Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Особенности фосфатного режима карбонатного и выщелоченного черноземов Краснодарского края в связи с применением фосфорных удобрений

ВАК РФ 06.01.04, Агрохимия

Содержание диссертации, кандидата сельскохозяйственных наук, Мазюк, Николай Николаевич

ВВЕДЕНИЕ.

I.ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

I.Агрохимические особенности основных почв Северного Кавказа.

2.Эффективность фосфорных одобрений.

3.Методы оценки фосфатного режима почв.

П. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Глава I. Объекты и методы исследований.

Глава П. Доступность фосфора поче и удобрений для озимой пшеницы, сахарной свеклы и кукурузы в карбонатном и выщелоченном черноземах. Выводы.

Глава Ш. Сравнительная оценка методов определения подвижных фосфатов в карбонатных и выщелоченных черноземах Краснодарского края. Выводы.

Глава 1У. Аналитическая оценка доступности фосфора почв и удобрений в карбонатном и выщелоченном черноземах.

1.Подвижность и запас подеижных фосфатов.

2.Формы минеральных фосфатов.

З.Запас усвояемых фосфатов.

4.Параметры оптимального фосфатного режима карбонатного и выщелоченного черноземов. Выводы.

Глава У. Адсорбция фосфатов карбонатным и выщелоченным черноземами.

4-6 7

15-20 20

40-49 50

139-97 97

100-102 103

Ш-И2 112

Выводы. 133

Глава У1.Влияние фосфорных одобрений на показатели Ш-136 фосфатного режима основных почв Северного Кавказа.

1.Формы минеральных фосфатов. 136

2.Содержание подвижных фосфатов в однократных 139-151 и многократных яглеаммонийных вытяжках.

3.Адсорбция фосфатов почвами. 151

Введение Диссертация по сельскому хозяйству, на тему "Особенности фосфатного режима карбонатного и выщелоченного черноземов Краснодарского края в связи с применением фосфорных удобрений"

В решении продовольственной программы большое значение придается не только значительному увеличению поставок минеральных удобрений сельскому хозяйству, но и неуклонном? повышению эффективности туков в земледелии за счет их более рационального использования. Как отметил в своем докладе на майском пленуме ЦК КПСС тов. Л.И.Брежнев, "указанные меры дадут нужную отдачу только в том случае, если мы научимся гораздо лучше, чем сейчас использовать машины и удобрения, всё чем располагает и будет располагать сельское хозяйство."

Основой рационального использования фосфорных удобрений в условиях интенсивной химизации является их применение с учетом содержания подвижного фосфора в почвах.

В решении вопроса правильного определения запасов питательных веществ в почве,с целью их пополнения до оптимальных, важнейшую роль играет правильный выбор метода анализа. Агрохимические картограммы являются основным инструментом воздействия агрохимслужбы на внесение удобрений. От того насколько точно и полно улавливает применяемый метод содержание питательных элементов в данной почве, как коррелируют результаты анализа с урожайными данными и с дозами вносимых удобрений зависит объективность в определении потребности в питательных веществах на каждом конкретном участке. Для направленного регулирования и управления фосфатным режимом почв необходимо знать химическую прдроду почвенных фосфатов, пути трансформации вносимого с удобрениями фосфора.

В Краснодарском крае двум основным подтипам черноземов -карбонатному и выщелоченному - соответствуют разные стандартные методы определения подвижного фосфора -Мачигина и Чирикова.

Это не только .усложняет рабом? .аЬрохимслужбы края, но и затрудняет сравнительною оценку фосфатного режима указанных почв и дифференцирование доз фосфорных удобрений, а следовательно и научно обоснованное распределение фосфорных удобрений е разрезе районов и хозяйств. Считается установленным,что карбонатные черноземы плохо обеспечены подвижным фосфором, а выщелоченные хорошо и, что на последних эффективность резко снижается или отсутствует. Однако до сих пор не проведена достаточно четкая сравнительная оценка основных почвенных разностей Краснодарского края - карбонатных и выщелоченных черноземов как источников фосфорного питания для растений. Весьма недостаточно изучены вопросы сравнительного превращения фосфора удобрений и доступность новообразованных фосфатов для растений в этих почвах.

С целью восполнения указанных пробелов в диссертационной работе на решение ставились следующие задачи:

1.Дать сравнительную оценку предкавказским карбонатному и выщелоченному черноземам, как источникам фосфорного питания растений и сопоставить доступность в них новообразованных из удобрений почвенных фосфатов.

2. С помощью широкого спектра химических методов дать аналитическую оценку доступности фосфора почв и удобрений, выяеить такие показатели фосфатного режима почв, которые бы наиболее объективно отражали полученные в опыте с растениями закономерности, изучить возможности использования единого метода определения подвижного фосфора на обоих подтипах черноземов.

3.На основе применения наиболее информативных и объективных химических методоЕ расширить спектр исследуемых почв и выявить типичность полученных результатов для соответствующих почвенных разностей Северного Кавказа.

Диссертационная работа выполнялась в Кавказском филиале Краснодарской краевой проектно-изыскательской станции химизации сельского хозяйства (б.Гулькевичская зональная агрохимлаборатория) и во Всесоюзном научно-исследовательском институте одобрений и агропочвоведения в 1975-1982 гг.

В результате проведенных исследований было впервые установлено, что новообразованные из удобрений фосфаты являются в 1,5 и более раз доступнее для растений озимой пшеницы, сахарной свеклы и кукурузы в карбонатном черноземе, чем в выщелоченном. Доказано, что метод Чирикова плохо отражает обеспеченность выщелоченных черноземов доступными фосфатами и не дает объективной информации о нуждаемости их в фосфорных удобрениях. Показана неприемлемость метода Еурриеля-Гернандо для сравнительной оценки обеспеченности карбонатного и выщелоченного чернозема подвижными фосфатами. Впервые исследованы сорбционные свойства и буферность этих почв и показано, что концентрация фосфора в почвенном растворе не может служить единым оптимизационным критерием их фосфатного режима. Установлено, что наиболее объективным методом оценки доступности фосфора почвы и удобрений в предкавказских карбонатном и выщелоченном черноземах является метод Мачигина; на его основе разработана модель оптимального фосфатного режима этих почв и определены затраты фосфорных удобрений для его достижения. Выявлена типичность полученных результатов для соответствующих почвенных разностей Северного Кавказа. Показано, что стандартизация метода Мачигина не только может привести к пересмотру перспективной потребности различных районов Кубани и Северного Кавказа в фосфорных туках, но, по-видимому,и вскроет значительные резервы в повышении их эффективности уже на современном этапе.

I.ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

I.Агрохимические особенности основных почв Северного Кавказа

Южная зона европейской части СССР включает два больших земледельческих района - Северный Кавказ и Юг Украины.

В Северный Кавказ входит Ростовская область, Краснодарский и Ставропольский края, Кабардино-Балкарская АССР, Дагестанская АССР, Северо-Осетинская АССР и Чечено-Ингушская АССР.

Наибольшее распространение на Северном Кавказе имеют черноземы (59,5^) и каштановые почвы (22,3$) (табл. I ). Основные разности черноземных почв Северного Кавказа карбонатные черноземы и черноземы разной степени выщелоченности (Голубев, 1977).

Таблица I Классификация почв Северного Кавказа (по Ф.Я.Гаврилюку) Площадь до ч в ы ! в тыс.га : в %

-. .Черноземы. .ИШшО. .59,5.

Каштановые 4406,0 22,3

Бурые 50,0 0,2

Солончаки и солонцы 993,8 5,0

Луговые и лугово-болотные 1593,8 8,0

Песчаные (пески закрепленные и . незакрепленные) 862,5 4,3

Лесные 150,0 0,7

Основной фонд почв Краснодарского края используемый в сельскохозяйственном производстве расположен в Црикубанской низменности, в предгорьях Кавказского хребта и на Таманском полуострове. Здесь представлены почти все распространенные в

Европейской части страны почвы. Наиболее распространенными, имеющими сельскохозяйственное значение, являются черноземы занимающие всю равнинную и предгорно-степную часть края, площадью более 3300 тыс.га, что составляет 82$ пахотных земель края. Наибольшую площадь из черноземов занимают карбонатные -53,1$ и слабовыщелоченные и выщелоченные - 25,7% (Научные ,основы. ,1981). Механический состав черноземов края4тяжелосуглинистый, или легкоглинистый, сложение рыхлое (кроме слитых черноземов) , хорошие водно-физические свойства." Отличаясь от черноземов других зон страны малой гумусностью (3,5-6,0%) и большой мощностью гумусовых горизонтов (125-180 см) черноземы Кубани значительно (на превышают запасы гумуса в слое 0-200 см в выщелоченных и обыкновенных черноземах центральных районов страны (Шконде, 1964). Черноземы Кубани обладают большими запасами валовых форм элементов питания. В пахотном горизонте их содержится: 0,17-0,26% азота, 0,16-0,23% фосфора, и 1,8-2,1% калия. Гаврилюк (1955), Редышн (1964), Музычкин (1964), Простаков (1964),'Симакин (1969) отмечают в предкав-казских черноземах высокое содержание калия не только общего, но и обменного» При весьма высоких валовых запасах гумуса и общего азота в слое 0-150 см содержание минеральных форм азота не превышает 1% от общего. По количеству соединений азота в пахотном слое,"черноземы Кубани уступают обыкновенным и выщелоченным черноземам Центрально-Черноземной полосы Украины.

Нитрификационная способность черноземов довольно высокая (Простаков,1964; Кириченко, 1953), причем на карбонатном черноземе она выше, чем на выщелоченном и слитом, этим и объясняется их более высокая потребность в азоте. Из общего количества валового фосфора в черноземах Краснодарского края

42-46% его содержится в органической форме, Редькин (1958). По общему запасу органического фосфора в гумусовом горизонте черноземы Кубани не имеют себе равных. В верхних горизонтах черноземов от 18 до 43$ валового фосфора находится в восста-ноЕленно-растворимых окклюдированных фракциях в составе первичных минералов. Фосфаты кальция наиболее устойчивы в условиях слабощелочной, а фосфаты полуторных окислов наиболее устойчивы в условиях кислой реакции (Аскинази,1949; Алов,1967). В черноземах карбонатных, слабовыщёлоченных, выщелоченных, слитых из активных минеральных форм преобладают фосфаты кальция, меньше ашомо- и железофосфатов. В пахотном слое фосфатов полуторных окислов больше, с глубиной количество их падает, а количество фосфатов кальция увеличивается (Куйдан,1971;Агрохимическая характеристика основных типов почв СССР, 1974).

Карбонатные черноземы характеризуются следующими агрохимическими показателями: вскипание с поверхности, реакция среды нейтральная или слабощелочная (рН- 7,2-7,8), ёмкость поглощения 34-36 мг-экв/100 г, содержание кальция от суммы поглощенных катионов 80-8^, гумуса 3,5-6,0$. По содержанию азота (0,29-0,40$) и калия (1,7-2,1$) карбонатные черноземы превосходят выщелоченные, которые соответственно имеют 0,25-0,35 и 1,5-2,0$, но поскольку карбонатные черноземы имеют в своем составе больше продуктов выветривания карбонатных пород, то они уступают выщелоченным (образованным на материнских породах с преимуществом силикатных изверженных пород) в запасах фосфора - 0,17-0,22$ против 0,18-0,24 % (Витынь, 1918; Авдеева, 1930; Кириченко, 1953; Музычкин, 1964; Редышн, 1964). Более того, наличие в твердой фазе почвы углекислых солей кальция, определяющих слабощелочную реакцию карбонатных черноземов, по мнению указанных авторов обуславливает образование малорастворимых природных соединений фосфора и преобладание в растворе дифосфатионов менее доступных для растений. Углеаммо-нийнорастворимых фосфатов по Мачигину в карбонатном черноземе накапливается до 20-30 мг/кг почвы (Симакин, 1968; Носов,1968).

Слабовыщелоченные и выщелоченные черноземы по многим агрохимическим показателям близки между собой, они отличаются от карбонатного чернозема более высокой емкостью поглощения (37-50 мг-экв/100 г), отсутствием углесолей кальция в верхних его. горизонтах (что сопровождается ухудшением физических свойств этих почв),' более высокими валовыми запасами гумуса и фосфора как валового, так и подвижного ^П,8-22,5 мг/100 г по Чирикову). Выщелоченные черноземы края имеют наибольшие запасы подвижных фосфатов (Суетов, 1968). Последнее объясняется образованием более растворимых форм почвенных фосфатов и преобладанием в растворе, благодаря слабокислой реакции выщелоченных черноземов, монофосфатионов, которые усваиваются растениями быстрее (Симакин, 1964,1968; Научные основы., 1981).

Вследствие большого разнообразия геоморфологических, климатических и других условий на территории Ставропольского края выделяется ряд почвенно-климатических зон (северо-восточная полупустынная и сухостепная, центральная, предгорная и горная). Черноземы составляют свыше половины почвенного покрова Ставрополья, значительную его часть занимают каштановые почвы (Агрохимическая характеристика почв СССР, 1964). Черноземы всех зон края имеют повышенную емкость поглощения, значительные запасы гумуса от 6,3 до 8,9$, общего азота (0,25-0,4$), валового (0,14-0,16$), и подвижного фосфора (0,7-1,8 мг/100 г) (Кизяков и др., 1971). Каштановые почвы>содержащие гумуса

1,9-2,3%, азота общего и фосфора валового 0,30 и 0,12% соответственно, заметно уступают черноземам. При повышенных валовых запасах питательных веществ содержание их подвижных форм в почвах края низкое. Так содержание подвижной Р2О5 на 52% пашни - низкое, на 47% - среднее и только на 1% - Еысокое (Научные основы.,,1981). Поэтому на черноземах и других почвах края первостепенное значение имеет применение фосфорных удобрений.

Площади черноземных почв, от всего почвенного покрова Ростовской области, составляют 62%, каштановых 23%, на остальные почвенные разности приходится 15% (Агрохимическая характеристика почв СССР, 1964). Черноземные почвы области представлены предкавказскими, североприазовскими, обыкновенным! и южными черноземами, для которых характерно: рН близкое к нейтральному - от 6,5 до 7,5. Сумма обменных катионов 33-42 мг-экв/100 г почвы. Наиболее существенным различием этих почв является мощность гумусового слоя, которая от предкавказ-ских к североприазовским, обыкновенным и южным соответственно составляет 100-150; 80-100; 65-80 и 55-65 см. Содержание гумуса 4,0-6,0%, азота общего - 0,20-0,30%, фосфора валового-0,10-0,14%, обменного калия 25-35 мг/100 г, подвижного фосфора (по Мачигину) 0,9-3,0 мг/100 г почвы. Несколько более высокими показателями из черноземных почв выделяются обыкновенные черноземы, которые соответственно имеют 6,0-7,5% гумуса, 0,30-0,35% общего азота, 0,18-0,20% валового фосфора, 30-40 мг/100 г обменного калия и 2,0-4,0 мгЛОО г почвы подвижного фосфора (по Мачигину). Цри достаточно высоких общих валовых запасах питательных веществ, почвы области отличаются недостатком их легкоусвояемых форм. Особенно ощущается потребность растений в фосфоре пашни с низким содержанием подвижных фосфатов, которая составляет 59% от обследованной площади (Научные, .основы*»,,1981).

В СеЕеро-Осетинской, Кабардино-Балкарской, Чечено-Ингушской и Дагестанской автономных республиках черноземов мало, наиболее распространенные из имеющихся - выщелоченные, оподзоленные и предкавказские карбонатные (Агрохимическая характеристика почв СССР, 1964)• Карбонатные черноземы вскипают с поверхности, мощность гумусового слоя (80-105 см),такая же как у выщелоченных, по содержанию гумуса (3,7-6,0%) уступают Еыщелочеиному (4,6-7,1%). Несколько превосходя каштановые почвы по содержанию валовых запасов питательных веществ, в частности общего азота 0,17-0,28 до 0,31%, валового фосфора 0,15-0,22 до 0,34%, обменного калия 1,97-2,12 до 2,3%, карбонатные черноземы значительно уступают выщелоченным, содержащим соответственно - общего азота 0,35-0,38 до 0,46%, валового фосфора 0,28-0,31 до 0,52%; обменного калия до 2,36. Более высокими запасами питательных веществ в черноземах автономных республик выделяются карбонатные и выщелоченные черноземы Северной Осетии.

Черноземы Северного Кавказа обладают значительными запасами валовых форм элементов питания, в т.ч. и валового фосфора. Но плодородие почв по отношению к фосфору определяется не валовым его содержанием, а содержанием подвижных, легкорастворимых форм, являющихся источником питания растений. В более ранних исследованиях Гаврилюк (1955), Блажний (1958), Редькин (1958), Носов (1958), Редькин (1964) отмечали низкое содержание подвижных фосфатов в предкавказских черноземах края. И сегодня содержание подвижных фосфатов более чем половины почв Северного Кавказа (и Краснодарского края в том числе) остается низким (табл. 2 ).'Внесение фосфорных удобрений способствует не только увеличению урожаев сельскохозяйственных культур, но и росту содержания подвижных соединений фосфора в черноземах края, неуклонному улучшению (пока еще отрицательного) баладса фосфора в них (табл. 3 ), (Носов, 1958; Простаков, 1964; Симакин, 1969; Симакйн и др., 1979,1981; Научные основы., 1981).

Таблица 2

Характеристика пахотных почв Северо-Кавказского экономического района по содержанию подвижных форм фосфора на 1.1.1979 ?.(% от обследованной пашни) (Научные основы., 1981)

• • • - Алминистпативная- :11™я : Содержание поденного ^сфора ^^пинипя :всёго, :Еиз&об й ?с°е"еТпЗ£ыш§ВШ?е едштца :тыс.га:очень низкое:и-усднсе:и Еысокое

Краснодарский•край. 4223 --46 ■ • 38 16

Ставропольский край 4283 52 47 I

Ростовская область 6040 59 35 6

Дагестанская АССР 449 86 9 5

Кабардино-Балкарская АССР 324 45 39 16

Северо-Осетинская АССР 194 44 30 26

Чечено-Ингушская АССР 406 59 26 15

По Северо-Кавказскому экономическому району ! С5918 54 38 8

Считается установленным, что выщелоченные черноземы значительно лучше обеспечены подвижным фосфором, чем карбонатные черноземы. Обычно это связывается с наличием в карбонатных черноземах свободных карбонатов (Шконде, 1955; Редькин, 1958; Носов, 1964; Гро, 1966; Симакин,"1968; Научные основы., 1977).

Таблица 3 Баланс фосфора в земледелии Северного Кавказа (Научные основы., 1981)

• Административный ■ район р :Поступле-;Вынос, :Возмещение ±од *' :нйё,кг/га:кг/га' 'удобрёни-' : Р2°5 : Р2°5 :ями,%

Краснодарский-край-•• - -1968-1970•- ■21,7 • .43Д. . - 50

1971-1975 28,1 40,8 69

1976-1979 35,0 46,0 77

Ставропольский край 1961-1970 9,3 13,6 68

1971-1975 12,0 14,9 80

1976-1979 12,4 17,3 72

Ростовская область 1966-1970 5,1 17,4 29

1971-1975 11,6 20,6 57

1976-1978 16,5 24,2 68

Северо-Осетинская АССР 1971-1979 37,8 36,0 104

Дагестанская АССР 1971-1975 27,6 26,9 103

1976-1979 35,2 22,8 154

Действительно результаты агрохимического обследования почв Краснодарского края показали, что наиболее плохо подвижным фосфором обеспечены почвы в районах, где преобладают карбонатные черноземы, здесь почвы с низкой обеспеченностью (по Мачигину) достигают в большинстве случаев 70-90% от обследованной площади. В районах с преобладанием выщелоченных черноземов процент площадей почв с низким содержанием фосфатов (по Чирикову) падает до 5-13, слабовыщелоченные черноземы занимают промежуточное положение - 20-50% (Итоги работы Агро-химслужбы Краснодарского края, 1972,1976'; Научные основы., 1981). К такому же выводу приходит и "Попов (1975) при анализе обследованных площадей в Восточной и предгорной зонах Краснодарского края. Но соотношения здесь уже другие: карбонатные почвы с низкой обеспеченностью фосфором занимают 60$,-слабоЕыщелоченные 44$, выщелоченные 30$. Джанаев (1970) также отмечает более низкую обеспеченность карбонатных черноземов подвижным фосфором в сревнении с черноземами выщелоченными. Весьма низкая обеспеченность выявлена и на каштановых почвах (Научные основы.,1981).