Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

ПРОЦЕССЫ ТРАНСФОРМАЦИИ ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА В ИНТЕНСИВНО ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТОИ ПОЧВЕ И ПРОДУКТИВНОСТЬ ПОЛЕВЫХ КУЛЬТУР

ВАК РФ 06.01.01, Общее земледелие

Автореферат диссертации по теме "ПРОЦЕССЫ ТРАНСФОРМАЦИИ ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА В ИНТЕНСИВНО ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТОИ ПОЧВЕ И ПРОДУКТИВНОСТЬ ПОЛЕВЫХ КУЛЬТУР"

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА СССР

МОСКОВСКАЯ ОРДЕНА ЛЕНИНА И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ имени К. А. ТИМИРЯЗЕВА

На правах рукописи

УДК 631.4114: 631.452 БОИНЧАН Борис Павлович

ПРОЦЕССЫ ТРАНСФОРМАЦИИ ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА В ИНТЕНСИВНО ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТОЙ ПОЧВЕ И ПРОДУКТИВНОСТЬ ПОЛЕВЫХ КУЛЬТУР (специальность 06.01.01 — общее земледелие)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

МОСКВА — 1982

V- <-.гр С с. < с ^ г а г --г.- .у.;; ' <• "■ — - ¡О.*,? /> л,''

^ ' /? & г

Работа выполнена на кафедре земледелия и м-етодикн опытного дела Московской сельскохозяйственной академии им. К. А. Тимирязева.

Научный руководитель — доктор сельскохозяйственных наук, профессор А. М, Лыков.

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук, профессор И. С. Кауричев, кандидат сельскохозяйственных наук В, Ф. Ульянов.

Ведущее предприятие — Центральный институт агрохимического обслуживания сельского хозяйст<ра^ (ЦИИА£>).

Защг^ диссертации состоится ъ^Р» 1982 г.

в « . » час. на заседании Специализированного совета К-120,35.07 в Московской сельскохозяйственной академии имени К. А. Тимирязева.

Адрес: 127550, Москва, Тимиря.кчгсчЬл ул., дом 49. Сектор защиты диссертаций ТОХА.

С диссерта^ией'чожно ознакомиться аДЖБ ТСХА.

Автореферат > >слан « г ^ ' 1982 г.

Ученый ее;-;- ■ ¡рь Специализирован:' ), р с !*.:тч — ^ -.

доктор биологических и;- « Е. Крастнна

/

I. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. XXVI съездом КПСС и майским (1982 г.) Пленумом ЦК КПСС перед земледелием страны поставлены две важные и ответственные задачи — обеспечение прогрессивного роста.плодородия пахотных почв л на этой основе получение максимальных, стабильных, высокого качества урожаев полевых культур.

Магистральным путем дальнейшего развития земледелия остается ее интенсификация.

В настоящее время общепризнано, что одним из важнейших элементов плодородия является органическое вещество почвы— его количественное содержание и качественное состояние, Как показано многочисленными работами Т. Н. Кулаков-ской, А. М. Лыкова, Д. С. Орлова, Азтиэа К и др., интенсификация сельскохозяйственного производства не'только не снижает роль органического вещества почвы, а, наоборот, усиливает его значение как одного из факторов повышения эффективности земледельческих мероприятий.

Возрастающая роль органического вещества почвы диктует необходимость поиска мер, направленных на регулирование его содержания и 'качественного состояния, что возможно только на основе знания закономерностей изменений органического вещества под воздействием разнообразных земледельческих приемов.

Цель и задачи исследования. Наши исследования имели целью решение следующих "вопросов; '

1) выявить пригодность и информативность применяемых . методов исследования органического вещества для оценки его . качественного состояния в интенсивно используемой дер но во т . подзолистой почве;

2) обосновать возможность и эффективность направленного регулирования процессов синтеза-распада органического вещества в пахотных дерново-подзолистых почвах при использовании разных видов и доз органических удобрений;

3) установить связь между содержанием, качественным состоянием органического вещества почвы и урожайностью

культур в условиях применения возрастающих доз минеральных удобрений.

Объект исследования. Исследования проводились на дер-^ * ново-слабоподзоллстых почвах в длительном опыте ТСХА, заложенном по инициативе Д. Н. Прянишникова в 1912 году, а также в стационарных и вегетацнонно-полевых опытах экспе-ч рнментальной базы учхоза «М и х а й л о вс кое » Подольского района Московской области на протяжении 1979—1981 гг.

Научная новизна результатов исследования

1. Впервые проведена оценка качественного состояния органического вещества интенсивно используемой дерново-подзолистой почвы.

2. На основе комплекса показателей выявлено, что качественное состояние органического вещества улучшается в уело--вияхдлительного чередования культур, применения оргаинче-ских удобрений, известкования и особенно при их совместной действии.

3. Установлена более высокая эффективность гумификации органических остатков при внесении их малыми дозами и при более равномерном их перемешивании с минеральной частью пахотного слоя почвы.

Практическая ценность и реализация результатов. С ПО" мощью современных методов исследования уточнены значения коэффициентов гумификации разных видов и доз органических удобрений, необходимых для расчетов гумусового баланса дерново-подзолистых почв. Полученные параметры,. а также показатели качественного состояния органического вещества пахотных дерново-подзолистых почв предлагается использовать в сети Агрохимической службы СССР.

Для сокращения непроизводительных минерализациоиных' потерь органических удобрений рекомендуется их дробное внесение, меньшими дозами, по годам, под разные культуры севооборота. ■

Апробации работы. Результаты исследований были доложены в 1981 и 1982 гг. на научных конференциях Московской сельскохозяйственной академии им. К. А. Тимирязева. По материалам диссертации опубликовано 2 статьи.

Объем диссертационной работы. Работа изложена на 135 страницах, машинописного текста, содержит 39 таблиц, 25 рисунков и Состоит из введения, 6 глав, выводов, практических рекомендаций, списка использованной литературы (324 наименования, в том числе 58 иностранных) и приложения.

II. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Условия и методика проведения исследований. В течение 70 лет схема длительного опыта ТСХЛ принципиально не изменялась. Условия и методика проведения опыта подробно -изложены в многочисленных работах кафедры. Почвенные образцы для определения качественного состояния органического вещества отобраны весной 1980 г. в следующих полях; бессменный пар, бессменная озимая рожь и 131-е поле севооборота, соответственно на делянках: контроль, ЫРК, навоз (навоз-^ЫРК для 131-го поля севооборота) по фону известкования и без внесения извести. Толщина исследуемого слоя почвы: 0—20 и 20—40 см.

В вегетационно-полевом опыте № I изучали эффективЛ ность возрастающих доз минеральных удобрений (0, М6оРвоКео/ и М^оРг^К^о кг д.в,/га) при возделывании культур в севообороте и повторно (ячмень—клевер—лен) на..почвах_с разным , \содержанием органического вещества (пахотная дерново-слабоподзолистая — 0,87,% С, луговая дерново-слабоподзолистая — 2,76% С и лесная дерново-слабоподзолистая — ' 3,13% С).

Опыт заложен в сосудах из оцинкованного железа без дна. Площадь каждого сосуда 0,034 м2. Повторность опыта трехкратная.

Рядом, в полиэтиленовых сосудах, проведены два модельных опыта, в которых изучали процессы гумификации-минерализации растительных остатков (органических удобрений), без культуры растений. В одном из них меченную по углероду изотопом МС солому ячменя компостировали с разногумуси-рованными почвами (такие же, что и в вегетационно-полевом опыте № 1). Ее вносили в четырех дозах: 0,63; 1,25; 1,88 и 3,75 т воздушно-сухого органического вещества на 1 га. Они получены при делении каждой из двух доз соломы (2,5 и 5 т/га) на две части 25 и 75% соответственно. Каждую из них перемешивали с 5 см слоем почвы и укладывали рядом в та* кой же последовательности сверху вниз в слое почвы толщиной 10 см. Разделенные таким образом дозы размещали по трем слоям почвы: 0—10; 10—20 и 20—30 см.

В другом опыте три вида органических удобрений (навоз, горчица, солома) в трех дозах (2,5; 25 и 50 т/га абсолютно сухого вещества, по углероду) компостировались на разных по механическому составу «безгумусовых породах» (суглинок и песок). На каждом из перечисленных вариантов (схема ПФЭ) накладывались по три фона минеральных удобрений: 0; МбоРмКео и М|8оР24аК1во кг д,в,/га. Дополнительные исследования проводились в лабораторном опыте,

Повторность опытов двукратная. Для выравнивания кпе-

лотных свойств разных почв н «безгумусовых пород» и перед уУ закладкой опытов они были произвесткованы по двойной гидролитической кислотности.

Лабораторные анализы выполнены по общепринятым методикам. Для оценки качественного состояния органического вещества почвы в работе использован ряд новых методик и показателей:

1) содержание углерода в водной и пнрофосфатной {(>Н / 7,0) вытяжках, а также разделение почвы по плотности в тяжелой жидкости с дополнительным диспергированием ее ультразвуком в соответствии с методикой лаборатории биохимии гумуса Почвенного института им. В, В. Докучаева;

2) содержание углерода в щелочной (0,1 н. ЫаОН) и-сов-""'местной щелочной и пнрофосфатной (0,1 и. МОН.+ 0,1 н.

Ыа^РдО:) вытяжках без разделения щелочного экстракта на гуминовые и фульвокислоты с определенней коэффициента цветности раствора; J 3) кислотно-солевое отношение—это результат деления массы сухого остатка гуматов (извлекаемые 0,1 н. ДОагСгО« или смесью 0,1 н. МаС)Н+0,1 н. Ма4Ра07> на массу сухого остатка гумусовых кислот (извлекаемые 0,1н. МаОН); обе вытяжки получаются нрн^одноразовой экстракции гумусовых . веществ; ~

V 4) термический анализ образцов почвы без препаративного извлечения гумусовых веществ.

Последние три показателя выполнены при методическом и практическом содействии В. Л. Черникова.

При постановке и проведении опытов с меченной по 14С соломой ячменя руководствовались методическими указаниями Л. Д. Фокина.

Данные о разложении меченой соломы обработаны статистическим методом, а урожайные данные — методом дисперсионного анализа но Б. Л. Доспехову (1979).

I. Влияние длительного систематического применения ' культуры растений к удобрений на'качественное состояние органического вещества дерново-подзолмстой почвы

Актуальность данной проблемы заключается в том, что широко применяемые методы исследования органического вещества по, И. В. Тюрину, получившие дальнейшее развитие в трудах его "учеников," хорошо отражают зонально-генетнче-\ ские закономерности почвообразовательного процесса, но не ' вскрывают возможных изменений под воздействием .антропо-» генного фактора в пределах каждого типа почв.

Один из подходов к проблеме диагностики изменения качественного состояния органического вещества почвы под воздействием земледельческих мероприятий основан на теорети-4

ческом положении, подтверждаемом в последнее время' обширным эскпериментальным материалом, о существовании в почве двух фондов органического вещества: стабильного и лабильного. Именно лабильная часть органического вещества почвы наиболее чувствительна к воздействию различных технологических приемов и наиболее регулируема.

Влияние культур на качественное состояние органического вещества почвы. Длительный опыт ТСХА, слой 0—20 см, 1980 г. .

Показатели Бессменный пар Бессменная озимая рожь Севооборот, 131-е пмс

Содержание углерода:

общий,'% 0,43 0,80 0,73 '

в вытяжках:

/. водной, мг/кг I0,G 22.0 . 46,4

i нирофосфатной (pH 7,0), % 17,7 15,0 22,1

3, щелочкой (0,1 и. NaOH), % 27.8 30,0 J4.fi

t-, совместной щелочной и

¡1, пирофосфатной (0,1 н.

МаОН+0,1 и. Na,PaO?), % 32,0 32,5 32,1 .

Отношение гуматов к гумусовым 1,2

кислотам 1.1 0,Э

pH почвенного раствора 4,65 5,11 4.05

Электропроводность . почвенного

раствора, ом-'-см-МО-® 0,5 0,3 0.» ■

Коэффициент цветности 0,1 н. NaOH

3,65 3,92 3,18

Содержание лнпндов, % 15.1 7,1 —

Содержание хлорофилла, мкг/г 0,08 0.17 —

Содержание углерода во фракции

с удельной массой sg2,0 г/см3: 37!4

% ОТ С общ. 33,6 40.3

аСс, запас, т/га 6,8 15,5 15.4

C/N — 17,4 14,5,

Отношение слабосвязанного орга-

нического вещества к прочносвя-

зааному 0.8 1,5 1.4

Содержание н егу м н фи и кров а н но го

органического вещества (по Шприигеру):

33,8 42,3 54,6

% ОТ общ-

абс. запас, т/га 6.2 11,2

Отношение негумнфнинрованного

.■органического вещества к гуми-

ф [тированном у 0.6 0,7 1.2

Влияние культуры растений и способов их возделывания на качественное состояние органического вещества

Длительное парование почвы привело к уменьшению размера лабильной части органического вещества, о чем свидетельствуют низкие абсолютные запасы углерода (табл. 1), определяемые как но тиетодике Шпрннгера (данные Л. М.' Лыкова, 1963), так и при разделении почвы по удельной массе с дополнительным ее диспергированием ультразвуком, а также соответственно низкое соотношение лабильного и стабильного органического вещества (условное разделение). Небольшой размер ^лабильной части органического вещества бессменного пара" подтверждается также низким абсолютным со-

V держанием.углерода в водной, пнрофосфатной, щелочной и совместной щелочной и пнрофосфатной вытяжках. Близкое

V относительное содержание углерода в трех последних вытяжка освидетельствует об ослаблении прочности связи лабильного органического вещества с минеральной частью почвы н низкой интенсивности трансформационных процессов в ней. В частности, высокое содержание лииндов отражает низкую относительную скорость разложения органических остатков.

Под культурными растениями независимо от способа их возделывания общее содержание органического вещества в два раза выше, чем в бессменном пару. Причем большее содержание органического вещества обусловлено большим раз-\, мером его лабильной части.

Возделывание культур в севообороте и бессменно (озимая' рожь) оказывает неравнозначное влияние на качественное состояние органического вещества. Это проявляется в большей интенсивности и напряженности биологических и биохимических процессов в севообороте. Доказательством тому являются большая подвижность (растворимость) органического вечу1 щества во всех изученных вытяжках и особенно в водной, низкое значение коэффициента цветности и более узкое соотношение С/М.

Влияние длительного применения удобрений на качественное состояние органического вещества -

Органические удобрения в большей степени, чем мннераль-ч ные, увеличивают общее содержание органического вещества, а также размер его лабильной части (табл. 2).

Большое значение имеет увеличение стабильности (проч-^ч/ ности) органо-мннеральных веществ почвы под воздействием систематического, применения органических удобрений. Об ' этом свидетельствует более низкое относительное содержание углерода в пнрофосфатной, щелочной и совместной щелочной " и пнрофосфатной вытяжках при близких абсолютных количе-

ствах извлекаемых гумусовых веществ для соответствующих вытяжек. Внесение навоза усиливает процессы новообразования гумусовых веществ {более высокие значения коэффициента б л и ц а 2

Влияние длительного применения удобрений на качественное состояние органического вещества дерново-подзолистой лочвы. Длительный опыт ТСХА, слой 0—20 см, (960 г.

Бессменный Бессменная Севооборот,

пар озимая рожь 131-е поло

Показатели

NPK навоз МРК навоз МРК навоз

Содержание углерода:

общий, %' 0,38 0.18 0,87 (1,07) 0,66 0,86

в вытяжках:

водной, мг/кг 20,0 30,8 44,0 47,2 (28,0) 60,6

пирофосфатиой (рН 7,0), % 23,2 16,7 19,3 10,1 22 4 12.1

щелочной (0,1 п. МаОН), % 39,3 27.1 27,6 ' 17,& 4О!О 32,6

совместной щелочной н

штрофосфапюй (ОД п.

МаОН+Ма4Р*Ог), % 39,5 27,1 28,7 24,3 34,9 30,2

Отношение гуматов х гумусовым 1,1 0.9 0.9

кислотам 1,0 1,0 1,4

рН почвенного раствора 4,47 6,22 5,0 0,83 4,39 5,17

Эл ектроп р озоди ост ь почвенного 1,6 0,5

раствора, оч-'-см-'-Ю-* Коэффициент цветности 0,1 и. 1,6 0,9 0,9 0,6

N3011 3,31 3,72 3.38 3,65 3,21 3,11 .

Содержание липидов, % — _ 7,2 5,4 «.7 8,0

Содержание хлорофилла, мкг/г — — 0,50 0,41 0,33 0,66

Содержание углерода во фракции

с удельной массой =^2,0 г/ем3: ,

% ОТ Совщ- — — 42,1 49,5 43,4* 57,Г*

абс. запас, т/га —. — 18,4 23,7 9,7* 16.7"

С/М .—. —. 16,5 15,5 13,2 13.3

Отношение ел а боезяз энного орга-

нического вешества к лрочно-

езязанному — — 2.3 2,6 м 1.7

Содержание негу миф] тированного

органического вещества (по

Шприкгеру):

% ОГ СобШ- —. 26,2 50,9 43,3 51,1 53.4

абс, запас, т/га Отношение негумнфниироващюго _ 7,00 11.4 16,1 12,3 14.7,

органического вещества к (уни-

фицированному — 0,35 0,07 0,76 1,05 1,15

* На фоне извести ** Н фоне извести к МРК

тов цветности) и в то же время разложения органических остатков (более низкое относительное содержание лииидов и хлорофилла), В севообороте такая закономерность не наблю-/ дается, что связано с большими~различиями в количестве н /^характере поступления растительных остатков, а также в ско-• pocTHjix разложения.

Действие органических удобрений на качественное состояние органического вешества зависит от способа возделывания культур. Больший положительный эффект достигается в севообороте в отличие от бессменного возделывания, причем положительное действие севооборота проявляется как на унавоженном фоне, так и на фоне применения одних только минеральных удобрений.

Влияние периодического применения удобрений и известкования на качественное состояние органического вещества дерново-подзолистой почвы. Длительный опыт ТСХА, слой 0—20 см, 1980 г.

Таблица 3

Бессменны i°i Бессменная озимая Севооборот,

пар I31-« поле

Показатели рожь

NPK навоз NPK навоз NPK навоз

Содержание углерода:

•общий, % 0,61 0,73 0,95 1,23 0,61 0,87

в вытяжках:

:. водной, мг/кг 33.6 39.6 30.8 50,0 35,6 (ги.в)

пнрофосфатной (рН7,0), % 17,1 10.1 15,6 14,3 13,8 12,4 .

щелочной (О,1! н. NaOH), % 21,3 21,3 25,3 13,0 23,0 25,3

совместной щелочной и

пирофосфаткой (0,1-н.

NaOH+0,1 и. Na4P3Oí), % 21,3 21,3 31,6 22,0 24,6 29,9

Отношение гуматов к гумусовым 1,3 1,7 1,1 1,2

кислотам 1,0 1,0

рН почвенного раствора '6,33 /,21 6,88 7,30 5,82 6,10

Электропроводность почвенного 0,5 1,4

раствора, ом-'*см-М0-3 1,7 0,3 0,4 1,2

Коэффициент цветности 0,1 и. '

NaOH • * 3,85 3,92 3,92 4,26 3,45 3,38 •

Содержание дипидов, % 9.9 9,0 5,7' 4,8 7,9 8,9

Содержание хлорофилла, мкг/г 0,34 0,43 0,33 0.50 0,25 0

Содержание менее термоустойчи-

вой фракшш органического • ве-

щества:

% ОТ Собш _ — 38,8 34,1 34,3 37,3

эСс. запас, т/г» 11,8 12,8 G.4 10,0

Известкование как прием воздействия на> качественное состояние органического вещества дерново-подзолистой почвы

Известкование в большинстве случаев способствует увеличению общего содержания органического вещества почвы и улучшению его качественного состояния (табл. 3). Последнее проявляется в усилении процессов трансформации лабильной части органического вещества почвы п как следствие, в улучшении комплекса агрономически важных свойств почвы (возрастает прочность оргаио-мннеральных веществ почвы, происходит значительное смещение кислотности в сторону нейтральной реакции среды, снижается осмотическое давление почвенного раствора и др.). Совместное внесение извести и органических удобрений оказывает большее положительное влияние.

Действие севооборота на известкованном фоне выражено сильнее, чем в предыдущих вариантах. На это указывают, в частности, меньшее абсолютное содержание хлорофилла и практическое его отсутствие на фоне совместного внесения навоза и минеральных удобрений. Отмеченные несоответствия в относительном содержании липидов еще раз подтверждают необходимость изучения данного показателя в динамике, с учетом поступающих липидов с растительными остатками и их содержания в лабильной части органического вещества почвы. Таким образом, максимальный положительный эффект получен от совокупного действия севооборота, органических и минеральных удобрений на фоне известкования. В этом варианте также была наибольшей и продуктивность растений (табл. 4).

Весь вышеизложенный материал позволяет утверждать, что для оценки качественных изменений органического вещества под воздействием земледельческих приемов интенсивного земледелия необходимо определить динамичность и'харакП тер^превращенпн лабильной части органического вещества) почвы. ■ • . ,

Важная роль земледельческих приемов в изменении содержания органического вещества и его качественного состояния диктует необходимость направленного воздействия с их помощью на процессы синтеза-распада органического вещества интенсивно используемой дерново-подзолистой почвы. При решении данной задачи мы исходили из принципиального положения о том, что процессы синтеза-распада органического вещества почвы можно регулировать в самый ответственный период гумусообразовапия, а именно, при превращении исходного энергетического материала.

э

2. Изменение направленности и характера процессов минерализации-гумификации растительных остатков (органических удобрений) в зависимости от вида, доз и глубины их локализации

Учитывая ряд методических затруднений, возникающих при изучении процессов гумификации-минерализации растительных остатков в современных пахотных почвах, мы проводили исследования с использованием меченной НС соломы ячменя, а также на «безгумусовых породах» разного механического состава.

Наблюдения за минерализацией меченой соломы н включением продуктов разложения в гумусовые вещества показали, что на начальных стадиях разложения (первые месяцы) скорость минерализации и эффективность гумификации мало зависят от глубины локализации органических остатков в пределах пахотного слоя, а также от степени окультуренности исследуемых почв. Однако уже через год компостирования проявляется заметная тенденция к повышению содержания МС в составе гумусовых веществ с увеличением глубины заделки растительных остатков. Последнее обусловлено замедленной минерализацией и обновлением гумусовых веществ в более глубоких слоях по сравнению с поверхностными.

Максимальная величина включения продуктов разложения соломы в гумусовые вещества почвы была достигнута в период осенне-вссеннего разложения, оно составило 15—16% при средних значениях около 7—8% (рнс. I). Включившиеся в .гумусовые вещества органические фрагменты, обладая умеренной микробиологической устойчивостью, за последующий летшгй период в значительной степени минерализуются, и средние величины включения ИС в гумусовые вещества за 1 год разложения составляют 4—5%. Эти величины, по-внди-мому, наиболее близки к реальным значениям коэффициентов гумификации соломы в пахотных суглинистых дерново-нодзо-л истых почвах.

Быстрая минерализация новообразованных гумусовых веществ, отмеченная в эксперименте, является важным звеном «механизма фрагментарного обновления гумуса», получившего впервые теоретическое обоснование и экспериментальное подтверждение в исследованиях Л, Д. Фокина.

Большое влияние на эффективность гумификации растительных остатков оказывают дозы их внесения. Размер последних, изменяя интенсивность микробиологических процессов, приводит, к изменению скорости разложения растнтель-пых^остатков. Между скоростью разложения н коэффициентом "гумификации растительных остатков для всех их доз, почв и глубин локализации (в пределах пахотного слоя) нме-Ш

ется обратная зависимость (г = —0,56 ±0,14). Так, за осен-не-весенний период прн;доза.\ растительных остатков < 1,25 т/га минерализовалось 40—60% соломы ячменя, о включение продуктов разложения в гумусовые вещества составило 7— 15%, в то время как дозы 1,88 т/га увеличили общую долю минерализационных потерь, достигающих 70—80% от внесенной массы при этом относительная величина включения продуктов разложения в гумусовые вещества снизилась до 4— 6% независимо от уровня гумуснрованности почв. Интересно отметить, что с повышением доз растительных остатков процессы разложения и включения продуктов разложения в гумусовые вещества по всей толщине пахотного слоя приобретают стабильный характер. Это связано с относительной стабилизацией микробиологических процессов п увеличением «буфферности системы»— меньшая зависимость процессов минерализации-гумификации от погодных условий (рис. I).

Коэффициент гумификации (Кг) при дозах соломы 551,25 т/га в 1,5—2 раза выше чем при дозах > 1,88 т/га. Следовательно, низкие дозы- растительных остатков • обеспечивают больший «выход» гумусовых веществ, чем^высокне дозы. С увеличением доз растительных остатков возрастают абсолютные размерьг новообразованного гумуса, но на образование единицы гумуса расходуется в несколько раз большее количество энергетического материала, чем при внесении меньших доз. ■ Исходя из этого, можно заключить, что основным фактором, определяющим величину Кг растительных остатков при данных условиях окружающей среды, является их доза в конкретном слое почвы, т. е. соотношение соломы и минеральной части почвы.

Результаты - модельного опыта по компостированию различных видов и доз органических удобрений с разными «безгумусовыми породами» подтвердили отмеченные закономерности на гумусированных почвах при компостировании меченной НС соломы ячменя.

Для низких доз всех видов органических удобрений (2,5 т/га углерода), независимо от механического состава минерального субстрата, характерна высокая эффективность гумификации— 95—96% внесенной массы закрепляется в виде гумусовых и «прогумусовых» веществ. Процессы закрепления органического вещества всех видов идут в динамнке с большей интенсивностью на суглинке, чем на песке. Увеличение У.доз^органических удобрений приводит к резкому снижению ^эффективности гумификации всех видов органических удобрений, но в большей степени для соломы и горчицы, чем для навоза. Причем эффективность закрепления продуктов разложения навоза суглинком в 1,4—1,7 раза выше, чем песком. Такие же дозы соломы, и горчицы (25 и 50 т/га) обеспечили

примерно равные величины закрепляемости продуктов разложения, которые составили, ■ независимо от механического состава минерального субстрата, 31 и 26% соответственно.

* Минеральные удобрения, ' независимо от дозы внесения, не оказали сильного влияния на величину эффективной гумификации органических удобрений. Аналогичные результаты получены в лабораторном опыте по компостированию соломы ячменя (МС) с дерново-слабоподзолистой почвой при внесении как отдельных минеральных элементов, так и при их совместном внесении. Наблюдается только тенденция к увеличению закрепляемости органической массы соломы при внесении высокой дозы азотных удобрений. В регулируемых оптимальных условиях температуры (28е С) н влажности (70% ППВ) количество закрепленного почвой органического вещества более чем в 5 раз превышает таковое для полевого эксперимента. *

Сравнивая результаты двух модельных полевых опытов, в которых изучались процессы 'минерализации-гумификации растительных остатков в гумусированных почвах и на «безгумусовых породах», необходимо заключить, что при -аналогичных закономерностях в изменении этих процессов соотношение их сильно различается. Если доза 2,5 т/га (по С) соломы при компостировании в течение 2 лет с «безгумусовой породой» (суглинком и песком) минерализовалась только на 4— 5%, то примерно такая же доза меченой соломы на гумусиро-ванной почве привела к минерализации 95% и закреплению 5% внесенной органической .массы.

3. Качественное состояние органического вещества и урожайность полевых культур

При решении данной задачи мы исходили из того, что урожайность полевых культур есть функция большого количества факторов: плодородия, растения, погоды, человека, времени (Л. М. Лыков, 1976). Среди факторов почвенного плодородия наряду с общим содержанием органического вещества важное значение имеет его качественное состояние. Об этом

Есвидетельствует отсутствие однозначной зависимости между содержанием органического вещества: и продуктивностью полей в длительном опыте ТСХЛ (табл. 4).

• ' Методически более правомерным является сравнение продуктивности 121-го поля «нового» севооборота, бывшего до 1949 г. под паром, и .продуктивности 131-го севооборотного поля. Несмотря на более , низкое содержание органического вещества в.первом севообороте, он не уступает второму по продуктивности.

В строго , контролируемых условиях модельно-полсвых опытов экспериментальной, базы. «Михайловское» . урожай-

■Таблица 4

Продуктивность л а шик длительного опыта ТСХА (ц/га корм, ед.) ш среднем за 5 лет (1976—1980 гг.)

Показатели О о . Г* о» о 3 Сь л а ей ** и:' с. г га и + С. И г, о а. 5 + йа ^ О £4

Рожь бессменно (122*е поле) 16,7 18,0 34,2 31,0 38,4 33,0

Плодосмен (131-е поле) 16,2 20,1 26,6 34Л 37,6 4!>,9

«Новый» севооборот (121-е поле) — 26,5 41,8 — 43,1 с40.2

ность полевых культур на неудобренном фоне имеет выраженную тенденцию к увеличению по мере повышения гумусиро-ванности почв. Однако имеющиеся различия несущественны, что при сильных различиях в абсолютном размере лабильной, части органического. вещества исследуемых почв (15,1; 74,6 и 64,2 г на сосуд, оценка проводилась по содержанию менее термоустойчивой фракции органического вещества) обусловливает неодинаковую напряженность биологических и биохимических процессов в них. Так, почва с меньшим содержанием гумуса обладает максимальной биогенностью (количество продуцированного СОг и поглощенного 02, а также активность каталазы, полифенолоксндазы и пероксидазы в расчете

Таблица 5

Окупаемость РгОа+ К^О) прибавкой урожая в зависимости

от гумуснрованностн почвы. Экспериментальная база «Мнхайловское».

Средние за 1979—1981 гг.

Культура Доза минеральных удобрений, кг д.в./га Содержание гумуса в слое 0—20 см, С%

0,87 2,76 3,13

МбоР?оКйо ¿.8 12.3 ' 11 4

Ячмень (зерно) 100 125,5 114,3

М)еоРгоК|в9 5.6 7,8 8,4

100 130,3 150

М®оРвоК(( 24,5 38.0 26.8

Лен (сухое вещество) 100 153,1 100,4

' М](оРцсК|$о 16.2 22,1 ■ 16.5

100 , 136,4 : 101,9

Примечание. В числителе — окупаемость единицы удобрений урожаем; в знаменателе —> окупаемость удобрений в процентах.

на единицу массы гумуса). Простые расчеты показали, что менее гумуснрованная почва мобилизует на формирование урожая в 3 раза большее количество почвенного азота относительно общих запасов,- чем более • гумусированные почвы. Тем самым культурные растения выполняют важную роль в изменении качественного состояния органического вещества почвы; ■

Внесение-минеральных удобрений и особенно повышенных -их доз усиливает как прямую, так и в большей степени-косвенную* роль (лучшие биологические, физические и физико-химические показатели почв) органического вещества почвы. Это подтверждается высокой окупаемостью минеральных удобрений, прибавкой урожая культур на более гумусированных почвах (табл. 5). С увеличением доз минеральных удобрений снижается окупаемость каждой единицы вносимых туков независимо от уровня гумусированности почв.

. Окупаемость минеральных удобрений определяется не только количественным содержанием, но и качественным состоянием органического вещества почвы. Больший положительный эффект-получен на дерновой почве, характеризующейся более благоприятным качественным состоянием органического вещества, чем лесная почва, К примеру, содержание углерода в водной вытяжке дерновой и лесной почв составило 72,3 н 58,8 мг/кг почвы, а в щелочной вытяжке— 3357 и 2237 мг/кг почвы соответственно.

Тройная доза минеральных удобрений отличается большей эффективностью в повторных посевах ячменя.

Расчет экономической эффективности восполнения известного дефицита органического вещества почвы в четырехиоль-.ном севообороте за счет дробного (по годам) и одноразового (за 1—2 года) внесения органических удобрений показал высокую целесообразность первого способа {табл. 6).

Таблица 6

Показатели экономической эффективности внесения органических удобрений большими к меньшими дозами для восполнения дефицита органического вещества почвы в 1000 кг/га (по углероду)

Показатели

Норма внесения навоза, т/га

160

80

Количество обработок для заделки навоза Производственные затраты," руб. Затраты труда, в чел.-час. Экономия затрат: руб.

чел.-час.

' 365,80 49,21

4

188.77 27,60

177,03 27,60

* Одноразовая доза внесения навоза в пахотный слой мощностью 20 см без опасности увеличения минерализационных потерь составляет 20 т/га. При этом образуется 250 кг/га гумуса. Следовательно, для восполнения имеющегося дефицита, органического вещества необходимо вносить 80 т/га навоза за четыре приема (ежегодно по 20 т/га). Дозу одноразового внесения можно изменить в зависимости от толщины слоя почвы, вовлекаемого в обработку. Затраты на дополнительные обработки почвы, связанные с дробным внесением органических удобрений, окупаются в 18—20 раз за счет экономии материальных и финансовых средств, обусловленной внесением меньших доз органических удобрений.

ВЫВОДЫ

1. Длительное возделыванне культур в отличие от бессменного пара способствует значительному улучшению качественного состояния органического вещества, что проявляется в большем размере,«« лабильной части и особенно в усилении трансформацнонных'процессов в ней.

Однако возделывание культур бессменно и в севообороте оказывает неодинаковое влияние на качественное состояние органического вещества. В севообороте органическое вещество отличается большей подвижностью (растворимостью) и большей сложностью строения.

2. Органические удобрения в отличие от минеральных способствуют не только увеличению общего содержания органического вещества, но и значительному усилению его лабильности при одновременном повышении интенсивности процессов синтеза-распада, •

Улучшились агрономические свойства почв: снизились кислотность и осмотическое давление почвенного раствора, повысилась прочность органо-минеральных веществ и др.

3. Известкование дерново-подзолистых почв приводит к увеличению общего содержания органического вещества,-улучшению его качественного состояния. Известь .оказывает наиболее сильный положительный эффект при совместном внесении с органическими и минеральными удобрениями в„ плодосменном севообороте, В этих условиях достигается максимальная продуктивность пашни.

4. Увеличение.доз .растительных остатков (органических удобрений) независимо от гумуснрованностн почв ведет к повышению относительной скорости разложения растительных остатков и уменьшению их доли, переходящей в гумусовые вещества. Так, при дозе соломы до 1,25 т/га включение продуктов разложения в гумусовые вещества составило 7—15%, а увеличение дозы до 1,88 т/га снизило этот показатель до 4—

6%. Через год компостирования-содержание .меченого углерода растительных остатков, включившегося в гумусовые вещества на начальных фазах разложения, снизилось в 2—3 раза, однако^ закономерность осталась прежней. Отмечена тенденция к у вел и ч ени ю: в ключ е н и я меченых продуктов разложения растительных остатков в состав гумусовых веществ при более; глубокой их заделке в почву» '

• 5... Высокие дозы растительных остатков, несмотря на низкую эффективность гумификации, обусловливают создание по всей толщине пахотного слоя сильновыраженных «регулятор-но-буферных» свойств которые проявляются в меньшей зависимости процессов минерализации-гумификации растительных остатков от контрастных метеорологических условий.

6. На практике для обеспечения более эффективного закрепления новообразованных'гумусовых веществ органические удобрения в севообороте целесообразно вносить меньшими дозами, но чаще, при. равномерном перемешивании с минеральной частью почвы.

Такой способ внесения^органических удобрений обеспечивает высокую экономическую эффективность и способствует более рациональному использованию таких дорогостоящих средств, как органические удобрения н обработка почвы для окультуривания пахотного слоя дерново-подзолистых почв,

. 7. Урожайность полевых культур наряду с другими факторами-зависит от содержания и качественного состояния органического вещества почвы. С улучшением этих показателей расширяются возможности эффективного использования их повышенных доз.

8. Необходимость точного (балансового) учета содержания органического вещества и направленного регулирования его качественного состояния требует качественно нового уровня научных исследований органического вещества почвы с привлечением' новейших методов лабораторных и натурных исследований (изотопно-индикаторный метод, углубленные исследования биохимических и микробиологическх аспектов гумусообразования, длительные нолевые наблюдения за гуму-' совым балансом при строгом контроле параметров поступления и потерь органических веществ и т. д.).

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Для оценки качественного состояния органического вещества пахотной дерново-подзолистой почвы в дополнение к принятым (Л. А. Гришина, Д. С. Орлов, 1978) предлагаются следующие показатели: содержание углерода в водной и щелочной (0,1 н. ЫаОН—одноразовая экстракция, без разделе-»I ння на фульво- и гуминовые кислоты) вытяжках; коэффици-

У 16

ент цветности щелочной вытяжки; (жогенность почв (продуцирование СОа и поглощение Ог в расчете на единицу массы органического вещества почвы); абсолютный запас углерода во фракции с удельной массой ^2,0 г/см3 и соотношение С/М в этой фракции. Первые четыре показателя отр^жакуг_дииа-мнчность процессов синтеза-распада органического вещества-'за период вегетации растений, *"

2, В расчетах гумусового баланса пахотных дерново-подзолистых почв следует принять, что внесение 1 т сухой массы соломы и навоза равнозначно образованию 50—60 кг и 100 кг гумусовых веществ соответственно при условии, что доза их внесения составляет не более 2,5 т/га сухого вещества в 10 см слое почвы.

Указанные выше показатели и параметры рекомендуются для широкой проверки и внедрения в системе Агрохимической службы СССР.

3. В связи с большей эффективностью гумификации низких доз внесения органических удобрений для поддержания бездефицитного гумусового баланса рекомендуется:

а) чаше вносить органические удобрения {*мекыним[[ дозами);

б) более равномерно их перемешивать с пахотным слоем почвы.

Доза внесения навоза и соломы за один раз, обеспечивающая высокий «выход» гумусовых веществ, составляет 5 т/га сухого вешества для слоя почвы толщиной 20 см.

Частота (кратность) внесения органических удобрений определяется тем, насколько количество новообразованных гумусовых веществ при одноразовом внесении восполняет общую величину дефицита органического вещества в конкретном севообороте.

По материалам диссертации опубликованы следующие работы:

1. Лыков А. М„ Черников В. А„ Боинчан Б. П. Оценка гумуса почв по характеристике его лабильной части,— Известия ТСХА, М„ Колос, 1981, вып. 5, с. 65—70.

2. Боинчан Б. П., Фокин А. Д., Лыков Л. М. Разложение соломы в зависимости от дозы и распределения в пахотном слое дерново-подзолистых почв,— Известия ТСХА, М., Колос,

1982, вып. 2, с. 104—112.

Л 102499 15/XI—82 г. Объем I V, п. л. Заказ 2589. Тираж 100

Типография Московской с.-х. академии им. К. Л. Тимирязева 127550, Москва-И-550, Тимирязевская ул., 44