Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Влияние длительного применения удобрений и химических мелиорантов на агрохимическое состояние почв и урожайность сельскохозяйственных культур в условиях Предкамья Республики Татарстан

ВАК РФ 06.01.04, Агрохимия

Автореферат диссертации по теме "Влияние длительного применения удобрений и химических мелиорантов на агрохимическое состояние почв и урожайность сельскохозяйственных культур в условиях Предкамья Республики Татарстан"

На правах рукописи

МУРАТОВ МАРСЕЛЬ РАФАИЛОВИЧ

ВЛИЯНИЕ ДЛИТЕЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ УДОБРЕНИЙ И ХИМИЧЕСКИХ МЕЛИОРАНТОВ НА АГРОХИМИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ ПОЧВ И УРОЖАЙНОСТЬ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР В УСЛОВИЯХ ПРЕДКАМЬЯ РЕСПУБЛИКИ ТАТАРСТАН

06.01.04 - агрохимия

28 ОКТ

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Казань-2015

005563963

Диссертационная работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Казанский государственный аграрный университет» в 2010 -2013 годы.

Научный руководитель - доктор сельскохозяйственных наук, профессор

кафедры агрохимии и почвоведения Казанского ГАУ Гилязов Миннегали Юсупович

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук,

чл.-корр. АН Республики Татарстан, директор ФГБНУ «Татарский научно-исследовательский институт сельского хозяйства» Тагиров Марсель Шарипзянович; кандидат сельскохозяйственных наук, заместитель генерального директора ОАО «Татагрохим» Миннуллин Раис Марданович

Ведущая организация — федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Татарский научно-исследовательский институт агрохимии и почвоведения».

Защита состоится «2» декабря 2015 г. в 10~ часов на заседании диссертационного совета Д 220.035.01 при ФГБОУ ВПО «Казанский государственный аграрный университет» по адресу: 420011, г. Казань, Ферма 2, дом 53, ауд.18, тел. (факс) 8(843) 567-47-17, e-mail: info @ kazgau. com

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Казанский государственный аграрный университет».

Автореферат разослан 15 октября 2015 года.

Объявление о защите диссертации, текст автореферата размещен на официальном сайте Высшей аттестационной комиссии Министерства образования и науки Российской Федерации www.vak.ed.gov.ru «1» октября 2015 года; текст диссертации, автореферат и отзыв научного руководителя размещены на официальном сайте ФГБОУ ВПО «Казанский государственный аграрный университет» www.kazgau.ru 15 сентября 2015 года.

Просим принять участие в работе совета или прислать отзыв на автореферат в 2-х экземплярах, заверенный печатью, по адресу: 420011, г. Казань, Ферма 2, д. 53, e-mail: info@kazgau.com

Ученый секретарь диссертационного совета L А*

qo *

доктор сельскохозяйственных наук, профессор ''Кадырова Ф.З.

1 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Важнейшим фактором повышения урожайности сельскохозяйственных культур и воспроизводства плодородия почв является применение удобрений. Ведущая роль удобрений в решении этих задач сохранится и в обозримом будущем, так как без внесения удобрений практически невозможно компенсировать отчуждаемые с урожаями питательные вещества и тем самым предотвратить истощение почвенного плодородия. Вместе с тем, применение удобрений без учета их свойств, характеристики почв и потребностей растений, особенно в течение длительного времени, может снизить эффективность удобрений, качество урожая, плодородие почв и оказать негативное воздействие на окружающую природную среду.

Для эффективного ведения растениеводческой отрасли, получения высоких урожаев хорошего качества и сохранения плодородия почв необходим постоянный мониторинг плодородия сельскохозяйственных земель и оптимизация на этой базе почвенных свойств и режимов. В связи с этим особую ценность приобретают материалы систематического обследования сельскохозяйственных земель агрохимической службой страны, сопряженное изучение влияния длительного применения удобрений и химических мелиорантов на продуктивность культур и плодородие почв.

Цель исследования - оценка влияния длительного применения удобрений и химических мелиорантов на динамику агрохимических свойств пахотных почв, баланс питательных веществ и урожайность сельскохозяйственных культур в условии Предкамья Республики Татарстан (на примере Балтасинского муниципального района) за 1965-2010 гг.

Задачи исследования:

1.Определить динамику основных агрохимических свойств пахотных почв Балтасинского муниципального района Республики Татарстан за годы исследования и её зависимости от уровня применения удобрений.

2.Установить характер и тесноту корреляции урожайности культур от агрохимических параметров почв, уровня применения удобрений и метеорологических условий.

3.Рассчитать баланс гумуса, основных питательных элементов и разработать на этой основе нормативы затрат удобрений для воспроизводства плодородия почв.

4,Оценить агрономическую и экономическую эффективность применения удобрений.

Основные положения, выносимые на защиту.

1 .Динамика основных агрохимических свойств пахотных почв исследуемого района в зависимости от уровня химизации земледелия;

2.3ависимость урожайности культур от метеорологических условий, агрохимических параметров почв и уровня применения удобрений.

3.Баланс гумуса и основных питательных элементов в земледелии зоны исследований.

Научная новизна. Впервые, по материалам агрохимического обследования за 45 лет, установлена динамика изменения агрохимических свойств пахотных почв, баланс гумуса и питательных веществ в земледелии Предкамской зоны Республики Татарстан (РТ). Оценено влияние удобрений и химических мелиорантов на агрохимическое состояние почв. Выявлена зависимость урожайности сельскохозяйственных культур от агрохимических показателей почвы, уровня химизации и метеорологических условий. Установлены нормативы затрат фосфорных и калийных удобрений для повышения подвижных форм этих элементов в почвах.

Практическая значимость. Полученная автором научная информация является основой дня прогнозирования возможных изменений плодородия почв района, высокоэффективного применения удобрений и химических мелиорантов, разработки практических мер по воспроизводству плодородия почв. Внедрение в производство разработанных автором рекомендаций позволяет определить необходимый уровень применения удобрений и химических мелиорантов для положительного баланса питательных веществ в земледелии района и получения запланированной урожайности.

Личный вклад автора заключается в постановке цели и задач исследования, сборе информации, их обобщении, статистической обработке полученных материалов, и апробации основных защищаемых положений.

Апробация работы. Основные результаты исследований доложены и одобрены на международных (Орёл, 2012; Казань, 2014, 2015) и всероссийских (Казань, 2012,2013) научно-практических конференциях.

Публикации. Автором по теме диссертации опубликовано 10 работ, в том числе 3 статьи в изданиях, рекомендованном ВАК РФ.

Объем и структура работы. Диссертация изложена на 234 страницах машинописного текста, содержит 39 рисунков, 36 таблиц и состоит из введения, 3 глав, общих выводов, рекомендации производству и приложения. Список цитируемой литературы включает 268 наименования, в том числе на иностранных языках 14.

2. УСЛОВИЯ И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

Объектом исследования являются пахотные почвы Балтасинского муниципального района Предкамской зоны Республики Татарстан, где преобладают серые лесные и дерново-подзолистые почвы.

Исследования проводились на базе Федерального государственного бюджетного учреждения «Центр агрохимической службы «Татарский». Первый и третий циклы агрохимического обследования почв длились по 6 лет (1965-1970 гг. и 1980-1985 гг. соответственно.). Второй тур агрохимического обследования почв оказался самым продолжительным (1971-1979 гг.). Начиная с IV цикла (1986-1990 гг.) периодичность агрохимического обследования почв района составляет один раз в 5 лет. В

целом за 45 лет (1965-2010 гг.) в исследуемом районе было проведено VIII циклов сплошного агрохимического обследования.

Работы по -отбору, подготовке образцов к анализам и лабораторные анализы проведены по общепринятым в агрохимической службе методам. Статистическая обработка проводилась с помощью «MS Exell 2003» и прикладного пакета STATISTICA 6.0. Проведен корреляционно-регрессионный анализ зависимости агрохимических свойств почв и урожайности культур от уровня применения удобрений и метеорологических условий. Для оценки тесноты корреляции между изучаемыми факторами использована шкала Чеддока: слабая корреляция (г=0,10-0,30); умеренная корреляция (г=0,31-0,50); заметная корреляция (г=0,51-0,70); высокая корреляция (1=0,71-0,90); весьма высокая (г=0,91-1,0).

3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

3.1. Почвенный покров и рельеф местности района

Исследуемый район расположен на возвышенной равнине, которая разрезана долинами малых рек. Доминантными являются серые лесные почвы, которые вместе с коричнево-серыми занимают более 60 % площади. Субдоминантными почвенными разностями обнаруживаются дерново-подзолистые и дерново-карбонатные, на долю которых приходится соответственно 23,5 и 10,5 % пашни.

3.2. Уровень химизации земледелия

3.2.1.Применение минеральных удобрений. Насыщенность пашни минеральными удобрениями постоянно росла с первого цикла обследования до пятого цикла (рис.1).

Рис.1. Насыщенность пашни минеральными и органическими удобрениями

Максимальная насыщенность пашни минеральными удобрениями (264 кг д. в У га) наблюдалась в 1993 году. К сожалению, в дальнейшем, началось устойчивое движение вспять. За период между 1 и 5 циклами обследования в среднем за год применение минеральных удобрений росло на 7,12 кг д.в./га, а в годы последующих 3-х циклов обследования происходило уменьшение применения удобрений со скоростью 6,47 кг д.в./га в год. Интенсивность

применения минеральных удобрений в исследуемом районе выше, чем в целом по Российской Федерации и РТ: средневзвешенная насыщенность пашни района за все годы наблюдения (107,5 кг д.в. /га) в 1,48 раза выше республиканского уровня (72,8 кг д.в./га).

3.2.2.Применение органических удобрений. Динамика применения органических удобрений заметно отличается от таковой минеральных удобрений (рис. 1). Годы, отмеченные нами как период постоянного роста применения минеральных удобрений (80-90 гг. прошлого века) характеризуются существенным падением объемов применения органических удобрений. Исследуемый район за все годы наблюдения по уровню применения органических удобрений остается в числе лидеров, причем, занимая в течение последних 15 лет неизменно первое место в' республике. За годы наблюдения средневзвешенная насыщенность пашни района (7,52 т/га) в 2,11 раза выше общереспубликанского уровня (3,57 т/га).

3.2.3.Известкование и фосфоритование кислых почв. Ежегодные площади известкования по циклам обследования варьировали от 5264 (VIII цикл) до 11119 га (IV цикл). За исследуемый период суммарная площадь известкованных почв составила 350,8 тысяч га, что почти в пять раз превышает общую площадь пашни района. Наибольшие площади известкования характерны для периода интенсивного применения минеральных удобрений (1986-1995 гг.). Ещё один важный прием улучшения плодородия почв - фосфоритование, который одновременно направлен на повышение обеспеченности растений фосфором и нейтрализацию кислотности почвы. К сожалению, фосфоритование в районе проводилось лишь в течение И-У циклов обследования (1971-1995 гг.). Наиболее интенсивно оно осуществлялось в годы IV цикла обследования. Ежегодные объемы внесения фосфоритной муки за наблюдаемый период колебались от 700 до 5130 т, а средние дозы внесения составили 1,4-2,0 т/га.

33. Динамика агрохимических свойств пахотных почв и её зависимость от уровня применения удобрений

З.ЗЛ.Гумусное состояние почв. Впервые содержание гумуса в почвах района определены в V цикле обследования. Средневзвешенное его содержание за годы наблюдений колеблется в пределах от 3,09 до 3,23 %. Статистически значимых изменений содержания гумуса по циклам обследований не установлено. Обнаружилась слабая тенденция снижения содержания гумуса по мере роста насыщенности пашни минеральными удобрениями (рис. 2). Среди минеральных удобрений (№К) относительно заметным было действие на гумусированность почвы азотных удобрений. Заметное положительное воздействие на содержание гумуса оказали только органические удобрения (Я2=0,247).

3.3.2.Киаютный режим почв. Результаты первого цикла обследования показали, что 2/3 почв пашни являются кислыми. За наблюдаемый период произошло скачкообразное уменьшение доли кислых почв (рис. 3).

3,24 3,22 3,2 3,18 3,16 3,14 3,12 3,1 3,08

у = -О.ОООЗх* 3,2147 Я1 = 0,0587

♦

0 50 100 150 200 250 Насыщенность пашни минеральными удобрениями, кг д. в./гэ

у = 0,0406*+ 2,9185 К1 = 0,247

3,24 3,22 3,2 3,18 3,16 3,14 3,12 3,1 3,08

0 2 4 6 8 Насыщенность пашни органическими удобрениями, г/га

Рис. 2. Корреляция содержания гумуса в почве от уровня применения минеральных и органических удобрений (1991-2010 гг.)

Существенная линейная зависимость площадей кислых почв от уровня применения органических, минеральных удобрений и фосфоритования отсутствовала. Основной причиной улучшения кислотного режима почв представляется интенсивное известкование в течение 45 лет (Я2=0,409).

З.З.З.Фосфатный режим почв. В начале анализируемого периода (1965-1970 гг.) обеспеченность почв района подвижным фосфором можно было оценить как низкая (46 мг/кг по методу Кирсанова). Около 80 % почв имели очень низкую и низкую обеспеченность фосфором, а почвы, имеющие высокую обеспеченность — только около 3 %. Динамика средневзвешенного содержания подвижного фосфора наглядно демонстрирует характер изменения фосфатного режима за 45 лет (рис. 4).

80.0 70,0 60,0 50,0 40,0 30,0 20,0 10,0 0,0

у = -3.144Х + 63,63 Л'=0,586

0 2 4 6

Циклы обследования

150

100

50

134

у = 13,98х * 49,78 Л* = 0,748

2 4 6 8 Циклы обследования

10

Рис. 3. Характер изменения доли кислых почв по циклам обследований

Рис. 4. Динамика средневзвешенного содержания подвижного фосфора по циклам обследований

С первого по шестые циклы обследования наблюдалось устойчивое повышение подвижного фосфора, благодаря чему средневзвешенное содержание фосфора достигло 160 мг/кг. Однако в последующих двух циклах обследования началось снижение обеспеченности почвы подвижным

фосфором.

Содержание подвижного фосфора, в первую очередь, обуславливалось уровнем применения минеральных удобрений (рис. 5).

200

200 о

О о X * * 150 - ♦ . ♦ о X 150 ■ ♦ ^

со "> 100 - а* с <о 100

с ™ 50 - у = 1,9157х + 26,256 Я- 50 у = 0,5598* + 49,511

™ я X +> ♦ И1 = 0,5753 (О и * = 0,7235

¥ О £ -8-

0

а О 20 40 60 80 и 0 50 100 150 200 250

о Внесено известковых удобрений, тыс. т./год Насыщенность пашни минеральными удобрениями, кгд.в./га

Рис. 5. Зависимость содержания подвижного фосфора от насыщенности пашни минеральными удобрениями и объемов известкования

Иная картина наблюдается во взаимоотношениях между обеспеченностью почвы подвижным фосфором и уровнем применения органических удобрений. Эта зависимость оказалась слабо отрицательной (112=0,136), что, нельзя толковать, по наш взгляд, как негативное влияние органических удобрений на накопление подвижного фосфора в почве. Обнаруженное явление может быть объяснено двумя обстоятельствами. Во-первых, фосфор из органических удобрений меньше закрепляется почвой и лучше используется (по сравнению с минеральными удобрениями) растениями; во-вторых, уменьшение применения органических удобрений совпало с наибольшей насыщенностью пашни минеральными удобрениями, что, возможно, завуалировало положительное влияние органических удобрений на фосфатный режим почв.

Обнаружилось заметное влияние известкования на содержание подвижного фосфора. Корреляция его содержания от количества известковых удобрений, внесенных в среднем за один год (Л =0,575), оказалась выше, чем от суммы фосфора, поступившего в почву в составе удобрений и фосфоритной муки (Я2=0,393). Данное обстоятельство может быть объяснено не только примерным совпадением динамики интенсивности применения минеральных и известковых удобрений, но и переходом фосфора в подвижное состояние по мере нейтрализации кислых почв.

3.3.4.Калийпый режим почв. Характер динамики содержания подвижного калия во многом сходен с таковым подвижного фосфора. Вместе с тем, динамика содержания калия имеет и некоторые особенности. Во-первых, исходное содержание калия (97 мг/кг) было в два раза выше, чем фосфора (46 мг/кг). Во-вторых, размеры варьирования содержания подвижного калия были примерно в два раза меньше колебаний фосфора. В-третьих, повышение или понижение содержания подвижного калия в почвах по циклам обследования происходило не так стабильно и линейно, как у

фосфора, а изменилось скачкообразно.

Наиболее действенное влияние на динамику подвижного калия оказали уровень применения минеральных удобрений (Я2=0,659) и известкование (Я =0,511). Возможно, нейтрализация кислых почв способствовала переходу части почвенного калия в обменное состояние, а также сдерживала необменную фиксацию калия минеральных и органических удобрений. Вопреки ожиданиям, не удалось обнаружить тесной корреляции содержания подвижного калия почв от общего количества калия, внесенного в составе минеральных и органических удобрений (К2=0,131). Кроме того, слабой и отрицательной оказалась зависимость средневзвешенного содержания подвижного калия от насыщенности пашни органическими удобрениями (Я =0,117), хотя в почву калий в составе органических удобрений поступал больше, чем с минеральными. Вероятнее всего, на количество подвижного калия заметное влияние оказали не только минеральные калийные удобрения, но и азотные, мобилизуя запасы самой почвы.

3.3.5.Содержание в почвах микроэлементов, тяжелых металлов и серы. Почвы района характеризуются высокой обеспеченностью подвижными формами марганца, меди и средней обеспеченностью подвижными формами молибдена, цинка, кобальта, бора и серы. Валовое содержание изученных тяжелых металлов (медь, цинк, свинец, ртуть, кадмий) в почвах района ниже ПДК. Применение удобрений и химических мелиорантов в течение последних 10 лет не привело к значительным изменениям содержания подвижных форм микроэлементов, серы и валового содержания тяжелых металлов.

3.4.Влияние удобрений, химических мелиорантов, свойств почвы и метеорологических условий на урожайность культур

3.4.1.Структура посевных площадей и динамика урожайности сельскохозяйственных культур. За 1965-2010 гг. пашня района сократилась на 8779 га, несмотря на это распаханность сельхозугодий остается высокой (82,5 %). За исследуемый период урожайность культур существенно выросла: если в 1965-1970 гг. средняя урожайность зерновых культур по району равнялась 1,16 т/га, то в 2001-2005 гг. она достигла своего максимума - 4,86 т/га. Сопоставление средней урожайности зерновых за первые и последние два цикла обследования (1,19 и 4,30 т/га) позволяет, на наш взгляд, сглаживать влияние погодных условий и примерно рассчитать среднегодовые темпы роста урожайности за весь период наблюдений. Несложные расчеты показывают, что за 45 лет урожайность зерновых культур возросла в 3,61 раза, при росте урожайности около 69 кг зерна в год. Рост урожайности зернобобовых культур (гороха, вика), кормовых корнеплодов, кукурузы на силос и картофеля, многолетних и однолетних трав за эти годы оказался не столь резким. Урожайность зернобобовых культур увеличилась в 2,71 раза (43 кг/год зерна), кормовых корнеплодов, кукурузы и картофеля соответственно в 2,31; 2,11 и 1,76 раза. Урожайность

однолетних и многолетних трав выросла примерно в 2,16 раза (42 кг сена в год).

Наиболее наглядно рост урожайности всех культур иллюстрируется на рис. 6, где представлена продуктивность пашни в пересчете в зерновые единицы.

1965-1970 1971-1979 1981-1985 1986-1990 1991-1995 1996-2000 2001-2005 2006-2010 ГГ. гг. гг. гг. гг. гг. гг. гг.

Рис. 6. Динамика продуктивности пашни по циклам агрохимических обследований

3.4.2.Корреляция урожайности сельскохозяйственных культур с уровнем применения удобрений и химических мелиорантов. На урожайность культур весьма существенное влияние оказало уровень применения минеральных удобрений (табл. 1).

Таблица 1. Корреляция урожайности от уровня применения минеральных удобрений по циклам агрохимических обследований (1965-2010 гг.)

Культуры Коэффициенты корреляции (г) между урожайностью и насыщенностью пашни минеральными удобрениями

№К азот (N1) фосфор (Р) калий (К)

Однолетние травы на з/к 0,89*** 0,82*** 0,79***

Многолетние травы на сено 0,89*** 0,92**** 0,81*** 0,79***

Силосные культуры 0,87*** 0,90*** 0,80*** 0,77***

Однолетние травы на сено 0,85*** 0,88*** 0,78*** 0,75***

Многолетние травы на з/к 0,83*** 0,85*** 0,77*** 0,75***

Озимая пшеница 0,64** 0,72*** 0,53** 0,52**

Озимая рожь 0,59** 0,67** 0,48* 0,47*

Яровая пшеница 0,57** 0,61** 0,51** 0,47*

Кукуруза на силос 0,55** 0,60** 0,50* 0,43*

Ячмень 0,49* 0,58** 0,38* 0,36*

Кормовые корнеплоды 0,48* 0,52** 0,42* 0,39*

Горох 0,48* 0,54** 0,42* 0,37*

Овес 0,47* 0,55** 0,37* 0,34*

Вика 0,43* 0,48* 0,38* 0,33*

Картофель 0,21 | 0,42* -0,02 -0,01

** - заметная корреляция (1=0,51-0,70);

*** - высокая корреляция (г=0,71-0,90);

**** - весьма высокая корреляция (г=0,91-1).

Минеральные удобрения наиболее сильное влияние оказали на урожайность многолетних, однолетних трав и силосных культур (г= 0,83+0,89). В составе минеральных удобрений наибольшее действие на урожайность проявили азотные удобрения, наименьшее — калийные.

Органические удобрения заметное положительное влияние (г=0,54) оказали только на урожайность кормовых корнеплодов (табл. 2).

Таблица 2. Корреляция урожайности сельскохозяйственных культур от уровня применения органических удобрений и химических мелиорантов по циклам агрохимических обследований

Коэффициенты корреляции (г) между урожайностью

и уровнем применения органических удобрений

и химических мепиоршггов

Культуры насыщенность пашни органическими удобрениями, т/га (1965-2010 гг.) объемы внесения известковых удобрений, тыс.т./год (1965-2010 гг.) объемы фосфоритования, ТЫС.Т./ГОД (1971-1995 гг.)

Кормовые корнеплоды 0,54** 0,54** 0,41*

Многолетние травы на з/к 0,19 0,84*** 0,74***

Силосные культуры -0,03 0,85*** 0,80***

Однолетние травы на сено -0,04 0,82*** 0,87***

Кукуруза па силос -0,04 0,55** 0,73***

Однолетние травы на з/к -0,05 0,89*** 0,94****

Многолетние травы на сено -0,18 0,85*** 0,94****

Картофель -0,25 0,09 0,85***

Озимая пшеница -0,34* 0,55** 0 92****

Яровая пшеница -0,45* 0,45* 0,48*

Овес -0,51** 0,33* 0,47*

Ячмень -0,52** 0,35* 0,54**

Озимая рожь -0,56** 0,44* 0,52**

Вика -0,61** 0,31* 0,57**

Горох -0,62** 0,38* 0,80***

На посевах других культур корреляция урожайности от органических удобрений или отсутствовала (силосные культуры, однолетние и многолетние травы) или оказалась отрицательной (зерновые и зернобобовые культуры). Данное обстоятельство, возможно, обусловлено разнонаправленностью изменения объемов применения минеральных и органических удобрений за наблюдаемый период. Дело в том, что резкий рост применения минеральных удобрений, ставший главной причиной подъема урожайности всех культур, сопровождался заметным уменьшением использования органических удобрений. Именно эта ситуация, на наш взгляд, создала иллюзию негативного влияния органических удобрений на урожайность большинства культур.

Урожайность, за исключением картофеля, хорошо коррелировалась с объемами применения известковых удобрений. Ответная реакция большинства культур на известкование и применение минеральных удобрений примерно одинаковая. Обнаружилась высокая степень корреляции урожайности многих культур с объемами фосфоритования.

3.4.3.Корреляция урожайности сельскохозяйственных культур с агрохимическими параметрами почв. Наиболее существенное влияние на урожайность большинства культур оказало содержание в почве подвижных-форм калия и фосфора (табл. 3).

Таблица 3. Зависимость урожайности сельскохозяйственных культур от агрохимических показателей почв (1965-2010 гг.)

Культуры Агрохимические показатели почв

Доля кислых почв, % рНсол Средневзвешенное содержание

подвижного фосфора, г/кг подвижного калия, мг/кг гумуса, %

Коэ< >фициенгы корреляции (г)

Кукуруза на силос -0,77*** 0,71*** 0,72*** 0,79*** 0,43*

Овес -0,75*** 0,60** 0,81*** 0,87*** 0,41*

Яровая пшеница -0,73*** 0,61** 0,80*** 0,93**** 0,72***

Однолетние травы* -0,73*** 0,66** 0,89*** 0,91**** 0,53**

Ячмень -0,70** 0,57** 0,82*** 0,88*** 0,62**

Силосные культуры -0,69** 0,63** 0,88*** 0,85*** -0,32*

Озимая рожь -0,66** 0,50* 0,88*** 0,91**** 0,51**

Многолетние травы * -0,64** 0,55** 0,94**** 0,94**** 0,37*

Озимая пшеница -0,64** 0,57** 0,83*** 0,93**** 0,88***

Корм, корнеплоды -0,63** 0,71*** 0,40* 0,40* 0,45*

Вика -0,62** 0,46* 0,75*** 0,84*** 0,47*

Картофель -0,60** 0,5 9** 0,54** 0,51** ■ 0,26

Горох -0,59** 0,43* 0,78*** 0,84*** 0,36*

Прим.: *-на сено.

Положительная корреляция урожайности большинства культур от содержания гумуса была умеренной и заметной. Негативное действие подкисления почвы на урожайность можно было оценить, по шкале Чеддока, как заметное и высокое, то есть более зпачимым, чем гумусированность почв. На наш взгляд, обнаруженная относительно невысокая степень корреляции урожайности большинства культур от содержания гумуса указывает, прежде всего, на приоритетность в эффективном плодородии пахотных почв доступных форм питательных веществ, в частности фосфора и калия, и кислотно-основных свойств.

3.4.4.Корреляция урожайности сельскохозяйственных культур с метеорологическими условиями. Судя по гидротермическому коэффициенту Селянинова, за тридцатилетий период (1981-2010 гг.) влагообеспеченность района чаще всего (повторяемость 63,4 %) характеризовалась как недостаточная или засушливая. Обнаружилась стабильная отрицательная

корреляция урожайности зерновых, зернобобовых культур и многолетних трав от суммы активных температур, которая указывает, что для этих культур теплообеспеченность района не является лимитирующим фактором.

Теснота и направленность корреляции урожайности яровых зерновых культур и гороха от суммы атмосферных осадков кардинально меняется по периодам: если количество осадков в мае оказывает на урожайность очень слабое положительное влияние (г=0,16-0,17), то осадки, выпадающие во время созревания и уборки урожая, оказывают отрицательное влияние (г=-0,14 и -0,21). Наибольшее положительное влияние на урожайность всех яровых культур оказали осадки июня. Особенно заметной эта корреляция была в отношении гороха (г=0,64) и яровой пшеницы (г=0,58).

Урожайность яровых культур наиболее тесно коррелировалась с величиной ГТК Селянинова в июне (г=0,50-0,65). С урожайностью озимой ржи наиболее тесную связь проявил так же гидротермический коэффициент Селянинова, как перед посевом в августе (г=0,45), так и во время интенсивного роста в июне (г=0,41), и, в целом, за весь вегетационный период ржи (г=0,40). Урожайность озимой пшеницы наиболее тесно коррелировала с количеством осадков, выпавших за холодный период года (г=0,61).

3.5. Баланс гумуса и питательных элементов

Графическое изображение динамики баланса гумуса и основных питательных макроэлементов представлено на рис. 7.

3.5.1.Баланс гумуса. Баланс гумуса рассчитали, сопоставляя непосредственный расход гумуса почвы с поступлением его за счет гумификации корневых и пожнивных остатков, подстилочного навоза и соломы, заделываемой в почву. Характер изменения динамики баланса гумуса в течение последних четырех циклов обследования можно было описать полиномиальным уравнением второй степени. Во все сроки наблюдения баланс гумуса складывался отрицательным, но улавливается тенденция уменьшения его дефицитности. Некоторое улучшение баланса гумуса было обусловлено увеличением площадей многолетних трав, доли заделываемой в почву соломы и насыщенности пашни подстилочным навозом.

3.5.2.Баланс азота. Баланс азота за годы исследования изменился волнообразно: дефицит азота в I цикле сменился на профицит в последующих 4-х циклах (1971-1995 гг.), однако последние три цикла опять характеризовались дефицитом. Такая динамика баланса азота в основном была обусловлена изменениями в двух основных статьях: поступление азота в составе удобрений и хозяйственный вынос с урожаями. Если первые 4 цикла обследования отличались ростом поступления азота удобрений, то последующие 3 цикла - уменьшением применения удобрений.

3.5.3.Баланс фосфора. В течение первых четырёх циклов обследования

у = -0,0275хг + 0.2105Х - 0,4925 Я' = 0,9427

Кальций и магний

1991-1995 гг.

Гумус

1996-2000 гг.

2001-2005 гг.

2006-2010 гг.

Азот

1965-1970 1971-1979 1980-1985 1986-1990 1991-1995 1996-2000 2001-2005 2006-2010 гг. гг. гг. гг. гг. гг. гг. гг.

Кг лий

1965-1970 1971-1979 1980-1985 1986-1990 1991-1995 1996-2000 2001-2005 2006-2010

гг. ГГ. ГГ. ГГ. ГГ. ГГ. ГГ. ГГ.

1965-1970 1971-1979 1980-1985 1986-1990 1991-1995 1996-2000 2001-2005 2006-2010

1 ГГ. ГГ. ГГ. ГГ. ГГ. ГГ. ГГ. ГГ.

у = 0,4602х4 - 7,0472х3 + 31,112хг И2 = 0,933

- 34,79х - 0,0071

У

= -16,251х! + 144,46х -127,31 = 0,7617

Рис. 7. Динамика баланса гумуса и основных питательных макроэлементов в пахотных почвах Балтасинского района РТ по циклам обследований

(1965-1990 гг.) хозяйственный баланс фосфора вырос с +5,5 до +47,3 кг/га. В течение последующих 20 лет происходило постепенное ухудшение баланса фосфора, главным образом из-за резкого снижения уровня применения фосфорных удобрений. В последний срок наблюдения обнаружился небольшой дефицит (-1,1 кг/га в год).

3.5.4.Баланс калия. Баланс калия изменился волнообразно: период положительного баланса (1965-1990 гг.) сменился с отрицательным балансом (1991-2010 гг.). Для описания характера изменения баланса калия по циклам обследований лучше подходило полиномиальное уравнение четвертой степени.

3.5.5. Баланс карбонатов кальция и магния. Баланс кальция и магния за весь наблюдаемый период был положительным, хотя величины профицита постоянно менялись: если в течение первых четырех циклов обследования происходил постоянный его рост, то в последующих циклах наблюдалось уменьшение.

В целом, за 45 лет средневзвешенные балансы азота, фосфора, калия и карбонатов кальция и магния по району оказались положительными, и равнялись соответственно (кг/га в год): 1,0; 23,0; 5,5 и 104,0.

3.5.5.Разработка нормативов затрат удобрений для воспроизводства плодородия почв на базе балансовых расчетов. На основе установленных балансов фосфора, калия, карбонатов кальция и магния, а также динамики агрохимических показателей за 45 лет рассчитали нормативы затрат соответствующих удобрений для повышения содержания подвижных форм питательных элементов на 1 мг/кг почвы или сдвига величины рН от одной тонны карбонатов. Установлено, что для повышения содержания подвижных форм фосфора и калия на 1 мг/кг почвы в составе удобрений необходимо вносить соответственно 12 и 8 кг/га Р205 и К20. От одной тонны карбонатов кальция и магния величина рН солевой вытяжки почв района повысилась на 0,043 единиц.

3.6. Агрономическая и экономическая эффективность применения органических и минеральных удобрений

Эффективность применения удобрений в районе оценена исходя из средней урожайности культур, насыщенности пашни органическими и минеральными удобрениями за последние 5 лет наблюдений (2006-2010 гг.) с учетом сложившейся системы удобрения отдельных культур. Окупаемость удобрений рассчитали по методике, применяемой агрохимической службой РТ для оценки эффективности удобрений в производственных условиях, которая изложена в «Справочнике агрохимика Республики Татарстан» (Давлятшин И.Д. и др., 2013). Долевое участие удобрений в урожае рассчитано с использованием специальных уравнений регрессии, и оно колебалось от 15 до 66 %. Окупаемость 1 кг д.в. ОТК в составе минеральных и органических удобрений составила: 4,0-7,8 кг зерна, 5,2-5,5 кг сена, 17-41 кг силосной массы и корне-, клубнеплодов. Органические и минеральные

удобрения максимальную агрономическую эффективность проявили при внесении под кормовые корнеплоды.

Использование удобрений на посевах большинства культур оказалось экономически эффективным: окупаемость 1 рубля затрат на удобрение составила 1,01-9,18 рублей. Экономически не оправдывалось применение удобрений на посевах однолетних, многолетних трав и гороха. При возделывании зерновых культур удобрения наибольший экономический эффект дали при внесении под овес и ячмень (1,96-2,04 руб./руб.). Максимальная экономическая окупаемость удобрений получена при возделывании картофеля, прежде всего, из-за высокой цены его реализации.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1.Анализируемый период можно разделить на две неравные части, отличающиеся вектором изменения уровня применения минеральных удобрений и химических мелиорантов: если первые 5 циклов агрохимического обследования (1965-1995 гг.) характеризовались постоянным ростом применения минеральных удобрений со среднегодовыми темпами роста 7,12 кг д.в7га, то последующие 3 цикла - снижением применения удобрений со скоростью 6,47 кг д.вУга в год. В годы, отличившиеся наибольшими темпами роста применения минеральных удобрений (1980-1995 гг.), происходило падение объемов применения органических удобрений. В целом, исследуемый район характеризуется относительно высоким уровнем применения минеральных удобрений и химических мелиорантов: насыщенность пашни минеральными и органическими удобрениями за все годы наблюдения (1965-2010 гг.) выше республиканского уровня соответственно в 1,48 и 2,11 раза.

2.Обнаружена слабая тенденция снижения содержания гумуса по мере роста насыщенности пашни минеральными удобрениями. Среди минеральных удобрений (ЫРК) относительно различимым было действие на гумусированность почвы азотных удобрений (г=-0,30). Заметное положительное воздействие на содержание гумуса оказали только органические удобрения (г=0,50).

3.Применение минеральных удобрений не приводило к однозначному подкислению, а органические удобрения и фосфоритование по отдельности существенно не повлияли на уменьшение площадей кислых почв. Основной причиной улучшения кислотного режима почв района представляется интенсивное известкование кислых почв, благодаря которому доля кислых почв за 45 лет уменьшилась в 1,69 раза.

4.С первого по шестые циклы обследования наблюдалось устойчивое повышение подвижного фосфора, благодаря чему средневзвешенное его содержание повысилось в 3,5 раза, однако в последующих двух циклах обследования началось снижение обеспеченности почвы подвижным фосфором. За 45 лет средневзвешенное содержание подвижных форм

фосфора и калия возросло соответственно в 2,91 и 1,33 раза. Обеспеченность почв подвижными формами фосфора и калия наиболее тесно коррелировала с уровнем применения минеральных (г=0,81+0,85) и известковых (г=0,7КО,76) удобрений.

5.Почвы района характеризуются высокой обеспеченностью подвижными формами марганца, меди и средней обеспеченностью подвижными формами молибдена, цинка, кобальта, бора и серы. Валовое содержание тяжелых металлов (медь, цинк, свинец, ртуть, кадмий) в пахотных почвах района ниже ПДК. Применение удобрений и химических мелиорантов в течение последних 10 лет не привело к значительным изменениям содержания подвижных форм микроэлементов, серы и валового содержания тяжелых металлов.

б.За 1965-2010 гг. урожайность культур выросла в 1,76-3,61 раза. Наибольшие темпы роста были характерны для основных зерновых и зернобобовых культур. Урожайность (кроме картофеля) наиболее заметно коррелировала от уровня применения известковых (г=0,31+0,89) и минеральных (г=0,43-Ю,89) удобрений. В составе минеральных удобрений максимальное действие на урожайность культур оказали азотные, наименьшее — калийные удобрения. Органические удобрения заметное положительное действие обнаружили только на урожайность кормовых корнеплодов (г=0,54).

7.Среди изученных агрохимических свойств почвы наибольшее влияние на урожайность оказало содержание в почве подвижных форм калия и фосфора (г=0,40-Ю,94). По шкале Чеддока, тесноту положительной корреляции урожайности от содержания гумуса можно было оценить как умеренная и заметная (г=0,36-Ю,88), а негативное действие подкисления почвы - как заметное и высокое (г= - 0,59-5-0,77).

8.Влагообеспеченность района в 1981-2010 гг. чаще всего (повторяемость 63,4 %) характеризовалась как недостаточная или засушливая. Обнаружилась отрицательная корреляция урожайности зерновых, зернобобовых культур и многолетних трав от суммы активных температур. Урожайность яровых культур наиболее тесно коррелировалась с величиной ГТК Селянинова в июне (г=0,50+0,65). С урожайностью озимой ржи наиболее тесную связь проявил так же гидротермический коэффициент Селянинова, как перед посевом в августе (г=0,45), так и во время интенсивного роста в июне (г=0,41). Урожайность озимой пшеницы наиболее тесно коррелировала с количеством осадков, выпавших за холодный период года (г=0,61).

9.Динамика баланса азота и калия с одной стороны, фосфора и карбонатов кальция и магния, с другой, существенно различаются друг от друга. Баланс азота и калия изменился волнообразно: периоды положительного баланса (1-1У) сменились с отрицательным балансом (V-VIII). Баланс кальция и магния за весь наблюдаемый период был положительным, хотя величины профицита постоянно менялись: если в

течение первых четырех циклов обследования происходил постоянный его рост, то в последующих циклах наблюдалось уменьшение. Примерно таким же образом изменялась динамика баланса фосфора, лишь той разницей, что в последний срок обнаружился небольшой дефицит. За 45 лет средневзвешенные балансы азота, фосфора, калия и карбонатов кальция и магния по району оказались положительными, и равнялись соответственно (кг/га в год): 1,0; 23,0; 5,5 и 104,0. Баланс гумуса складывался отрицательным, но улавливается тенденция уменьшения его дефицитности. .

Ю.Окупаемость 1 кг д.в. NPK в составе минеральных и органических удобрений за годы последнего цикла обследования (2006-2010 гг.) составила: 4,0-7,8 кг зерна, 5,2-5,5 кг сена, 17-41 кг силосной массы и корне-, клубнеплодов. Удобрения наибольшую агрономическую эффективность проявили при внесении под кормовые корнеплоды. Максимальная экономическая эффективность удобрений обнаружилась при возделывании картофеля.

РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ

1.Для создания бездефицитного баланса гумуса, азота, фосфора и калия, кальция и магния при существующей структуре посевных площадей и для повышения продуктивности пашни до 4,0 т/га зерновых единиц рекомендуется:

-сохранить достигнутый в VHI цикле обследования уровень насыщенности пашни подстилочным навозом (7,0 т/га), использования соломы зерновых и зернобобовых культур для заделки в почву (37 % валового сбора) и объемы ежегодного известкования (5,3 тыс. га);

-насыщенность пашни минеральными удобрениями довести до 113 кг д.в7га при соотношении NPK 1:0,17:0,38;

-примерно 65 % площадей чистого пара заменить сидеральным паром и обеспечить получение не менее 25 т/га зеленой массы.

2.Дпя расширенного воспроизводства плодородия почв Предкамской зоны рекомендуется использовать следующие нормативы затрат удобрений:

-для повышения содержания подвижных форм фосфора на 1 мг/кг почвы в составе удобрений необходимо вносить 12 кг/га Р205.

-для повышения содержания подвижных форм калия на 1 мг/кг почвы в составе удобрений необходимо вносить 8 кг/га К20.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Статьи, опубликованные в ведущих рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК Российской Федерации:

1.Лукманов, A.A. Урожайность и коэффициенты использования питательных элементов яровой пшеницей в условиях засухи в зависимости от агрохимических параметров серых лесных почв Республики Татарстан /

А.А. Лукманов, М.Ю. Гилязов, P.P. Гайров, М.Р. Муратов // Проблемы агрохимии и экологии. — 2011. - № 3. - С. 3-7.

2.Муратов, М.Р. Баланс азота в земледелии Балтасинского муниципального района Республики Татарстан / М.Р. Муратов, М.Ю. Гилязов // Вестник Казанского государственного аграрного университета. -2013. - № 4 (30). - С.117-123.

3.Муратов, М.Р. Корреляция урожайности зерновых и зернобобовых культур от агрохимических параметров почв и погодных условий/ М.Р. Муратов, М.Ю. Гилязов // Вестник Казанского государственного аграрного университета. - 2015. - № 2 (36). -С.128-135.

Статьи, опубликованные в других научных журпалах и сборниках материалов международных и всероссийских научно-практических конференций:

4.Муратов, М.Р. Интенсивность применения удобрений и продуктивность пашни Балтасинского муниципального района республики Татарстан / М.Р. Муратов, М.Ю. Гилязов // Инновационные фундаментальные и прикладные исследования в области химии сельскохозяйственному производству: Материалы V Международной заочной научно-практической Интернет-конференции. - Орел: Изд-во Орёл ГАУ. - 2012. - С.70-74.

5.Муратов, М.Р. Применение удобрений и агрохимическое состояние пахотных почв в Балтасинском муниципальном районе Республики Татарстан / М.Р. Муратов, М.Ю. Гилязов // Совершенствование адаптивной системы земледелия: Материалы Всероссийской научно-практпической конференции, посвященной 90-летию Казанского государственного аграрного университета. - Казань: Изд-во Казанского ГАУ. - 2012. - С. 167170.

6.Муратов, М.Р. Баланс фосфора и калия в земледелии Балтасинского района Республики Татарстан / М.Р. Муратов, М.Ю. Гилязов // Инновационные разработки ученых — АПК России: Материалы Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых, посвященных памяти Р.Г. Гареева. - Казань: Фолиант, 2013. - С. 216-218.

7.Муратов, М.Р. Применение фосфорных удобрений, урожайность сельскохозяйственных культур и баланс фосфора в земледелии Балтасинского муниципального района Республики Татарстан / М.Р. Муратов, М.Ю. Гилязов // Совершенствование адаптивной системы земледелия. Материалы Всероссийской научно-практической конференции. -Казань: Изд-во Казанского ГАУ. - 2013. - С. 56-60.

8.Гилязов, М. Ю. Калийные удобрения и урожайность сельскохозяйственных культур / М.Ю. Гилязов, М.Р. Муратов // Энтузиасты аграрной науки: Труды Куб ГАУ. - Краснодар, 2013, - Выпуск 15. - С. 190192.

9.Муратов, М.Р. Динамика кислотного режима почв пашни Балтасинского муниципального района Республики Татарстан / М.Р. Муратов, М.Ю. Гилязов // Актуальные вопросы совершенствования технологии производства продукции сельского хозяйства. Материалы Международной научно-практической конференции. - Казань: Изд-во Казанского ГАУ. - 2014. - С. 77-82.

Ю.Муратов, М.Р. Зависимость урожайности сельскохозяйственных культур от интенсивности применения калийных удобрений // М.Р. Муратов, М.Ю. Гилязов // Биологические и экологические проблемы современного земледелия и роль аграрной науки в его развитии. Материалы Международной научно-практической конференции, посвященной памяти профессора А.А. Зиганшина. - Казань: Изд-во Казанского ГАУ. - 2015. - С. 56-58.

Формат 60x84/16 Тираж 100. Подписано к печати 30.09.2015р.

Печать офсетная. Усл.пл. 1,00. Заказ 147.

Издательство КГАУ/420015 г.Казань, ул .К .Маркс а, д.65 Лицензия на издательскую деятельность код 221 МЮ6342 от 28.11.2001 г. Отпечатано в типографии КГАУ 420015 г.Казань, ул .К.Маркс*, д.65. Казанский государственный аграрный университет