Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему
Почвенно-агрохимическое обоснование системы удобрения на хорошо окультуренных дерново-подзолистых почвах Северо-Запада России
ВАК РФ 06.01.04, Агрохимия
Автореферат диссертации по теме "Почвенно-агрохимическое обоснование системы удобрения на хорошо окультуренных дерново-подзолистых почвах Северо-Запада России"
На правах рукописи
ИВАНОВ АЛЕКСЕЙ ИВАНОВИЧ
ПОЧВЕННО-АГРОХИМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ СИСТЕМЫ УДОБРЕНИЯ НА ХОРОШО ОКУЛЬТУРЕННЫХ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ ПОЧВАХ СЕВЕРО-ЗАПАДА РОССИИ
06.0) .04 - агрохимия
АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени доеторз сельскохозяйственных тггук
Санкт-Петербург - Пуптат 2000
Рабога выполиеца в Санкт-Петербургском Государственном аграрном университете в 1987 - 1999 гг.
Научный консультант: академик РАСХН, доктор сельскохозяйственных наук, профессор В.Н.Ефимов.
Официальные оппоненты: академик РАСХН, доктор сельскохозяйственных наук, профессор В.А. Семёнов; Заслуженный деятель науки, доктор сельскохозяйственных наук, профессор В.Е.Явтушенко; доктор сельскохозяйсьвенных наук П.Д.Попов.
Ведущее предприятие: Псковский научно-исследовательский и проекта о-технологический институт сельского хозяйства.
Защита состоится « 18 » мая 2000 г. в 14 час. 30 мин. на заседании диссертационного сяегта на соискание учёной степени доктора сельскохозяйственных наук Д 120.37.01. при Санкт-Петербургском Государственном аграрном университете по адресу: 189620. Санкт-Петербург -Пушкин, Санкт-Петербургское шоссе, 2, корпус 1а, ауд. 239.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского Государственного аграрного университета.
> Автореферат разослан «23» марта 2000 г.
Ученый секретарь диссертационного совета, доктор сельскохозяйственных наук, профессор
В.П.Царенко
П0ЧО.
0Б1ЦЛЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность исследования. Дерново-подзолистые почвы составляют основу пахотного фонда Северо-Западного региона России. Трудом многих поколений земледельцев 15-20 % таких почв улучшены до степени хорошей окультуренности. Хорошо окультуренные почвы могут рассматриваться как «стратегический резерв» страны, обеспечивающий рентабельное производство товарной продукции растениеводства.
Исключительная роль этих почв отчётливо проявилась в годы экономического кризиса в России, когда 01т стали для большинства землепользователей единственной основой для функционирования земледельческой отрасли. В этих условиях стал особенно 'заметен недостаток научных знаний по вопросам рационального использования хорошо окультуренных почв.
Цель и задачи исследования. Целью исследования были агроэко логическая оценка изменений свойств дерново-подзолистых почв Северо-Запада России под влиянием антропогенного воздействия и разработка научных основ систем удобрения на хорошо окультуренных почвах. В указаипом направлении решались следующие основные задачи: 1) изучение агрохим!!ческих основ процесса окультуривания дерново-подзолистых почв с учётом особенностей их генезиса; 2) определение путей рационального использования высокого потенциального плодородия хорошо окультуренных почв; 3) поиск наиболее экономичных вариантов системы удобрения; 4) оценка агроэкологнческих последствий применения различных систем удобрения; 5) разработка методихп энергетической и экономической эффективности формироваття и сгльскохо-зяйсгвенного использования хорошо окультуренных дерново-подзолистых почв.
Научная новизна. Впервые в условиях Северо-Запада России выполнена комплексная оценка процесса окультуршзшп1я дерново-подзолистых почв с учётом их генетических особенностей.
На основе новой информации о параметрах накопления в хорошо окультуренных почвах остаточного фосфора и калкя удобрений предложено уточнение существующей агрохимической классификация почз.
Дано агроэкологическое обоснованно различных вариантов системы удобрения с определением возможных иглравлепий ресурсосбережения.
Дан прогноз получения экономически оправданных урожаев качественной продукции на хорошо окультуренных почвах с высокой обеспеченностью фосфором и калием при использовании моноазотной и органической систем удобрения, а так же прогноз изменения агрохимических свойств таких почв.
Разработана методика и проведена оценка энергетической и экономической эффективности формирования и последующего использования хорошо окультуренных дерново-подзолистых почв.
Практическая ценность работы. Разработаны практические рекомендации по применению удобрений на хорошо окультуренных почвах с высокими запасами подвижных соединений фосфора н калия, вошедшие в книгу «Почвы Псковской области и их сельскохозяйственное использование» (И.А.Иванов, В.П.Спасов, А.И.Иванов, 1998). Их применение позволяет снизить на 32 % затраты на удобрения.
Защищаемые положения: 1) параметры изменения агрохимических свойств и питательного режима дерново-подзолистых почв в процессе окультуривания в зависимости от генетических особенностей природных аналогов; 2) агроэкологическая оценка роли азота, фосфора, калия, цинка, марганца и органических удобрений в системах удобрения на хорошо окультуренных почвах; 3) методические основы и параметры энергетических и материально-денежных затрат на формирование хорошо окультуренных почв.
Апробация работы. Основные положения диссертациошюй работы доложены: на научно-практической конференции (Псков, 1988 г.); на научно-производственных конференциях в Великолукской ГСХА (1988 -1999 гг.); на научно-практическом семинаре «Производство и применение удобрений» (Ленинград, МКС АН СССР, 1989 г.); на научно-производственных конференциях в Санкт-Петербургском Государственном аграрном университете (1990 - 1999 гг.); на совещаниях участников Географической сети опытов с удобрениями (Москва, ВИУА, 1995 и 1998гг.); на научно-практической конференции «Молодые учёные - возрождению сельского хозяйства России в 21 веке» (Брянск, БГСХА, 1999 г.); на Всероссийской научной конференции «Растение и почва» (Санкт-Петербург, СПбГУ, 1999 г.)
Публика!ши. По теме диссертации опубликовано 41 печатная работа.
4
Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 разделов, выводов и рекомендаций производству. Данные полевых опытов и аналитических исследований представлены 80 таблицами и 8 рисунками. Список использованной литературы включает 338 наименований, из них 36 на иностранных языках. Общий объём работы 295 страниц машинописного текста.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
1. УСЛОВИЯ, ОБЪЕКТЫ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ
Исследования проводились в условиях Псковской области. Терри-. ториально объекты исследования находились в непосредственной близости с Ленинградской (Гдовский район) и Новгородской (Великолухский район) областями.
Природные условия районов проведения исследований типичные для Северо-Запада России. Климат умеренно-континентальный, находящийся под заметным влиянием Атлантического и Северного Ледовитого океанов. За год выпадает 675 мм осадков при среднегодовой температуре воздуха 4,2 "С, сумма эффективных температур 1975 "С. Дерново-подзолнстые почвы занимают более 90 % пахотного фонда. Их оподзо-ленность в северной части области (Гдовский район) выше, чем в южной (Великолукский район).
Погодные условия в годы проведения исследований отличались значительной пестротой. Осадков за вегетацию выпадало от 231 до 605 мм, а среднесуточные температуры воздуха за май - сентябрь изменялись от 12,9 до 15,6 "С. Это оказывало существенное влияние на рост н развитие растений, а таеже на эффективность систем удобрения.
Объектами изучения служили легко- и среднесуглинистые обычные и остаточио-карбонапше дерново-подзолистые почвы. Характер изменения их свойств в процессе окультуривания оценивался сравнительно-генетическим методом, заключающимся в сопоставления окультуренных почв с их целинными аналогами (Б.А.Никитин, 1976, 1986). Почвенные разрезы закладывались в сходных геоморфологических условиях на моренной равнине в радиусе до 150 м. Образцы отбирались: из горизонтов А| и Апах. в 10 точках покруг разреза, из нижних горизонтов - в 5 точках по стенке почвенного разреза.
Обобщённая информация по агрохимическим свойствам хорошо окультуренных почв получена путём аналнза данных планового обследования почз, выполняемого проектно-изыскательской станцией агро-химслужбы «Великолукская».
Наиболее важные задачу! исследования решались постановкой серии стационарных полевых опытов в учхозе «Удрайское» и АО «Авангард» Великолукского района. Всего их выполнено 12 общим объёмом 55 опыто-лет.
Мнкрополевые (модельнополевые) опыты закладывались в полиэтиленовых сосудах без дна размером 0,5 х 0,5 х 0,4 - 0,5 или 1 х 1 х 0,4 м., В них формировалась верхняя часть профиля дерново-слабоподзолистой почвы, включающая горизонты Апах. н AzB. В опыте с искусственным регулированием водного режима почвы сосуды укрывались от осадков крышей из полиэтиленовой плёнки.
Полевые опыты выполнялись в условиях стационарных севооборотов (звеньев севооборотов). Размер делянок в крушюделяночных полевых опытах 46 - 112 м2, мелкоделяночных - 23 - 35 м2; повторность 3-4-кратная.
Во всех опытах возделывались районированные copra сельскохо-эайственных культур по типичным для зоны технологиям с максимально возможным использованием средств механизащш. Работы, наблюдения и анализы выполнялись на основании общих и специальных методических руководств и стандартов. Почвенные и растительные образцы отбирались с 2 - 3 повторений анализируемых вариантов. Аналитические исследования выполнены на кафедре агрохимии Великолукской ГСХА и в проекгно-изыскательских станциях агрохимслужбы «Великолукская» и «JI ешшград екая».
Учёт урожая в опытах вёлся сплошным весовым методом. Важнейшие результаты экспериментов обработаны методом дисперсионного анализа с использованием ЭВМ.
2. АГРОХИМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ФОРМИРОВАНИЯ ХОРОШО ОКУЛЬТУРЕННЫХ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ ПОЧВ
Большинство исследователей под окультуриванием понимает процесс антропогенного улучшения почв ках среды обитания сельскохозяйственных растений. Роль отдельных составляющих этого процесса изу-
чается почвоведами и агрохимиками уже много десятилетий (М.А.Егоров, 1929; Н.П.Карпинский, 1933; В.А.Францессон, 1934; С.А.Захароп, 1936; Н.Л.Благовидов, 1954; И.Ф.Гаркуша, 1956; ПИГригорьев, 1960; А.С.Коновалова, 1967; Ф.И.Левин, 1972; В.К.Пестряков, 1977; П.Л.Никитин, 1986; Э.А.Гагарина и др., 1995). За это время получен об-' ширный фактический материал, который не лишён определенных противоречий.
Исследования выполнены на двух наиболее распространенных родах дерново-подзолистых почв: обычных, образовавшихся на кислой алюмосиликатной морене, и остаточно-карбснатаых - на выщелоченных карбонатных суглинках. В работе нами используется классификация почз по окультуренности, предложенная Н.Л.Благовидовым (1954, 1962).
Морфологические свойстпз. Окультуривание связано с коренной перестройкой естественного процесса почвообразования, что ведет к изменению морфологических признаков почвы. Изучение таких изменений заметно упрощает объяснение динамики практически всех агрспрон> водственных свойств последней, включая и агрохш-ягческне.
Наиболее существе!гные морфологические изменения отмечаются в верхней части почвенной толщи. Они хорошо заметы на всех стадиях окультуривания, но особенно, на высших. Влияние генетических особенностей почв так же значительно.
Пахотный слой обычных дерново-подзолнстых почв формировался за счет генетических горизонтов Ао, А! и Аг. Следы припашки подзояп-стого горизонта отчётливо заметны т стадии слабой окультурснности п современной почве. Её пахотный слой значительно светлее и «пятнистее» горизонта А) це.тинной почвы. Формирование окультурешшх ос-таточно-карбонатиых почв происходило в более благоприятны:: условиях, так как исходные их аналоги не имели сплошного подзолистого горизонта. Пахотный слой образовал здесь прежними горизонтами Ад, А1 и А1А2, хотя и у данной почвы он характеризуется ссветлйшостыо. Тгп'.м образом, морфологические различия между целгшными и слабоокульту-ренпыми почвами существенны лишь в верхней части профиля.
Изменения в строении почвенного профиля затрагивали белее глу-бохие горпзопты почв на стадии хорошей окультурстпюсти. В результате образования значительного количества подвгктых гумусопмх кислот произошло формирование под пахотным слоей обогащенного гумусом горизонта А| у обычней дерново-подзолистой почзи и погашение гуму-
сировшшосхи горизонта А;/и у остаточио-карбонапюй. В первом случае силыюподзолистая почва трансформировалась за гады селъскохозяйст-вешюго использования в среднгподзолнстую.
Тем не менее, течение подзолообразовательного процесса, характерное для зоны, продолжалось и в хорошо окультуренных почвах. Полученные данные полностью подтвердили мнение А.А.Короткова (1972) об опускании нижней границы подзолистого горизонта (в исследованиях на 12 - 25 см), что объясняется усилением элювирования верхней части горизонта В.
В.К.Пестряхов (1977) отмечал так же изменения морфологических признаков иллювиальных горизонтов, связанные с окультуренностыо, в частности, увеличение их мощности и снижение плотности. В наших исследованиях подобных закономерностей не наблюдалось.
Кроме этого, нами отмечено ослабление признаков сезонного переувлажнения почвы по мере повышения ее окультуренности.
Кислотно-основное состояние. Целинные дерново-подзолистые почвы характеризуются повышенной кислотностью и низкой степенью насыщенности основаниями. Основными причинами этого являются бескарбонатность материнских пород и промывной тип водного режима почв.
Действие названных факторов сохраняется и в пахотных почвах, но оно уже в сильной степени зависит от хозяйственной деятельности человека. Последняя может вести не только к улучшению, но и к ухудшению кислотно-основного состояния почв (Л.И.Кораблёва, 1954; Н.С.Авдонин, 1969; В.Д.Панников| В.Г.Минеев, 1977; А.Н.Небольсин, 1983; И.А.Шильников, Л.А.Лебедева, 1987; А.Н.Небольсин и др., 1997).
Полученные нами данные показывают, что результативность окультуривающих мероприятий, направленных на оптимизацию кислотно-основных свойств почвы, сильно зависит от её генезиса и, в частности, от карбонатности материнской породы (табл. 1). Пик всех видов кислотности у целинных почв приходится на верхний, элювиальный слой - горизонты А1 и Аг (АзВ). Разумеется, абсолютные параметры показателей кислотности резко отличаются у обычных и ос-таточно-карбонатных почв, так же как и степень насыщенности их основаниями. Обменная кислотность горизонтов А1 и Апах. формируется, преимущественно, катионами алюминия. Эта закономерность распространяется у обычной дерново-подзолистой почвы и на более глубокие
в
Таблица 1
Кислотно-основные свойства дерново-подзолистых почв _разного генезиса и окулыуренности_
Горизонт Глубина, см рн Нобм AI Нг S V, % AI Нобм Нг
1ЬО 1 KCl мэкв/ЮОг Нобм
Целинная лесная почва разрез №1
А! 3-18 5,41 4,52 0,73 0,58 4,16 3,01 42 0,79 5,7
Аз 31-11 5,41 4,59 0,92 0,75 3,29 2,66 45 0,32 3,6
В 70-80 5,59 4,73 0,71 0,60 3,20 4,20 57 0,85 4,5
С 120-130 6,00 5,01 0,56 0,33 2,75 4,63 63 0,59 4,9
Слабоокультуреннная почва полевого севооборота разрез №2
Апах. 0-22 6,11 5,07 0,51 0,36 '3,18 5,07 61 0,71 6,2
Аг 25-35 5,33 4,24 0,80 0,61 3,85 2,S0 43 0,76 4,8
В 70-80 5,40 4,20 0,76 0,57 3,51 3,12 47 0,75 4,6
С 120-130 5,67 4,41 0,64 0,40 2,99 4,00 57 0,63 4,7
Хорошо окультуренная почва овощекормового севооборота разрез№3
Ал ах. 0-24 6,39 5,40 0,12 0,07 2,46 6,18 72 0,58 21
Ai 24-34 6,01 5,36 0,19 0,12 2,27 5,04 69 0,63 ' 12
Аз 34-44 5,55 4,89 0,39 0,31 3,11 2,99 49 0,79 8,0
В 70-80 5,60 4,77 0,64 0,53 3,33 4,61 58 0,83 5,2
С 120-130 5,87 4,90 0.59 0,39 2.96 4,53 60 0,66 5,0
Целинная луговая осгаточно-карСснатная почва разрез № 1а
Ai 3-16 6,60 5,83 0,10 0,07 1,30 5,30 80 0,70 13
ßiiD 30-40 6,76 5,61 0,04 0,03 0,44 5,20 92 0,75 И
В 70-80 7,28 5,77 0,02 0,01 0,48 20,1 98 0,50 24
Сса 120-130 7,99 6,84 0,02 0,01 0,13 35,6 100 0,50 6,5
Слабоокультурекная осгаточно-карбонатная почва разрез №2а
Алах. 0-20 7,23 6,01 0.04 0,03 0,44 8,92 95 0,75 11
А:В 30-40 7,01 5,88 0,02 0,01 0,44 7,28 94 0,50 22
В 70-80 7,28 5.77 0,02 0,01 0,22 12,5 98 0,50 11
Сса 120-130 8,18 6,93 0,02 0,01 0,22 25,9 99 0,50 11
Хорошо окультуренная осгагочно-карбонзтная почва разрез ЛгЗз
Апах 0-22 6,86 6,31 0,08 0,05 МО 17,0 94 0,63 14
АгВ 30-40 7,18 6.20 0,06 0,04 0,25 6,94 97 0,67 4,2
В 70-80 7,28 6,38 0,04 0,02 0,22 12,9 98 0,50 5,5
Сса 120-130 7,52 6,42 0,04 0,02 0,22 23,4 99 0,50 5,5
горизонты, а у остаточпо-карбонатной в нижней части профиля соотношение между катионами водорода н алтамтшя выравнивается.
В результате изменения процесса почвообразования и вторичного насыщения карбонатами пахотного слоя уже на стадии слабой окультуренное™ наблюдается заметное улучшение кислотно-основных
свойств почвы. Это улучшение затрагивает лишь её пахотный слой. У хорошо окультуренных почв изменения происходят и в подпахотных горизонтах.
Актуальная и обменная кислотность снижаются в первую Очередь, что отчётливо прослеживается по расширению отношения Нг : Побм (у обычных дерново-подзолистых почв). D формировании обменной кислотности возрастает роль ионои водорода.
Принимая во внимание, что в изученные хорошо окультуренные дерново-подзолистые обычные и остаточно-карбонатные почвы в последнее 30-летие внесено почти одинаковое количество извести и навоза, можно сделать вывод, что оптимизация кислотно-основного состояния остаточно-карбонатной почвы требует значительно меньших затрат, чем обычной.
Следует отмстить, что в условиях интенсивного известкования иочв, имевшего место в 70 - 80-е годы, в целом снижение почвенной кислотности происходила более высокими темпами. При среднегодовом внесении на 1 га 0,7 т извести средневзвешенный показатель рНксл к 5995 году достиг 5,7, а в группе хорошо окультуренных почв - 6,4.
Гумусное состояние. Большая часть целинных автоморфных дерново-подзолистых почв Северо-Западного района принадлежит к виду слабогумусных. Это связано со спецификой почвообразовательного процесса, обеднённостью материнских пород илистой фракцией и карбонатами и с недостаточно благоприятными гидротермическими условиями. Основой улучшения гумусного состояния почв является интенсивное (до 20 т/га и более) применение органических удобрений (В.А.Францессон, 1934; Н.Л.Благовидов, 1954; А.М.Лыков, 1973; Б.А.Никнтин, 1986; А.А.Духанин и др., 1996). Изучаемые нами хорошо окультуренные почвы формировались на таком фоне. В их слабоокультуренные аналоги, взятые для сравнения, вносили в последнее 30-летие на 1 га 2 - 2,4 т навоза ежегодно.
Обобщение полученных в исследовании данных показало, что типичные в почвенном покрове региона легкосуглинистые дерново-подзолистые почвы характеризуются весьма невысоким содержанием гумуса: целинные - 2,14 - 2,69 %, слабоокультуренные - 1,66 - 1,86 %, хорошо окультуренные - 2,43 - 3,12 %. Гумуснрованносгь хорошо окультуренной остаточно-карбонатной почвы выше на 0,69 % и, вероятно, это
ю
связано с меньшим участием в составе еб гумусовых веществ фракций мобильных фульвокислот.
Запасы гумуса в метровой толще хорошо окультуренных почв достигают 142 - 149, против 77 - 106 в целинных и 75 - 86 т/га в слабобкуль-туренных, вследствие более Монотонного распределения гумуса по почвенному профилю (рис. 1).
% %
Рис. 1, Распределение гумуса в профиле дерново-подзолистой обычной (1) и остаточно-карбонатной (2) почвы
-- целинная,----- слабое) культуренная, . хорошо окультуренная.
Гумус пахотного слоя хорошо окультуренных почв отличается более благоприятным групповым и фракционным составом н относится к фульватно-гуматному типу. Доля фракций ГК возрастает относительно целинных аналогов на 11 - 28 %, а ФК - снижается на 14 - 42 %. Доля агрессивных фракций (1а + 1) снижается опережающими темпами.
Содержание фракций 2 гумусовых кислот (связанных с кальцием) увеличивается у обычной дернсво-подзолистой почвы по мере окультуривания, но в абсолютном выражении остается низким. У остаточно-карбонатной почвы оно в несколько раз выше и мало изменяется с окультуриванием.
Содержание ГК резко снижается вниз по профилю. У обычных
почв они не обнаруживаются уже на глубине 70 см, а фракция ГК - 2 -даже на глубине 25 - 30 см, т.е. гумус становится типично фульватным, независимо от степени окультуренности почвы.
Таким образом, гумусное состояние обеднённых илистой фракцией легкосуглинистых дерново-подзолистых почв, даже при достаточно интенсивном применении навоза, улучшается довольно медленно. Особенно это касается почв, сформированных на кислой алюмосиликатной морене. В зоне преобладания таких почв содержание гумуса и в хорошо окультуренных аналогах чаще находится в нижних пределах диагностических показателей (по нашим данным, в среднем 2,4 %). При этом и такое состояние нельзя считать устойчивым, поскольку и по количественным, и по качественным критериям оно существенно отличается от исходного.
Азотное, фосфатное и калийное состояние почв. Азотное, фосфатное и калийное состояние целинных дерново-подзолистых почв могут быть оценены достаточно однозначно. За редкими исключениями, в первом мшшмуме в них находится азот. Его содержание в гумусовом горизонте в среднем составляет 0,05 - 0,15 %, а запасы в1 м слое почвы - 4 -5 т/га (Н.А.Сапожников, 1973; Н.В.Ларионова, 1991). Практически такое же содержание в горизонте А1 и фосфора, но по причине более монотонного его распределения по профилю, запасы этого элемента в метровой толще колеблются от 8 до 30 т/га (К.Е.Гинзбург, 1981). Содержание калия достаточно высокое во всех горизонтах (1 -3 %), поэтому его запасы в метровом слое почвы исчисляются сотнями тонн (А.П.Виноградов, 1962; Н.И.Горбунов, 1974).
В исследованиях ученых убедительно доказана положительная роль окультуривающих мероприятий в направлении улучшения азотного, . фосфатного и калийного состояния дерново-подзолистой почвы (А.С.Коновалова, 1967; Ф.И.Левин, 1972; В.К.Пестряков, 1977; Б.А.Никитин, 1986). Однако, с современных позиций (экологических и экономических), ряд прежних представлений нуждается в уточнении.
По полученным нами данным, происходящие в почвах изменения в содержании различных соединений азота, фосфора ы калия определяются как количественными показателями окультуривающих факторов, так и генетическими особенностями самих почв. К тому же, эти изменения идут весьма не пропорционально, что ещё больше затрудняет обоснование систем удобрения (табл. 2).
Таблица 2
Азотное, фосфатное и калийное состояние дерново-подзолистых почв
разного генезиса и окультуреиности
Горизонт Глубина, см N. мг/кг РзОз, мг/кг КЮ, мг/кг
валовой легго-гиаро- лггтуе- мыА кигри-фнгаци-онгал способность минеральный валовой подвижный рыхло св1- заи-яы* валовой поп-вяж- рый легко-рэсг-яорн-иый
Целинная лесная почЕа - разрез №1
А1 3-18 1150 36 10 17 1150 78 7 18970 53 8
Аз 31 -41 260 15 3 10 1030 51 5 17720 42 3
В 70-80 130 9 - 1 1200 84 2 21090 61 8
С 120 -130 90 3 1270 9> 1 20230 78 .5
Слабоок^ ^льтуренная почва полевого севооборота - разрез №2
Алах. 0-22 1030 42 12 11 1090 87 5 17930 82 и
Аз 25-35 230 19 4 6 1000 46 4 15340 57 4
. В 70-80 140 13 2 2 1140 69 1 18770 83 3
С 120130. 100 3 1170 88 1 18980 101 4
Хорошо окультуренная почва овощеко рмового севооборота - разоез №3
Алах. 0-24 1460 93 51 35 1620 293 56 20630 184 51
Аз 34-44 430 33 5 16 1490 106 8 21090 101 16
В 70-80 340 7 3 9 1270 100 4, 15640 83 7
С 120 -130 150 5 1340 10? 2 19320 87 8
Целинная луговая осгаточно-хярбонатная почва - разрез №1а
А) 3-16 1180 60 13 27 1410 216 11 19630 71 35
АзВ 30-40 340 20 4 22 1030 196 и 20780 51 21
В 70-50 260 16 6 1040 450 9 21600 38 4
Сса 120130 220 5 13 1240 453 10 21240 38 13
Слабоокулътургнная остаточно-карбонатнзя почва - разрез №2а
Алах. 0-20 770 73 23 7 1220 227 8 19030 64 24
АзВ 30-40 380 19 2 2 1090 256 } 20950 40 7
В 70-80 290 15 1 2 1010 416 • з 21020 22. 6
Сса 120130 180 8 1 1160 446 10. 21240 16 б"
Хорошо ог ультуренная остаточно-карбонатагя почва - разрез К?3а
Апах. 0-22 1650 110 60 10 2990 594 33 25570 293 161
АгВ 30-40 520 40 8 5 1300 324 П 20830 112 48
В 70-80 310 16 2 3 1020 536 15 21630 64 14
Сса 120130 220 10 3 1210 514 14 22490 45 10
Важным, хотя и не единственным, условием формирования азотного фонда является содержание-в почве гумуса. Гумус горизонта А1 ос-таточно-карбонатной почвы несколько беднее азотом (4,4 - 5,3%), в сравнении с обычной дерново-подзолистой почвой (5,4 - 6 %). Валовые же запасы этого элемента в луговой остаточно-карбонатной почве на 28% выше, в силу более активного биологического круговорота. У обеих почв вниз по профилю отношение С : N сужается, что указывает на перемещение в нижние горизонты минеральных соединений азота.
"Содержание легкогидролизуемого азота у целинной лесной почвы низкое, а у остаточно-карбонатной луговой повышенное. С глубиной оно быстро снижается, хотя и несколько медленнее, чем содержание гумуса. Нитрификационная же способность слабая у всех целинных почв и в нижних горизонтах не обнаруживается вообще, очевидно вследствие отсутствия нитрифицирующих бактерий.
Существенное улучшение азотного состояния дерново-подзолистых почв происходит лишь на стадии хорошей окультуренности. Общие запасы азота увеличиваются относительно целинных аналогов на 42 - 72 %. Превосходство сохраняется по всем горизонтам и указывает на преобладание процессов аккумуляции, обусловленных расширением биологического круговорота азота (Л.А.Лебедева, 1976). Идёт обогащение гумуса азотом.
Данные по запасам легкогидролизуемых соединений азота и нит-рификациошюй способности хорошо окультуренной почвы свидетельствуют о существенном возрастании потенциала азотного фонда в слое О - 40 см. В среднем, хорошо окультуренные почвы Псковской области содержали 72 мг/кг легкогидролизуемого азота и имели нитрификацион-ную способность 41 мг/кг. Всё это недостаточно согласуется с исключительно низкими запасами минерального азота и указывает на лимитирующее действие гидротермических условий.
Фосфатное состояние почвы Н.П.Карпинский (1933, 1970) и В.А.Францессон (1934) обоснованно относили к числу важнейших диагностических показателей степени окультуренности почвы. Это состояние изменяется опережающими (относительно других агрохимических свойств) темпами, что объясняется спецификой сорбции фосфатов и сравнительно невысоким выносом фосфора урожаями (табл. 2).
Содержание валового фосфора в пахотном слое хорошо окультуренных почв было выше в 1,2 - 2,5 раза, по отношению к материнской
породе, и в 1,4 - 2,1 раза, по отношению к целинной почве. По другим соединениям почвенного фосфора это превышение составляло: подвижные - в 1,2 - 2,7 и 2,8 - 3,8 раза, рыхлосвязанные - в 2,4 - 28 и 3 - 8 раз. Содержание подвижного фосфора в данной категории почв может достигать очень значительных величин (до 2850 мг/кг, при среднем показателе 380 мг/кг).
Остаточный фосфор удобрений закреплялся в окультуренных почвах в составе тех же соединений, которые характерны для их целинных аналогов. У рода обычных дерново-подзолистых почв, преимущественно, в составе фосфатов AI и Fe, а у остаточно-карбонатных - фосфатов Ca и AI. . .
Высокое содержание подвижного фосфора во всЗм профиле оста-точно-карбонатной почвы обязано в большей степени не окультуриванию, а насыщенности материнской породы апатигоподобными минералами, растворимыми в 0,2 и. HCl.
Судить о закономерностях изменения содержания валового калич в почвах весьма сложно по причине неоднородности моренных отложений по гранулометрическому составу. Достоверно можно говорить лишь о накоплении подвижного и водорастворимого калия (до 400 и более процентов к первоначальному уровню). При этом, почти всегда содержание подвижного калия существенно ниже, чем фосфора. В наших Исследованиях оно редко превышало 1000 мг/кг, при среднем показателе для хорошо окультуренных почв 310 мг/кг.
Степень подвижности почвенного калия крайне низкая. Даже у хорошо окультуренных дерново-подзолистых почв на долю подвижных соединений приходится не более 1,4 % валового калия. Поэтому уровень калийного питания и, тем более, устойчивость калийного состояния почвы будут в значительной степени зависеть от восполнения соединений, участвующих в питании растений, за счйт необменного калия.
Микроэлементы и тяжблые металлы в хорошо окультуренных почвах. Данные об изменении микроэлементного состояний дерново-подзолистых почв в процессе окультуривания весьма . противоречивы (М.В.Каталымов, 1965; А.Н.Небольсин, 1983; Б.А.Ягодин, 1934; В.Г.Ми-неез, 1990; Н.П.Битюцкий, А.С.Кгшенко, 1991; А.И.Обухов, А.АЛопо-ва, 1992; К.А.Потатуева, 1998; Н.К.Сндоренкова, 1999).
В объектах нашего исследования изменение микроэлементного состояния во многом повторяло отмечаемые выше закономерности для
макроэлеме1гтов. Валовое содержание меди, цинка, никеля и марганца в слабоокультуреиной почве было ниже, чем в целинной, а в хорошо окультуренной - выше. Ещё отчётливее эта; зависимость для подвижных соединений. Исключение составлял марганец, степень подвижности которого при окультуривании снижалась, вероятно, за счёт повышения окислительно-восстановительного потенциала и снижения кислотности почвы.. В то же время такие опасные тяжёлые металлы как свинец, хром и кадмий во всех почвах представлены в незначительных количествах.
3. АГРОЭКОНОМИЧЕС1СОЕ ОБОСНОВАНИЕ СИСТЕМЫ УДОБРЕНИЯ НА ХОРОШО ОКУЛЬТУРЕННЫХ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ ПОЧВАХ
Формирование хорошо окультуренных почв связано со значительным изменением исходных генетических свойств. Поэтому система удобрения на них должна базироваться на уточнённой научной информации о свойствах почв. На таких по'шах реальнее решение проблем ресурсосбережения, но сложнее - проблем экологических.
Комплекс задач по научному обоснованию наиболее экономичных вариантов системы удобрения решался в серии полевых опытов. Параллельно конкретизированы уровень и степень устойчивости эффективного плодородия хорошо окультуренных почв. В отсутствие удобрений, в среднем за 13 лет они обеспечили получение с 1 га 3,8 т зерна, 22 т картофеля, 46 т кормовой свёклы и 27 т зелёной массы кукурузы. Тенденция к снижению урожаев за эти годы не обнаружилась. Следовательно, данная категория почв представляет высокоценную часть пахотного фонда региона.
. Эффективность поддерживающего известкования. Хорошо окультуренные почвы характеризуются близкой к нейтральной реакцией и высокой степенью насыщенности основаниями. В условиях промывного водного режима и ослабленного поверхностного стока это обусловливает повышенные инфильтрацнонные потери кальция на фоне кислых минеральных удобрений (А.Н.Небольсин, 1983).
Применение невысоких доз извести, рассчитанных на нейтрализацию используемых в звене полевого севооборота минеральных удобрений, не приводило к существенному изменению кислотно-основных свойств хорошо окультуренной почвы, но заметно влияло на её пита-
тельный режим. На следующий год после внесения извести отмечено повышение содержания минерального азота на 32 %, степени подвижности фосфатов - на 75 % и снижение содержания водорастворимого калия на 31 %. Это обеспечило повышение урожайности озимой пшеницы п клезера на 8 %. Примерно также действовали на урожай средние дозы полного минерального удобрения. Таким образом, поддерживающее известкование хорошо окультуренной почвы способствовало мобилизации соединений почвенного азота и фосфора. Однако сочетание его с минеральными удобрениями понижало оплату последних урожаем в 2 раза.
Эффективность минеральной системы удобрения. Минеральная система удобрения предпочтительна на хорошо .окультуренных почвах по причинам организационного и экономического характера и является наиболее распространённой в производстве. В теоретическом же плане, она не имеет пока комплексно обоснованной научной базы
При определённой разноречивости мнений, большинство уч£'иых склонны считать нерентабельным применение на таких почвах фосфорных и калийных удобрений (Ю.И.Касшдош, 1979; О.В.Сдобников?!, 1985; Л.Н.Небольсин, 1997). Применение азотных удобрений на хороша окультуренных почвах не оценено однозначно до настоящего времени (А.Н.СотПе1с!, 1960; А.В.Петербургскнй, 1970; Н.А.Сапояпигоз, 1973; С.А.Шафраи, 1995; Т.Н.Авдеева, Л.И.Кораблйва, 1996). '
В серии длительных опытов с широким набором полевых культур доказано, что азотные удобрения па хорошо окультуренных почвах обеспечивают весьма устойчивые по годам (12 лет из 13) и высокие прибавки урожая (табл. 3).
Таблица 3
Среднегодовые прибавки урожая от азотных, фосфорных и калийных удобрений в палевых опытах 1987 - 1999 гг.
Культуры Прибавки от доэи удобрения в % к контролю
N60 N110 Роз К<о Р«оК«о РнаКт
Ячмень бессменный 35 63 10 14 10 9
Полевой севооборот «картофель ранний - рожь -езбкла кормовая - овбе -кукуруза - ячмень» » 32 ■ 2 2 б «
Овсяница тростниковая 70 126 • О . 1
• вариант не изучался
Они особенно высоки у интенсивных пропашных культур (41 %) и многолетних злаковых трав (98 %).-Понижение эффективности возможно лишь в редкие для Северо-Запада жаркие вегетационные периоды, благоприятствующие процессам минерализации органического вещества. Напротив, существенное действие фосфорных и калийных удобрений регистрировалось за годы исследований лишь дважды.
Большие различия в эффективности азотных, фосфорных и калий- . ных удобрений согласуются с динамикой питательного режима почвы. Если содержание подвижных и легкоподвижных соединений фосфора и калия находилось в оптимальных параметрах всю вегетацию, то период с достаточной обеспеченностью азотом (100 и более мг/кг) в большинстве лег ограничивался 1-3 неделями. В начале мая только в 1988 и 1997 гг. содержание минерального азота превысило 50 мг/кг.
Уже через 5 дней после внесения N120 (в отдельные годы несколько позднее) содержание нитратного и аммиачного азота увеличивалось в 1,5-3 раза. Вследствие иммобилизации минерального азота, существенное превосходство над неудобренным вариантом сохранялось в большинстве лет не более 1 месяца. Очевидно, в последующем проявлялся эффект "экстра-азота" почвы, потребление которого растениями повышало расчётный коэффициент использования азота удобрения в среднем до 55 %.
Азотные удобрения, особенно в повышенных дозах, способствовали мобилизации высоких потенциальных запасов фосфора и калия почвы. Коэффициент использования фосфора возрастал под влиянием N120 в 1,4, калия - в 1,5 раза.
Моноазотная система удобрения в полевых севооборотах на хорошо окультуренных почвах оказалась и наиболее рентабельной (уровень рентабельности до 373%).
И всё же, указанные, выше закономерности не носят всеобъемлющего характера. В севооборотах, насыщенных интенсивными культурами, удовлетворительную окупаемость могут обеспечивать так же фосфорные и калийные удобрения. В звене кормового севооборота «подсолнечник на силос - люпин - кормовая брюква», при выносе фосфора свыше 100 кг/га, получены прибавки урожая в 10 - 17 % от Р120 - Piso. Ещё эффективнее было применение в овощном севообороте калийного удобрения (рис. 2).
- ' Вариант
Рис. 2. Влияние калийного удобрения на урожайность овощных культур на почвах слабой и хорошей окультуренностн (среднее по 3 культурам)
Урожай: на слабоокультуреннон почве при влажности: 40 - 50% НВ -1, 60 - 75 % НВ - 2; на хорошо окультуренной почве при влажности: 40-50%НВ-3, 60 - 75 % НВ - 4.
Даже при очень высоком содержании в хорошо окультуренной почве подвижного калия (524 мг/кг) прибавки урожая от оптимальных доз калийного удобрения (90 - .180 кг/га) составляли: у свёклы - 11 - 29 , моркови -13 -17, репы -11 - 20 %.
На слабоокультуреннон почве относительные прибавки урожая были значительно выше: 31 - 38, 60 - 120, 125 - 325 %, соответственно, хотя по абсолютной величине oihi не всегда превосходили показатели, полученные на окультуренной почве.
Ожидаемого возрастания роли калия удобрения в условиях почвенной засухи не наблюдалось. Как и другие виды удобрений, калийные при оптимальном водном режиме обеспечивали прибавки урожая на 40 -75 % выше. Регулирование водного режима влияло и на уровень потребления калия из почвы и удобрения аналогично.
Эффективность микроэлементов. В преобладающем большинстве целинные почвы Северо-Западного региона бедны микроэлементами
(Л.Ф.Трифонова; В.А.Макаров, 1969; Р.А.Зу5аков, 1972). За годы химизации сельского хозяйства на значительных площадях обрабатываемых почв произошли заметные положительные изменения (И.А.Иванов, 1989), хотя некоторые важные микроэлементы в процессе окультуривания способны утрачивать подвижност^А.Н.Небольсин, 1983; Б.А.Ягодин, 1984; Н.П.Бипоцкий, 1991).
В серии полевых опытов на хорошо окультуренных почвах с относительно низким содержанием подвижных соединений цинка и марганца по Пейве-Ринькису (0,7 -1,1 и 10,9 -11,3 мг/кг, соответственно) в целом не подтвердилось мнение о целесообразности применения цинка и марганца на нейтральной зафосфаченной почве. Наиболее стабильные результаты получены при внесении микроудобрений в почву на неудобренном фоне (прибавки урожая до 21 %). Применение физиологически кислых минеральных удобрений снижало эффективность применения микроэлементов. Некорневая подкормка ячменя и картофеля сульфатами цинка и марганца была так же неэффективной в большинстве лет исследований. Предпосевное замачивание семян в растворах комплексонатов этих микроэлементов давало обнадёживающие результаты в отдельные годы, но их пока недостаточно для окончательных выводов.
Эффективность органической системы удобрения. Питательные вещества органических и минеральных удобрений для растений равнозначны (Д.Н.Прянишников, 1963; В.Д.Панников, В.Г.Минеев, 1977, 1984). При этом В системах удобрения на слабоокультуренных почвах навоз незаменим, вследствие его положительного воздействия на комплекс агропроизводственных свойств (И.А.Иванов, 1989).
В звене полевого севооборота «пар - рожь - клевер - клевер» на хорошо окультуренной почве органическая (40 т/га навоза) и эквивалентная, по действующему вещесгву минеральная системы удобрения обеспечивали равную продуктивность - 23,1 и 22,8 т кормовых единиц с 1 га. В прямом действии несколько эффективнее были минеральные удобрения, в последействии - навоз. Почти такие же результаты (22,4 т/га) обеспечивало внесение одного азотного удобрения.
Из-за высокой стоимости энергоресурсов рентабельность использования навозной системы удобрения низкая (18 %). При моноазотной системе удобрения рентабельность повышалась до 154 %.
Малые объёмы заготовки навоза и высокая стоимость его внесения ещё долгие годы будут ограничивать применение органических систем
удобрения. К числу возможных источников органического вещества относятся различные промышленно-бытовые отходы, в частности ОСВ. Проведённые исследования показали удовлетворительную агрономическую эффективность этого удобрения. Внесение под овсяницу луговую 20 - 80 т/га среднезагрязнённого тяжёлыми металлами ОСВ города Великие Луки повысило содержание минеральных соедтдатй азота з среднем на 44 %, подвижного фосфора - на 17 %, понизило содержание обменного калия на 10 %. Среднегодовые прибавки урожая колебались от 11 до 24 % в зависимости от доз удобрения. В первые два года они достигали 120 %. Последействие ОСВ ограничивалось двумя годами. Овсяница использовала из ОСВ 20 - 33 % азота и 4 -14 % фосфора. Коэффициент использования калия превысил 100 %, что свидетельствует о мобилизации почвенных запасов этого элемента под влиянием вносимого удобрения.
Основная проблема в использовании ОСВ на удобрение - высокое содержание в них тяжёлых металлов. Применение в опыте 60 - 80 т/га осадка привело к превышению ПДК подвижных соединений меди и хрома в почве. Поэтому широкое использование ОСВ невозможно без решения многих технологических проблем на стадии его получения.
4. АГРОЭКОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ СИСТЕМЫ УДОБРЕНИЯ НА ХОРОШО ОКУЛЬТУРЕННЫХ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ ПОЧВАХ
4.1. Влияние системы удобрения на качество сельскохозяйственной продукции
Применение на дерново-подзолистых почвах удобрений в научно обоснованных дозах способствует оптимизации условии для протекания биохимических процессов в растениях, а соответственно, и повышению качества продукции (Н.С.Авдонин, 1966; Т.И.Иванова, 1972; Н.А.Са-пожников, М.Ф.Корнилов, 1977). Можно предполож?ггь,что для хорошо окультуренных почв с их специфичным питательным режимом не исключаются и иные закономерности. Отрицательно может сказаться не только избыток азота, но и повышение концентрации фосфора и калия (Л .И.Кораблёва, Т.Н.Авдеева, 1991; В.Я.Тихомярова, 1996).
Минеральная система удобрения. Среди причин ухудшения качества продукции чаще выступает несбалансированность питания отдельными элементами и, в первую очередь, избыток азота. Исходя из этого, рекомендованная выше минеральная моноазотная система удобрения может оказаться экологически рискованной.
Обобщите данных полевых опытов с минеральными удобрениями показало, что риск получеши экологически неблагополучной продукции на хорошо окультуренных почвах очень низок. Так как они обладают комплексом благоприятных свойств, то даже определённый избыток питательного элемента, например азота, ведёт не к нарушению биосинтеза, а к более шггенсивному потреблению других элементов и к усилению накопления биомассы.
Повышение содержания сырого протеина под влиянием азотного удобрения отмечалось в основной продукции всех культур полевых севооборотов (кроме кормовой свёклы): в зерне ржи, ячменя и овса - на 4 -16 , в картофеле - па 42, в зелёной массе кукурузы - на 13, овсяницы - на 10 %. При этом, у большинства культур (особенно у свёклы) наблюдалось и обогащение продукции нитратами, хотя ни в одном из вариантов ПДК последних не были превышены. В продукции кормовых культур отмечено снижение содержания клетчатки на 4 - 8 % и кальция - на 13 -16 %.
Под действием минеральной системы удобрения на хорошо окультуренной почве отмечено снижение крахмалистости картофеля (отчасти и зерна). Минимальные показатели содержания крахмала соответствовали варнашу NK. Вкусовые качества клубней картофеля под влиянием азотного удобрения изменялись незначительно.
Кроме этого, в исследованиях нами отмечено положительное действие калийного удобрения на качество овощной продукции. Оно заключалось в повышении сахаристости корнеплодов с 8,0 до 8,3% на слабо-окультуренной и с 8,3 до 8,8 - на хорошо окультуренной почве, а также в уменьшении загрязнения последних нитратами. Среднее содержание N03 в вариантах NP й NPK составляло: у столовой свёклы - 551 и 436, у моркови - 205 и 180, репы - 152 и 128 ыг/кг, соответственно.
Микроудобрения, Цинк и марганец играют важную роль в биохимических процессах в растении. Поэтому во многих работах указывается на положительное их влияние на качество сельскохозяйственной Г! po-
ll
дукции (М.Я.Школьник, 1974; Я.В.Пейве, 1975; Б.А.Ягодин, 1984; M.J.Webb, 1988).
Исследования на хорошо окультуренных почвах (12 опыто-лет) не выявили существенного воздействия цинка и марганца в рассматриваемом направлении. Они несколько ослабляли негативное действие минеральных удобрений на крахмалистость картофеля.
Поддерживающее известкование не изменило существенно питательную и кормовую ценность выращиваемой на хорошо окультуренной почве продукции. Наблюдавшиеся тенденции отражали характер его воздействия на азотный, фосфатный и калийный режимы. Суть их заключается в незначительном повышении содержания сырого протеина в зелёной массе клевера, а также фосфора и каротина. Напротив, доля калия в составе золы снижалась на 12 - 16 %.
Органическая система удобрения. Использование органических удобрений считается одним из условий получения качественной сельскохозяйственной продукции (Н.А.Сапожников, М.Ф.Корьилов, 1977; М.И.Хмоленко, 1994).
В полевом опыте в звене севооборота как навозная, так и минеральная системы удобрения обеспечивали получение качественной, экологически чистой продукции. Их влияние на качество проявлялось на хорошо окультуренной почве в ослабленном виде. Отмечено повышение содержания протеина в зерне ржи на 5 -10 % и в соломе на 17 - 28 % при снижении крахмалистости 3epjra на 2 - 3 %.
Близким было и их последействие на клевере, заключавшееся в снижении на 3 - 6 % содержания сырого протеина, в основном за счёт большего внедрения в травостои удобренных вариантов несеяных трав, а также в снижении на 3 - 7 % содержания сырой клетчатки.
Существенные экологические проблемы возникали при необоснованном повышении доз ОСВ (в нашем исследовании сверх 40 т/га). В год внесения этого удобрения в дозах 60 - 80 т/га отмечено превышение ПДК по содержанию никеля, хрома и кадмия в зелёной массе овсяницы. Со второго года исследований различия в микроэлементом составе продукции заметно сглаживались, а в последующем практически исчезали.
Заблаговременность внесения, подбор культур и строгая регламентация доз - обязательные условия, без выполнения которых использова-
ние ОСВ даже с нормированным содержанием тяжёлых металлов на удобрение недопустимо.
4.2. Влияние системы удобрения на агрохимические свойства хорошо окультуренных дерново-подзолистых почв
Хорошо окультуренные почвы представляют, своего рода, стратегический резерв любого землепользователя. Поэтому научное обоснование методов воспроизводства их плодородия имеет важное народнохозяйственное значение. Решение этой проблемы осложнено спецификой данного нриродно-антропогенного объекта. С одной стороны, окультуренная почва обладает повышенной буферностъю, а значит, и сопротив-. ляемосгью сдвигу достигнутых показателей, с другой, её агрохимические свойства постоянно тяготеют к исходному генетическому состоянию.
Изменение кислотно-основного состояния. В условиях производства хорошо окультуренные почвы использую гея весьма интенсивно, а это повышает и продуктивные, и непродуктивные потери кальция (Э.М.Тур-бас, 1973; Л.М.Державин, 1988). Создаются предпосылки для ускоренной деградации их кислотно-основного состояния.
Среди условий, определяющих характер процесса изменения кислота о-основных свойств почвы, в полевых опытах были: химический состав материнских пород, интенсивность применения удобрений и тип системы удобрения, исходные показатели названных свойств. Интенсивное применение минеральных удобрений привело к весьма существенным негативным последствиям для дерново-подзолистой почвы овощного севооборота, сформировавшейся на кислой алюмосиликатной морене. При среднегодовом выносе 120 - 240 кг/га кальция за 4 года рНка понизился на 0,83 единицы в пахотном слое и на 0,13 - в подпахотном, сумма обменных оснований - на 4,38 и 0,71 мзкв/ЮОг, соответственно ( табл. 4). Вследствие меньшего выноса кальция и магния урожаями и сокращения инфильтрационных потерь, в режиме почвенной засухи процессы подкисления существенно замедлялись.
Намного выше буферная способность у остаточно-карбонатной почвы. При среднегодовом выносе кальция в 68 - 100 кг/га, за 12 лет р!1ш в удобренных вариантах снизился на 0,33 единицы в пахотном
Таблица 4 ■
Влияние систем удобрения на кислотно-основные свойства
хорошо окультуренных дерново-подзолистых почв (над чертой - данные в начале, под чертой - в конце опыта)
Варианты опыта Глубина, см РН Нобм | А1 | Нг | Б V, % А1 Нобм Нг Нобм
№0 1 КС1 мэкв/ЮОг
Дерново-подзолистая (обычная 1 почва - овощной севообо рот
№20Р90К90 0-24 7.38 6,14 605 5,34 0Л.5 0,23 0,06 0,15 3,05 4,93 12.11 7,60 80 61 0,40 0,65 21 21
24-50 5.71 5,60 Ш 5,07 0.09 0,10 0,04 0,05 2.40 2,57 5.31 4,72 69 65 0.44 0,50 27 26
Ы120Р90К270 0-24 7,36 5,99 6,10 5,26 0.16 0,29 0.07 0,18 3.05 5,15 1Ш 7,72 82 60 0.44 0,62 12 18
24-50 5.68 5,47 5.15 5,02 0.09 0,11 0.07 0,07 2.24 2,70 111 4,77 69 64 0.44 0,64 25 24
Дерново-подзолистая (остаточно-карбонатная) почва - зернопропашной севооборот
0 0-22 7.17 6,82 6.35 6,01 0.10 0,12 0.03 0,05 1.82 1,96 9.45 7,32 М 79 0.30 0,42 13 16
22-40 7.10 7,05 6.22 6,01 0.10 0,11 0.02 0,03 1.30 1,21 Ш 5,62 82 82 • £20 0,27 12 .11
N120 0-22 7.20 6,67 6.40 5,95 0.10 0,12 0.03 0,06 1.85 1,94 8.70 7,10 83 79 0.30 0,50 19 16
22-40 7,12 7,08 6.29 6,18 0.08 0,08 0.02 0,03 1,51 1,36 5.83 5,33 22 80 0.25 0,38 12 17
МгоРьоКбо 0-22 7.03 6,37 6.20 6,06 0.09 0,10 0.04 0,05 2.00 1,92 7.43 7,30 79 77 0,44 0,50 22 19
22-40 6.90 6,63 6.10 6,00 0.11 0,12 0,03 0,04 1,69 1,54 5.58 5,60 77 78 0.27 0,33 15 13
слое и на 0,14 - в подпахотном, сумма обменных оснований - на 1,26 и 0,24 мэкв/ЮОг, соответственно. Такое ухудшение важных показателей почвенного плодородия так же нельзя считать экологически безопасным.
Деградационные процессы, наблюдающиеся и в вариантах. без применения удобрений, сопровождались опережающим возрастанием актуальной кислотности и относительной доли подвижного алюминия в составе обменной.
Обобщение полученных данных позволяет сделать прогноз изменения кислотности хорошо окультуренных почв Северо-Запада России в зависимости от характера их хозяйственного использования. Если в хозяйствах региона и впредь будет преобладать минеральная система удобрения, то период снижения рНка с современного уровня (6,4) до критического (5,5) займет от 32 лет у остаточно-карбонатных почв поле-
вых севооборотов до 5 лет у обычных дерново-подзолистых почв интенсивных овощных севооборотов.
Изменение гумусного состояния. Хорошо окультуренные почвы характеризуются повышенным содержанием гумуса. Его поддержание требует внесения на 1 га не менее 10 - 20 т навоза, в зависимости от исходных параметров гумусированности, интенсивности использования почвы и её гранулометрического состава (А.Н.Небольсин, З.П.Небольсина, 1983; Л.М.Державин, 1983; В.А.Васильев, 1984). Изменение же гумусного состояния почв под влиянием минеральной системы удобрения оценивается весьма неоднозначно (В.Н.Ефимов, А.И.Осипов, 1982; ИАЛаврова, 1992; Л.К.Шевцова, 1998).
Многолетние исследования в зернопропашном севообороте показали, что при интенсивном использовании хорошо окультуренных почв, как в неудобренном варианте, так и на фоне минеральной системы удобрения, происходит быстрое снижение содержания гумуса. За две ротации (12 лет) последнее снизилось: в варианте без удобрений - с 2,70 до 2,45 %, в варианте N120 - с 2,68 до 2,36 %, в варианте NuoPmKm - с 2,60 до 2,38 %, или по 0,018 - 0,027 % в год. Фактическое снижение составляло 21 - 32 % от расчётных величин, так как часть азота растения использовали из подпахотных горизонтов. Это подтверждено достоверным снижением содержания гумуса в горизонте АгВ. Усиление минерапиза-циоиных потерь гумуса было свойственно лишь варианту с длительным односторошшм внесением N120.
Во всех вариантах опыта отмечалось и существенное ухудшение качественного состава гумуса (табл. 5).
Таблица 5
Изменение фракционного состава гумуса хорошо окультуренной дерново-подзолистой почвы за две ротации севооборота (12 лет)
Варианты опыта Собщ., % к почве Содержание в % к Собщ. Сгк Сфк
ГК ФК сумма фракций НО
0 1.59 1,44 33.3 31,6 30.5 32,5 63.8 64,1 36.2 35,9 Ш 0,97 ] ,1.4 0,87
N120 L51 1,39 34,9 29.6 30.7 33,9 65.6 63,5 34.4 36.5
NizoPmKso L53 1,40 34,4 29,6 31.3 34.4 . 65.8 . 64,0 М2 36,0 1.10 0.R4
Относительная доля гуминовых кислот сократилась на 5 - 12 %, главным образом за счёт ГК-1 и ГК-3. Доля фульвокислот возросла на 7 - 10 % (преимущественно за счёт агрессивной фракции 1а). Произошло сужение отношения гуминовых кислот к фульвокислотам.
Сохранение исходных показателей гумусного состояния почвы обеспечивала органическая система удобрения со среднегодовым внесением на 1 га 10 т навоза.
Таким образом, гумусное состояние хорошо окультуренных почв недостаточно устойчиво. Вероятно, это связано со значительным участием в составе гумуса легкоминерапизующихся органических веществ (Э.Шульц, М.Кёршенс, 1998). На фоне минеральных систем удобрения снижение содержания гумуса с современного уровня (2,4 %) до критического (2,2 %) может произойти за 7 - 11 лет.
Изменение азотного, фосфатного и калийного состояния происходило в соответствии с балансом названных элементов питания (табл. 6).
Баланс азота складывался с дефицитом даже в удобренных вариантах, вследствие получения высоких урожаев, и его валовое содержание за 12 лет снизилось на 8 - 10 %. В варианте без удобрений оно сократилось более чем на треть. Ещё значительнее снижалась нитрифика-ционная способность почвы.
В отсутствие удобрений содержание легкогидролизуемых азотсодержащих соединений сокращалось на 23 %. Внесение N120 предотвращало потери легкогидролизуемого азота, очевидно, в результате формирования большей массы пожнивно-корневых остатков.
Общие потери азота 40-сантиметровым слоем почвы составляли 0,4 т/га в удобренных вариантах и 2 т/га в контрольном. В последнем случае они опережали потери углерода, что привело к обеднению гумуса азотом (доля его снизилась с 6,4 до 4,3 %).
Более благоприятная динамика азотного состояния окультуренных почв регистрировалась в 4 - 5-летних опытах с многолетними травами.
В литературе представлены обширные данные по проблемам формирования фосфатного фонда почв. Напротив, информация о деградации фосфатного состояния крайне ограниченная (С.Ф Полунин, 1987; А.Н.Небольсин, 1997).
Результаты наших исследований указывают на весьма высокую буферную способность хорошо окультуренных зафосфаченных почв в
Таблица 6
Изменение азотного, фосфатного и калийного состояния хорошо окультуренной
дерпово-подзолистой почвы за дзе ротации севооборота (12 лет) _(над чертой - данные в начале, под чертой - в конце опыта) _
Баланс N. мг/кг Р2О5, мг/кг КгО, мг/кг
Варианты опыта Глубина, ' см 1ЧРК, кг/га валовой легя>- гн-драта-зусмый нитряфн-БШИОХНЗХ С2СССбЯ0С7Ъ минеральный галоэой подвижный рыхло-евюая-ный валовой подвижный лепсорас-творикьй
0 0-22 -1140 1740 138 11 30 2290 590 22 23050 493 193
-466 1150 106 22 20 ' 2150 575 35 22480 290 54
22-40 -1685 Ш 42 10 1280 422 Л 22070 196 72
720 31 4 23 1250 450 8 21890 140 51
N1» 0-22 -360 1690 ш 39 39 2380 624 42 22960 499 ш
-637 1650 133 29 30 2030 553 29 22240 255 52
22-40 -2307 760 28 5 2 1330 413 12 21980 187 72
720 39 6 30 1300 405 10 21680 130 40
МиоРмКбо 0-22 -300 1670 111 38 40 2250 591 38 22930 422 176
84 1600 128 30 33 2170 540 37 22430 265 48
22-40 -1565 780 12 5 12 1260 392 12 21710 120 70
750 41 б 28 1280 383 10 21660 138 42
отношении подвижных фосфатов. Относительно существенные, потери почвенного фосфора происходили лишь на фоне моноазотной системы удобрешш (по 6 мг/кг подвижной Р2О5 ежегодно), но и они составляли только третью часть расчётной величины. Убыль наблюдалась по всем фракциям активных минеральных фосфатов (меньше других - фракции кальщшфосфатов).
Буферные свойства окультуренной почвы базируются на процессах взаимопревращений соединений почвенного фосфора и, в частности, на минерализации фосфорсодержащего органического вещества. За две ро-тащш содержание органического фосфора в пахотном слое снизилось на 11 - 35 %, в результате а варианте N120 произошло обеднение гумуса фосфором.
Процессы, ведущие к изменению калийного состояния почв, вероятно, крайне сложны, так как и по сегодняшний день трактуются весьма противоречиво (Э.А.Бабарина, 1991, 1992; В.Н.Якименко, 1995; А.Н.Небольсин, 1997; В.В.Прокошев, 1998).
Изучаемые нами системы удобрения не обеспечивали положительного баланса калия, поэтому ухудшение калийного состояния почв регистрировалось во всех опытах.
В зернопропашном севообороте при среднегодовом дефиците баланса в 130 - 192 кг/га за 12 лет содержание водорастворимого калия снизилось в 3,6 - 3,8 раза, подвижного - на 37 - 49 %, необменного - на 16-31 %. В отличие от азота и, тем более, фосфора, деградационные процессы существенно затронули и подпахотный горизонт.
Еще более острая ситуация сложилась в овощном севообороте, где вынос калия урожаями был намного выше. Содержание его почвенных соединений в вариантах с искусственными поливами снизилось: водорастворимых - в 2,5 - 4 раза, подвижных - в 2,8 - 5,2 раза, необменных -на 10 - 52 %. В условиях почвенной засухи, когда урожаи овощных культур сильно снижались, замедлялись и деградационные процессы, хотя и в этом случае содержание подвижного калия уменьшалось в 1,7 - 2,9 раза. По представлениям Т.А.Соколовой с соавторами (1999), это могло быть связано не только с высоким выносом калия, но и с повышенной гумусированностъю почвы (обменный калин органических коллоидов способен к ускоренной десорбции). Большие потери подвижного калия вероятны и вследствие постоянного возделывания калиефильных куль-
тур. Калийный потенциал почвы в таких условиях лимитировал восстановительные процессы.
Полученные данные позволяют спрогнозировать последствия длительного отказа от удобрений или использования моноазотной системы удобрения. В полевых севооборотах на хорошо окультуренных почвах ухудшение показателей азотного, фосфатного и калийного состояния до критических величин (азот легкогидролизуемый - 50, фосфор и калий подвижные - 150 мг/кг) может произойти за период, соответственно, 7, 38и8-Влет.
Изменение содержания тяжёлых металлов. В науке нет единого мнения относительно возможности загрязнения почв тяжёлыми металлами за счёт традиционных видов органических и минеральных удобрений (В.Г.Минеев, 1990; А.А.Попова, 1991; М.М.Овчаренко, 1995; Л.С.Кузьмич, 1998; Н.К.Сидореикова, 1999).
В полевых опытах отмечена тенденция к повышению содержания подвижных соединений цинка и марганца на фоне минеральных систем удобрения, вероятно, вследствие подкисляющего действия последних. Это явление следует рассматривать как позитивное, ибо при этом содержание данных микроэлементов достигало оптимальных параметров.
Экологические последствия применения ОСВ были намного существеннее. Содержание подвижных соединений тяжёлых металлов закономерно возрастало по мере повышения доз удобрения, как правило, достигая максимума на следующий год после внесения. Превышение ПДК зарегистрировано по меди и хрому при дозах осадка 60 - 80 т/га. На третий год после их применения содержание тяжёлых металлов снижалось до безопасных пределов, хотя и продолжало коррелировать с дозами удобрения.
5. ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ И ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ФОРМИРОВАНИЯ И СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ХОРОШО ОКУЛЬТУРЕННЫХ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ ПОЧВ
Отношение учёных к проблеме формирования хорошо окультуренных почв Меняется с учётом экономической ситуации. Более устойчивой и объективной может стать агроэнергетическая оценка процесса окультуривания, позволяющая выразить всё разнообразие живого и ове-
ществлённого труда в единых показателях. Однако, методическая основа такой оценки пока разработана недостаточно. Г.А.Булаткин (1986) предлагает вести расчёты затрат энергии на оптимизацию каждого показателя плодородия в отдельности, что с почвенно-агрохимических позиций вызывает серьёзные возражения.
Автором сделана попытка оценки агроэнергетической и экономической эффективности окультуривания на основе фактической научной информации об изменении почв и затратах энергии за 30-летний период. В качестве объектов изучения использованы обычная и остаточно-карбонатная дерново-подзолистые почвы (раздел 2 автореферата). Особенностью использованной методики является то, что в расчёты включалась лишь та часть затрат, которая обусловливает расширенное воспроизводство плодородия. Было исключено дублирование одних и тех же затрат на улучшение разных свойств почвы.
Полученные данные подтверждают, что окультуривание дерново-подзолистых почв - высокозатратный процесс. Формирование 1 га хорошо окультуренных почв потребовало использования 249 - 374 ГДж энергии (8,5 - 12,8 т условного топлива) или 31,2 - 47,9 тыс. руб. в денежном выражении. Современные собственники сполна оценивают отпускаемую сельскому хозяйству энергию, значительная часть которой сформирована беззатратными для человека природными процессами. Поэтому в структуре и энергетических, и материально-денежных затрат основная доля приходится на удобрения, технику и горюче-смазочные материалы (рис. 3).
И всё же, фотосинтез, как наиболее эффективная природная система аккумуляции энергии солнца, почти троекратно компенсировал поток антропогенной энергии на технологический процесс и поддержание плодородия почвы (энергетический коэффициент - 2,8). 30-летние затраты энергии окупаются за 5 лет.
Вследствие значительного диспаритета цен на промышленную и сельскохозяйственную продукцию, окупаемость материально-денежных затрат по окультуриванию растягивается до 8 лет.
Финансовые затраты
Рис. 3. Распределение энергетических и финансовых затрат на формирование 1 га хорошо окультуренных почв
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ
1. Хорошо окультуренные почвы Северо-Запада России характеризуются высоким потенциалом плодородия. В среднем по Псковской об. ласти в начале 9.0-х годов о«и имели следующие агрохимические показатели: рНкс! - 6,4, гумус - 2,4 %, легкогидролизуемый азот - 72, подвиж-
ный фосфор - 380, калий - 310 мг/кг. Продуктивность полевого севооборота на такой почве без применения удобрений составляла 5 т зерновых единиц с 1 га в среднем за 13 лет.
2. Состав и свойства хорошо окультуренных почв определяются генетическими Особенностями и объемами окультуривающих факторов. При небольших различиях в системах удобрения в последнее 30-летие, остаточно-карбоиатная окультуренная почва отличалась (в лучшую сторону) от обычной: по рНка - на 0,91 ед., содержанию гумуса - на 0,69 %, легкогидролизуемого азота - на 17, подвижного фосфора - на 301, обменного калия - на 203 мг/кг.
3. Формирование хорошо окультуренных почв обусловлено ослаблением подзолообразовательного и усилением дернового процесса. В изученных объектах мощность перегнойно-аккумулятивного горизонта возрастала, относительно целинных аналогов на 6 - 16 см, а подзолистого уменьшалась на 4 см. Отмечено опускание нижней границы оподзо-ленных горизонтов на 12 - 29 см и ослабление морфологических признаков сезонного переувлажнения почвенного профиля.
4. Ослабление подзолообразования на фоне вторичного насыщения почв карбонатами ведёт к снижению всех видов кислотности, повышению степени насыщенности основаниями на 14 - 30 %, уменьшению доли активного алюминия в составе обменной кислотности на 12 -16 %. Этот процесс в годы интенсивного известкования почв весьма динамичен и по скорости опережает темпы оптимизации других агрохимических свойств.
5.Улучшение гумусного состояния дерново-подзолистых почв до параметров хорошей окультуренности требует большого количества исходных гумусообразователей. 30-летнее повышение содержания гумуса в пахотном слое на 0,4 - 0,7 % произошло в результате среднегодового внесения на 1 га 24 - 29 т навоза. При этом содержание фракций гумнно-вых кислот возрастало на 11 - 28 %, а фульвокислот - снижалось на 14 -42 %. Содержание азота в составе гумуса повышалось с 4,4 - 5,4 до 5,3 -6 %. Гумус хорошо окультуренных почв стал относиться к фульватно-гумат-ному типу (отношение Сгк : Сфк составило 1,03 - 1,12).
6. Азотное состояние дерново-подзолистых почв в процессе окультуривания существенно улучшается (увеличивается на 42 - 72 % содержание общего азота, а легкогидролизуемого в 1,8 - 2,6 раза). Процессы
нитрификации лимитируются недостаточно благоприятными гидротер-
»
мическими условиями. В результате, в большинстве лет на хорошо окультуренных почвах обеспечивается высокая эффективность азотного удобрения.
7. Фосфатное и калийное состояние хорошо окультуренных почв благоприятное. В сравнении с целинными аналогами, они содержат больше - валового фосфора - на 20 - 150 и калия - на 9 -11 %; подвижного фосфора - в 1,2 - 2,7 и калия - в 2,5 -.4,1 раза. Это создаёт предпосылки для внедрения ресурсосберегающих систем удобрения.
8. Ресурсосбережение на основе сокращения использования на хорошо окультуренных почвах фосфорных и калийных удобрений затруднено отсутствием конкретной информации о фосфатной и калийной ёмкости этих почв. Необходимо изменение методики работы агрохнмслужбы и уточнение агрохимической классификации почв с учётом реального уровня накопления остаточного фосфора и калия удобрений (от 250 до 2850 мг/кг).
9. Окультуривание дерново-подзолистой почвы сопровождается накоплением не только азота, фосфора и калия, но и микроэлементов, особенно подвижных их соединений. Исключение в объектах исследования составляли подвижные соединения марганца, содержание которых при окультуривании снижалось на 25 %.
10. Содержание большинства тяжёлых металлов в хорошо окультуренных почвах несколько выше, чем в целинных, но многократно ниже предельно допустимых концентраций.
11. Вследствие специфики азотного режима окультуренных дерново-подзолистых почв легкосуглинистого гранулометрического состава, определяющейся, вероятно, ослабленностью микробиологических процессов минерализации гумуса, на них высока эффективность азотных удобрений. Средние прибавки урожая от внесения N120 превысили 30 %. Азотное удобрение повышало использование фосфора и калия почвы от 17 до 200%. Его оптимальные дозы (60 - 120 кг/га) обеспечивали уровень рентабельности системы удобрения в 352 - 380 %.
12. Высокообеспеченные фосфором и калием хорошо окультуренные почвы могут обеспечивать потребность большинства полевых культур в этих элементах в течение 10-13 лет. Достоверные прибавки урожая от фосфорных и калийных удобрений (10 -17 и 9 - 29 %, соответственно) регистрировались только в интенсивных кормоаых и овощных се-
вооборотах при среднегодовом выносе фосфора более 100, а калия - 300 - 800 кг/га.
13. Внесение в хорошо окультуренные почвы цинковых и марганцевых удобрений было оправданным только на неудобренном фоне (прибавки урожая 21-22 %). В сочетании с макроудобрениями они были малоэффективными, несмотря на невысокую обеспеченность почв подвижными соединениями цинка и марганца. Вероятно, это связано с подкисляющим действием минеральных удобрений, ведущим к повышению подвижности их соединений.
14. Поддерживающее известкование хорошо окультуренных почв оправдано. Внесение 2 т/га СаСОз приводило к непродолжительному (на I год) повышению нитрификационной способности почвы и степени подвижности фосфатов, что обеспечило повышение продуктивности звена севооборота на 8
15. Навозная и эквивалентная по ОТК минеральная системы удоб-ретш обеспечивали примерно равную окупаемость - 5,1 - 5,8 кормовых единиц на 1 кг д.в. Значительно эффективнее было применение одностороннего азотного удобрения: на 1 кг д.в. получено 15 кормовых единиц, а уровень рентабельности составил 154 %.
16. Хорошо окультуренные почвы обладают комплексом благоприятных агропроизводственных свойств, поэтому влияние удобрений на качество выращиваемой на них продукции сглаженное и связано, в основном, с действием азота, а у овощных культур - и калия. Внесение N120 повышало содержание протеина на 4-42 %, несколько снижало содержание клетчатки, крахмала и кальция. Возрастала и концентрация нитратов (в пределах допустимых величин). Использование калийного удобрения заметно снижало загрязнение овощей нитратами.
17. Использование на хорошо окультуренной почве как навозной, так и минеральной системы удобрения обеспечивало получение качественной, экологичной продукции. Недопустимое ухудшение качества происходило при внесении высоких (60 - 80 т/га) доз ОСВ, в результате чего в год внесения в зеленой массе овсяницы были превышены допустимые концентрации никеля, хрома и кадмия.
18. Моноазотная минеральная система удобрения, обеспечивая высокую агроэкономическую эффективность, при длительном использовании ведёт к деградации хорошо окультуренных почв.
19. Темпы деградации кислотно-основного состояния хорошо окультуренных почв определяются их генезисом, интенсивностью применения удобрений и уровнем выноса кальция и магния урожаями. В обычной дерново-подзолистой почве овощного севооборота подкисле-ние происходило в 7 - 10 раз быстрее, чем в остаточно-карбонатной полевого севооборота. Сохранение исходного уровня кислотно-основных свойств почвы обеспечивали навозная система удобрения и поддерживающее известковатге.
20. Гумусное состояние хорошо окультуренных почв весьма неустойчиво. На фоне минеральной системы удобрения за 12 лет содержание гумуса снижалось на 0,22 - 0,32 %; ухудшался его качественный состав: относительная доля ГК сократилась на 5 -12 %, а ФК увеличилась на 7 -10%
21.12-лстний огказ от удобрений привёл к снижению содержания общего азота на 37 %, легкогидролизуемого - на 23 %; понизилась его доля в составе гумуса с 6,4 до 4,3 %. Ежегодное внесение N120 замедляло деградацшо, но-не предотвращало её полностью. Благоприятствующими факторами выступали органические удобрения и посевы многолетних трав.
22. Фосфатное состояние хорошо окультуренных почв относительно устойчивое. При дефиците баланса фосфора за 12 лет от 466 до 673 кг/га среднегодовое снижение содержания подвижных фосфатов составляло 2-6 мг/кг. Поэтому на таких почвах допустим весьма длительный отказ от фосфорных удобрений.
23. Буферная способность хорошо окультуренных почв высока и относительно подвижного калия, но вследствие большого его потребления растениями, среднегодовые потери в полевом севообороте составляли 12-21 мг/кг, а в овощном - даже 43 - 83 мг/кг. При этом происходило снижение содержания и других соединений калия как в пахотных, так и подпахотных слоях.
24. Использование минеральных и навозной систем удобрения не привело к существенному накоплению тяжёлых металлов в почве. Опасность представляло внесение высоких (60 - 80 т/га) доз ОСВ, приведшее к превышению ПДК подвижных соединений меди и хрома.
25. Использование мшшралыюй системы удобрения с преимущественной ориентацией на азот, а также полный отказ от удобрений ведут к утрате категории хорошо окультуренных почв. В зависимости от генс-
тнческих особенностей почвы и уровня интенсивности земледелия, это может произойти в период времени по показателям: кислотности от 5 до 32, гумуснровашюсти - от 7 до 11, содержания подвижного фосфора - до 38, калия от 2 до 13 лет.
26. Энергетические затраты на формирование 1 га хорошо окультуренных почв составляли 249 - 374 ГДж, что эквивалентно 8,5 - 12,8 т условного топлива. Они окупались валовой энергией сельскохозяйственной продукции за 5 лет. Из-за диспаритета цен на промышленную и сельскохозяйственную продукцию окупаемость материально-денежных затрат происходило медленнее - за 8 лет.
РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ
1. Хорошо окультуренные дерново-подзолистые почвы представляют для сельского хозяйства особую ценность и как стратегический резерв, и как фактор интенсификации земледелия. Их формирование, окупающееся и в настоящее время, оправданнее приурочивать к периодам благополучной экономической ситуации.
2. В условиях экономического кризиса в полевых севооборотах на хорошо окультуренных почвах допустимо ограниченное по времени использование ресурсосберегающей моноазотной системы удобрения с учётом факпгческого уровня гумусированности, фосфатной и калийной' ёмкости последних. Для получения объективной информации о запасах подвижных соединений фосфора и калия агрохимслужба должна оценивать почвы 6-ой группы не абстрактным показателем «более 250 мг Р2О5 или К2О на 1 кг», а конкретной абсолютной величиной.
3. Агрономическая эффективность минеральных и органических систем удобрения на хорошо окультуренных дерново-подзолистых почвах примерно одинакова. Использование органических систем удобрения (10 т/га навоза в год) и поддерживающего известкования (2 т/га СаСОз через 3-4 года) необходимо для сохранения их плодородия.
Список работ, опубликованных по теме диссертации
1. Применение удобрений на зафосфаченно-закалиенных почвах // Сб. Трудов 5-ой обл. науч.-прозв. конф. Псков : 1988. - С. 250 - 252 (а со-авт).
2. Как заставить работать удобрения // Нечерноземье. - 1989. - № 6. - С. 13 -14 (в соавт.).
3. Эффективность удобрений на дерново-подзолистых почвах с очень высоким содержанием фосфора и калия // Агрохимия. - 1991. -№5.-С. 17-21 (всоавт.).
4. Использование высокообеспеченных питательными веществами дерново-подзолистых почв // Химизация с.-х. - 1991. - № 8. - С. 83 - 84,
5. Effectiveness of fertilizers applied to sod-podzolic soils containing high levels of phosphorus and potassium H Soviet Soil Science. -1991. - V. 29.
9. -P. 13 -18 (всоавт.).
6. Совершенствование агрохимической классификации почв // Химизация с.-х. - 1991. - № 12. - С. 24 - 25.
7. Химический состав вегетирующих растений как диагностический показатель потребности в элементах питания // Тез. докл. науч.-произв. конф. Великие Луки : 1992. - С. 6 - 8 (в соавт.).
8. Основные направления повышения эффективности использования зафосфаченно-закалиенных дерново-подзолистых почв // Тез. докл. науч.-произв. конф. Великие Луки : 1992. - С. 8 - 9.
9. Оптимизация условий питания полевых культур на дерново-подзолистых почвах с высоким содержанием фосфора и калия / Авто-реф. дисс.... канд. с.-х. наук, С.-Петербург - Пушкин, 1993. - 15 с.
10. Роль азота фосфора и калия в питании сельскохозяйственных культур на зафосфаченно-закалиенных почвах // Тез. докл. 31 межвуз. науч.-прагст. конф. Великие Луки : 1994. - С. 21 - 22 (в соавт.).
11. Зафосфаченно-закалиенные почвы Северо-Запада как объект агрозкологнчеекого мошггсрннга // Химия в с.-х. - 1994. - № 2. - С. 24 -25 (в соавт).
12. Применение удобрений на дсриово-гюдзолистых почвах с высокими запасами фосфора и калия // Атро?агмия. - 1996. - № 4. - С. 9 - 14 ( е соавт.).
13. Утилизация осадка сточных под // Псковский ЦНТИ, 1996. -№ 92. - 4 с (в соавт.).
14. Использование осадка сточных вод в качестве органического удобрения // Псковский ЦНТИ, 1996. - № 93. - 3 с.
15. Исследования по содержанию калил в пахотных почвах // Псковский ЦНТИ, 1996.110.-3 с.
16. Калийный фонд пахотных почв Псковской области // Химия в с.-х. - 1997. - № 4. - С. 38 (в соавт.).
17. К вопросу об экологичносш интенсивного окультуривания дерново-подзолистых почв и их дальнейшего сельскохозяйственного использования / Проблемы природопользования и экологического воспитания и образования. Великие Луки : 1997. - С. 33 - 37 (в соавт.).
18. Эффективность азотных, фосфорных и калийных удобрений на почвах с высоким содержанием подвижных форм фосфора и каши / Биологическая и техническая интенсификация сельскохозяйственного производства. Великие Луки : 1997. - С. 58 - 59 (в соавт.).
19. Экологические проблемы применения фосфатов на окультуренных дерново-подзолистых почвах / Проблемы приро до пользования и экологического воспитания и образования. Великие Луки : 1998. - С. 132 -134.
20. Экологические основы систем удобрения на окультуренных дерново-нодзолнстых почвах / Проблемы природопользовашш и экологического воспитания и образования. Великие Луки : 1998. - С. 134 - 136 (в соавт.).
21. Почвы Псковской области и их сельскохозяйствешюе использование. Великие Луки : ВГСХА, 1998. - 264 с. (в соавт.).
22. Влияние окультуренности дерново-подзолистой почвы и ей водного режима на эффективность калийных удобрений // Агрохимия. -' 1998. - С. 132- 134.
23. Особенности удобрения зерновых на окультуренных дерново-подзолисшх почвах с высокими запасами фосфора и калия // Зерновые культуры. - 1998.-№ 3. - С. 20 - 21.
24. Перспективы удешевлешы систем удобрения кормовых культур // Кормопроизводство. - 1998. - № 6. - С. 24 - 26 (в соавт.).
25. Осадок сточных вод в системах удобрения зерновых // Зерновые культуры. - 1998. -№ 6. - С. 10 -11.
26. Ресурсосберегающие системы удобрения. Псковский ЦНТИ, 1998.-№48.-3 с.
27. Осадок сточных вод в качестве удобрения. Псковский ЦНТИ, 1998.-№50.-3 с.
28. Роль калийных удобрений в стабилизации урожаев на окультуренных дерново-подзолистых почвах // Гумус и почвообразование. . С.-П. . СПГАУ, 1998. -С. 109-113.
29. Влияние еисгем удобрения на основе осадков сточных вод на агрохимические свойства дерново-подзолистых почв // Гумус и почвообразование. С.-П.: СПГАУ, 1998. - С. ИЗ - 116.
30. Оценка реального уровня токсикоза. Псковский ЦНТИ, № 159.
-4с.
31. Эффективность калийного удобрения в зависимости от о культуре нности почвы и ев водного режима. // ТеЗ. докл. науч.-практ. конф. Великие Луки : 1998. - С. 4 - 5 (в соавт.).
32. Изменение калийного режима окультуренных дерново-подзолистых почв в условиях дефицита баланса калия. // Тез. докл. науч.-практ. конф. Великие Луки: 1998. - С. 5 - 6.
33. Влияние минеральных систем удобрения на фосфатный режим окультуренной дерново-подзолистой почвы. // Тез. докл. науч.-практ. конф. Великие Луки : 1998. - С. 7 - 8. (в соавт.).
34. Ресурсосберегающая система удобрения в интенсивных зерно-пропашных севооборотах / Тез. докл. совещания Геогр. сети опытов. М.: ВИУА, 1998. - О. 1М-115 (есоа&т.).
35. Особенности применения удобрений на окультуренных почвах // Картофель и овощи. - 1999. - № 2. - С. 5 - 6.
36. Исследование гумусного состояния почв пашни Псковской области. Псковский ЦНТИ, 1999. - № 104. - 4 с.
37. Гумусное состояние интенсивно используемых окультуренных дерново-подзолистых почв // Гумус и почвообразование. С.-П.: СПГАУ, 1999.-С. 37-40.
38. Динамика фосфатного режима окультуренной дерново-подзолистой почвы в условиях дефицита баланса фосфора // Гумус и почвообразование. С.-П.: СПГАУ, 1999. - С. 75 - 79 (в соавт.).
39. Фосфатное состояние почв пашни Псковской области. Псковский ЦНТИ, 2000. - № 72. - 3 с.
40. Гумусное состояние пахотных дерново-подзолистых почв Северо-Запада России и его трансформация в современных условиях // Агрохимия. - 2000. - № 2. - С. 20 - 26 (в соазг.).
41. Фосфатный режим хорошо окультуренных дерново-подзолисты х почв Северо-Запада России и его трансформация в современных условиях //Доклады РАСХН. - 2000. - Ла 2. - СВ -25 (в соавт).
Содержание диссертации, доктора сельскохозяйственных наук, Иванов, Алексей Иванович
ВВЕДЕНИЕ.
1.УСЛОВИЯ, ОБЪЕКТЫ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ.
1Л. Природные условия Северо-Запада РФ как фактор формирования ДфНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ почв.
1.2. Агрохимическая характфисшка дерново-подзолистых почв пахотных угодий Севфо-Западяого района.
1.3. Афогенетическая хфактфистика объектов исследования.
1.4. Метеорологические условия в годы проведения исследований.
1.5. Методика исследовательских работ.
2. АГТОХИМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ФОРМИРОВАНИЯ
ХОРОШО ОКУЛЬТУРЕННЫХ ДЕРШВаШДЗОЛИЛЫХ ПОЧВ. .35 2.1 .Агрономическая сущность окультуривания почв дерново-подзолистого типа.
2.2. Изменение морфологических свойств дфново-подзолистых почв.
2.3. Изменение шгрохимических свойств дфново-подзолистых почв.
2.3.1.Изменение кислошо-основньк свойств дфново-подзолистых почв при окультуривании
2.3.2. Изменение гумушого состояния дфново-подзолистых почв в процессе окультуривания.
2.3.3. Азотный фонд хорошо окультуренных дфново-подзолистых почв.
2.3.4.Фосфатное состояние хорошо окультуренных
ДфНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ почв.
2.3.5. Калийное состояние хорошо окультуренных дфново-подзолистых почв.
2.3.6.Содфжание микроэлементов в хорошо окультуренных дфново-подзолистьк почвах.
231. Концентрация тяжелых металлов в хорошо окультуренных дфново-подзолистых почвах.
3. АПЮЭКОЮМИЧЕОСОЕ ОБОСНОВАНИЕ СИСТЕМЫ УДОБРЕНИЯ НА ХОГОИЮ ОКУЛЬТУРЕННЫХ ДЕРНЭВО-Ш,ДЗОЛЖТЬ1Х ПОЧВАХ.
3.1. Эффективность подцерживагсщего известкования хорошо окультуренной дерново-подзолистой почвы.
3.2. Агроэкономическая эффективность минеральных систем удобрения на хорошо окультуренных дерново-подзолистьк почвах.
3.2.1. Эффективность минеральных удобрений в модельно-полевом опыте нехорошо окультуренной дфново-подзолисгой почве
1987- 1992 гг.).
3.2.2. Эффективность минеральных систем удобрения в опыте в полевом севообороте (1987 - 1999 гг.).
3.2.3. Эффективность минеральных систем удобрения в полевом опыте с многолетними травами (1991 - 1995 гг!).
3.2.4. Эффективность фосфорного удобрения в звене кормового севооборота (модельно-полевой опыт 1996 - 1998 зт.).
3.2.5. Эффективность калийного удобрения в звене овощного севооборота (модельно-полевой опыт 1995 - 1998 гг.).
Заключение Диссертация по теме "Агрохимия", Иванов, Алексей Иванович
3.2.6. Заключение
На основании анализа данных многолетних опытов с различными культурами можно сделать вывод, что процесс формирования хорошо окультуренных дерново-подзолистых почв Северо-Запада России, сопровождавпшйся значительным накоплением "остаточного" фосфора и калия удобрений, привёл к коренному7 изменению их питательных режимов.
На фоне увеличения почвенных запасов фосфора и калия и повышения степени их подвижности наблюдается резкое падение или даже отсутствие отдачи от фосфорно-калш1нь!х удобрений. При исходном содержании 450 - 600 мг ftQ. и КЮ в 1 кг почвы сельскохозяйственные культуры со средним и повышенным выносом этих элементов питания не нуждались в дополнительном внесении фосфора и калия в течение 10 лет. Только отдельные кормовые и овощные культуры, выносящие за сезон более 100 кг/га фосфора и 300 кг/га калия, были способны окупать вносимые фосфорные и калийные удобрения.
Азотное же состояние хорошо окультуренных дерново-подзолистых почв Северо-Западного района менее благополучное, вследствие относительно невысокой их тумусированности и, вероятно, неблагоприятных условий для течения микробиолошческих процессов минерализации органического вещества. Поэтому в них в преобладающем большинстве лет не хватает доступных соединений азота для формирования биологически возможного урожая . Отсюда и высокая эффективность азотного удобрения (средние прибавки урожая от N120 превысили 30 %).
Минеральные системы удобрения на хорошо окультуренных дерново-подзолистых почвах должны базироваться на азотном удобрении. Оптимальной дозой последнего под весьма отымающиеся по потребностям сельскохозяйственные культуры (зерновые, многолетние злаковые травы, картофель, кукуруза, кормовая свёкла) была 120 кг/га. Её высокое положительное действие обеспечивалось не только улучшением азошого режима но и существенной мобилизацией почвенных запасов фосфора и калия. Эффективны и средние дозы азота (60 кг/га), которые могут использоваться под травы и зерновые культуры, особенно при невозможности применения ретардантов.
Применение калийного удобрения в дозах 90 - 180 кг/га в овощных севооборотах необходимо и на хорошо окультуренных почвах В других же севооборотах, при наличии финансовых возможностей, внесение фосфорных и калийных удобрений должно бьпъ направлено на сохранение благоприятного фосфатного и калийного состояния почв,
3.3. Эффективность органических систем удобрения на хорошо окультуренных дерново-подзолистых почвах
В производственных условиях тип системы удобрения определяется чаще оргаьдтзаиионными и финансовыми возможностями землепользователей (порою уровнем культуры земледелия). Это вполне согласуется с одним из базовых положений афохимической науки - тезисом о равнознэнности для растений питательных веществ навоза и минеральных удобрений ( Д. Н Прянишников, 1963; ПА Баранов, 1974; В. Д. Пенников, ВГ.Минеев, 1977, 1984; В. П Бугаев, 1979; О.Т.Яблокова и др., 1983; В.ГТЧовжик, В.МЧебан, 1984).
Однако, если не сводить значение удобрений лишь к поставке элементов питания, то оценка систем удобрения не будет столь однозначной (ММКононова, 1984). Разная роль органических и минеральных систем удобрения, в зависимости от конкретной ситуации, определяется комплексом не только положительных, но и отрицательных изменений в среде обитания растений.
ДНПрянишников (1963), А М Лыков (1973, 1982), Т.НКулаковская (1978), АН Каштанов (1982) рассматривали использование навоза капе основу эффективности систем удобрения на дерново-подзолистых почвах Даже при возможности применения высоких доз минеральных удобрений без навоза сложно обеспечить воспроизводство агрофизических и биологических составляющих почвенного плодородия, равно как и получение экологичной сельскохозяйственной продукции (С. С. Сдобников, 1983; Л. М Державин, 1983; В. А Васильев, 1984, 1985; НФ.Ганжара, В. А Васильев, 1985; ЕИАлиева, НПТро-фимова, 1985; ИН Донских и др., 1997).
Работами И А. Иванова (1989) было показано, что эффекшвностъ органических и минеральных систем удобрения нельзя рассматривать вне связи с окуоьтуренностью почв. № почве федней окультуренности питательные вещества минеральных удобрений и навоза действительно обеспечивали примерно ревную оплату урожаем. Но, на сшбоокультуренной почве значительно эффективнее был навоз, без использования которого требовательные к плодородию культуры (кукуруза и картофель) на минеральные удобрения практически не реагировали. Напротив, на окультуренных почвах нередко регистрируют большое преимущество минеральных систем удобрения (М В. Щулегина, 1987; Л.С.Кузьмич и др., 1998). К сожалению, целенаправленных исследований гю оценке оргашческих и минеральных систем удобрения на почвах разной окультуренности в Северо-Западном районе выполнено крайне мало.
3.3.1. Эффективность навозной и минеральной систем удобрения в полевом опыте на хорошо окультуренной почве (1996 - 1999 гг. )
Сравнительная оценка навозной и минеральных систем удобрения проводилась в условиях стационарного полевого опыта в звене севооборота "пар чистый - озимая рожь - клевер - клевер". При закладке опыта почва имела следующие афохимические показатели: рНал - 6,7, гумус - 2,23 %, пщролитиче-ская кислотность - 0,89 мэквЛООг, сумма обменных оснований -7,11 мэкв/ЮОг, степень насыщенности основаниями - 89 %, содержание подвижного фосфора и калия (по Кирсанову) - 520 и 205 мг/кг. Гранулометрический состав поч^ы -легкосуглинистый.
Наевоз крупного рогатого скота, содержащий 0,3 % N. 0,15 % Р?С)5 и 0,63 % КО, вносился в июне 1996 года под перепашку чистого пара в дозе 4(3 т/ш. Полное минеральное удобрение применялось в дозе, эквивалентной 40 тоннам навоза (МзоРбоКя). Параллельно изучалась эффективность одностороннего внесения азотного удобрения в дозе N120. Три четверти дозы азотного и вся - фосфорного и калийного удобрений вносилось в июле 1996 года под вторую перепашку пара а N0 - весной 1997 года в подкормку' озимой ржи.
Штатеяьные режимы почвы жучились по состоянию на 1 мая, 1 июня и 1 августа В таблице 44 приведены усреднённые по вехшационному периоду данные.
-
Иванов, Алексей Иванович
-
доктора сельскохозяйственных наук
-
Санкт-Петербург, 2000
-
ВАК 06.01.04
- Азотное, фосфатное и калийное состояние хорошо окультуренных дерново-подзолистых почв Северо-Запада России и его изменение при длительном использовании минеральных систем удобрения
- Трансформация кислотно-основного состояния хорошо окультуренных дерново-подзолистых почв северо-запада России при интенсивном использовании и факторы его оптимизации
- Особенности формирования плодородия лёгких дерново-подзолистых почв при окультуривании и длительном применении различных систем удобрения в условиях Северо-Запада РФ
- Азотное состояние хорошо окультуренных дерново-подзолистых почв Северо-Запада России и его изменение под влиянием различных систем удобрения
- Изменение гумусного состояния дерново-подзолистых почв Северо-Запада Нечерноземной зоны при их сельскохозяйственном использовании
