Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Влияние агротехнических и мелиоративных приемовна физико-химические свойства чернозема типичногона сопряженных элементах рельефа

ВАК РФ 06.01.03, Агропочвоведение и агрофизика

Автореферат диссертации по теме "Влияние агротехнических и мелиоративных приемовна физико-химические свойства чернозема типичногона сопряженных элементах рельефа"

ЧУЯН Олег Геннадьевич

Р Г Б ОД

1 7 ДПР 2000

Влияние агротехнических и мелиоративных приемов на физико-химические свойства чернозема типичного на сопряженных элементах рельефа.

Специальность 06.01.03 - агропочвоведение

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

ЧУЯН Олег Геннадьевич

Влияние агротехнических и мелиоративных приемов на физико-химические свойства чернозема типичного на сопряженных элементах рельефа.

Специальность 06.01.03 - агропочвоведение

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Диссертационная работа выполнена во Всероссийском научно-исследовательском институте земледелия и защиты почв от эрозии.

Научные руководители: член-корреспондент РАСХН,

доктор сельскохозяйственных наук, профессор В.М.Володин, кандидат сельскохозяйственных наук Р.Ф.Еремина

Официальные оппоненты: заслуженный деятель науки РФ,

доктор сельскохозяйственных наук, профессор В. Д.Муха, кандидат сельскохозяйственных наук Г.И.Бахирев

Ведущее предприятие: Курский НИИ агропромышленного

производства

Защита состоится с. С 2000 г. в "/^" часов на

заседании диссертационного совета Д 020.61.01 во Всероссийском научно-исследовательском институте земледелия и защиты почв от эрозии по адресу: 305021, г.Курск, ул.К.Маркса, 70-6, ВНИИЗиЗПЭ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВНИИЗиЗПЭ. Автореферат разослан "-/У" 2000 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета, » /?

кандидат биологических наук (У^? М.Г.Агаркова

/70$1/. О

пш. У^Ч о

Введение

Актуальность темы. В условиях расчлененного рельефа наиболее перспективно земледелие, основанное на ландшафтных принципах организации территории и дифференцированного использования агроландшафтных структур (Володин, 1989; Володин, Здоровцов, 1999). Это предполагает учет своеобразия каждого рабочего участка, в том числе и по свойствам почв, которые существенно различаются в зависимости от их местоположения в рельефе (Каштанов, Явтушенко, 1997). Эти различия в равной мере относятся и к физико-химическим свойствам почв, поэтому изучение закономерностей их изменения по элементам рельефа и определение способов оптимизации кислотно-основного состояния черноземов имеет важное практическое значение.

Цель работы. Изучение закономерностей изменения физико-химических свойств чернозема типичного в зависимости от местоположения его в рельефе, агротехнических и мелиоративных факторов.

Задачи исследований:

- изучить характер влияния экспозиции и формы склонов на физико-химические свойства чернозема типичного;

- определить влияние кислотно-основных свойств черноземов на склонах на другие показатели его плодородия;

- изучить влияние отдельных элементов системы земледелия на разноориентированных склонах на физико-химические свойства чернозема;

- определить влияние известкования чернозема типичного на склоне северной экспозиции на продуктивность сельскохозяйственных культур.

Защищаемые положения.

1. Физико-химические свойства чернозема типичного зависят от его местоположения в рельефе и определяются экспозицией и формой склона.

2. Кислотно-основное состояние чернозема типичного на склонах обусловливает формирование как подвижных, так и малоподвижных соединений элементов питания и степень их подвижности.

3. Нормализация кислотности пахотного слоя чернозема типичного на северном склоне достигается применением извести, включением в состав севооборота многолетних бобовых трав, а стабилизация ее - использованием органических удобрений.

4. Поддерживающее известкование чернозема типичного на склоне северной экспозиции обеспечивает повышение продуктивности сельскохозяйственных культур и устойчивость уровня их урожаев.

Научная новизна исследований. Впервые для условий ЦЧЗ экспериментально обоснованы закономерности формирования кислотно-основных свойств чернозема типичного на сопряженных элементах

мезорельефа, установлены количественные связи кислотно-основных свойств чернозема типичного на склонах с другими показателями его плодородия, а также с агротехническими воздействиями.

Практическая значимость работы. Показана целесообразность учета физико-химических свойств чернозема типичного при организации территории, определении структуры агроландшафтов и технологии их использования на сопряженных элементах рельефа. Экспериментальный материал может применяться в учебном процессе при подготовке специалистов и студентов сельскохозяйственного профиля по специальностям "агропочвоведение", "агрохимия" и "агроэкология".

Апробация работы. Результаты исследований рассматривались и получили положительную оценку на заседаниях Ученого Совета ВНИИЗиЗПЭ, докладывались на научно-практической конференции Курского отделения ВОП (Курск, 1997-1999), Международной конференции "Ноосфера и окультуривание почв" (г.Харьков, 1999).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 11 работ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на страницах, включает 41 таблицу и 14 рисунков, состоит из введения, 7 глав, выводов и рекомендаций производству, 8 приложений. Список литературы включает 263 наименования, из них 11 на иностранных языках.

2. Объекты, методы и условия проведения исследований

Экспериментальные исследования проводились в 1990-1997 гг. в опытном хозяйстве ВНИИ земледелия и защиты почв от эрозии (далее ОППХ ВНИИЗиЗПЭ), которое расположено в северной части Медвенского района Курской области. Большинство пахотных земель хозяйства ( 98 % ) расположено на склонах крутизной более 1°. Почвенный покров на 90 % представлен черноземами типичными и выщелоченными среднемощными тяжелосуглинистыми малогумусными. Стационарный многофакторный полевой опыт был заложен в 1983-1986 гг. Исследования выполнялись в блоке "Плодородие почвы" и "Эрозионном блоке". Наблюдения и учеты проводились в блоке "Плодородие почвы" при следующих уровнях изучаемых факторов:

Факторы Уровни факто] зов

1. Севообороты, % многолетних бобовых трав 0 25 50

2. Органические удобрения, т. на 1 га севооборотной площади 0 12 -

3. Минеральные удобрения, кг на 1 га севооборотной площади 0 ^оР74Кво -

4. Известь, т на 1.га севооборотной площади 0 0,5 -

Схема опыта факториальная - 3x2x2x2 (24 варианта). Состав севооборотов: зернопаропропашной (А)- сахарная свекла, ячмень, чистый пар,

озимая пшеница; зернотравянопропашной (В)- сахарная свекла, ячмень, многолетние бобовые травы, озимая пшеница; зернотравяной (С)- ячмень, многолетние травы ( 2 года), озимая пшеница. Органические удобрения (навоз КРС, 48 т/га) и известь (известняковую муку, 2 т/га) вносили 1 раз за ротацию под первую культуру севооборота, минеральные удобрения - ежегодно: под свеклу -Ni8oPi6oKi8o, ПОД ячмень - N60PooK<;o, под пшеницу - N^PgoKso- Опыт закладывался одновременно на водораздельном плато, склонах южной и северной экспозиции крутизной до 5° в поле № 2 и разворачивался последовательно на северном склоне в полях № 1, 2, 3 и 4. Размер делянок -100-200 м2, повторность вариантов 2-х кратная.

Почва опытного участка - чернозем типичный тяжелосуглинистый, на склонах - слабосмытый с содержанием в пахотном слое гумуса от 4,82 до 5,25 %, pHKCL 5.3 - 6,3, Нг - 1,00-3,70 мг-экв/100 г, содержание подвижного фосфора и калия (по Чирикову) 9,9-16,8 и 10,1 -13,6 мг/100 г почвы соответственно.

В "Эрозионном" блоке на склонах северной и южной экспозиций исследования выполнялись в системе лесных полос (посадки 1978 г.) и на открытом пространстве, в сочетании со вспашкой и плоскорезной обработкой на удобренном (N35P37K40) и неудобренном фонах, т.е. каждый из факторов имел два уровня. Чередование культур в севообороте: чистый пар, озимая пшеница, сахарная свекла, ячмень.

На опытных делянках из пахотного слоя отбирага смешанные почвенные образцы из 10-15 индивидуальных. В почвенных образцах определяли обменные катьций, магний в 1н KCL вытяжке- трилонометрически, pH -потенциометрически, Нг по Каютену, подвижные фосфор и калий - по Чирикову. Остальные показатели плодородия почв определяли по общепринятым методикам (Методические указания но проведению исследований в длительных опытах с удобрениями, ч.1, 1975; Агрохимические методы исследования почв, 1975).

В исследованиях использовались также результаты почвенно-агрохимического обследования земель ОППХ ВНИИЗиЗПЭ, выполненного в 1989г. сотрудниками ВНИИЗиЗПЭ. Для нахождения взаимосвязей между показателями плодородия данные группировались по местоположению элементарных участков в рельефе.

Метеорологические условия вегетационного периода в годы исследований были неодинаковыми. 1990 г. характеризовался недостатком тепла при среднемноголетнем количестве осадков. Повышенный температурный режим в 1991 г. сопровождался обилием осадков, а в 1992 г. сочетался с их дефицитом. В 1993-1994 гг. лето было прохладным с дефицитом осадков во второй половине.

Экспериментальные данные обрабатывали методом дисперсионного и корреляционно-регрессионного анализа с использованием стандартных программ на ПЭВМ. Эколого-экономическую оценку проводили по методике ВНИИЗиЗПЭ (Володин В.М. и др., 1989, 1999 гг.).

3. Физико-химические свойства чернозема типичного па сопряженных элементах рельефа

Исследования, выполненные нами на склонах полярных экспозиций, сопряженных общим водоразделом, показали (табл. 1), что на склоне северной экспозиции метровый профиль чернозема типичного более выщелочен, чем на водораздельном плато или на склоне противоположной экспозиции. В 0-60 см -слое чернозема на северном склоне по сравнению с южным отмечалось более низкое содержание водорастворимых солей (на 0,63-0,98 мг-экв/100 г), обменно-поглощенного (на 1,0-4,7 мг-экв/100 г) и водорастворимого кальция (на 0,12-0,26 мг-экв/100 г), но более высокое содержание обменного магния, что изменяло структуру обменных оснований в ППК.

В полуметровом слое чернозема на северном склоне по сравнению с водораздельным плато возрастала обменная и гидролитическая кислотность почвы, а на южном она сокращалась.

1. Физико-химические свойства чернозема типичного на разных

элементах рельефа

Глубина отбора, Обменные Са2+

Элемеш-рельефа Гумус, % рН (КСЬ) Нг Са2++ Са2+ М82+ водорастворимый

см мг-экв/100 г почвы

Водораз- 0-20 6,43 6,5 2,50 30,7 26,6 5,1 0,28

дельное 20-40 5,87 6,5 2,37 30,8 26,5 4,3 0,41

плато 40-60 5,12 6,7 1,29 30,7 26,9 3,8 0,71

60-80 3,79 7,4 0,45 27,7 24,9 2,8 0,69

80-100 3,07 7,5 0,40 26,1 23,7 2,4 0,70

Склон 0-20 6,30 5,7 3,24 28,4 23,8 4,6 0,22

северной 20-40 5,31 5,9 2,86 29,1 25,4 3,7 0,42

экспозици 40-60 4,31 6,2 2,02 28,5 25,6 2,9 0,54

и 60-80 3,66 7,3 0,71 28,1 25,3 2,8 0,65

80-100 2,86 7,6 0,45 26,9 24,7 2,2 0,75

Склон 0-20 5,20 7,4 0,62 31,3 28,5 2,8 0,48

южной 20-40 4,28 7,3 0,62 30,3 27,5 2,8 0,48

экспозици 40-60 3,68 7,5 0,45 29,5 26,6 2,9 0,66

и 60-80 3,20 7,6 0,45 27,9 25,5 2,4 0,76

80-100 2,58 7,7 0,40 26,7 23,8 2,9 0,71

Характер изменения содержания гумуса и гидролитической кислотности вниз по профилю почвы имеет высокую степень сопряженности на водораздельном плато и склоне северной экспозиции, тогда как на склоне южной экспозиции она нарушалась: закономерное падение содержания гумуса с увеличением глубины не сопровождалось столь же заметным сокращением показателя гидролитической кислотности. Так, если степень дифференциации метрового слоя по Нг на водоразделе и склоне северной экспозиции составляла

67,8 и 67,3 %, то на склоне южной экспозиции только 20,5 %. Очевидно, разный гидротермический режим склонов при одинаковой степени эродированности в значительной мере определяет кислотно-основные свойства сформированных на них черноземов.

Различия черноземов типичных на склонах полярных экспозиций по уровню кислотности пахотного слоя подтверждаются также данными статистической обработки результатов обследования земель опытного хозяйства ВНИИЗиЗПЭ (габл.2), согласно которым при примерно одинаковом среднем содержании гумуса (5,51 и 5,63 %) различия по Нг составляли. 1,5 мг-экв/100 г почвы.

Дальнейшие наблюдения показали, что вниз по склону кислотность пахотного слоя возрастала ( с 6,0 до 5,1 ед. рН ) на склоне северной экспозиции и понижалась - на южном ( с 6,0 до 7,2 ед. рН). Различия между верхней и нижней половинами склонов выпуклой формы по значению Нг составляли соответствешго 2,96 и 1,76 мг-экв/100 г почвы.

2. Характеристика склонов полярных экспозиций по кислотности __пахотного слоя чернозема типичного__

Показатели п X Хтш X шах Эх V % 1

Склоны северной экспозиции

Гумус, % 25 5,63 5,10 6,61 0,07 6,6

рНгкси 25 5,4 4,8 6,2 0,08 7,4

Нг, мг-экв/100 г 25 3,65 1,24 6,44 0,26 35,3

Склоны южной экспозиции

Гумус, % 25 5,51 4,52 6,43 0,09 7,9

рН(кси 25 6,1 5,2 7,3 0,12 7,3

Нг, мг- 1 „ экв/100 г | 2,14 0,48 4,29 0,23 54,6

На склонах с вогнутой формой профиля кислотность пахотного слоя вниз по склону понижалась независимо от экспозиции.

Можно заключить, что изменение физико-химических свойств чернозема типичного закономерно следует за изменением морфологии поверхности.

Согласно уравнениям регрессии, описывающим связь гидролитической и обменной кислотности (г = 0,97; 0,98, п = 40), доля последней в составе потенциальной кислотности относительно выше на менее гумусированных южных склонах. В то же время величина актуальной кислотности (рНН2о) обусловлена величиной обменной кислотности на южной экспозиции на 67 %, а на склоне северной экспозиции - на 83 %. Взаимосвязь между ними по совокупным данным на разных элементах рельефа выражается уравнением: рНН2о = 4,49 + 0,0612 рН2(Ксц; п = 95, И = 0,98.

Согласно этому уравнению, при повышении обменной кислотности концентрация ионов водорода в почвенном растворе растет непропорционально.

Следовательно, склоны полярных экспозиций различаются не только общим уровнем кислотности, но и соотношением их видов, что указывает на различия в содержании и составе кислотообразующих компонентов в почве.

4. Влияние уровня кислотности на свойства чернозема типичного

Органическое вещество. На сопряженных элементах мезорельефа взаимосвязь между содержанием гумуса в пахотном слое чернозема и уровнем его кислотности обнаруживается в основном на склоне северной экспозиции. Коэффициент парной корреляции с Нг равен 0,72 и с рНксь - г = -0,58. На склоне южной экспозиции сопряженность была значимой, но слабой (г = -0,41 с рНксь), а на более однородном водораздельном плато - отсутствовала. Повышение содержания гумуса на 1 % на склоне северной экспозиции соответствует увеличению гидролитической кислотности на 3,13 мг-экв/100 г почвы. Содержание водорастворимого гумуса в целом на сопряженных элементах мезорельефа показывает более тесную связь с уровнем кислотности (г = 0,97); при повышении рНКсь на единицу содержание водорастворимого гумуса сокращалось на 0,08 мг/100 г почвы, т.е. чернозем на южной экспозиции обедняется подвижными формами гумуса.

Азот почвы. С повышением рНка. пахотного слоя чернозема с 5,5 до 7 фракционный состав азота изменялся слабо. На 2,7 мг возрастало содержание трудногидролизуемой фракции и на 3,2 мг/100 г почвы увеличивалась сумма гидролизуемого азота, что можно оценить как тенденцию к увеличению запаса потенциально гидролизуемого азота при нейтрализации реакции почвенной среды.

Количество щелочногидролизуемого азота при этом сокращалось на 1,6 мг/100 г. Эти изменения имеют более тесную связь с кислотностью почвы (г = -0,73), что можно объяснить меньшим содержанием гумуса на склонах южной экспозиции.

Весной, когда азот почвы еще слабо используется посевами, при более высоком значении рНксь что характерно для южных склонов, доля нитратного азота в сумме минерального выше, чем аммонийного. Более кислым почвам северного склона характерно превышение аммонийной формы. При рНКСь равной 5,9, соотношение между ними выравнивается. В последующем в течение вегетации содержание нитратного азота понижалось, а аммонийного -почти не изменялось независимо от уровня кислотности.

Фосфор почвы. С увеличением рНКа пахотного слоя чернозема типичного с 5 до 7 на 53 % возрастала сумма "активных" минеральных фосфатов. При этом на 27 и 35 % повышалась доля Са-Р и А1-Р и в 4,5 раза сокращалась доля Бе-Р (г = 0,83; -0,82). Содержание подвижного фосфора хотя и слабо, но линейно возрастало (на 0,9 мг/100 г на ед. рНксь) с повышением

обменной кислотности. Связь между кислотностью и степенью подвижности фосфатов имеет нелинейный характер: наибольшие значения подвижности обнаруживаются в диапазоне рНКсь от 6 до 6,5 ед. (г = 0,78). Анализ экспериментальных данных показывает, что уровень кислотности черноземов в большей мере коррелирует с содержанием менее подвижных форм соединений фосфора. Влияние реакции среды на изменения как малоподвижных, так и подвижных соединений фосфора уменьшалось при повышении обеспеченности почв фосфором. Можно предположить, что окультуривание черноземов по этому элементу может сокращать негативное влияние кислотности.

Калий почвы. Изменение реакции почвенной среды в пределах 5-7 рНКсь на 56% обусловливало варьирование содержания в пахотном слое необменного калия, на 64 % - обменного и на 72 % - водорастворимого калия. Теснота связи усиливается с повышением подвижности форм калия. Повышение кислотности чернозема, которое более характерно для почв северного склона, приводило к понижению содержания всех этих форм и степени подвижности почвенного калия.

Изложенное позволяет заключить, что на склонах северной экспозиции в связи с более кислой реакцией среды, залегающих на них черноземов, понижается содержание и степень подвижности основных элементов питания и соответственно возрастает необходимость во внесении удобрений.

5. Влияние агротехнических и мелиоративных приемов на физико-хпмпческне свойства чернозема типичного на склонах

Севообороты. Сопоставление севооборотов после 8-летнего их функционирования показало, что в зернотравяном севообороте (С - 50 % многолетних бобовых трав) по сравнению с зернопаропропашным (А - по 25 % чистого пара и сахарной свеклы) в пахотном слое почвы было выше содержание обменно-поглощешюго кальция (на 1,2; 1,4 и 0,5 мг-экв/100г почвы соответственно на водоразделе и склонах северной и южной экспозиций), а гидролитическая кислотность - на 0,49; 0,97 и 0,10 мг-экв /ЮОг ниже.

3. Удельные изменения показателей физико-химических свойств пахотного слоя чернозема типичного (па 20 % насыщения севооборота _ многолетними бобовыми травами) _

Элементы рельефа рНксь рНн20 Нг | Са2+ обменный

мг-экв/100 г

Склон северной экспозиции 0,16 0,08 -0,24 0,30

Водораздельное плато 0,10 0,06 -0,15 0,34

Склон южной экспозиции 0,06 0,06 -0,03 0,11

Удельные изменения показателей физико-химических свойств пахотного слоя чернозема (табл. 3), рассчитанные по уравнениям линейной регрессии, свидетельствуют о том, что включение многолетних бобовых трав в состав севооборота наиболее благоприятно при их размещении на склоне северной экспозиции.

Минеральные удобрения. Ежегодное применение полного минерального удобрения в дозе ^РуЛо в среднем на гектар севооборотной площади на почвах, менее насыщенных основаниями, повышало кислотность пахотного слоя чернозема типичного по сравнению с контролем. Показатель обменной кислотности в почве на склоне северной экспозиции и водораздельном плато снижался соответственно с 5,7 до 5,3 и с 5,9 до 5,7 ед. рН, содержание обменно-поглощенного кальция сокращалось на 0,6-1,2 и 0,2-0,3 мг-экв/100 г почвы, а гидролитическая кислотность возрастала на 0,80-1,68 и 0,27-0,63 мг-экв/100 г почвы соответственно. При этом повышение потенциальной кислотности на склоне северной экспозиции в зернотравяном севообороте и в зернопаропропашном было более значительным (на 73 и 25 %), чем на водораздельном плато (на 10 и 19 % по сравнению с контролем ,по Нг).

4. Удельные изменения физико-химических показателей пахотного

слоя чернозема типичного (на 200 кг полного минерального удобрения)

Элемент рельефа Нг Кальций

рНксь рНшо обменный водорастворимый

мг-экв/100 г почвы

Склон северной -0,17 -0,14 0,58 -0,31 -0,012

экспозиции

Водораздель- -0,12 -0,13 0,41 -0,22 -0,072

ное плато

Данные таблицы 4 показывают, что подкисляющее действие минеральных удобрений было несколько выше на склоне северной экспозиции; на склоне южной экспозиции таких изменений не обнаруживается.

Органические удобрения. Внесение навоза в дозе 12 т на гектар севооборотной площади приводило к слабым изменениям показателей физико-химических свойств чернозема типичного, меньшим НСР05, но достоверно снижало подкисление почвы минеральными удобрениями на склоне северной экспозиции. Применение навоза на фоне минеральных удобрений повышало по сравнению с фоном значения рНксь с 5,3 до 5,5 и с 5,5 до5,8 ед. ( севооборот А и С ), а также сокращало гидролитическую кислотность (на 0,55-0,99 мг-экв/100 г). Подкисляющее действие минеральных удобрений при этом снижалось в зернопаропропашном севообороте на 67 %, а в зернотравяном на 59 % (по Нг). В соответствии с коэффициентами линейных уравнений регрессии каждые 10 т навоза, внесенные в среднем на гектар севооборотной площади, повышали

показатель рНКС1, на 0,12 ед., рНнго - на 0,10 ед, и снижали Нг на 0,31 мг-экв/100 г почвы.

Нормирование коэффициентов при членах линейных уравнений позволило рассчитать долю вклада рассмотренных факторов (в границах трехфакторного пространства) в изменение значений физико-химических показателей пахотного слоя чернозема типичного на разных элементах рельефа (табл. 5).

Фактор севооборота в наибольшей мере сказывался на изменении содержания обменного кальция и обменной кислотности на всех элементах рельефа, а на склоне южной экспозиции - и по всем остальным показателям.

Фактор минеральных удобрений более всего проявился в изменении актуальной и гидролитической кислотности (на северном склоне и водораздельном плато).

Доля вклада органических удобрений возрастала от склона южной экспозиции экспозиции к водоразделу и склону северной экспозиции.

В целом наибольшие абсолютные изменения по всем изучавшимся показателям отмечены на склоне северной экспозиции.

5. Доля вклада ( % ) факторов в изменение физико-химических _показателей чернозема типичного_

Факторы рНксь рНнго Нг Са2

обменный водорастворимый

Склоп северной экспозиции

Севооборот 48 29 32 62 47

Минеральные удобрения 23 41 43 36 20

Органические удобрения 23 30 25 2 33

Водораздельное плато

Севооборот 46 35 33 59 27

Минеральные удобрения 31 46 48 22 70

Органические удобрения 23 19 19 19 3

Склон южной экспозиции

Севооборот 74 72 68 53 70

Минеральные удобрения 4 12 22 47 5

Оргашческие удобрения 22 16 10 0 25

Известкование. К периоду наблюдений известь применялась в опыте дважды по 2 т/га за каждую ротацию севооборотов. На склоне северной

экспозиции положительное действие извести проявилось по всем фонам и на всех изучаемых физико-химических показателях чернозема типичного. В зернопаропропашном и зернотравяном севообороте рНКсь повышался (с 5,5 до 5,7 и с 6,1 до 6,5 ед.), Нг - понижалась на 0,67 и 1,06 мг-экв/100 г , содержание обменного кальция увеличилось на 0,6 и 0,9 мг-экв/100 г почвы соответственно. Эти изменения были более значительны по фону внесения минеральных удобрений: показатель обменной кислотности возрастал в зернопаропропашном и зернотравяном севообороте с 5,3 до 5,9 и 5,5 до 6,0 ед. рН, гидролитическая кислотность сократилась на 1,50 и 1,65 мг-экв/100 г), содержание обменного кальция возросло на 1,0 и 1,1 мг-экв/100 г соответственно (относительно фона). Необходимо отметить, что применение извести по фону минеральных удобрений в большей мере нейтрализовывало кислотность почвы в зернопаропропашном севообороте.

Удельные изменения показателей физико-химических свойств пахотного слоя чернозема типичного (в пересчете на 1 т извести на гектар севооборотной площади), вычисленные по уравнениям линейной регрессии, составили: рНН2о -03 - 0,4 ед.; рНКсь 0,5 - 0,6 ед.; Нг - 1,33-1,72 мг-экв/100 г, кальций обменный и водорастворимый - 1,13-1,60 и 0,07-0,10 мг-экв/100 г почвы соответственно.

Факториальная структура схемы полевого опыта позволила построить уравнения регрессии линейной зависимости физико-химических показателей пахотного слоя чернозема типичного на склоне северной экспозиции от изучаемых факторов (севооборотов, органических и минеральных удобрений, извести).

рНксь = 5,38 + 0,0083С + 0,00890у - 0,0057Му + 0,62И;

п = 24, И = 0,78;* Нг, мг-экв/100 г = 3,744 - 0,0129С - 0,022Юу + 0,0018Му - 1,717И;

п = 24, К = 0,70;* Нг, мг-экв/100 г = 3,296 + 0,00339Му -1,94 И, п - 12, II - 0,73* Са2+, обменный мг-экв/100 г = 22,888 + 0,0168С + 0,00970у - 0,0015Му + 1,60И, п = 24, Я = 0,84;**

Са2+, водорастворимый мг-экв/100 г = 0,247 + 0,001С + 0,00170у -0,00004Му + 0,0967И п = 24, И = 0,85;**

где С - насыщенность севооборотов бобовыми травами, %;

Оу - органические удобрения, т/га;

Му - минеральные удобрения, кг/га ЫРК;

И - известь, т/га.

* - значимо на 95 % уровне вероятности,

** - значимо на 99 % уровне вероятности,

Нормируя коэффициенты при членах этих уравнений, были рассчитаны доли вклада каждого изучаемого фактора в изменение физико-химических показателей почвы на склоне северной экспозиции (табл.6).

б.Доля вклада факторов (%) в изменсппе показателей физико-химических свойств почвы на склоне северной экспозиции

Факторы рНксь рНН20 Нг Са обменный Са водорастворимый

Известкование 35 34 42 41 40

Севообороты 38 31 25 35 36

Минеральные удобрения 15 23 20 18 7

Органические удобрения 12 12 13 6 17

В сумме 100 100 100 100 100

Из данных таблицы 6 следует, что в целом по влиянию на физико-химические показатели пахотного слоя чернозема изучаемые факторы расположились в следующий возрастающий ряд: органические удобрения < минеральные удобрения < севообороты < известкование.

Проведенные по уравнениям регрессии расчеты показали (табл.7), что стабилизация уровня кислотности почвы при повышении степени насыщения севооборотов минеральными удобрениями может достигаться при возрастающих затратах извести и органических удобрений. Эти затраты сокращаются при включении в состав севооборота многолетних бобовых трав.

7. Потребность в извести ( кг/га) для стабилизации кислотности чернозема типичного на склоне северной экспозиции при возрастающих дозах минеральных удобрепий

Среднегодовая доза NPK*, кг/га д.в. Процент трав в севообороте

о ! ю 20

Навоз, т. на гектар севооборотной площади

0 0 4 8 12 0 4 8

100 170 30 - - - - - -

150 260 80 30 - - - - -

200 350 140 80 30 - 60 - -

250 440 190 140 80 30 110 60 -

300 520 240 190 140 80 160 110 60

* - полное минеральное удобрение N:P:K «1:1:1,1

Эти данные, в первом приближении, позволяют планировать структуру агроландшафта на северных склонах и определять систему воздействий, исключающих подкисление черноземов или обеспечивающих нейтрализацию реакции почвенной среды.

Способы основной обработки почвы. В среднем по 4 полям опыта на неудобренном фоне северной экспозиции по систематически (8 лет) применяемой плоскорезной обработке в сравнении со вспашкой показатель обменной кислотности пахотного слоя чернозема типичного сократился с 5,5 до 5,3 ед. рН, гидролитическая кислотность возросла на 0,47 мг-экв/100 г. Эти различия свидетельствуют о тенденции к повышению кислотности пахотного слоя чернозема на склоне северной экспозиции при систематической плоскорезной обработке.

Система лесных полос. За 12 лет функционирования системы лесополос в межполосном пространстве по сравнению с открытым полем гидролитическая кислотность почвы на склоне северной экспозиции повысилась преимущественно в подпахотном слое (20-40 см) на 1,21мг-экв, а на склоне южной экспозиции в пахотном и подпахотном слоях соответственно - на 0,34 и 0,26 мг-экв/100 г почвы. В шлейфе лесной полосы по сравнению с межполосным пространством на склоне южной экспозиции гидролитическая кислотность пахотного слоя возрастала на 1,14 мг-экв по неудобренному фону и на 1,61 мг-экв/100 г почвы - по фону применения минеральных удобрений. При этом рНксь опускался с 6,4 до 5,4. Лесополосы, изменяя гидротермический режим в целом на защищаемой территории и особенно в зоне отложения снежных шлейфов, способствуют выщелачиванию почвы. Применение минеральных удобрений усиливает подкисляющее действие лесополос. Следовательно, система лесополос, усиливая дифференциацию поля по кислотно-основным свойствам, может играть негативную роль на склонах северной экспозиции.

6. Влияние известкования чернозема типичного на склоне северной экспозиции на урожай культур и продуктивность севооборота

На посевах сахарной свеклы (табл.8) более устойчивое по годам положительное действие извести на урожай корнеплодов проявилось на неудобренном фоне ( 40 ц/га прибвки), что сопоставимо с влиянием 48 т/га навоза. На фоне применения удобрений оно сокращалось до незначимых величин прибавки урожая.

Урожайность ячменя от последействия извести в благоприятном 1992 г. более значительно возрастала на фоне применения минеральных удобрений, а в менее благоприятные годы - по фону применения органических удобрений, где и отмечена более высокая эффективность известкования (27 ц/га прибавки) в среднем за 3 года.

8. Влияние известкования на урожайность сельскохозяйственных культур на склоне северной экспозиции

Сахарная свекла (1990-1992 гг.) Ячмень (1991-1993 гг.) Озимая пшеница (1992-1994 гг.)

Варианты урожай прибавка Варианты урожай прибавка Вариш ггы урожай Прибавка

ц/га ц/га ц/га

1. Контроль 260 - Контроль 33,3 - Контроль 34,4 -

2. 2 т/га извести 300 40 Последействие извести 32,7 -0,6 Последействие извести 35,6 1,2

3. Навоз 48 т/га 308 48 Последействие навоза 35,3 2,0 Последействие навоза 35,7 1,3

4. То же + известь 2 т/га 336 76 Последействие навоза и извести 38,0 4,7 Последействие навоза и извести 38,0 3,6

5- И^оРклКио 359 99 №,оРбоКг>о 39,2 5,9 ^юК«. 35,5 1,1

6. То же + известь 2 т/га 368 108 То же + послед, извести 40,8 7,5 То же + послед.извести 37,3 2,9

7. Навоз 48 т/га + N180? 1боК|яо 368 108 МбоРбоКбо+ нослед.навоза 39,0 5,7 М4оР8оК80 + послед, на-воза 36,2 1,8

8. То же + известь 2 т/га 381 121 То же + послед, извести 39,5 6,2 То же + послед.извести 38,0 3,6

НСР05, п/га 19 2,1 2,9

На посевах озимой пшеницы действие удобрений на ее урожайность было слабым (1,1-3,6 ц/га прибавки в среднем за 3 года). Известкование по фону применения органических удобрений на третий год последействия обеспечило прибавку урожая 2,3 ц/га.

Оценка продуктивности в структуре зернопаропропашного севооборота за вторую ротацию в среднем по двум полям опыта показала, что внесение извести при среднегодовой дозе 0,5 т/га повышало урожай по вариантам опыта в среднем за год на 1,6-2,4 ц/га зерновых единиц, что наполовину меньше, чем эффект от внесения одного навоза (4,2 ц/га з.е. прироста). Однако сочетание известковаши с удобрениями обеспечивало большую продуктивность (на 0,70,8 ц/га з.е.), чем сумма эффектов от каждого из них.

Зависимость среднегодового выхода зерновых единиц в севообороте от изучаемых факторов описывается следующим уравнением линейной регрессии:

у = 32,88 + 0,23X1 + 0,0295X2 + 4,2Х3; Я = 0,97,

где у - сбор з.е. в среднем за год (ц/га)

Хь Х2, Х3 - соответственно органические (т/га), минеральные удобрения (кг/га) и известняковая мука (т/га).

Из уравнения следует, что изучаемые факторы на 94 % определяли варьирование продуктивности севооборота. Среднегодовая доза извести из расчета по 1 т/га обеспечивает прирост продуктивности севооборота на 4,2 ц/га з.е. Нормирование коэффициентов этого уравнения показывает, что прирост продуктивности зернопаропропашного севооборота на склоне северной экспозиции на 57,6 % определялся минеральными, на 24,2 % - органическими удобрениями и на 18,2 % - известкованием.

Из приведенных в разделах 5 и 6 данных следует, что за первые 8 лет применение известняковой муки в дозе 0,5 т на 1 га севооборотной площади в большей мере сказывалось на улучшении физико-химических свойств чернозема типичного (на склоне северной экспозиции), чем на продуктивности сельскохозяйственных культур.

7. Биоэнергетическая и эколого- экономическая оценка применения извести

Энергетический подход дает возможность на количественном уровне оценить элементы системы земледелия в агроэкосистеме. При биоэнергетической и эколого-экономической оценке нами использована методика ВНИИЗиЗПЭ (Володин В.М. и др., 1989, 1999), по которой были определены:

- ЭЭ - энергетическая эффективность производства сельскохозяйственной продукции;

- К - производительность агроэкосистемы на единицу совокупного энергетического ресурса, МДж-день/ГДж;

- у - показатель воспроизводства плодородия почвы;

- П - показатель производительности агроэкосистемы на единицу денежных затрат, МДж-день/руб.;

- Р - показатель производительности агроэкосистемы на единиц}' трудовых затрат, МДж-день/чел.-час.

Оценку проводили по каждой культуре в структуре зернопаропропашного севооборота на склоне северной экспозиции в поле № 4. Средние данные за ротацию севооборота (табл.9) показали, что известкование повышало показатель производительности агроэкосистемы на 4-24 %. При этом известкование неудобренного фона в наибольшей мере мобилизует совокупный энергетический ресурс, поскольку является единственным почвоулучшающим фактором.

9. Биоэнергетическая и эколого-экономическая оценка известкования чернозема типичного на склоне северной экспозиции _в зернопаропропашном севообороте_

Биоэнергетическая Эколого-экономическая

Среднегодовая доза оценка оценка

удобрений и извести К, МДж-день/ГДж У ээ П, МДж-день/руб. Р, МДж-день/чел-час

Без удобрений 0,050 0,48 19,8 1,59 7,21

То же + известь 0,5 т/га 0,062 0,62 16,6 1,82 8,56

Навоз, 12 т/га 0,055 0,58 9,4 1,59 7,50

То же + известь 0,5 т/га 0,059 0,62 8,4 1,60 7,73

К7оР74К.8() 0,066 0,68 9,2 1,55 8,90

То же + известь 0,5 т/га 0,071 0,78 8,4 1,59 9,20

Навоз, 12 т/га + 0,069 0,74 6,6 1,54 8,82

N70^74^80

То же + известь 0,5 т/га 0,071 0,73 6,2 1,53 8,83

Сочетание извести с органическими и минеральными удобрениями на 7-8 % повышало производительность агроэкосистемы на единицу совокупного энергетического ресурса.

В целом по севообороту складывался отрицательный баланс энергии органического вещества почвы; при этом внесение извести приближало к единице показатель направленности воспроизводства плодородия почвы по фону внесения навоза - на 7 %, по фону минеральных удобрений - на 15 %. Снижение энергетической эффективности с применением извести на удобренных вариантах проявилось меньше ( на 6-10 %), чем на неудобренном фоне (на 16 %). Известкование повышало производительность агроэкосистемы севооборота на единицу денежных и трудовых затрат.

Результаты оценки свидетельствуют о целесообразности известкования чернозема типичного на склонах северной экспозиции.

ВЫВОДЫ

1. Физико-химические свойства чернозема типичного определяются его местоположением на сопряженных элементах рельефа.

2. На пахотных склонах по сравнению с водораздельным плато физико-химические свойства чернозема типичного ухудшаются. На склоне северной экспозиции возрастает актуальная, обменная и гидролитическая кислотность почвы, сокращается содержание обменно-поглощенного и водрастворимого кальция. Разница между склонами полярных экспозиций по значению Нг составляет 1,51 мг-экв/100 г почвы. На склоне южной экспозиции сокращается доля обменного магния в структуре обменных оснований.

С увеличением крутизны склона северной экспозиции прямой и выпуклой формы кислотность пахотного слоя возрастала, а на склоне южной экспозиции сокращалась.

3. С повышением кислотности пахотного слоя чернозема типичного возрастала подвижность органического вещества, увеличивалась доля аммонийного азота в структуре минерального и доля железофосфатов в структуре "активных" форм минеральных фосфатов, а также сокращалось содержание подвижных форм фосфора и калия и степень их подвижности. Установлены количественные зависимости изменения показателей плодородия пахотного слоя чернозема типичного при смещении рНксь на единиц}'.

4. Степень влияния кислотности пахотного слоя чернозема типичного на содержание подвижного фосфора ослабевает при увеличении его содержания в почве.

5. Физико-химические свойства чернозема типичного на склоне северной экспозиции улучшались при внесениии извести, включении в состав севооборота посевов многолетних бобовых трав и стабилизировались при внесении органических удобрений. Гидролитическая кислотность понижалась на 0,26-0,38 мг-экв/100 г в расчете на 20 % насыщения севооборота многолетними травами, на 1,33-1,72 мг-экв/100 г в расчете на 1 т/га вносимой извести и на 0,22-0,31 мг-экв/100 г почвы - при внесении 10 т/га навоза на гектар севооборотной площади.

6. Систематическое применение минеральных удобрешш ухудшало физико-химические свойства чернозема типичного как на водораздельном плато, так и на склоне северной экспозиции и оказывало слабое влияние на склоне южной экспозиции. От внесения 200 кг №К на гектар севооборотной площади на северном склоне гидролитическая кислотность повышалась на 0,360,58 мг-экв/100 г, а рНксь снижался на 0,12-0,17 ед.

7. Абсолютные количественные изменения показателей кислотности чернозема типичного от агротехнических и мелиоративных приемов возрастают при переходе от склона южной экспозиции к водоразделу и склону северной экспозиции. При этом факторы, снижающие кислотность, располагаются в следующем порядке известкование > севооборот > органические удобрения.

8. Система лесополос усиливала дифференциацию почвенного покрова по физико-химическим свойствам. Их действие, усиливающее выщелачивание

почвы, в наибольшей мере проявилось в приопушечной зоне в пахотном и подпахотном слоях как на слоне северной, так и южной экспозищш.

9. При известковании чернозема типичного на склоне северной экспозищш проявилась тенденция к повышению содержания щелочно-гидролизуемого азота, подвижного фосфора и основных фосфатов кальция, но понизилась степень подвижности фосфатов в почве.

10. Применение извести в дозе 0,5 т на гектар севооборотной площади повышало урожайность сельскохозяйственных культур зернопаропропашного севооборота и его продуктивность (на 1,6-2,4 ц/га зерновых единиц в год).

11. Известкование чернозема типичного на склоне северной экспозиции способствует мобилизации совокупного энергетического ресурса, улучшает баланс энергии органического вещества в почве, повышая при этом производительность агроэкосистемы, особенно в сочетании с органическими и минеральными удобрениями, что экономически оправдано.

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ

1. В условиях северо-западной части ЦЧЗ различия черноземов типичных на склонах северной и южной экспозиций по физико-химическим свойствам предполагают целесообразность выделения земель на этих склонах в разные по технологии использования рабочие участки.

2. Для стабилизации кислотности чернозема типичного тяжелосуглинистого малогумусного в условиях теневого склона при насыщении севооборота минеральными удобрениями их внесение следует сочетать с навозом, введением в состав севооборота не менее 15-20 % многолетних бобовых трав, а также внесением известняковой муки из расчета по 170 кг/га на каждые 100 кг полного минерального удобрения в среднем на гектар севооборотной площади.

По материалам диссертации опубликованы следующие работы:

1. Влияние элементов систем земледелия на изменение физико-химических свойств чернозема в севообороте. // Труды Украши: эволтошя, систематика, окультурення та використання. Харьковский гос. аграрный университет им. Докучаева. - Харьков, 1994. - с.22.

2. Влияние удобрений, извести и экспозиции на кислотность чернозема типичного в севообороте. // Тезисы докладов научн.-практ. конференции, посвященной 25-летию ВНИИЗиЗПЭ. - Курск, 1995, с.8 (в соавторстве).

3. Влияние лесополос и извести на реакцию почвегашго раствора и урожайность возделываемых культур. // Тезисы докладов научн.-практ. конференции. - Курск, 1995. - с.36 (в соавторстве).

4. Влияние цеолитов на продуктивность возделываемых культур и свойства почвы. // Тезисы докладов научн.-практ. конференции Курского

отделения Общества почвоведов. - Курск, КГСХА; 1997. - С.21-22 (в соавторстве).

5. Влияние лесополос на кислотность почвы и урожайность возделываемых культур. // Тезисы докладов научн,- практ. конференции Курского отделения Общества почвоведов. - Курск, КГСХА, 1997. - с. 15. (в соавторстве).

6. Влияние элементов системы земледелия на кислотность чернозема типичного в зависимости от местоположения в рельефе. // Тезисы докладов II Съезда Общества почвоведов, т.1 - Санкт-Петербург, 1996. - с.421. (в соавторстве).

7. Влияние экспозиции склона и формы антропогенного воздействия на энергопотенциал и физико-химические свойства чернозема типичного. // Материалы по изучению русских почв, вып. 1 (28), С.-Петербург, издательство С.-Петербургского ГУ, 1999, - с.35-37. (в соавторстве).

8. Влияние поверхностного компостирования растительных остатков на воспроизводство плодородия и свойства чернозема типичного. // Тезисы докладов научн.-практ. конференции "АПК в современных условиях" Воронежского аграрного университета (апрель 1999 г.), - Воронеж, 1999, с.54-55. (в соавторстве).

9. Влияние экспозиции и формы пахотных склонов на кислотность чернозема типичного. // Вюник ХДАУ, - Харьмв, 1999. - с. 188-119 (в соавторстве).

10. Влияние реакции среды чернозема типичного на пахотных склонах на подвижность почвенного азота. // Тезисы докладов научн.-практ. конференции Курского отделения Докучаевского общества почвоведов, декабрь 1999 года. -Курск, 1999 г., - с. 10-11. (в соавторстве).

11. Влияние известкования чернозема типичного на продуктивность зернопаропропашного севооборота. // Тезисы докладов научн.-практ. конференции Курского отделения Докучаевского общества почвоведов, декабрь 1999 г. - Курск, 1999 г., - с.24.