Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Влияние агромелиоративных приемов на свойства орошаемых черноземов и урожайность сельскохозяйственных культур в условиях Среднего Поволжья

ВАК РФ 06.01.02, Мелиорация, рекультивация и охрана земель

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, кандидата сельскохозяйственных наук, Ипполитов, Иван Николаевич, Саратов

САРАТОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

им. Н.И. ВАВИЛОВА

ИППОЛИТОВ ИВАН НИКОЛАЕВИЧ

ВЛИЯНИЕ АГРОМЕЛИОРАТИВНЫХ ПРИЕМОВ НА СВОЙСТВА ОРОШАЕМЫХ ЧЕРНОЗЕМОВ И УРОЖАЙНОСТЬ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР В УСЛОВИЯХ СРЕДНЕГО ПОВОЛЖЬЯ

Диссертация на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

06.01.02 - сельскохозяйственная мелиорация 06.01.04 - агрохимия

Научные руководители:

доктор сельскохозяйственных наук,

профессор ДЕНИСОВ ЕВГЕНИЙ ПЕТРОВИЧ,

кандидат сельскохозяйственных наук,

доцент КУЗИН ЕВГЕНИЙ НИКОЛАЕВИЧ

САРАТОВ 1999

Содержание

Введение.................................................................................................4

1„ Обзор литературы................................................................................6

1.1. Влияние орошения на гумусовое состояние почвы:.............................6

1.2. Изменение физико-химических свойств почв при орошении......,....! 1

1.3. Структурное состояние и переуплотнение почвы при орошении.....13

1.4. Изменение водно-физических свойств почвы при посеве многолетних трав......................................................................................................16

1.5. Агротехнические и агромелиоративные приемы, снижающие деградацию орошаемых почв............................................................................20

1.6. Влияние орошения и удобрений на пищевой режим почв................26

2. Почвенно-климатические условия проведения опыта......................32

2.1. Почвы..................................................................................................32

2.2. Растительность....................................................................................35

2.3. Климат.................................................................................................35

2.4. Погодные условия в годы проведения опыта....................................37

3. Схема, методика и агротехника опыта.............................................39

3.1. Схема опыта........................................................................................39

3.2. Методика исследований.....................................................................41

3.3. Агротехника опыта.............................................................................43

4. Влияние агромелиоративных приемов на свойства выщелоченного чернозема в посевах кукурузы...............................................................44

4.1. Структура почвы................................................................................44

4.2. Плотность и пористость почвы..........................................................56

4.3. Агрохимические свойства почвы.......................................................70

4.4. Физико-химические свойства почвы..................................................88

5. Влияние агромелиоративных приемов на свойства выщелоченного чернозема в посевах яровой пшеницы................................................101

5.1. Структура почвы.............................................................................. Л01

5.2. Плотность и пористость почвы........................................................115

5.3. Агрохимические свойства чернозема...............................................127

5.4. Физико-химические свойства почвы................................................142

6. Урожайность кукурузы и яровой пшеницы....................................157

7. Энергетическая эффективность...................................................... Л 69

Выводы...............................................................................................176

Рекомендации производству.............................................................. 179

Список литературы............................................................................180

Приложения........................................................................................192

Актуальность темы. Интенсивное сельскохозяйственное использование земель на современном этапе при низких объемах применения органических и минеральных удобрений, вызывает в широких масштабах проявление разнообразных деградаций почвы. Особенно подвержены деградации наиболее плодородные почвы, такие, как выщелоченные черноземы.

При возделывании сельскохозяйственных культур в пахотном слое в настоящее время складывается отрицательный баланс гумуса, азота, фосфора, калия и кальция. Большая часть урожая создается за счет расхода питательных веществ почвы и, в частности, за счет минерализации гумуса. В целом за 25 лет в Пензенской области потери гумуса в пахотном слое составляли ежегодно 1,1 тс гектара. За это время содержание гумуса в верхнем слое снизилось на 0,9%, что составляет 27,0 т/га органического вещества. Отрицательный баланс кальция в черноземах Пензенской области составляет 25 кг/га.

Под действием антропогенных факторов (орошение, обработка почвы и др.) происходит резкое снижение плодородия черноземов.

Орошение в зависимости от интенсивности, при нарушении техники поливов, при неправильном расчете элементов режима орошения, несоблюдении экологических ограничений приводит к ухудшению агромелиоративного состояния черноземов. При этом наблюдается потеря гумуса, разрушение агрономически ценной структуры, переуплотнение, снижение суммы поглощенных оснований, уменьшение водопроницаемости, подкисление почвы и т.д.

Отрицательное влияние на плодородие почвы оказывает и интенсивная обработка черноземов. Глубокая ежегодная отвальная вспашка вызывает распыление, образование глыбистости, повышения слитизации, ухудшение структурности и т.д. Это усугубляется отсутствием применения удобрений, мелиорантов, гербицидов и т.д. Поэтому в современных условиях дефицита

энергетических материальных ресурсов стабилизация и повышение плодородия почвы, особенно орошаемых черноземов, имеет важное значение в успешном ведении сельскохозяйственного производства. В воспроизводстве почвенного плодородия и улучшения агромелиоративного состояния важную роль призвана сыграть мелиорация. Наиболее эффективны в настоящее время незначительные по энергоемкости биологические и химические мелиорации, основанные на применении органических природных мелиорантов, фитоме-лиорантов, малообъемных полимеров-мелиорантов и т.д.

Важную роль в оросительной мелиорации имеет разработка новых дифференцированных, водосберегающих, малообъемных режимов орошения, разработка поливных оросительных машин и аппаратов, позволяющих проводить поливы малыми нормами. Аэрозольное орошение, подпочвенное орошение, импульсное орошение и т.д. найдут в этом аспекте широкое применение. Водосберегающие оросительные мелиорации со щадящей техникой поливов будут способствовать сохранению плодородия черноземов.

Большое значение в повышении плодородия почвы играет разработка экологически обоснованных энергосберегающих минимальных по интенсивности, нераспыляющих структуру способов обработки с малым коэффициентом трения почвы о рабочую поверхность почвообрабатывающих орудий. Для этого необходимо детальное изучение влияния орошения и обработки почвы на плодородие черноземов и разработка агромелиоративных приемов их оптимизации.

Цель исследований - выявить потенциальные возможности орошения выщелоченных черноземов, закономерности их деградации в условиях орошения при интенсивной обработке почвы и разработать агромелиоративные приемы стабилизации и повышения их плодородия.

Задачи исследований заключаются в следующем:

- выявить степень негативного влияния различных по интенсивности режимов орошения на структурное состояние выщелоченных черноземов в посевах пропашных культур и культур сплошного посева;

- изучить влияние орошения на физические свойства почвы в посевах тех же культур;

- исследовать действие поливной воды на агрохимические свойства и питательный режим выщелоченных черноземов;

- рассмотреть влияние орошения на физико-химические свойства почвы в посевах кукурузы и яровой пшеницы;

- выявить влияние орошения на урожайность кукурузы и яровой пшеницы в условиях черноземной степи Среднего Поволжья;

- установить роль мелиоративной обработки, навоза и соломы на агромелиоративное состояние черноземов;

- дать энергетическую оценку орошению и мелиоративным приемам, повышающих плодородие выщелоченных черноземов.

Научная новизна. Впервые в условиях черноземной зоны Среднего Поволжья исследовано влияние различных по интенсивности режимов орошения, различных по энергоемкости способов обработки почвы на фоне различных органических, органоминеральных и минеральных удобрений на плодородие выщелоченного чернозема в посевах пропашных культур и культур сплошного способа сева и их урожайность.

Практическая значимость. Полученный экспериментальный материал можно использовать для выбора почвозащитных экологически обоснованных режимов орошения, способов обработки почвы, доз и видов удобрений при возделывании кукурузы и яровой пшеницы в черноземной степи Среднего Поволжья.

1. Обзор литературы 1.1. Влияние орошения на гумусовое состояние почвы

При рассмотрении вопроса о влиянии длительного орошения на состав, свойства почв и их потенциальное плодородие следует отметить, что большинство исследований проводилось на различных типах и подтипах почв

(67), которые были разнообразны по генезису, составу и свойствам. Поэтому характер процессов и изменений, происходящий в них под влиянием орошения, также не равнозначен. Отсюда не может быть и однозначного ответа на вопрос, как изменяется уровень плодородия почв, их состав и свойства под влиянием даже одного и того же режима орошения. По мнению автора, одни типы почв под влиянием орошения повышают свое плодородие, другие могут снижать его, а третьи остаются без существенных изменений. К орошению черноземных почв с их неповторимыми свойствами надо подходить с особой осторожностью. Опыт орошения их невелик, имеющийся - в недостаточной степени обобщен и, по мнению В.В. Егорова и Н.Г. Мишаниной, теорию изменения черноземов под влиянием орошения придется создавать заново (49). В связи с этим исследование почвенных процессов, протекающих при орошении, надо дать не только количественную и качественную оценку их изменений, но и стать основой для прогнозирования характера почвенных процессов при орошении на будущее (10, 15).

Большой фактический материал свидетельствует о том, как на современном этапе происходит изменение гумусового состояния орошаемых почв. При этом изменение почв совершается быстрее, чем естественным путем. Об этом свидетельствуют результаты исследований многих ученых в различных почвенно-климатических зонах страны (9, 11, 35, 36, 68, 118, 129).

Имеющиеся данные весьма противоречивы. Одни авторы отмечают увеличение содержания и запасов гумуса и улучшение его качественного состава под влиянием орошения (16, 18, 109, 110, 124).

В других исследованиях, наоборот, указывается на негативное влияние орошения на гумусовое состояние почв особенно при орошении минерализованными водами (46, 48, 69, 80, 100, 102, 124, 142, 143, 146).

Орошение обыкновенных черноземов Молдавии пресной днестровской водой в течение 9-11 лет привело к снижению содержания гумуса в верхних горизонтах на 0,23-0,37% (124).

Орошение вызывает заметное уменьшение количества гумусовых веществ в каштановых почвах Павлодарского Прииртышья. В результате орошения пресной водой через 10 лет после начала орошения потери гумуса в верхнем слое (0-22 см) составили 20-30%, в нижнем - 15-40%. Под пропашными культурами потери гумуса и азота составляют 25 и 39%, тогда как под зерновыми меньше - 13 и 37% (60).

Еще большие минерализационные потери углерода гумуса зафиксированы в староорошаемых почвах Нижнего Поволжья. Для светло-каштановых почв они составили 1,4-1,5 т/га, для темно-каштановых почв - 1,8-1,9 т/га; для черноземов - 1,9-2,0 т/га ежегодно (5).

В литературе до последнего времени нет необходимого количества опытных данных, на основании которых можно раскрыть основные закономерности изменения содержания гумуса и азота в различных типах и подтипах почв при их длительном орошении. Имеющиеся аналитические данные о влиянии длительного орошения на почвенный азот и гумус довольно противоречивы. В ряде других работ отмечается, что при систематическом орошении содержание гумуса не изменилось или даже увеличивалось. За 50 лет орошение черноземов опытного участка Куйбышевской НИИСХ, расположенного на второй надпойменной террасе р. Волга, не выявлено изменений в содержании гумуса. На опытах и производственных участках его содержание оставалось в пределах 4-5% (132).

Не установлено существенных изменений в содержании гумуса между неорошаемыми и орошаемыми участками в течении 14 лет. При этом использовалась вода из пруда-накопителя с минерализацией 0, 413 г/л солями гидрокарбонатного натриево-кальциевого состава. Опыты проводились на мощных черноземах Тарковского опытного поля Харьковской области. Содержание гумуса в пахотном слое орошаемых и неорошаемых почв находилось в пределах 5,91-5,93% (19).

Исследование на темно-каштановых почвах Ершовской опытной станции Саратовской области показали, что длительное орошение, сочетаемое с

внесением минеральных и органических удобрений и включением в севооборот люцерны не приводит к потери почвами гумуса (109).

Исследования показывают, что содержание гумуса в орошаемых почвах находится в тесной зависимости от агротехники, применяемых доз органических и минеральных удобрений, возделываемых культур (32, 73, 80, 99, 124, 145).

Поскольку в условиях орошения биологические процессы протекают более интенсивно, чем на богаре, потери гумуса не могут компенсироваться корневыми и пожнивными остатками (132).

Внесение одних минеральных удобрений хотя и замедляет минерализа-ционные потери гумуса, но не создает бездефицитного и тем более положительного баланса (32, 80, 98, 101, 124, 142, 145).

Гораздо больший эффект достигается при совместном внесении органических и минеральных удобрений. Длительное (более 30 лет) орошение темно-каштановых почв в пятипольном севообороте, включающем люцерну, с внесением 40 т/га навоза и средней нормы минеральных удобрений ЫэдРшКж) привело к увеличению содержания гумуса в пахотном слое на 0,33%. Запас гумуса в слое 0-60 см при этом возрос на 14 т/га. Отношение в верхнем полуметровом слое в орошаемых почвах возрастал с 9,4-9,5 до 9,9-10,0 (23).

Внесение на гектаре севооборотной площади 18-20 т навоза и 1,2-1,5 т минеральных удобрений (в стандартных туках) стабилизировал содержание гумуса в орошаемых черноземах юга Украины (99).

Высказывается мнение, что для предотвращения негативного влияния орошения на органическое вещество черноземов необходимо внесение навоза дозой не менее 10 т/га ежегодно и возделывание люцерны (60, 145).

Существует прямая зависимость между количеством гумуса в почве и физическим состоянием ее, а также содержанием элементов минерального питания растений, химическими и биологическими свойствами, устойчивостью к эрозии. Если учесть, что потенциальная возможность почв в орошае-

мой зоне, как уже указывалось, весьма низкая, и тому же идет интенсивная потеря их плодородия, то нетрудно понять остроту этой проблемы.

В орошаемых специализированных севооборотах (свекловичные, хлопковые, рисовые, зерновые и др.) согласно рекомендациям научных учреждений, основная культура должна занимать от 37 до 60% площади, а в отдельных случаях и больше. В таких севооборотах обязательно должна быть люцерна.

В опытах Казахского института люцерна за три года жизни при нормальном травостое и надлежащем уходе оставлена только в пахотном слое органических остатков до 30 т/га, которые содержали 190 кг азота, 40-50 фосфора, 100-120 кг калия. Количество гумуса в почве в этом случае повышалось на 0,3-0,4%. Повысить содержание органического вещества в почве можно за счет запашки соломы. При внесении ее в количестве 20 т/га содержание гумуса в почве возрастает с 1,85 до 2%.

Важная роль в регулировании гумусового режима и других агрономически ценных свойств почвы принадлежит навозу. В опытах Абугалиева при ежегодном внесении его нормой 40 т/га с 1976 по 1986 г. содержание гумуса в пахотном слое светло-каштановой орошаемой почвы увеличилось с 1,43 -1,50 до 1,95 - 2,0%; при совместном использовании навоза с минеральными удобрениями - до 1,98 - 2,05%. Кроме того улучшилось качество гумуса. Доля гуминовых кислот увеличивалась, а фульвокислот снижалась. В полтора раза возросла нитрификационная способность почвы (1).

Влияние длительного орошения на содержание гумуса в почве изучено недостаточно и по этому вопросу нет единого мнения. Поэтому для полного представления закономерностей динамики почвенного гумуса и азота при длительном орошении на выщелоченных черноземах Среднего Поволжья необходимы дополнительные исследования.

1.2. Изменение физико-химических свойств почв при орошении

На свойства орошаемых почв большое влияние оказывали: общая гидромелиоративная обстановка, химизм и минерализация поливной воды, уровень агротехники и ряд других параметров. В связи с этим в свойствах орошаемых почв прослеживалось два вида изменений. К повсеместно встречаемым и однонаправленным изменениям относятся увеличение содержания натрия в составе почвенно-поглощающего комплекса и водопептизируемого ила, уплотнение пахотных и подпахотных горизонтов, разрушение почвенной структуры. К категории локальных и разнонаправленных изменений следует отнести содержание и состав гумуса, емкость поглощения, подщелачивание и слитизацию орошаемых почв (32, 67, 80, 99).

В условиях хорошей естественной или искусственной дрени�