У8-1 РА2 РАхТз РА х Т5 РАхЯз РА X 1*4 (N+1) рНксь 0,15802 -2,46340 0,70338 1,21893 0,71503 0,35542 0,30351 -20,5505 0,0435 -0,2009 0,1497 0,1651 0,0048 0,0044 0,7684 3,502751 0,017877 0,020805 0,022663 0,032120 0,000547 0,000915 0,138549 -5,86697 2,43247 -9,65773 6,60760 5,13987 8,79438 4,77068 5,54594 0,000000 0,015754 0,000000 0,000000 0,000001 0,000000 0,000003 0,000000

Таблица 9. Итоговая таблица регрессии для расчета (прогноза) валовых сборов чайного листа, Я = 0,75; п=256

Независимые переменные (структура модели) Стандартизованный коэффициент Коэффициент при независимом признаке Стандартная ошибка критерий Уровень значимости р

Константа РА2 Т3 Г4 т5 Яз С4* + 1) рНксь 0,322762 -0,528979 0,419720 -0,149795 -0,171290 0,596897 -0,186885 0,327239 79,40032 0,32422 -0,15749 10,14795 -3,39070 -6,53390 0,33425 -0,09008 3,02409 40,40609 0,05983 0,01705 1,39586 1,13546 2,31153 0,03686 0,02633 0,48410 1,96506 5,41927 -9,23888 7,27003 -2,98620 -2,82666 9,06816 -3,42154 6,24683 0,050606 0,000000 0,000000 0,000000 0,003129 0,005116 0,000000 0,000736 0,000000

Примечание. — суммарный урожай предыдущего года (ц'га)', РА — возраст плантации; Т3, Т4, Т5 — температура марта, апреля, мая, соответственно (°С); Яз, 1*4, К5 — сумма осадков за март, апрель, май, соответственно (лш); N — дозы азота в условных эквивалентных единицах (0, 1, 2, 3); рНксь—показатель кислотности почв.

Была установлена тесная связь урожайности чайной плантации со среднемесячной температурой и суммой осадков в весенний период (март-апрель-май), кислотностью почв и дозами азотных удобрений. Полученные математи-

ческие модели позволяют осуществлять заблаговременный прогноз урожаев первых и валовых сборов чайного листа на текущий год. Включение в регрессионную модель доз азотных удобрений и рН почвы позволяет, учитывая снижение потенциальной эффективности азотных удобрений в экстремальных метеорологических условиях, корректировать их дозы, а также систему удобрения чайных плантаций в направлении повышения устойчивости растений к этим условиям (за счет применения соответствующих видов удобрений).

Глава 5. Влияние длительного применения минеральных удобрений на урожайность и качество чайного листа в зависимости от метеоусловий и возраста чайных плантаций

5.1. Азотные удобрения

Среди вносимых минеральных удобрений (ЫРК) наибольшая теснота связей с урожайностью первого и суммарного сборов определялась для азотных удобрений: 0,38 и 0,49, соответственно. Внесение азотных удобрений в дозах 90-180 и 120-400 кг!га д.в. (для молодой и полновозрастной чайной плантации, соответственно) на фоне высокой обеспеченности почв подвижными формами калия и фосфора обеспечивало существенный прирост урожайности (2-4 раза и более) (рис. 6).

-000.

^ ^ ...

—»—200.

- -202

------

1989-1991 1993-1999 2000-2002 2003-2008 годы

Рис. 6. Урожайность зеленого чайного листа при возрастающих дозах азотных удобрений (усредненные данные по периодам исследований)

При этом вынос азота с урожаем составлял 41-57 %, от внесенного с удобрениями. Дальнейшее повышение дозы азотных удобрений (выше 400 кг!га д.в.) приводило к снижению эффективности их использования (вынос азота с урожаем составлял 22-28 %, от внесенного с удобрениями). Максимальная критическая (снижающая урожайность) доза азотных удобрений для агроценоза чайной плантации (без орошения) составляла 420-460 кг/га д.в. при благоприятных гидротермических условиях. В экстремальных условиях (дефицит влаги, заморозки) дозы азотных удобрений выше 200-240 кг!га д.в. были мало эффективны (рис. 7, вариант 311).

[ 1

Рис. 7. Урожайность зеленого листа у растений чая сорта Колхида при относительно благоприятных (1) и засушливо-жарких (2) условиях на фоне различных доз минеральных удобрений (усредненные данные 1993-1999 гг.):

Количество азота в зрелых листьях и флешах чайного растения коррелировало с содержанием этого элемента в почвах (г = 0,85 и г = 0,55, соответственно) и возрастало с ростом доз азотных удобрений. При внесении азота в дозах выше 200-240 кг/га д.в. установлено увеличение содержания азота в 2- и 3-листных флешах чайного растения в среднем на 0,5-1 % по сравнению с контролем и соответствующий этому рост соотношения содержания макро- (N, Р, К) к микроэлементам (Mn, Fe, Си), что являлось одной из причин снижения качества чайного листа. Так, внесение азотных удобрений в дозе 120-200 кг!га д.в. (варианты 111, 113, 133) снижало содержание танина в среднем на 1,0-1,5 %, применение более высоких доз (варианты 200, 333) сопровождалось уменьшением его содержания в среднем на 2,0 4,0 % (рис. 8). Для экстрактивных веществ отмечалась аналогичная тенденция.

36

24 22 20

000 022 111 ИЗ 131 133 200 222 311 331 333

май (норма) -май (засуха) - июль (норма)

----июль (засуха) - " " август (норма) август (засуха)

Рис. 8. Содержание танина (%) в З-листнътх флешах чая в основные периоды сбора при относительно благоприятных (норма) и засушливо-жарких (засуха) условиях на фоне различных доз минеральных удобрений (по усредненным данным 1993-1999 гг.)

В целом, биохимические показатели качества чайного сырья в сезонной и многолетней динамиках варьировали в широком диапазоне (танин 20—38 %, экстрактивные вещества 37-48 %). Влияние гидротермических условий превы-

шало влияние минеральных удобрений на изучаемые показатели. Различия в абсолютных значениях на фоне варьирующих гидротермических условий составляли: для танина - 4-13 %; экстрактивных веществ - 3-9 %; различия, обусловленные влиянием минеральных удобрений — 4—11 и 2—5 %, соответственно. Получен ряд уравнений регрессий, описывающих зависимость качественных показателей чая от видов и доз минеральных удобрений (табл. 10), в которых также проявилась связь с фосфорно-калийными удобрениями.

Таблица 10. Уравнения регрессии, отражающие связь содержания танина в чайном сырье с дозами минеральных удобрений

Период сбора, тип гидротермических условий Уравнение регрессии Я

1993—1999 (для 3-листной флеши)

Май 1 Т = 26,5 - 0,5К 0,66

Июль 1 2 Т = 32,4 — 2,9И + 0,51Ч2 Т = 32,6 — 1,0Ы 0,92 0,73

Август 1 2 Т = 28,9 - 3,0Ы + 0,Ш2 Т = 33,8 - 5,4Р + 2,4К + 2,0Р2-1,2Ы - 0,9РК 0,94 0,94

2005—2008 (для 2-листной флеши)

Май 1 Т = 28,5 - 1,2К - 1,0Р - 0,6ТМ2 + 0,6М> + 0,5Ж 0,85

Июль 1 2 Т = 31,1 — 1,0М Т = 36,9 - 3,3к + 1,ЗК2-0,7Ж 0,75 0,71

Август 1 Т = 32,0 - 3,5Ы + 1,4ЫР - 0,6Р2 0,77

Примечание. Т — содержание танина (%); N. Р, К — дозы удобрений в условных единицах (0, 1, 2, 3); 1 — относительно благоприятные погодные условия; 2 — засушливые и жаркие погодные условия; Я — коэффициент регрессии. Модели адекватны, Г ж<:.> 1;таг,л.

В диапазоне доз азотных удобрений (120-600 кг/га д.в.) более высоким коэффициентом качества характеризовалось сырье, полученное на фоне применения доз азота — 120-200 кг/га д.в. (3,4- 4,6), при безусловном преимуществе качества сырья, полученного без внесения минеральных удобрений (4,0-5,5).

5.2. Фосфорные удобрения

Изучение эффективности применения фосфорных удобрений проводилось на фоне достаточно высокой обеспеченности почв подвижными фосфатами, достигнутой в результате их предпосадочного окультуривания, что (за редким исключением) характерно для большинства эксплуатируемых чайных плантаций. Последействие фосфорных удобрений (на фоне применения азота) прослеживалось и через 20—25 лет ведения опыта, где урожайность чая не снижалась, обеспечиваясь запасом фосфора. Было установлено, что независимо от содержания в почве подвижных фосфатов (в диапазоне 200-1400 мг/кг) и доз фосфорных удобрений в диапазоне 0-180 кг/га д.в. урожайность чая в основном

коррелировала с погодными условиями, дозами азотных удобрений, рНКа почвы. Положительный эффект от внесения фосфорных удобрений прослеживался главным образом в экстремальные по влагообеспеченности годы (рис. 9).

Рис. 9. Влияние возрастающих доз фосфорных и калийных удобрений на урожайность чайной плантации в неблагоприятные по метеорологическим условиям годы (недостаточная влагообеспеченность в листосборный период)

Размеры хозяйственного выноса фосфора составляли 10—30 кг/га Р2О5 при урожайности 40-90 ц!га зеленого чайного листа. Сравнительный анализ процента выноса фосфора с урожаем от доз вносимых удобрений на различных вариантах опыта, показал, что максимальная эффективность использования фосфорных удобрений (30-40 %) отмечалась при дозе 60 кг/га д.в. Содержание фосфора в 3-листных флешах чайного растения практически не зависело от содержания этого элемента в почве и колебалось в пределах 1,0—1,2 %. Более высокая амплитуда колебаний (0,61-1,28 %) отмечалась для содержания фосфора в зрелых листьях чайного растения в зависимости от уровня обеспеченности почв этим элементом.

С учетом содержания, особенностей поглощения фосфора растениями чая из почвы, хозяйственного выноса этого элемента с урожаем, а также фосфатного режима бурых лесных почв, из изученного диапазона доз фосфорных удобрений в многолетнем полевом опыте (60-180 кг!га д.в.) минимальная доза (60 кг/га д.в.) обеспечивала содержание в почве подвижных фосфатов на достаточном уровне.

5.3. Калийные удобрения

Исходно достаточно высокое содержание доступных форм калия в бурых лесных почвах (200-300 мг/кг) определяло невысокую эффективность применения калийных удобрений на длительно удобряемых чайных плантациях. Прослеживалась зависимость эффективности калийных удобрений от доз, применяемых азотных удобрений. Повышение доз калийных удобрений до 100-150

кг/га д.в. было более эффективно на фоне 180-270 и 240—360 кг/га д.в. азота (для молодой и полновозрастной чайной плантации, соответственно).

В неблагоприятные по гидротермическим условиям годы отмечалась более высокая эффективность применения калийных удобрений (рис. 9), что обусловлено особым значением калия в формировании устойчивости растений к стрессовым факторам. При применении 100-150 кг/га К20 в сочетании с фосфором и азотом отмечалась более низкая концентрация клеточного сока флешей (9,0-9,5 %, при 11,5 % на контроле) и меньшая потеря тургора, что сказывалось на коэффициенте засухоустойчивости (0,75-0,85, при 0,58 на контроле); также отмечалось существенное увеличение содержания каротиноидов, выполняющих протекторную роль в защитных реакциях растительного организма (Белоус, Малюкова, Козлова, 2011).

В целом, многолетняя стабильность урожайности чайных плантаций, оцененная по величине средней многолетней урожайности и её дисперсии выявлена только при совместном применении азотных, фосфорных и калийных удобрений.

5.4. Мезо- и микроудобрения

Mg, Ca, В, Zn, относящиеся к группам мезо- и микроэлементов, являются не только важными элементами питания растений чая, но и компонентами почвы, определяющими её кислотно-основные свойства, и, следовательно, плодородие. Установлено, что наиболее эффективным являлось применение магний- и борсо-держащих удобрений (60 и 6 кг/га д.в., соответственно), которое обеспечивало дополнительную прибавку урожая на 20—30 % (табл. 11). Высокая эффективность этих удобрений, связана с недостаточной обеспеченностью бурых лесных кислых почв подвижным бором (0,4-0,7 мг/кг) и снижением содержания в них обменного магния, иногда до критических значений (менее 1,5 ммоль экв/100 г) в связи с выносом урожаем и выщелачиванием этого элемента.

Таблица 11. Влияние удобрений, содержащих мезо- и микроэлементы на урожай чая сорта Колхида, ц!га (Малюкова и др., 2012)

Вариант Годы наблюдений Прибавка

Среднее

2008 2010 2011 за 2008- ц/га %

2011 гг.

N360P60K50 (фон) 41,5 47,2 59,0 49,2 - -

Фон + В 46,8 59,4 92,0 66,1 16,8 34

Фом + Mg 44,0 59,8 82,0 61,9 12,7 26

Фон + Zn 35,3 50,9 77,0 54,4 5,2 10

Фон + Ca 26,0 47,8 63,0 45,6 - -

НСР 0.05 3,5 5,4 6,2 - - -

Мезо- и микроэлементы оказывали также влияние на содержание танина и экстрактивных веществ в 3-листных флешах чайного растения, особенно в начале листосборного периода. Так, на вариантах с внесением цинка, магния и

чаепригодных почв — бурых лесных кислых, бурых лесных оподзоленных почв. В случае низкобонитетных почв (среднемощных, с признаками оглеения) дозы удобрений должны быть дополнительно скорректированы с учетом средней многолетней урожайности плантации.

Учитывая высокую эффективность применения ряда мезо- и микроэлементов на чайных плантациях следует также избирательно вводить их в систему удобрения чайных плантаций. На почвах средне- и низкообеспеченных бором, следует применять этот вид удобрения (или в составе комплексных удобрений), в дозе близкой к изученной эффективной (В - 6 кг/га д.в.). Магнийсо-держащие удобрения (в дозе М^ 60) необходимо вводить в систему удобрения чайных плантаций с содержанием в почвах обменного магния менее 1,0 лшоль же/100 г. Кальцийсодержащие удобрения (в дозе СаО 100) следует использовать периодически на длительно удобряемых чайных плантациях с критически низкими показателями суммы обменных оснований (менее 1-2 ммоль же/100 г) с обязательным контролем уровня кислотности почв, определяющего урожайность культуры.

Глава 6. Комплексная почвенно-растительная диагностика минерального питания чая и плодородия бурых лесных почв

6.1. Оптимальные параметры плодородия бурых лесных почв чайных плантаций

На основе анализа результатов многолетних научных исследований, отражающих особенности влияния экологических и агрогенных факторов на урожайность и состояние компонентов агроэкосистем чайных плантаций были разработаны оптимальные параметры плодородия бурых лесных кислых почв (табл. 13). Они включают геоморфологические особенности территории, определяющие тепловой и водный режим почв, что в горных условиях является важным при определении ее биопродуктивности. Характеристика почвы охватывает показатели, необходимые для ее всесторонней оценки с точки зрения степени чаепригодности и уровня ее плодородия: морфологические особенности почвенного профиля, некоторые физические свойства основного корнеоби-таемого слоя почв и его основные агрохимические свойства.

6.2. Комплексная почвенно-растительная диагностика минерального питания чая

В системе диагностики минерального питания чая было выделено 2 блока: почвенный и растительный. Почвенная диагностика охватывает свойства почв, лимитирующие потенциальную продуктивность чайных плантаций: кислотно-основные свойства, содержание гумуса и доступных форм макро-, мезо-и микроэлементов. Базовым этапом рассматривается оценка уровня потенциального плодородия почв по кислотно-основным показателям.

Таблица 13. Оптимальные параметры плодородия бурых лесных почв под культурой чая

№ п/п Показатели Параметры

1 Высота над уровнем моря, м 70-200

2 Экспозиция склона (по данным Козина и др. ,1992) северо-западная, западная

3 Крутизна склона, ° 0-15

4 Выход внутрипочвенных вод (наличие мочаков) нет

5 Наличие эрозии, оползневых процессов нет, слабовыраженные

6 Мощность почвенного профиля, см не менее 100

7 Наличие признаков оглеения (глубина), см нет

8 Содержание физической глины (%) в слое, см: 0-20/20-40 40-60 не более 69-70 / 70-75 75-80

9 Объемная масса (г!см') в слое, см: 0-20 20-40/40-60 не более 1,0-1,1 1,2-1,3/1,3-1,4

10 рНкп в слое, см: 0-40 / 50-100 3,1-3,5/3,9-4,0

11 Гидролитическая кислотность (ммоль эга/100 г) в слое, см: 0-40 / 50-100 25—44 / 50-60

12 Сумма обменных оснований (ммоль же /100 г) в слое, см: 0-40 / 50-100 3-7/7-10

13 Степепь насыщенности почв основаниями (%) в слое, см: 0-40/50-100 10-20/<49

14 Подвижный алюминий (жг/100 г) в слое, см: 0-40 60-140

15 Гумус (%) в слое, см: 0-20 / 20-40 5-7 / 3-5

16 Азог легкогидролизуемый (мг/кг) в слое, см: 0-20 / 20-40 110-140/90-120

17 Калий подвижный (К20, мг/кг) в слое, см: 0-20 / 20-40 410-500/310-400

18 Фосфор подвижный (Р205, мг/кг) в слое, см: 0-20 / 20-40 410-500/210-250

19 Содержание микроэлементов (мг/кг) в слое 0-40 см: Ие/Мп гп/Си В 200-350/100-250 7,5-10,0 / 2,0-2,5 0,8-1,2

Выбор диагностического слоя почвы определялся исходя из области распространения корневой системы чайного растения, а также степени зависимости от внешних факторов (внесение удобрений, поступление опада и подрезоч-ного материала, колебания гидротермических условий). С учетом этого, исследованию подлежит весь почвенный профиль с более детальным изучением верхнего слоя 0-40 см, как основного диагностического, для которого и разработаны градации по основному набору показателей (табл. 1, 14). Наиболее надежным сроком отбора почвенных образцов является период сентябрь-октябрь, что подтверждается тесной корреляцией между почвенными показателями этого периода и урожайностью культуры (г=0,7-0,9). К тому же состояние почв в этот период является итогом взаимодействия комплекса факторов за прошедший вегетационный период и при этом переходит в стационарное. Отбор проб в этот период имеет и практическое преимущество при выработке рекомендаций для многолетней культуры к следующему сезону вегетации. Для обеспечения необходимой точности агрохимической оценки почв чайной плантации и последующего обоснованного подбора видов и доз минеральных удобрений (при значительном пространственном варьировании показателей почвенного плодо-

родия) необходимо провести отбор индивидуальных почвенных образцов в слое 0-40 см в 10-15-кратной повторности, охватив всю площадь выделенного элементарного участка, площадь которого в горных условиях может варьировать от 0,25-0,30 до 1—2 га. С целью оценки степени окультуренности почв чайной плантации и степени их агрогенной трансформации параллельно необходимо провести сравнительный анализ почв фоновой территории.

Таблица 14. Ориентировочные градации обеспеченности почв макро- и микроэлементами,

мг!кг (для слоя 0-40 см)

Показатель Уровень обеспеченности

Низкий Средний Высокий

Азот легкогидролизуемый (N1^) 30-50 60-100 110-140

10-30 40-80 90-120

Подвижный калий (К^О) 120-200 210-400 410-500

40-100 110-300 310-400

Подвижный фосфор (Р2О5) 80-200 210-400 410-500

40-100 110-200 210-250

Подвижный марганец 30-50 60-100 110-250

10-20 30-70 80-220

Подвижная медь 0.5-0.8 0,9-2.4 2.5-3.0

0,4-0,7 0,8-1,4 1,5-2,0

Подвижный цинк 2-4 5-7 8-10

1-3 4-6 7-9

Подвижный бор 0,2-0,4 0,5-0,7 0,8-1,2

Примечание. В числителе — содержание элементов в слое 0-20 см, в знаменателе - в слое 20-40 см.

В разделе почвенной диагностики выделено 2 вида почвенного обследования: первичное (развернутый анализ почв) и мониторинговое (периодическое определение диагностически значимых показателей). При первичном рекомендуется провести определение: гранулометрического состава; кислотно-основных свойств (рНксь гидролитической и обменной кислотности, подвижного алюминия, степени насыщенности почв основаниями); содержания 1уму-са, легкогидролизуемого азота, валового и подвижного фосфора, комплекса форм калия; содержания подвижных форм микроэлементов (марганец, железо, медь, цинк, бор) в сравнении с почвой фона. При мониторинговом достаточно проводить определение показателей кислотности почв, содержания легкогид-püíiitáyeMoro азота* йбдййжных ферм феефора и калия. Периодичность — 1 раз в 3-S лёт, Контроль калийного состояния но комплексу показателей рекомендуется проводить 1 раз в 7-10 лет. Дм контроля характера и интенсивности процессов трансформации почв исследования по расширенному набору показателей следует проводить повторно через 10—15 лет.

В растительной диагностике при выборе индикаторного органа чайного растения исходили из физиолошческих особенностей растений в отношении вторичной реутилизации макро- и микроэлементов (Церлинг, 1978), а также корреляционных связей. С учетом этого при листовой диагностике обеспечен-

ности элементами N. Р, К индикаторным является 5-6-месячный (зрелый) лист прироста текущего года (сентябрьско-октябрьского периода отбора), для которого разработаны градации (табл. 15).

Таблица 15. Градации обеспеченности растений чая макроэлементами по содержанию элемента в зрелых листьях, %

Показатель Уровень обеспеченности

Низкий Средний Высокий

N 2,5-2,8 2,9-3,4 3,5-3,8

Р205 0,2-0,4 0,5-0,7 0,8-0,9

К20 0,8-1,4 1,5-1,7 1,8-2,0

Для диагностики обеспеченности чайного растения Mn, Fe, Си, Zn, В исходя из особенностей их поступления и перераспределения в органах растений, следует отбирать 3-листные флеши (в период -— конец июня). В качестве оптимального (достаточного) уровня содержания микроэлементов в 3—листной флеши чайного растения рассматривался фактически установленный диапазон их содержания на высокоурожайных плантациях Мп - 660—700 мг/кг\ Fe — 40— 50 мг/кг\ Zn - 38-40 мг/кг; В - 17-19 мг/кг; Си - 16-17 мг/кг, поскольку вариабельность показателей невысока и они не выходят за рамки принятых для других культур уровней недостатка или избытка (за исключением марганца).

Глава 7. Экономическая эффективность применения минеральных удобрений при выращивании чая

Применение азотных удобрений на полновозрастных чайных плантациях снижало себестоимость зеленого чайного листа и готовой продукции практически в 1,2-1,5 раза по сравнению с контролем, что увеличивало рентабельность производства на 10-20 % и более. Максимальная рентабельность (33-38 %) была достигнута на фоне применения азотных удобрений в диапазоне доз 200-240 кг/га д.в. Применение более высоких доз азотных удобрений (360-400 кг/га д.в.) несколько снижало рентабельность (23—29 %), которая сводилась к нулю на фоне применения N600P180K150. Максимальная окупаемость минеральных удобрений прибавкой урожая была достигнута на фоне применения азотных удобрений в диапазоне доз 240-300 кг!га д.в. (табл. 16). Для молодых чайных плантаций (до 4-6 лет) на фоне среднего уровня плодородия почв наиболее эффективной являлась доза азотных удобрений —140-180 кг!га д.в. в сочетании с необходимыми дозами фосфорных и калийных удобрений.

Применение фосфорных и калийных удобрений было менее эффективным и сложно прослеживалось на фоне превалирующего влияния азотных удобрений. Однако в неблагоприятные по метеорологическим условиям годы, эффективность внесения калийных и фосфорных удобрений, стимулирующих защитные реакции растительного организма, возрастала.

Таблица 16. Сравнительная прибавка урожайности зеленого чайного листа от доз азотных удобрений и их окупаемость на фоне Р60-180К50-150

Дозы азотных удобрений, кг/га д.в. Урожайность кг!га Прибавка кг/га Окупаемость 1 кг ЫРК кг зеленого чайного листа

Молодые плантации

70-90 3000-3800 1500-2000 4-8

140-180 4500-5500 2500-3300 10-16

210-270 5500-6500 3000-4500 8-12

Полновозрастные плантации

120-200 7000-8000 4000-5000 11-15

240-300 8000-12000 6000-8000 18-23

360-400 8500-11500 7500-8500 11-17

500-600 8500-11500 7500-8500 8-12

ВЫВОДЫ

Комплексное исследование различных компонентов агроэкосистемы чайной плантации, впервые проведенное в разрезе пространственно-временных изменений природных модельных объектов на Черноморском побережье России, охватившее 25-летний период возделывания монокультуры чая с момента закладки насаждений, позволило установить следующее:

1. Эффективное плодородие бурых лесных почв при выращивании чая существенно возрастает при длительном систематическом применении азотсодержащих минеральных удобрений в дозах 90-360 кг!га д.в. (в зависимости от возраста и урожайности насаждений), которые являются эффективным приемом регулирования бездефицитного баланса азота, способствуют увеличению содержания гумуса, незначительному подкислению почв, увеличению содержания в почвах подвижных форм алюминия, железа, марганца, меди, цинка.

2. Длительное применение азотных удобрений в более высоких дозах 400-600 кг/га д.в. на чайных плантациях способствует значительной ацидиза-ции почв, сопровождающейся снижением содержания обменных кальция и магния, а также обеднением почв марганцем и железом при достоверном росте их подвижности; изменению качественного состава гумуса при росте его общего содержания; усилению дифференциации почвенного профиля по гранулометрическому составу; ингибированию биологической активности почв.

3. Длительное применение фосфорных удобрений на чайных плантациях способствует обогащению верхнего почвенного слоя подвижным и валовым фосфором — в среднем в 2 и 3 раза при применении доз 120-180 кг!га д.в. Р205 , создавая запас потенциально доступного фосфора, но приводя к выраженному «зафосфачиванию» почв чайной плантации. Последействие фосфорных удобрений сохраняется в течение последующих 25 лет, обеспечивая потребности чайного растения в этом элементе. Ежегодное длительное примене-

ние дозы 60 кг!га д.в. Р205 обеспечивает бездефицитный баланс фосфора в почве и, постепенно повышая степень насыщенности почв фосфатами, делает их доступными для растений при поддержании концентрации подвижных фосфатов на уровне 400-500 мг/кг.

4. Применение калийных удобрений в дозах компенсирующих или несколько превышающих вынос элемента (50-150 кг/га д.в. в зависимости от урожайности) обеспечивает оптимальное калийное питание растений и способствует сохранению плодородия почвы в отношении калия. Перманентный дефицитный калийный баланс приводит к существенному снижению содержания обменного и необменного калия, главным образом в плантажированном почвенном слое. Длительный положительный баланс калия в агроценозе с профицитом в 120 кг/га приводит к значительному накоплению обменной и необменной форм калия в верхнем почвенном слое, часть из которого может мигрировать в нижележащие горизонты и накапливаться в необменной форме.

5. Урожайность чайных плантаций в природно-климатических условиях Черноморского побережья России на 50-60 % определяется метеорологическими условиями весеннего и летнего периодов. Прогнозирование урожаев первых и соответственно валовых сборов чайного листа на текущий год возможно с использованием ряда разработанных математических моделей, отражающих количественные зависимости величины урожая от среднемесячной температуры и суммы осадков за март-май, кислотности почв и доз азотных удобрений.

6. В оптимальные по гидротермическим условиям годы применение азотных удобрений обеспечивает рост урожайности чайных плантаций в 2—4 раза (до 70-110 ц!га для высокопродуктивных сортов), в неблагоприятные - эффективность их внесения снижается в 2 раза (35-55 ц!га для высокопродуктивных сортов). Максимальная критическая (снижающая урожайность) доза азотных удобрений для агроценоза чайной плантации (без орошения) составляет 420— 460 кг!га д.в. Положительная роль фосфорных и калийных удобрений, влияющих на устойчивость растений, более выражена при неблагоприятных метеорологических условиях вегетационного периода, что обеспечивает многолетнюю стабильность урожайности чайных плантаций. Применение магний- и борсо-держащих удобрений (в дозах 60 и 6 кг/га д.в., соответственно) на длительно эксплуатируемых чайных плантациях обеспечивает дополнительную прибавку урожая на 20-30 %.

7. Биохимические показатели качества чайного сырья в сезонной и многолетней динамиках варьируют в широком диапазоне (танин 20-38 %, экстрактивные вещества 37-48 %). Азотные удобрения в дозах выше 200-240 кг/га д.в. достоверно снижают содержание танина и экстрактивных веществ на 2-4 %. Роль фосфорных и калийных удобрений проявляется опосредовано на фоне внесения тех или иных доз азотных удобрений в конкретных метеорологических условиях. Оптимальное поступление макро- и микроэлементов в 3-листные флеши чайного растения на фоне сбалансированного применения минеральных удобрений обеспечивает сохранение и повышение качества чайного сырья.

8. Разработана многокомпонентная система удобрения неорошаемых

чайных плантаций Черноморского побережья России, основанная на дифференцированном подборе доз минеральных удобрений с учетом установленных оптимальных и критических доз NPK для планируемых урожая и качества, степени агрогенной трансформации почв, а также с учетом возраста плантации, уровня потенциального плодородия почвы и экономической эффективности.

9. Установлены оптимальные параметры плодородия бурых лесных почв по гумусу, азоту, фосфору, калию, показателям кислотности, содержанию подвижных микроэлементов, которые в совокупности с геоморфологическими параметрами представляют собой модель — эталон высокопродуктивных почв. Разработаны градации плодородия бурых лесных почв по кислотно-основным показателям, являющимися основополагающими для его оценки и проявления возможности реализации эффективности удобрений.

10. Разработана система почвенно-растительной диагностики минерального питания чайного растения, включающая 2 вида почвенного обследования и их диагностические показатели: первичное (развернутый анализ почв, позволяющий оценить естественное и эффективное плодородие почв и степень её агрогенной трансформации) и мониторинговое (периодическое определение диагностически значимых показателей, позволяющих скорректировать ежегодные дозы применяемых удобрений). Обоснованы основной диагностический слой почвы, сроки и количество отборов почвенных и растительных образцов с учетом вариабельности свойств почв, градации обеспеченности растений макро- и микроэлементами.

СПИСОК ОСНОВНЫХ РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Статьи в научных журналах и изданиях, рекомендованных ВАК РФ

1. Милюкова, JI.C. Влияние длительного применения минеральных удобрений на химический состав бурой лесной кислой почвы под чайной плантацией в условиях влажных субтропиков России [Текст] / JI.C. Малюкова, В.А. Аргунова, И.В. Юткина, A.A. Губарева // Агрохимия. — 1999. — № 10. — С. 33-40.

2. Малюкова, JI.C. Особенности поведения металлов ((Mn, Zn, Си) в бурой лесной кислой почве под чайной плантацией в условиях влажных субтропиков России [Текст] / JI.C. Малюкова, М.С. Малинина // Агрохимия. — 2001. — 3. — С. 62-68.

3. Рындин, A.B. Основные результаты научной деятельности ГНУ ВНИИ цветоводства и субтропических культур Россельхозакадемии в 2005 году [Текст] / A.B. Рындин, И.А. Кравцов, JLC. Малюкова // Плодоводство и ягодоводство России : сб. науч. работ / ВСТИСП. — М„ 2006. — Т. 17,—С. 91-98.

4. Малюкова, JI.C. Оптимизация доз минеральных удобрений на плантациях чая [Текст] / JI.C. Машокова, З.В. Притула, Н.В. Козлова, О.В. Лилова // Садоводство и виноградарство.

— 2007. — № 1. — С. 20-23.

5. Козлова, Н.В. Влияние длительного применения минеральных удобрений на кислотно-основное состояние бурых лесных кислых почв чайных плантаций субтропиков России [Текст] / Н.В. Козлова, JLC. Малюкова // Агрохимия. — 2007. — № 9. — С. 1-7.

6. Владыченский, A.C. Гумусное состояние буроземов и его изменение при интенсивном возделывании культуры чая в условиях субтропической зоны РФ [Текст] / A.C. Владыченский, JI.C. Малюкова, Н.В. Козлова // Вестн. Моск. гос. ун-та. Сер. Почвоведение. — 2007.

— №4, — С. 10-16.

7. Малюкова, Л.С. Особенности агрогенной трансформации бурых лесных кислых почв

чайных плантаций [Текст] / Л.С. Малюкова, А.В. Рындин, Н.В. Козлова // Вестн. Рос. акад. с.-х. наук. — 2008. — № 4. — С. 26-27.

8. Козлова, Н.В. Минералогический состав илистой фракции кислых бурых лесных почв чайных плантаций субтропиков России, испытывающих влияние длительного внесения минеральных удобрений [Текст] / Н.В. Козлова, JI.C. Малюкова, Т.А. Соколова, Т.Я. Дронова // Вестн. Моск. гос. ун-та. Сер. 17. Почвоведение. — 2008. — №4. — С. 7-13.

9. Козлова, Н.В. Влияние длительного применения минеральных удобрений на гранулометрический состав бурой лесной кислой почвы чайной плантации субтропиков России [Текст] / Н.В. Козлова, Л.С. Малюкова // Агрохимия. — 2009. — 9. — С. 1-8.

10. Малюкова, Л.С. Урожайность растений чая сорта Колхида в зависимости от комплекса абиотических и агрогенных факторов [Текст] / Л.С. Малюкова // С.-х. биология. — 2009, —№3, —С. 29-33.

11. Струкова, Д.В. Некоторые показатели биологической активности бурых лесных кислых почв чайных плантаций субтропиков России [Текст] / Д.В. Струкова, Л.С. Малюкова // Агрохим. вестп. — 2010. — №6. — С. 5-9.

12. Притула, З.В. Влияние минеральных удобрений на биохимические показатели качества чайного листа сорта Колхида в условиях субтропиков России [Текст] / З.В. Притула, Л.С. Малюкова, Н.В. Козлова // Агрохимия. — 2011. — № 3. — С. 33-40.

13. Rogozhina, Ye.V. Estimation of potential Nitrogen-fixing activity of agrophytocenoses soils of the subtropical zone of Russia [Text] // Ye.V. Rogozhina, N.V. Kostina, L.S. Malyukova // Vestnik Moskovskogo Universiteta. Pochvovedenie. — 2011. — № 1. — P. 35-38.

14. Малюкова, Л.С. Влияние мезо- и микроудобрений на урожай чайного листа и плодородие бурых лесных кислых почв чайных плантаций Черноморского побережья России / Л.С. Малюкова, Н.В Козлова, В.В. Великий // Проблемы агрохимии и экологии. — 2012. — № 1.

— С. 18-21.

15. Малюкова, Л.С. Влияние длительного применения минеральных удобрений на биологическую активность почв чайных плантаций [Текст] / Л.С. Малюкова, Е.В. Рогожина, Д.В. Струкова // Агрохим. вестн. — 2012. — № 2. — С. 15-17.

16. Малюкова, Л.С. Система удобрения чайных плантаций в субтропиках России / Л.С. Малюкова, Н.В Козлова // Плодоводство и ягодоводство России : сб. науч. работ / ВСТИСП.

— М., 2012. — Т. 30,—С. 82-94.

Монографии

17. Малюкова, Л.С. Микроэлементы в системе почва — чайное растение в условиях субтропиков России [Текст] / Л.С. Малюкова. — Сочи : ГНУ ВНИИЦ и СК Россельхозакадемии, 2011. —114с.

Методические материалы и разработки

18. Малюкова, Л.С. Методические рекомендации по комплексной почвенно-растительной диагностике минерального питания чая [Текст] / Л.С. Малюкова, Н.В. Козлова.

— Сочи : ГНУ ВНИИЦ и СК Россельхозакадемии, 2010. — 37 с.

19. Малюкова, Л.С. Система удобрения плантаций чая в субтропиках России [Текст] / Л.С. Малюкова, Н.В. Козлова, З.В. Пригула. — Сочи : ГНУ ВНИИЦ и СК Россельхозакадемии, 2010. —45 с.

20. Рындин, А.В. Инвентаризационный паспорт чайной плантации. Методика и нормативная документация [Текст] / А.В. Рындин, Т.Д. Беседина, М.Т. Туов, В.К. Козип, З.В. При-тула, Л.С. Малюкова, Н.В. Козлова, А С. Терешкин. — Сочи : ГНУ ВНИИЦ и СК Россельхозакадемии, 2011. — 30 с.

Статьи в международных журналах

21. Аргунова, В.А. Влияние длительного применения минеральных удобрений на состояние марганца в системе почва — чайный куст [Текст] / В.А. Аргунова, М.С. Малинина, Л.С. Малюкова // Зб1рник наукових працв. 1нституту землеробства украшсько! академп аграрних наук. Вип. 2. — KieB, 1997. — С. 169-175.

22. Рындин, A.B. Пути решения эколого-агрохимических проблем в субтропическом садоводстве [Текст] / A.B. Рындин, JI.C. Милюкова // Субтроп, культуры. Анасеули. — 2010.

— № 1-4, —С. 191-193.

23. Малюкова, J1.C. Диагностика минерального питания культуры чая в субтропиках России [Текст] / JI.C. Малюкова, Н.В. Козлова // Субгроп. культуры [Анасеули]. — 2010. — № 1-4. — С. 144-147.

Научные публикации в аналитических сборниках и материалах конференций

24. Малюкова, JI.C. Принципы создания экологически сбалансированных агроценозов [Текст] / JI.C. Малюкова, П.М. Бушин, З.В. Притула // Проблемы и перспективы устойчивого развития туристско-рекреационного комплекса Краснодарского края : сб. материалов науч,-практ. конф. мол. ученых Кубани. — Сочи, 1998. — С. 97-98.

25. Малюкова, JLC. Эколого-агрохимические аспекты использования минеральных удобрений на Черноморском побережье г. Сочи [Текст] / JI.C. Малюкова, П.М. Бушин // Проблемы экологической безопасности Северо-Кавказского региона : материалы регион, конф. — Ставрополь, 2000. — С. 97-99.

26. Малюкова, JI.C. Пути экологизации сельскохозяйственного производства в субтропической зоне на основе использования местных природных удобрений [Текст]! J1.C. Малюкова, Р.К. Габитов // Агрохимия на рубеже веков : бюл. / ВНИИУиА им. Д.Н. Прянишникова.

— 2000.—№ 13, —С. 123-124.

27. Малюкова, JI.C. Влияние абиотических факторов на урожайность чая сорта Колхида в субтропиках России [Текст] / JI.C. Малюкова, Н.В Козлова // Новые и нетрадиционные растения и перспективы их использования : материалы 4-го Междунар. симпозиума, г. Москва

— Пущино, 20-24 июня 2001 г. — М., 2001. — С. 242-245.

28. Бушин, П.М. Влияние минеральных удобрений на урожай и качество чая сорта Колхида в условиях субтропиков России [Текст] / П.М. Бушин, З.В. Пригула, JI.C. Малюкова // Бюл. / ВНИИУиА им. Д.Н. Прянишникова. — 2001. — № 114. — С. 68-69.

29. Малюкова, JI.C. Особенности оптимизации питательного режима бурых лесных кислых почв чайных плантаций в субтропиках России [Текст] / JI.C. Малюкова, Н.В Козлова // Результаты научных исследований Географической Сети опытов с удобрениями и другими агрохимическими средствами : бюл. / ВИУА. — 2003. — № 117. — С. 164-165.

30. Малюкова, JI.C. Особенности оптимизации питательного режима бурых лесных кислых почв чайных плантаций в субтропиках России [Текст] / JI.C. Малюкова, Н.В. Козлова // Организационно-экономический механизм инновационного процесса и приоритетные проблемы научного обеспечения развития отрасли : материалы науч.-практ. конф. — Краснодар, 2003,—С. 362-366.

31. Малюкова, JI.C. Оценка состояния основных блок-компонентов агроэкосистемы чайной плантации на основе методов математического моделирования [Текст] / JI.C. Малюкова, Н.В. Козлова // Материалы междунар. сов. участников Геогр. Сети опытов с удобрениями и др. агрохим. средствами : бюл. / ВИУА. — 2003. — № 119. — С. 123-126.

32. Малюкова, JI.C. Основные принципы разработки эффективной экологически сбалансированной системы минерального питания полновозрастных плантаций чая в условиях субтропиков России [Текст] / JI.C. Малюкова, З.В. Притула, О.В. Лилова, Н.В. Козлова // Субтропическое садоводство России и основные направления научного обеспечения его развития до 2010 года: материалы науч.-практ. конф. — Сочи, 2004. — С. 15-19.

33. Малюкова, Л.С. Сбалансированная система минерального питания как фактор создания устойчивых агроэкосистем на примере чая [Текст] / Л.С. Малюкова, Н.В. Козлова // Проблемы экологизации современного садоводства и пути их решения : материалы междунар. конф. —Краснодар, 2004. — С. 395-404.

34. Малюкова, Л.С. Итоги работы лаборатории агрохимии и почвоведения за 110-летний период и перспективные направления агрохимических исследований [Текст] / Л.С. Малюкова, П.М. Бушин //110 лет в субтропиках России : сб. науч. тр. / ВНИИЦ и CK РАСХН. Вып.

39. Ч. 1. — Сочи, 2004. — С. 39-48.

35. Малюкова, JI.C. Лаидшафтно-экологический анализ агроэкосистем чайных плантаций субтропиков России [Текст] / JI.C. Малюкова, Н.В. Козлова // Новации, повышающие эффективность производственных процессов в садоводстве, виноградарстве и виноделии : науч. конф. / СКЗНИИСиВ. — Краснодар, 2005. — С. 263-270.

36. Малюкова, JT.C. Особенности влияния технологии возделывания культуры чая на кислотно-основные характеристики бурых лесных кислых почв субтропиков России [Текст] / JI.C. Малюкова, Н.В. Козлова // Роль почвы в сохранении устойчивости ландшафтов и ресурсосберегающее земледелие : материалы Междунар. пауч.-практ. конф. — Пенза, 2005. — С. 202-204.

37. Малюкова, JI.C. Эффективность применения минеральных удобрений под чай в условиях длительного многофакторного полевого опыта [Текст] / JI.C. Малюкова, Н.В. Козлова // Совершенствование организации и методологии агрохимических исследований в Географической сети опытов с удобрениями : материалы Всерос. науч.-метод. конф. —М., 2006. — С. 128-129.

38. Козлова, Н.В. Роль макро- и микроудобрений в стабилизации урожайпости культуры чая в субтропиках России. Материалы научной конференции [Текст] / Н.В. Козлова, JI.C. Малюкова, Д.В. Струкова // Проблемы повышения качества и стабилизации продуктивности в естественных и антропогенных экосистемах, —гНальчик, '2006. — С. 77-80.

39. Малюкова, JI.C. Особенности агрогенной трансформации бурых лесных кислых почв в фазе длительного антропогенного воздействия [Текст] / JI.C. Малюкова, Н.В. Козлова // Сб. докл. итогов конф. грантодержателей РФФИ и администрации. Краснодар, края «Юг России». — Краснодар, 2006. — С. 150-152.

40. Малюкова, Л.С. Результаты агроэкологического мониторинга состояния агроэкосистем чайных плантации при различных уровнях минерального питания в условиях Черноморского побережья Краснодарского края [Текст] / JI.C. Малюкова, Н.В. Козлова // Биоресурсы, биотехнологии, экологически безопасное развитие регионов юга России : материалы Междунар. конф., г. Астрахань, 3-5 окт. 2007 г. — Астрахань, 2007. — С. 9-13.

41. Малюкова, Л.С. Некоторые механизмы реализации научных принципов создания устойчивых агроэкосистем в субтропическом земледелии [Текст] / Л.С. Малюкова, Н.В. Козлова, Д.В. Струкова, Е.В. Рогожина // Биоресурсы, биотехнологии, экологически безопасное развитие агропромышленного комплекса : сб. науч. тр. / под ред. A.B. Рындина ; ГНУ ВНИ-ИЦ и CK. — Сочи, 2007. — Вып. 40. — С. 232-248.

42. Рындин, A.B. Основные предпосылки преобразования опытной станции в НИИ горного садоводства и цветоводства — некоторые итоги, перспективы и проблемы его развития [Текст] / A.B. Рындин, И.А. Кравцов, В В. Воронцов, JI.C. Малюкова : сб. науч. тр. / ГНУ ВНИИЦ и CK Россельхозакадемии. Вып. 40. Биоресурсы, биотехнологии, экологически безопасное развитие агропромышленного комплекса. — Сочи, 2007. — С. 3-31 с.

43. Рындин, A.B. Результаты и перспективы агрохимических исследований в субтропической зоне России [Текст] / A.B. Рындин, JI.C. Малюкова, Н.В. Козлова // Материалы регион, науч.-метод. сов. учешлх-агрохимиков Географ. Сети опытов с удобрениями Сев. Кавказа, г. Ставрополь, 14-15 сент. 2006 г. — М., 2007. — С. 86-96.

44. Малюкова, Л.С. Эффективность агрохимических средств при оптимизации продукционного процесса чайпого растения в условиях субтропической зоны [Текст] / Л.С. Малюкова // Интенсификация и оптимизация продукционного процесса сельскохозяйственных растений : материалы Междунар. науч.-практ. конф. — Орел, 2009. — С. 293-297.

45. Притула, З.В. Особенности влияния комплекса экологических факторов на биохимические показатели качества чая сорта Колхида в условиях субтропиков России // Субтропическое и южное садоводство России [Текст] / З.В. Пригула, Л.С. Малюкова, Н.В. Козлова // Науч. тр. / ГНУ ВНИИЦ и CK Россельхозакадемии. Вып. 42. Т. 2. — Сочи, 2009. — С. 86101.

46. Рогожина, Е.В. Групповой состав и функциональная активность комплекса ризосфер-

ных микроорганизмов культуры чая в условиях субтропической зоны России [Текст] / Е.В. Рогожина, Л.С. Милюкова // Субтропическое и южное садоводство России : науч. тр. / ГНУ ВНИИЦ и СК Россельхозакадемии. Вып. 42. Т. 2. — Сочи, 2009. — С. 111-118.

47. Струкова, Д.В. Активность ферментов каталазы и фосфатазы в бурых лесных кислых почвах чайной плантации субтропиков России [Текст] / Д.В. Струкова, Л.С. Малюкова // Субтропическое и южное садоводство России : науч. тр. / ГНУ ВНИИЦ и СК Россельхозакадемии. Вып. 42. Т. 2. — Сочи, 2009. — С. 118-126.

48. Малюкова, Л.С. Эколого-агрохимические проблемы при возделывании культуры чая в субтропиках РФ [Текст] / Л.С. Малюкова // Природноресурсный потенциал, экология и устойчивое развитие регионов России : сб. ст. 7-й Междунар. науч.-практ. конф. / МНИЦ ПГСХА. — Пенза, 2009. — С. 94-97.

49. Малюкова, Л.С. Микроэлементы (Мп, Си, Zn) в системе почва — чайное растение в субтропиках России [Текст] / Л.С. Малюкова // Новые и нетрадиционные растения и перспективы их использования : материалы 8-го Междунар. симпозиума. Т. 2. — М., 2009. — С. 447-449.

50. Малюкова, Л.С. Основные принципы оптимизации плодородия бурых лесных кислых почв чайных плантаций субтропической зоны России [Текст] / Л.С. Малюкова // Агропромышленный комплекс: состояние, проблемы, перспективы : сб. ст. 5-й Междунар. науч.-практ. конф. / МНИЦ ПГСХА. — Пенза, 2009. — С. 85-88.

51. Козлова, Н.В. Особенности гумуспого состояния бурых лесных кислых почв чайных плантаций субтропиков России при различных режимах минерального питания [Текст] / Н.В. Козлова, Л.С. Малюкова // Гуминовые вещества в биосфере : тр. 5-й Всерос. конф. Ч. 2. — СПб., 2010, —С. 539-546.

52. Рогожина, Е.В. Влияние минеральных удобрений па комплекс мицелиальных микроорганизмов в ризосфере чайного растения в условиях бурых лесных кислых почв влажных субтропиков России [Текст] / Е.В. Рогожина, Л.С. Малюкова // Комплексное применение средств химизации в адаптивно-ландшафтном земледелии : материалы 44-й Междунар. науч. конф. молодых ученых и специалистов. — М., 2010. — С. 237-241.

53. Струкова, Д.В. Изучение влияния минеральных удобрений на состояние бурых лесных почв чайной плантации субтропиков России методом мультисубстратного тестирования [Текст] / Д.В. Струкова, Л.С. Малюкова // Комплексное применение средств химизации в адаптивно-ландшафтном земледелии : материалы 44-й Междунар. науч. конф. молодых ученых и специалистов. — М., 2010. — С. 273-276.

54. Малюкова, Л.С. Агрохимический блок модели плодородия для бурых лесных кислых почв чайных плантаций субтропиков России [Текст] / Л.С. Малюкова // Субтропическое и южное садоводство России : науч. тр. / ГНУ ВНИИЦ и СК Россельхозакадемии. Вып. 43. Т. 1. — Сочи, 2010. — С. 41-51.

55. Козлова, Н.В. Фосфор в системе почва — чайное растение в условиях субтропиков России [Текст] / Н.В. Козлова, Л.С. Малюкова // Субтропическое и южное садоводство России : науч. тр. / ГНУ ВНИИЦ и СК Россельхозакадемии. Вып. 43. Т. 1. — Сочи, 2010. — С. 33-И.

56. Малюкова, Л.С. Анализ влияния гидрометеорологических условий и минеральных удобрений на урожайность листосборных плантаций чая сорта Колхида в условиях субтропиков России [Текст] / Л.С. Малюкова, Н.В. Козлова // Субтропическое и южное садоводство России : науч. тр. / ГНУ ВНИИЦ и СК Россельхозакадемии. Вып. 43. Т. 1. — Сочи, 2010. — С. 52-63.

57. Козлова, Н.В. Особенности азотного режима почв чайных плантаций субтропиков России [Текст] / Н.В. Козлова, Л.С. Малюкова, В.В. Керимзаде // Субтропическое и южное садоводство России : науч. тр. / ГНУ ВНИИЦ и СК Россельхозакадемии. Вып. 43. Т. 1. — Сочи, 2010, — С. 21-33.

58. Белоус, О.Г. Влияние минеральных удобрений на пигментный состав листьев растений чая в условиях субтропиков России. [Текст] / О.Г. Белоус, Л.С. Малюкова, Н.В. Козло-

ва // Субтропическое и декоративное садоводство : сб. научи, тр. ГНУ ВНИИЦ и CK Рос-сельхозакадемии, 2011, Вып. 44. — С. 135—143.

59. Рындин, A.B. Научные основы разработки инвентаризационного паспорта для существующих чайных плантаций в субтропиках России [Текст] / A.B. Рыпдин, Т.Д. Беседина, М.Т. Туов, В.К. Козин, З.В. Притула, Л.С. Малюкова, Н.В. Козлова, A.C. Терешкин // Субтропическое и декоративное садоводство : сб. научн. тр. ГНУ ВНИИЦ и CK Россельхозака-демии, 20П, Вып. 44. — С.74—81.

60. Малюкова, JI.C. Агроэкологическое обоснование схем применения минеральных удобрений в агроценозах чайных плантаций субтропиков России [Текст] / Л.С. Малюкова, Н.В. Козлова, 3. В. Притула // Применение средств химизации для повышения урожайности и качества сельскохозяйственных культур : материалы 45-й Междунар. науч. конф. молодых ученых и специалистов. —М., 2011. — С. 109-112.

61. Малюкова, Л.С. Принцип подбора дифференцированпых доз минеральных удобрений на чайных плантациях [Текст] / Л.С. Малюкова, Н.В. Козлова // Субтропическое и южное садоводство России : науч. тр. / ГНУ ВНИИЦ и CK Россельхозакадемии. Вып. 43. Т. 1. — Сочи, 2012, —С. 52-63.

6 работ опубликовано в сборниках тезисов российских и международных конференций.

Отпечатано с путового оригинал-макета. Подписано в печать 15.02.2013 г. Формат 60 х 84/16. Бумага офсетная. Печать копировально-множительная. Усл. печ. л. 2,33. Тираж 120. Заказ 230. Отпечатано в ООО «Типография «Дория».354000, г. Сочи, ул. Советская, 42, оф. 104

Оли С^^с^^А111г ~ ' й

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, доктора биологических наук, Малюкова, Людмила Степановна, Сочи

ГОСУДАРСТВЕННОЕ НАУЧНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ

ЦВЕТОВОДСТВА И СУБТРОПИЧЕСКИХ КУЛЬТУР РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ НАУК

@5201$501)Ч0 На пРавах рукописи

МАЛЮКОВА Людмила Степановна

ОПТИМИЗАЦИЯ ПЛОДОРОДИЯ БУРЫХ ЛЕСНЫХ почв И ПРИМЕНЕНИЯ МИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИЙ ПРИ ВЫРАЩИВАНИИ ЧАЯ В УСЛОВИЯХ ЧЕРНОМОРСКОГО ПОБЕРЕЖЬЯ РОССИИ

Специальность 06.01.04 - агрохимия

Диссертация на соискание ученой степени доктора биологических наук

Научный консультант: доктор сельскохозяйственных наук, профессор, академик РАСХН Минеев Василий Григорьевич

Сочи-2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

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

Глава 1. Агроэкологические требования культуры чая и природные условия Черноморского побережья России (обзор литературы)................................................................................................12

1.1. Биологические особенности и требования культуры чая к

условиям выращивания.............................................................................12

1.2. Природно-климатические условия Черноморского побережья

(район Большого Сочи)..........................................................................22

1.3. Свойства и плодородие бурых лесных почв в зоне возделывания чая...........38

1.4. Особенности системы удобрения чайных плантаций................................45

Глава 2. Программа, методика и условия проведения исследований.........68

2.1. Программа и методика проведения исследований....................................68

2.2. Свойства, плодородие почв и агротехника на опытных участках чайных плантаций.........................................................................................77

Глава 3. Динамика свойств и плодородия бурых лесных почв под культурой чая при длительном применении минеральных удобрений...............85

3.1. Физические свойства чаепригодных бурых лесных почв...........................87

3.2. Кислотно-основные свойства, как определяющий показатель чаепригодности

и уровня плодородия почв......................................................................97

3.3. Гумусное состояние бурых лесных почв экспериментальных чайных плантаций..........................................................................................111

3.4. Влияние длительного применения минеральных удобрений на состояние азотного, фосфорного и калийного режимов почв.......................................120

3.5. Содержание микроэлементов и некоторых тяжелых металлов в почвах чайных плантаций при длительном применении минеральных удобрений...................................................................................................158

3.6. Влияние минеральных удобрений на биологическую активность бурых лесных почв.......................................................................................176

Глава 4. Прогнозирование урожайности чайных плантаций в зависимости от метеорологических условий на основе математического моделирования .............................................................................................186

Глава 5. Влияние длительного применения минеральных удобрений на урожайность и качество чайного листа в зависимости от метеоусловий и возраста чайных плантаций............................................................198

5.1. Азотные удобрения.........................................................................203

5.2. Фосфорные удобрения.....................................................................220

5.3. Калийные удобрения.......................................................................227

5.4. Мезо- и микроудобрения......................................'............................236

5.5. Оптимизация сочетания макро- и микроэлементов - основа высокой продуктивности чайных плантаций и качества чайного сырья...................................245

Глава 6. Комплексная почвенно-растительная диагностика минерального питания чая и плодородия бурых лесных почв....................................255

6.1. Оптимальные параметры плодородия бурых лесных почв чайных плантаций......................................................................................................255

6.2. Комплексная почвенно-растительная диагностика минерального питания

чая...................................................................................................261

Глава 7. Экономическая эффективность применения минеральных удобрений при выращивании чая.................................................................................276

Выводы.......................................................................................283

Библиографический список................................................................287

Приложение 1................................................................................344

Приложение 2...................................................................................348

Приложение 3...................................................................................350

Приложение 4..................................................................................368

Приложение 5..................................................................................371

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность. В современных условиях глубокого обострения экологических проблем в мире на местном, региональном и глобальном уровнях первостепенную важность составляют исследования, направленные на формирование высокопродуктивных экологически стабильных агроэкосистем. Это касается агроценозов, как стратегически важных сельскохозяйственных культур, обеспечивающих продовольственную безопасность страны, так и редких нетрадиционных для России, которые относятся к пищевкусовым продуктам функционального и лечебно-профилактического назначения с заданным биологически активным потенциалом, имеют, как правило, существенное региональное значение и при этом поддерживают относительную независимость страны от импорта.

Черноморское побережье России единственная в стране и самая северная в мире зона, где возделывают чай в промышленных масштабах. За более чем 100-летний период его возделывания здесь сформулированы основные принципы реализации потенциальной продуктивности культуры и с учетом этого разработан комплекс агротехнических приемов его выращивания. Интенсификация отрасли чаеводства в России в период 70-80 гг. XX в. привела к росту затрат энергии на каждую дополнительную единицу продукции, снижению качества продукции и обострению ряда экологических проблем. В последние десятилетия (1990-2012 гг.) при возделывании чая наметилась совершенно противоположная тенденция, а именно, уменьшение или полный отказ от применения минеральных удобрений на чайных плантациях (экстенсивная или моноазотная система удобрения), сокращение листосборных площадей, стремительное снижение урожайности и валового сбора чайного листа, деградация почвенного плодородия.

Различным аспектам возделывания чая, в том числе изучению вопросов повышения продуктивности плантаций, качества чайного сырья, плодородия

почв посвящен большой круг работ разных лет. Многоплановые исследования по этим вопросам проведены в Грузии на красноземах и подзолисто-желтоземных почвах (Дараселия, 1952, 1974, 1979; Качарава, 1957; Голетиани, 1958, 1965, 1976; Ониани, 1960, 1964; Цанава, 1964, 1985, 1988; Бзиава, 1973; Саришвили, 1974; Габисония, 1979; Мчедлидзе, 1990; Годзиашвили, 2009, 2010; Чеботарева, 2010). Серия исследований выполнена и в условиях Черноморского побережья России — на желтоземах и бурых лесных почвах чайных плантаций (Галактионов, 1947; Герасимов, 1951; Бушин, Жижина, 1969; Бушин, 1971; Бу-шин и др., 1985, 1994; Аргунова и др., 1990, 1994; Аргунова, Бушин, 1992; Козин и др., 1992; Малюкова, 1997; Малюкова и др., 1999; 2007а, б; Беседина, 2004а, б; Козин, 2007, Козлова, 2008). На основе этих работ разработан ряд практических и методических научных пособий (Методические..., 1977; Рекомендации..., 1979; Рекомендации..., 1981; Методические..., 1982; Рекомендации..., 1983; Удобрение..., 1983; Рекомендации..., 1986). Однако применительно к зоне Черноморского побережья России, исследования в этой области в основном базировались на краткосрочных полевых экспериментах, что не позволяло охватывать многолетний цикл выращивания культуры чая и учитывать при разработке системы удобрения не только урожайность и качество сырья в конкретных метеорологических условиях, но и их многолетнюю динамику, а также степень агрогенной трансформации почв при длительном применении минеральных удобрений.

В этой связи требуют дальнейшего развития теоретические положения, касающиеся вопросов повышения плодородия потенциально чаепригодных бурых лесных почв на основе оптимизации минерального питания растений (с учётом необходимости ограниченного использования агрохимикатов), изучения длительности последействия удобрений, прогнозирования размеров и скорости снижения запасов питательных веществ, разработки оптимальных параметров плодородия почв. К тому же, согласно основных положений концепции рационального природопользования, эксплуатация земель должна осуществляться с

обязательным учетом геоморфологических, литологических и почвенных особенностей каждого конкретного участка; экономической эффективности; экологического нормирования допустимой агрогенной нагрузки с целью сохранения функциональной способности почв и сопредельных сред (Минеев, 2000; Милащенко и др., 2000; Добровольский, 2001; Пожилов, Климов, 2001; Кирю-шин, 2006; Афанасьев, 2008; Балюк и др., 2008; Фрид, 2008, 2009). Следовательно, при изучении и разработке агрохимических приемов повышения плодородия почв чайных плантаций, большой теоретический и практический интерес представляет обоснование рационального и экологически безопасного применения минеральных удобрений и повышения эффективности их использования на основе совершенствования почвенно-растительной диагностики минерального питания чая; изучения эффективности комплексного применения макро- и микроудобрений; решения вопросов соотношения плодородия и деградации почв.

Эти научные проблемы решались на базе длительного стационарного полевого многофакторного опыта с удобрениями с привлечением всего объема данных мониторинговых исследований (за период его существования - 25 лет), отражающих особенности влияния количественных и качественных агрогенных воздействий на урожай чая, качество его сырья, свойства почв. Это позволило получить наиболее объективную картину состояния агроэкосистемы чайной плантации для обоснования рационального и экологически безопасного применения минеральных удобрений.

Цель исследований. Разработать агрохимические параметры оптимизации плодородия бурых лесных почв и дифференцированную систему удобрения чайных плантаций Черноморского побережья России со сбалансированным применением макро- и микроудобрений.

Задачи исследований:

1. Изучить влияние длительного применения минеральных удобрений на состояние и эффективное плодородие бурых лесных почв чайных плантаций:

кислотно-основные свойства, содержание и состав гумуса; режимы основных питательных макро- и микроэлементов, биологическую активность почв.

2. Осуществить моделирование процесса формирования урожайности чая с учетом многолетней вариабельности метеорологических условий и уровня плодородия почв, позволяющее осуществлять её заблаговременный прогноз.

3. Установить закономерности прямого действия и последействия минеральных удобрений на урожайность чайных плантаций и качество чайного сырья, стабильность урожайности на фоне контрастных метеорологических условий и в зависимости от длительности применения удобрений.

4. Установить оптимальные параметры плодородия бурых лесных почв чайных плантаций.

5. Разработать комплексную систему почвенно-растительной диагностики минерального питания растений чая.

6. Разработать эффективную многокомпонентную дифференцированную систему удобрения плантаций чая с учетом комплекса биологических и экологических критериев.

7. Дать оценку экономической эффективности применения минеральных удобрений на чайных плантациях.

Научная новизна.

1. Впервые проведена комплексная агроэкологическая оценка прямого длительного действия и последействия минеральных удобрений в агроценозах чайных плантаций Черноморского побережья России на фоне контрастных метеорологических условий, доказывающая, что систематическое применение индивидуально подобранных видов и доз минеральных удобрений значительно повышает эффективное плодородие бурых лесных почв, позволяет сохранить баланс между продуктивностью насаждений и качеством продукции, обеспечивая экономическую эффективность производства чая.

2. Усовершенствована методика почвенно-растительной диагностики минерального питания чая, учитывающая пространственную вариабельность почв,

физиологические особенности чайного растения и включающая впервые разработанные градации потенциального плодородия почв по кислотно-основным свойствам, содержанию основных питательных элементов (макро- и микро-) и их оптимальные параметры.

3. Впервые разработана многокомпонентная система удобрения чайных плантаций, дифференцированная с учетом их возраста; планируемых урожая и качества сырья; уровня потенциального плодородия почв и степени их агроген-ной трансформации.

Практическая значимость. Работа вносит весомый вклад в теорию и практику совершенствования и уточнения комплекса мероприятий по рациональному использованию почв, а также применению минеральных удобрений в агроценозах чайных плантаций и ведению сельскохозяйственного производства в регионе. Научные разработки настоящей диссертации («Комплексная почвен-но-растительная диагностика минерального питания культуры чая», «Система удобрения плантаций чая в субтропиках России») доведены до практической реализации — внедрены в чаеводческих хозяйствах зоны Черноморского побережья РФ (акты о внедрении 2004, 2005, 2010 гг., см. приложение 1). Работа имеет важное методологическое значение для региональных исследований при агрохимическом обследовании чайных плантаций, их инвентаризации и паспортизации. Основные положения данной работы представляют интерес для профильных специалистов других чаепроизводящих стран мира.

Связь темы диссертации с плановыми исследованиями. Исследования проводились в рамках тематического плана ГНУ ВНИИЦиСК Россельхозакаде-мии (1986-2011 гг.) по вопросу «Разработать систему минерального питания чая в субтропиках России» и Межведомственной координационной программы участников Географической сети опытов с удобрениями и другими агрохимическими средствами (Аттестат длительного опыта № 023, от 17.12.2001 г.).

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Доказано, что при длительном применении оптимальных (индивиду-

ально сбалансированных по комплексу показателей) доз минеральных удобрений повышается эффективное плодородие бурых лесных почв чайных плантаций, что проявляется в незначительной ацидизации почв, обогащении их азотом, фосфором, калием; увеличении содержания гумуса; повышении доступности ряда микроэлементов. Установленные на основе этого оптимальные параметры плодородия почв чайных плантаций позволяют оценить его потенциальный уровень и с учетом этого разработать систему удобрения для конкретного участка.

2. Установленные закономерности изменения состояния почв чайных плантаций под влиянием необоснованно высоких доз минеральных удобрений (существенная ацидизация почв; снижение содержания в почвах физиологически важных мезо- и микроэлементов: Са, Мп, Ре; изменение состава и структуры почвенно-поглощающего комплекса; «зафосфачивание» почв; изменение её калийного статуса; ингибирование биологической активности почв), особенности их влияния на урожайность и качество чая позволили определить максимально допустимые дозы минеральных удобрений (ЫРК) для агроэкоси-стемы чайной плантации.

3. Доказано, что комплексное применение макро- и микроэлементов в аг-роценозах чайных плантаций, наряду с сохранением и воспроизводством плодородия почв позволяет получить экономически оправданный урожай высокого качества, снизить риск низких урожаев в неблагоприятные по метеорологическим условиям годы.

4. Прогнозирование урожаев первых и валовых сборов чайного листа на текущий год возможно с использованием ряда разработанных математических моделей, отражающих количественные зависимости величины урожая от среднемесячной температуры и суммы осадков за март-май, кислотности почв и доз азотных удобрений.

5. Усовершенствованная комплексная почвенно-растительная диагностика минерального питания чайного растения и многокомпонентная дифференци-

рованная система удобрения, учитывающая возраст насаждений, плодородие почв, потенциально возможную урожайность сорта, качество сырья, степень агрогенной трансформации почв, экономическую эффективность позволяют оптимизировать плодородие бурых лесных почв чайных плантаций, а также существенно повысить эффективность производства чая.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на Международных научно-практических конференциях: «Проблемы НИР и развития субтропического и южного садоводства в 2001-2005 гг.» (Сочи, 2001), «Биоресурсы, биотехнологии, экологически безопасное развитие регионов юга России» (Сочи, 2007), «Субтропическое растениеводство и южное садоводство на Черноморском побережье Краснодарского края Российской Федерации» (Сочи, 2009), «Проблемы субтропического сельского хозяйства и перерабатывающей промышленности» (Грузия, Анасеули, 2010), «Проблемы и перспективы сад