Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему
Система фитомелиораций черноземов южных и каштановых почв Поволжья
ВАК РФ 06.01.02, Мелиорация, рекультивация и охрана земель
Автореферат диссертации по теме "Система фитомелиораций черноземов южных и каштановых почв Поволжья"
005059214
Уполовников Дмитрий Александрович
СИСТЕМА ФИТОМЕЛИОРАЦИЙ ЧЕРНОЗЕМОВ ЮЖНЫХ И КАШТАНОВЫХ ПОЧВ ПОВОЛЖЬЯ
06.01.02 - мелиорация, рекультивация и охрана земель
АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени I доктора сельскохозяйственных наук
1 в МАЙ Ш
Саратов 2013
005059214
Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Саратовский государственный аграрный университет имени Н.И. Вавилова».
Научный консультант -
Официальные оппоненты:
Денисов Евгений Петрович,
доктор сельскохозяйственных наук, профессор ФГБОУ ВПО «Саратовский ГАУ»
Решетов Геннадий Георгиевич,
доктор сельскохозяйственных наук, профессор кафедры экологии и безопасности жизнедеятельности Саратовского государственного социально-экономического университета Кузин Евгений Николаевич, доктор сельскохозяйственных наук, профессор кафедры агрохимии и почвоведения ФГБОУ ВПО «Пензенская ГСХА» Шадских Владимир Александрович, доктор сельскохозяйственных наук, профессор, зам. директора по научной работе ФГБНУ «ВолжНИИГиМ»
Ведущая организация - ФГБНУ «Российский научно-исследовательский и проектно-технологический институт сорго и кукурузы» (ФГБНУ РосНИИСК «Россорго»),
Защита состоится «07» июня 2013 г. в 12ш на заседании диссертационного совета Д 220.061.06 при ФГБОУ ВПО «Саратовский ГАУ» по адресу: 410012, г. Саратов, Театральная пл., 1.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Саратовский ГАУ». 1
.Л
.. . Я----, ^
Автореферат разостлан « ]
Ученый секретарь диссертационного совета
Афонин Владимир Викторович
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы исследований. При существующей системе земледелия в условиях дефицита материальных и энергетических ресурсов в стране и резком снижении технической оснащенности сельских товаропроизводителей повсеместно наблюдаются деградации почвенного покрова и снижение урожайности сельскохозяйственных культур.
Положение усугубляет сокращение применения минеральных и органических удобрений, мелиорантов и т.д. (Г.Г. Решетов, B.C. Белов, В.В. Корсак, Е.Г. Пушкина, 2008).
В Саратовской области за последние 40 лет запасы гумуса в почве снизились на 17-20 %. Это объясняется несбалансированностью прихода и расхода органического вещества, повышением разложения гумуса вследствие интенсивных обработок почвы.
Выход из создавшегося положения — адаптация земледелия к местным условиям (В.В.Докучаев, 1936; В.И.Вернадский, 1946; И.Е. Овсин-ский, 2008 и др.) Докучаев В.В. показал несостоятельность потребительского подхода к природопользованию. Новый подход к повышению плодородия почв, устойчивости и эффективности их использования основывается на системном подходе, согласно которому критерием оценки продуктивности агросистем кроме прибыли является экологическая устойчивость. Это приближает агроландшафты к природным ландшафтам, где важную роль в его формировании имеют фиторесурсы. Растения предотвращают сток воды, эрозию, непродуктивные испарения влаги, перегрев почвы, заиливание пор, создаются благоприятные условия для биоты.
В трудах А.А.Жученко, А.Н.Каштанова, В.И.Кирюшина, М.Лыкова, А.П.Щербакова, А.И.Шабаева заложены методологические основы адаптивно - ландшафтных и биологических систем земледелия.
Отличительной чертой биологизации земледелия является создание в почве большого запаса органического вещества (углеродного сырья) для усиления микробиологической активности почв и повышение содержания в них гумуса и азота. Фитомелиорация рассматривается как основной элемент биологизации земледелия, мощный фактор регулирования биогенности почвы за счет постоянного обеспечения почвенной микрофлоры и зоофауны растительным сырьем.
Для этого в качестве органических удобрений используются пож-нивно-корневые остатки, бобовые культуры как азотонакопители, осадки сточных вод, солому, многолетние травы как фитомелиоранты. Многолетние травы - фитомелиоранты малозатратны, экологически безопасны, приближают агрофитоценоз к естественным фитосистемам. За счет длительного периода произрастания они полнее используют факторы окружающей среды.
Продолжение развития идей адаптивно-ландшафтных систем земледелия с применением системного подхода к использованию фитомелио-рантов и составляет основу настоящей работы и определяет её теоретическую и практическую актуальность.
Исследования проводились в соответствии с областной целевой программой «Сохранение и восстановление плодородия почвы земель сельскохозяйственного назначения и агроландшафтов на период до 2013 года». Закон Саратовской области от 29.12.2006 №152.
Цель работы - дать теоретическое обоснование и разработать практические приёмы повышения эффективности систем фитомелиорации для сохранения и расширенного воспроизводства плодородия черноземов южных и каштановых почв Поволжья.
В задачи исследований входило:
• дать теоретическое обоснование использования систем фитомелиорации черноземов южных и каштановых почв и приемов повышения ее эффективности, разработать структурный алгоритм системы фитомелиорации;
• определить воздействие многолетних трав на поступление в почву свежего органического вещества и биологического азота на чернозёмах южных и выявить влияние многолетних трав на содержание гумуса в почвах;
• проанализировать изменения агрофизических и агрохимических свойств чернозема под действием многолетних трав;
• исследовать роль соломы и житняка как фитомелиорантов в повышении плодородия каштановых почв и в накоплении запасов продуктивной влаги;
• изучить совместное действие осадков сточных вод и фитомелиорантов на накопление пожнивно-корневой биомассы многолетних трав и изменение содержания гумуса в почве;
• выявить влияние совместного действия осадков сточных вод и фитомелиорантов на агрофизические и агрохимические свойства почвы;
• проанализировать динамику содержания тяжелых металлов в почве и биомассе трав при использовании осадков сточных вод, дать оценку степени экологической безопасности их применения под многолетние травы;
• определить влияние густоты травостоя многолетних трав на плодородие чернозема южного;
• изучить влияние осадков сточных вод на продуктивность многолетних трав и определить кормовую ценность их зелёной массы;
• установить степень последействия широко распространенных и нетрадиционных многолетних трав при возделывании зерновых культур;
• рассчитать мелиоративную, энергетическую и экономическую эффективность системы фитомелиорации черноземов и каштановых почв.
Научная новизна исследований. Разработаны теоретические основы систем фитомелиорации и их роль в сохранении и расширенном воспроизводстве плодородия чернозёмов южных и каштановых почв в Поволжье. Оп-
ределена проблема и разработан структурный алгоритм системы фитомелио-рации для повышения плодородия черноземов южных и каштановых почв в Поволжье при биологизации земледелия. Показано фитомелиоративное действие интродуцированных многолетних трав - лядвенца рогатого, свербиги восточной, астрагала нутового, щавеля кормового и др. Изучены их продуктивность и фитомелиоративная способность в сравнении с люцерной, эспарцетом, донником и кострецом безостым. Доказана возможность использования новых культур в качестве фитомелиорантов для повышения плодородия черноземов. Представлена кормовая ценность зелёной массы новых кормовых культур. Дана оценка фитомелиоративной способности житняка в сравнении с внесением соломы и минеральных удобрений на каштановых почвах. Доказана положительная роль осадков сточных вод в повышении урожайности многолетних трав и плодородия чернозема южного. Исследовано влияние осадков сточных вод совместно с посевом трав на поступление органического вещества в почву, изменение содержания гумуса, а также на агрофизические и агрохимические свойства почвы. Показана степень накопления тяжелых металлов в почве и растениях при внесении осадков сточных вод и раскрыта фитомелиоративная роль изучаемых многолетних культур в снижении их содержания в почве. Установлено положительное влияние загущения посевов многолетних трав на их фитомелиоративную способность. Раскрыта эффективность последействия многолетних трав при возделывании после них зерновых культур.
Практическая значимость. В работе даны конкретные рекомендации по выбору и применению новых культур в качестве фитомелиорантов. Для производства высококачественного сена наряду с люцерной и эспарцетом из бобовых культур рекомендуется возделывать лядвенец рогатый. Введение в структуру посевных площадей нетрадиционных кормовых культур, особенно на фоне внесения осадков сточных вод, увеличивало поступление в почву свежего органического вещества и количество гумуса, улучшало структурность почвы, снижало ее плотность и позволяло получать стабильно высокие урожаи, как в обычные, так и острозасушливые годы. Многолетние травы весной быстро развиваются в начале вегетации и наиболее полно используют осенне-зимние запасы влаги. Выявлена более высокая эффективность влияния житняка на повышение плодородия по сравнению с запашкой соломы на каштановых почвах. Показана высокая эффективность сочетания осадков сточных вод и увеличения густоты травостоя многолетних трав в повышении их мелиоративной способности. Для повышения урожайности многолетних кормовых культур на 50-70 % и получения 35-40 т/га зеленой массы рекомендовано вносить до посева трав осадки сточных вод в удобрительных и мелиоративных дозах. Применение осадков в мелиоративных дозах (50 и 100 т/га) не увеличивало содержания тяжелых металлов в почве и растениях выше предельно допустимых концентраций. Д ля снижения содержания тяжелых металлов в почве рекомендуется возделывать многолетние травы не менее 3 лет.
Объектами исследований явились многолетние травы: люцерна синяя, люцерна жёлтая, лядвенец рогатый, эспарцет песчаный, донник жёлтый, астрагал нутовый, свербига восточная, щавель кормовой, житняк ширококолосый при использовании их в качестве фитомелиорантов и кормовых культур; яровая пшеница, показывающая последействие фитомелиорации; осадки сточных вод г. Саратова и солома, применяемые как удобрения и биомелиоранты.
Предмет исследования - процесс изменения свойств чернозёмов южных и каштановых почв под влиянием фитомелиорации.
Основные положения, выносимые на защиту:
• пути решения проблемы биологизации земледелия и структурный алгоритм системы фитомелиорации для повышения плодородия чернозема южного и каштановых почв Поволжья в агроландшафтном сберегающем земледелии;
• влияние многолетних трав на фоне внесения осадков сточных вод при увеличении густоты стояния на поступление в почву свежего органического вещества и на динамику содержания гумуса в черноземах южных и каштановых почвах;
• изменение агрохимических и агрофизических свойств почв при внесении соломы, осадков сточных вод и повышенной густоте травостоя;
• особенности формирования урожайности зеленой массы многолетних культур на естественном фоне, при внесении осадков сточных вод, соломы и при загущении посевов;
• закономерность накопления тяжелых металлов в почве под многолетними травами при внесении различных доз осадков сточных вод;
• последействие многолетних трав при возделывании яровой пшеницы после их распашки;
• оценка энергетической и экономической эффективности возделывания многолетних трав и повышения плодородия почвы при использовании приемов усиления их фитомелиоративной способности.
Достоверность полученных результатов подтверждена многолетним периодом исследования, корректностью и апробированностью использованных методик, большим объёмом проведённых замеров, наблюдений, анализов, математической обработкой экспериментальных данных и производственной проверкой результатов исследований.
Апробация результатов научных исследований. Результаты проведенных исследований были доложены на международных, всероссийских и внутривузовских научно-практических конференциях (Саратов, 2004—2011; Пенза, 2004, 2009; Уральск, 2009). Основные положения работы внедрены в СХПК «Аграрник» Саратовского района; ООО «Агро-Гис Балаково» Бала-ковского района; СПК «Дружба» Ровенского района Саратовской области на общей площади 1200 га.
Публикации. По результатам исследований опубликованы монография и 47 научных работ общим объемом 18,7 печ. л., в том числе 9 статей - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, восьми глав, выводов и предложений производству. Работа изложена на 278 страницах компьютерного текста, содержит 113 таблиц. Список литературы включает в себя 405 источников, в том числе 33 - на иностранных языках.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении изложены все необходимые положения. Обозначены актуальность проблемы, цель и задачи исследований, научная новизна, практическая значимость, основные положения, выносимые на защиту, реализация и апробация результатов исследований.
В первой главе «Влияние современной системы земледелия на состояние почвенного покрова и плодородия черноземных и каштановых почв» проанализирована степень изученности проблемы, представлена информация о деградации почвенного покрова при современном ведении сельского хозяйства. Интенсивное использование пашни без внесения удобрений приводит к существенным потерям гумуса и снижению энергетического потенциала агроландшаф-та. С интенсификацией систем земледелия возникла проблема переуплотнения почвы. Переуплотняется не только верхний пахотный слой, но и нижний подпахотный горизонт на глубину до 1,5 м. На переуплотненных почвах снижаются общая и капиллярная пористость, а также пористость аэрации плодородного слоя. Повышение плотности почвы ведет к ухудшению активности почвенной микрофлоры и в конечном результате - к уменьшению урожая на 20-40% (Б.А. Алев, 2002,; С.Б. Кененбаев, B.C. Кучеров, 1993; В.А. Семыкин, 2002).
При интенсивном использовании пашни идет заметное разрушение агрономически ценной структуры.
Применение техногенных средств повышения плодородия почвы (в т.ч. химической мелиорации) при производстве сельскохозяйственной продукции ухудшает экологическую среду, нарушает экологическое равновесие в агро-фитоценозах. Поэтому переход на биологизацию земледелия, фито- и биомелиорацию весьма актуален (JI.T. Суюндуков, 1995; С.Н. Зудилин, С.А. Кирсанов, В.В. Ракитина, 1998; В.И. Пожилов, В.М .Жиднов, A.B. Зеленев, 1999; H.A. Лопачев, В.Н. Наумкин, 1999; Г.С. Егорова, П.М. Лемякина, H.A. Кириличева, 2001; Г.Г. Решетов, К.Е. Денисов, A.B. Корчаков, 2010).
В главе описываются биологические особенности многолетних трав как фитомелиорантов. Наряду с традиционными люцерной синей, эспарцетом песчаным, кострецом безостым рассматривается биология лядвенца рогатого, донника желтого, астрагала нутового, свербиги восточной, щавеля кормового.
В современных условиях в связи с дефицитом удобрений и снижением плодородия почвы необходимо применять солому, отходы промышленного производства и осадки бытовых сточных вод в качестве органических удоб-
рений. Особое место среди них занимают иловые осадки сточных вод различных городов и населенных пунктов. Они широко используются в качестве удобрений и мелиорантов в индустриально развитых странах Европы и в США. Внесение осадков сточных вод под сельскохозяйственные культуры в удобрительных дозах 40 и 60 т/га позволило создать бездефицитный баланс гумуса в пахотном слое чернозема выщелоченного. Осадки сточных вод повышают плодородие почвы и способствуют увеличению урожайности сельскохозяйственных культур (С.П. Ломов, E.H. Кузин, Ю.А. Ильва-чев, 1997; Г.Е. Мерзлая, 2001).
Применение смесей из опилок и осадков сточных вод в дозе 10 т/га способствовало увеличению урожайности кормовых культур до 50 %, а в дозе 35 т/га — до 153 %. Содержание кадмия после внесения компоста не отличалось от фонового контроля (Г.Е. Мерзлая, 2000).
При поступлении органического вещества в почву наблюдался процесс самоочищения почвогрунтов от тяжелых металлов. Самое большое количество тяжелых металлов в почве и растениях отмечается в первый год их внесения. Уменьшение содержания валовой формы тяжелых металлов происходит медленнее по сравнению с подвижной формой (Е.И. Волошин, 2000).
Анализ научных данных по рассматриваемой проблеме свидетельствует о ее актуальности и целесообразности проведения дальнейших исследований.
На основании анализа литературных источников нами разработан структурный алгоритм системы фитомелиорации черноземов южных и каштановых почв Поволжья.
Структурный алгоритм фитомелиорации включает в себя:
• использование многолетних трав в качестве фитомелиорантов;
• подбор наиболее продуктивных трав с высокой средообразующей способностью;
• сочетание возделывания трав с внесением осадков сточных вод;
• использование высоких норм высева семян многолетних трав;
• размещение после многолетних трав яровых зерновых культур;
• на каштановых почвах применение соломы и засухоустойчивых многолетних трав - житняка, донника, люцерны желтой и др.
Он отражает последовательность мелиоративных воздействий по повышению плодородия черноземов южных и каштановых почв, что позволит осуществить устойчивую ресурсосберегающую почвоохранную систему земледелия.
Во второй главе «Условия, схема и методика проведения исследований» подробно описываются почвы, климат и погода. Исследования проводились в полевых и лабораторных опытах в 2004-2011 гг., на Краснокутской селекционно-опытной станции с 2003-2005гг., на полях СХПК «Аграрник» и опытном поле Саратовского ГАУ 2004—2011 гг. Сумма осадков среднемноголетних значений по Краснокутской метео-
станции составило 319 мм, по метеостанции г. Саратова 392 мм. По погодным условиям влажными были 2004, 2006 и 2008 годы с ГТК 0,701,00; средними - 2005, 2009, 2011 с ГТК 0,55-0,69; засушливыми 2007, 2010 с ГТК 0,39-0,50.
Почвы Краснокутского опытного участка каштановые тяжелосуглинистые по гранулометрическому составу с содержанием гумуса 2,83,1%. Мощность гумусового горизонта 0,3 м. Плотность твёрдой фазы почвы 2,65 - 2,70 г/см3, рН - 7,4, сумма обменных оснований 38-39 мг-экв. на 100 г почвы, НВ более 30%, ВУЗ - 11-13%. Почвы характеризуются несбалансированным содержанием элементов питания.
Почвы СХПК «Аграрник» и опытного поля СГАУ - чернозём южный среднемощный слабосмытый среднесуглинистый по гранулометрическому составу с содержанием гумуса 3,3-3,9 %. Мощность гумусово горизонта 0,49 м. рН равна 7,0 - 7,1, сумма обменных оснований не более 38 мг-экв. на 100 г почвы, НВ не превышало 28,1%, ВУЗ - 8,4-10,1%.
Схема исследований включала в себя пять взаимосвязанных опытов.
Опыт 1. В 2004—2006 гг. в качестве фитомелиорантов высевали люцерну желтую и синюю, эспарцет песчаный, лядвенец рогатый, донник желтый, астрагал нутовый, кострец безостый, свербигу восточную, щавель кормовой. За контроль были приняты посевы люцерны синей. Опыт проводили в четырехкратной повторности. Площадь делянок 105 м2. Размещение делянок - рендомизированное.
Изучали влияние различных бобовых и небобовых, распространенных и нетрадиционных многолетних кормовых культур на плодородие южного чернозема, т. е. их фитомелиоративную способность.
Опыт 2. В эти же годы под изучаемые культуры вносили осадки сточных вод со станции аэрации г. Саратова с осени под вспашку в год, предшествующий посеву трав, в дозах 12,5 т/га; 25; 50 и 100 т/га.
Опыт 3. В 2005-2007 гг. исследовали влияние нормы высева и густоты травостоя люцерны синей и эспарцета на плодородие почвы и урожайность зеленой массы.
Люцерну синюю высевали нормой 1,0 млн; 2,0; 3,0; 4,0; 5,0; 6,0 млн всхожих семян на 1 га; эспарцет песчаный - 1,0 млн; 2,0; 3,0; 4,0; 5,0; 6,0 млн. Площадь делянок 105 м2. Повторность - четырехкратная. Размещение делянок - рендомизированное.
Опыт 4. В 2003-2005 гг. рассматривали воздействие соломы и житняка на плодородие каштановых почв по схеме: 1 — контроль, 2 — солома, 3 — солома + N(0 Рзо, 4 - распашка житняка Площадь делянок 100 м2. Повторность -четырехкратная, расположение делянок - рендомизированное.
Опыт 5. Изучали последействие многолетних трав в течение 20092011 гг. После распашки люцерны синей, люцерны желтой, лядвенца рогатого, эспарцета песчаного, костреца безостого, свербиги восточной, щавеля кормового весной высевали яровую пшеницу сорта Фаворит нормой 3,5 млн
всхожих зерен на 1 га Площадь делянки - 100 м2. Повторность - четырехкратная. Расположение делянок-рендомизированное.
Химический состав осадков сточных вод г. Саратова представлен органическим веществом (21,0 %); зольностью (51,7-64,1 %). Из питательных элементов осадки содержали азота до 4,5 %, из которого 50 % аммиачного, доступного фосфора -1,4%, из которого легкоусвояемого - 0,61 %; К20 -0,7 %; СаО - 15-20; MgO - 10-33,3 мг-экв на 100 г почвы. В составе осадков сточных вод кроме того присутствовало никеля - 70-270 мг/кг; марганца - 182-364 мг/кг, меди - 303-475 мг/кг; цинка- 343-460 мг/кг; хрома - 300-581 мг/кг; кадмия - 18-60 мг/кг; ртути - 1,2-1,3 мг/кг.
Для наблюдений и исследований были использованы общие методические указания для проведения полевого опыта (И.Б. Ревут, 1964; A.A. Роде, 1970; Рекомендации по методике исследований в полевом опыте, 1973; Б.А. Доспехов, 1987).
Наблюдения за влажностью почвы проводили полевым методом с отбором проб почвенным буром AM-16. Пробы отбирали через 10 см до глубины 1 м. Влажность определяли термостатно-весовым методом.
Плотность почвы определяли в полевых условиях буром H.A. Качинского методом режущих колец послойно через 0,1 м до глубины 0,6 м.
Структурность почвы находили сухим рассеиванием через колонку сит с отверстиями диаметром 0,25-10,0 мм, водопрочность структурных агрегатов - методом Андрианова.
Наступление фенологических фаз определяли глазомерно на смежных участках опыта. За начало наступления фенофазы было принято вхождение в нее 10 % растений, наступлением полной фазы считалось появление ее признаков у 75 % растений.
При изучении азотного режима почвы нитратный азот определяли ди-сульфофеноловым методом с реактивом Лунге — Грисса, обменный калий — на пламенном фотометре из углекислоаммонийной вытяжки по Масловой.
Нитрификационную способность почвы находили по «Методическим указаниям по определению нитрификационной способности почв» (М., 1984); подвижные формы фосфора - по Мачигину в модификации ЦИНАО, ГОСТ 26205—84, обменные основания Са2+ и Mg определяли согласно МРТУ № 46-15-67; обменный натрий - по ГОСТ 26950-86, количество гумуса - по методу Тюрина в модификации ЦИНАО, ГОСТ 26213-84. Содержание тяжелых металлов оценивали предварительным мокрым озолением смесью концентрированных кислот на приборе АА-1 методом атомно-абсорбционной спектроскопии.
Количество пожнивно-корневых остатков учитывали по Н.З. Станкову.
Урожайность зеленой массы многолетних трав определяли методом учетных площадок с площади 0,25-0,50 м2.
Экспериментальные данные обрабатывали методами дисперсионного, корреляционного и регрессионного анализов на компьютере по Б. А. Доспе-хову (1985).
В третьей главе «Фитомелиоративное воздействие многолетних трав на черноземы южные» анализируются полученные данные о влиянии многолетних трав на поступление в почву органического вещества и на водно-физические свойства чернозема южного.
Накопление пожнивно-корневых остатков. Исследовано фитомелиоративное влияние многолетних трав на почву через количество оставляемого органического вещества после уборки. Люцерна оставляла в почве после себя наибольшее количество пожнивно-корневых остатков (таблица 1). Поэтому показателю она превышала эспарцет песчаный на 6,4 %, кострец безостый - на 18,2 %, лядвенец - на 3,6 %.
Таблица 1 - Масса пожнивно-корневых остатков культур в слое почвы 0-0,6 м (2004-2006 гг.)
Культура Масса корней Отклонение от люцерны
т/га % т/га %
Люцерна синяя 11,0 100,0 - -
Люцерна желтая 11,3 102,7 0,3 2,7
Эспарцет 10,3 95,6 -1,0 -6,4
Донник 6,3 57,3 -А,7 -42,7
Лядвенец 10,6 96,4 -0,7 -3,6
Астрагал 3,5 31,8 -7,5 -68,2
Кострец 9,0 81,8 -2,0 -18,2
Свербига 6,8 61,8 -4,2 -38,2
Щавель 8,5 77,3 -2,5 -22,7
НСР„< 0,7
После свербиги восточной послеуборочных остатков было на 38,2 % меньше, чем после люцерны.
Различие в количестве пожнивно-корневых остатков желтой и синей люцерны - 0,3 т/га, или 2,7 %, что в пределах ошибки опыта (НСР05 = 0,7).
Щавель кормовой уступал люцерне синей по количеству послеуборочных остатков на 22,7 %, донник - на 42,7 %. Меньше всего оставлял в почве органического вещества астрагал нутовый - 3,5 т/га, или на 68,2 % меньше, чем люцерна.
По количеству азота в пожнивно-корневых остатках на первом месте оказалась люцерна. Эспарцет песчаный и лядвенец рогатый содержали азота в пожнивных остатках на 15,2-17,3 % меньше.
В пожнивных остатках астрагала, костреца и свербиги азота было соответственно 63 кг/га, 54 и 47 кг/га, или на 72,7 %; 76,6 и 79,6 % меньше по сравнению с контролем. Наименьшим этот показатель был у щавеля кормового - 30 кг/га, или на 87,0 % ниже, чем у люцерны синей.
Влияние фитомелиорантов на агрофизические свойства почвы. Изменение плотности почв. Под синей и желтой люцерной плотность почвы была практически одинаковой (таблица 2). На третий год жизни люцерны плотность почвы заметно возросла по сравнению и с первым, и со вторым годом. В слое 0-0,1 м плотность увеличилась на второй год на 0,09 г/см3; в слое 0,1-ОД м - на 0,08 г/см3; в слое 0,2-0,3 м — на 0,09 г/см3. В среднем в пахотном и подпахотном горизонтах плотность почвы возросла на 0,09 г/см3.
Таблица 2 - Плотность почвы под многолетними травами в среднем за 2004-2006 гг., г/см3
Год жиз- Слой почвы, м
ни 0-0,1 0,1-0,2 0,2-0,3 0,3-0,4 0,4-0,5 0,5-0,6 0-0,3 0,3-0,6
Люцерна
Первый 1,19 1,24 1,26 1,37 1,39 1,46 1,23 1,41
Второй 1,34 1,35 1,41 1,41 1,42 1,46 1,36 1,43
Третий 1,28 1,32 1.35 1,38 1,39 1,41 1,32 1,39
Лядвенец
Первый 1,24 1,27 1,32 1,36 1,42 1,49 1,28 1,42
Третий 1,19 1,29 1,26 1,39 1,43 1,44 1,25 1,42
Кострег/
Первый 1,19 1,20 1,23 1,36 1,38 1,48 1,21 1,41
Второй 1,12 1,28 1.24 1,38 1,44 1,46 1,22 1,43
Третий 1,17 1,18 1,34 1,34 1,49 ■ 1,57 1,23 1,48
Исходная плотность
- 1,19 1,20 1,23 1,36 1,38 1,48 1.21 1,41
Эспарцет
Третий 1,27 1,34 1,37 1,40 1,42 1,47 1,33 1,43
Щавель
Третий 1,19 1,28 1,32 1,39 1,44 1,45 1,26 1,42
Свербига
Третий 1,20 1,28 1,35 1,39 1,42 1,48 1,28 1,43
Иная картина наблюдалась под лядвенцем рогатым на третий год жизни. В слое 0-0,1 м плотность почвы снизилась по сравнению с первым годом на 0,05 г/см3; в слое 0,2-0,3 м — на 0,06 г/см3. В слое 0,1-0,2 м она практически не изменилась.
В пахотном слое плотность снизилась в среднем на 0,03 г/см3. В отличие от люцерны, уплотнения почвы под лядвенцем рогатым по годам жизни не отмечалось. Это можно объяснить строением корневой системы лядвенца рогатого, которая, имея стержневой корень, очень сильно ветвится в пахотном горизонте. В этом отношении лядвенец рогатый во многом сходен с кострецом безостым.
Плотность почвы под кострецом безостым уже на второй год снизилась в слое 0-0,1 м на 0,07 г/см3. На третий год она практически оставалась на таком
же уровне. В слое 0,1-0,2 м этот показатель уменьшился с 1,20 до 1,18 г/см3. В слое 0,2-0,3 м плотность на второй год практически не изменилась и составила 1,23-1,24 г/см3. На третий год отмечено некоторое повышение плотности в нижнем слое 0,2-0,3 м. В среднем в слое 0-0,3 м на второй и третий годы плотность почвы практически не изменялась.
Под эспарцетом, как и под люцерной, плотность почвы на третьем году жизни возросла в слое 0-0,1 м на 0,08 г/см3; в слоях 0,1-0,2 и 0,2-0,3 м - на 0,14 г/см3. В среднем в пахотном слое разница по годам составила 0,12 г/см3. Отмечена тенденция уплотнения подпахотного горизонта на 3-й год.
Под щавелем кормовым также отмечено уплотнение пахотного слоя к третьему году жизни на 0,05 г/см3. Это значительно меньше, чем под эспарцетом и люцерной. В слое 0-0,1 м не наблюдалось снижения плотности почвы. Она сохранила свое значение на уровне исходного состояния. В подпахотном слое плотность почвы за 3 года практически не изменилась.
Аналогичное влияние на плотность почвы оказала свербига восточная. В слое 0-0,1 см сложение почвы в этом случае практически не изменилось. В слое 0,1—0,2 см плотность возросла на 0,08 г/см3; в слое 0,2— 0,3 м — на 0,12 г/см3. В среднем в слое 0-0,3 м плотность почвы увеличилась на 0,07 г/см3, т. е. меньше по сравнению с люцерной и эспарцетом. Плотность подпахотного слоя за 3 года не изменилась.
Таким образом, наиболее интенсивно препятствовали уплотнению пахотного слоя почвы в течение трех лет лядвенец рогатый, кострец безостый, свербига восточная и щавель кормовой. Очевидно, что на плотность почвы влияет не только количество пожнивно-корневых остатков, но и особенности строения корневой системы.
Изменение пористости почвы. Пористость почвы за 2004-2006 гг. варьировала в соответствии с ее плотностью. Почти под всеми изучаемыми культурами пористость в пахотном слое уменьшилась на 2,1^1,4 %, что свидетельствует о незначительном уплотнении пахотного горизонта под ними в течение 3 лет после посева.
Положительное влияние многолетних трав на структурность почв. Произрастание люцерны в течение трех лет положительно влияло на структуру почвы. Количество агрономически ценных структурных агрегатов под люцерной в среднем за годы исследований составило 70,9 %. За три года оно увеличилась на 8,1 % по сравнению с исходным состоянием. Под другими бобовыми культурами было такое же структурное состояние, как и после люцерны. Различие не превышало 0,4-1,7 %.
Меньше всего агрономически ценных структурных агрегатов было под щавелем кормовым и свербигой восточной — не более 66,6-67,1 %.
Большое значение в структурообразовании имеет сумма крупных фракций более 3 мм (10-3 мм). Чем больше доля этих фракций, тем интенсивнее структурообразование. В исходной почве сумма структурных фракций более 3 мм составляла 45,9 %; под люцерной - 54,2 %; под ляд-
вещем рогатым - 55,9 %; под эспарцетом - 53,6 %; под кострецом безостым -49,1 %; под щавелем - 50,4 % и под свербигой восточной - 49,2 %. Под бобовыми культурами наблюдался более интенсивный структурообразова-тельный процесс, чем под небобовыми.
Параметрический анализ влияния многолетних трав на плотность почвы. Влияние многолетних кормовых культур на плотность почвы обусловлено в первую очередь их корневой системой, ее типом, строением, интенсивностью роста и развития, количеством пожнивно-корневых остатков, а во вторую - содержанием гумуса в почве, улучшением ее структуры, наличием остаточной влаги в почве
Как показал математический анализ, в посевах люцерны синей плотность почвы снижалась за счет влажности на 7,7 %; вследствие увеличения массы корней - на 14,8 %; вследствие повышения содержания гумуса - на 9,2 %; за счет улучшения структурного состояния - на 8,7 %. На долю неучтенных факторов приходилось 59,6 %.
Доля участия изученных факторов в снижении плотности под свербигой равнялась 7,5 % (масса корней), 7,2 % (содержание гумуса), 7,7 % (улучшение структуры почвы) и 6,0 % (увеличение влажности). Доля неучтенных факторов составляла 71,6 %.
Судя по этим критериям оценки, наилучшей фитомелиоративной способностью обладали в условиях нашего климата люцерна желтая и люцерна синяя, на втором месте — лядвенец рогатый, остальные культуры в порядке убывания: кострец безостый, щавель кормовой, эспарцет, свербига восточная.
Влияние многолетних трав на агрохимические свойства почв. Изменение содержания гумуса и элементов питания в почве. Изучены особенности изменения содержания питательных веществ в почве под многолетними травами.
После изучаемых многолетних трав оставалось различное количество пожнивно-корневых остатков, которые заметно влияли, прежде всего, на содержание гумуса в почве. Под люцерной синей содержание гумуса в почве за годы проведения опыта возросло на 0,18 %. Этому способствовали большое количество органического вещества, поступающего в почву с послеуборочными остатками, и отсутствие рыхления почвы (таблица 3). Отмечено увеличение содержания нитратного азота на 14 мг/кг, обменного калия - на 27, доступного фосфора - на 9 мг на 1 кг почвы.
У эспарцета и лядвенца отмечено повышение содержания нитратного азота на 20—21 мг на 1 кг почвы. Количество доступного фосфора возросло на 14-20 мг/кг, а обменного калия - снизилось и под эспарцетом, и под лядвенцем на 4-6 мг/кг, т. е. в пределах ошибки опыта. В посевах свербиги и щавеля содержание гумуса возросло на 0,07 и 0,09 %, а нитратного азота - снизилось на 4 и 2 мг на 1 кг почвы. Количество доступного фосфора практически не изменилось. Содержание обменного калия уменьшилось на 9 и 23 мг/кг против исходного значения.
Бобовые культуры значительно улучшали плодородие почвы. Кострец безостый, свербига восточная, щавель кормовой влияли на агрохимические свойства почвы в меньшей степени.
Таблица 3 - Содержание питательных веществ под многолетними травами в слое 0-0,3 м за 2004-2006 гг.
Содержание
Год жизни нитратного доступного обменного
1умуса, % азота фосфора калия
мг на 1 кг почвы
Люцерна синяя
Первый 3,00 34 69 250
Второй 3,11 42 76 255
Третий 3,18 48 78 277
Люцерна желтая
Первый 3,00 39 80 285
Второй 3,09 49 89 280
Третий 3,20 58 89 301
Кострец безостый
Первый 3,01 29 82 377
Второй 3,06 30 83 344
Третий 3,09 28 81 355
Исходное количество
3,00 34 69 350
Эспарцет
Третий 3,12 54 89 344
Лядвенец
Третий 3.17 55 83 346
Свербига
Третий 3,07 30 69 341
Щавель
Третий 3,09 32 70 327
Изменение суммы и состава обменных оснований в почве. Корнями бобовых многолетних трав кальций выносится в верхний слой почвы из глубоких горизонтов, особенно это касается люцерны. По годам жизни под люцерной синей сумма обменных оснований увеличилась на 1,8 мг-экв/100 г, в том числе на 1,4 мг-экв/100 г за счет обменного кальция и на 0,4 мг-экв на 100 г почвы за счет обменного магния (таблица 4). Под люцерной первого года жизни содержание кальция в сумме оснований было 69,7 %, а третьего года - 70,3 %. Подобная динамика отмечена и под люцерной желтой. Сумма обменных оснований при этом колебалась в пределах 23,8-25,3 мг-экв на 100 г почвы. Различие между первым и третьим года-
ми составило 1,55 мг-экв. В сумме обменных оснований в первый год жизни люцерны кальций составил 67,9 %, а на третий год - 71,0 %.
Таблица 4 - Сумма обменных оснований в слое 0-0,3 м, мг-экв на 100 г почвы
Год жизни Сумма обменных оснований Са++ Ыа+
Люцерна синяя
Первый 23,1 16,1 6,1 0,9
Второй 23,3 16,2 6,2 0,9
Третий 24,9 17,5 6,5 0,9
Люцерна желтая
Первый 23,8 16,2 6,7 0,9
Второй 24,4 17,0 6,5 0,9
Третий 25,3 19,0 6,4 0,9
Кострец безостый
Первый 21,9 16,0 5,0 0,9
Второй 22,2 16,2 5,1 0,9
Третий 22,6 16,5 5,2 0,9
Исходные значения
- 22,0 16,1 5,0 0,9
Эспарцет
Третий 25,9 19,0 6,0 0,9
Лядвенец
Третий 23,7 18,0 5,0 0,7
Свербига
Третий 22,7 16,6 5,2 0,9
Сумма обменных оснований под кострецом изменялась незначительно, в пределах ошибки измерения. На третий год использования костреца она возросла всего на 0,5 мг-экв на 100 г почвы главным образом за счет обменного кальция. Количество обменного магния возросло на 0,2 мг-экв/100 г. Содержание обменного натрия практически не изменилось.
Под эспарцетом на третий год жизни увеличение суммы обменных оснований в почве составило 3,9 мг-экв/100 г в первую очередь за счет увеличения содержания кальция на 2,9 мг-экв/100 г и магния - на 1,0 мг-экв/100 г. Количество обменного натрия не изменилось.
Под лядвенцем рогатым сумма оснований увеличилась за три года на 1,7 мг-экв/100 г в основном за счет обменного кальция. Его количество увеличилось на 1,9 мг-экв/100 г, количество обменного магния не изменилось, а содержание обменного натрия снизилось на ОД мг-экв на 100 г почвы.
Меньше всего изменение суммы обменных оснований отмечено под свербигой восточной. Здесь она возросла на 0,7 мг-экв/100 г, за счет содержания кальция - на 0,5 мг-экв, магния - на 0,2 мг-экв на 100 г почвы.
В почве под всеми изучаемыми культурами количество обменного кальция изменялось в пределах 73,1-73,4 %. Исключение составил лядвенец рогатый, в посевах которого содержание кальция в почве возросло до 75,9 %. Аналогично свербиге изменялась сумма обменных оснований под щавелем кормовым. Бобовые многолетние травы более интенсивно обогащали верхние слои почвы кальцием по сравнению с небобовыми.
В четвертой главе «Фитомелиоратиеная роль житняка и запашки соломы в повышении плодородия каштановых почв» определена степень предупреждения деградации почвы, которая зависит от ежегодного поступления свежего органического вещества.
Поступление органического вещества в почву при внесении удобрений и использовании приемов фитомелиорации. К агроприе-мам, повышающим количество органического вещества в почве, кроме посева многолетних трав можно отнести заделку соломы предшественника в сочетании с внесением минеральных удобрений.
В опыте осенью под урожай яровой пшеницы 2003 г. была запахана солома озимой пшеницы в количестве 3,9 т/га. Кроме того в почву поступило с пожнивно-корневыми остатками до 2,2—3,5 т/га органического вещества (таблица 5).
Таблица 5 - Органическое вещество, поступившее в почву по годам опыта после озимой пшеницы, т/га
Источник органического вещества Вариант опыта
без удобрении , , солома (контроль) солома + + ИбоРзо распашка житняка
Под урожай 2003 г.
Послеуборочные остатки 2,2 2,9 3,5 11,6
Солома - 3,9 3,9 -
Итого 2,2 6,8 7,4 11,6
Под урожай 2004 г.
Послеуборочные остатки 2,8 3,2 3,2 9,8
Солома - 6,0 6,1 -
Итого 2,8 9,2 9,3 9,8
Под урожай 2005 г.
Послеуборочные остатки 2,9 3,1 3,6 11,9
Солома - 4,8 5,4 -
Итого 2,9 7,9 9,0 11,9
После внесения соломы поступление органического вещества в почву возрастало в 3,1-3,4 раза, а после житняка - в 5,3 раза по сравнению с контролем. После житняка количество органического вещества в почве по сравнению с внесением соломы озимой пшеницы было больше на 56,2-70,6 %. Аналогичная закономерность отмечена и в остальные годы исследований. Таким образом, фитомелиорант превосходил по обогаще-
нию органическим веществом почвы внесение соломы наиболее урожайной культуры озимой пшеницей.
Влияние удобрений и фитомелиоранта на содержание гумуса в почве. На контрольном варианте (без внесения удобрений) отмечено уменьшение содержания гумуса в почве с 3,26 до 3,13 %, или на 0,13 %. Снижению количества гумуса в почве в паровом звене способствовало содержание черного пара. Интенсивная обработка усиливала минерализацию органического вещества. Возделывание житняка в выводном поле до 5-6 лет позволяло увеличивать содержание гумуса в почве до 3,42 % и создавать положительный баланс органического вещества. Это объясняется высоким содержанием пожнивно-корневых остатков после житняка (11-12 т/га) и отсутствием обработки почвы.
Внесение соломы привело к увеличению количества гумуса по сравнению с контрольным вариантом в среднем за годы исследований на 0,09-0,10 %, а применение житняка как фитомелиоранта - на 0,36 %.
Относительно сохранения гумуса в почве выявлено явное преимущество фитомелиорации по сравнению с применением, как минеральных удобрений, так и соломы. Скорость образования гумуса под многолетними травами выше скорости его разложения также за счет отсутствия обработки почвы.
Влияние на водно-физические свойства каштановой почвы удобрений и фитомелиоранта. Использование соломы как удобрения повышало количество агрономически ценных структурных агрегатов (10,0-0,25 мм) в слое 0-0,10 м - с 71,05 до 80,9 %; в слое 0,10-0,20 м - с 77,2 до 81,4 %, или на 9,85 и 4,2 %. При этом содержание пылеватой фракции снижалось на 4,6 %, а глыбистой - на 10,25 %.
Лучшей структурностью обладала почва после распашки житняка. В слое 0-0,1 м структура улучшалась за счет снижения пылеватой фракции на 8,80 %, а в слое 0,1-0,2 м - за счет снижения этой фракции на 13,8 %.
В слое 0-0,1 м количество глыбистых агрегатов практически не изменялось, а в слое 0,1-0,2 м оно возрастало на 5,75 %.
Внесение соломы повышало коэффициент структурности на 1,491,79 ед., а распашка житняка - на 1,68-2,39 ед. В слое 0,10-0,20 м коэффициент структурности был выше, чем в слое 0-0,10 м на 0,93-1,64 ед.
Таким образом, в целом почва после распашки житняка имела лучшее структурное состояние, чем при внесении соломы.
Улучшение структурного состояния положительно сказалось на снижении плотности почвы.
Плотность почвы в среднем за 2003-2005 гг. под яровой пшеницей на контроле (без внесения удобрений) равнялась 1,18 г/см3 в слое 0-0,3 м и 1,35 г/см3 - в слое 0,3-0,5 м.
Внесение соломы уменьшало плотность почвы в верхнем слое 0-0,3 м с 1,18 до 1,12 г/см3, а в слое 0,3-0,5 м - с 1,35 до 1,32 г/см3. В нижних подпахотных слоях плотность изменялась незначительно - на 2,2 %, что можно считать
в пределах ошибки опыта. Следовательно, внесение соломы изменяло плотность почвы только в верхнем пахотном горизонте 0-0,3 м.
После распашки житняка плотность пахотного слоя снижалась по сравнению с контролем на 0,11 г/см3, или на 10,3 %, а подпахотного - на 0,09 г/см3, или на 7,1 %.
Посевы житняка разуплотняли не только пахотный, но и подпахотный горизонты. Внесение минеральных удобрений не влияло на плотность почвы.
Общая пористость почвы изменялась соответственно плотности.
Изменение запасов влаги в почве. В метровом слое почвы запас продуктивной влаги колебался по вариантам в пределах 138,1-144,2 мм. На контрольном варианте влаги было меньше на 2,4-6,1 мм, или на 1,74,4 % по сравнению с опытными вариантами.
После распашки житняка в верхнем полуметровом слое влаги было больше, чем при внесении соломы на 5,7-8,1 мм, или на 6,1-8,9 %. Во втором полуметровом слое вариант с распашкой житняка уступал контрольному варианту на 1,7 мм, или на 20,3 %, а варианту с соломой - на 7,5-11,8 мм, или на 17,8-28,0 %.
В метровом слое почвогрунта на вариантах с запашкой соломы и распашкой житняка запасы влаги были практически одинаковыми. Различие составило 1,7-3,7 мм, или 1,2-2,6 %, что можно считать в пределах ошибки опыта.
Преимущество варианта с распашкой житняка в накоплении влаги в почве отмечено только в верхнем полуметровом слое.
Изменение агрохимических свойств почвы под влиянием удобрений и фитомелиоранта. Удобрения и фитомелиоранг заметно влияли на содержание питательных веществ в почве. Наименьшее количество нитратного азота отмечено под яровой пшеницей на контрольном варианте. Оно не превышало в верхнем пахотном слое 0-0,3 м 11 мг на 1 кг почвы. На вариантах с соломой азота было 16 мг/кг, а в сочетании соломы с минеральными удобрениями — 22 мг на 1 кг почвы, или в 1,5-2,0 раза больше, чем на контроле. Внесение свежего органического вещества улучшало не только воздушный, но и питательный режим почвы, особенно на фоне минеральных удобрений.
Повышение содержания нитратного азота в почве отмечено и после распашки житняка. На этом варианте его было больше, чем на контроле в 2,3 раза, больше, чем при внесении соломы в 1,5 раза и больше, чем при использовании соломы в сочетании с минеральными удобрениями на 13,6 %.
Аналогичное изменение отмечено и в содержании доступного фосфора. Внесение соломы повышало в почве количество этого элемента питания на 19,3 %; внесение соломы в сочетании с минеральными удобрениями - на 26,9 %; на варианте посева яровой пшеницы после житняка - на 92,3 %.
Отмечено увеличение по вариантам и количества обменного калия.
На контрольном варианте (без внесения удобрений) обменного калия содержалось 348 мг/кг. При внесении соломы его количество возросло на 19 и 22 мг/кг, а при распашке житняка - на 40 мг/кг, или соответственно на 5,5 %; 9,4 и 11,5 %.
В пожнивных остатках житняка кальция и магния содержалось соответственно 0,49 и 0,20 %. Поэтому при распашке житняка, заметно повышалась сумма обменных оснований в почве.
Внесение соломы увеличивало сумму обменных оснований на 1,4 мг-экв на 100 г почвы. Количество обменного кальция возросло на 1,4 мг-экв, магния - на 0,1 мг-экв. Содержание обменного натрия снизилось на 0,1 мг-экв на 100 г почвы.
Внесение соломы в сочетании с минеральными удобрениями способствовало повышению суммы обменных оснований на 1,5 мг-экв/100 г по сравнению с контролем. При этом количество кальция увеличилось на 1,4 мг-экв/100 г, магния -на 0,3, а обменного натрия - уменьшилось на ОД мг-экв на 100 г почвы.
После распашки житняка сумма обменных оснований повысилась до 39,4 мг-экв/100 г, обменного кальция - до 28,5, магния - до 10,1 мг-экв/100 г. Это больше, чем на контроле на 3,3; 3,1 и 0,4 мг-экв/100 г. Заметно повысилась доля кальция в сумме обменных оснований. Если на контроле она составляла 70,3 %, то при внесении соломы возросла до 713-71,5 %, а при распашке житняка - до 72,4 %. Повышение относительно контроля составило 1,0-1,2 и 2,1 %.
Таким образом, житняк в большей мере способствовал сохранению обменного кальция в почве.
В пятой главе «Эффективность использования осадков сточных вод для повышения фитомелиоративной способности многолетних трав» показана роль осадков сточных вод в увеличении поступления органического вещества в почву, улучшении водно-физических свойств почвы, повышении содержания элементов питания под посевами многолетних трав.
Изменение биомассы пожнивно-корневых остатков. Внесение осадков сточных вод увеличивало количество пожнивных остатков (таблица 6). Использование осадков сточных вод в удобрительных дозах (12,5 и 25,0 т/га) повышало интенсивность роста корней и зеленой массы. Масса корней у люцерны сшей возросла на 8,2 и 32,8 %, у желтой - на 7,1-22,1 %. При внесении осадков под эспарцет увеличивалось количество послеуборочных остатков на 14,6-23,3 %, а под лядвенец - на 7,5-25,2 %.
Масса послеуборочных остатков в верхнем слое почвы под посевами костреца безостого возрастала на 4,4—51,1 %. Использование мелиоративных доз осадков сточных вод (до 100 т/га) увеличило массу пожнивно-корневых остатков в слое 0-60 см у люцерны синей до 14,6 т/га; у люцерны желтой - до 13,8 т/га, у эспарцета - до 12,7 т/га; у лядвенца рогатого - до 12,9 т/га; у костреца - до 13,6 т/га; у свербиги восточной - до 12,4 т/га, у щавеля кормового - до 17,4 т/га.
Щавель был наиболее отзывчив на мелиоративные дозы осадков сточных вод. Масса его корней увеличилась в 2 раза и была больше, чем у люцерны на 19,2 %. Внесение высоких доз осадков сточных вод повысило величину пожнивно-корневых остатков почти у всех изучаемых многолетних культур и приблизило их к количеству биомассы люцерны. С пожнивно-корневыми остатками в почву поступало значительное количество биологического азота, особенно много его было в остатках бобовых культур.
Таблица 6 - Масса пожнивно-корневых остатков под многолетними травами в почве при внесении осадков сточных вод в слое 0-0,6 м (2004-2006 гг.), т/га
Культура Доза внесения осадков сточных вод, т/га
контроль 12,5 25,0 50,0 100,0
Люцерна синяя 11,0 11,9 13,0 13,9 14,6
Люцерна желтая 11,3 12,1 13,2 13,5 13,8
Эспарцет 10,3 9,1 11,8 12,5 12,7
Астрагал 3,5 3,6 3,6 4,0 4,2
Донник 6,3 7,1 7,8 9,6 10,1
Лядвенец 10,6 10,1 11,4 12,4 12,9
Кострец 9,0 9,4 11,9 12,4 13,6
Щавель 8,5 - - - 17,4
Свербига 6,8 - - 10,4 12,4
Наибольшее количество азота содержалось в пожнивно-корневых остатках люцерны, по вариантам оно варьировало от 231 до 307 кг/га. С повышением дозы осадков сточных вод и увеличением пожнивно-корневой биомассы люцерны возрастало и количество азота (таблица 7).
Таблица 7 - Содержание азота в корнях многолетних трав при внесении осадков сточных вод, кг/га
Культура Доза осадков сточных вод, т/га
контроль 12,5 25,0 50,0 100,0
Люцерна синяя 231 249 273 292 307
Люцерна желтая 237 254 277 283 290
Эспарцет 196 194 224 237 241
Лядвенец 191 182 205 223 232
Астрагал 63 64 65 72 76
Кострец 54 57 71 74 82
Щавель 30 - - - 72
Свербига 47 - - - 74
С пожнивной биомассой эспарцета в почву поступало биологического азота от 196 до 241 кг/га. Столько же биологического азота содержалось в пожнивно-корневых остатках лядвенца рогатого. Кострец оставлял в почве азота 54-82 кг/га, свербига - 47-74 кг/га, щавель - 30-72 кг/га. Это больше чем без внесения осадков сточных вод в среднем на 22,3-57,4 %.
Плотность почвы при внесении осадков сточных вод. На второй год даже при внесении осадков отмечалось уплотнение почвы. В посевах люцерны заметное разрыхляющее действие корней наблюдалось с трехлетнего возраста. На контрольной трехлетней люцерне в слое 0-0,3 м плотность уменьшилась с 1,32 до 1,21 г/см3. Под трехлетней люцерной снижение плотности почвы в горизонте 0,3-0,6 м составило 0,02-0,04 г/см3 (таблица 8). Осадки сточных вод за-
метно снижали плотность в пахотном слое. При внесении удобрительных доз плотность уменьшалась под люцерной на 0,03-0,05 г/см3, а при внесении мелиоративных доз - на 0,09-0,11 г/см3; под эспарцетом - соответственно на 0,04 и на 0,04-0,11 г/см ; под лядвенцем - на 0,03 и 0,04-0,10 г/см3.
Таблица 8 - Плотность почвы под трехлетними посевами бобовых трав I при внесении осадков сточных вод (2004-2006 гг.), г/см3
Слой почвы, м Доза осадков сточных вод, т/га
контроль 12,5 25,0 50,0 100,0
Люцерна синяя
0-0,1 1,29 1,25 1,21 1,20 1,19
0,1^0,2 1,31 1,30 1,27 1,22 1,20
0,2-0,3 1,35 1,32 1.29 1,27 1,25
0-0,3 1,32 1,29 1,27 1,23 1,21
| Эспарг 1ет
0-0,1 1,26 1,24 1,18 1,18 1,18
0.1+-0.2 1,33 1,27 1,28 1,25 1,21
0,2-0,3 1,39 1,37 1,31 1,29 1,26
0-0,3 1,32 1,28 1,28 1,25 1,21
| Лядвенец
0-0,1 1,18 1,15 1,14 1,12 1,11
0,1+-0,2 1,28 1,24 1,17 1,16 1,16
0,2-0,3 1,28 1,27 1,26 1,26 1,24
0-0,3 1,26 1,23 1,23 1,16 1,17
В подпахотном слое плотность снизилась не более чем на 0,01-0,04 г/см3.
Изменение агрохимических свойств чернозема южного под влиянием осадков сточных вод.
Изменение содержания элементов питания. Применение осадков сточных вод существенно влияло на содержание гумуса и на пищевой режим почвы. Осадки сточных вод содержали 21,0 % органического вещества, в том числе до 14,7 % гумуса. Это способствовало увеличению содержания гумуса в верхнем слое Почвы. После внесения осадков сточных вод в первый год его количество под люцерной возрастало соответственно величине вносимых доз. Внесение 100 т/га осадков сточных вод увеличило содержание гумуса на ОД 1 % (таблица 9).
Таблица 9 - Содержание элементов питания под люцерной синей в слое 0-0,3 м (2004-2006 гг.)
Доза осадков сточ- Нитратный азот Фосфор Калий Гумус, %
ных вод, т/га мгна 1 кг почвы
! Контроль 48 78 277 3,18
12,5 48 86 313 3,25
25,0 55 98 347 3,27
50,0 91 106 391 3,38
100,0 105 119 429 3,47
На второй год под люцерной на контроле количество гумуса увеличилось на 0,11 % по сравнению с первым годом. При внесении 100 т/га осадков его содержание повысилось на 0,29 % относительно контроля. Содержание гумуса на третий год жизни люцерны по сравнению с первым годом увеличилось на контроле за счет пожнивно-корневых остатков на 0,18 %, а на фоне 100 т/га осадков сточных вод оно возросло на 0,26-0,29 %.
В осадках сточных вод содержалось 4,5 % азота. Поэтому при их внесении в мелиоративных дозах количество нитратного азота в почве в первый год увеличилось до 110 мг/кг. На второй год под люцерной на контрольном варианте содержание нитратного азота в почве увеличилось на 8 мг/кг, т. е. за счет биологического фактора. На третий год оно снизилось на 7—21 мг/кг вследствие того, что на фоне осадков сточных вод было отмечено угнетение азотофиксации клубеньковых бактерий.
При внесении осадков сточных вод отмечено увеличение количества доступного фосфора в почве под люцерной. В осадках сточных вод содержалось 1,4 % фосфора, в том числе 0,61 % в усвояемой форме. В первый год жизни под люцерной применение 100 т/га осадков сточных повысило количество доступного фосфора в почве на 30,0 мг/кг. На второй и третий годы в содержании доступного фосфора стабильно сохранялось различие по вариантам. При внесении осадков сточных вод в дозе 100 т/га количество доступного фосфора под второгодней люцерной возрастало на 26 мг на 1 кг почвы относительно контроля. На третий год это различие составило 41 мг на 1 кг почвы.
Отмечено также увеличение количества обменного калия при внесении осадков сточных вод. В них содержалось 0,7 % этого элемента.
Применение высоких мелиоративных доз осадков сточных вод (100 т/га) повысило содержание обменного калия под люцерной на 172 мг/кг. На второй год различие с контролем составило 182 мг на 1 кг почвы, на третий — 152 мг на 1 кг почвы.
Изменение суммы обменных оснований под действием осадков сточных вод. В осадках сточных вод содержалось 0,7-1,0 % кальция и магния. Кальций выносится из глубоких горизонтов корнями бобовых культур. Это наблюдалось в посевах синей люцерны. Без внесения осадков сточных вод сумма обменных оснований увеличилась на 1,8 мг-экв на 100 г почвы. Количество обменного магния при этом возросло на 0,4 мг-экв, а обменного кальция - на 1,4 мг-экв на 100 г почвы.
Содержание кальция под люцерной на контроле повышалось в первый год до 69,7 %, а на третий год - до 70,3 %.
Доза осадков сточных вод 100 т/га в первый год увеличила сумму обменных оснований на 3,5 мг-экв на 100 г почвы, а на третий-на 3,1 мг-экв/100 г.
Доля кальция в сумме обменных оснований возросла с 69,7 до 71,6 %. Под влиянием произрастания люцерны увеличение количества обменного
магния в сумме оснований составило 0,4 мг-экв на 100 г почвы, а под влиянием осадков - 1,4 мг-экв/100 г.
Содержание обменного натрия в почве при внесении осадков сточных вод практически оставалось постоянным.
Содержание тяжелых металлов в почве н зеленой массе. В почве под люцерной синей при внесении осадков сточных вод в дозах 12,5 и 25,0 т/га количество кадмия возрастало по сравнению с неудобренным фоном на 0,05 и 0,26 мг/кг. При дозах 50 и 100 т/га количество кадмия повысилось в почве в 2,2 и 4,1 раза, или на 0,43 и 1,14 мг/кг. Содержание свинца возросло соответственно на 17,5 и 39,2 % и в 2,5 и 5,3 раза, а содержание меди - на 12,5 %, в 3,1; 3,3 ив 4,0 раза Количество цинка увеличилось соответственно дозам осадков сточных вод на 45,8 и 82,7 %; в 2,2 и 2,8 раза.
При внесении осадков сточных вод 100 т/га содержание свинца в почве под люцерной возрастало с 9,2 до 49,0 % от ПДК; меди - с 11,5 до 47,2 %; цинка - с 14,7 до 40,6 %; кадмия - с 18,5 до 75,5 %.
Содержание тяжелых металлов под свербигой восточной также повышалось с увеличением доз осадков сточных вод. Количество свинца повысилось при удобрительных дозах на 27,3 % и в 2,4 раза; при высоких мелиоративных дозах - в 3,6 и 7,6 раза. Содержание кадмия увеличилось пропорционально вносимым дозам на 63,9 % и в 2,1-5,5 раза; цинка - на 40,0-75,0 %; меди - на 22,0 % и в 2,4-3,9 раза.
При внесении осадков сточных вод в высоких дозах под свербигой восточной содержание кадмия в почве было на уровне ПДК; цинка - на 65,0 % меньше; меди - на 61,4 %; свинца - на 36,0 % ниже предельно допустимой концентрации.
Свинца и кадмия в почве под люцерной было меньше, чем под свербигой соответственно на 0,2-19,5 и 0,17-0,48 мг/кг.
Цинка и меди содержалось больше под люцерной синей. Меди под свербигой было меньше, чем под люцерной на 1,0-11,4 мг/кг, а цинка - на 7,9-123 мг/кг.
Люцерна синяя больше выносила свинца и кадмия, свербига - меди и цинка.
В зеленой массе люцерны на контроле содержалось 2,1 мг/кг свинца. Различие по вариантам с контролем соответственно дозам осадков - 0,31,4 мг/кг. По кадмию различие с контрольным вариантом не превышало 0,21-0,11 мг/кг. Содержание свинца и кадмия в зеленой массе свербиги было заметно ниже, чем в биомассе люцерны.
В зеленой массе люцерны количество меди на фоне осадков сточных вод увеличилось на 13,5-91,2 %; цинка - на 10,4-66,1 %.
В биомассе свербиги восточной отмечено увеличение количества цинка на 29,4-66,7 % и в 2,2 раза; меди - на 42,6-84,2 % и в 2,2 и 3,0 раза. В биомассе свербиги восточной цинка и меди содержалось значительно больше, чем в биомассе люцерны. Меди было больше в биомассе свербиги на 0,2-1,9 мг/кг, а цинка - на 6,5-12,5 мг/кг.
Таким образом, целесообразно вносить осадки сточных вод с повышенным содержанием свинца и кадмия под посевы бобовых культур, в
частности, под люцерну синюю, а осадки с большим количеством цинка и меди - под культуры других семейств (в частности, капустных).
На третий год жизни многолетних трав количество тяжелых металлов снижалось по всем вариантам опыта почти до уровня фонового содержания.
В шестой главе «Влияние нормы высева и густоты стеблестоя на фитомелиоративную способность многолетних трав» показана зависимость величины пожнивно-корневых остатков от нормы высева. В среднем за 2005-2007 гг. при наименьшей густоте послеуборочных остатков было не более 3,03 т/га. При увеличении нормы высева в 6 раз масса пожнивно-корневых остатков возросла почти в 2,5 раза.
Люцерна заметно реагировала на погодные условия. Наибольшее количество послеуборочных остатков было в 2006 влажном году.
Масса пожнивно-корневых остатков при загущении посева эспарцета в 4 раза возрастала соответственно по вариантам до 3,50 т/га; 4,10; 4,67; 5,23 т/га. Наибольшей она была на варианте с нормой высева 6 млн всхожих семян на 1 га - 5,47 т/га.
Плотность почвы и норма высева. В среднем за годы исследований наиболее заметное разуплотняющее воздействие по всему почвенному профилю отмечено на варианте с нормой высева 5 млн семян на 1 га (таблица 10).
Таблица 10 - Зависимость плотности почвы от нормы высева люцерны (2005-2007 гг.), г/см3
Норма высева семян, млн/га Горизонт почвы, м
0-0,2 0,2-0,4 0,4-0,6 0-0,6
1,0 1.25 1,30 1,33 1,29
2,0 1,24 1,28 1,30 1,27
3,0 1.20 1.27 1,28 1,25
4,0 1,18 1,24 1,28 1,23
5,0 1,16 1,21 1,27 1,21
6,0 1,15 1,20 1,26 1,21
В этом случае плотность уменьшалась по сравнению с первым вариантом на 0,06 и 0,09 г/см3.
Структура почвы. Под люцерной с увеличением густоты травостоя улучшалось и структурное состояние почвы. Фракций размером >10 мм уменьшилось на 10,2 % - с 26,4 до 16,2 % .
Количество пыли (фракции <0,25 мм) колебалось в пределах 2,7-6,0 %. Содержание агрономически ценных агрегатов размером 0,25-10,0 мм с густотой возрастало с 70,1 до 80,1 %, или на 10 %.
Коэффициент структурности повысился в 1,7 раза - с 2,34 до 4,0.
Выявлено повышение водопрочности структуры почвы под люцерной при увеличении густоты травостоя в слое 0-0,2 м с 49 до 63 %, а на глубине 0,2-0,4 м - с 53 до 66 %, или на 14 и 13 %.
Под эспарцетом структура почвы также улучшалась с увеличением густоты травостоя, но в меньшей степени, чем под люцерной.
Повышение степени водопрочности структуры почвы под многолетними бобовыми травами объясняется выносом ионов кальция из глубоких горизонтов и аккумуляцией их на поверхность почвы.
В седьмой главе «Урожайность возделываемых сельскохозяйственных культур» анализируется зависимость урожайности зеленой массы многолетних трав от изучаемых факторов.
Урожайность многолетних трав в опытах при оценке их фито-мелиоративной способности. В среднем за 2004-2006 гг. в первом опыте урожайность зеленой массы многолетних трав колебалась в пределах 12,8-22,0 т/га в зависимости от биологии культур (таблица 11).
Таблица 11 - Урожайность зеленой массы многолетних трав (2004-2006 гг.), т/га
Культура Урожайность Отклонение от люцерны синей
т/га % т/га %
Люцерна синяя 22,0 100 - _
Люцерна желтая 21,4 97,3 -0,6 -2,7
Эспарцет 16,9 76,8 -5,1 -23,2
Лядвенец 16,4 74.5 -5,6 -25,5
Астрагал 14,5 65,9 -7,5 -34,1
Донник 15,4 70,0 -6,6 -30,0
Щавель 20,1 91,4 -1,9 -8,6
Кострец 12,8 58,2 -9.2 —41,8
Свербига 21,0 95,4 -1,0 —4,6
НСР05 1,23-1,40
Наибольшую урожайность зеленой массы сформировали люцерна синяя, люцерна желтая и свербига восточная - 21,0-22,0 т/га. Различия составили 0,6-1,0 т/га, что меньше НСР05 (1,23 т/га), поэтому следует считать, что люцерна и свербига наращивали одинаковое количество зеленой массы.
Эспарцет и лядвенец рогатый снизили урожайность зеленой массы по сравнению с люцерной синей на 5,1-5,6 т/га, или на 23,2-25,5 %. У щавеля кормового этот показатель на 1,9 т/га меньше, чем у люцерны синей. Донник и астрагал нутовый уступали люцерне синей на 6,6-7,5 т/га, или на 30,0-34,1 %.
Наименьшую урожайность зеленой массы получили с посевов костреца безостого - всего 12,8 т/га. Это на 9,2 т/га, или на 41,8 %, меньше, чем у люцерны синей.
Важным показателем качества продукции многолетних трав является сбор протеина с 1 га.
Наибольшее количество протеина было у люцерны: у синей -4,77 т/га, у желтой - 4,15 т/га. Различие составило 0,62 т/га, что меньше НСР05 (0,79 т/га). Это следует считать в пределах ошибки опыта. Второе
место по количеству протеина занимали свербига восточная, эспарцет песчаный и щавель кормовой - соответственно 3,07 т/га; 3,24 и 3,16 т/га. Различие с люцерной - 1,53-1,70 т/га, или 32,1-35,6 %.
Наименьшее количество протеина было у костреца безостого -1,28 т/га. Это в 3,7 раза меньше, чем у люцерны.
Урожайность многолетних трав зависела от агрофизических и агрохимических свойств почвы, в первую очередь от ее плотности.
Оценка многолетних трав по продуктивности при внесении осадков сточных вод как удобрений и мелиорантов. Во втором опыте вносили различные дозы осадков сточных вод под многолетние травы для повышения плодородия почвы.
В среднем за 2004-2006 гг. урожайность зеленой массы люцерны синей на контроле составила 22,0 т/га. Прибавка к контролю от внесения различных доз осадков составила по вариантам 11,4-47,7 % (таблица 12). При внесении 12,5 т/га осадков сточных вод урожайность зеленой массы люцерны увеличилась на 2,5 т/га, или на 11,4 %. На фоне 25 т/га осадков сточных вод прибавка составила 5,5 т/га, или 25 %. При использовании осадков сточных вод в дозах 50 и 100 т/га урожайность люцерны возрастала на 9,1 и 10,5 т/га, или на 41,4 и 47,7 % по сравнению с контролем.
Таблица 12 - Урожайность зеленой массы люцерны синей и желтой (2004-2006 гг.), т/га
Доза осадков сточных вод, т/га Люцерна синяя Люцерна желтая
урожайность, т/га различие с контролем урожайность, т/га различие с контролем
т/га % т/га %
Контроль 22,0 - - 21,4 - -
12,5 24,5 2,5 11,4 24,6 3,2 15,0
25,0 27,5 5,5 25,0 26,9 5,5 25,7
50,0 31,1 9,1 41,4 30,2 8,8 41,1
100,0 32,5 10,5 47,7 34,8 13,4 62,6
НСР05 0,77-1,20 0.80-1,49
Желтая люцерна характеризуется интенсивным ростом, засухоустойчивостью, хорошей огавностью. В среднем за 2004-2006 гг. по урожайности зеленой массы она на контроле не отличалась от люцерны синей. При использовании удобрительных доз осадков (12,5-25,0 т/га) урожайность возросла на 15,026,0 %; на фоне мелиоративных доз (50 и 100 т/га) - на 41,1-62,6 %.
Люцерна желтая по сравнению с синей обеспечивала более высокую прибавку урожайности при мелиоративных дозах осадков сточных вод.
Эспарцет считается засухоустойчивой культурой. В опытах по своим биологическим особенностям он был менее продуктивным, чем люцерна. В среднем урожайность зеленой массы эспарцета на контроле составила 16,9 т/га. Это ниже, чем у люцерны на 5,1 т/га, или на 30,2 %.
Применение удобрительных доз осадков сточных вод (12,5-25,0 т/га) увеличило урожайность зеленой массы эспарцета на 1,7-3,5 т/га, или на 10,120,7 %. На фоне мелиоративных доз 50 и 100 т/га урожайность эспарцета в среднем повысилась на 5,5 и 7,6 т/га, или на 32,5 и 45,0 % (таблица 13).
Таблица 13 - Урожайность зеленой массы эспарцета и костреца безостого за 2004-2006 гг., т/га
Доза осадков сточных вод, т/га Эспарцет песчаный Кострец безостый
урожайность, т/га различие с контролем урожайность, т/га различие с контролем
т/га % т/га %
Контроль 16,9 - - 10,8 - _
12,5 18,6 1,7 10,1 12,7 1,9 17,6
25,0 20,4 3,5 20,7 14,2 3,4 31,5
50,0 22,4 5,5 32,5 16,1 5,3 49,1
100,0 24,5 7,6 45,0 17,9 7,1 65,7
НСР05 0,79-1,02 0,80-0,87
Эспарцет по сравнению с люцерной показал меньшую отзывчивость на использование осадков сточных вод в качестве удобрения.
Кострец безостый по урожайности зеленой массы значительно уступал бобовым многолетним. В среднем за 2004-2006 гг. урожайность его зеленой массы на контроле составила 10,8 т/га. Это меньше урожайности бобовых трав. Внесение осадков сточных вод в удобрительных дозах (12,5 и 25,0 т/га) повысило урожайность зеленой массы костреца на 1,93,4 т/га, или на 17,6-31,5 %, а внесение осадков в мелиоративных дозах (50 и 100 т/га) - на 49,1-65,7 %, или на 5,3-7,1 т/га.
В среднем за три года лядвенец рогатый уступал по урожайности зеленой массы люцерне на 52,8 %, а эспарцету - на 17,4 % (таблица 14). Внесение осадков сточных вод в дозе 12,5 т/га увеличило урожайность зеленой массы ляд-венца в среднем за годы исследований на 1,5 т/га, или на 10,4 %; в дозе 25,0 т/га - на 3,5 т/га, или на 24,3 %. Внесение мелиоративных доз осадков сточных вод (50 т/га) повысило продуктивность лядвенца рогатого на 4,9 т/га, или на 34,0 %, 100 т/га - на 6,6 т/га, или на 45,8 %. Повышение дозы осадков с 12,5 до 25,0 т/га увеличило урожайность зеленой массы на 2,0 т/га, или на 12,6 %, а с 25 до 50 т/га - на 1,4 т/га, или на 34,0 %.
В среднем за 2004-2006 гг. на контроле свербига сформировала урожайность зеленой массы 21,0 т/га. Это меньше, чем у люцерны синей на 1,0 т/га, или на 4,8 %, но больше, чем урожайность эспарцета на 19,5 %, или на 4,1 т/га, и ладвенца рогатого на 31,4 %, или на 6,6 т/га. При внесении осадков сточных вод в дозе 12,5 т/га урожайность свербиги повысилась на 7,5 т/га, или на 35,7 %, при использовании осадков сточных вод в дозе 25,0 т/га - на 12,1 т/га. Внесение осадков сточных вод в дозах 50 и 100 т/га увеличивало урожайность зеленой массы этой культуры на 17,4- 18,6 т/га
Таблица 14 - Урожайность зеленой массы лядвенца рогатого и свербиги восточной (2004-2006 гг.), т/га
Доза осадков сточных вод, т/га Лядвенец рогатый Свербига восточная
урожайность, т/га различие с контролем урожайность, т/га различие с контролем
т/га % т/га %
Контроль 14,4 - - 21,0 - -
12,5 15,9 1,5 10,4 28,5 7,5 35,7
25,0 17,9 3.5 24,3 33,1 12,1 57,6
50,0 19,3 4,9 34,0 38,4 17,4 82,9
100,0 21,0 6,6 45,8 39,6 18,6 88,6
НСРо, 0,96-1,00 0,84-1,20
Астрагал нутовый в среднем за 2004-2006 гг. сформирован урожайность зеленой массы на контроле 14,5 т/га. При внесении осадков сточных вод в дозе 12,5 т/га она повысилась на 11,7 %, или на 1,7 т/га. При дозе осадков 25,0 т/га увеличение урожайности зеленой массы по сравнению с контролем составило 32,4 %, или 4,7 т/га; при дозе 50 т/га - 39,3 %, или 5,7 т/га; на фоне 100 т/га - 44,1 %, или 6,4 т/га (таблица 15).
Таблица 15 - Урожайность зеленой массы астрагала нутового и донника желтого (2004-2006 гг.), т/га
Доза осадков сточных вод, т/га Астрагал нутовый Донник желтый
урожайность, т/га различие с контролем урожайность, т/га различие с контролем
т/га % т/га %
Контроль 14,5 - - 15,4 - -
12,5 16,2 1,7 11,7 19,0 3,6 23,4
25,0 19,2 4,7 32,4 20,3 4,9 31,8
50,0 20,2 5,7 39,3 23,1 7,7 50,0
100,0 20,9 6,4 44,1 25,4 10,0 64,9
НСР05 0,88-1,13 0,90-0,97
В среднем за 2004-2006 гг. урожайность зеленой массы донника составила 15,4 т/га. Это ниже, чем люцерны синей на 39,0-42,9 % и меньше, чем щавеля кормового на 30,5-46,8 %. Применение осадков сточных вод в дозе 12,5 т/га увеличивало урожайность зеленой массы донника в среднем на 23,4 %; использование осадков в дозе 25,0 т/га - на 31,8 %; внесение 50 и 100 т/га повысило урожайность на 50,0-64,9 %. Щавель кормовой в среднем за 2004-2006 гг. на контрольном варианте сформировал урожайность зеленой массы 20,1 т/га (таблица 16).
Доза осадков сточных вод, т/га Урожайность, т/га Различие с контролем
т/га %
Контроль 20,1 - _
12,5 24,3 4,2 20,9
25,0 30,5 10,4 51,7
50,0 35,0 14,9 74,1
100,0 37,3 17,2 85,6
НСР„, 0,91-1,28
Внесение осадков сточных вод в удобрительных дозах 12,5 и 25,0 т/га увеличило урожайность зеленой массы щавеля на 4,210,4 т/га, или на 20,9-51,7 %. Использование осадков сточных вод в мелиоративных дозах 50 и 100 т/га повысило урожайность на 14,917,2 т/га, или на 74,1-85,6 %. "
Зависимость урожайности трав от нормы высева. В среднем за 2005-2007 гт. люцерна в зависимости от густоты травостоя формировала урожайность зеленой массы от 11,1 до 33,7 т/га. С повышением густоты травостоя люцерны в 6 раз урожайность возросла на 202,5 % (таблица 17).
Таблица 17 - Зависимость урожайности зеленой массы люцерны синей и эспарцета песчаного от нормы высева (2005-2007 гг.)
Норма высева, млн семян/га Люцерна синяя Эспарцет песчаный
урожайность, т/га различие с контролем урожайность, т/га различие с контролем
т/га % т/га %
1,0 (контроль) 11,1 - - 9,7 _ _
2,0 14,2 3,1 28,1 13,8 4,1 42,3
3,0 19,0 7,8 70,6 18,4 8,7 □9,7
4,0 24,1 13,0 117,1 21,6 11,9 122,7
5,0 33,2 22,0 198,3 25,8 . 16,1 165,9
6,0 33,7 22,5 202,5 26,8 17,1 176,3
НСР05= 3,1= 77,35; ^ = 2,7 НСР05 = 2,81;/ф = 53,22; ^ = 2,7
Урожайность зерна яровой пшеницы после житняка и внесения соломы. Важнейшим критерием оценки изучаемых агроприемов считается урожайность. Урожайность пшеницы существенно колебалась по вариантам опыта (таблица 18).
В 2003 г. урожайность зерна пшеницы на контроле - 1,03 т/га. Внесение соломы повышало ее до 1,52 т/га, или на 47,6 %. Сочетание соломы с минеральными удобрениями в дозе И6оРзо увеличило урожайность еще на 5,3 %.
Таблица 18 - Влияние удобрений и фитомелиоранта на урожайность зерна яровой пшеницы, %
Вариант опыта Урожайность, т/га Отклонение от контроля
т/га | %
2003 г.
1. Контроль 1,03 - -
2. Солома 1,52 0,49 47,6
3. Солома + N60 Рзо 1,60 0,57 55,3
4. Распашка житняка 1,81 0,78 75,7
НСР„, 0,18 - -
2004 г.
1. Контроль 0.93 - -
2. Солома 1,13 0,20 21,5
3. Солома + N60 Рзо 1,20 0,27 29,0
4. Распашка житняка 1,51 0,58 62,4
НСРп, 0,12 - -
2005 г.
1. Контроль 0,57 - -
2. Солома 0,79 0,22 38,6
3. Солома + N60 Рзо 0,85 0,28 49,1
4. Распашка житняка 0,87 0,30 52,6
НСРо, 0,08 - -
В среднем за 2003-2005 гг.
1. Контроль 0,90 - -
2. Солома 1,15 0,25 27,8
3. Солома + N60 Рзо 1.22 0,32 35,6
4. Распашка житняка 1,40 0,50 55,6
Наибольшую урожайность зерна пшеница сформировала при посеве ее на варианте после распашки житняка -1,81 т/га, или на 19,1 % выше, чем после запашки соломы. В связи с более засушливыми погодными условиями в 2004 г. получена меньшая урожайность яровой пшеницы по сравнению с предыдущим годом на 10,7-19,9 %.
На контрольном варианте урожайность зерна составила 0,93 т/га. Внесение соломы повысило ее на 21,5 %, а минеральных удобрений на фоне соломы - еще на 6,2 %. Прибавка урожайности от запашки соломы в 2004 г. была в 2 раза ниже, чем в 2003 г. из-за недостатка влаги. После распашки житняка пшеница сформировала урожайность даже в сухой год выше контрольного варианта на 62,4 %.
В 2005 острозасушливом году урожайность яровой пшеницы была в 2 раза меньше, чем в 2003 г. и колебалась по вариантам в пределах 0,570,87 т/га. Запахивание соломы повысило урожайность яровой пшеницы в этом году на 38,6 %. Внесение минеральных удобрений дало прибавку еще на 0,08 т/га. После распашки житняка урожайность превышала кон-
троль на 52,6 %. Это меньше, чем за предыдущие годы на 23,1 и 9,8 % из-за недостатка влаги.
В различные по погодным условиям годы посевы яровой пшеницы после фитомелиоранта превышали контрольный вариант на 52,6-75,7 % и вариант с запашкой соломы на 19,1-33,6 %. В острозасушливом 2005 г. это различие снижалось до 10,1 %.
В среднем за годы исследований внесение соломы озимой пшеницы под посев яровой повысило урожайность на 27,8 %. Добавка к соломе минеральных удобрений в дозе Г^Рзо увеличило урожайность еще на 6,1 %.
Посев пшеницы после распашки житняка привел к увеличению урожайности зерна пшеницы по сравнению с контролем на 55,6 % и на 14,821,7 % по сравнению с вариантами с внесением соломы.
Последействие многолетних трав. Важной оценкой многолетних трав общепризнано считать их последействие, т. е. влияние на последующую культуру как предшественника.
В опыте по изучению этого процесса после распашки многолетних трав высевали весной яровую пшеницу по рекомендованной в регионе технологии.
Урожайность яровой пшеницы колебалась по годам в зависимости от погодных условий. В среднезасушливом 2009 г. урожайность зерна пшеницы по вариантам изменялась от 1,82 до 2,50 т/га; в осгрозасушливом 2010 г. - от 0,78 до 1,12т/га; в сравнительно влажном2011 г.-от 1,82 доЗ,14т/га.
В среднем за 2009-2011 гг. урожайность пшеницы после люцерны синей и желтой составила 2,25 и 2,16 т/га, т. е. практически была одинаковой. После лядвенца рогатого она достоверно уменьшилась на 7,6 %, а после эспарцета - на 10,2 % (таблица 19).
Таблица 19 - Урожайность зерна яровой пшеницы после распашки многолетних трав (2009-2011 гг.)
Многолетние травы Урожайность, т/га Отклонение от люцерны синей
т/га %
1. Люцерна синяя 2,25 - _
2. Люцерна желтая 2,16 -0,09 -4,0
3. Лядвенец рогатый 2,08 -0,17 -7,6
4. Эспарцет песчаный 2,02 -0,23 -10,2
5. Кострец безостый 1,41 -0,84 -37,3
6. Свербига восточная 1,66 -0,59 -26,2
7. Щавель кормовой 1,51 -0,74 -32,9
НСР05 0,15
В среднем после бобовых культур урожайность зерна пшеница составила 2,13±0,10 т/га. Коэффициент вариации - 4,7 %. После костреца безостого урожайность пшеницы снизилась по сравнению с люцерной на 37,3 %, после свербиги - на 26,2 %, а после щавеля - на 32,9 %.
После костреца безостого урожайность зерна пшеницы была наименьшей - 1,41 т/га. Это меньше, чем после свербиги восточной на 15,1 % и меньше, чем после щавеля на 6,6 %. Средняя урожайность зерна пшеницы после небобовых трав - 1,53±0,10 т/га. Коэффициент вариации не превышал 6,5 %.
Различие в урожайности пшеницы после бобовых и небобовых трав в среднем за годы исследований равнялось 0,6 т/га, или 28,2 %. Поэтому после небобовых трав для повышения урожайности пшеницы до уровня бобовых предшественников надо внести в почву на 1 га не менее 75 кг д. в. азотных минеральных удобрений; в сухой год - не менее 25 кг, во влажный - до 100 кг д. в./га. Отсюда следует, что посев яровой пшеницы после бобовых многолетних трав экономит до 2-3 ц/га минеральных удобрений.
В восьмой главе «Энергетическая и экономическая эффективность» приводится расчет энергетической и экономической эффективности возделывания многолетних трав и повышения плодородия почв.
Эффективность возделывания различных многолетних трав. В 10-18 т/га зеленой массы многолетних трав содержится от 32 до 55 ГДж обменной энергии. Энергозатраты на создание этой продукции составляют от 10,3 до 14,7 ГДж/га.
Люцерна и эспарцет в условиях проведения опыта оказались выгоднее других культур. Они характеризовались коэффициентом энергетической эффективности при их выращивании без учета повышения плодородия почвы от 3,27 до 3,65. Коэффициент энергетической эффективности у желтой люцерны был выше на 11,6 % по сравнению с синей.
Коэффициент энергетической эффективности при выращивании эспарцета был ниже, чем у люцерны на 3,2-15,1 %. В урожае эспарцета обменной энергии было меньше (41,9 ГДж/га), чем у синей люцерны на 6,9 %, и меньше на 23,6 %, чем у желтой люцерны. Другие многолетние бобовые травы также уступали синей люцерне в количестве обменной энергии с 1 га.
При возделывании многолетних трав энергетическую эффективность с учетом плодородия почвы можно определить по прибавке количества гумуса в почве. С учетом плодородия почв наибольшие значения коэффициентов энергетической эффективности были у свербиги, щавеля, люцерны. Энергетическая эффективность возросла благодаря повышению содержания гумуса в почве под щавелем на 6,1 %, под свербигой -на 13,8 %; под люцерной синей - на 25,1 %; под желтой - на 7,3 %. В этом случае коэффициенты энергетической эффективности повысились у щавеля и свербиги до 3,96-3,97 ед.; у люцерны - до 4,09-3,92 ед.
Коэффициент энергетической эффективности у эспарцета повысился на 18,3 % и составил 3,75 ед.
Отмечено повышение коэффициентов энергетической эффективности на фоне повышения содержания гумуса и у остальных трав: у донника - на
19,1 %; у астрагала - на 17,2 %; у костреца и лядвенца - на 10,8 %. Коэффициент энергетической эффективности у этих культур - от 2,25 до 3,06 ед.
Наиболее дешевое улучшение плодородия почвы отмечено под свербигой и кострецом, эспарцетом и люцерной.
При возделывании многолетних трав экономическая эффективность была аналогична энергетической.
Стоимость зеленой массы изменялась в пределах 5,54-12,64 тыс. руб./га. Затраты на выращивание трав колебались в пределах 4,11-7,05 тыс. руб./га. Люцерна, эспарцет и щавель обеспечили наибольший чистый доход - 4,12-6,22 тыс. руб./га. Уровень рентабельности не превышал 7197 %. Астрагал нутовый приносил чистого дохода 1,43 тыс. рубУга; кострец -1,52 тыс. руб./га; свербига - 3,63 тыс. руб./га; лядвенец- 3,04 тыс. рубУга. Это меньше по сравнению с люцерной синей в 1,2-3,2 раза.
Уровень рентабельности изменялся аналогично чистому доходу. Он составил у костреца 25 %; у донника - 44 %; у астрагала - 35 %; у лядвенца - 51 %; у свербиги - 57 %. Это меньше, чем у синей люцерны на 14 - 46 %.
Эффективность выращивания многолетних культур при внесении осадков сточных вод. При возделывании люцерны синей без внесения осадков сточных вод (контроль) коэффициент энергетической эффективности не превышал 3,0. Без учета плодородия почвы внесение удобрительных доз 12,5 и 25,0 т/га приводило к его снижению до 2,62,7. Под влиянием мелиоративных доз коэффициент энергетической эффективности уменьшился до 1,7-2,3. Расчет энергетической эффективности с учетом плодородия почвы выявил увеличение этого параметра до 3,1-3,8, т. е. выше контрольного варианта.
Аналогично изменялись коэффициенты энергетической эффективности при возделывании других многолетних трав.
На фоне удобрительных доз осадков сточных вод люцерна синяя увеличивала чистый доход с 7,05 до 7,91-9,07 тыс. руб./га. Использование осадков сточных вод в дозе 100 т/га снизило условный чистый доход до 7,05 тыс. руб./га. При внесении осадков сточных вод уровень рентабельности не превышал 49-96 %, Самая высокая рентабельность выращивания люцерны отмечена при внесении 25 т/га осадков сточных вод.
Уровень рентабельности на фоне доз 12,5 и 25,0 т/га возрастал на 0,9 и 5,9 %. При использовании мелиоративных доз (50 и 100 т/га) этот показатель был ниже варианта без внесения осадков сточных вод.
Наивысшая экономическая эффективность отмечена при использовании осадков сточных вод под свербигу. На фоне всех доз условный чистый доход был выше контрольного варианта на 4,13-8,08 тыс. рубУга.
При внесении удобрительных доз осадков сточных вод уровень рентабельности не превышал 141-152 %. Это больше контрольного варианта на 42 и 53 %. Вариант с мелиоративными дозами осадков 50 т/га превышал контрольный вариант по уровню рентабельности на 45 %.
Наибольший экономический эффект отмечен при выращивании люцерны синей, свербиги и эспарцета, т. е. культур, которые формировали урожайность зеленой массы более 16 т/га. Кострец безостый из-за низкой урожайности зеленой массы оказался наименее рентабельной культурой.
Эффективность возделывания многолетних трав при разной норме высева. Выращивание люцерны и эспарцета было энергетически выгодным при повышенных нормах высева.
В условиях Поволжья наиболее энергетически выгодным оказалось возделывание люцерны. Коэффициент энергетической эффективности при ее посеве нормой 6,0 млн семян на 1 га повышался в 2,5 раза. Посев эспарцета густотой 6 млн/га увеличивал в 2,3 раза коэффициент энергетической эффективности. Экономическая эффективность возделывания многолетних культур была аналогична энергетической. Наилучшие экономические показатели (себестоимость, чистый доход, уровень рентабельности) отмечены при возделывании люцерны и эспарцета песчаного с нормой высева 6,0 млн/га. Себестоимость зеленой массы люцерны составила 205 руб./т, чистый доход - 13,31 тыс. руб./га, а уровень рентабельности - 193 %. Себестоимость зеленой массы эспарцета равнялась 228 руб./т, чистый доход - 9,96 тыс. руб./га, а уровень рентабельности - 163 %.
Эффективность возделывания яровой пшеницы при внесении соломы и использовании житняка как фитомелиоранта. Энергетическая эффективность возделывания яровой пшеницы после житняка была заметно выше, чем при внесении соломы в чистом виде и в сочетании с минеральными удобрениями. Коэффициент энергетической эффективности при выращивании яровой пшеницы без внесения удобрений (контроль) не превышал 1,9 ед. Внесение соломы без минеральных удобрений увеличило коэффициент энергетической эффективности до 2,44 ед., или на 28,4%. Применение минеральных удобрений снизило коэффициент энергетической эффективности на 51,6 % вследствие их высокого энергетического эквивалента. Посев пшеницы после распашки житняка повысил коэффициент энергетической эффективности по сравнению с контролем до 2,58 ед., или на 35,8 %, а по сравнению с вариантом с соломой - на 5,7 %. Расчет энергетической эффективности с учетом увеличения содержания гумуса в почве показал увеличение коэффициента энергетической эффективности на вариантах с соломой на 51,6 %, а на вариантах с распашкой житняка - на 79,1 %. Расчет экономической эффективности полностью подтверждает энергетическую. На контроле отмечены наименьший чистый доход 1,54 тыс. руб./га и наименьший уровень рентабельности - 52 %. При внесении соломы в почву условный чистый доход увеличился на 79,2 %, а уровень рентабельности - на 40 %. Добавление к соломе минеральных удобрений в дозах N«^30 снизило условный чистый доход на 3,8 %, а уровень рентабельности - на 15 %. Себестоимость при этом возросла
на 8,5 %. При посеве яровой пшеницы по пласту житняка чистый доход возрос по сравнению с контролем на 2,40 тыс. руб./га, или в 1,5 раза, уровень рентабельности - на 76 %. Себестоимость снизилась в 1,5 раза. Наиболее выгодно возделывать зерновые после применения фитомелиоранта.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1.Намечены пути решения проблемы биологизации земледелия и создан структурный алгоритм системы фитомелиорации для повышения плодородия чернозема южного и каштановых почв Поволжья в агро-ландшафтном сберегающем земледелии. Разработана теоретическая основа сохранения и расширенного воспроизводства плодородия чернозёмов южных и каштановых почв Поволжья на базе использования различных приемов повышения фитомелиоративной способности многолетних трав.
2. Возделывание многолетних трав более трех лет способствовало поступлению в почву свежего органического вещества в виде пожнивных остатков до 10-12 т/га и более. Из бобовых трав наибольшее количество пожнивно-корневых остатков в почве оставляли люцерна, лядве-нец и эспарцет, а из небобовых — щавель и кострец. Благодаря послеуборочным остаткам почва обогащалась биологическим азотом до 270 кг/га. Наибольшее количество азота поступало в почву в посевах люцерны, эспарцета и лядвенца рогатого, из небобовых культур - в посевах костреца безостого и свербиги восточной.
3. На третий год содержание гумуса в почве увеличилось в слое 0—0,3 м под люцерной на 0,18 %; под эспарцетом и лядвенцем - на 0,10-0,12 %; под другими культурами - на 0,04-0,06 %.
4. Поступление свежего органического вещества в почву улучшало ее агрофизические свойства. Наиболее интенсивно препятствовали естественному уплотнению почвы такие бобовые культура, как донник желтый и лядвенец рогатый. Из небобовых следует отдать предпочтение кострецу безостому. Под этими культурами плотность пахотного слоя снижалась на 3-й год жизни на 0,02-0,04 г/см3. В посевах люцерны, свербиги восточной, щавеля кормового плотность почвы к третьему году несколько возрастала. Общая пористость почвы снижалась.
5. В посевах бобовых трав (люцерны, эспарцета) отмечена наилучшая структура почвы. Количество агрономически ценных сгруюурных агрегатов — 67,0-67,9 %. После других бобовых культур их было на 3-6 % меньше. В посевах небобовых трав наилучшее структурное состояние почвы отмечено после костреца безостого - 68,4 %. В посевах щавеля и свербиги восточной агрономически ценных структурных агрегатов было на 4—5 % меньше.
6. Многолетние травы благоприятно воздействовали на пищевой режим почвы. Под бобовыми травами количество нитратного азота за 3 года увеличилось на 5-11 мг/кг, фосфора - на 7-10; обменного калия - на
11-25 мг на 1 кг почвы. Под остальными травами содержание нитратного азота возросло на 3-7 мг/кг; фосфора - на 1-2, калия - на 1-7 мг на 1 кг почвы. За три года под бобовыми травами сумма обменных оснований увеличилась на 1,8-2,8 мг-экв на 100 г почвы. Содержание обменного кальция возросло на 1,6-2,4 мг-экв на 100 г почвы. Под остальными культурами увеличение составило 0,4-1,0 и 0,2-0,8 мг-экв/100 г. Обменного натрия в почве содержалось не более 0,9 мг-экв на 100 г почвы.
7. В сухостепном Заволжье важная роль в повышении плодородия каштановой почвы отводится внесению соломы совместно с минеральными удобрениями и посевами житняка. Применение этих агроприемов повысило поступление органического вещества в почву до 9,3-11,9 т/га, увеличило содержание гумуса на 0,09-0,10 % и более, улучшило пищевой режим, увеличило количество ценных структурных агрегатов на 8,813,8 %. Плотность почвы при этом снизилась на 0,06-0,11 г/см3. Внесение соломы повышало сумму обменных оснований на 1,4 мг-экв на 100 г почвы, а использование житняка в качестве фитомелиоранта - на 3,3 мг-экв/100 г. Содержание обменного кальция возросло на 1,0-2,1 %.
8. Улучшение агрофизических свойств каштановых почв при внесении соломы и после распашки житняка способствовало повышению запасов влаги в почве весной перед посевом яровой пшеницы. После распашки житняка в верхнем полуметровом слое влаги было больше чем при внесении соломы на 5,7-8,1 мм, или на 6-9 %. Во втором полуметре вариант после распашки житняка уступал варианту с соломой на 7,5-11,8 мм, или на 17,8 %.
9. Для усиления фитомелиоративнош эффекта многолетних трав важное значение имеет внесение комплексного органического и минерального удобрения. С этой точки зрения большая роль отводится использованию осадков сточных вод, которые считаются комплексными органоминеральными удобрениями в дозах 12,5-25,0 т/га и высокоэффективными мелиорантами в дозах 50-100 т/га. В посевах многолетних трав под влиянием осадков сточных вод повышалось накопление в почве пожнивно-корневых остатков на 23-82 %, масса которых увеличивалась до 12,0-15,0 т/га. Кроме того в них повышалось содержание биологического азота на 30-52 %. С пож-нивно-корневыми остатками бобовых культур в почву поступало до 307 кг/га биологического азота, а небобовых - до 47-76 кг/га. Это увеличивало содержание гумуса в почве.
10. Внесение осадков сточных вод, особенно в мелиоративных дозах, способствовало разрыхлению почвы. Наименьшая плотность сложения отмечена на фоне высоких мелиоративных доз осадков под кострецом безостым и ляд-венцем рогатым. Самой высокой она была под люцерной и эспарцетом, несмотря на внесение осадков сточных вод. Последние дополнительно снижали плотность почвы в верхнем слое на 0,09-0,14 г/см3. Наивысшая пористость под действием осадков сточных вод в пахотном слое была под лядвенцем рогатым и
кострецом безостым. Под действием осадков сточных вод пористость возрастала на фоне 12,5 и 25,0 т/га на 2-3 %, а на фоне 50 и 100 т/га - на 4-5 %. Внесение осадков сточных вод под многолетние травы улучшило структуру почвы на 6,4-9,4 %, а ее водопрочность - на 4,5-6,5 %.
11. Под влиянием осадков сточных вод заметно повышалось содержание элементов питания в почве. Под бобовыми травами количество азота возрастало на 57 мг/кг, фосфора - на 41, калия - на 152 мг на 1 кг почвы, а при использовании осадков в мелиоративных дозах - соответственно в 2,0-3,3 раза, на 51,2-77,5 и 64,4-81,8 %. В посевах многолетних трав без внесения осадков сточных вод сумма обменных оснований возрастала на 1,8 мг-экв на 100 г почвы, а на фоне их внесения - на 3,5 мг-экв на 100 г почвы. Повышение происходило главным образом за счет увеличения количества обменного кальция.
12. Внесение осадков сточных вод в удобрительных дозах увеличивало содержание тяжелых металлов в почве в 1,5-3,2 раза, в мелиоративных дозах - в 3,8-7,6 раза, в зеленой массе - соответственно на 28-84 % и в 1,7-3,5 раза. Увеличение содержания тяжелых металлов сразу после внесения не достигало предельно допустимой концентрации. В течение трехлетнего возделывания многолетних трав оно уменьшалось в почве и в надземной биомассе до уровня фонового варианта. Под люцерной кадмия и свинца в почве было меньше на 26-71 %, чем под свербигой и щавелем, а цинка и меди - больше на 8,3 и 90,0 %. Бобовые травы более интенсивно выносили с зеленой массой из почвы кадмий и свинец, а небобовые - цинк и медь.
13. Люцерна и эспарцет наиболее интенсивно разрыхляли почву при загущение посевов (норма высева - до 6 млн. всхожих семян на 1 га). Снижение плотности почвы по сравнению с обычной густотой посева составляло у люцерны 0,06-0,09 г/см3, у эспарцета - 0,03 г/см3. При этом общая пористость почвы увеличивалась. Под люцерной она достигала 53,2-57,5 %, под эспарцетом - 46,8-49,9 %. Пористость аэрации в этом случае была соответственно 19,1-22,3 и 13,1-18,0 %.
14. На южных черноземах наибольшую урожайность зеленой массы из бобовых формировали люцерна - 14,0-16,0 т/га, эспарцет - 13,1 т/га, лядве-нец рогатый - 11,5 т/га. Урожайность других бобовых трав не превышала 7,1-10,0 т/га. Из небобовых трав наибольшая урожайность зеленой массы отмечена у щавеля кормового и свербиги восточной - 15,2-18,3 т/га. Кострец безостый формировал урожайность не ниже 11,4 т/га. Увеличение урожайности зеленой массы небобовых трав от применения осадков сточных вод составило 66-89 %, а бобовых - 45-48 %. Наибольшая прибавка урожайности у небобовых культур объясняется лучшим использованием ими элементов питания из осадков сточных вод, особенно азота.
15. В зеленой массе люцерны, астрагала и эспарцета содержалось наибольшее количество сырого протеина - 19,2-21,7 %. В биомассе лядвенца рогатого и донника желтого его было несколько меньше - 14,0-17,6 %. Наибольшее количество сырого протеина отмечено в биомассе щавеля -15,7 % и свербига - 14,6 %. В зеленой массе остальных трав его было не более 7,2-10,0 %. Наибольшее количество каротина содержалось в биомассе бобовых трав, а золы и сахара - в зеленой массе щавеля кормового.
16. На каштановых почвах наибольшая урожайность зерна яровой пшеницы отмечена после распашки житняка. В среднем за 3 года она составила 1,40 т/га, что выше контроля на 55,6 % и выше, чем на вариантах с внесением соломы на 14,7-21,7 %. После распашки многолетних трав на черноземе южном наибольшая урожайность зерна яровой пшеницы была после бобовых многолетних трав - люцерны, лядвенца и эспарцета. Различия в урожайности пшеницы при посеве после этих трав не превышали 4,0-10,2 %. Урожайность яровой пшеницы после люцерны составила 2,25 т/га. При посеве после небобовых культур (костреца, свербиги и щавеля) урожайность яровой пшеницы снизилась на 26,2-37,3 % по сравнению с посевом после люцерной синей. Для увеличения урожайности зерна пшеницы до 2,0-2,25 т/га при распашке небобовых трав следует вносить минеральное азотное удобрение в среднем 75 кг д. в./га.
17. Наиболее выгодными с энергетической и экономической точек зрения при использовании многолетних бобовых трав в качестве фито-мелиорантов были люцерна, эспарцет и лядвенец рогатый. Коэффициент энергетической эффективности этих трав без учета плодородия почвы -3,27-3,45, а с учетом повышения плодородия почвы - 3,75-4,18. Уровень рентабельности - 68-71 %. Из небобовых трав самыми эффективными были свербига и щавель кормовой. Коэффициенты энергетической эффективности при их возделывании в качестве фитомелиорантов достигали 3,48-3,97, а уровень рентабельности - 57-71 %.
18. На многолетних травах, используемых в качестве фитомелиорантов, наиболее выгодно было применение удобрительных доз осадков сточных вод (12,5-25,0 т/га). При этом были наивысшими коэффициенты энергетической эффективности и уровень рентабельности, которые составили с учетом плодородия почвы 3,0-4,4 и 99-178 %. Внесение мелиоративных доз осадков сточных вод 50 и 100 т/га было выгодным при увеличении урожайности зеленой массы до 40 т/га и более. При этом уровень рентабельности возрастал на 45,5 %, а коэффициент энергетической эффективности — на 1,4 ед.
19. Повышение нормы высева многолетних бобовых трав с 1 до 6 млн всхожих семян на 1 га повышало урожайность зеленой массы в 1,8-2,0 раза и усиливало фитомелиоративный эффект. Загущение посе-
bob трав было выгодным с фитомелиоративной, энергетической, экономической и хозяйственной точек зрения.
20. На каштановых почвах внесение соломы без минеральных удобрений увеличило коэффициент энергетической эффективности до 2,44 ед., или на 28,4 %. Применение минеральных удобрений снизило коэффициент энергетической эффективности на 51,6 %. В посевах пшеницы после распашки житняка коэффициент энергетической эффективности по сравнению с контролем увеличился на 35,8 %, а по сравнению с вариантом с соломой - на 5,7 %. С учетом увеличения содержания гумуса в каштановых почвах коэффициент энергетической эффективности на вариантах с соломой возрос на 51,6 %, а на вариантах с распашкой житняка - на 79,1 %.
21. Экономическая эффективность полностью подтверждает энергетическую. На контроле отмечены наименьшие чистый доход (1,54 тыс. руб./га) и уровень рентабельности (52 %). При внесении соломы условный чистый доход увеличился на 79,2 %, а уровень рентабельности - на 40 %. Добавление к соломе минеральных удобрений в дозах N60P30 снизило условный чистый доход и уровень рентабельности на 15 %. Себестоимость при этом возросла на 8,5 %. При посеве яровой пшеницы по пласту житняка чистый доход возрос по сравнению с контролем на 2,40 тыс. руб./га, или в 1,5 раза, а уровень рентабельности - на 76 %.
РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ
Для предотвращения деградации почв (улучшения их структуры, снижения плотности, повышения пористости, обогащения свежим органическим веществом и увеличения содержания гумуса) необходимо в севооборотах расширять посевы многолетних трав. Из бобовых на черноземах в первую очередь следует предусмотреть посевы люцерны, ляд-венца рогатого и эспарцета. Из небобовых заслуживают внимания щавель кормовой, свербига восточная и кострец безостый. На каштановых почвах в качестве фитомелиорантов необходимо высевать донник, астрагал нутовый и житняк ширококолосый.
На каштановых почвах для предотвращения их деградации рекомендуется вносить солому в сочетании с минеральными удобрениями или высевать житняк в выводном поле.
Для повышения фитомелиоративной способности многолетних трав рекомендуется внесение осадков сточных вод в качестве удобрений в дозах 12,5-25,0 т/га и мелиорантов в дозах 50-100 т/га при запашке их с осени под посевы трав. С целью снижения количества свинца и кадмия в почве рекомендуется после запашки осадков сточных вод высевать бобовые культуры, а для снижения содержания цинка и меди - небобовые (свербигу восточную и щавель кормовой). Возделывать многолетние
травы в качестве фитомелиорантов на фоне осадков сточных вод необходимо не менее 3-4 лет.
Для улучшения фитомелиоративного воздействия люцерны и эспарцета на черноземе южном необходимо высевать эти культуры повышенной нормой высева - не менее 6 млн. шт./га.
При распашке многолетних небобовых трав для повышения урожайности зерновых культур, посеянных после них, для полного использования их фитомелиоративных возможностей следует вносить минеральные азотные удобрения 75 кг д. в./га.
СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Статьи, опубликованные в изданиях, рекомендованных ВАК РФ
1. Современное карантинное фитосанитарное состояние хозяйств Саратовской области / А. И. Кутафин, Ю. А. Тарбаев, Д. А. Уполовников, Б. 3. Шагиев, Е. В. Под-горнов, М. А. Даулетов // Вестник Саратовского госагроуниверситета им. Н. И. Вавилова. - 2007. - № 6. - С. 19-22 .
2. Влияние мелиоративных и агрохимических приемов на увеличение плодородия каштановых почв Заволжья / Е. П. Денисов, Д. А. Уполовников, Б. 3. Шагиев, К. Е. Денисов, А. С. Линьков // Нива Поволжья. - 2009. - № 1 (10). - С. 4-7.
3. Влияние агромелиоративных приемов на плодородие каштановых почв и урожайность озимой пшеницы в паровом звене севооборота / Е. П. Денисов, Д. А. Уполовников, Б. 3. Шагиев, К. Е. Денисов, А. С. Линьков // Вестник Саратовского госагроуниверситета им. Н. И. Вавилова. - 2009. - № 6. - С. 14-18.
4. Изменение агрофизических свойств почвы под влиянием донника / Е. П. Денисов, Д. А. Уполовников, А. М. Марс, О. И. Коломиец // Вестник Саратовского госагроуниверситета им. Н. И. Вавилова. -2010. -№ 10. - С. 17-19.
5. Влияние житняка на свойства солонцовых почв / А. М. Марс, Е. П. Денисов, Д. А. Уполовников // Вестник Саратовского госагроуниверситета им. Н. И. Вавилова. - 2010. -№ 10. - С. 22-26.
6. Эффективность приемов мелиорации солонцовых почв / А. М. Марс, Е. П. Денисов, Д. А. Уполовников // Вестник Саратовского госагроуниверситета им. Н. И. Вавилова. - 2010. -№ 12. - С. 22-28.
7. Значение новых нетрадиционных культур в укреплении кормовой базы / Е. П. Денисов, А. М. Косачев, А. М. Марс, Д. А. Уполовников, О. И. Коломиец // Кормопроизводство.-2011.-№ 1.-С. 11-13.
8. Перспективные бобовые кормовые культуры для сухостепной зоны / Е. П. Денисов, А. М. Косачев, А. М. Марс, Д. А. Уполовников, О. И. Коломиец // Кормопроизводство.-2011.-№ 1.-С. 14-16.
9. Перспективные кормовые культуры для черноземной зоны Поволжья / Е. П. Денисов, Д. А. Уполовников, Д. Г. Шестеркин // Вестник Саратовского госагроуниверситета им. Н. И. Вавилова. - 2012. - № 10. - С. 30-33.
Публикации в других изданиях
10. Влияние биомелиорантов и минеральных удобрений на водно-физические свойства каштановых почв и урожайность яровой пшеницы в Завол-
жье / Д. А. Уполовников, О. В. Ковтуненко // Тез. докл. науч. конф. молодых ученых, аспирантов и студентов, посвящ. 115-летию со дня рожд. акад. Н. И. Вавилова. - Саратов, 2002. - С. 130-132.
11. Приемы повышения содержания гумуса в каштановых почвах / Е. П. Денисов, М. Н. Панасов, К. Е. Денисов, Д. А. Уполовников // Агроэкологические проблемы сельскохозяйственного производства: сб. матер. Всерос. науч. конф. -Пенза, 2003.-С. 123-127.
12. Продуктивная влага и влияние на нее агрофизических свойств почвы / Е. П. Денисов, А. П. Солодовников, К. Е. Денисов, Д. А. Уполовников // Агроэкологические проблемы сельскохозяйственного производства: сб. матер. Всерос. науч. конф. - Пенза, 2003. - С. 127-129.
13. Влияние биомелиорантов на урожайность яровой пшеницы и плодородие почвы / Д. А. Уполовников // Экологические аспекты технологии выращивания сельскохозяйственных культур: сб. науч. работ - Саратов, 2003. - С. 44-56.
14. Влияние мелиоративных приемов на плодородие почвы и урожайность яровой пшеницы в сухостепной зоне Поволжья / Д. А. Уполовников // Матер, межрегион, науч. конф. молодых ученых и специалистов системы АПК Приволжского федерального округа. - Саратов, 2003. - С. 28-30.
15. Экономическая эффективность применения биомелиорантов под яровую пшеницу на каштановых почвах Заволжья / К. Е. Денисов, Д. А. Уполовников // Региональные проблемы устойчивого развития сельской местности: сб. матер. Всерос. науч.-практ. конф. - Пенза, 2003. - С. 61-63.
16. Совершенствование технологии возделывания зерновых культур в Заволжье / Д. А. Уполовников, О. Ю. Воробжанский, Д. С. Степанов // Актуальные проблемы земледелия на современном этапе развития сельского хозяйства: сб. матер. Межцунар. науч.-практ. конф. - Пенза, 2004. - С. 201-203.
17. Зависимость урожайности яровой пшеницы от водно-физических свойств каштановых почв / М. Н. Панасов, К. Е. Денисов, Д. А. Уполовников, О. Ю. Воробжанский // Матер. Всерос. науч.-практ. конф., посвящ. 117-й годовщине со дня рождения Н.И. Вавилова. - Саратов, 2004. - С. 47-49.
18. Использование биомелиорантов для повышения плодородия каштановых почв / М. Н. Панасов, К. Е. Денисов, Д. А. Уполовников, О. Ю. Воробжанский // Матер. Всерос. науч.-практ. конф., посвящ. 117-й годовщине со дня рождения Н.И. Вавилова. - Саратов, 2004. - С. 49-52.
19. Зависимость урожайности яровой пшеницы от водно-физических свойств каштановых почв / К. Е. Денисов, Д. А. Уполовников // Вавиловские чтения - 2004 : матер. Всерос. науч.-практ. конф. - Саратов, 2004. - С. 45-48.
20. Использование биомелиорантов для повышения плодородия каштановых почв / К. Е. Денисов, Д. А. Уполовников // Вавиловские чтения - 2004 : матер. Всерос. науч.-практ. конф. - Саратов, 2004. - С. 54-57.
21. Влияние основной обработки почвы на продуктивность зернового севооборота в Заволжье / А. П. Солодовников, Д. С. Степанов, Д. А. Уполовников, О. Ю. Воробжанский // Актуальные проблемы земледелия: сб. науч. работ. - Саратов, 2005.-С. 128-134.
22. Влияние предшественников яровой пшеницы на урожайность зерна и плодородие каштановой почвы в Заволжье / Е. П. Денисов, И. В. Чепрасов, К. Е. Денисов, А. П. Солодовников, Д. А. Уполовников // Агропромышленный ком-
плекс : состояние, проблемы, перспективы : сб. матер. III Междунар. науч.-практ. конф. - Пенза, 2005. - С. 14-15.
23. Влияние агромелиоративных приемов на урожайность яровой пшеницы в сухостепной части Заволжья / А. М. Косачев, К. Е. Денисов, А. П. Солодовников, Д. А. Уполовников // Агропромышленный комплекс: состояние, проблемы, перспективы : сб. матер. Ш Междунар. науч.-практ. конф. - Пенза, 2005. - С. 42-43.
24. Приемы повышения плодородия каштановых почв / Е. П. Денисов, И. В. Чепрасов, А. П. Солодовников, Д. А. Уполовников, И. Ф. Капцов // Актуальные проблемы земледелия: сб. науч. работ. - Саратов, 2006.-Вып. 2.-С. 8-10.
25. Многолетние травы в условиях сухостепной части Заволжья / М. Н. Панасов, Ю. А. Калинин, А П. Солодовников, Д. А. Уполовников, И. Ф. Капцов // Аюуальные проблемы земледелия: сб. науч. работ. - Саратов, 2006. - Вып. 2. - С. 16-19.
26. Влияние распашки травяного поля на водно-физические свойства каштановых почв / А. П. Солодовников, Б. 3. Шагиев, К. Е. Денисов, А. С. Линьков, Д. А. Уполовников, В. П. Косачева // Экономические механизмы реализации национального проекта «Развитие АПК» на региональном уровне : матер. Междунар. науч.-практ. конф. - Саратов, 2006. - С. 309-313.
27. Использование осадков сточных вод в качестве фитомелиорантов и эффективность работы корневой системы многолетних трав / В. П. Тян, Е. П. Денисов, К. Е. Денисов, Д. А. Уполовников // Резервы сберегающего земледелия на современном этапе: сб. науч. работ. - Саратов, 2008. - С. 76-81.
28. Влияние многолетних трав на плодородие темно-каштановых почв / Н. П. Молчанова, И. В. Чепрасов, А. П. Солодовников, Д. А. Уполовников, А. М. Марс // Резервы сберегающего земледелия на современном этапе: сб. науч. работ. - Саратов, 2008. - С. 128-131.
29. Влияние травосмеси кормовых бобов и овса на плодородие почвы / Е. П. Денисов, И. В. Чепрасов, Д. А. Уполовников, А. В. Корчаков // Резервы сберегающего земледелия на современном этапе: сб. науч. работ. - Саратов, 2008. - С. 157-160.
30. Применение мелиоративных приемов для повышения плодородия каштановых почв / М. Н. Панасов, К. Е. Денисов, Д. А. Уполовников // Эффективность агромелиоративных приемов в земледелии : сб. науч. работ. - Саратов, 2008.-С. 115-120.
31. Влияние мелиоративных приемов на агрохимические факторы плодородия / М. Н. Панасов, К. Е. Денисов, Д. А. Уполовников // Эффективность агромелиоративных приемов в земледелии : сб. науч. работ. - Саратов, 2008. - С. 120-124.
32. Влияние биомелиорантов на урожайность озимой пшеницы / А. М. Марс, Д. А. Уполовников // Наука и образование (Республика Казахстан). - 2009. -№ № (16). - С. 6-10.
33. Влияние различных многолетних трав на плодородие каштановой почвы / А. М. Марс, Д. А. Уполовников // Матер, докл. Междунар. науч.-практ. конф. - Уральск, 2009. - Ч. 2. - С. 16-20.
34. Влияние различных норм высева многолетних трав на густоту стеблестоя и агрофизические свойства темно-каштановых почв Саратовского Заволжья / Д. А. Уполовников, А. С. Линьков, Ю. А. Тарбаев, К. Е. Денисов // Перспективные направления развития АПК : сб. науч. работ. - Саратов, 2009. - С. 223-225.
35. Продуктивная и фитомелиоративная способность свербиги восточной в Правобережье Саратовской области / Е. П. Денисов, Д. А. Уполовников, О. И. Коломиец // Вавиловские чтения - 2009 : матер. Междунар. науч.-практ. конф. -Саратов, 2009. - Ч. 3. - С. 48-49.
36. Фитомелиоративная способность лядвенца рогатого / Е. П. Денисов, О. И. Коломиец, Д. А. Уполовников, А. М. Марс // Вавиловские чтения - 2009: матер. Междунар. науч.-практ. конф. - Саратов, 2009. - Ч. 3. - С. 49-51.
37. Использование житняка в качестве фитомелиоранта / А. М. Марс, Е. П. Денисов, Б. 3. Шагиев, К. Е. Денисов, Д. А. Уполовников, А. М. Косачев // К 80-летию образования института (научные публикации): сб. науч. работ. - Саратов, 2010.-С. 113-120.
38. Предшественники озимой пшеницы на фоне минимальной обработки темно-каштаноой почвы / А. М. Косачев, Е. П. Денисов, М. Н. Панасов, Б. 3. Шагиев, Д. А. Уполовников, А. В. Летучий // К 80-летию образования института (научные публикации) : сб. науч. работ. - Саратов, 2010. - С. 99-105.
39. Продуктивность многолетних трав на темно-каштановых почвах / А. М. Марс, О. И. Коломиец, Д. А. Уполовников // Вавиловские чтения -2010 : матер. Междунар. науч.-практ. конф. - Саратов, 2010. - Т. 1. - С. 134-136.
40. Продуктивность и средообразующая способность многолетних кормовых культур на черноземах Поволжья: [монография] / Д. А. Уполовников, Е. П. Денисов, А. П. Солодовников, К. Е. Денисов ; ФГБОУ ВПО «Саратовский ГАУ». -Саратов, 2011,- 152 с.
41. Уплотнение посевов на поливе - резерв повышения продуктивности орошаемых кормовых севооборотов в Заволжье / Е. П. Денисов, Д. А. Уполовников // Вавиловские чтения - 2011 : матер. Междунар. науч.-практ. конф. - Саратов, 2011.-С. 89- 92.
42. Способ выращивания люцерны на семена / М. Н. Панасов, Е. П. Денисов, А. П. Солодовников, Д. А. Уполовников, Б. 3. Шагиев, К. Е. Денисов // Вавиловские чтения - 2011 : матер. Междунар. науч.-практ. конф. - Саратов, 2011. -С. 101-102.
43. Способ выращивания люцерны на семена в условиях засушливого климата / М. Н. Панасов, Е. П. Денисов, А. П. Солодовников, Д. А. Уполовников, Б. 3. Шагиев, К. Е. Денисов // Вавиловские чтения - 2011: матер. Междунар. науч.-практ. конф. - Саратов, 2011. - С. 103-105.
44. Увеличение продуктивности и продолжительности сроков использования люцерны / М. Н. Панасов, Е. П. Денисов, А. П. Солодовников, Д. А. Уполовников, Б. 3. Шагиев, К. Е. Денисов // Вавиловские чтения - 2011 : матер. Междунар. науч.-практ. конф. - Саратов, 2011. - С. 105-107.
45. Фитомелиоративная характеристика многолетних трав и нетрадиционных кормовых культур как предшественников для яровой пшеницы / Д. А. Уполовников, Д. С. Степанов // Резервы устойчивого развития сельскохозяйственного производства Поволжья : сб. матер. Междунар. науч.-практ. конф. - Саратов, 2012.-С. 70-74.
46. Кормовое и фитомелиоративное значение многолетних трав / Е. П. Денисов, А. П. Солодовников, Д. А. Уполовников, Д. Г. Шестеркин // Резервы ус-
тойчивого развития сельскохозяйственного производства Поволжья : сб. матер. Междунар. науч.-практ. конф. - Саратов, 2012. - С. 91-95.
47. Оценка многолетних трав как предшественников для яровой пшеницы / Д. Г. Шестеркин, Д. В. Сураев, Д. А. Уполовников, Ж. Д. Кинжембетов Н Состояние и перспективы инновационного развития АПК : сб. статей по матер. Междунар. науч.-практ. конф. - Саратов, 2012. - С. 208-211.
48. Средообразующая роль многолетних трав и влияние их на урожайность яровой пшеницы / Д. А. Уполовников, Д. Г. Шестеркин, Д. В. Сураев, Р. 3. Тугушев // Состояние и перспективы инновационного развития АПК : сб. статей по матер. Междунар. науч.-практ. конф. - Саратов, 2012. - С. 212-215.
Подписано в печать Формат 60х84 1/16
_Печ.л.2,0 Тираж 100 Заказ №87/82_
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Саратовский государственный аграрный университет им. Н.И. Вавилова» 410012, Саратов, Театральная пл., 1
Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, доктора сельскохозяйственных наук, Уполовников, Дмитрий Александрович, Саратов
САРАТОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ИМЕНИ Н.И. ВАВИЛОВА
05201351166
На правах рукописи
Уполовников Дмитрий Александрович
СИСТЕМА ФИТОМЕЛИОРАЦИЙ ЧЕРНОЗЕМОВ ЮЖНЫХ И КАШТАНОВЫХ ПОЧВ ПОВОЛЖЬЯ
06.01.02 - мелиорация, рекультивация и охрана земель
Диссертация на соискание ученой степени доктора сельскохозяйственных наук
Саратов - 2012
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ 6
1 ВЛИЯНИЕ СОВРЕМЕННОЙ СИСТЕМЫ ЗЕМЛЕДЕЛИЯ НА 12 СОСТОЯНИЕ ПОЧВЕННОГО ПОКРОВА И ПЛОДОРОДИЯ ЧЕРНОЗЕМНЫХ И КАШТАНОВЫХ ПОЧВ
1.1 Деградация почвенного покрова 12
1.2 Фитомелпорация и ее роль в повышении плодородия почв 16
1.3 Биологические особенности некоторых нетрадиционных 23 многолетних трав как фитомелиорантов
1.4 Фитомелиоративная способность многолетних кормовых культур 34
1.5 Продуктивность и качество кормов многолетних трав 41
1.6 Проблема утилизации городских осадков сточных вод и их 43 удобрительная ценность
1.7 Повышение плодородия почвы с помощью осадков сточных 46 вод
1.8 Зависимость урожайности сельскохозяйственных культур от доз 48 внесения осадков сточных вод
1.9 Особенности применения осадков сточных вод в земледелии 50
2 УСЛОВИЯ, СХЕМА И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ 55 ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1 Почвы 55
2.2 Климат 58
2.3 Погодные условия 60
2.4 Методика проведения опыта 71
2.5 Схема опыта 73
3 ФИТОМЕЛИОРАТИВНОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ МНОГОЛЕТНИХ 75 ТРАВ НА ЧЕРНОЗЕМЫ ЮЖНЫЕ
3.1 Накопление пожнивно-корневых остатков 75
3.2 Влияние фитомелиорантов на агрофизические свойства 79 почвы
3.2.1 Изменение плотности почв 79
3.2.2 Параметрический анализ влияния многолетних трав 84 на плотность почвы
3.2.3 Изменение пористости почв 102
3.2.4 Положительное влияние многолетних трав на структурность 106 почв
3.3 Влияние многолетних трав на агрохимические свойства почв 108
3.3.1 Изменение содержания гумуса и элементов питания в почве 108
3.3.2 Изменение суммы и состава обменных оснований в почве 110
4 ФИТОМЕЛИОРАТИВНАЯ РОЛЬ ЖИТНЯКА И ЗАПАШКИ 114 СОЛОМЫ В ПОВЫШЕНИИ ПЛОДОРОДИЯ КАШТАНОВЫХ ПОЧВ
4.1 Поступление органического вещества в почву при внесении 114 удобрений и фитомелиоративных приемах
4.2 Влияние удобрений и фитомелиоранта на содержание гумуса 115 в почве
4.3 Влияние на водно-физические свойства почвы удобрений 118 и фитомелиоранта
4.4 Изменение запасов влаги в почве 125
4.5 Изменение агрохимических свойств почвы под влиянием 127 удобрений и фитомелиоранта
5 ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ОСАДКОВ 13 7 СТОЧНЫХ ВОД ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ФИТОМЕЛИО-РАТИВНОЙ СПОСОБНОСТИ МНОГОЛЕТНИХ ТРАВ
5.1 Изменение биомассы пожнивно-корневых остатков 137
5.2 Плотность почвы при внесении осадков сточных вод 139
5.3 Пористость почвы 147
5.4 Изменение агрохимических свойств чернозема южного 151 под влиянием осадков сточных вод
5.4.1 Изменение элементов питания . 151
5.4.2 Изменение суммы и состава обменных оснований под
действием осадков сточных вод 163
5.4.3 Содержание тяжелых металлов в почве и зеленой массе 168
6 ВЛИЯНИЕ НОРМЫ ВЫСЕВА И ГУСТОТЫ 174 СТЕБЛЕСТОЯ НА ФИТОМЕЛИОРАТИВНУЮ СПОСОБНОСТЬ МНОГОЛЕТНИХ ТРАВ
6.1 Влияние норм высева на густоту стеблестоя трав 174
6.2 Влияние нормы высева на нарастание биомассы 176
6.3 Содержание пожнивно-корневых остатков в зависимости от 177 густоты травостоя
6.4 Плотность почвы и густота травостоя 179
6.5 Влияние густоты трав на пористость почвы 182
6.6 Структура почвы 184
7 УРОЖАЙНОСТЬ ВОЗДЕЛЫВАЕМЫХ 187 СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР
7.1 Урожайность многолетних трав на опытах при оценке их фито- 187 мелиоративных способностей
7.2 Оценка многолетних трав по продуктивности при внесении 196 осадков сточных вод как удобрений и мелиорантов
7.3 Зависимость урожайности трав от густоты травостоя 203
7.4 Последействие многолетних трав 206
7.5 Урожайность зерна яровой пшеницы после житняка 210 и внесения соломы
8 ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ И ЭКОНОМИЧЕСКАЯ 213 ЭФФЕКТИВНОСТЬ
8.1 Эффективность возделывания различных многолетних трав 215
!
8.2 Эффективность выращивания многолетних культур 220 при внесении осадков сточных вод
8.3 Эффективность возделывания многолетних трав 228 при разной густоте травостоя
8.4 Эффективность возделывания яровой пшеницы при внесении 229 соломы и использования житняка как фитомелиоранта ЗАКЛЮЧЕНИЕ 232 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 240
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы исследований. При существующей системе земледелия в условиях дефицита материальных и энергетических ресурсов в стране и резком снижении технической оснащенности сельских товаропроизводителей повсеместно наблюдаются деградации почвенного покрова и снижение урожайности сельскохозяйственных культур.
Положение усугубляет сокращение применения минеральных и органических удобрений, мелиорантов и т.д.
Выход из создавшегося положения - адаптация земледелия к местным условиям (В.В.Докучаев, 1936; В.И.Вернадский, 1946; И.Е. Овсинский, 2008 и др.) Докучаев В.В. показал несостоятельность потребительского подхода к природопользованию. Новый подход к повышению плодородия почв, устойчивости и эффективности их использования основывается на системном подходе, согласно которому критерием оценки продуктивности агросистем кроме прибыли является экологическая устойчивость агроландшафта. Продолжение развития идей адаптивно-ландшафтных систем земледелия с применением системного подхода к использованию фитомелиорантов и составляет основу настоящей работы и определяет её теоретическую и практическую актуальность.
Исследования проводились в соответствии с областной целевой программой «Сохранение и восстановление плодородия почвы земель сельскохозяйственного назначения и агроландшафтов на период до 2013 года». Закон Саратовской области от 29.12.2006 №152.
Степень разработанности темы. Существующие основополагающие принципы и технологические приемы использования фиторесурсов для повышения плодородия почвы недостаточно полно определяют состояния расширенного воспроизводства плодородия. Основы теории и практики использования растений и в том числе многолетних трав для повышения устойчивости агроландшафта, воспроизводства плодородия и увеличения урожайности сельскохозяйственных культур изложены в трудах таких видных ученых, как
А.Т. Болотов (1896), И.Е. Овсинский (2008), А.А.Жученко (1990), А.Н.Каштанов (2008), В.И.Кирюшин (2000), М.Лыков (1985), Г.Г.Решетов (2008), А.И.Шабаев (2004), А.П. Щербаков (1990), И.С. Шатилов (1969) и др.
Цель работы - дать теоретическое обоснование и разработать практические приёмы повышения эффективности систем фитомелиорации для сохранения и расширенного воспроизводства плодородия черноземов южных и каштановых почв Поволжья.
В задачи исследований входило:
• дать теоретическое обоснование использования систем фитомелиорации черноземов южных и каштановых почв и приемов повышения ее эффективности, разработать структурный алгоритм системы фитомелиорации;
• определить воздействие многолетних трав на поступление в почву свежего органического вещества и биологического азота на чернозёмах южных и выявить влияние многолетних трав на содержание гумуса в почвах;
• проанализировать изменения агрофизических и агрохимических свойств чернозема под действием многолетних трав;
• исследовать роль соломы и житняка как фитомелиорантов в повышении плодородия каштановых почв и в накоплении запасов продуктивной влаги;
• изучить совместное действие осадков сточных вод и фитомелиорантов на накопление пожнивно-корневой биомассы многолетних трав и изменение содержания гумуса в почве;
• выявить влияние совместного действия осадков сточных вод и фитомелиорантов на агрофизические и агрохимические свойства почвы;
• проанализировать динамику содержания тяжелых металлов в почве и биомассе трав при использовании осадков сточных вод, дать оценку степени экологической безопасности их применения под многолетние травы;
• определить влияние густоты травостоя многолетних трав на плодородие чернозема южного;
• изучить влияние осадков сточных вод на продуктивность многолетних трав и определить кормовую ценность их зелёной массы;
• установить степень последействия широко распространенных и нетрадиционных многолетних трав при возделывании зерновых культур;
• рассчитать мелиоративную, энергетическую и экономическую эффективность системы фитомелиорации черноземов и каштановых почв.
Научная новизна исследований. Разработаны теоретические основы систем фитомелиорации и их роль в сохранении и расширенном воспроизводстве плодородия чернозёмов южных и каштановых почв в Поволжье. Показано фитоме-лиоративное действие интродуцированных многолетних трав - лядвенца рогатого, свербиги восточной, астрагала нутового, щавеля кормового и др. Изучены их продуктивность и фитомелиоративная способность в сравнении с люцерной, эспарцетом, донником и кострецом безостым. Представлена кормовая ценность зелёной массы новых кормовых культур. Дана оценка фитомелиоративной способности житняка в сравнении с внесением соломы и минеральных удобрений на каштановых почвах. Доказана положительная роль осадков сточных вод в повышении урожайности многолетних трав и плодородия чернозема южного. Исследовано влияние осадков сточных вод совместно с посевом трав на поступление органического вещества в почву, изменение содержания гумуса, на агрофизические и агрохимические свойства почвы. Показана степень накопления тяжелых металлов в почве и растениях при внесении осадков сточных вод и раскрыта фитомелиоративная роль изучаемых многолетних культур в снижении их содержания в почве. Установлено положительное влияние загущения посевов многолетних трав на их фитомелиоративную способность. Раскрыта эффективность последействия многолетних трав при возделывании после них зерновых культур.
Теоретическая значимость. Определена проблема и разработана последовательность проведения технологических приемов в системе фитомелиорации для повышения плодородия черноземов южных и каштановых почв при биоло-
гизации земледелия. Установлены основные принципы использования фитоме-лиорации на каштановых почвах и южных черноземах Поволжья. Выявлена взаимозависимость основных факторов плодородия и их взаимосвязь с урожайностью, позволяющая найти оптимальные значения критериев плодородия. На основании установленных взаимосвязей разработана схема алгоритма с математической оценкой различных фитомелиорантов, доз удобрений, нормы высева и экономической эффективности для подбора системы фитомелиорации в конкретных условий. Полученный результат является значительным вкладом в теорию создания и применения систем фитомелиорации в Поволжье.
Практическая значимость. В работе даны конкретные рекомендации по выбору и применению новых культур в качестве фитомелиорантов. Для производства высококачественного сена наряду с люцерной и эспарцетом из бобовых культур рекомендуется возделывать лядвенец рогатый. Введение в структуру посевных площадей нетрадиционных кормовых культур, особенно на фоне внесения осадков сточных вод, увеличивало поступление в почву свежего органического вещества и повышало количество гумуса, улучшало структурность почвы, снижало ее плотность и позволяло получать стабильно высокие урожаи, как в обычные, так и острозасушливые годы. Выявлена более высокая эффективность влияния житняка на повышение плодородия по сравнению с запашкой соломы на каштановых почвах. Показана высокая эффективность сочетания осадков сточных вод и увеличения густоты травостоя многолетних трав в повышении их мелиоративной способности. Для повышения урожайности многолетних кормовых культур на 50-70 % и получения 35^40 т/га зеленой массы рекомендовано вносить до посева трав осадки сточных вод в удобрительных и мелиоративных дозах. Применение осадков в мелиоративных дозах (50 и 100 т/га) не увеличивало содержания тяжелых металлов в почве и растениях выше предельно допустимых концентраций. Для снижения содержания тяжелых металлов в почве рекомендуется возделывать многолетние травы не менее 3 лет.
Методология и методы исследования базируются на современных положениях классической фитомелиорации и частных методик планирования и проведения экспериментов. В исследовании был использован системный подход, методы анализа и синтеза, обобщения, наблюдения, сравнения, индукции и дедукции, классификации. Расчеты и обработка результатов исследований выполнялись методами математической статистики с применением пакетов прикладных программ Statistika 7,0 и Mikrosoft Excel.
Положения, выносимые на защиту:
• пути решения проблемы биологизации земледелия и структурный алгоритм системы фитомелиорации для повышения плодородия чернозема южного и каштановых почв Поволжья в агроландшафтном сберегающем земледелии;
• влияние многолетних трав на фоне внесения осадков сточных вод при увеличении густоты стояния на поступление в почву свежего органического вещества и на динамику содержания гумуса в черноземах южных и каштановых почвах;
• изменение агрохимических и агрофизических свойств почв при внесении соломы, осадков сточных вод и повышенной густоте травостоя;
• особенности формирования урожайности зеленой массы многолетних культур на естественном фоне, при внесении осадков сточных вод, соломы и при загущении посевов;
• закономерность накопления тяжелых металлов в почве под многолетними травами при внесении различных доз осадков сточных вод;
• последействие многолетних трав при возделывании яровой пшеницы после их распашки;
• оценка энергетической и экономической эффективности возделывания многолетних трав и повышения плодородия почвы при использовании приемов усиления их фитомелиоративной способности.
Степень достоверности и апробации результатов исследований подтверждается достаточным объемом эксперементального материала обобщением литературных источников ученых предшественников, многолетним периодом исследования, корректностью и апробированностью использованных методик, необходимым объёмом проведённых замеров, наблюдений, анализов, математической обработкой экспериментальных данных и производственной проверкой результатов исследований. Результаты проведенных исследований были доложены на международных, всероссийских и внутривузовских научно-практических конференциях (Саратов, 2004-2011; Пенза, 2004, 2009; Уральск, 2009). Итоги исследований были доложены на: международной конференции посвященной 115-летию со дня рождения академика Н.И. Вавилова; на межрегиональной научной конференции АПК Поволжского Федерального округа (Саратов 2003); на всероссийской научнопрактической конференции «Региональные проблемы устойчивого развития сельской местности» (Пенза 2003); на всероссийской научно практической конференции посвященной 117 годовщины рождения Н.И. Вавилова (Саратов 2004); на третьей научно-практической конференции «Агопромышленный комплекс: состояние проблемы, переспективы» (Пенза 2005); на научно-практической конференции «Проект развития АПК на региональном уровне» (Саратов 2006); на международной научной конференции Вавиловские чтения (Саратов 2004,2009,2010,2011); на международной научной конференции 14-15 июля 2009 года (Орал 2009); Западно-Казахстанский аграрно-технический университет им Жангир хана (г.Уральск 2009). По результатам исследований опубликованы монография и 49 научных работ общим объемом 18,7 печ. л., в том числе 11 статей - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
Личный вклад автора составляет 80%. Соискателю принадлежит идея разработки приёмов улучшения фитомелиоративного воздействия на почву, разработка теоретического обоснования использования фитомелиорации и приемов повышения ее эффективности, экспериментальные подтверждения теоретических разработок, формулировка научных положений.
1 ВЛИЯНИЕ СОВРЕМЕННОЙ СИСТЕМЫ ЗЕМЛЕДЕЛИЯ СОСТОЯНИЕ ПОЧВЕННОГО ПОКРОВА И ПЛОДОРОДИЯ ЧЕРНОЗЕМНЫХ И КАШТАНОВЫХ ПОЧВ
1.1 Деградация почвенного покрова
При современной системе земледелия использования пашни в условиях дефицита материальных и энергетических ресурсов привело к развитию различных видов деградации почвенного покрова. Антропогенное воздействие на почву в настоящее время увеличило количество видов деградации земель. Среди них распространены такие, как дегумификация, подтопление, засоление, переуплотнение, осолонцевание, химическое загрязнение, загрязнение нефтепродуктами и т.д. (Г.Г. Решетов, К.Е. Денисов, A.B. Корчаков, 2010). В Саратовской области существует большое количество нарушения земель.
Наиболее часто встречающиеся деградации - дегумификация, декальци-фикация, деструктуризация, переуплотнение почвы и т.д. Процессы интенсивной деградации почвы ведут к существенному снижению плодородия и падению урожайности растений (H.A. Качинский, 1956, 1970; Л.Н. Александрова, 1980; В.В. Пономарева, Т.А. Плотникова, 1980; Л.Л. Шишов, Д.Н. Дурманов, И.И. К
-
Уполовников, Дмитрий Александрович
-
доктора сельскохозяйственных наук
-
Саратов, 2012
-
ВАК 06.01.02
- Эффективность фитомелиорации в повышении плодородия чернозёма южного и урожайности зерновых культур в Поволжье
- Режим орошения и фитомелиорирующая роль пырея удлиненного на лугово-каштановых засоленных почвах Республики Дагестан
- Гумусное состояние черноземно-степных и каштановых почв Южной России
- АГРОПРОИЗВОДСТВЕННАЯ ГРУППИРОВКА И ХАРАКТЕРИСТИКА ПОЧВ ВОЛГОГРАДСКОЙ ОБЛАСТИ
- Теоретическое обоснование агромелиоративных приемов воспроизводства плодородия орошаемых почв засушливого Поволжья
