Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Повышение плодородия почв Мещерской низменности под воздействием структурных мелиораций

ВАК РФ 06.01.01, Общее земледелие

Автореферат диссертации по теме "Повышение плодородия почв Мещерской низменности под воздействием структурных мелиораций"

На правах рукописи

КУРЧЕВСКИЙ СЕРГЕЙ МИХАИЛОВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ ПЛОДОРОДИЯ ПОЧВМБЩЕРСКОИ НИЗМЕННОСТИ ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ СТРУКТУРНЫХ МЕЛИОРАЦИЙ

06.01.01 - «Общее земледелие, растениеводство» 06.01.02 - «Мелиорация, рекультивация и охрана земель»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

005547938 1 - Ш 2014

Немчиновка - 2014

005547938

Работа выполнена на кафедре технологии производства, хранения и переработки продукции растениеводства и экономики сельского хозяйства «Рязанского государственного агротехнологического университета имени П.А. Костычева» в 2010-2014 гг.

Научные руководители:

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

Виноградов Дмитрий Валериевич доктор биологических наук Евтюхин Владимир Федорович доктор биологических наук Акулов Алексей Алексеевич, доктор сельскохозяйственных наук, профессор кафедры промышленной экологии и химии Калужского филиала Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана;

Калиниченко Роман Владимирович, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент кафедры мелиорации и геодезии Российского государственного аграрного университета — Московской сельскохозяйственной академии имени К.А. Тимирязева.

Рязанский научно-исследовательский институт сельского хозяйства Россельхозакадемии

Защита состоится « 3 » июня 2014 года в 13 часов 30 минут на заседании диссертационного совета Д 006.049.01 при Московском научно-исследовательском институте сельского хозяйства «Немчиновка».

Адрес: 143026, Московская область, Одинцовский район, пос. Немчиновка-1, ул. Калинина, дом 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского научно-исследовательского института сельского хозяйства «Немчиновка» и на сайте института в интернете www.nemchinowka.ru.

Автореферат разослан « »апреля 2014года.

Ученый секретарь

диссертационного совета Мерзликин А .С.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В Нечерноземной зоне Российской Федерации значительные площади занимают малопродуктивные дерново-подзолистые супесчаные почвы, а также мелкозалежные и выработанные торфяники, которые до недавнего времени считались "бросовыми землями". Общая площадь малопродуктивных дерново-подзолистых почв в Рязанской области составляет - 205,3 тыс. га или 14 % от всех земель сельскохозяйственного назначения. Площадь маломощных торфяных месторождений в Рязанской Мещере остается значительной. Слабое вовлечение мелкозалежных торфяников в сельскохозяйственное производство связано с их мелиоративной неблагоустроенностью и отсутствием достаточного опыта их сельскохозяйственного освоения.

Следует отметить, что дерново-подзолистые супесчаные почвы обладают низким потенциальным плодородием и для высокоэффективного использования нуждаются в применении комплекса агротехнических и агромелиоративных мероприятий. Однако до настоящего времени система этих мероприятий слабо разработана.

В целом, применительно к условиям Мещерской низменности Рязанской области остаются малоизученными вопросы высокопродуктивного использования дерново-подзолистых супесчаных почв и мелкозалежных торфяников в агроценозах. Поэтому изучение этой проблемы является весьма актуальным для региона.

Цель работы - разработать агротехнические и агромелиоративные приемы по повышению плодородия малопродуктивных дерново-подзолистых супесчаных почв и мелкозалежных низинных торфяников в условиях Мещерской низменности Рязанской области.

Задачи исследований:

- выявить влияние торфа и навоза на фоне минеральных удобрений и микробиологической добавки на агрофизические, агрохимические свойства и биологическую активность дерново-подзолистой супесчаной почвы;

- изучить влияние органических удобрений на фоне минеральных и микробиологической добавок на рост, развитие и урожайность зеленой массы горохо-овсяной смеси;

- определить влияние песка и глины на фоне минеральных удобрений на изменение агрофизических, агрохимических свойств, биологическую активность и питательный режим почвы мелкозалежного торфяника;

- изучить влияние песка и глины на структуру урожая и урожайность

овса;

- по результатам исследований разработать рекомендации по улучшению малопродуктивных дерново-подзолистых супесчаных почв и мелкозалежных торфяников;

- дать экономическую оценку мероприятиям по повышению плодородия дерново-подзолистых супесчаных почв и мелкозалежных торфяников.

Научная новизна исследований. Впервые, применительно к природно-климатическим условиям Мещерской низменности Рязанской области, в полевых опытах на дерново-подзолистой супесчаной почве проведены исследования по изучению влияния различных доз торфа, на фоне навоза и минеральных удобрений с внесением микробиологического препарата Байкал ЭМ-1, на основные свойства и плодородие почвы. Выявлены оптимальные дозы органических удобрений (75 т/га торфа + 25 т/га навоза) на фоне минеральных и микробиологического препарата на динамику гумуса и питательных веществ, на рост, развитие, урожайность и качество горохо-овсяной смеси.

Установлены наиболее эффективные дозы песка (400 т/га) и глины (600 т/га) на фоне минеральных удобрений при их внесении на мелкозалежный торфяник для улучшения агрофизических и агрохимических свойств почв.

Практическая ценность работы. На основании проведенных исследований предложено на ¡дерново-подзолистой супесчаной почве для повышения урожайности и : качества сельскохозяйственной продукции использовать наиболее оптимальную органо-минеральную систему удобрений (75 т/га торфа + 25 т/га навоза'+ ЫзоРзоКбо) с внесением микробиологического препарата Байкал ЭМ-1.

На мелкозалежной торфяной почве предложено использовать глину дозой 400 т/га или песок дозой 600 т/га на фоне минеральных удобрений, как способ повышения продуктивности почв для хозяйств Мещерской низменности.

Разработаны рекомендации по повышению почвенного плодородия исследуемых почв. |

Апробация работы. Основные положения и результаты исследований доложены на XII Всероссийской Школе «Экология и почвы» (Пущино, ИФХиБПП РАН, 2011), Международной научно-практической конференции «Экологическое состояние природной среды и научно-практические аспекты современных мелиоративных Технологий» (Рязань, РГАТУ, 2012), У-ой Международной (9-ой Всероссийской) научной конференции «Инновационные технологии и экологическая безопасность в мелиорации» (Коломна, ВНИИ "Радуга", 2012), Международной научно-практической конференции «Роль мелиорации и водного хозяйства в обеспечении устойчивого развития земледелия» (Киев, ИВПиМ НААН, 2012), Международной научно-практической конференции «Мелиорация и проблемы восстановления сельского хозяйства России» (МЬсква, ВНИИГиМ, 2013).

Результаты исследований прошли внедрение в ОПХ «Полково» Мещерского филиала ВНИИГиМ и в ООО «Мещерский научно-технический центр».

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 11 печатных работ, в том числе 4 в журналах, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов и предложений, изложена на 177 страницах, иллюстрирована 6 рисунками, содержит 59 таблиц и 7 приложений. Библиографический список включает 198 наименований, из них 16 зарубежной литературы.

Реализация работы, производственную проверку и

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Состояние проблемы

Анализ современных проблем устойчивости земледелия свидетельствуют о том, что оптимизацию малопродуктивных почв южно-таежной зоны в пределах Мещерской низменности, возможно решить за счет комплекса технологических средств по расширенному воспроизводству почвенного плодородия.

Проанализированы причины низкого плодородия минеральных и органических почв, исследования которых посвящены труды В.Р. Вильяма, Н.М. Сибирцева, М.А. Глазовской, А.И. Перельмана, И.В. Тюрена, В.А. Ковда, Н.С. Авдонина, В.Н. Ефимова, В.И. Белковского, Ф.Р. Зайдельмана, Э.И. Шиперко и др. Природные малопродуктивные почвы характеризуются неблагоприятной агрономической характеристикой - строением почвенного профиля, гранулометрическим, минералогическим и химическим составом.

Легкие минеральные почвы, обладающие слабой сорбционной способностью, не могут удерживать питательные вещества вносимых удобрений. Применение торфа и навоза на таких почвах влечет за собой улучшение физических, водных и биохимических свойств. Считается перспективным методом использования специфических популяций микроорганизмов и грибов.

В системе мероприятий по повышению плодородия выработанных и мелкозалежных торфяников необходимо создание оптимального водного и пищевого режимов. Структурная мелиорация мелкозалежных торфяников -глинование и пескование с внесением минеральных удобрений, является эффективным мероприятием по окультуриванию этих почв.

Условия и методики проведения исследований

Комплексные исследования по изучению влияния различных видов удобрений и добавок проводили в 2011-2013 гг. на экополигоне «Мещера», расположенного в опытно-производственном хозяйстве «Полково», в пределах Рязанской Мещеры.

Рязанская область относится к зоне неустойчивого увлажнения. Количество осадков выпадает в среднем 500 - 575 мм. Сумма среднесуточных температур воздуха за период активной вегетации растений колеблется в пределах 2200-2350 °С, гидротермический коэффициент равен 1,0 - 1,2.

В районе проведения исследований метеорологические условия складывались следующим образом: 2011г характеризовался как острозасушливый и очень жаркий, 2012г - избыточным увлажнением и средним температурным режимом, 2013г - оптимальным увлажнением и температурным режимом.

Было выбрано 2 опытно-производственных участка: опыт 1 - на малопродуктивных супесчаных дерново-подзолистых почвах и опыт 2 - на маломощных низинных торфяниках (район «Тинки-И»). «Тинки-П» расположен

на болоте Тинки, осушен открытыми каналами в 1963г, уровень грунтовых вод в среднем за вегетацию поддерживается на глубине 90-120 см. Осушительная система длительное время не обслуживалась

Опыт 1. Улучшение малопродуктивной супесчаной дерново-подзолистой почвы при внесении органических, минеральных удобрений и микробиологического препарата. Дерново-подзолистая супесчаная почва, характеризовалась высокой плотностью сложения (1,61 г/см3). Плотность твердой фазы - 2,71 г/см3, пористость - 40,5 %. Полная влагоемкость в пахотном слое была равна 24,1 %, а наименьшая влагоемкость - 14,9 %. Почва низко обеспечена гумусом (в среднем 1,31 %), рН солевой вытяжки в верхнем слое почвы - 5,1 (слабокислая), содержание общего азота очень низкое - 0,028 %, подвижного фосфора повышенное - 104 мг/кг, а обменного калия среднее - 72 мг/кг.

Схема опыта 1:

1. Без удобрений — контроль

2. ИзоРзоКбо - фон

3. Фон + навоз 25 т/га +торф 25 т/га

4. Фон + навоз 25 т/га +торф 25 т/га + биологический препарат "Байкал ЭМ-1"

5. Фон + навоз 25 т/га +торф 50 т/га

6. Фон + навоз 25 т/га +торф 50 т/га + биологический препарат "Байкал ЭМ-1"

7. Фон + навоз 25 т/га +торф 75 т/га

8. Фон + навоз 25 т/га +торф 75 т/га + биологический препарат "Байкал ЭМ-1"

9. Фон + навоз 25 т/га +торф 100 т/га

10. Фон + навоз 25 т/га +торф 100 т/га +биологический препарат "Байкал ЭМ-1"

Опыт заложен в четырехкратной повторности. Площадь опытной делянки составляла 30 м2, учетная площадь - 20 м2.

Характеристика навоза и торфа представлена в табл. 1

Таблица 1 — Характеристика навоза и торфа

Показатели Единицы измерения Торф Навоз

Влажность % 65 75

Органическое вещество % 68 21

Общий азот % 2,27 0,53

Подвижный фосфор V. % 0,36 0,23

Подвижный калий % 0,11 0,57

рНсол ед. рН 5,7 6,8

Микробиологический препарат «Байкал ЭМ-1» (ЭМ) представляет собой водный раствор, содержащий комплекс микроорганизмов обитающих в природе, и продуктов их жизнедеятельности. В этот комплекс входят Lactobacillus casei 21; Streptococcus lactis 47; Phodopseudomonas palistris 108; Caccaromyces cerevisiae 76. Препарат имеет рН 3,38 ± 0,13, буферная емкость раствора - 0,033 ± 0,004 г-экв, содержание белка - 2,55±0,19 г/л, мочевины -

10,043 ± 0,45 ммоль/л, аммиака - 0,028 ± 0,002 мкмоль/л, глутамина 0,01 ± 0,0 мкмоль/л. Норма расхода препарата ЭМ-1 - 2 л/га.

Из минеральных удобрений применяли: аммиачную селитру (N - 34%), двойной суперфосфат (Р205 - 49%), калий хлористый (К20 - 60%). Минеральные удобрения вносили ежегодно, как фон в дозе N30P3oK6o-

При закладке опыта 1 проводилось дискование дернины в два следа, внесение навоза и торфа, полив препаратом «Байкал ЭМ-1» разведенным в воде 1:1000, далее вспашка на глубину 18-20 см. Затем ранне-весеннее боронование. Минеральные удобрения и «Байкал ЭМ-1» вносили ежегодно под предпосевную культивацию. Опытная культура - реагент (горохо-овсяная смесь). Горох сорт Рокет (40% в смеси) и овес - Горизонт (60% в смеси). Норма высева гороха 0,6 млн. всхожих семян на га, овса - 3,6 млн. всхожих семян на га. Посев осуществляли С3-3,6А, на глубину 4-6 см. После посева -прикатывание ЗККШ-6. Уборка механизированная и вручную.

Опыт 2. Повышение продуктивности торфяно-болотных почв при внесении минеральных добавок из глины и песка. Почва участка мелкозалежный торфяник с высокой степенью разложения 35 % (0-20 см) и высокой зольностью - 28,1 %. Плотность сложения в слое 0-20 см составляла 0,35 г/см3, плотность твердой фазы - 1,71 г/см3, пористость — 80,0 %, а пористость аэрации - 46,1 %. В пахотном слое полная влагоемкость - 219 %, наименьшая влагоемкость - 109 % и максимальная гигроскопичность - 29,2 % от массы. рНсол в почвенном слое 0-20 см - 5,0 (среднекислые), общий азот - 3,08 %, подвижный фосфор и обменный калий —122 и 163 мг/кг соответственно.

Схема опыта 2 на мелкозалежном торфянике:

1. Без удобрений и мелиорантов - контроль

2. N45P6oK9o— фон

3. Фон + глина 400 т/га

4. Фон + глина 600 т/га

5. Фон + глина 800 т/га

6. Фон + песок 400 т/га

7. Фон + песок 600 т/га

8. Фон + песок 800 т/га

Опыт заложен в четырехкратной повторности. Площадь опытной делянки составляла 30 м2, а учетная площадь - 20 м2.

В опыте химические показатели минеральных добавок из глины (Г) и песка (П) соответственно составляли: Si02 - 71,26 % и 92,20 %, А1203 + Fe20 -18,14 % и 7,01 %, СаО - 1,49 % и 0,48 %, MgO - 1,45 % и 0,05 %, Р205 - 0,10 % и 0,06 %, К20 - 3,23 % и 0,05 %, Na20 - 0,11 % и 0,05 %, рН^ - 5,9 и 5,4.

При закладке опьгга 2 проводили дискование дернины в два следа, вспашку, выравнивание, внесение песка и глины, дискование. Затем боронование, минеральные удобрения вносили ежегодно под предпосевную культивацию почвы в дозе N45P60K90. Посев овса сорта «Горизонт» с нормой высева - 5,5 млн./га. Посев осуществляли С3-3,6А, глубина заделки семян 4-6 см. После посева - прикатывание ЗККШ-6. Уборка механизированная и вручную.

Опыты заложены по методике опытного дела Б.А. Доспехова (1985). Данные фенологических наблюдений, густоту стояния и биометрические показатели учитывали согласно «Методике государственного сортоиспытания с.-х. культур» (1971, 1985). Определение площади листьев, фотосинтетический потенциал определяли по методике, описанной А.А. Ничипоровичем (19591961); для расчета чистой продуктивности фотосинтеза использовалась формула, предложенная Киддом, Вестом и Бригсом (Ничипорович и др., 1961).

Качество горохо-овсяной смеси на зоотехнические показатели (содержание сырой клетчатки, сырого жира, сырого протеина, сырой золы, фосфора, кальция) определяли по ГОСТам 13496.15-97, 13496.2-91, 13496.4-93, 26226-95, 26570-95,26657-97.

Отбор проб проводили в соответствии с ГОСТ 28168-89. Плотность сложения почвы определялась методом режущего кольца, плотность твердой фазы - пикнометрическим методом, пористость - расчетным путем, наименьшая влагоемкость по методу Астапова путем залива площадок размером 1,0x1,0 м. Водопроницаемость определяли по металлическим кольцам с поддержанием постоянного слоя воды 5 см. Влажность почвы и максимальную гигроскопичность - по ГОСТу 28268-89. Содержание гумуса -по методу Тюрина, рН - по ГОСТу 26483-85, гидролитическую кислотность по ГОСТу 26212-91, зольность - по ГОСТу 27784-88, содержание подвижных форм фосфора и калия по Кирсанову - ГОСТ 26207-91, содержание общего азота - по Кьельдалю, аммонийного азота - по ГОСТ 26489-85. Сумму поглощенных оснований определяли по методу Каппена (ГОСТ 27821-88). Микробиологическую активность почвы определяли методом аппликаций по интенсивности разложения льняной ткани. Математическую обработку результатов исследований проводили методом дисперсионного анализа по Б.А. Доспехову (1985).

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

1. Улучшение малопродуктивных супесчаных дерново-подзолистых почв при внесении органических, минеральных удобрений и микробиологического препарата

С увеличением дозы торфа на фоне минеральных удобрений, микробиологического препарата '-заметно улучшились многие водно-физические показатели.

Положительное влияние органических, минеральных удобрений и микробиологического препарата сказывалось на разуплотнении почвы и снижении ее плотности (рис. 1). С увеличением дозы органических удобрений эти показатели улучшились. Так, в варианте 10, где на фоне ИРК и навоза в количестве 25 т/га было внесено 100 т/га торфа и микробный препарат, плотность сложения составляла 1,42 г/см3, что на 15,5 % меньше чем на контроле, а пористость увеличилась на 20,6 % (на 8,1 % по объему почвы).

ВИВ >48

СЗ * 47

П <45 □ <43 П <41 ЕЯ < 39

У = 97,23 - 36,03-X! + 0,04-Хг,

где У - пористость, %; X,- плотность сложения, г/см3; Х2 - продуктивная влага,

мм

Рис. 1 - Зависимость пористости от плотности сложения и продуктивной влаги.

Внесение в почву органических удобрений в виде навоза и торфа улучшало почвенную структуру более чем в 2 раза. Содержание агрономически денных агрегатов размером 0,25-10 мм в контроле составляло 53,8 %, при коэффициенте структурности 1,16. Внесение в почву навоза в дозе 25 т/га и торфа 100 т/га на фоне №К обеспечивало увеличение количества агрономически ценных агрегатов до 70,1-72,1 %, коэффициента структурности до 2,35-2,58 %. Водопрочная структура в варианте 9 увеличилась по сравнению с контролем с 28,9 до 40,4 %, а с внесением микробного препарата (вар.Ю) до 42,0 %.

Внесение в почву 100 т/га торфа, 25 т/га навоза и минеральных удобрений привело к повышению запасов продуктивной влаги в слое почвы 0-20 см с 28,6 до 33,1 мм или на 15,7 % за счет повышения водоудерживающей способности почвы, т.е. показателей наименьшей влагоемкости. При этом микробный препарат на изменение запасов продуктивной влаги в почве практически не влиял. Органические удобрения заметно влияли на агрохимические свойства почвы (табл. 2).

Таблица 2 - Агрохимические показатели дерново-подзолистой супесчаной почвы в слое 0-20см (ср. 2011-2013гг)

№ вар. Варианты опыта Гумус % ^гидр. Р2О5 К20 рНка Емкость поглощения, мг-экв/100г почвы Степень насыщенно сти основаниями, %

мг/кг

1 Контроль 1,29 23 45 33 5,1 5,94 52,9

? Фон (ИзоРзоКбо) 1,35 83 107 67 5,2 7,01 55,8

Фон +Н25 +Т25 1,48 225 129 73 5,5 8,83 69,4

4 Фон +Н25 +Т25+ ЭМ 1,52 236 136 77 5,6 9,34 71,1

5 Фон +Н25 +Т50 1,58 299 147 84 5,7 9,72 71,2

Фон +Н25 +Т50+ ЭМ 1,61 310 156 90 5,8 10,21 71,6

7 Фон +Н25 +Т75 1,68 362 163 96 5,8 10,47 71,3

8 Фон +Н25 +Т75+ ЭМ 1,73 371 169 102 6,0 10,99 72,4

9 Фон+Н25 +Т100 1,80 426 180 111 5,8 10,79 73,4

10 Фон +Н25 +Т100+ ЭМ 1,84 438 184 115 6,0 11,38 73,4

НСР05 0,22 34 23 21 0,3

Примечание: здесь и в других таблицах Н - это навоз, Т - торф, ЭМ - биопрепарат «Байкал ЭМ-1»

Так, в среднем за годы исследований содержание гумуса увеличивалось на 0,32%; 0,44% и 0,55%. При максимальной дозе внесения торфа 100 т/га произошло увеличение содержания питательных элементов. При этом содержание легкогидролизуемого азота повысилось с 83 до 438 мг/кг или в 18,9 раза, подвижного фосфора с 107 до 184 мг/кг (в 4,1 раза) и обменного калия с 67 до 115 мг/кг (в 3,5 раза) (табл. 2).

Применение органических и минеральных удобрений благоприятствует улучшению физико-химических свойств почв.

Результаты исследования обменной кислотности почвы слоя 0-20 см выявили, что при внесении органических и минеральных удобрений снижается степень кислотности от среднекислых до слабокислых и даже до близких к нейтральным величинам. Это обусловлено разложением органических остатков, их минерализацией. Внесение минеральных и органических удобрений положительно сказалось на увеличении суммы обменных оснований и емкости поглощения, без изменения гидролитической кислотности. В частности насыщенность почвы основаниями зависит от повышения органических веществ в почве.

Интенсивность разложения целлюлозы (рис. 2) свидетельствует о том, что самая высокая активность микроорганизмов в почве отмечалась в варианте 10 (фон + Н25 + Т100 + ЭМ) и составляла 41,7 %, что в 3,8 раза больше чем на контроле. Применение микробиологического препарата усиливало разложение ткани на 4-8 % в зависимости от доз органических удобрений. Биологическая активность микроорганизмов в свою очередь ускоряет разложение органического вещества и образование гумуса в почве.

Фон +Н25 +Т100+ЭМ

Фон 4Н25 +Т100

™ Фон +Н25 +Т75+ DM

| Фон+Н25 +Т75

£ ФОН+Н25 +Т500М х

S Фон +Н25 +Т50 а.

S Фон+Н25 +Т25+ЭМ Фон+Н25 +Т25 Фон(N30P30K60)

О 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Разложение ткани, % Рис. 2 - Интенсивность разложения льняного полотна

Результаты исследований показали, что горох и овес отзывчивы на внесение органо-минеральных удобрений и микробиологического препарата. С увеличением дозы внесения органических удобрений повышается высота и площадь листовой поверхности. По сравнению с фоном минеральных удобрений, внесение торфа дозой 100 т/га и навоза 25 т/га способствовало увеличению высоты растений на 59,5 % у гороха и на 46,7 % у овса. Дополнительное внесение микробного препарата к органическим удобрениям увеличило среднюю высоту растений на 3-4 %. Суммарная листовая поверхность горохо-овсяной смеси в вариантах с внесением органических удобрений (варианты 3-9) увеличилась по сравнению с фоном на 17,9-74,2 % и ее показатели возрастали по мере повышения дозы торфа. Роль микробного препарата в увеличении суммарной площади листовой поверхности составляла примерно 5-6 %.

Наиболее мощная корневая система горохо-овсяной смеси отмечена в варианте 10, с дозой внесения торфа 100 т/га и 25 т/га навоза на фоне минеральных удобрений с применением ЭМ. По сравнению с контролем она увеличилась в 2,5 раза. Дополнительное ежегодное внесение ЭМ повышало массу корней в слое О-бОсм на 4,8 - 12,7 % по сравнению с органическими удобрениями в зависимости от дозы.

Внесение органических и минеральных удобрений повышало питательную ценность кормовой массы горохо-овсяной смеси: сырого жира на 0,2 - 0,6 %, сырого протеина на 0,6 -1,7 %, фосфора с 0,34 до 0,38 % и кальция - с 0,63 до 0,68 %. Дополнительное внесение ЭМ улучшало биохимические показатели на 5-10 %.

Засоренность посевов зависела от влагообеспеченности в течение вегетационного периода и доз внесения органических удобрений. В 2011-2013 годах сложились благоприятные условия для развития сорняков. Видовой состав сорной растительности был представлен, в основном, малолетниками. Из яровых ранних - галинсога мелкоцветковая (Galinsoga parvijlora), редька дикая (Raphanus raphanistrum), марь белая (Chenopodium album), подмаренник

■ I I I I I

I

цепкий (Galium aparine), горец почечуйный {Polygonum persicana)', яровых поздних - просо куриное (Echinochloa crusgalli), щирица запрокинутая (Amarantus retroflexus)-, зимующих - ярутка полевая (Thlaspi arvense) пастушья сумка {Capsella bursa-pastoris); двулетних - ромашка непахучая (Matricaria chamomiUa)] многолетние корневищные - хвощ полевой (Equisetum arvense), корнеотпрысковые - осот полевой {Sonchu sarvensis), вьюнок полевой (Convolvulus arvensis), бодяк полевой (Cirsium arvense).

С увеличением уровня питания, количество сорной растительности неизменно повышалось, особенно яровыми ранними однолетниками. Максимальная сырая масса сорняков отмечена в вариантах, где была внесена наибольшая доза органических удобрений с применением микробного препарата и без него и составила соответственно 106,8 и 110,4 г/м , превысив

контроль в 2,7-2,8 раза.

Наибольшие значения урожайности горохо-овсяной смеси в среднем за три года отмечались на варианте 10 - 32,5 т/га, где на фоне минеральных удобрений вносился навоз в дозе 25 т/га и торф 100 т/га, а также микробиологический препарат (таблица 3). При этом увеличение дозы торфа на 25 т/га повышало урожайность зеленой массы на 2,8-3,2 т/га, а применение микробиологического препарата повышало урожайность на 2,1-5,6 /о в зависимости от дозы вносимых органических удобрений. Одновременно с этим существенно лучше развивалась вегетативная масса смеси.

Таблица 3 - Урожайность зеленой массы горохо-овсяной смеси при разных уровнях внесения удобрений, т/га

№ вар Прибавка урожайности

Варианты опыта Урожайность, т/га От контроля От фона

2011г. 2012г. 2013г. Среднее. т/га % т/га %

1 13,4 14,7 13,6 13,9 - - -

2 17,3 18,5 17,6 17,8 3,9 28 - -

3 Фон +Н25 +Т25 24,1 22,9 21,1 22,7 8,8 63 4,9 28

4 Фон +Н25 +Т25+ ЭМ 25,3 24,4 22,9 24,2 10,3 74 6,4 36

5 Фон +Н25 +Т50 26,7 25,6 24,2 25,5- 11,6 84 7,7 43

6 Фон +Н25 +Т50+ ЭМ 28,3 27,2 25,8 27,1 13,2 95 9,3 53

7 Фон +Н25 +Т75 29,5 28,1 28,5 28,7 14,8 107 10,9 61

8 Фон +Н25 +Т75+ ЭМ 31,2 30,0 29,1 30,1 16,2 117 12,3 69

9 Фон +Н25 +Т100 32,3 31,5 31,0 31,6 17,7 127 13,8 78

10 Фон +Н25 +Т100+ ЭМ 33,4 32,2 31,8 32,5 18,6 134 14,7 83

НСР05(по фактору А) 1,42 1,97 1,38 - •- - - -

НСРп1<по фактору В) 0,14 0,32 0,27 - R" -

Примечание, внесением препарата "Байкал ЭМ-1".

Таким образом, с внесением, органических удобрений создается оптимальный питательный режим, что является важнейшим условием получения высоких и устойчивых урожаев зеленой массы.

2. Повышение продуктивности торфяно-болотных почв при внесении минеральных добавок из глины и песка

Внесение больших доз минерального грунта из глины (Г) и песка (П) коренным образом изменяло основные водно-физические свойства мелиорируемой торфяной почвы (таблица 4).

Таблица 4 - Изменение водно-физических свойств торфяной почвы при внесении глины и песка в слое 0-20 см (ср. 2011-2013гг.)

№ вар. Варианты опыта Плотность сложения, г/см3 Плотность твердой фазы, г/см3 Зольность, % Пористость, % Пористость аэрации, % ПВ, %от массы НВ, %от массы Продуктивная влага

% мм

1 0,33 1,70 28,1 80,6 45,9 209,9 105,4 61,9 40,8

2 0,35 1,72 28,2 79,7 43,1 198,2 104,5 61,6 41,4

3 Фон +Г 400 0,60 2,32 51,2 74,1 24,8 133,3 70,7 36,2 44,0

4 Фон + Г 600 0,73 2,41 62,1 69,7 18,3 103,4 64,3 35,5 51,5

5 Фон + Г 800 0,86 2,49 71,5 65,3 13,6 86,1 60,1 34,9 59,9

6 Фон + П 400 0,55 2,26 50,0 75,8 32,3 127,4 67,3 35,0 42,1

7 Фон + П 600 0,69 2,38 60,6 71Д 24,8 97,4 59,1 31,4 45,2

8 Фон+ П 800 0,82 2,45 69,6 66,5 21,3 80,5 54,5 30,8 50,4

НСР05 0,07 0,11 2,12 3,05 1.86

Применение минерального грунта (400 т/га) вызывает повышение плотности сложения на 66,7-81,8 %, а при увеличении доз глины и песка в 2 раза (с 400 до 800 т/га) плотность сложения повысилась в 1,5 раза. Плотность твердой фазы по сравнению с контролем (чистая торфяная почва) возрастала в 1 33-1,36 раза при дозах минерального грунта по 400 т/га, в 1,40-1,42 при дозах по бООт/га и в 1,44-1,46 раза при внесении грунтов по 800 т/га. Что касается зольности, то с увеличением доз глины и песка от 400 т/га до 800 т/га зольность смешанной торфяной почвы повышалась на 38-40 %.

С изменением плотности сложения в обратной зависимости изменялась общая пористость и пористость аэрации почвы пахотного горизонта Так, при внесении максимальной дозы минерального грунта (глина и песок) 800 т/га общая пористость уменьшилась в 1,21 -1,23 раза, а пористость аэрации - в 2,15

- 3,38 раза. „

Торфяно-болотная почва характеризуется высокой влагоемкостью. При внесении глины 400-800 т/га показатели полной влагоемкости по сравнению с контролем снизились в 1,6-2,4 раза, а при использовании песка в таком же количестве - в 1,7 - 2,6 раза. Наименьшая влагоемкость снижалась в 1,5-1,« раза при глиновании и в 1,6-1,9 раза при песковании.

Сельскохозяйственные культуры для своего роста и развития используют в основном продуктивную влагу. Повышение дозы глины до 800 т/га обеспечивало увеличение продуктивных запасов влаги до 60 мм или в 1,5 раза, чем на контроле. Аналогичные изменения были выявлены и при внесении песка Следует отметить, что продуктивная влажность почвы при внесении

минеральных добавок заметно уменьшалась. Однако, объемные величины свидетельствуют о существенном увеличении этих значений.

Различия в температуре почвы между вариантами с добавками минерального грунта сохраняются в течение всего вегетационного периода (табл. 5). Однако выражены они лучше в первой половине вегетации, а с начала июля уменьшаются, особенно в вариантах с малыми дозами минеральных добавок.

Таблица 5 - Изменение температуры пахотного слоя торфяной почвы при внесении глины и песка (ср. 2011-2013гг.)

№ вар. Варианты опыта Месяцы Среднее за вегетацию

V VI VII VIII

1 Контроль 12,5 14,5 17,0 15,0 14,8

2 Фон (Н45Рб0К90) 12,4 14,5 16,9 15,1 14,7

3 Фон + глина 400т/га 13,2 14,9 17,4 15,4 15,2

4 Фон + глина бООт/га 13,6 15,2 17,7 15,7 15,6

5 Фон + глина 800т/га 14,0 15,7 18,2 16,2 16,0

б Фон + песок 400т/га 13,5 15,1 17,6 15,6 15,5

7 Фон + песок бООт/га 13,8 15,3 17,9 15,9 15,7

8 Фон + песок 800т/га 14,2 15,9 18,5 16,4 16,3

НСР05 0,23 0,18 0,20 0,18 -

В среднем за три года вегетации овса (май-август) средняя температура пахотного горизонта почвы в контроле составляла 14,8°С, а в вариантах с внесением в пахотный горизонт минерального грунта была выше на 0,5-1,5°С и варьировала в пределах 15,3-1б,3°С в зависимости от дозы добавки и ее гранулометрического состава. Переход температур через 5°С, 10°С и 15°С был на 7-18 дней раньше контроля при внесении минеральной добавки, что обеспечивает более ранее начало вегетации.

Улучшение агрофизических свойств и водного режима торфяно-болотной почвы под влиянием глины и песка повлекло за собой существенные изменения ее агрохимических показателей (табл. 6).

Глинование торфяной почвы улучшило ее кислотный режим. Так, обменная кислотность, выраженная в единицах рН, стала слабокислой (рН 5,45,9) и близкой к нейтральной (рН 6,2). При этом резко снижалась потенциальная (гидролитическая) кислотность с 40,5 мг-экв/100г до 20,7 - 16,5 мг-экв/100г. Отмечается закономерность в повышении содержания подвижного фосфора и тенденция увеличения обменного калия. Начальная доза глины 400 т/га не изменила содержание подвижных форм азота, а 600 т/га и 800 т/га значительно понизило аммонификацию, нитрификацию торфяной почвы.

Пескование торфяной почвы, как и глинование, заметно снизило накопление аммиачного и нитратного азота. Содержание подвижного фосфора и обменного калия осталось на уровне фона.

Таблица б - Изменение агрохимических свойств торфяной почвы при внесении песка и глины (ср. 2011-2013гг.)

№ вар. Варианты опыта рнка Нг, мг-экв/100г почвы nh4+no3 мг/кг -кг/га - з р2о5 числите наменат К20 ль гль

1 Контроль 5,0 42,4 365 234,0 126 82,9 155 102,0

2 Фон (^РбоКм) 5,1 40,5 452 289,4 187 130,4 166 116,1

3 Фон + глина 400т/га 5,4 20,7 425 504,4 203 238,0 185 218,6

4 Фон + глина бООт/га 5,9 19,6 390 560,8 238 338,8 196 280,2

5 Фон + глина 800т/га 6,2 16,5 353 606,4 283 482,0 208 354,9

6 Фон + песок 400т/га 5,3 27,5 436 474,3 191 207,4 176 190,4

7 Фон + песок бООт/га 5,6 24,8 393 541,9 217 298,0 183 250,7

8 Фон + песок 800т/га 6,1 21,2 360 585,8 237 385,4 185 300,7

нср05 0,3 2,47 3,3 1,7 3,2

Установлено, что глинование и пескование торфяно-болотных почв достоверно повышает ее целлюлозолитическую активность практически при всех рассматриваемых дозах (рис. 3).

До нкмм минерального горумта, т/га

Рис. 3 - Интенсивность разложения льняного полотна на торфяной почве в зависимости от дозы внесения минерального грунта

Внесение минеральных добавок по сравнению с контролем повышает степень интенсивности процесса со слабой до средней. Отмечена тенденция усиления интенсивности процесса разложения ткани при внесении глины в качестве минеральной добавки, по сравнению с песком.

Интенсивность фотосинтетической деятельности растений является фактором формирования структуры урожая, как следствие сказывается на конечной величине урожая культуры (A.A. Ничипорович, 1982).

Таблица 7 - Фотосинтетические показатели и элементы структуры урожая овса при внесении минерального грунта (ср. 2011-2013гг.)

№ вар. Варианты опыта Бтах, тыс. м2/га ЧПФ, г/(м2-сут.) Масса 1000 семян, г Масса зерна с одной метелки, г Высота, см

1 Контроль 26,0 2,80 • 31,3 1,89 84,2

2 Фон (К45РбоК9о) 26,9 3,41 31,6 1,95 88,0

3 Фон + глина 400т/га 28,5 3,82 33,8 2,25 92,3

4 Фон + глина бООт/га 28,6 3,93 34,0 2,29 92,3

5 Фон + глина 800т/га 28,5 3,99 34,8 2,28 94,0

6 Фон + песок 400т/га 26,6 3,09 31,9 2,11 88,5

7 Фон + песок бООт/га 26,9 3,44 32,5 2,20 90,1

8 Фон + песок 800т/га 27,6 3,75 34,0 2,19 91,1

НСР05 - - 0,8 0,11 3,26

В фазе молочно-восковой спелости определялась площадь листовой поверхности овса. Глинование имело тенденцию увеличение площадь листьев, а пескование практически не повлияло на данный показатель. Применение глины в качестве мелиоранта улучшала элементы структуры урожая, увеличивая абсолютный вес 1000 зерен на 7 -11 %, массу зерна с одной метелки на 15-17% и высоту растений на 5 - 7% (табл. 7).

Овес более отзывчив на внесение минеральных удобрений, хорошо использует плодородие почвы и питательные вещества в последействии. Решающим фактором в формировании урожая овса имеет азот (Т.Н Кулаковская, 1990). Урожайность зерна овса под влиянием минеральных удобрений увеличилась на 0,46 т/га или на 23 % (табл. 8). Внесение в торфяную почву добавки из глины в среднем за три года повышало сбор зерна на 0,54 -0,68 т/га (22 - 28 %). Пескование обеспечивало повышение урожайности зерна овса на 0,31 - 0,44 т/га по сравнению с фоном минеральных удобрений. Следовательно, глинование торфяно-болотных почв повышало урожайность зерна овса в среднем на 8 %, чем пескование.

Таблица 8 - Урожайность овса на торфяной почве, т/га

№ вар. Варианты опыта 2011г 2012г 2013г среднее Прибавка урожайности

т/га %

1 Контроль 1,82 2,17 2,04 2,01 -0,46 -23

2 Фон (^РбоКсю) 2,27 2,65 2,48 2,47 - -

3 Фон + глина 400т/га 2,78 3,16 3,08 3,01 0,54 22

4 Фон + глина бООт/га 2,91 3,29 3,14 3,11 0,64 26

5 Фон + глина 800т/га 3,05 3,22 3,18 3,15 0,68 28

6 Фон + песок 400т/га 2,60 2,93 2,80 2,78 0,31 13

7 Фон + песок бООт/га 2,65 3,03 2,86 2,85 0,38 15

8 Фон + песок 800т/га 2,71 3,11 2,89 2,91 0,44 18

НСР05 0,07 0,10 0,08 - - -

Таким образом, глинование улучшало водно-физические свойства, температурный режим, агрохимические показатели торфяной почвы, повышало урожай зерна овса значительно выше, чем пескование.

Экономическая эффективность

Наиболее эффективным вариантом по сроку окупаемости на дерново-подзолистых почвах является вариант 8, где на фоне минеральных удобрений было внесено 25 т/га навоза, 75 т/га торфа и микробиологический препарат «Байкал ЭМ-1». При этом дисконтированный прирост чистого дохода составил 54430,6 руб/га против 21058,5 руб/га на контроле, что в 2,6 раза выше. Срок окупаемости данного мероприятия наименьший и составил 1,4 года. На всех вариантах учитывался эколого-экономический эффект, который заключается в создании плодородного слоя почвы при внесении больших доз органических удобрений.

Минимальный срок окупаемости затрат на проведении структурной мелиорации мелкозалежных торфяников составил 3,0 года при внесении глины или песка в дозах 400 т/га на фоне минеральных удобрений (варианты 3 и 6). Дисконтированный прирост чистого дохода на третий год мероприятий в варианте 3 составил 158,4 руб., а в варианте 6 - 256,7 руб., тогда как на остальных вариантах с внесением минерального грунта его не было. Показателем целесообразности данных мероприятий является экологический эффект. Составляющими его являются: снижение вымывания питательных элементов дренажными водами; уменьшение вероятности пожаров; стабилизация баланса органического вещества торфа и продление жизни торфяной залежи; уменьшение вероятности возникновения заморозков и гибели от них урожая; улучшение качества производимой продукции.

ВЫВОДЫ

1. Внесение органических и минеральных удобрений с микробиологическим препаратом оказывает положительное влияние на агрофизические свойства дерново-подзолистых почв. Внесение навоза 25 т/га и торфа от 25 до 100 т/га обеспечивало в пахотном слое снижение плотности сложения на 5 -16 %, повышение пористости на 3 - 8 %, агрономически ценной структуры -наЗ-16%и водопрочности - на 4 - 12 %, наименьшей влагоемкости - на 5 - 26 % и продуктивной влаги - до 16 % (на 0,3-4,7мм).

2. Содержание гумуса на фоне минеральных удобрений за период исследований увеличилось на 0,19 % при внесении 25 т/га навоза и 25 т/га торфа, на 0,39 % при дозе навоза и торфа соответственно 25 и 75 т/га и на 0,51 % при дозах 25 и 100 т/га. Улучшалась обеспеченность почвы подвижными формами питательных элементов.

3. При внесении высоких доз органических удобрений кислотность почвы из слабокислой перешла в разряд близкой к нейтральной. Сумма обменных оснований и емкость катионного обмена дерново-подзолистых почв увеличилась в 2,0-2,5 раза.

4. Биологическая активность микроорганизмов при внесении органических и минеральных удобрений существенно усиливается. Если в контроле степень интенсивности разложения целлюлозы была слабой, то при внесении

органических удобрений - навоза 25 т/га, торфа 50 т/га и более, интенсивность процесса становится средней. Внесение микробиологического препарата усиливало разложение льняной ткани на 4-8 %.

5. Фон минеральных удобрений увеличивал общую массу корневых остатков в слое почвы 0-60 см на 25 %. Внесение органических удобрений по сравнению с фоном, в зависимости от их дозы повышало общее содержание корневых остатков на 19 - 92 %. Дополнительное ежегодное внесение микробиологического препарата способствовало увеличению массы корней на 5 -13 %.

6. Минеральные удобрения увеличивали урожайность зеленой массы горохо-овсяной смеси на 28 %. Органические удобрения обеспечивали дополнительную прибавку урожая на 35 - 99 %. Прибавка урожая от микробиологического препарата изменялась от 7 до 12 %. При этом заметно улучшались кормовые качества горохо-овсяной смеси.

7. Внесение минерального грунта из глины и песка увеличивало плотность сложения пахотного горизонта в 1,7 - 2,6 раза, уменьшало пористость почвы на 5-15 %, увеличивает зольность на 38 - 40 %, снижало пористость аэрации, уменьшает влагоемкость в 1,5 - 2,5 раза. При этом запасы продуктивной влаги в пахотном слое повышаются от 40,8 мм до 59,9 мм или в 1,5 раза при дозе глины 800 т/га. Водно-физические свойства пахотного слоя улучшались в большей мере при глиновании, чем при песковании.

8. Минеральный грунт существенно улучшает тепловой режим почв. Переход температуры почвы через 5 и 10°С в сторону повышения происходит раньше (в отдельные годы на 10-19 дней). В среднем за три года вегетации овса (май-август) средняя температура пахотного горизонта почвы в вариантах с внесением минерального грунта была выше на 0,5-1,5°С.

9. Внесение глины и песка обеспечивали поддержание более благоприятного режима влажности пахотного горизонта особенно в засушливые периоды вегетации овса, а также улучшали агрохимические свойства почв. Применение глины в количестве 600-800 т/га изменяло реакцию среды на 0,9 - 1,1 ед. рН. Содержание питательных элементов в зависимости от дозы минерального грунта в пахотном горизонте увеличивало содержание нитратного и аммиачного азота в 2,0 - 2,6 раза, подвижного фосфора - в 2,5 -5,8 раза и обменный калий - в 1,9 - 3,5 раза.

10. Максимальная урожайность зерна овса обеспечивалась внесением глины дозой 800 т/га (в среднем 3,15т/га). Пескование повышало урожайность зерна овса на 0,31-0,44 т/га, а глинование - на 0,54-0,68 т/га по сравнению с фоном минеральных удобрений. В целом глинование торфяно-болотных почв повышало урожайность зерна овса в среднем на 8 % больше, чем пескование.

11. Максимальную экономическую эффективность в технологии производства горохо-овсяной смеси на зеленую массу показал вариант с внесением 25 т/га навоза, 75 т/га торфа и микробиологического препарата «Байкал ЭМ-1». При этом дисконтированный прирост чистого дохода за три года составил 54430,6 руб/га, а срок окупаемости по данному варианту - 1,4 года. При производстве зерна овса на мелкозалежном торфянике наилучший

экономический эффект показал вариант 6 с дозой внесения песка 400 т/га. При этом дисконтированный прирост чистого дохода за три года составил 256,7руб/га, а срок окупаемости по данному варианту - 3,0 года.

РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ

1. На дерново-подзолистых супесчаных почвах рекомендуется использовать органо-минеральную систему удобрений (подстилочный навоз КРС 25 т/га + низинный торф 75 т/га + минеральные удобрения N30P30K«)) с внесением микробиологического препарата «Байкал ЭМ-1». «Байкал ЭМ-1» следует вносить в почву под предпосевную культивацию в дозе 2 л/га в пропорции 1:1000.

2. На мелкозалежных торфяных почвах рекомендуется использовать минеральный грунт в виде глины дозой 400т/га или песка дозой 600 т/га совместно с минеральными удобрениями (N45P60K9o) для повышения эффективного плодородия, улучшения структуры, водно-физических, агрохимических и биологических свойств, снижения угрозы возгорания и исключения ветровой эрозии. При выборе категории грунта и для снижения затрат на его перевозку, следует использовать тот добываемый грунт, который расположен ближе к осваиваемому участку.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК

1. Жибуртович, К.К. Методика расчёта водопроницаемости капиллярной каймы грунта / К.К. Жибуртович, С.М. Курчевский // Вестник РГАТУ. - 2012. -№3 - С. 20-23.

2. Томин, Ю.А. Гидро- и агромелиоративные мероприятия по охране торфяных почв сельскохозяйственного назначения / Ю.А. Томин, Ю.А. Мажайский, С.М. Курчевский // Вестник РГАТУ. - 2012. - №4 - С. 68-72.

3. Чернов, А.Е. Агромелиоративные направления охраны торфяных почв сельскохозяйственного использования / А.Е. Чернов, Ю.А. Томин, Ю.А. Мажайский, С.М. Курчевский // Мелиорация и водное хозяйство. — 2012. - №6 -С. 8-10

4. Курчевский, С.М. Сравнительная оценка пескования и глинования для повышения продуктивности торфяных почв / С.М. Курчевский, Э.И. Поднебесная, Д.В. Виноградов // Агрохимический вестник. - 2013. - №2 - С. 2728.

Прочие публикации

5. Ильинский, A.B. Актуальные задачи мониторинга эколого-мелиоративного состояния орошаемых и осушенных земель для условий южной части Нечерноземной зоны Российской Федерации / A.B. Ильинский, C.B. Колбаев, Т.М. Гусева, С.М. Курчевский // Современные энерго- и ресурсосберегающие, экологически устойчивые технологии и системы сельскохозяйственного производства: матер. Междунар. научно-практ. конф. -Рязань, 2011, —С.467-470.

6. Курчевский, С.М. Влияние удобрительной навозно-торфяной смеси с применением микробного препарата «Байкал ЭМ-1» на биологическую активность дерново-подзолистой мелиорируемой почвы / С.М. Курчевский // Экологическое состояние природной среды и научно-практические аспекты современных мелиоративных технологий: матер. Междунар. научно-практ. конф. - Рязань, 2012. - С.285-287.

7. Мажайский, Ю.А. Агромелиоративные приемы эффективного использования мелиорируемых минеральных земель / Ю.А. Мажайский, С.М. Курчевский H Рекультивация и использование залежных земель в Нечерноземной зоне России: теория и практика: матер. Междунар. научно-практ. конф. - Тверь, 2012. - С. 185-190.

8. Курчевский, С.М. Сравнительная оценка пескования и глинования на продуктивность торфяных почв / С.М. Курчевский., Ю.А. Мажайский // Роль мелюрацп та водного господарства у забезпеченш сталого розвитку землеробства: матер. Междунар. научно-практ. конф. - Киев, 2012. - С. 100-102.

9. Курчевский, С.М. Изучение использования бактериального препарата «БАЙКАЛ ЭМ-1» в качестве интенсификатора минерализации органического вещества / С.М. Курчевский // Мелиорация и проблемы восстановления

сельского хозяйства России (Костяковские чтения): матер. Междунар. научно-практ. конф. - Москва, 2013. - С. 505-509.

10. Курчевский, С.М. Роль агромелиоративных приемов в улучшении основных агрофизических свойств супесчаной дерново-подзолистой почвы / С.М. Курчевский, Д.В. Виноградов // Агропанорама. - 2013. - № 6 - С. 10-12.

11. Курчевский, С.М. Изменение основных свойств дерново-подзолистой супесчаной почвы под действием органо-минеральных удобрений и бактериального препарата «Байкал ЭМ-1» / С.М. Курчевский, Д.В. Виноградов // Вестник БГСХА. - 2013. - № 4 -С. 115-118.

Бумага офсетная. Гарнитура Times. Печать лазерная Усл. печ. л.1 Тираж 100 экз. Заказ № 1119 подписано в печать 14.04.2014 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Рязанский государственный агротехнологический университет имени П.А.Костычева» 390044 г. Рязань, ул. Костычева, 1 Отпечатано в издательстве учебной литературы и учебно-методических пособий ФГБОУ ВПО РГАТУ 390044 г. Рязань, ул. Костычева, 1

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, кандидата сельскохозяйственных наук, Курчевский, Сергей Михайлович, Рязань

РЯЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ имени П.А. Костычева

На правах рукописи

КУРЧЕВСКИЙ СЕРГЕЙ МИХАЙЛОВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ ПЛОДОРОДИЯ ПОЧВ МЕЩЕРСКОЙ НИЗМЕННОСТИ ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ СТРУКТУРНЫХ

МЕЛИОРАЦИЙ

06.01.01 - Общее земледелие, растениеводство 06.01.02 - Мелиорация, рекультивация и охрана земель

Диссертация на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Научный руководитель: д.б.н. Виноградов Дмитрий Валериевич Научный консультант: д.б.н. Евтюхин Владимир Фёдорович

Рязань-2014

Содержание

Введение 4

1 Теоретические основы и практика оптимизации 8 малопродуктивных почв

1.1 Процессы снижения плодородия почв 8

1.2 Окультуривание малопродуктивных дерново-подзолистых почв 10

1.3 Структурная мелиорация мелкозалежных торфяников 20

2 Характеристика объектов, методов и условий исследований 30

2.1 Краткая характеристика района исследований 30

2.2 Агрофизические и агрохимические свойства исследуемых почв 34

2.3 Схема опытов и методика проведения исследований 44

2.4 Агротехника возделывания используемых культур 49

3 Улучшение малопродуктивных супесчаных дерново-подзолистых почв при внесении органических, минеральных удобрений и микробиологического 52 препарата

3.1 Гранулометрический и микроагрегатный состав почвы 52

3.2 Плотность сложения и пористость почвы 54

3.3 Структура почвы 57

3.4 Изменение водно-физические свойств почвы 60

3.5 Агрохимические свойства почвы 65

3.6 Содержание микроэлементов и тяжелых металлов в почве 78

3.7 Биологическая активность почвы 79

3.8 Рост и развитие горохо-овсяной смеси 82

3.9 Корневая система горохо-овсяной смеси 89

3.10 Засоренность почвы и посевов 92

3.11 Урожайность горохо-овсяной смеси и ее качество 94

4 Повышение продуктивности торфяных почв при внесении минеральных добавок из глины и песка 99

4.1 Изменение агрофизических свойств торфяной почвы при

до

песковании и глиновании

4.2 Тепловой режим торфяных почв обогащенных минеральными 115 грунтами

4.3 Изменение агрохимических свойств торфяно-болотных почв при 120 внесении песка и глины

4.4 Влияние минерального грунта на биологическую активность 128 торфяно-болотной почвы

4.5 Фотосинтетические показатели, элементы структуры урожая и 131 урожайность овса

5 Экономическая эффективность приемов окультуривания 135 на дерново-подзолистых супесчаных и торфяно-болотных почвах

5.1 Экономическая эффективность применения органических 135 удобрений и биопрепарата на легких дерново-подзолистых почвах при возделывании горохо-овсяной смеси

5.2 Экономическая эффективность применения минеральных грунтов 139 из глины и песка на торфяно-болотной почве при возделывании овса

Выводы 143

Рекомендации производству 146

Список использованных источников 147

Приложения 166

Введение

Актуальность темы. В Нечерноземной зоне Российской Федерации значительные площади занимают малопродуктивные дерново-подзолистые супесчаные почвы, а также мелкозалежные и выработанные торфяники, которые до недавнего времени считались "бросовыми землями". Общая площадь малопродуктивных дерново-подзолистых почв в Рязанской области составляет - 205,3 тыс.га или 14 % от всех земель сельскохозяйственного назначения. [55, 146, 4]. В то же время общая площадь торфяного мелиоративного фонда России (выработанные, мелкозалежные, зазоленные месторождения) составляет около 10,5 млн.га, а используется в сельскохозяйственном производстве не более 9 %. Площадь маломощных торфяных месторождений в Рязанской Мещере остается значительной, а слабое вовлечение их в сельскохозяйственное производство связано с мелиоративной неблагоустроенностью и отсутствием достаточного опыта их сельскохозяйственного освоения [160].

Следует отметить, что дерново-подзолистые супесчаные почвы обладают очень низким потенциальным плодородием и для высокоэффективного использования нуждаются в применении комплекса агротехнических и агромелиоративных мероприятий. Однако до настоящего времени система этих мероприятий в условиях Нечерноземной зоны России практически не разработана. Что касается использования мелкозалежных и выработанных торфяников, то наиболее пригодными для сельскохозяйственного освоения являются мелкозалежные торфяники. Это значительный потенциал для мелиорирования и превращения их в сельском хозяйстве в высококультурные кормовые угодья. Вместе с тем система мероприятий по рекультивации и использованию мелкозалежных торфяников для сельскохозяйственных целей недостаточно разработана.

В целом применительно к условиям Мещерской низменности Рязанской

области остаются малоизученными вопросы, связанные с продуктивным

использованием дерново-подзолистых супесчаных почв и мелкозалежных

4

торфяников под сельскохозяйственные культуры. В частности отсутствуют рекомендации по оптимальным дозам внесения органо-минеральных удобрений и биологических добавок на дерново-подзолистых супесчаных почвах, а также различным сочетаниям пескования, глинования и эффективности внесения минеральных удобрений на мелкозалежных торфяниках. Поэтому изучение этой проблемы является весьма актуальным для региона.

Цель работы - разработать агротехнические и агромелиоративные приемы по повышению плодородия малопродуктивных дерново-подзолистых супесчаных почв и мелкозалежных низинных торфяников в условиях Мещерской низменности Рязанской области.

Задачи исследований:

- выявить влияние торфа и навоза на фоне минеральных удобрений и микробиологической добавки на агрофизические, агрохимические свойства и биологическую активность дерново-подзолистой супесчаной почвы;

- изучить влияние органических удобрений на фоне минеральных и микробиологической добавки на рост, развитие и урожайность зеленой массы горохо-овсяной смеси;

- определить влияние песка и глины на фоне минеральных удобрений на изменение агрофизических, агрохимических свойств, биологическую активность и питательный режим почвы мелкозалежного торфяника;

- изучить влияние песка и глины на структуру урожая и урожайность

овса;

- по результатам исследований разработать рекомендации по улучшению малопродуктивных дерново-подзолистых супесчаных почв и мелкозалежных торфяников;

- дать экономическую оценку мероприятиям по повышению плодородия дерново-подзолистых супесчаных почв и мелкозалежных торфяников.

Научная новизна исследований. Впервые, применительно к природно-климатическим условиям Мещерской низменности Рязанской области, в полевых опытах на дерново-подзолистой супесчаной почве проведены

5

исследования по изучению влияния различных доз торфа, на фоне навоза и минеральных удобрений с внесением микробиологического препарата Байкал ЭМ-1, на основные свойства и плодородие почвы. Выявлены оптимальные дозы органических удобрений на фоне минеральных и микробиологического препарата на динамику гумуса и питательных веществ, на рост, развитие, урожайность и качество горохо-овсяной смеси.

Установлены наиболее эффективные дозы песка и глины на фоне минеральных удобрений при их внесении на мелкозалежный торфяник для улучшения агрофизических и агрохимических свойств почвы.

Практическая ценность работы. На основании проведенных исследований предложено на дерново-подзолистой супесчаной почве для повышения урожайности и качества сельскохозяйственной продукции использовать наиболее оптимальную органо-минеральную систему удобрений (75 т/га торфа + 25 т/га навоза + ЫзоРзоК-бо) с внесением микробиологического препарата Байкал ЭМ-1.

На мелкозалежной торфяной почве предложено использовать глину дозой 400 т/га или песок дозой 600 т/га на фоне минеральных удобрений, как способ повышения продуктивности почв для хозяйств Мещерской низменности.

Разработаны рекомендации по повышению почвенного плодородия исследуемых почв.

Апробация работы. Основные положения и результаты исследований доложены на XII Всероссийской Школе «Экология и почвы» (Пущино, ИФХиБПП РАН, 2011), Международной научно-практической конференции «Экологическое состояние природной среды и научно-практические аспекты современных мелиоративных технологий» (Рязань, РГАТУ, 2012), У-ой Международной (9-ой Всероссийской) научной конференции «Инновационные технологии и экологическая безопасность в мелиорации» (Коломна, ВНИИ "Радуга", 2012), Международной научно-практической конференции «Роль мелиорации и водного хозяйства в обеспечении устойчивого развития земледелия» (Киев, ИВПиМ НААН, 2012), Международной научно-

6

практической конференции «Мелиорация и проблемы восстановления сельского хозяйства России» (Москва, ВНИИГиМ, 2013).

Реализация работы. Результаты исследований прошли производственную проверку и внедрение в ОПХ «Полково» Мещерского филиала ВНИИГиМ и в ООО «Мещерский научно-технический центр».

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 11 печатных работ, в том числе 4 в журналах, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ.

1 Теоретические основы и практика оптимизации малопродуктивных почв

1.1 Процессы снижения плодородия почв

Плодородие почв зависит от природного почвообразования, агрохимических, агрофизических свойств, влияния окультуривающих средств в технологии возделывания сельскохозяйственных культур. Органическое вещество почвы, основная часть которого приходится на гумус, играет разнообразную роль, как в формировании характерных признаков почвы, так и в протекании различных процессов трансформации и функционирования. В основу воспроизводства плодородия почв лежит биогеохимический круговорот органического вещества [77].

К оптимальным свойствам почвенного плодородия следует онотнести такие показатели как: содержание и состав гумуса; обеспеченность доступными формами для растений элементами питания; водно-физические свойства гумусового горизонта и пахотного слоя; физико-химические свойства [132].

Валовые запасы питательных веществ и их доступная форма для растений в различных почвах зависит от почвообразовательного процесса, их окультуренности, гранулометрического состава и типа сельскохозяйственных угодий [1, 88, 103, 118, 181].

Снижение плодородия почв является проблемой не только государственной, но и общечеловеческой. Решение продовольственной проблемы невозможно без вовлечения в сельскохозяйственное производство природных малопродуктивных и деградированных почв.

Площадь обрабатываемых угодий в мире составляет 1 230 млн. га, или 10% от всего земельного фонда [142]. Следовательно, в мире преобладают малопродуктивные почвы, а решение продовольственной проблемы возможно в результате примерно двукратного увеличения урожайности с/х культур. Все это ставит проблему повышения продуктивности на одно из первых мест среди

глобальных проблем человечества, и существование малопродуктивных земель требует эффективных мер по повышению их плодородия.

Природные малопродуктивные земли включают почвы с низким естественным плодородием по причине неблагоприятных климатических условий, геологических процессов и гидрологических режимов [33, 133]. Это почвы сформированные под воздействием лимитирующих факторов плодородия, в которых сложились неблагоприятные для растений условия [23, 145, 137, 163, 143, 74, 75, 177, 178, 167, 168, 171, 120]. Провести разграничение природных и антропогенных процессов часто бывает сложно, за исключением процессов, не имеющих природных аналогов, например агрогенное или техногенное загрязнение [131, 52]. Природные малопродуктивные почвы характеризуются неблагоприятной агрономической характеристикой - строением почвенного профиля, гранулометрическим, минералогическим и химическим составом, физико-химическими свойствами, а также степенью эродированности и заболоченности [80, 83, 181].

Среди агрохимических показателей почвенного плодородия, важнейшая роль принадлежит гумусовому состоянию почв [162, 82, 77, 117, 104]. Природные малопродуктивные почвы характеризуются низким содержанием гумуса, низкой обогащенностью органического вещества (OB), азотом (C:N более 11), фульватным типом гумуса. Подзолистые и дерново-подзолистые слабо гумусированные почвы содержат менее 0,5 % гумуса. Очень низкие запасы гумуса в пахотном слое составляют менее 50 т/га [130, 129]. Почвы с таким содержанием гумуса можно отнести к природным малопродуктивным.

Среди агрофизических показателей почвенного плодородия, большое значение имеет гранулометрический состав почвы. Песчаные почвы относят к природным малопродуктивным [26, 27, 33, 83].

Почвы с низким уровнем плодородия с точки зрения физико-химических показателей характеризуются высокой гидролитической и обменной кислотностью (кислые почвы), большим содержанием ионов натрия, низким

количеством ионов кальция (засоленные и солонцовые почвы), низкой ЕКО и насыщенностью основаниями [30, 3].

Не менее важную роль в плодородии играет биологический фактор [125]. Биологические свойства почвы оцениваются по биогенности и биологической активности [11, 68].

Почвы на значительных площадях пахотных угодий России характеризуются низким уровнем плодородия. "Девять десятых всех потерь пахотных земель, включая падения их плодородия, связанны с ветровой и водной эрозией" [140].

На территории России основными среди причин низкой продуктивности сельскохозяйственных земель являются водная эрозия, низкое содержание гумуса, утрата структуры (пашня), дефляция (сенокосы и пастбища) [83].

Таким образом, анализ литературных источников показал, что к природным малопродуктивным относятся почвы, сформированные под воздействием неблагоприятных климатических, геологических, гидрологических условий. Такие почвы характеризуются: низким содержанием гумуса и как следствие утратой структуры; как правило, легким гранулометрическим составом; малой емкостью катионного обмена; невысокой степенью насыщенности основаниями; кислой или щелочной реакцией почвенного раствора; неблагоприятным химическим составом; слабой микробиологической активностью; низкой кислотно-щелочной буферностью. В наших исследованиях такими малопродуктивным почвами являются супесчаные дерново-подзолистые почвы.

1.2 Окультуривание малопродуктивных дерново-подзолистых почв

В последние десятилетия в земледелии России сложился отрицательный баланс питательных веществ в почвах и снижение почвенного плодородия. Ежегодный расход питательных веществ из почвы пашни в настоящее время в 5

раз превышает их возврат с вносимыми объемами минеральных и органических удобрений.

Нарушение баланса питательных веществ в земледелии ведет не только к уменьшению производства продукции и ухудшению ее качества, но и к снижению устойчивости агроландшафтов. В этой связи компенсацию дефицита биогенных элементов посредством применения химических мелиорантов, органических и минеральных удобрений следует рассматривать как экологически обоснованную задачу, а объектом регулирования биологического круговорота становится уже не отдельный агроценоз, а агроландшафты в целом с учетом вертикальных и горизонтальных геохимических потоков [63, 79, 119].

Повышению плодородия почв большое внимание уделяли многие исследователи [1, 88, 185]. Оно связано с увеличением урожайности культур и улучшением агрохимических, агрофизических, биологических свойств почв и обеспеченностью растений питательными элементами [155, 95].

Разнообразие почв, большинство из которых не отличается высоким естественным плодородием, крайне низкий биоклиматический потенциал значительной части территории России предполагают необходимость разработки систем земледелия, ключевым звеном которых является сбалансированное применение органических и минеральных удобрений [124].

Дерново-подзолистые почвы легкого гранулометрического состава юго-западной Нечерноземной зоны России характеризуются низким естественным плодородием [24]. Исходя из этого, применение различных систем удобрения на таких почвах совместно с известкованием значительно повышает их плодородие и продуктивность культур севооборотов [16, 100, 158, 8, 98, 116].

Потенциальное плодородие почв обуславливается запасами гумуса, в котором на долю азота приходится от 1,5 до 5% [7, 88]. Валовой запас азота в дерново-подзолистой супесчаной почве составляет 0,6-1,5 т/га, а в черноземах значительно выше - до 15 т/га. На долю подвижных азотистых соединений (нитраты, аммиак), которыми растения преимущественно питаются, приходится 1-2% от общего запаса азота в почве [150, 103].

11

Дефицит элементов питания в почве приводит к усиленной минерализации органического вещества почвы, снижению экологической устойчивости агроландшафтов и увеличению интенсивности деградационных процессов. Традиционные агротехнические приемы, направленные на повышение содержания гумуса в почвах, основаны на внесении значительных доз ор