Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Оценка изменения экологического состояния луговой черноземовидной почвы в результате многолетнего использования различных технологических приемов

ВАК РФ 03.02.08, Экология (по отраслям)

Автореферат диссертации по теме "Оценка изменения экологического состояния луговой черноземовидной почвы в результате многолетнего использования различных технологических приемов"

На правах рукописи

005013356

ГРЕБЕНЮК ГАЛИНА АЛЕКСАНДРОВНА

ОЦЕНКА ИЗМЕНЕНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ЛУГОВОЙ ЧЕРНОЗЕМОВИДНОЙ ПОЧВЫ В РЕЗУЛЬТАТЕ МНОГОЛЕТНЕГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ РАЗЛИЧНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРИЕМОВ

03.02.08 - экология (биология) (биологические науки)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

2 2 [.з; р 2012

БЛАГОВЕЩЕНСК - 2012

005013356

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Дальневосточный государственный аграрный университет» на кафедре экологии и охраны природы

Научный руководитель доктор биологических наук, профессор

Харина Светлана Григорьевна

Официальные оппоненты: Голов Владимир Иванович, доктор биологических наук, старший научный сотрудник, Биолого-почвенный институт ДВО РАН, гл. научный сотрудник лаборатории почвоведения и экологии почв

Жилин Олег Викторович, кандидат биологических наук, Амурский филиал Федерального государственного бюджетного учреждения науки Ботанического сада-института ДВО РАН, директор

Ведущая организация ГНУ Дальневосточный научно - исследовательский институт сельского хозяйства Россельхозакадемии

Защита состоится 05 апреля 2012 г. в 12 часов на заседании диссертационного совета Д 220.027.03 при ФГБОУ ВПО «Дальневосточный государственный аграрный университет» по адресу: 675005, г. Благовещенск, ул. Политехническая, 86, корпус № 1, ауд. 223, тел. (факс): 8(4162)49-10-44, 8(4162)51-32-42, e-mail: agrodis@mail.ru.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Дальневосточный государственный аграрный университет» по адресу 675005, г. Благовещенск, ул. Политехническая 86

Автореферат размещен на сайте университета http://www.dalgau.ru, направлен в ВАК РФ по адресу: referat_vak@mov.gov.ru

Автореферат разослан «03» марта 2012 г.,

Учёный секретарь диссертационного совета

Захарова Елена Борисовна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования: В природных процессах почва является достаточно устойчивым структурно-функциональным компонентом биосферы, находящимся в состоянии гомеостаза или равновесия со средой либо медленной, гармоничной эволюции вслед за природной эволюцией среды. Почва обладает свойствами самоочищения и самовосстановления, однако такая устойчивость существенно нарушается антропогенными воздействиями (Добровольский, Никитин, 1990). Все возрастающее воздействие деятельности человека на окружающую среду достигло уровня, при котором происходят существенные изменения в химическом составе почвенного покрова. Почва, как незаменимый компонент ландшафта, приобретает все большую экологическую роль в устойчивом функционировании биосферы (Черников, Милащенко, Соколов, 2001).

В естественных биогеоценозах круговороты химических элементов осуществляются по замкнутым циклам и близки к скомпенсированности. В агроценозах, в результате возделывания сельскохозяйственных культур, происходит интенсивное отчуждение питательных веществ почвы, восстановление которых может осуществляться благодаря внесению минеральных и органических удобрений, которые призваны поддерживать активный баланс и малый круговорот биогенных элементов в земледелии с учетом оптимального их соотношения в агроэкосистеме (Минесв, 1998).

Использование минеральных удобрений, различных агротехнических приемов воздействуют на экологическое состояние почв. Происходит потеря гумуса, подкисление почв, изменяется содержание основных биогенных элементов. В большинстве исследований, изменения, происходящие в почве от воздействия различных способов обработки почвы и внесения удобрений, определялись только для слоя 0-20 см, иногда до 40 см. Почва является элементом ландшафта и изучение только пахотного слоя недостаточно для оценки изменения ее состояния. Изучение воздействия многолетнего применения (в течение 20 лет) различных технологических приемов на почву на глубину до 100 см дает возможность более достоверно оценить экологическое состояние почвы.

Цель исследований: Оценить экологическое состояние луговой черно-земовидной почвы в результате применения минеральных, органических удобрений, различных агротехнических факторов в севообороте с многолетними травами в условиях среднего Приамурья.

Задачи исследования:

- Выявить последействие применяемых агроприемов в длительном севообороте на агрохимические показатели почвы послойно по 20 см на глубину 100 см;

- Изучить возможность изменения содержания основных биогенных элементов: азота, фосфора, калия по почвенному профилю;

- Определить влияние удобрений, запашки соломы, способов обработки почвы, многолетних трав в севообороте на целлюлозоразлагающую активность луговой черноземовидной почвы;

- Оценить экологическое состояние луговой черноземовидной почвы в результате многолетнего техногенеза.

Исследования проводились в соответствии с тематикой научно-исследовательских работ Дальневосточного государственного аграрного университета: тема НИР № 01200503566 «Адаптивное землепользование», раздел «Мониторинг состояния агроэкосистем в условиях Амурской области».

Научная новизна: Впервые в агроэкологических условиях Приамурья получены данные по изменению содержания биогенных элементов фосфора, калия и агрохимических свойств луговой черноземовидной почвы на глубину до 100 см после 20 летнего применения удобрений и различных агротехнических приемов в севообороте с многолетними травами. Изучено влияние длительного применения удобрений в севообороте с многолетними травами на целлюлозоразлагающую способность почвенной микрофлоры. Выявлено изменение экологического состояния почвы производственных полей в сравнении с почвой в длительном севообороте с многолетними травами и с почвой лесополос, не подверженной сельскохозяйственному антропогенезу.

Защищаемые положения:

1. Антропогенное воздействие на луговую черноземовидную почву приводит к изменению агрохимических свойств почвы пахотного слоя и до глубины 100 см.

2. Многолетнее использование минеральных удобрений изменило содержание подвижных форм фосфора. В почве до глубины 100 см происходит накопление подвижных форм фосфора.

3. В производственных условиях происходит изменение экологического состояния почвы в сравнении с почвой опытного поля в длительном севообороте с многолетними травами и с почвой лесополос, не подверженной сельскохозяйственному антропогенезу.

Практическая значимость.

Результаты исследования могут быть использованы в практике сельскохозяйственного производства Амурской области при осуществлении мероприятий по повышению плодородия почв и разработке системы удобрений для сохранения устойчивости агроэкосистем. Рекомендации по оптимизации экологического состояния луговых черноземовидных почв Амурской области, разработанные на основе анализа мониторинговой информации, будут востребованы при планировании развития отрасли растениеводства в современных производственных условиях. Результаты исследований могут быть использованы в качестве научной базы при переходе к адаптивно-ландшафтному земледелию в условиях Приамурья.

Материалы исследования используются в процессе преподавания дисциплин: агроэкология, агрохимия, почвенно-экологический мониторинг для специальностей агрономия, агроэкология, экономика и агроинженерия в ФГБОУ ВПО ДальГАУ.

Апробация работы: Результаты исследований доложены на научных конференциях ДальГАУ (Благовещенск 2003, 2007, 2008 гг.), на региональных научных конференциях аспирантов и молодых ученых (Благовещенск 2009, 2010 гг., Уссурийск 2010), международной научно-практической конференции (Улан-Удэ 2010).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 7 научных работ, в том числе одна в журнале из списка ВАК.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 128 страницах машинописного текста, состоит из введения, четырех глав, обсуждения полученных результатов, практических рекомендаций, выводов и списка литературы, содержит 7 рисунков, 34 таблицы и 7 приложений. Список литературы включает 185 отечественных и 23 иностранных источника.

Выражаю искреннюю благодарность за помощь в работе сотрудникам лаборатории химической мелиорации почв ВНИИ сои, к.с.-х.н. И.П.Волоху, к.с.-х.н., доценту кафедры агрохимии и почвоведения В.Ф. Прокопчук, заведующей лаборатории агрохимии ДальГАУ к.с.-х.н., доценту Т.Е. Абросимовой. Особую признательность за консультации выражаю д.б.н., профессору С.Г. Хариной.

СОДЕРЖАПИЕ РАБОТЫ

1. Влияние антропогенной нагрузки на почву

(Обзор литературы)

В главе приводятся сведения о воздействии различных агротехнических приемов, применения удобрений, севооборотов на изменение основных агро-экологических показателей почвы, содержание основных биофильных элементов в почве.

2. Район работ, материалы и методы

Исследования проводили в 2002 - 2005 гг. в длительном стационарном многофакторном опыте, заложенном под руководством д.с.-х. наук Г. К. Шелевого в 1985 - 1987 гг. в восьмипольном севообороте с многолетними травами на луговой черноземовидной почве южной зоны Амурской области на опытном поле ВНИИ сои с. Садовое Тамбовского района в лаборатории химической мелиорации почв и в лаборатории агрохимии института агрономии и экологии ДальГАУ.

Схема севооборота:

1. Зерновые с подсевом многолетних трав

2. Многолетние травы 1-го года использования

3. Многолетние травы 2-го года использования

4. Соя

5. Зерновые

6. Соя

7. Зерновые

8. Соя

В опытах предусматривается изучение влияния на экологическое состояние почв длительного применения удобрений в севообороте, внесения измельченной соломы комбайном при уборке и запашки плугом, глубокого рыхления почвы под сою стойками СибИМЭСХа на глубину 35-45 см 2 раза за ротацию севооборота, применения двух систем основной обработки почвы: систематической ежегодной вспашки с оборотом пласта под сою, в сочетании с бесплужной обработкой под пшеницу (комбинированная обработка). Бесплужная обработка проводилась КП 3,8 на глубину 10-12 см.

Стационарные опыты заложены в 3-х кратной повторности во времени. Повторность опытов 4-х кратная, площадь делянки 200 м , учетная площадь 50 м2. Рельеф участка выровненный, почвы луговые черноземовидные тяжело суглинистые. Использовались многолетние травы: кострец, люцерна. Удобрения вносили локально зерновой сеялкой под сою в дозе Рбо, под пшеницу К'боРзо (аммиачная селитра + аммофос).

Наблюдения велись на двух закладках опыта, 3-х кратной повторности и двух кратной повторности во времени (табл. 1).

Вторая закладка 8-польного севооборота было заложена в 1986 году. На момент начала наших исследований в 2002 г. на первом поле третьей ротации высевалась пшеница Дальневосточная 10 с подсевом многолетних трав, в 2003 г. многолетние травы первого года, в 2004г. многолетние травы второго года, в 2005 г соя сорт Октябрь 70. В 1999 г. в варианте 4 вносили сапропель 40 т/га.

Таблица 1

Схема исследуемых вариантов в стационарных опытах по изучению систем возделывания сои и зерновых культур в севообороте с многолетними

травами (2002 - 2005 гг.)

№ варианта Основная обработка почвы

1 Отвальная обработка под сою и пшеницу на глубину 22 - 24 см (контроль)

2 Отвальная обработка под сою и пшеницу, минеральные удобрения запашка соломы, глубокое рыхление на глубину 35 - 45 см

3 Отвальная обработка под сою, бесплужная обработка под пшеницу (комбинированная обработка), минеральные удобрения, запашка соломы

4 Отвальная обработка под сою, бесплужная обработка под пшеницу (комбинированная обработка), запашка соломы, сапропель 40 т/га

Для выявления экологического состояния почв в результате многолетнего применения минеральных удобрений и роли агротехнических факторов в возможного накопления биогенных элементов вглубь почвенного профиля, в 2002, 2003, 2005 гг. почвенные образцы отбирали буром с диаметром стакана 5 см на глубину до 1 м, послойно по 20 см, по диагонали делянок.

Таблица 2

Культуры, возделываемые в производственных посевах

Обследованные поля Годы исследования

2002 2003 2004 2005

Распределение культур по полям

Садовое поле № 1 пшеница соя зерновые + многолетние травы многолетние травы 1-го года

Садовое поле № 2 зерновые + многолетние травы многолетние травы 1-го года многолетние травы 2-го года многолетние травы 3-го года

Грибское поле № 1 соя ячмень - -

Грибское поле № 2 пшеница соя - -

Дроново поле № 1 овес соя овес пар

Дроново поле № 2 многолетние травы многолетние травы не возделывало сь не возделыва-лось

С целью проведения агроэкологического мониторинга в производственных условиях почву отбирали на закрепленных участках площадью 100 м2 с полей с. Садовое, с. Грибское, с. Дроново послойно 0-20, 20-40, 40-60, 60-80, 80-100 см почвенным буром в 3-х точках (ГОСТ 28 168-89) в конце вегетации культур. Почва луговая черноземовидная. Для сравнения отбирали почву в лесополосе, где она не была подвержена сельскохозяйственному воздействию (табл. 2).

В почвенных образцах определяли содержание подвижного фосфора и обменного калия методом Кирсанова в модификации ЦИНАО (ГОСТ 2620789), содержание гумуса по методу И.В.Тюрина модификации Никитина (Агрохимические...,1975), обменные кальций и магний по методу ЦИНАО (ГОСТ 26487-85), кислотность потенциометрически (ГОСТ 26483-90), обменный аммоний (ГОСТ 26489-90), нитратный азот (ГОСТ 26951-91) в агрохимической лаборатории кафедры земледелия, почвоведения и агрохимии. Определение целлюлозоразлагающей способности почв по методу Е.Н. Мишустина, И.С. Восторова и А.Н.Петровой (Звягинцев, 1980).

Воспроизводимость результатов анализов устанавливали путем повторного анализа 5% образцов. Полученные данные обрабатывал» методами многомерной статистики по программе Statistic for Windows. Представленные в графическом и табличном вариантах данные выражены как общие средние величины из совокупности значений всех серий экспериментов с со-

ответствующими стандартными отклонениями. Достоверность различий всех исследуемых параметров между независимыми значениями каждой выборки оценивали по критерию Стьюдента при уровне значимости Р<0,05.

3. Изменение экологического состояния почвы в зависимости от технологических приемов и применения удобрений

3.1 Кислотность почвы

Водная кислотность по всем вариантам на первом поле севооборота третьей ротации в слое 0-20 см составила 6,36-6,45. Вглубь по почвенному профилю в слоях до 100 см рН показатель изменялся от 6,37 до 6,56.

Обменная кислотность почвы в слое 0-20 см слабокислая по 3 вариантам, причем в контроле без применения удобрений наибольший показатель рН 5,23 (рис. 1).

При глубоком рыхлении по сравнению с контролем и другими вариантами обменная кислотность осталась слабокислой до глубины 100 см, тогда как в почве остальных вариантов она стала кислой.

Комбинированная обработка и применение сапропеля приблизили реакцию среды в пахотном слое к близкой к нейтральной рН 5,54, но с более интенсивным переходом ее в слое 60-100 см до рН 4,88.

Глубина, см

—Вариант 1 —«—Вариант2 - ж-Вариант3 —• -Вариант4 Рис. 1 Обменная кислотность почвы (среднее за 2002,2003,2005 гг.)

Таким образом, в почвах опыта с длительным севооборотом, применением удобрений и различных агротехнических мероприятий в результате длительной их обработки и умеренного применения удобрений не происхо-

дит подкисления почвы, а имеет место стабилизация рН примерно на одном уровне кислотности почвы - близкой к нейтральной.

3.2 Накопление подвижных форм фосфора

Использование комбинированной обработки, применение минеральных удобрений, запашка соломы в севообороте обусловили увеличение содержания подвижных форм фосфора в пахотном слое до 39 мг/кг. При применении сапропеля в севообороте на фоне комбинированной обработки и внесения соломы в слое 0-20 см накапливалось наиболее высокое количество Р205 (48 мг/кг). Концентрация Р205 в слоях почвы от 20 до 100 см была на уровне 2714 мг/кг.

В варианте с отвальной обработкой и глубоким рыхлением происходило более интенсивное накопление подвижных форм фосфора в подпахотном слое 20-40 см (30 мг/кг), до глубины 100 см по слоям выявлено 17-21 мг/кг Р205 (табл. 3).

Таблица 3

Содержание подвижного фосфора в почве, мг/кг (среднее 2002,2003,2005 гг.)

№ Варианты Слои почвы, см

0-20 20-40 40-60 60-80 80-100

1 Отвальная обработка (контроль) 23 16 11 11 13

2 Отвальная обработка, минеральные удобрения, запашка соломы, глубокое рыхление 39 30 17 17 21

3 Комбинированная обработка, минеральные удобрения, запашка соломы 39 22 13 14 22

4 Комбинированная обработка, запашка соломы, сапропель 48 27 12 11 14

НСР05 = 6,53

Следовательно, в севообороте происходит накопление подвижных форм фосфора в пахотном и подпахотных слоях почвы в вариантах с внесением минеральных удобрений. В варианте, где применяли сапропель, основное количество подвижных форм фосфора находилось в слоях 0-20 и 20-40

см.

3.3 Концентрация минерального азота в пахотном слое и по почвенному профилю

Азот - важнейший питательный элемент для растений. Важно учитывать запасы минерального азота в слое почвы 0-100 см, так как он при определенных условиях может быть доступен растениям (Никитишен, 1980),

Количество минерального азота во всех вариантах отличалось незначительно, за исключением варианта с глубоким рыхлением, где отмечены низкие показатели минерального азота во всех слоях: 0-20 см - 11,15 мг/кг; 20-40 см - 10,6 мг/кг; 40-60 см - 9,27 мг/кг; 60-80 см - 8,65 мг/кг; 80-100 см - 7,86

мг/кг почвы. По-видимому, глубокое рыхление даже на фоне применения минеральных удобрений создало условия для вымывания минерального азота в более глубокие слои почвы (рис. 2).

Наибольшие показатели минерального азота по отношению к контролю и другим вариантам отмечены в варианте с внесением сапропеля во всех слоях. В слое 0-20 см 13,38 мг/кг; 20-40 см 13,06 мг/кг; 40-60 см 11,38 мг/кг; 6080 см 9,57 мг/кг; 80-100 см 9,47 мг/кг. При внесении минеральных удобрений, запашке соломы и внесении сапропеля в почве накапливается большее количество органического вещества, и одновременно идут процессы обогащения почвы азотом.

♦ Вариант 1 —Я—Вариант 2

- А - Вариант 3 —• — Вариант 4

Рис.2. Содержание минерального азота в почве второй закладки севооборота, мг/кг (среднее 2002, 2003, 2005 годы)

3.4 Содержание обменного калия

В почве опыта происходит уменьшение содержания К20 с увеличением глубины, при всех способах обработки включая контроль. Средние показатели содержания обменного калия во всех вариантах незначительно отличаются между собой и соответствуют высокой степени обеспеченности К20. Изменение степени обеспеченности К20 с высокой (170-250 мг/кг) в повышенную (120-170 мг/кг) во всех вариантах происходит в слое 40-60 см, а в контроле в слое 20-40 см (табл. 4).

Следовательно, севообороты с полями многолетних трав, где проводятся запашка соломы, комбинированная обработка почвы под сою и зерновые, внесение азотных и фосфорных удобрений, оказывают стабилизирую-

щее воздействие на содержание обменного калия в луговой черноземовидной почве.

Таблица 4

Содержание обменного калия в почве, мг/кг (среднее 2002,2003,2005 гг.)_

№

Вариант

Отвальная обработка (контроль)___

Отвальная обработка, минеральные удобрсния1 запашка соломы, глубокое рыхление

Комбинированная обработка, минеральные удобрения запашка соломы

Комбинированная обработка, запашка соломы, сапропель

Слои почвы, см

0-20

178 ±3,2

184 ±3,1

190 ±3,7

187

+4,3

20-40

167

±2,8

173 ±3,4

174

±ЗД

177

+3,3

40-60

162

±2,2

157 ±2,9

160 ±3,3

164 ±3,1

60-80

158 ±2,2

156 ±1,8

154 ±2,1

153 ±2,2

80-100

148

±2,0

144 ±2,1

152 ±2,3

143 ±1,7

НСРо5= 5,4

3.5 Воздействие техногенеза на содержание гумуса в почве

Комплекс агротехнических мероприятий по окультуриванию почв, проведенных в эти годы, способствовал повышению содержания гумуса

Содержание гумуса во всех вариантах опыта было больше, чем в контроле. В вариантах с комбинированной обработкой почвы, внесением минеральных удобрений запашкой соломы, сапропеля произошло достоверное увеличение содержания гумуса в пахотном слое почвы до 5,82 -5,97 %, что на 8-10% выше, чем в контроле. В варианте с внесением сапропеля количество гумуса увеличилось в пахотном слое 5,82%, и слое 20-40 см 4,94%. Распределение гумуса в слоях почвы 40-100 см практически не зависело от примененных агротехнических факторов (табл. 5).

Таблица 5

Содержание гумуса в почве, % (среднее 2003,2005 гг.)

Вариант

Отвальная обработка (контроль)

Отвальная обработка, минеральные удобрения, запашка соломы, глубокое рыхление

Комбинированная обработка, минеральные удобрения запашка соломы

Комбинированная обработка, запашка соломы, сапропель____

Слои почвы, см

0-20

5,40

5,97

5,82

20-40

4.39

3,57

3,99

4,94

40-60

2,08

2,12

2,39

2,83

60-80

2,06

1,62

1,89

1,22

80-100

1,58

1,60

0,97

1,24

НСР05 = 0,57

Таким образом, после двух ротаций 8-польного севооборота приемы основной обработки почвы в опытах были практически равноценны по влиянию на содержание гумуса. Применение многолетних трав в структуре севооборота, минеральных и органических удобрений, запашка соломы способствовали стабилизации и поддержанию бездефицитного баланса гумуса.

3.2.5 Содержание кальция и магния

В вариантах с применением минеральных удобрений содержание обменного кальция в пахотном слое было выше, чем в контрольном варианте 15,37-15,80 и 14,77 мг-экв/100 г, соответственно.

Таблица 6

Содержание кальция в почве, мг-экв/100 г (среднее 2002,2003,2005 гг.)

№ Вариант Слои почвы, см

0-20 20-40 40-60 60-80 80-100

1 Отвальная обработка (контроль) 14,77 15,33 14,57 15,10 14,70

2 Отвальная обработка, минеральные удобрения запашка соломы, глубокое рыхление 15,80 15,37 14,93 15,50 14,73

3 Комбинированная обработка, минеральные удобрения, запашка соломы 15,37 15,50 15,13 14,77 14,63

4 Комбинированная обработка, запашка соломы, сапропель 14,43 15,57 14,90 14,13 14,17

ЦЦШЛЦ уилитхм,

НСР05= 0,48

Изменение содержания обменного кальция вглубь по профилю почвы во всех вариантах было незначительным. Применяемые в севообороте агротехнические мероприятия не повлияли на содержание обменного кальция в почве до глубины 100 см. Количество кальция было на уровне 15,80-14,13 мг-экв/100 г почвы (табл. 6).

Магний входит в состав хлорофилла, участвует в углеводном обмене и передвижении фосфора в растениях, входит в состав запасного органического вещества - фитина, регулирует окислительно-восстановительные процессы в растениях (Голов, 2001).

В слое 0-20 см в вариантах с отвальной обработкой, глубоким рыхлением и комбинированной обработкой с запашкой соломы и внесением минеральных удобрений наблюдалось пониженное содержание магния относительно контрольного варианта на 1,05 и 0,72 мг-экв/100 г, соответственно. Это объясняется отчуждением значительного его количества с урожаем из пахотного слоя и вымыванием внутрипочвенными стоками в глубокие слои почвы (табл. 7).

Таблица 7

Содержание магния в почве, мг-экв/100 г (среднее 2002, 2003,2005 гг.)

№ Вариант Слои почвы, см

0-20 20-40 40-60 60-80 80-100

1 Отвальная обработка (контроль) 7,02 6,63 6,86 7,60 7,83

2 Отвальная обработка, минеральные удобрения, запашка соломы, глубокое рыхление 5,97 8,50 8,84 9,00 8,47

3 Комбинированная обработка, минеральные удобрения, запашка соломы 6,30 7,17 8,54 8,93 9,37

4 Комбинированная обработка, запашка соломы, сапропель 7,63 6,47 6,90 7,60 8,83

шашда ^илишоц

НСР05= 1,08

Исследование содержания обменного магния в почве на опытном поле показало увеличение его количества вглубь по профилю по всем вариантам. В слое 0-20 см содержание М§2* 6,30-7,63 мг-экв/100г, в слоях почвы 80-100 см его концентрация составляла 7,83-9,37 мг-экв/100 г, причем в вариантах с внесением минеральных удобрений содержание обменного магния выше, чем в контроле во всех слоях от 20 до 100 см. Постоянство содержания кальция и магния в почве обеспечивает устойчивость почвы и стабильность емкости поглощения почвы.

Происходит рост суммы поглощенных катионов кальция и магния вглубь по профилю почвы в вариантах с комбинированной обработкой, запашкой соломы, внесением минеральных удобрений от 21,67 мг-экв/100 г в слое 0-20 см до 23,67 мг-экв/100 г в слое почвы 80-100 см.

При изучении степени насыщенности почв основаниями установлено, что по всем вариантам показатель практически одинаковый от 89 до 93%, расхождения его в зависимости от глубины почвы и варианта ее обработки не превышали 2-3 %. Следует отметить, что емкость катионного обмена не зависела от применения удобрений и различных обработок почв. Во всех исследованных слоях почвы она была на уровне с контролем и составляла 24,0325,03 мг-экв/100 г.

Таким образом, физико-химические свойства луговой черноземовид-ной почвы на опытном поле при различных вариантах обработки характеризуются высокой степенью насыщенности поглощенных оснований, повышенным уровнем емкости поглощенных катионов и суммы поглощенных оснований (Са2+ и 1^2+), что отражает высоко насыщенную кальций - магниевую структуру почв Среднего Приамурья.

3.2.6 Влияние агротехнических факторов и внесения удобрений в севообороте с многолетними травами на целлюлозоразлагающую активность луговой черноземовидной почвы

Одним из важных показателей агроэкологического состояния и уровня эффективного плодородия почвы является ее микробиологическая активность. Повышение микробиологической активности относительно контроля отмечали при отвальной обработке и глубоком рыхлении на 28% и при внесении сапропеля на 24% в слое 0-10 см в 2003 г. Практически все технологические приемы, применяемые в исследуемых вариантах в 2004 году оказывали положительное действие на микробиологическую активность почв ускоряя процессы ее разложения в почве в слое 0-20 см на 3-13% по отношению к контролю.

Таблица 6

Влияние длительного применения удобрений на целлюлозоразлагающую способность почв

№ Варианты 2003г 2004г 2003г 2004г

убыль целлюлозы, гр % к контролю

Экспозиция 15 дней, слой 0-10 см

1 Отвальная обработка (контроль) 12,05 ±4,3 34,77 ±3,4 100 100

2 Отвальная обработка, минеральные удобрения, запашка соломы, глубокое рыхление 15,4 ±3,2 35,7 ±2,5 128 103

3 Комбинированная обработка, минеральные удобрения, запашка соломы 13,5 ±3,9 37,8 ±2,0 112 109

4 Комбинированная обработка, запашка соломы, сапропель 15,0 ±4,1 39,4 ±3,3 124 113

При анализе изменений целлюлозоразлагающей способности почв отмечен рост микробиологической активности в слое 0-10 см по отношению к контролю, объясняемый более благоприятными условиями для почвенной биоты создаваемые при внесении удобрений, запашке соломы и внесении сапропеля.

4. Оценка экологического состояния почвы подверженной многолетнему антропогенезу

За период 2002 - 2005 гг. проведено изучение экологического состояния почв среднего Приамурья, подверженных многолетнему антропогенезу в хозяйствах сел Грибское, Дроново, Садовое.

Актуальная кислотность на производственных полях в слоях от 0-20 см и до глубины 80 см имеет нейтральную реакцию среды (рН 6,16-6,61). По всем обследованным полям вглубь по почвенному профилю до 100 см отмечено повышение рН до 6,03-6,14. Водная кислотность почвы не подвержен-

ной антропогенной нагрузке (лесополосы) также имела нейтральный характер (рН 6,31-6,54) в слое 0-20 см и вглубь до 100 см наблюдалось повышение кислотности до рН 6,00-5,91.

По степени обменной кислотности почвы обследованных хозяйств относятся к слабо кислым рН«,,,. пахотного слоя 5,32-5,78. На всех полях вглубь по профилю почвы до 100 см наблюдалось небольшое повышение кислотности до рНС0Л5,24. В почве лесополос кислотность близка к нейтральной рНС0„ 5,62-5,85 в слое 0-20 см, вглубь по профилю почвы определялось повышение кислотности до слабокислой рНС0Л 4,62-5,20.

Объективная оценка состояния плодородия почв по фосфору крайне необходима для разработки оптимальной стратегии и тактики производства и применения удобрений. Почва полей с. Грибское содержит в пахотном слое 53-72 мг/кг Р205, что почти в 2 раза превышает количество подвижного фосфора в почве лесополосы. По почвенному профилю на глубину до 100 см произошло накопление биогенного элемента до 44-58 мг/кг. В почве лесополосы с. Грибское небольшие количества Р205 выявлены только до глубины 60 см 6-20 мг/кг (табл. 8).

На полях с. Садовое, Дроново поле 1 также произошло постепенное накопление подвижных форм фосфора и миграция вглубь почвенного профиля до 100 см. В то же время почвы, находящиеся под лесополосой, не подверженные техногенезу имеют низкую обеспеченность фосфором. Поле 2 с. Дроново находится в залежи 3 года, повышения содержания подвижных форм фосфора здесь не выявлено.

Таблица 8

Содержание подвижного фосфора в почве производственных полей, мг/кг (среднее 2002,2003,2005 1т.) __

Обследованные поля Слои почвы, см

0-20 20-40 40-60 60-80 80-100

Грибское поле 1 72 65 52 42 44

Грибское поле 2 53 52 53 52 58

Дроново поле 1 36 52 36 25 24

Дроново поле 2 18 15 11 11 12

Садовое поле 1 28 16 15 20 13

Садовое поле 2 40 32 18 21 24

с. Дроново (лесополоса) 30 16 8 10 13

с. Садовое (лесополоса) 37 16 12 8 13

с. Грибское (лесополоса) 33 20 6 - -

Следовательно, в луговой черноземовидной почве, находящейся в сельскохозяйственном использовании, за годы массового применения удобрений произошло накопление фосфатов не только в пахотном слое, но и в нижележащих слоях до 100 см.

По данным В.Ф. Прокопчук и Т.Е. Абросимовой (1999), в луговой черноземовидной почве разрезов около с. Грибского под пашней кормового се-

вооборота, по сравнению с почвой лесополосы, значительно увеличивается сумма минеральных фосфатов и доля рыхлосвязанных фосфатов и фосфатов алюминия в слое 0-40 см. По данным А.Ю. Кудеяровой (1995) это связано с тем, что применение фосфорных удобрений приводит не просто к общему обогащению почв фосфатами, но и к значительному увеличению доли их легкоподвижных форм.

Изучение азотного режима почв в исследуемых хозяйствах показало, что содержание минерального азота низкое. В почве полей содержание составило в пахотном слое 11,37-16,53 мг/кг, в слоях от 40 до 100см постепенно уменьшаясь до 3,75-6,75. В почве лесополос распределение по почвенному профилю происходит аналогично.

В обследованных почвах производственных полей и лесополосах в слое 0-20 см выявлено очень высокое содержание обменного калия, несмотря на отсутствие внесения калийных удобрений. Это объясняется высоким исходным содержанием обменного калия в минералогическом составе данных почв и почвообразующих пород.

На производственных полях происходит снижение содержания К20 с увеличением глубины. Количество К20 были высокое в слое 0-20 см (184; 192; 211 мг/кг). Переход от повышенного содержания обменного калия (120170 мг/кг) к среднему (80-120 мг/кг) происходит в слое 40-60 см (табл. 9).

Показатели содержания обменного калия в слоях почвы до 100 см на лесополосах незначительно отличалось между собой и соответствовали высокой степени обеспеченности (от 292 мг/кг в слое 0-20 см до 170 мг/кг в слое 80-100 см).

Таблица 9

Содержание обменного калия в почве производственных полей в слое 0-100 см, мг/кг (среднее 2003,2005 гг.)_

Обследованные почвы Слои почвы, см

0-20 20-40 40-60 60-80 80-100

Грибское поле 1 184 171 137 132 117

Грибское поле 2 153 133 119 123 112

Дроново поле 1 181 158 162 133 140

Дроново поле 2 121 116 109 95 83

Садовое поле 1 192 167 140 137 137

Садовое поле 2 211 144 136 125 124

с. Дроново (лесополоса) 294 247 206 189 146

с. Садовое (лесополоса) 292 219 242 173 170

с. Грибское (лесополоса) 278 248 215 196 175

Следовательно, в производственных условиях многолетнее использование почвы под пашню привело к уменьшению содержания обменного калия во всех исследованных слоях почвы. В результате длительного сельскохозяйственного использования земель без применения калийных удобрений

отмечается обеднение луговых черноземовидных почв калием, что в дальнейшем может привести к дисбалансу питательных элементов и нарушению их круговорота.

Содержание гумуса в лесополосе с. Дроново составило 3,22%. Почва лесополосы села Садового содержала 8,19% гумуса. Количество гумуса в почве лесополосы с. Грибского в среднем за 2 года составило 5,02%. На полях, подверженных постоянной антропогенной нагрузке, содержание гумуса ниже, чем в почве лесополосы, где почва находится в состоянии близком к природному. Почвы обследованных полей имеют в основном среднюю степень обеспеченности гумусом, но есть и такие, где этот показатель очень низкий (рис. 3).

В почве, не подверженной антропогенной нагрузке, по профилю до 100 см содержание гумуса выше, чем в почве производственных полей. Причем отмечалось более высокое содержание гумуса в слоях до 60 см, В пахотном слое с полей с. Грибское разница с лесополосой составила 0,42% и 0,75%,

□ с. Грибское поле X

И с. Грибское поле 2

И с. Дроново поле 1

В с. Дроново поле 2

ЕЗс. Садовое поле 1 Шс. Садовое поле 2

В с. Грибское, лесополоса ё с. Дроново, лесополоса П с.Садоаое, лесополоса

Рис. 3. Содержание гумуса в слое 0-20 см, %, (среднее 2003, 2005 гг.)

с. Дроново 1,48% и 1,67%, с. Садовое 4,06% и 4,31%, что свидетельствует об усилении минерализации органического вещества в почве, подверженной многолетнему антропогенезу.

Таким образом, луговые черноземовидные почвы испытывают сильное техногенное воздействие. В агроландшафтах произошло изменение содержания основных биогенных элементов, происходит потеря гумуса и как следствие, экологические функции почвы как фактора поддержания экологического равновесия в биогеоценозах ослабевают.

ВЫВОДЫ:

1. Многолетнее использование различных систем обработки почвы, внесение соломы и минеральных удобрений в длительном севообороте не воздействует на актуальную кислотность почвы. До глубины 100 см происходит стабилизация уровня кислотности луговой черноземовидной почвы на уровне близком к нейтральной 5,58-5,78, тогда как вглубь по профилю почвы не подверженной антропогенной нагрузке кислотность повышается до слабокислой pH 4,81.

2. Использование комбинированной обработки, внесение соломы и применение минеральных удобрений в севообороте с многолетними травами обусловило увеличение содержания подвижных форм фосфора в пахотном слое луговой черноземовидной почвы до 39 мг/кг. В подпахотных слоях до 100 см происходит увеличение содержания подвижных форм фосфора на 40% по сравнению с контролем,

3. Применение различных агротехнических приемов, запашка соломы, сбалансированное применение минеральных удобрений, введение в севообороты многолетних трав после двух ротаций 8-польного севооборота увеличило содержание гумуса в пахотном слое до 5,97% по сравнению с 5,40% в контроле. Распределение гумуса по почвенному профилю до 100 см идет относительно равномерно.

4. Степень насыщенности почвы основаниями в длительном севообороте по всем слоям практически не зависела от применяемых обработок, внесения минеральных и органических удобрений, во всех вариантах опыта она составляла от 89 до 93%. Многолетий антропогенез не изменил сумму поглощенных оснований, емкость катионного обмена и степень насыщенности почв основаниями, что очень важно в поддержании стабильности почвенной экосистемы.

5. Под влиянием применения удобрений, использования различных способов обработки почвы, запашки соломы в длительном севообороте с многолетними травами целлюлозоразлагающая способность почвенной микрофлоры увеличивается в слое 0-10 см по отношению к контролю на 12-28%.

6. На производственных полях, подверженных многолетнему техногенезу содержание гумуса в пахотном слое и по профилю до 100 см ниже, чем в почве опытов с севооборотом и в почве лесополосы, где почва находится в состоянии близком к природному, на 30-50%. Это свидетельствует о техногенном несбалансированном воздействии.

7. В производственных условиях в результате многолетнего применения минеральных удобрений происходит накопление подвижных форм фосфора до глубины 100 см в количестве 25-58 мг/кг, тогда как в почве лесополосы в слоях от 40 см содержание фосфора составляет 6-13 мг/кг.

8. В почве производственных полей происходит уменьшение содержания обменного К;О по всем слоям почвы до 100см и составляет от 211 до 161 мг/кг. В почве, не подверженной постоянной антропогенной нагрузке, содержание обменного калия в слоях до 100 см составляет от 294 до 173 мг/кг. За счет длительного сельскохозяйственного использования почв без применения ка-

лийных удобрений отмечается обеднение луговой черноземовидной почвы калием, что может привести к дисбалансу основных биогенных элементов и нарушению их круговорота.

Публикации по теме диссертации

1. Гребешок, Г.А. Миграция биогенных элементов по почвенному профилю// Молодежь XXI века: шаг в будущее. - Благовещенск, 2003. - С. 405407.

2. Гребешок, Г.А. Изменение экологических свойств почв в зависимости от агротехнических факторов/ Г.А.Гребенюк, С.Г. Харина, И.П. Волох// Пути воспроизводства плодородия почв и повышения урожайности с/х культур в Приамурье. - Благовещенск, 2003. - Вып. 9. - С. 15-21.

3. Гребенюк, Г.А. Оценка гумусного состояния луговых черноземовид-ных почв находящихся в сельскохозяйственном использовании/ Г.А. Гребенюк // Адаптивные технологии в растениеводстве Амурской области: сб. науч. трудов. - Благовещенск, 2007. - Вып.З - С. 90-95

4. Гребенюк, Г.А. Влияние различных агротехнических приемов на микробиологическую активность луговых черноземовидных почв// Молодежь XXI века: шаг в будущее: материалы VIII региональной межвузовской научно-практической конференции. - Благовещенск, 2007 - Кн. 2. - С. 156158.

5. Харина, С.Г. Оценка экологического состояния почвы, подверженной многолетнему антропогенезу/ С.Г. Харина, Г.А.Гребенюк // Образование, наука, практика: экологические аспекты: матер. Международной науч.-практ. конф. посвященной 20-летию основания кафедры сельскохозяйственной экологии. - Улан-Удэ, 2010. - С.164-169

6. Гребешок, Г.А. Воздействие многолетнего применения минеральных удобрений и способов обработки почвы на кислотность почвы среднего Приамурья/ Г.А. Гребенюк// Молодые ученые - агропромышленному комплексу ДВ: сб.науч.работ. - Уссурийск, 2010. - С. 55-59

7. Гребенюк, Г.А. Изменение экологического состояния луговой черноземовидной почвы в результате многолетнего применения минеральных удобрений в севообороте в условиях Приамурья Барнаул/ Г.А. Гребенюк, С.Г. Харина// Вестник Алтайского государственного аграрного университета.- Барнаул, 2011.-С. 23-27

Гребенюк Галина Александровна

ОЦЕНКА ИЗМЕНЕНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ЛУГОВОЙ ЧЕРНОЗЕМОВИДНОЙ ПОЧВЫ В РЕЗУЛЬТАТЕ МНОГОЛЕТНЕГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ РАЗЛИЧНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРИЕМОВ

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Лицензия ЛР 020427 от 25.04.1997 г. Подписано к печати 28.02.2012 г. Формат 60x90/16. Уч.-изд.л. - 1,0. Усл.-п.л. - 1,5. Тираж 100 экз. Заказ 36.

Отпечатано в отделе оперативной полиграфии издательства ДальГАУ 675005, г. Благовещенск, ул. Политехническая, 86

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата биологических наук, Гребенюк, Галина Александровна, Благовещенск

61 12-3/800

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ

УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

На правах рукописи

ГРЕБЕНЮК ГАЛИНА АЛЕКСАНДРОВНА

ОЦЕНКА ИЗМЕНЕНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ЛУГОВОЙ ЧЕРНОЗЕМОВИДНОЙ ПОЧВЫ В РЕЗУЛЬТАТЕ МНОГОЛЕТНЕГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ РАЗЛИЧНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРИЕМОВ

03.02.08 - экология (биология) (биологические науки)

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Научный руководитель: доктор биологических наук, профессор С.Г. Харина

БЛАГОВЕЩЕНСК - 2012

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 3

1 .ВЛИЯНИЕ АНТРОПОГЕННОЙ НАГРУЗКИ НА ПОЧВУ (Обзор ? литературы)

1.1. Влияние агротехнических приемов на экологическое состояние 7 почвы

1.2. Изменение агроэкологических показателей почвы в зависимости ^ от применения удобрений

1.3. Миграция биогенных элементов по почвенному профилю 28

2. РАЙОН РАБОТ, МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ 34

2.1. Методика исследований 34

2.2. Климатические и погодные условия 38

2 3. Характеристика луговой черноземовидной почвы 44

3. ИЗМЕНЕНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ПОЧВЫ В 4у ЗАВИСИМОСТИ ОТ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРИЕМОВ

3.1. Воздействие многолетнего применения минеральных удобрений ^ в севообороте на кислотность почвы

3.1.1. Актуальная кислотность 47

3.1.2. Обменная кислотность 50

3.2. Изменение содержания основных биогенных элементов в почве 53

3.2.1. Накопление подвижных форм фосфора 53

3.2.2. Концентрация минерального азота 57

3.2.3. Содержание обменного калия 59

3.2.4. Воздействие техногенеза на содержание гумуса 62

3.2.5. Содержания кальция и магния 6 5

3.2.6. Степень насыщенности почв основаниями 69

3.3. Влияние агротехнических факторов и внесения удобрений в севообороте с многолетними травами на целлюлозоразлагающую ак- 74 тивность луговой черноземовидной почвы

4. ОЦЕНКА ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ПОЧВЫ ПОД ВЕРЖЕННОЙ МНОГОЛЕТНЕМУ АНТРОПОГЕНЕЗУ

80

94 101

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ВЫВОДЫ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 103

ПРИЛОЖЕНИЕ 125

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность исследования: Территория сельскохозяйственного освоения Амурской области, расположенная на Зейско - Буреинской равнине, является уникальным комплексом, где основной пахотный фонд представлен луговыми черноземовидными, бурыми лесными и пойменными почвами. Своеобразие ландшафта обусловлено в значительной мере климатическими особенностями зоны. Почвы Приамурья не имеют аналогов в мире, они отличаются глубоким и длительным сезонным промерзанием, низкими запасами гумуса и элементами питания. Зейско — Буреинская равнина представляет собой распаханную территорию, на которой преобладает антропогенный агроландшафт. Неустойчивость агроэкосистем здесь обусловлена большой площадью полей с монокультурой, преобладанием в севообороте сои и зерновых культур, небольшим разнообразием кормовых культур, многолетних трав, не сбалансированным соотношением растениеводства и животноводства, что приводит к обеднению биологического разнообразия. Отсутствие лесов, лугов, антропогенно не измененных ландшафтов также снижает устойчивость и продуктивность агроэкосистем (Харина, 2001; Система земледелия Амур, обл., 2003).

Экологические проблемы в сельскохозяйственном производстве возникают в результате возрастания антропогенной нагрузки. Для снижения негативных последствий целесообразно оценивать и регулировать размеры агротехнической нагрузки на почвы агроэкосистем (Коновалов, 1988; Черников, 2001; Булаткин, 2001; Шафранов, 2005). В настоящее время имеются данные о накоплении в почве подвижных и связанных форм фосфора и калия за счет внесения удобрений и агротехнических мероприятий в севообороте, некоторые авторы отмечают и увеличение в почве соединений азота (Никитишен, 19984; Минеев, 1990; Ку-деярова, 1995; Прокопчук, Абросимова, 1999; Харина, 1999; Козлова, 2000). Однако, в большинстве исследований изменения, происходящие в почве при внесении удобрений, влиянии различных способов обработки почвы, определялись

3

только для слоя 0-20 см, иногда до 40 см. Почва является элементом ландшафта и изучение только пахотного слоя не достаточно для оценки ее состояния. Исследование воздействия многолетнего применения различных технологических приемов и внесения средств химизации на почвенный покров до глубины 100 см дает возможность более достоверно оценить экологическое состояние почвы.

Цель исследований: Оценить экологическое состояние луговой чернозе-мовидной почвы в результате применения минеральных, органических удобрений, различных агротехнических факторов в севообороте с многолетними травами в условиях среднего Приамурья.

Задачи исследования:

- Выявить последействие применяемых агроприемов в длительном севообороте на агрохимические показатели почвы послойно по 20 см на глубину 100 см;

- Изучить возможность изменения содержания основных биогенных элементов: азота, фосфора, калия по почвенному профилю;

- Определить влияние удобрений, запашки соломы, способов обработки почвы, многолетних трав в севообороте на целлюлозоразлагающую активность

луговой черноземовидной почвы;

- Оценить экологическое состояние луговой черноземовидной почвы в

результате многолетнего техногенеза.

Научная новизна: Впервые в агроэкологических условиях Приамурья получены данные по изменению содержания биогенных элементов фосфора, калия и агрохимических свойств луговой черноземовидной почвы на глубину до 100 см после 20 летнего применения удобрений и различных агротехнических приемов в севообороте с многолетними травами. Изучено влияние длительного применения удобрений в севообороте с многолетними травами на целлюлозоразлагающую способность почвенной микрофлоры. Выявлено изменение эколо-

гического состояния почвы производственных полей в сравнении с почвой в длительном севообороте с многолетними травами и с почвой лесополос, не подверженной сельскохозяйственному антропогенезу.

Практическая значимость результатов работы:

Результаты исследования могут быть использованы в практике сельскохозяйственного производства Амурской области при осуществлении мероприятий по повышению плодородия почв и разработке системы удобрений для сохранения устойчивости агроэкосистем. Рекомендации по оптимизации экологического состояния луговых черноземовидных почв Амурской области, разработанные на основе анализа мониторинговой информации, будут востребованы при планировании развития отрасли растениеводства в современных производственных условиях. Результаты исследований могут быть использованы в качестве научной базы при переходе к адаптивно-ландшафтному земледелию в условиях Приамурья.

Материалы исследования используются в процессе преподавания дисциплин: агроэкология, агрохимия, почвенно-экологический мониторинг для специальностей агрономия, агроэкология, экономика и агроинженерия в ФГБОУ ВПО ДальГАУ.

Защищаемые положения

1. Антропогенное воздействие на луговую черноземовидную почву приводит к изменению агрохимических свойств почвы пахотного слоя и до глубины 100 см.

2. Многолетнее использование минеральных удобрений изменяет содержание подвижных форм фосфора. В почве до глубины 100 см происходит накопление подвижных форм фосфора.

3. В производственных условиях происходит потеря гумуса, обеднение луговой черноземовидной почвы подвижным калием до глубины 100 см, что

может привести к дисбалансу основных биогенных элементов и нарушению их круговорота.

Апробация работы:

Результаты исследований доложены на научных конференциях ДальГАУ (Благовещенск 2003, 2007, 2008 гг.), на региональных научных конференциях аспирантов и молодых ученых (Благовещенск 2009, 2010 гг., Уссурийск 2010), международной научно-практической конференции (Улан-Удэ 2010).

По материалам диссертации опубликовано 7 научных работ, в том числе

одна в журнале из списка ВАК.

Диссертационная работа выполнена в соответствии с планом научных исследований ДальГАУ по теме НИР № 01200503566 «Адаптивное землепользование»

Структура и объем диссертации

Диссертация изложена на 128 страницах машинописного текста, состоит из введения, четырех глав, обсуждения полученных результатов, практических рекомендаций, выводов и списка литературы, содержит 7 рисунков, 34 таблицы и 7 приложений. Список литературы включает 185 отечественных и 23 иностранных источника.

Выражаю искреннюю благодарность за помощь в работе сотрудникам лаборатории химической мелиорации почв ВНИИ сои, к.с.-х.н. И.П.Волоху, к.с.-х.н., доценту кафедры агрохимии и почвоведения В.Ф. Прокопчук, заведующей лаборатории агрохимии ДальГАУ к.с.-х.н., доценту Т.Е. Абросимовой.

Особую признательность за консультации выражаю д.б.н., профессору С.Г. Хариной.

1. ВЛИЯНИЕ АНТРОПОГЕННОЙ НАГРУЗКИ НА ПОЧВУ (Обзор литературы)

1.1. Влияние агротехнических приемов на экологическое состояние почвы

Почва - один из важнейших элементов окружающей природной среды. Все основные ее экологические функции замыкаются в основном на одном обобщающем показателе - почвенном плодородии. Отчуждая с полей основной и побочный урожай, человек размыкает частично или полностью биологический круговорот веществ, нарушает способность почвы к саморегуляции и снижает ее плодородие. Даже частичная потеря гумуса и, как следствие, снижение плодородия, не дает почве возможность выполнять в полной мере свои экологические функции, и она начинает деградировать и ухудшать свои свойства

(Тышкевич, 1987; Минеев, 1990).

Верхний слой почвы - естественная лаборатория, в которой происходит сложные биологические процессы, процессы воспроизводства и разрушения почвенного плодородия. В наибольшей степени деградируют почвы агроэкоси-стем. Причина неустойчивого состояния агроэкосистем обусловлена их упрощенным фитоценозом, который не обеспечивает оптимальную саморегуляцию, постоянство структуры и продуктивности. И если у природных экосистем биологическая продуктивность обеспечивается действием естественных законов природы, то выход первичной продукции (урожая) в агроэкосистемах всецело зависит от такого субъективного фактора, как человек, уровня его агрономических знаний, технической оснащенности, социально - экономических условий и т.д., а значит, остается непостоянным (Singh, 1977; Коробкин, Передельский, 2001).

Большую роль в сохранении естественного плодородия почв играет система обработки почвы. По данным М.М. Ильесова (2003), она должна быть на-

7

правлена на формирование заданного строения профиля пахотного слоя, обеспечивающего воспроизводство агрофизических параметров плодородия почвы с оптимальными условиями минерального питания растений.

При высокой культуре земледелия агрохимические свойства почв не ухудшаются, плодородие повышается Б.Г. Карнаухов (1957) утверждает, что распашка целинных приазовских черноземов и дальнейшее использование их без применения удобрений уменьшает содержание гумуса и азота, ухудшает структурный состав и водопрочность агрегатов, увеличивает содержание микроорганизмов, повышает подвижность фосфора и нитрификационную способность.

Целинный чернозем средней мощности превосходит чернозем пахотный по содержания гумуса, но уступает пахотным почвам по общей биологической активности. При использовании чернозема целинного под пашню биологическая активность его возрастает, а содержание гумуса будет уменьшаться. Критическим пределом увеличения общей биологической активности послужит уменьшающийся запас гумуса, вместе с которым будет уменьшаться и биологическая активность. Другими словами начнется процесс деградации почвы. Гу-мусное состояние является общим показателем плодородия почвы, а биологическая активность является скорее показателем скоростей биологических процессов протекающих в почве. Чем больше биологическая активность, тем в большей степени используются почвенные ресурсы (Demidov, 1996; Синчина, 2001).

По мнению J.V. Lynch (1980), Б.М. Миркина и P.M. Хазиахметова (2000), самоорганизация агроэкосистем возможна при использовании сбалансированных севооборотов, что позволит обеспечить им относительное самоподдержание ресурсов. При этом особенно заметное уменьшение количества гумуса наблюдается в первые годы распашки. В.Ф.Вальков (1977) впервые обратил внимание на удивительную стабильность этого показателя в черноземах Российской Федерации - потери гумуса при распашке целины составляют около 20%. С течением

времени темпы потерь снижаются и агрогенная почва постепенно приходит в динамическое равновесие с населяющей ее культурной растительностью. Изменение содержания гумуса в ней определяется уже уровнем интенсификации земледелия. При этом содержание и запасы гумуса могут, как уменьшаться, так и увеличиваться (Куприченков, 2001). Внесение высоких доз органических удобрений не способствует адекватному увеличению содержания гумуса в почве, а введение сбалансированных севооборотов оказывает эффективное влияние на самовосстановление ресурсов гумусовых веществ в агроэкосистемах (Горячева, 2002).

Положительно влияют на накопление гумуса многолетние травы. Так исследования A.A. Бессарабова (1997) показали, что при включении в севооборот трав (1989 и 1990 годы) темпы потерь запасов гумуса снижаются с 4,3-16,6 т/га в 1988 году до 0,1-2,2 т/га в 1990 году. По данным А.Н. Гайдученко (1997) наибольшее накопление гумуса происходило в севообороте с многолетними травами одного года использования (1,9 т/га по севообороту). Баланс азота во всех севооборотах положительный и составил от 54 до 209 кг/га.

Чем дольше и более полно почва покрыта растительностью и чем больше растительных остатков в верхнем слое, тем лучше она защищена от эрозии. Густая щетка стеблей и приземных листьев замедляет и сокращает поверхностный сток вод. Злаки защищают почву лучше бобовых. Поэтому на полях с многолетними травами почва эрозионно устойчива. Также они способствуют накоплению большего количества влаги за зимний период (Бойко, 1990). Но по данным С.Х. Дзаногова (2001), особое внимание необходимо уделять бобовым культурам (люцерне, клеверу, эспарцету), так как они обладают азотфиксирую-щей способностью благодаря живущим на их корнях клубеньковым бактериям. При хорошем урожае эти травы оставляют после себя в выщелоченных черноземах Осетии 250- 350 кг/га азота, а также большое количество растительных остатков, повышающих содержание гумуса и биологическую активность почв.

Влияние обработки на содержание гумуса в почве особенно отчетливо сказывается в утрированных условиях бессменного парования. На делянке с бессменным паром опыта ТСХА количество гумуса снизилось за 43 года почти вдвое: в начале опыта - 2,06%, в 1955 г. - 1,05%. При этом наиболее резкое падение содержания гумуса произошло в первые годы парования: через 13 лет (Драчев, 1927) количество гумуса в почве бессменного пара упало до 1,27%. По данным H.H. Тарарико (1990) темпы минерализации органического вещества в слое 0-20 см практически не зависели от способов обработки почвы, но в нижних слоях при безотвальной обработке активность этого процесса, в сравнении

со вспашкой, уменьшалась.

Агротехнические приемы также вносят свой вклад в изменение свойств почвы. Во многих странах издавна проявлялся интерес к безотвальной обработке почвы. В 80-х гг. 19 в. русские учёные Д. И. Менделеев и П. А. Костычев не считали обработку почвы с оборачиванием пласта всюду обязательным и необходимым приемом. В конце 19 века И. Е. Овсинский предложил «Новую систему земледелия». Заключалась она в замене глубокой отвальной вспашки многократными обработками на глубину 5-6 см. В начале 20 века в южных районах Франции взамен вспашки была предложена мелкая безотвальная обработка почвы пружинными культиваторами. Безотвальная обработка почвы изучалась в Германии. Приёмы безотвальной обработки почвы исследовались (1933-1936) в Англии, но, как и в Германии, не получили распространения. Широко практикуют безотвальную обработку почвы в Канаде в связи с необходимостью защитить почву от ветровой эрозии. В 1943 американский фермер Э. Фолкнер предложил заменить обычную вспашку поверхностной безотвальной обработкой; он высказал мнение, что глубокая отвальная вспашка нарушает нормальные биохимические процессы в почве и способствует эрозии (Omueti, 1988).

На черноземах степи Поволжья содержание общего углерода, валового азота, фосфора и калия в слое почвы 0-40 см, определяемое в конце ротации се-

вооборота при внесении удобрений и без внесения, было практически одинаковое по разноглубинной вспашке и плоскорезной обработках. Приемы различной обработки почвы оказали практически одинаковое влияние на физико-химические свойства почвы. Так на варианте с глубокой вспашкой сумма поглощенных оснований в слое 0-20 см 42,5 мг-экв/100 г, в слое 20- 40 см - 43,4 мг-экв/100 г, с ме�