Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

ПОСЛЕДЕЙСТВИЕ БЕСПОДСТИЛОЧНОГО НАВОЗА НА УРОЖАЙНОСТЬ ЗЕРНОВЫХ КУЛЬТУР И ДИНАМИКУ АГРОХИМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТОЙ ТЯЖЕЛОСУГЛИНИСТОЙ ПОЧВЫ

ВАК РФ 06.01.04, Агрохимия

Автореферат диссертации по теме "ПОСЛЕДЕЙСТВИЕ БЕСПОДСТИЛОЧНОГО НАВОЗА НА УРОЖАЙНОСТЬ ЗЕРНОВЫХ КУЛЬТУР И ДИНАМИКУ АГРОХИМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТОЙ ТЯЖЕЛОСУГЛИНИСТОЙ ПОЧВЫ"

ш

На правах рукописи

КРИВОВА Людмила Сергеевна

ПОСЛЕДЕЙСТВИЕ БЕСПОДСТИЛОЧНОГО НАВОЗА

НА УРОЖАЙНОСТЬ ЗЕРНОВЫХ КУЛЬТУР И ДИНАМИКУ АГРОХИМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТОЙ ТЯЖЕЛОСУГЛИНИСТОЙ

ПОЧВЫ

Специальность 06.01.04 — агрохимия

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Москва 2004

Работа выполнена во Всероссийском научно-исследовательском институте агрохимии им ДИ Прянишникова (ВНИИА) и научно-исследовательском институте по сельскохозяйственному использованию сточных вод «Прогресс» (ФГУП «НИИССВ «Прогресс»)

Научный руководитель - доктор сельскохозяйственных наук,

профессор P.A. Афанасьев

Официальные оппоненты -

доктор сельскохозяйственных наук, профессор Ю.П. Жуков

кандидат биологических наук A.A. Собачкин

Ведущая организация - Всероссийский научно - исследовательский, конструкторский и проектно-технологический институт органических удобрений и торфа

Зашита состоится «

Lf » QKTOlh^ 2004 г в /7 часов

на заседании диссертационного совета Д 220 043 02 при Московской сельскохозяйственной академии им К А Тимирязева

Адрес 127550, Москва, ул Тимирязевская, 49 Ученый совет МСХА

С диссертацией можно ознакомиться в ЦНБ МСХА

.у <*( 5 t ^

Автореферат разослан «

О/ » ¿-1 LI > ri у 2004 года

V

Ученый секретарь

диссертационного совета ^ . —' В В Говорила

Актуальность исследований. В фонде органических удобрений, применяемых в земледелии страны, бесподстилочный навоз стал преобладать во второй половине прошлого столетия в связи с массовым переводом животноводства на промышленную основу и внедрением более экономичного, бесподстилочного способа содержания животных. Состав навоза существенно изменился, однако еще долгое время в научных исследованиях, преимущественно в длительных опытах, основное внимание уделялось действию и последействию традиционного органического удобрения -подстилочного навоза и компостов на его основе.

Заложенный П.Я. Семеновым и лабораторией органических удобрений ВИУА один из первых длительных опытов по систематическому применению бесподстилочного навоза крупного рогатого скота (КРС) в кормовом севообороте на ЦОС ВИУА (1972-1987гг.) позволил получить уникальные по своей значимости материалы по действию данного удобрения на плодородие дерново-подзолистой суглинистой почвы и продуктивность возделываемых культур (Береснев, Нестерович, Матюшина, 1989). Для комплексной оценки действия бесподстилочного навоза на основные параметры агроценоза потребовалось изучить его последействие, т.е. фактически определить влияние созданных уровней плодородия почвы на продуктивность сельскохозяйственных культур. Подобный подход позволяет дать более обоснованное заключение об удобрительных свойствах бесподстилочного навоза, его влиянии на плодородие почвы, урожайность и качество сельскохозяйственных культур, экологические и другие показатели, определяющие его эффективность.

Цель и задачи исследований. Цель исследований — установить характер влияния плодородия дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почвы, сформировавшегося при длительном внесении бесподстилочного навоза, а также минеральных удобрений, т.е. их последействия, на урожайность и качество зерновых культур.

В задачи исследований входило: - определить степень зависимости урожайности и качества зерновых культур звена полевого севооборота от агрохимических показателей плодородия дерново-подзолистой почвы, сформировавшегося при длительном применении удобрений в условиях полевого опыта;

-, изучить динамику агрохимических показателей разноудобренной почвы с учетом выноса элементов питания урожаями зерновых культур звена севооборота; _

ЦНБ МСХА фонд научнбй литературы

- выявить особенности последействия возрастающих доз бесподстилочного навоза (КРС) на плодородие дерново-подзолистой суглинистой почвы в сравнении с эквивалентным количеством минеральных удобрений,

- дать агроэкологическую, экономическую и энергетическую оценку использования плодородия дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почвы при возделывании зерновых культур

Научная новизна. Впервые изучено последействие длительного (15-летнего) ежегодного применения бесподстилочного навоза и минеральных удобрений на урожайность зернового звена севооборота и агрохимические свойства дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почвы Показано, что на урожайность зерновых культур большее влияние оказывают легкоподвижные формы элементов питания растений, чем подвижные Установлены вполне определенные тенденции в динамике агрохимических свойств дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почвы после прекращения применения удобрений Выявлена, в частности, зависимость интенсивности снижения основных показателей плодородия почвы от исходной их величины, а также особенности трансформации питательных веществ в почве, включая их переход в фиксированные, необменные формы

Практическая значимость. Установленные в результате исследований зависимости дают необходимую информацию для разработки систем удобрения культур в условиях разной обеспеченности дерново-подзолистых суглинистых почв питательными веществами, в т ч для дифференцированного их применения с учетом пестроты почвенного плодородия

Апробация и публикации Результаты исследований и основные положения диссертащюнной работы доложены на Ученых советах ВИУА, ФГУП «НИИССВ «Прогресс» (1989-1992, 2003) По теме опубликовано 5 работ

Объем и структура работы. Диссертационная работа изложена на 156 страницах, содержит 51 таблицу, 6 рисунков, включает введение, обзор литературы, 5 глав экспериментальной части, выводы, практические предложения, 43 приложения Список литературы включает 214 работ отечественных и зарубежных авторов

Объект, условия и методика исследований Место проведения полевых исследований - Центральная опытная станция ВИУА (ЦОС ВИУА) Домодедовского района Московской области Объект исследований - агроценоз, включающий дерново-подзолистую тяжелосуглинистую почву расконсервированного опыта 90 с разными

уровнями плодородия в вариантах и зерновые культуры звена севооборота -озимую пшеницу, ячмень и овес (опыт 90а).

Почва опытного участка — дерново-подзолистая тяжелосуглинистая на покровном суглинке перед закладкой полевого опыта 90 (1972 г.) характеризовалась следующими агрохимическими показателями (среднее по двум полям): рНсол. — 5,0-5,9, содержание гумуса- 1,7-1,8%, общего азота — 0,12-0,13%, подвижного фосфора (Р205) - 113- 152 мг/кг, подвижного калия (К20) - 102-111 мг/кг, гидролитическая кислотность - 2,8- 4,0 мг-экв/100 г почвы, сумма поглощенных оснований - 10,8-12,2 мг-экв/100 г почвы, степень насыщенности основаниями - 75,3-79,4 %.

В опыте 90 испытывали возрастающие дозы бесподстилочного навоза крупного рогатого скота и минеральные удобрения, вносимые ежегодно. В бесподстилочном навозе содержалось в среднем 10% сухого вещества, 0,34% общего азота, 0,15% фосфора (P2Os), 0,43% калия в расчете на сырое вещество. Наименьшая (одинарная) доза навоза составила в среднем за 15 лет -34 т/га с содержанием (округленно) 115 кг азота (N), 52 кг фосфора (Р2О5), 146 кг калия (К20).

За 3 ротации 5-польного кормового травяно-пропашного севооборота, т.е. за 15 лет систематического применения удобрений, с бесподстилочным навозом 90-процентной (в среднем) влажности внесено в расчете на 1 га в варианте с одинарной дозой около 50 тонн органического вещества (29 т/га углерода), более 1,7 т азота (N), около 0,8 т фосфора (Р2О5) и калия (К20) -2,2 т (Береснев и др., 1989). При максимальной, т.е. пятикратной дозе, на 1 га за тот же период внесено более 140 т органического углерода, 8,5 т азота (N), около 4 т фосфора (P2Os) и 11 т калия (К20).

Для сравнения действия бесподстилочного навоза с действием минеральных удобрений помимо контроля в схему опыта 90а был введен вариант с азотно-фосфорно-калийным удобрением (NPK), вносимым в эквивалентном количестве с двукратной дозой бесподстилочного навоза, а также с бесподстилочным навозом в одинарной дозе плюс минеральные удобрения (NPK), эквивалентные 1 дозе навоза. В опыт был включен также вариант с двойной дозой бесподстилочного навоза плюс фосфор в дозе 60 кг/га д.в. Р205.

Из минеральных удобрений в опыте использовали аммиачную селитру, двойной гранулированный суперфосфат и хлористый калий. После двухлетнего возделывания кукурузы в первой ротации каждое из трех полей опыта было произвестковано по полкой гидролитической кислотности (дозой извести 6 т/га). В целом схема опыта состояла из 9 вариантов.

Схема полевого опыта 90 (1972-1987 гг )

1 Контроль, без удобрений

2 Бесподстилочный навоз 1 доза

3 Бесподстилочный навоз 2 дозы

4. -------и------------3 дозы

5 ,-----//--------------4 дозы

6 ------//--------------5 доз

7 Бесподстилочный навоз 2 дозы + фосфор (Р60)

8 NPK, эквивалентные 2 дозам навоза

9 Бесподстилочный навоз 1 доза + NPK, эквивалентные 1 дозе бесподстилочного навоза

Опыт 90 включал 3 поля кормового пятипольного севооборота, вводимых последовательно, соответственно в 1972, 1973, 1974 годах Чередование культур в севообороте 1, 2 - кукуруза на силос, 3 - однолетние травы с подсевом многолетних, 4, 5 - многолетние злаковые травы Повторность в опыте 4-кратная, общая площадь делянки - 96 м' (6 х16), учетная - 64 м\ боковые защитные полосы -2 м, между ярусами -6м Расположение вариантов - систематическое За 1972-1988 гг на всех полях прошло по три ротации кормового севооборота

Опыт 90а, который проведен нами в 1988-1992 годах на базе опыта 90, включает все варианты и поля расконсервированного опыта

Сорта сельскохозяйственных культур, применяемых в опыте 90а озимая пшеница — Мироновская 808, ячмень — Зазерский 85, овес - Орел

Агротехника в опыте 90а - общепринятая, из удобрений применяли только аммиачную селитру в дозе 60 кг/га (N) под озимую пшеницу в качестве весенней подкормки и 40 кг/га (N) под ячмень и овес в предпосевную кутьтивациго почвы Указанные дозы азотных удобрений применяли с це 1ью более полного использования растениями факторов плодородия, созданных предшествующим 15-летним удобрением культур кормового севооборота Исследования в опыте 90а в 1988-1992 годах велись по принятым в ВИУА методам (Методические указания по проведению исследований в длительных полевых опытах с удобрениями, ч 1,2 и 3 идр)

Наблюдение за режимом питательных элементов в опыте проводилось путем отбора проб почвы на глубину 0-20, 20-40, 40-60, 60-80, 80-100 см после уборки культур с последующим химическим анализом отобранных образцов Анализ проводился по следующим показателям азот общий по Къельдалю (ГОСТ 26107-84), азот легкогидролизуемый по Тюрину и Кононовой, фосфор и калий подвижные по Кирсанову (ГОСТ 26213-84), легкоподвижные - в кальций-хлор

вытяжке по Скофилду (ОСТ 10-271-2000); рН солевой - потенциометрически (ГОСТ 26483-85); гидролитическая кислотность по Каппену (ГОСТ 26212-84); емкость поглощения по Бобко и Аскинази; сумма обменных оснований . -титриметрически (ГОСТ 26489-85); обменный водород по Гедройцу; гумус по Тюрину (ГОСТ 261213-84); лабильный гумус - в вытяжке 0,1 М нейтрального пирофосфата натрия; необменный калий по Пчелкину, необменно-поглощенный - по Петербургскому • и Янишевскому; прочнофиксированный калий - в смеси азотной и соляной кислот; валовой фосфор, по Гинсбург и др. (мокрое озоление в смеси серной и хлорной кислот).

Статистическую обработку экспериментальных данных проводили- по Б А. Доспехову (1979 г.).

Отбор растительных образцов для определения структуры и качества урожая осуществлялся во время уборки. В образцах зерна и соломы определялось содержание общего азота, фосфора, калия, в выборочных образцах зерна -нитратов, тяжелых металлов, сырой клейковины по общепринятым методикам определения качества кормов. Анализы осуществлялись в лабораториях ВИУА и ФГУП «НИИССВ «Прогресс».

Температура и осадки вегетационных периодов 1988-1992 годов были типичны для данного региона. Несмотря на довольно резкие различия в погодных условиях за годы наших исследований, в среднем за 5 вегетационных периодов (апрель-сентябрь), количество осадков - 362 мм — было близко к среднемноголетней величине за эти же месяцы — 357 мм. Наиболее засушливыми были вегетационные периоды 1988 года (303 мм осадков) и 1992 года (206 мм осадков), более влажными - вегетационные периоды 1990 и 1991 годов (463 мм и 457 мм осадков соответственно).

Среднесуточный температурный режим приземного слоя воздуха отличался более значительно: за эти же месяцы в 1988-1992 годах он составил 14,3° С, что выше нормы на 1,9°С, или на 15,3%. Среднесуточная температура воздуха вегетационного периода 1990 года была в среднем близка к среднемноголетней, а в 1989 1991 и 1992 годах была выше многолетней на 2,8,3,0 и 1,8 °С соответственно.

Результаты исследований Последействие бесподстилочного навоза на продуктивность зерновых культур в звене полевого севооборота

Возрастающие дозы бесподстилочного навоза, вносившиеся ранее в опыте 90, вызвали повышение урожайности зерновых культур в последействии, однако

их статистически достоверное влияние продолжалось лишь в течение двух лет, на третий год - на овсе - оно проявилось лишь на уровне тенденции Наиболее значительное последействие вносимых ранее удобрений отмечено в первый год последействия, те на первой культуре звена - озимой пшенице, составившее в среднем по опыту 54,3% по сравнению с неудобрявшимся ранее контролем (табл 1) На второй год, при посеве ячменя, прибавка урожая в среднем по опыту снизилась до 15%, а на третий (овес) — до 8,6%, причем была уже статистически недостоверной

Последействие минеральных удобрений, вносимых в эквивалентной по ЫРК двукратной дозе навоза, во все годы оказалось несколько стабее, чем бесподстилочного навоза Если по двукратной дозе навоза в среднем по трем кутьтурам получено 28,9 ц/га зерна, то по эквивалентной дозе ГчРК - 27,2 ц/га (при НСРо < - 2,0 ц/га) Вариант с одной дозой бесподстилочного навоза плюс одна доза Ь"РК по последействию удобрений занимал промежуточное положение и также не отмечен достоверным различием урожайности зерновых культур от вариантов с эквивалентными по №К дозами навоза или минеральных удобрений Дополнение двукратной дозы бесподстилочного навоза фосфорными одобрениями (вар 7) дало некоторую прибавку урожая, но не достоверную по сравнению с фоном в среднем по трем кугьгурам

Табчица 1

Урожайность зерновых культур в среднем за 3 года

№ вар Вариант ^•добрения (фон) 1 Озимая пщецица Ячмень Овес ' В среднем ио 3 культурам

Урожай, Прибавка Урожай, Прибавка Уро жаи Прибавка, 1 жаи Прибавка,

ц/га % и/га ц/га % ц га %

1 Контроль без | 26 5 26,6 152 _ 22 8 -

Бесподстилочный 34,2 29,0 Г~п7~ 16,9 16,2 66 27.2 1^,3

3 — // — 2 дозы 39,6 49,0 30,7 15.4 16,5 8,6 28,9 26,8

4 — ' — 3 дозы 42,5 60,4 29,4 10.5 178 17.1 29,9 31.1

5 — /' — 4 дозы 44,4 67,5 31,7 19,2 16.6 9.2 30,9 35,5

6 — П — 5 доз 48,6 83,4 31,4 18,0 16,9 И 2 32,3 41,7 1

7 Бесподстилочный 41,3 5^,8 гЛхаи 18,0 15,7 3.3 29,5 29.4

8 ЧРК, экв 2 дозам 37,4 41,1 28,¿Г 5,3 16,1 5,9 27,2 19,3

Беспод навоз 1 доза + 39,2 47,9 30,2 15,3 16,4 7,9 28 6 25 4

В среднем 39,3 54,3 15.3 16,4 8,6 29,2 28,6 1

| НСРоз 36 28 Рфисг< Р05 2,0 1

Установлены факторы плодородия почвы, оказавшие наибольшее влияние на формирование урожая зерновых культур (табл.2). Хотя все основные показатели плодородия в той или иной степени коррелировали с урожайностью культур, однако более тесная связь обнаруживалась с лепсоподвижными формами питательных веществ по сравнению с менее подвижными. Этот факт отмечался в работах К.А. Блэка (1973) и других исследователей. Легкоподвижные формы гумуса, азота, фосфора и калия лучше отражали текущую потребность растений в элементах питания, чем подвижные формы, являющиеся ближайшими резервами питательных веществ, пополняющими при соответствующих условиях фонд легкоподвижных соединений. При этом отмечено, что наиболее тесная корреляционная зависимость от факторов плодородия характерна для первой культуры звена севооборота — озимой пшеницы, а также для звена в среднем, тогда как у ячменя и овса коэффициенты корреляции были менее устойчивы по отдельным показателям плодородия почвы.

Из основных агрохимических показателей наиболее существенная положительная взаимосвязь урожайности установлена с содержанием фосфора и калия в почве (г = 0,74-0,76), величиной рН (г = 0,62), степенью насыщенности основаниями (г = 0,56), при отрицательном влиянии на урожай гидролитической кислотности (г = - 0,67). Однако самая тесная связь урожайности зерновых культур в среднем по звену отмечена с наиболее подвижными формами элементов питания - лабильным гумусом, нитратным азотом, легкоподвижными фосфором и калием.

Таблица 2

Коэффициенты парной линейной корреляции урожайности зерновых культур (в среднем по звену севооборота) с величиной агрохимических показателей плодородия пахотного слоя (0-20 см) почвы

Агрохимические показатели плодородия почвы Коэффициент корреляции

Гумус 0,77

Лабильный гумус 0,88

Подвижный фосфор (по Кирсанову) 0,76

Легкоподвижный фосфор (по Скофилду) 0,88

Подвижный калий (по Кирсанову) 0,74

Легкоподвижный калий (по Скофилду) 0,83

Легкогидролизуемый азот 0,67

Нитратный азот 0,87 •

Аммонийный азот 0,39

Гидролитическая кислотность (Н г) -0,67

Кислотность (рН) 0,62

Степень насыщенности основаниями (V, %) 0,56

Качество зерна культур звена севооборота, особенно озимой пшеницы, зависело как от уровня удобренности почвы, так и от складывавшихся погодных условий в периоды вегетации Так, содержание азота в зерне озимой пшеницы довольно тесно коррелировало с содержанием минерального азота в пахотном слое и нижележащих слоях почвенного профиля, вызванного внесением ранее возрастающих доз бесподстилочного навоза, а также минеральных удобрений Последействие удобрений подобным образом отразилось и на содержании азота в зерне ячменя и овса, хотя и в меньшей степени Что касается погодных условий, то во влажные годы содержание в зерне азота всех культур, как правило, снижалось, а в засушливые повышалось

Содержание фосфора и калия в зерне трех культур от воздействия ранее вносимых удобрений было не столь однозначным и также определялось в значительной мере погодными условиями Концентрация фосфора в зерновой продукции снижалось в засушливые вегетационные периоды и возрастала во влажные Бесподстилочный навоз в последействии вызвал некоторое снижение фосфора в зерне, обусловленное, по-видимому, «эффектом разбавления», особенно у озимой пшеницы Дополнительное к бесподстилочному навозу внесение фосфорных удобрений не оказало значительного последействия на содержание фосфора в зерне изучаемых культур Содержание калия в зерне в различные по увлажнению годы имело разнонаправленные тенденции относительно контроля и в среднем по годам и культурам носило неустойчивый характер

Неоднозначное воздействие уровни плодородия почвы оказали на содержание азота, фосфора и калия в соломе зерновых кулыур Так, последействие возрастающих доз навоза в среднем за 3 года снижало концентрацию азота в соломе озимой пшеницы и овса по сравнению с контролем, однако по отдельным годам последействие имело разнонаправленные тенденции У ячменя последействие удобрений на содержание азота в соломе было в целом положительным, кроме одного из трех лет, когда азотный уровень в соломе данной культуры снижался

Содержание фосфора в соломе озимой пшеницы изменялось под влиянием ранее вносимых удобрений также разнонаправлено в менее влажные вегетационные периоды оно снижалось, в более влажные — возрастало У ячменя, поскольку он высевался в трехлетие, характеризовавшееся сравнительно влажными вегетационными периодами, возрастающие дозы навоза в последействии повышали концентрацию фосфора в соломе, но менее чем эквивалентные дозы минеральных удобрений У овса химический состав соломы не имел отчетливо выраженных тенденций от последействия удобрений, ко по

годам менялся в зависимости от погодных условий: во влажном 1990 году содержание фосфора в соломе было значительно выше, чем в засушливом 1992 году (0,31 % и 0,11 % соответственно).

Наряду с полевым опьпом 90а, в 1989-90 годах с целью изучения характера усвоения азота почвы и удобрений проведен микрополевой опыт 906, для которого использовалась разноудобренная почва из пахотного (0-20 см) и подпахотного (2040 см) слоев 5-ти вариантов полевого опыта 90, а именно: 1-го (контроль без удобрения), 3-го (бесподстилочный навоз две дозы), 6-го (бесподстилочный навоз 5 доз), 8-го (NPK, эквивалентное двум дозам навоза), 9-го (NPK, эквивалентное одной дозе бесподстилочного навоза плюс одна доза бесподстилочного навоза). Почва помещалась в сосуды без дна (40* 40* 50 см) по 6 сосудов на каждый из вариантов разноудобренной почвы (всего 30 сосудов). Осенью 1989 года в сосуды высеяли озимую пшеницу сорта Мироновская 808, весной следующего года в 4 сосуда каждого из 5 вариантов внесли азотные удобрения: в 2 сосуда - I5N, в 2 другие — l4N по 0,96 г N на сосуд (из расчета 60 кг/га), два сосуда оставили в качестве контрольных.

На основании проведенных исследований в микрополевом опыте с ,5N можно констатировать, что продуктивность растений озимой пшеницы, возделываемой на дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почве по предшественнику многолетние травы без применения азотных удобрений зависела (в порядке убывания коэффициентов парной линейной корреляции), во-первых, от содержания в почве нитратного азота (г = 0,93), во-вторых, - от минерального (суммы нитратного и аммонийного) азота (г = 0,91), в-третьих, от подвижных форм фосфора (г = 0,81) и калия (г = 0,66), а также аммонийного азота (г = 0,61). При внесении азотных удобрений возросла зависимость продуктивности от содержания аммонийного азота (г = 0,89), фосфора (г = 0,89), калия (г = 0,76) и снизилась - от нитратного (г = 0,61) и минерального (г = 0,84) азота.

Более высокое значение коэффициентов парной линейной корреляции в микрополевом опыте по сравнению с полевым обусловлено устранением вариабельности плодородия почвы при набивке сосудов, тогда как в условиях полевого опыта она определенным образом снижала репрезентативность полученных зависимостей.

Как без азотных удобрений, так и при их внесении в микрополевом опыте сохранялась зависимость продуктивности растений от факторов плодородия, сформировавшихся при длительном применении бесподстилочного навоза и минеральных удобрений в полевом опыте 90, почва из делянок которого использовалась в микрополевом эксперименте.

Коэффициент корреляции между сбором зерна в «безазотных» и «азотных» вариантах составил г=0,80

Прибавки урожая зерна от внесения азотных удобрений находились в отрицательной зависимости от обеспеченности почвы нитратным азотом (г = -0,86), так же как и коэффициенты использования азотных удобрений (г =-0,61)

При этом величины коэффициентов использования азота удобрений варьировали (округленно) от 23 до 40% (табл 3), что согласуется с данными других исследований (Кореньков, 1999, Явтушенко, 1997, Муравин, 2003) В почве закреплялось от 4 до 41% 15И, при средней положительной зависимости этого показателя от исходного содержания нитратов (г = 0,57), снижающего при этом коэффициент использования азотных удобрений (г = -0,61)

Неучтенные потери меченого азота изменялись в пределах 36-61% от внесенного, достигая максимума в варианте с последействием минеральных удобрений и в контрольном варианте, в котором ранее удобрения не применялись

Таблица 3

Использование азота почвы и удобрений озимой пшеницей (по данным опыта 906,1990 г.) в условиях последействия длительного применения бесподстилочного навоза и минеральных удобрений

> в Вариант удобрения (фон) Азот почвы в выносе азота растениями Азот удобрений в выносе азота растениями Найдено в почве Неучтенные потери Коэффициенты использования азота, о' о

% % от внесенного почвы удобрений

1 Контроль безудоб 68,4 31.6 3 б 56 3 08 40,1

3 Беспол навоз 2 дозы 83 2 16.8 40,6 36,5 1 0 22,9

6 Беспод. навоз 5 доз 78,5 21,5 12,5 52,1 11 35,4

8 N№,313 2 дозам беспод навоза 80,9 19,1 9,4 60,9 1,4 29,7

9 МРК 1 лоза + беспод навоз 1доза 79,3 20,7 21,3 51,1 1,0 27,6 1

Обобщение материалов эксперимента с показывает, что с улучшением плодородия почвы, наряду с увеличением продуктивности растений,

снижаются коэффициенты использования азотных удобрений при одновременном повышении закрепления азота в почве и снижении неучтенных потерь Таким образом, применение умеренных доз органических удобрений, в данном стучае бесподстилочного навоза, в последействии способствовало снижению потерь азота минеральных удобрений во внешнюю среду, что в известной мере подтверждает данные, полученные ранее НМ Варюшкиной (1976), ЦП Мамченковым , В А Васильевым (1977), В В Серегиным и др (2001)

Вынос основных элементов питания зерновыми культурами

Вынос основных элементов питания зерновыми культурами, входящими в звено полевого севооборота (опыт 90а), опредетялся величиной сбора основной и побочной продукции, т е зерна и соломы (г ~ 0,91), и содержанием в них азота, фосфора и калия Ввиду того, что азотные удобрения в опыте 90а вносит и фоном во всех вариантах, включая контрольный опыта 90, различия в выносе ^К между вариантами в опыте 90а зависе ш от сформировавшегося ранее птодородия почвы

Тремя зерновыми ку чьтурами звена севооборота при учете но двум полям в среднем по вариантам опыта с основной и побочной продукцией из почвы вынесено 282 кг/га азота, 57 кг'га фосфора (Р) и 165 кг/га калия (К), всего - 504 кита (табл 4) По годам последействия наибольший суммарный вынос азота, фосфора и калия (215 кг га) приходится на первую кутьтуру звена - озимую пшеницу, второй по ве та чине вынос (160 кг'га) на ячмень, и наименьший (129 кг/га) - на третью культуру — овес В целом соотношение суммарного выноса основных этементов питания по кутьтурам, т е ностедоватечьно по трем годам, составило 1 0,7 0,6 Частично это можно отнести за счет различной потенциальной продуктивности озимой пшеницы, ячменя и овса, но, в основном, из-за снижения эффективного плодородия почвы

Падение выноса азота по годам характеризовалось соотношением 1 0,7 0,6, фосфора - I 0,6 0,4, калия - 1 0,8 0,77, из чего следует, что наименьшее снижение выноса с годами характерно дтя калия, наибольшее — для фосфора Азот занимал в этом смысле промежуточное положение, и падение его выноса относите чьно совпадало с тенденцией падения суммарного выноса азота, фосфора и калия

Довольно резкое снижение выноса фосфора урожаями, несмотря на достаточно высокое содержание его в почве, помимо биологических особенностей, по-видимому, обустовливалось постепенным переходом

И

фосфатов удобрений, вносимых ранее, в менее доступную для растений форму, их «старением», что отмечал еще Д.Н. Прянишников (1965).

Вместе с тем, помимо общей тенденции снижения выноса МРК по годам последействия, установлены различия в выносе как отдельных элементов питания, так и суммарного их количества, связанные с плодородием почвы по вариантам опыта и погодными условиями вегетационных периодов. Наибольший вынос азота, фосфора и калия по отдельности и суммарно (611 кг/га №К) урожаями трех культур был получен в варианте, где ранее вносили 5-кратную дозу бесподстилочного навоза, что более чем в 1,5 раза превысило вынос КРК в контрольном варианте. В варианте с последействием двукратной дозы навоза вынос составил 516 кг/га ЫРК, в варианте с внесением минеральных удобрений, эквивалентных двукратной дозе навоза, суммарный вынос ЫРК был на 82 кг/га меньше. Вариант 9 (1 доза бесподстилочного навоза + ИРК, эквивалентные 1 дозе навоза) по влиянию последействия на вынос занимал промежуточное положение. Таким образом, бесподстилочный навоз оказал более значительное последействие на обеспеченность зерновых культур основными элементами питания, чем минеральные удобрения, внесенные ранее в эквивалентном по №К количестве.

При корреляции выноса отдельных элементов питания и их суммарного количества урожаем зерновых культур в среднем по опыту с агрохимическими показателями почвы установлено, что наибольшее положительное влияние на вынос ЫРК оказывали обеспеченность почвы калием (г = 0,82), гумусом (г = 0,77), фосфором (г = 0,71), а также рН (г = 0,74) и содержание легкогидролизуемого азота (г = 0,63). Минеральные формы почвенного азота в связи с ежегодным внесением под культуры аммиачной селитры оказывали меньшее влияние на вынос №К, чем фосфор и калий.

Погодные условия неоднозначно влияли на вынос тех или иных элементов питания, поскольку от них зависела как величина урожая, так и его химический состав. В частности, засушливые условия при снижении урожая вызывали повышение концентрации в зерне азота и снижение содержания фосфора.

На соотношение № Р: К в выносе погодные условия сезонов вегетации оказывали большее влияние, чем плодородие почвы. При этом большим постоянством химического состава характеризовалось зерно (в отличие от соломы). По выносу основных элементов питания отмечено, что солома всех культур в среднем содержала ЫРК столько же, сколько и зерно, что подтверждает актуальность вопроса об использовании соломы на удобрение.

Таблица 4

Вынос элементов питания урожаями культур звена севооборота (в среднем по двум полям), кг/га

1 № | ваР Вариант удобрения (фон) В сумме за 3 года

N Р К КРК

| ' Контроль, без удоо 220,5 43,7 121,0 385,2

1 2 Бесподст навоз 1 доза 288,8 57,8 178,2 524,5

1 , л - // - 2 дозы 283,3 59,2 169,2 515,7

1 4 - / - 3 дозы 308,1 61,5 173,8 543,4

1 5 - / - 4 дозы 310,0 62 4 205,0 577,4

1 б - ! - 5 доз 333,0 62,7 210,6 610,8

. 7 Беспол навоз 2 дозы - Р 273,2 57,3 157,4 487,9

1 8 \РК, 2 "о:1ам беспол 252,3 50,4 131,7 434,4

9 ! Беспол навоз 1 доза »ЧРК, экв 1 дозе беспол навоза 265,6 54,3 139,9 459 8

| В среднем 282,0 57,0 165,2 504,2

Динамика агрохимических показателен пахотного и подпахотного горизонтов почвы

При изучении последействия 15-летнего внесения бесподстилочного навоза и эквивалентных доз минеральных удобрений под культуры кормового севооборота (опыт 90) в трехлетием звене из зерновых культур (опыт 90а) установлены вполне определенные тенденции в динамике агрохимических свойств дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почвы В общем виде эти тенденции заключались в снижении уровней эффективного плодородия почвы, достигнутых ранее за счет внесения удобрений Несмотря на кратковременный период наблюдений, установлено снижение гумусированности почвы, когда убыль органического вещества в среднем по опыту составила 5,7% (относительных), а в варианте с наибольшим его исходным содержанием достигла 10% (табл 5) При этом основные потери органического вещества почвы происходили за счет минерализации лабильного гумуса и составили в среднем по опыту 27,3%

Установлено значительное снижение подвижных форм калия и фосфора, что может быть объяснено их переходом в менее подвижные, необменные (фиксированные) формы. Показано, в частности, что бесподстилочный навоз в действии и последействии вызвал заметное увеличение необменнопоглощенного калия, определяемого в 10-процентной НС1 - вытяжке из почвы (при кипячении), особенно в вариантах с повышенной дозой, а также прочнофиксированной формы (экстрагирование при кипячении концентрированными азотной и соляной кислотами) при снижении концентраций подвижной и легкоподвижной форм элемента в почве (табл. 6). Подобную трансформацию калия минеральных удобрений отмечал А.А. Собачкин (2001) в эксперименте со стабильными изотопами калия (39К и 4|К).

Значительное, до 6,6 мг/100 г почвы, снижение подвижного фосфора в пахотном слое, также связано, главным образом, с трансформацией его в менее подвижные формы (табл. 7). На аналогичную тенденцию в условиях последействия фосфорных удобрений указывали Н.А. Кирпичников с соавторами (2000) и С.Н. Адрианов (2000).

Кислотность почв (рН КС1) повысилась на 2-7%, гидролитическая кислотность возросла максимально на 48%, сумма обменных оснований уменьшилась по вариантам на 6-26%, степень насыщенности основаниями снизилась максимально на 8% (относительных) процентов.

Таким образом, прекращение внесения бесподстилочного навоза и эквивалентных доз минеральных удобрений привело к значительному снижению в почве подвижности веществ, вносимых с этими удобрениями, и соответствующему изменению ее физико-химических свойств.

Заметной особенностью почвенных процессов, связанных с последействием ранее внесенных удобрений, явилась прямая зависимость интенсивности снижения величины агрохимических показателей эффективного плодородия почвы от их исходного уровня. Коэффициенты парной линейной корреляции (г) между исходным значением показателя и разницей с конечным результатом (« дельтой») составили за 2-3-летний период наблюдений: по органическому веществу +0,79, лабильному гумусу +0,88, подвижному фосфору +0,89, легкорастворимому фосфору +0,47, подвижному калию +0,96, легкорастворимому калию +0,87, рН +0,6, гидролитической кислотности - 0,65, сумме обменных оснований +0,88. Из этих данных видно, что чем выше исходное эффективное плодородие почвы, определенное по содержанию подвижных и легкоподвижных элементов питания, тем быстрее происходит его снижение, наблюдаемое при прекращении внесения питательных веществ.

Таблица 5

Динамика агрохимических показателей плодородии почвы в опыте 90а

№ вар Слой почвы, СМ Исходное содержание Второй год последействия Изменение агрохимических показателей

сргаш ВШЕСВД % рН РА ко ОртСТН къгат % рН НА К/) (рант. К2ЦШД % рН РА КзО

мг/ЮОг мг/ЮОг мг/ЮОг

0-20 1,40 5,3 7,8 9,8 1,35 5,0 7,3 9,2 -0,05 -0,3 -0,5 -0,6

1 20-40 1,01 5,2 8,0 8,6 0,98 5,2 7,8 9,4 -0,03 0 -0,2 +0,8

3 0-20 1,94 5,4 10,7 19,7 1,83 5,0 8,7 12,2 -0,11 -0,4 -0,2 -7,5

20-40 1,17 5,3 8,8 15,6 1,20 4,9 8,7 12,8 +0,03 -0,4 -0,1 -2,8

6 0-20 2,56 5,4 21,6 42,5 2,31 5,1 15,4 20,0 -0,25 -0,3 -6Д -22,5

20-40 1,56 5,4 16,7 26,7 1,40 4,9 14,2 19,6 -0,16 -0,5 -2,5 -7,1

8 0-20 1,76 5,0 13,3 19,9 1,63 4,9 11,1 10,2 ~10 ~А 12,1 -0,13 -0,1 -2,2 -7,8

2040 1,30 5,0 16,8 14,1 1,26 1,99 4,8 _5,0~ 11,2 -0,04 -0,2 -6,6 -2,9

9 0-20 2,03 5,2 5,2" 13,6 17,3 10,6 -0,04 -0,2 -3,2 -6,7

20-40 1.15 12,0 13,5 1,13 5,1 9,7 9,2 -0,02 -0,1 -2,3 -4,3

Другой важной особенностью также является снижение в первую очередь наиболее подвижных форм контролируемых в почве веществ - лабильного гумуса, легкорастворимых фосфора и калия.

Таблица 6

Изменение содержания легкоподвижного, необменнопоглощенного и прочнофиксированного калия (К2О) в почве, мг/100 г

№ Варианты удобрения (фон) Легкоподвижный Необменнопоглощен-ный, Прочнофиксирован-ный

Осень 1989 г. Осень 1992 г. Разница Осень 1989 г. Осень 1992 г. Разница Осень 1989 г. Осень 1992 г. Разница

1 Контроль, без уд. 1,5 1,2 -0,3 29,0 27,0 -2,0 451 458 + 7

3 Бесп. навоз 2 дозы 2,4 1.8 -0,6 50,5 59,5 +9,0 435 558 +123

6 Бесп. навоз 5 доз 3,8 1,6 -2.2 98,0 110,0 +12,0 562 588 +26

8 №>К, экв. 2 яозам навоза 2,6 1,2 -1,4 83,5 61,5 -22,0 505 569 +64

Таблица 7

Изменение содержания легкоподвижного и валового фосфора (Р2О5)

в почве

№ в. Варианты удобрения (фон) Легкоподвижный, мг/л Валовой, мг/100 г

Осень 1989 г. Осень 1992 г. Разница Осень 1989 г. Осень 1992 г. Разница

1 Контроль, без уд. 0,23 0,17 -0,06 95 90 -5

3 Бесп. навоз 2 дозы 0,27 0,21 -0,06 110 126 +16

6 Бесп. навоз 5 доз 0,37 0,25 -0,12 220 235 +15

8 №К, экв. 2 дозам навоза 0,29 0,19 -0,10 105 98 +7

Агроэкологическая, энергетическая и экономическая оценка последействия бесподстилочного навоза

Ежегодное, в течение 15 лет, внесение бесподстилочного навоза под культуры кормового севооборота на дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почве в дозах 34 до 170 т/га не привело к ухудшению экологического состояния

последующего агроценоза, на котором в течение 3 лег изучалось последействие ранее внесенных удобрений Это установлено по содержанию нитратного азота в метровом слое почвы и содержанию нитратов в грунтовых водах в опыте 90а, а также по содержанию нитратов в зерновой продукции - от 27-31 мг/кг (озимая пшеница) до 50-73 мг/кг ЫОз (овес), что значительно ниже ПДУ (300 мг/кг ЫОз)

Не оказали значительного отрицательного влияния возрастающие дозы бесподстилочного навоза на концентрацию тяжелых металлов в зерне, в частности - овса, что также свидетельствует об экологической безопасности использования бесподстилочного навоза в качестве удобрения кормовых культур в дозах, содержащих до 500 кг/га общего азота (табл 9) Это подтверждает экологическую безопасность ранее рекомендованных ВИУА доз бесподстилочного навоза, содержащих до 300 кг/га общего азота (Мерзлая, Полунин, Васильев, 1990)

Таблица 8

Содержание тяжелых металлов в зерне овса, мг/кг, 1992

№ вар Варианты удобрения (фон) С4 Бг Ре Си га Мп №

1 Контроль, без уя 0,20 3,78 52,9 2,30 34,1 41,0 3,08

п Бесп навоз I доза 0.20 3,58 50,5 2,43 34,3 41,7 3,07

3 — // - - 2 дозы 0.14 3,59 50,9 3,11 33,7 38,5 3.42

4 — // - - 3 дозы 0,13 3,83 52,4 3.25 34,7 43.0 3,45

5 — /' - - 4 дозы 0,16 3,95 48,0 2,74 33,6 45,6 3,48

б — // - - 5 доз 0.16 3,88 48.9 2,87 33,4 46,6 3,17

7 Бесп навоз 2 дозы+ Р 0,17 3,84 50,3 2,93 33,9 45,8 3,32

8 1ЧРК, экв 2 дозам навоза 0,18 4,11 44,8 2,69 33,8 46,3 3,44

9 Бесп навоз 1доза + ОТК экв 1дозе навоза 0,14 4,19 57,6 2,93 35,4 47,3 3,50

МДУ 0,3 - 100 30 50 - 1,0

Плодородие почвы, сформированное под воздействием бесподспшочного навоза и эквивалентных по ЫРК доз минеральных удобрений, оказало положительное влияние на энергетическую и экономическую эффективность технологий возделывания зерновых культур

Улучшенный агрофон на 40% повышал биоэнергетический коэффициент (КПД) энергозатрат и соответственно снижал энергетическую себестоимость зерновой продукции При этом отношение энергетической продуктивности к

израсходованной энергии, равное 2,5 (биоэнергетический коэффициент), считающийся оптимальным для умеренной полосы (Реймерс, 1990), получен в условиях последействия 5- кратной дозы навоза. Энергозатраты на производство зерна (по 3-летним данным) - 7,2 ГДж/т также были близки к опубликованным в литературе данным - 5,6-6,2 ГДж/т (Посыпанов, Долгодворов, 1995).

Последействие бесподстилочного навоза отразилось и на экономических показателях. При технологических затратах на возделывание зерновых культур в размере 23,3 тысяч рублей на 1 га в год, производство зерна по реализованной технологии на почве контрольного варианта, не получавшего ранее удобрений, было практически убыточным (рентабельность - 2,4%). С повышением уровня предыдущей удобренности почвы бесподстилочным навозом чистый доход возрастал от 317 руб./га в год при одинарной дозе до 753 руб./га в год при 5-кратной. Последействие минеральных удобрений было менее эффективным по сравнению с органическим (по ЫРК) эквивалентом.

Таким образом, бесподстилочный навоз в ежегодных дозах от 34 до 170 т/га, применяемых ранее под кормовые культуры, не оказал негативного влияния на экологическое состояние последующих зерновых культур, а созданное плодородие почвы позволило повысить энергетическую и экономическую эффективность производства зерновой продукции.

Выводы

1. В трехлетний период последействия удобрений наибольшее влияние на урожайность зерновых культур в полевом опыте оказало содержание легкоподвижных форм фосфора (коэффициент парной линейной корреляции (г *» 0,88), калия (г = 0,83), а также рН (г = 0,62), степень насыщенности основаниями (г = 0,56), нитратов (г = 0,87) в меньшей мере - содержание аммонийного азота (г = 0,39). Менее тесная корреляционная зависимость урожайности зерновых культур установлена с содержанием подвижных форм фосфора и калия, определяемых стандартными методами.

Последействие удобрений на химический состав биомассы зерновых в целом было незначительным.

2. По результатам микрополевого опыта с 15Ы в «безазотных» вариантах сбор зерна зависел (в порядке убывания значений коэффициентов парной линейной корреляции) от содержания в почве нитратного азота, минерального азота, подвижных форм фосфора и калия, а также аммонийного азота.

Внесение азотных удобрений в форме аммиачной селитры повысило зависимость сбора зерна от содержания в почве аммонийного азота, фосфора, калия и снизило от нитратного и минерального азота

При величине коэффициентов использования азота почвы от 0,8 до 1,4% и азота удобрений от 23 до 40% прибавки урожая от азотного удобрения находились в обратной зависимости от обеспеченности почвы нитратным азотом, что свидетельствует о целесообразности почвенной диагностики азотного питания озимой пшеницы, возделываемой на удобрявшихся бесподстилочным навозом дерново-подзолистых суглинистых почвах

Улучшенное плодородие почвы, несмотря на снижение коэффициентов использования меченого азота удобрений, способствовало закреплению его в почве и снизило неучтенные потери

3 Наибольшим выносом основных питательных веществ урожаем зерновых культур в полевом опыте с изучением последействия удобрений характеризовались варианты с повышенными дозами ранее внесенного бесподстилочного навоза - до 600 кг/га ЫРК в сумме за три года В варианте с последействием минеральных удобрений суммарный за три года вынос основных элементов питания был почти на 80 кг/га ниже, чем в варианте с последействием эквивалентной по №К 2-кратной дозой навоза

Солома всех культур в среднем содержала ЫРК столько же, сколько и зерно, что подтверждает целесообразность использования ее на удобрение

4 Прекращение внесения бесподстилочного навоза и минеральных удобрений привело к снижению в почве концентрации поступающих с удобрениями веществ и изменению ее физико-химических свойств Чем выше был уровень исходного агрохимического показателя, тем на большую величину он снижался за период последействия При этом содержание легкоподвижных форм органического вещества, фосфора и калия снижалось наиболее интенсивно Снижение легкоподвижных и подвижных форм фосфора и калия в значительной мере обусловлено переходом их в менее подвижные, необменные формы

5 При изучении последействия длительного применения бесподстилочного навоза в возрастающих дозах не выявлено негативного влияния на экологическое состояние агроценозов Содержание нитратного азота в почве вариантов с последействием навоза, незначительно превышало аналогичный показатель в контрольном варианте опыта, и то лишь в первый год последействия

Навоз и минеральные удобрения не вызвали в последействии накопления тяжелых металлов в продукции (зерно овса) по сравнению с контролем Во всех вариантах их наличие в продукции было значительно ниже МДУ, принятой для зернофуражных культур

6. Различные уровни плодородия почвы оказали определенное влияние на энергетическую и экономическую эффективность возделывания зерновых культур в звене полевого севооборота. Это влияние выразилось в снижении удельных технологических затрат на производство зерновой продукции, что имеет важное значение в условиях рыночной экономики. При этом основные экономические и энергетические показатели были выше на более плодородной почве.

Практические предложения

1. Экологически безопасные (по последействию) дозы бесподстилочного навоза для ежегодного внесения в кормовых севооборотах на дерново-подзолистых суглинистых почвах в контролируемых условиях могут составлять по азоту 300 кг/га.

2. В агрохимической науке и практике следует учитывать, что длительное интенсивное удобрение дерново-подзолистых суглинистых почв, прежде всего бесподстилочным навозом, создает в них значительные запасы фосфора и калия, находящихся в фиксированных формах, не извлекаемых в вытяжках 0,2 н HCl. При определении текущей потребности растений в питательных веществах целесообразно определять не только подвижные формы фосфора и калия стандартными методами, но и легкоподвижные их формы, а для оценки общих запасов фосфора и калия - прочнофиксированные формы этих элементов в почве.

Список опубликованных работ по теме диссертации:

1. Мерзлая Г.Е., Афанасьев P.A., Ефремов В.Ф., Нестерович.И.А., Лежнина A.A., Кривова Л.С. Эффективность органической и органо-минеральной систем удобрения при длительном применении бесподстилочного навоза КРС // Сб. науч. тр. / ВНИИМЖ. 1992. Вып. 7,-С. 26-30.

2. Мерзлая Г.Е., Афанасьев P.A., Ефремов В.Ф., Нестерович.И.А, Лежнина A.A., Кривова Л.С. Агроэкологическая оценка традиционной и альтернативной систем удобрения в кормовом севообороте на окультуренной дерново-подзолистой почве // Агрохимия. -1993. № 11. -С.60-67.

3. Мерзлая Г.Е., Афанасьев P.A. Кривова Л.С. Последействие длительного применения бесподстилочного навоза на продуктивность зерновых

культур и динамику агрохимических показателей дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почвы // Бюллетень ВИУА №119 2003 - С 23-26

4 Афанасьев Р А, Кривова JIС Определение в одной навеске емкости поглощения и обменного водорода соответственно методами Бобко -Аскинази и Гедройца // Материалы международной конференции-Современное приборное обеспечение и методы анализа почв, кормов, растений и сельскохозяйственного сырья - М ВНИИА 2003 С 82

5 Мерзлая Г Е, Афанасьев Р А., Нестерович И А, Кривова JIС, Лежнина А А Влияние длительного применения органических и минеральных удобрений в кормовом севообороте на дерново-подзолистых почвах Московской области - Материалы международного симпозиума-Длительные стационарные опыты с удобрениями - Июнь 15-18, 1993 Warszawa- Krakow, Poland Р 69-76

Зак 05

Vci печ 1 1 16

Издатечьство МСХА 127550, Москва, yi Тимирязевская 44

Тир 100 экз