Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

ВЛИЯНИЕ ДЛИТЕЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ УДОБРЕНИЙ НА АГРОЭКОЛОГИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ ПОДЗОЛИСТЫХ И ЧЕРНОЗЕМНЫХ ПОЧВ ЕВРОПЕЙСКОЙ ЧАСТИ РОССИИ

ВАК РФ 03.00.27, Почвоведение

Автореферат диссертации по теме "ВЛИЯНИЕ ДЛИТЕЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ УДОБРЕНИЙ НА АГРОЭКОЛОГИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ ПОДЗОЛИСТЫХ И ЧЕРНОЗЕМНЫХ ПОЧВ ЕВРОПЕЙСКОЙ ЧАСТИ РОССИИ"

с

о

На правах рукописи

БАЙБЕКОВ Равиль Файзрахманович

ВЛИЯНИЕ ДЛИТЕЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ УДОБРЕНИЙ НА АГРОЭКОЛОГИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ ПОДЗОЛИСТЫХ И ЧЕРНОЗЕМНЫХ ПОЧВ ЕВРОПЕЙСКОЙ ЧАСТИ РОССИИ

Специальность 03.00,27 — почвоведение

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора сельскохозяйственных наук

Москва — 2003

Работа выполнена в Московской сельскохозяйственной академии им, К.А. Тимирязева

Научный консультант:

академик РАСХН, доктор сельскохозяйственных наук, профессор

Н.П. Панов

Офн ннал ы (ы е о п поне нты:

академик РАСХН, доктор биологических наук, профессор

В.Ф. Л ад о ынн

доктор сельскохозяйственных наук

Т. В. Турснна

доктор биологических наук, профессор

А. И. Поздняков

Ведущая организация: Почвенный факультет

Московского Государственного Университета им М,В. Ломоносова

Защита состоится 26 июня 2003 года в 10 часов иа заседании диссертационного совета Д 006.053.01 в Почвенном институте им В,В, Докучаева по адресу: 119017, Москва, Пыжевский переулок, дом 7.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Почвенного института им В.В. Докучаева.

Автореферат разослан «_»_2003 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

кандидат сельскохозяйственных наук И.Н. Любимова

ОБЩА}! ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Мировые глобальные проблемы, такие, как рост численности населения и повышение жизненного уровня, сокращение площадей сельскохозяйственных угодий предопределяют применение интенсивных систем земледелия. Одной из обязательных составляющих данного направления является химизация. В развитых странах уже сейчас нормы применения удобрений достигли 400-600 кг действующего вещества на гектар пашни.

Удобрения - мощный фактор повышения плодородия почв и урожайности сельскохозяйственных культур. Однако длительное применение средств химизации требует всестороннего агроэкологического прогноза тех последствий, которые возникают в почвах и в целом в агроэкоеистемзх. Современная, обширная, на первый взгляд, информация по воздействию удобрений на плодородие почв не дает достаточных сведений для составления долгосрочного прогноза изменения агроэкологичеекого состояния почв и их arpo генной эволюции. Многие результаты исследований носят противоречивый характер, несистемны, основаны на изучении отдельных, преимущественно агрохимических, мобильных свойств почв.

Лгропедогенез - сложный процесс, складывающийся из изменений как подвижных (динамичных), так и стабильных (фундаментальных) свойств почв, определяющих вектор направленности агроэкологического состояния, эволюции агрогенных почв и их потенциального плодородия на перспективу.

Наиболее надежную и достоверную информацию для решения данной весьма сложной проблемы можно получить в строго контролируемых, научно обоснованных и методически правильно организованных длительных опытах.

Цели и задачи исследований. Целью исследований являлась агробиологическая оценка изменений дерново-подзол истых и черноземных почв Европейской части России в условиях длительного применения удобрений путем комплексного и системного изучения состава, свойств почв для познания направленности arpo ген ной эволюции почв в различных почвеино-кл и магических условиях.

В задачи исследований входило:

1) исследование морфологических свойств почв на различных уровнях структурной организации в условиях длительного применения удобрений;

2) изучение влияния повышенных доз минеральных удобрений на минералогический состав тонкодисперсной фракции почв;

WCXA

<¡MXA l+tjV^írK.-?) диггригуг*-! . с

3) исследование влияния длительного применения удобрений на агрофизические, физико-химические, агрохимические, биологические свойства и гумусовое состояние почв;

4) проведение сравнительной оценки изменения бнопродуктивности почв под влиянием окультуривания и длительного применения различных доз и систем удобрений;

5) исследование влияния удобрений на поведение загрязняющих веществ в почвах;

6) комплексная оценка изменений агроэкологического состояния почв в условиях длительного применения удобрений и обоснование оптимальных вариантов системы удобрений.

Научная ношшш. Установлено изменение морфологических признаков почв на различных уровнях структурной организации: мощности генетических горизонтов, окраски, структуры, плотности, строения норового пространства, трещиноватости пахотного, подпахотного и переходного горизонтов.

Обнаружено обезыливание пахотного слоя, связанное с воздействием минеральных удобрений. В минералогическом составе установлен процесс десмектизации при длительном применении удобрений как в дерново-подзолистых, так и в черноземных почвах.

Дана количественная оценка влияния удобрений на величину предельного накопления гумуса и легкоразлагаемого органического вещества (ЛОВ) от 1т органических удобрений и от 1т прироста послеуборочных остатков. Установлены уровни обеспеченности растений азотом в составе ЛОВ и степени вы пахан ности дерново-подзолистых и черноземных почв при разных системах удобрений.

Определены количественные показатели изменения физико-химических, агрофизических к биологических свойств почв при длительном применении удобрений.

Установлено увеличение подвижности "'Сэ в дерново-подзолистых почвах и в меньшей степени в черноземных за счет изменения минералогического состава и сорбционных свойств почв под влиянием длительного применения удобрений.

Выявлено повышение детоксшшрующей способности исследуемых почв по отношению к гербициду 2,4-Д за счет увеличения биологической активности.

Предложен способ комплексной опенки изменения состояния агрожоси-стем на основе агроэкологических показателей.

Практическая значимость. На основе большого числа показателей комплексной оценки изменения агро*жологического состояния почв (морфолог

гические признаки, гранулометрический н минералогический составы, гумусовое состояние, структурно« состояние, физико-химические свойства, состояние микробного ценоза, биологическая активность и др.) подтверждена необходимость сочетания минеральных удобрений с органическими для предотвращения процессов деградации потенциального плодородия почв.

Показана возможность экологически безопасного увеличения доз минеральных удобрений в сочетании с органическими.

Предложен расчетный индекс изменения состояния агроэкосистем (ПСА), который рекомендуется использовать для их комплексной агроэколо-гнческой оценки.

Апробация работы. Результаты исследования докладывались на региональных, российских и международных конференциях, симпозиумах и съездах, посвященных вопросам почвоведения, экологии и рационального природопользования: на Межрегиональной научной конференции молодых ученых (Ленинград, 1983), на VII и VIII делегатских съездах Всесоюзного общества почвоведов (Ташкент, 1985; Новосибирск, 1989), на Всероссийской конференции "Антропогенная деградация почвенного покрова и меры ее предупреждения" (Москва, Почвенный институт им. В.В, Докучаева, 1998), на конференции, посвященной 70-летию Всероссийского института удобрений и arpo почвоведения (Москва, 2001), на ежегодных научных конференциях МСХА им. К.А. Тимирязева (1991, 1993. 1995,2002), на заседаниях кафедры почвоведения и кафедры экологии и безопасности жизнедеятельности МСХА им. К.А. Тимирязева (1998, 1999, 2002). Основные результаты исследований по теме диссертации опубликованы в 33 работа:;.

Структура и объем диссертации.

Диссертация изложена на 247 страницах: состоит из введения, общей характеристики работы, 9 глав, заключения. В работе представлено 44 таблицы, занимающих 43 страницы, список использованной литературы включает в себя 560 наименований, в том числе 44 зарубежных источников. Приложения содержат 44 фотографии на 11 страницах.

Подготовка диссертации проводилась в Московской сельскохозяйственной академии им К.Л. Тимирязева. Автор выражает глубокую благодарность научному консультанту академику РАСХН, профессору П.П. Панову, заведующему кафедрой почвоведения академику РАСХН, профессору В.И. Ки-. рюшину, заведующему кафедрой радиологии профессору Л.Д. Фокину; профессорам Н.Ф, Ганжаре, М.В. Стратоновнч, Б.П. Градусову, докторам сельскохозяйственных наук Е.Б, Скворцовой, Н.П. Чижиковой, директору ДАОС доктору сельскохозяйственных наук Ю.И. Касицкому, зав, отделом ВНИИСС доктору сельскохозяйственных наук В.И. Куракову, кандидатам сельскохозяйственных наук А.Д. Хлыстовскому, М.П. Вербе за консультации и по-

мощь в организации научных исследований, аспирантам Д.ГО. Колтыхову, Е.Б. Есиповой принимавшим участие в экспериментальных исследованиях. Защищаемые положения,

1. Длительное применение повышенных норм физиологически кислых минеральных удобрений (без органических) приводит к изменениям морфологического строения, гранулометрического и минералогического составов и структурного состояния почв, которые можно рассматривать как дегр ад анионные и необратимые.

2. Высокие показатели степени выпахан ности дерново-подзолистых почв с применением только минеральных удобрений и черноземов с пониженными нормами органических и минеральных удобрений характеризуют ухудшение ряда свойств и режимов почв (физические, физико-химические свойства. Биологический режим и др.).

3. Длительное применение минеральных удобрений увеличивает подвижность |37С* в дерново-подзолистых почвах и в меньшей степени в черноземах за счет изменений сорСцнонных свойств почв и, возможно, их минералогического состава. Применение органических удобрений повышает детоксици-рутощую способность дерново-подзолистых и черноземных почв но отношению к гербициду 2,4-Д за счет увеличения биологической активности.

4. При длительном внесении минеральных и органических удобрений возможно увеличение количества подвижных форм тяжелых металлов, как в дерново-подзолистых, так и в черноземных почвах, что подтверждает необходимость контроля качества вносимых удобрений и экотоксологического состояния почв.

5. Оптимальный уровень биопродуктивности севооборота, поддержание потенциального плодородия почв и устойчивости агроценозов обеспечивается применением навозио-минеральных систем удобрений.

6. Обосновывается использование индекса состояния агроэкосистем для оценки уровня их устойчивости и продуктивного функционирования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

I. Объекты и методы исследовании. Исследования проводили в 1981-2002 г.г. в условиях длительного стационарного опыта: «Эффективность возрастающих доз минеральных удобрений», заложенного в 1937 году на Долгопрудненской агрохимической опытной станции им. ДН. Прянишникова (ДАОС) и стационарного опыта; «Система удобрения сахарной свеклы и других культур в зерносвекловинном севообороте», заложенного в 1936 году во Всероссийском научно-исследовательском институте сахарной свеклы им. А.Л. Мазлумова (ВНИИСС).

Характеристика почвы и услплий исследований длительного опыта ЛАОС. Опытное поле ДАОС расположено в северо-западной части агроклиматического района Московской области. Почвы стационзрного опыта - дерново-подзолистые средне и тяжелосуглинистые на покровном суглинке. Исходная агрохимическая характеристика пахотного горизонта: гумус 1,8-1,9% (»о Тюрину); рНш 5,0-5,5; Нг 1,4-3,5 мг-экв/100г почвы (по Каппе ну); подвижный фосфор

8-13 мг/ЮОг почвы (по Кирсанову); обменный калий 10,0-10,5 мг/ЮОг почвы (по Масловой).

Севооборот:

1-картофель {с 1997г. подсолнечник на силос);

2-кормовая свекла;

3-ячмень.

Исследуемые варианты:

1. Контроль (без удобрений);

2. Навоз 40 т/га;

3. Мг^РшКда (полуторная доза туков);

4. МщРи^о) + 40 т/га навоза;

5. Ы^РшКид (двойная доза туков);

6. N140^1(0^мо + **0 т/га навоза;

7. ЫяоРцоКвю (тройная доза туков);

8.ЫлоР1т«К(|о + 40 т/га навоза,

Плошадь опытной делянки 42 м1, учетной -20 м1. Минеральные удобрения, используемые в опыте: аммиачная селитра, сульфат аммония, натриевая и калийная селитры, двойной суперфосфат. Дозы удобрений приведены в расчете на ротацию, повтори ость вариантов — четырехкратная. Навоз вносили ежегодно при зяблевой вспашке под картофель и кормовую свеклу в дозе 20 т/га. Известкование делянок проводилось при закладке опыта в 1937г., а также в 1970г. и 1981г. Работы по обработке почвы, внесению удобрений, посеву к уходу за культурами осуществлялись в оптимальные сроки в соответствии с агротехническими рекомендациями для Московской области.

Характеристика почяы и условий исследований длительного г>пыта БНИИСС.

Опытное поле ВНИИ сахарной свеклы им. А.Л. Мазлумова расположено в северо-западной части Воронежской области.

Почва стационарного опыта - чернозем выщелоченный малогумусный, среднемошный, тяжелосуглинистый на лессовидном тяжелом суглинке. Исходная агрохимическая характеристика пахотного горизонта: гумус 4,9-5,6% (по Тюрину), рН™. 6,3-6,9; рНка 5,2-6,2; Нг 2,4-3,4 мг-экв/100г почвы (по Каппену), степень насыщенности основаниями 91-94%, подвижный фосфор 8,4-10,9 мг/ЮОг почвы (по Чирикову); обменный калий 8,8-11,1 мг/100г почвы (но Чирикову).

Севооборот:

1 - Пар черный; 2-Озимые; 3 - Сахарная свекла;

4 — Яровые + травы;

5 -Травы 1-го года;

6 - Озимые;

7 — Сахарная свекла;

8 — Яровые; 9-Яровые.

Изучаемые варианты:

1. Контроль (без удобрений);

2. МздР^оКэд + 50 т/га (одна доза туков);

3. МцоРиоК,«, * 25 т/га навоза (двойная доза туков);

4. НгтоРл^К-гто + 25 т/га навоза (тройная доза туков);

5. Нз(<й'Р)(чК)(10 + 50 т/га навоза (повышенная доза туков);

6. МзадРтКмо (высокая доза туков).

Площадь опытной делянки 200 м5, учетной - 50 м1, повторность вариантов трехкратная. Минеральные удобрения, используемые в опыте: аммиачная селитра, простой и двойной суперфосфат, смешанная 30-40% калийная соль. Дозы удобрений приведены в расчете на ротацию. Туки вносили под сахарную свеклу, навоз в пару под озимые. Агротехнические приемы возделывания культур соответствовали зональной агротехнике.

В работе применяли сравнительно-географический, сравнительно-аналитический, стационарный методы исследований в сочетании с .моделированием в лабораторных условиях.

Исследование состава, свойств почв и режимов проводили общепринятыми методами. При выполнении работы использовали также методы изотопных индикаторов, микроморфологии, атом но-абсорбционной спектроскопии; минералогический состав илистой фракции определяли на рентгено-д и фра ктом етре.

Экспериментальные материалы подвергались математической обработке методом дисперсионного анализа.

11, Современные представления о влиянии длительного применения удобрений на состав, свойства н згроэкологлческое состояние почв

В работе приведен анализ отечественной и зарубежной литературы, отражающий современные представления о влиянии длительного применения удобрений на состав, свойства и агрозкологическое состояние почв.

Наиболее полно изучено изменение физико-химических свойств, агрохимических показателей, гумусового состояния под влиянием длительного

применения удобрений. Недостаточно изучены изменения морфологического строения, гранулометрического и минералогического составов, биологических свойств почв, поведения загрязняющих веществ, особенно под влиянием длительного применения минеральных удобрений.

III. Морфологические свойства почв на различных уровнях

структурной организации при длительном применении удобрений

Исследования морфологического строения проводили на макро-, мезо- и микроуровнях.

Различия изучаемых почв по морфологическим признакам проявляются преимущественно в пахотном, подпахотном и переходном горизонтах. Отмечено изменение мощности, окраски, структуры, плотности, пористости, тре-щиноватости этих горизонтов.

Пахотный слой в вариантах с навозом, полуторной и двойной дозой навоз характеризовался повышенной мощностью за счет лучшего сложения, более совершенной агрегированное™, повышенной макро- и мезо пористостью.

По сравнению с контролем почвы этих вариантов отличались увеличенной в 2-3 раза видимой мезо пористостью, а также склонностью к многопорядковой организации почвенных агрегатов. Внешнее и внутреннее строение макроагрегатов преимущественно изометричное, преобладающая ориентация макро- и мезопор не выражена, хотя и проявлялась тенденция к их вертикальной вытянутости.

Применение 3 доз МРК без навоза оказывало отрицательное действие на все вышеперечисленные свойства. Кроме того, в этих вариантах наблюдалось существенное опускание нижней границы горизонта А;В и, соответственно, возрастание мощности элювиальной части профиля, предположительно, за счет усиления элювиальных процессов.

В то же время по сравнению с контролем при внесении минеральных удобрений отмечено 1,5-2-кратное увеличение мезопористости и содержания агрономически ценных изометричных пор. Эти благоприятные изменения в строении норового пространства согласуются с некоторым увеличением содержания гумуса, усилением биологической активности и улучшением структурного состояния почвы. Таким образом, внесение минеральных удобрений, даже в высоких дозах, способствует увеличению объема и нзометрич-ной разветвленности норового пространства пахотного слоя дерново-подзолистых почв по мере общего возрастания его окультуренности.

В почвах черноземного типа изменение морфологических свойств под влиянием длительного применения удобрений выражено в меньшей степени,

но имело ту же направленность, что и в дерново-подзолистых почвах. Это, по-видимому, связано как с более низкими кормами минеральных удобрений, так и более высокой буферностью черноземов по отношению к внешним воздействиям.

IV. Гранулометрический состав, структурное состояние и общие физические свойства исследуемы* почв

В процессе длительного сельскохозяйственного использования дерново-подзолистых почв происходят существенные изменения гранулометрического состава. В почвах контрольного варианта и с внесением только минеральных удобрений наблюдался вынос ила из пахотного слоя. Этот процесс существенно ослаблялся под воздействием органических удобрений. В результате в пахотном слое почв различных вариантов наблюдались существенные изменения содержания физической глины от 34,0% в контроле и 35,]% с тройной дозой ЫРК до 40,3% и 41,9% в вариантах с навозом и с полуторной дозой минеральных удобрений + навоз соответственно. Это привело к тому, что к тяжелосуглинистым можно отнести целинные почвы, а также вариантов с навозом и с полуторной дозой минеральных удобрений + навоз. В остальных вариантах опыта почвы относятся к среднесуглинистым.

В черноземах выщелоченных существенных изменений в гранулометрическом составе не происходило. Закономерности, характерные для дерново-подзолистых почв, проявлялись только в виде тенденции, что можно объяснить сменой промывного типа водного режима, характерного для дерново-подзолистых почв на периодически промывной в выщелоченных черноземах, а также более низкими дозами минеральных удобрений.

В мнкроагрегатном составе дернопо-подзолистых почв наблюдалось увеличение агрономически ценных агрегатов во всех вариантах по сравнению с контрольным, за исключением варианта с тройной дозой ЫРК. Более существенное увеличение происходило в вариантах с навозом и с полуторной дозой ЫРК -<- навоз. Фактор дисперсности (по Качинскому) снижался от 13,8% в контроле до 6,1-10,8% в вариантах с навозом (табл. 1).

В почвах черноземного типа изменения микроагрегатного состава под действием удобрений имели такую же направленность,

В агрегатном составе дерново-подзол истых и черноземных почв наиболее низкие показатели содержания агрономически ценных агрегатов и коэффициентов структурности наблюдались в контрольных вариантах, несколько выше — в вариантах с минеральными удобрениями и наиболее высокие — в вариантах с органическими удобрениями,

Состояние структурности в различных вариантах опыта иа дерново-подзолистых почвах хорошо согласуется с гранулометрическими показателями структурности (по А.Ф. ВадюниноЙ), рассчитанными по данным гранулометрического состава.

Таблица I

Характеристика структурного состояния почв длительных опытов ДАОС и ВНИИСС (числитель А„, 0-25 см, знаменатель АаВ 30-45 см)

Дерново-подзолистые почвы ДАОС Черноземы выщелоченные ВНИИСС

Вариант опыта Р по ВадюниноЙ К^мн ло Качин-скому Кс^ПО Савенкову Вариант Опыта Р по В ад гони кой КдиО! ПО Качкн-^скому К^рпо Сззви-нову

Контроль 21.7 26.8 118 11,4 1.9 Контроль 125 120 йЛ 5,5 2.5

Навоз 28.9 37,5 7,9 2.8 ЫчоРцоКч)-1-5От/га навоза 122 108 12 3,5 12 2.8

2М зм 8.0 2,3 М|воРц»Кцо + 25т/га навоза 112 130 3,7 2А 2.1

40 т/га навоза 212 34,1 7,5 3.0 25т/га навоза 129 117 ±2 4.1 12 3.3

МцоР|»оК)« 25.5 31,3 Ш 10.6 2,3 Ик»РхюК}«> + 50т/га навоза ш 119 12 5,3 12 3,3

40 т/га навоза 212 32.3 12 8,6 2,8 т 126 12 5,5 12 2,1

NN пР;7оКя1о 2АЛ 29,3 14.0 11,0 2,1

40 т/га навоза 27,6 32,2 10.8 2.4 1

В черноземных почвах гранулометрические показатели структурности во всех вариантах опыта были повышенными и существенно не различались, что свидетельствует об их высокой потенциальной способности к о структуры ванию.

Показатели общих физических свойств почв в целом соответствовали их структурному состоянию. Плотность пахотного слоя изменялась от 1,29-1,31 г/см' в вариантах с органическими удобрениями до 1,39 г/см3 в контрольном варианте; общая пористость - от 49-50% в вариантах с навозом до 46-47% в контрольном варианте и с тройной дозой ЫРК.

В черноземах выщелоченных существенных различий общих физических свойств почв в различных вариантах опыта не обнаружено.

V. Влияние длительного применения удобрений »а минералогический состав тонкодислерсных фракций дерн ово-подзо л истых и черноземных почв В илистых фракциях выделенных из дерново-подзолистых почв (табл. 2), установлена характерная для южно-таежной подзоны ассоциация глинистых минералов — преобладают сложные неупорядоченные смешаннослойные образования слюдисто-смектитового и слюдисто-вермикулитового типов (далее смектитовый компонент) и ди-триоктаэдрические гидрослюды. В меньшем количестве присутствуют каолинит, хлорит. Илистые фракции пахотных горизонтов содержат тонкодисперсный кварц и полевые шпаты.

Таблица 2

Минералогический состав илистых фракций л ер ново-подзолистых почв

длительного опыта ДАОС _(в % к сумме основных дифракционных пиков)_

Дифракционные пнки, А

Вариант Горизонт Глубина, 7 ¡0 14-18

опыта см Хлорит/ каолинит Гипрослюды Смсктитоиые компоненты

Контроль А™ АгВ 0-25 30-45 15 14 45 34 40 52

Навоз Анн А]В 0-27 30-45 15 13 42 29 43 58

1,5 дозы ИРК. Лпи А}В 0-25 26-50 15 16 40 24 45 60

1,5 дозы МРК.+ А™ 0-2^ 14 30 50

навоз А,В 30-45 16 23 61

3 дозы ЫРК Аш АгВ 0-25 28-54 12 16 50 35 38 49

3 дош ЫРК * Лп« 0-26 12 49 39

навоз А1В 30-45 15 35 50

Анализ распределения основных минеральных компонентов в пахотных и подпахотных горизонтах свидетельствует об уменьшении количества смек-титового компонента в пахотных горизонтах. Одновременно в этих горизонтах отмечается увеличение количества гидрослюд диоктаэдрического типа, тонкоднсперсного кварца и полевых шпатов.

В илистых фракциях, выделенных из варианта опыта с тройной дозой ЫРК без навоза количество смектитового компонента наименьшее. Здесь же

было отмечено наибольшее количество тонкодисперсного кварца и полевых шпатов.

Анализ фракций дробной пептизашш позволил установить, что агрегаци-онная устойчивость почвенной массы пахотных горизонтов сравнительно невысокая — в воднопептизируемое состояние переходит 25-33 "Л илистого вещества почв. Использование минеральных удобрений без навоза привело к переорганизации тонкодисперсного вещества почв, усилило его пептнзацию. В наибольшей мере этот процесс наблюдается в тонкодисперсной части пахотных горизонтов почв вариантов с наиболее высокими дозами минеральных удобрений (табл.3).

Минералогический состав водопептнзируемого ила (ВПИ) выделенного из пахотного горизонта дерново-подзол истых почв представлен следующими минералами: преобладают гидрослюды дио ктаэдр и чес кого типа в почвах всех вариантов опыта с максимальными их количествами в варианте с тройной дозой МРК, В ВПИ этого же варианта отмечается наибольшее количество тонкодисперсного кварца. АИ содержит большее количество смектитово-го компанента по сравнению с ВПИ в почвах всех вариантов опыта, но наибольшее его количество отмечалось в варианте с навозом (табл.3). Подобное поведение тонкодисперсного вещества при использовании различных доз минеральных удобрений с навозом и без навоза было отмечено в работе П.П. Чижи ко вой (1991).

Как результат наших исследований, так и материалы по гетерогенности тонкодисперсного вещества ряда авторов позволили разделить эту сложную систему на две части:

- унаследованную от естественно-исторической стадии почвообразования, в целом относительно устойчивую, и характеризующуюся своими типовыми особенностями;

- агрогенно трансформированную, по поведению минеральных компонентов существенно отличающуюся от своих естественных аналогов. Основные отличия заключаются в увеличении количества ВПИ за счет процессов механической дезинтеграции глинистого материала. Последнее способствует увеличению подвижности тонкодисперсного вещества, в результате чего формируются более сильно дифференцированные профили почв.

Усиливается процесс десмектизации - удаление смектитовой фазы из пахотного горизонта:

- как результат его разрушения при контакте с атресивно кислым и минеральными удобрениями;

- как результат перехода его в гидрослюдистую фазу при необменной фиксации калия и аммония вносимых удобрений,

Таблица 3

Минералогическим состав фракций < 0,001 мм, полученных методом дробно» пснтшации, пахотного слоя дерново-подмлистых почв длительного опыта ДАОС

Варнзит опита Фракции дробной [типизации % к массе почвы Пшннеше минералы и с мешан номой и не образовании, содерлаииг ео фракциях. % к массе няа Интенсивность отражен«» кварца, мм

мол икн г + хлориг 7А гидрослюда 10А вермихуянг + хлорит-вгрмикулиг 14А слюда-смектиты I7A

ВПИ АН ПСИ ВПН АН 8 ПИ АН ВПИ АИ ВПИ АИ ВПИ АИ

Контроль 3.9 9,2 3.9 27 30 53 50 N 15 6 5 13,0 8,0

liasol 9,3 40 29 2Í 49 43 16 21 6 8 13,5 7,5

1^дозыМРК + мы« 4,5 9,0 4,6 28 29 52 46 14 17 6 8 14,5 13,0

3 Д05и NPK 6,4 9,4 3.7 25 33 55 50 ti 13 4 4 18,0 9,0

Общими остаются характеристики минералогического состава - его преобладающих компонентов во фракциях дробной пептизации. В ВИИ перехолят минералы кластогенной природы, такие как кварц, полевые шпаты, слюды — гидрослюды диоктзэдрического типа, наиболее сильно разупорядочен-ные смектитовые компоненты, ВАИ остаются компоненты наиболее активные в агрегации, т.е. смектитовые компоненты, вермикулиты, трноктаэдри-ее кие гидрослюды, вследствие более высокого заряда.

При изучении изменения минералогического состава илистых фракций, выделенных из черноземов выщелоченных, намн использованы показатели, рекомендуемые Н.П.Чижиковой и Б.Г1. Градусовым (1986) с определением количества и состава тон ко дисперсных фракций (менее I; 1-5; 5-10 мкм).

Наиболее существенные различия в содержании фракции менее 1 мкм отмечаются в вариантах длительного применения удобрений с дозой Г^гоРзьоКз^о и с максимальными дозами минеральных удобрений (К)иРтКт). В ряде вариантов (1ч\оР|гоК«; NnoP240K.11»; М^Р^оК^ю +50 т/га навоза) отмечается более высокое содержание фракции менее 1 мкм в пахотном горизонте. Можно предположить, что в этих вариантах активизируется нроиесс механической дезинтеграции слоистых силикатов из фракций тонкой и средней пыли. Увеличение норм минеральных удобрений сказалось на увеличении количества суммы фракций менее 10 мкм по сравнению с контролем.

Использование высоких доз минеральных удобрений (ИгтЛбоКт и а также техногенные воздействия привели к более существенным различиям в количестве тонкодисперсного материала в пахотных и подпахотных горизонтах, особенно в количестве илистой фракции. Фракции тонкой н средней пыли можно рассматривать как источник пополнения иди-стой фракции при механической дезинтеграции слоистых силикатов.

Основными компонентами фракции менее 1 мкм в черноземах, анализируемых нами, являются сложные неупорядоченные смешаннослойные образования слюда-смектитового типа гидрослюды ди-триоктаэдрнческого типа, каолинит и хлорит (табл. 4).

Смешаннослойные образования верхних горизонтов относятся к категории крайне разупорядоченных. В соответствии с градацией, предложенной Б.П. Градусовым (1976), отмечаются две категории этих образований, В пахотных горизонтах доминируют смешаннослойные образования с низким (менее 50%) содержанием смекгитовы х пакетов, в то же время в подпахотных горизонтах чаще доминируют смешаннослойные слюда-смскгитовые образования с высоким содержанием смектитовых пакетов.

Таблица 4

Минералогически Л состав илиоых фракций черноземов выщелоченных длительного опыта ёШШСС

Содержание в илистой фракции, % Содержание в по'ае, %

Вариант опыта Глубина, см енгшаи-НОСЛОЙНЫС обрам &а-ния разница в содержанки смеша ¡жослой-ньи образований слоев 0-25 и 30-45 см

као.ммит + хлорит гклро-слюды 1002 тндрос ЛЮД каолинит + хлорит гвдро-слюды Смешанно- слойныс образования

Олъп заложек в 1936г.

Контроль 0-25 9,6 53,9 36,5 -6,4 4,4 IX 12,1 га

30-45 4,2 52,9 42,9 10,8 1,0 13,2 10,7

РлсКчо т 0-25 9,9 59,3 30,8 •1.2 4,7 2,1 12,4 6,5

50т/га навом 30-45 6.2 61,8 32,0 5,7 1,2 12,4 6,4

МкоРл^к» + 0-25 9,4 63,0 27,6 -1,7 4,1 2,2 15,1 6,7

т/га навом 30^5 5,4 62,3 32,3 4,8 1,1 13,9 7,2

11 0-25 6,2 59,® 34,0 •8,5 4,6 1.3 13,0 7,4

25 т/га иаеом 30-45 4,9 52,6 42,5 4,8 1,2 12.6 10,1

Опыт заложен в 1992г.

НадРдабКмо+ 0-25 6,6 58,0 35,4 -8,6 3,6 1,8 12,5 ИЗ

50 т/га навоза 30-45 7,4 48,6 44,0 5,0 1,6 14,0 8.4

Ь'шРэюКда 0-25 9,9 52,5 37.6 •6,0 7Д 1,9 9,9 7,2

30-45 7,0 49,4 43,6 6,3 1,7 12,2 10,9

Количество этих образований (как 1-го, так и 2-го типов) в сумме не превышает 44%, наиболее низкие значения составляют 27,6%.

Гидрослюды в исследуемых образцах представлены как дн октаэдр иче-скими, так и триокхаэдрическими разностями. Количество этого компонента ила колеблется от 48,6% до 63,0%. Отмечается более высокое содержание диоктаэдрических структур в пахотных горизонтах. Каолинит в сумме с хлоритом не превышает 10% от суммы слоистых силикатов.

Нами проведен анализ изменения соотношения указанных выше минералов в пределах рассматриваемых горизонтов (пахотный и подпахотный) и сравнение их по вариантам опыта.

В пределах вариантов длительного опыта отмечается четкая тенденция к большему содержанию смектитовой фазы в подпахотном горизонте по сравнению с пахотным. Причем, если в черноземе на делянке с минимальным количеством внесенных удобрений разница в содержании смектитовой фазы составляет 1,2%, то на делянке с более высокой дозой удобрений эта разница достигает 4,7%, а на делянке с дозой ^тоРж^гто - 8,5%.

Механизмы реализации описываемого явления довольно разнообразны: вынос илистых частиц из пахотного горизонта за счет активизации процессов механической дезинтеграции, локального кислотного гидролиза, необменной фиксации калия вносимых калийных удобрений смектитовыми пакетами смешаннослойных образований с переводом их в гидрослюды. Таким образом, длительное антропогенное воздействие в опыте ВНИИСС свидетельствует об изменении количества и качественного состава илистой фракции черноземов.

Прежде всего, отмечается общая тенденция разрушения минералов, обусловленная полями их устойчивости.

Наиболее активно на изменения реакции среды реагируют смешанно-слоГжые образования с высоким содержанием смектитовых пакетов.

Наблюдается процесс десмектизации ила — удаление смектитовой фазы из почвы. Этот процесс можно отнести к категории деградациомных, поскольку с исчезновением смектитовой фазы изменяются в худшую сторону многие физические свойства почв (разрушение агрегатов), физико-химические (снижение емкости обмена катионов), химические (уменьшение запасов различных элементов питания растений).

На фоне разрушения смектитовой фазы, деградации слюд, гидрослюд, хлоритов происходит относительное накопление в тоиких фракциях каолинита.

VI. Физико-химические и агрохимические свойства исследуемых почв

Длительное внесение минеральных удобрений в дерново-подзолистых почвах привело к некоторому снижению суммы обменных оснований по сравнению с контролем; в вариантах с органическими удобрениями она достоверно повышалась. Соответственно сумме обменных оснований изменялись показатели обменной кислотности и степени насыщенности основаниями; существенных различий в гидролитической кислотности не установлено, что можно объяснить периодическим известкованием исследуемых почв.

За время проведения опыта обеспеченность почв обменным калием увеличилась на две градации (от средней до повышенной и высокой), а подвижным фосфором — на три (от средней до повышенной, высокой н очень высокой).

В почвах черноземного типа с увеличением дозы минеральных удобрений увеличивались обменная и гидролитическая кислотность, снижались сумма обменных оснований и степень насыщенности основаниями.

Обеспеченность подвижным фосфором увеличилась от средней до высокой, а обменным калием практически не изменилась. Последнее можно объяснить переходом калия в необменное состояние, частичным выносом в нижнюю часть профиля, а также сравнительно низкими нормами внесенных удобрений.

VII, Гумусовое состояние почв при длительном применении удобрений

Известно, что длительное применение минеральных удобрений не изменяет общей направленности процессов гумусообразования и группового состава гумуса. Соотношение гуминовых и фульвокислст в составе гумуса носит зональный характер. Длительное внесение средних доз органических удобрений приводит к некоторому увеличению содержания гуминовых кислот в составе гумуса и соответственно увеличивается отношение Q к к Групповой состав гумуса в основном характеризует генетические свойства почв и может существенно изменяться только при сильном изменении условий гумусообразования. Поэтому в последние годы при агрономической оценке гумусового состояния большое внимание уделяется содержанию и составу легкоразлагаемого (лабильного) органического вещества (ЛОВ) почв, включающего источники гумуса и детрит.

В связи с этим нами были проведены анализ и агрономическая оценка гумусового состояния исследуемых почв по методике, разработанной Н.Ф. Ган жарой (1988) для почв, достигших квазиравновесного состояния. На основании данных о содержании гумуса, ЛОВ, общего азота, азотаЧПОВ и ко-

личества послеуборочных остатков были рассчитаны показатели степени вы-паханности, а также предельные величины накопления С гумуса и С ЛОВ от 1 тонны ежегодно вносимых органических удобрений. При этом, впервые на примере почв длительного опыта ДАОС нами сделана попытка определить предельные величины накопления гумуса и ЛОВ раздельно за счет внесения навоза и прироста массы послеуборочных остатков от внесения минеральных удобрении. Результаты анализа гумусового состояния дерново-подзолистых почв длительного опыта ДАОС представлены в таблицах 5 и 6.

Таблица 5

Содержанке гумуса, ЛОВ и степень выпахонности пахотного слои

Вариант опыта Гумус ЛОВ ЛОВ к гумусу, % Степень выпахан ноет

% т/га т/[а

балл уровень

Контроль 1,32 45,3 0,15 5 *> 11,4 13.6 средняя

Шаоз 3.3 г/га 1,75 64,1 0,30 11,0 17,2 7.8 слабая

+ 33т/га навоз 2,07 74,8 0,44 15,9 21,2 3,8 очень слабая

М(|)РмКц» + 3,3г/га навоз 2,08 75,7 0,46 16,7 22,1 2,9 очень слабая

NI мРмКл» 1.69 58,7 0,25 6,9 11,8 13.2 средняя

НСРди, 0,28 0,02 [ 1

Таблица 6

Содержание общего азота, азота ЛОВ в пахотном слое _длительною опыта ДАОС_

Париант опыта Лзат почвы Азот ЛОВ М,™ к %

%к 1 массе ! т/га ПОЧВЫ 1 %к массе ЛОВ т/га

Контроль 0,07 2,43 10,9 2,30 0.10 25,0 4,2

Навоз +■ 3,3т/га 0,115 4,22 8,9 2.32 0.26 21,4 6,1

МмРцКт+ 3,3т/га навоз 0,126 4,55 9,5 2,66 0,43 18,3 9,5

3.3т/га навоз 0,128 4,66 9,4 2,68 0,47 19.1 9.4

МгоР^Кио 1 0,111 3,86 8,9 2,85 0,24 17,8 6,3

НСР(_05 0,01 0,002

Содержание, запасы гумуса и ЛОВ, общего азота и азош ЛОВ и пахотном слое закономерно изменялись & соответствии с увеличением количества послеуборочных остатков. Наиболее высокие показатели характерны для вариантов с оргзно-минерэльной системой удобрений.

Почвы этих вариантов имели оптимальные показатели запасов ЛОВ и азота ЛОВ. Они характеризуются как очень слабо вы паханные, в то время как почвы контрольного варианта и вариантов с внесением только органических и только минеральных удобрений относятся к слабо и средневыпаханным.

Предельная величина накопления (ПВН) углерода гумуса ог 1 т навоза, вносимого в расчете за 1 год в течение длительного времени (более 20 лет), составила 3,2 т/га, от прироста 1т массы послеуборочных остатков за счет внесения минеральных удобрений ПВН - 5,0-5,6 т/га. Предельная величина накопления С-овОТ 1т навоза, вносимого в расчете за 1 год в течение длительного времени, составила 0,9 т/га (в условиях квазиравновесного состояния ПВНгу.уи в 3 раза выше ПВНлов)! от прироста массы послеуборочных остатков за счет внесения минеральных удобрений - 0,6 -2,3 т/га. Обращают на себя внимание повышенные показатели ПВН;к>и в вариантах с органе-минеральной системой удобрений, что, по-видимому, связано с существенным улучшением условий гумусообразования. Более высокие показатели ПВН Сгуи-,ч и Сдоз за счет послеуборочных остатков, по-видимому, можно объяснить лучшими условиями гумификации, создаваемыми за счет более тесного их контакта с твердой фазой почв, а также более широкого отношения С:Ы по сравнению с навозом,

В почвах черноземного типа изменения содержания гумуса и ЛОВ в вариантах с различными дозами удобрений выражены значительно в меньшей степени по сравнению с дерново-подзолистыми (табл.7). Достоверные различия проявились только между показателями контрольного варианта, варианта с длительным внесением 50 т/га навоза и всеми остальными. Это связано с пониженными нормами как органических (0,9-1,8 т/га сухого вещества в год), ток и минеральных удобрений.

Содержание ЛОВ в составе гумуса в черноземах выщелоченных также значительно ниже. Почвы всех вариантов характеризуются как сильновыпахан-ные (табл.7).

Запасы азота ЛОВ в пахотном слое черноземов выщелоченных значительно ниже, чем в дерново-подзолистых почвах, и составили 53-146 кг/га (табл.8). Если учесть, что для получения I т зерна вместе с соломой требуется 30-40 кг азота, этих запасов достаточно для получения всего лишь 0,5-1,5 т зерна (при 50% использовании азота ЛОВ растениями). В то же время в дерново-подзолистых почвах длительного опыта ДАОС запасов азота ЛОВ достаточно для получения 1-6 т зерна. Очевидно, что использование сущест-

вующих запасов азота ЛОВ происходит в течение ряда лет и по данным Н.Ф. Ганжары (1988) в год растениями выносится примерно 20% азота ЛОВ от общих его запасов. Пониженное содержание азота в составе ЛОВ черноземов и более широкое отношение С^ в составе ЛОВ, по-видимому, связаны с низким уровнем применения азотных удобрений в данном опыте.

Таблица 7

Содержание гумуса, ЛОВ и степень выпаханностн пахотного слоя

чернозема выщелоченного длительного опыта ВНИИСС_

Вариант опыта (среднегодовые доты удобрений) Гумус ЛОВ ЛОВ к гумусу, % Степень вьтахам н ости

% т/га % 1 т/га балл 1 уровень

Контроль 4.93 151,8 0,10 3.1 2,0 23,0 сильная

ИоРЦК,»* 1.8 т/га навоз 5,27 159,4 0,28 8,5 5.3 19,7 сильная

МмРаХа, 0,9 г/га навоз 5.1! 153,1 0,22 6,6 4,3 20,7 сильная

М3(,Р*Кк> -0,9 т/га навоз 5,К 155,4 0,22 6,7 4,2 20,8 сильная

М)5Р»КМ + 1 ,8 т/га навоз 5,15 154,3 0,23 6,9 4,5 20,5 сильная

5,10 152,8 0,22 6,6 4,3 20.7 сильная

0.13 0,02 1

Таблица 8

Содержание общего азота, азота ЛОВ о пахотном слое чернозема _выщелоченного длительного опыта ВНИИСС___

Вариант опыта (среднегодовые доил удобрений) Азот почвы АЗОТ ЛОВ Ныв к * 1'ич № < %

% г/га С;М % к массе ЛОВ кг/га

Контроль 0,30 9,2 9.6 1.70 53 29,2 0.6

№юРцКц) + 1,8т/га навоз 0,32 9.7 9,7 1.72 146 32,5 1,5

МиР*Км+ 0,9т/го навоз 0.31 9.3 9.7 1,72 ИЗ 29.5 1.2

М)о?мК;о ■*■ 0,9т/га навоз 0,30 9,0 10,0 1.67 112 29.9 1,2

М„Р»Км+ 1,8т/га навоз 0,30 9,0 10,0 1,73 119 28.9 1.3

0,31 9.3 9,7 1.74 113 28,7 1,2

ПВН Сдш и обеспеченность азотом ЛОВ в черноземах выщелоченных были также ниже по сравнению с дерново-подзолистыми почвами, что связано как с невысокими нормами удобрений, так и с более высокими темпами минерализации послеуборочных остатков.

VIII. Биологические свойства почв и состояние микробного ценоза в условиях длительного окультуривания

Для характеристики биологической активности используют показатели численности различных групп микроорганизмов к активности различных ферментов. Интегральным показателем биологической активности многие исследователи считают продуцирование почвой углекислого газа или поглощение кислорода за определенный промежуток времени.

8.1 Состав и численность микроорганизмов

Максимальная численность практически всех изучаемых групп микроорганизмов в почвах ДАОС наблюдалась в вариантах с органо-минеральной системой земледелия, затем в порядке убывания следовали: навоз - минеральные удобрения - контроль. Исключение составили грибы, определяемые на среде Чапека, где различия между вариантами были выражены еще в меньшей степени.

Такие же закономерности в численности микроорганизмов наблюдались в черноземных почвах различных вариантов опыта ВНИИСС. В этих почвах не обнаружено зависимости численности актиномицетов ог вида и дозы удобрений, а целлюлозоразлаг&ющих, денитрификаторов и грибов, определяемых на среде Чапека — проявлялась только в виде тенденции.

8.2 Интенсивность «дыхания» почв

Длительное применение удобрений повысило напряженность биологических процессов в дерново-подзолистых почвах. Максимальное выделение COi в период колошения ячменя (170-210 мг/м3 в час) наблюдалось в вариантах: навоз 40 т/га, NjjjPujKw f 40 т/га навоза и М^Р^К,« ■+■ 40 т/га навоза (105-150 мг/м1 в час) - при внесении повышенной дозы NPK без навоза (NjioPitüKkio) и только 100-115 мг/м1 в час - в почвах контрольного варианта. В другие более ранние фазы развития растений уровень эмиссии COi постепенно снижался ко времени появления всходов до 40-120 мг/м1 в час; при этом различия между вариантами остались существенными и носили тот же характер.

8.3 Ферментативная активность почв В реакции почв на длительное окультуривание (в том числе внесение удобрений) особая роль принадлежит биохимическим процессам, которые катализируются рядом почвенных ферментов.

Внесение навоза резко повышало активность катал азы в пахотном слое. Минеральные удобрения оказывали незначительное положительное влияние на каталазную активность. Применение навоза с полуторной и двойной дозой минеральных туков (МзяРп*1Сю1 + 40 т/га навоза и ЫцоРииК)^ + 40 т/га навоза) способствовало повышению активности катал азы в почве.

Активность каталазы снижалась в подпахотном слое, что связано с более низким содержанием органических веществ и слабой биологической активностью.

IX. Влияние длительного применения удобрений на поведение загрязняющих веществ в почве

В проблеме загрязнения агроландшафтов химическими веществами наиболее актуальными являются вопросы, связанные с поведением тяжелых металлов, радионуклидов и пестицидов в почвах.

9.1 Тяжелые металлы. Минеральные удобрения содержат повышенные концентрации примесей тяжелых металлов и вызывают изменения агроэкологии ее кого состояния почв.

Содержание подвижных форм тяжелых металлов как в дерново-подзолистых почвах, так и в черноземах выщелоченных превышали ПДК (ОДК) по свинцу, никелю и меди. Применение навоэно-минеральных систем удобрений в дерново-подзолистых почвах привело к некоторому увеличению содержания подвижных форм марганца, кадмия и цинка. Полученные данные подтверждают необходимость регулярного контроля содержания примесей тяжелых металлов, как в минеральных, так и в органических удобрениях,

9Л Радионуклиды Результаты лабораторного эксперимента показали, что высокие нормы минеральных удобрений на дерново-подзолистых почвах снижают устойчивость почвы к загрязнению радионуклидом '"Сз, о чем свидетельствует увеличение доли подвижных и снижение доли фиксированных форм (табл. 9). Изменение содержания фиксированных форм 13'Сэ под влиянием минеральных удобрений косвенно свидетельствует об изменениях минералогической основы почвы. Чернозем выщелоченный более прочно фиксировал 13'Сз.

Различия в формах радиоцезия по вариантам опыта черноземов незначительны, что связано с их более высокой сорбиионной способностью.

Таблица 9

Влияние длительного применения удобрений на состояние _внесенного |Д,С5 в Лм> исследуемых почв_ _

Вариант опыта Форма "'Сз в почве, в % к внесенному количеству

водорастворимая оОченная кислот- \ Прочмофиксн-растворимая [ рованная

Дерново-подзолистые почвы ДАОС

Контроль 1,8 ( 26,4 1 36,1 1 35,5

^иРц^Кд^ 4-401/го на&ои -ОЗ [ +МЛ 1 +6,5 -17,2

N1 -0,8 »-20,6 1 +5.8 -45,4

НСРо« 0.1 | 5,6 1 5.9

Черноземы выщелоченные ВНИИСС

Контроль 0,97 25.9 24,8 48,2

МччРцэКъч + 50г/(з извоза +0,1 + 1,7 +0.3 -2,1

М^РмЛю + 25т/га нааоча +0,1 +3.2 +2,7 -6,2

Мгч.Р^оКгтч + 25т/га нав™ +1.К +0,8 -2.7

50т/га нааоза -0,3 +2.4 +3.7 -5,8

+0,1 +0,3 -2.4 + 1,9

НСРом 0,1 6,3 5,7 -

93 Отношение к пестицидам (на примере гербицида 2,4-Д)

Лабораторные эксперименты по детоксикации гербицида 2,4-Д в почвах длительных опытов показали, что черноземы сильнее связывают гербицид в связи с более высоким содержанием органического вещества. Внесение навоза в сочетании с минеральными удобрениями несколько увеличивало скорость разложения гербицида в связи с увеличением биологической активности почв этих вариантов.

X. В непродуктивность агроиенозов при длительном применении удобрений

К настоящему времени накоплен обширный материал, позволяющий сопоставить продуктивность природных экосистем в различных почвенно-б и окли магических зонах (Н.И. Базилевич и др., 1982; А.А. Тнтля нова,1988).

Биопродуктивность агроценоза — важнейший интегральный показатель уровня плодородия почвы и устойчивости агроэкосистемы, который во многом зависит от структуры севооборотов, свойств почв и климатических условий.

Применение удобрений на дерново-подзолистых почвах повышало урожайность культур на всех опытных делянках по сравнению с контролем в среднем в 1,5-2раза(табл, 10).

Внесение полуторной и двойной доз минеральных удобрений на фоне 40т/га навоза (Из^Р^Кда и МыоРютКчо) привело к росту урожайности картофеля и подсолнечника по отношению к вариантам с внесением одного навоза (40т/га) и тройкой дозы минеральных удобрений (ЫяЛмКщ.).

Таблица 10

Влияние длительного применения удобрений па урожайность сельскохозяйственных культур и биопродуктивность севооборота _ на дерново-подзолистых почвах ДАОС_

Вариант опыта Урожай основной продукции, т/га Бноп ро лу ктивность ссноиборога

картофель подсолнечник ячмень т/га сух. вещ. в год изменение, %к контролю

среднее за 1937-1996 г. г. среднее за 1997-2000 г.г. среднее за 1937-1996 г.г. среднее за 1997-2000 г.г.

Контроль 14,5 14,9 [ 1,75 1,78 5.9 -

Навол ¿От/га 20,8 22.0 2,53 2,36 6,7 + 13.S

NijiPmlCws <-4От/га навоз 29,0 30,3 3,44 ! 3,03 1 9.2 «■55,9

NHSPiioK?« + 1 40т/га навоз 1 ' 30,6 3.50 3,10 9.3 +57,6

N;iüPj>cKjto 27,6 J 28,8 3.47 2,94 8,8 +49,1

НС Рад, | 1.2 | 1,4 0,19 0.16 j -

Бнопродуктивность природной экосистемы в таежно-лесной почвенпо-биоклимэтической зоне на почвах подзолистого типа составляет 2,5-5,6 т/га сухого вещества в год (Н.И. Базилевнч, 1982; A.A. Титлянова, 1988). На средне и тяжелосуглинистых дерново-подзолистых почвах в условиях зерно-пропашного севооборота биопродуктивность агроценоза по сравнению с природными экосистемами возрастала в 1,5-2 раза, при этом максимальные значения-9,2 и 9,3 т/га сухого вещества в год достигались при внесении полуторной и двойной доз минеральных удобрений на фоне навоза.

Внесение удобрений на черноземе выщелоченном обеспечивает значительные, по сравнению с контролем, прибавки урожая сахарной свеклы и озимой пшеницы (табл.11).

Максимальная урожайность корнеплодов сахарной свеклы отмечается в варианте с двойной дозой минеральных удобрений на фоне умеренной нор-

мы навоза (Nll0PwKis) + 25т/га навоз) и на делянке с минеральной системой удобрений (NjggPjjoKjio). Наибольшая прибавка урожая озимой пшеницы получена при использовании навозно-минеральной системы удобрений -N,wPxoK,w+ 25 т/га навоз (5,3 ц/га).

Природные экосистемы в лесостепной почвенно-биоклиматкческоИ зоне на черноземах выщелоченных обладают биопродуктивностью 16,9-20,5 т/га сухого вещества в год (Н.И. Еазилевич, О.С. Гребеншиков, A.A. Тишков, 1986).

Таблица 11

Влияние длительного применения удобрений на урожайность сельскохозяйственных культур и биопродуктивность севооборота

на черноземах выщелоченных ВНИНСС

Вариант опыта Урожайность основной продукции, т/та Биопродукти в ность

сахарная свекла озимая пшеница изменение, У» к контролю

среднее за 1937-1996 г, г* среднее за 1937-1996 г.г. вещ. в год

Контроль 25,5 ' 3.79 10,49 -

5 От/га навоз 31,8 3,88 12,77 +21,7

NtioPito&i» +■ 25т/га навоз 31,2 4,12 | 12,64 +20,4

Nii'.PjwKjr»* 25 т/гз навоз 32,2 4.32 13.07 , 1-24.5

Nj(„P}(,)Kiki) 33,4 4Д1 ! 3,46 ♦28.3

НСРш 5,2 0,22 - -

Биопродуктивность зерносветсловичного севооборота на черноземах выщелоченных, по сравнению с природными экосистемами, понижалась в 1,5-2 раза даже на вариантах с максимальной урожайностью сельскохозяйственных культур. При внесении двойной дозы минеральных удобрений на фоне умеренной нормы навоза (ЫцгР^Кио + 25 т/га навоз) и минеральной системы удобрения (МэмРлоКш ) отмечаются наибольшие значения биопродуктивности.

XI, Агроэкологнческое состояние дерново-лодзолкстьтх и черноземных почв в условиях длительного применения удобрений

Минеральные и органические удобрения оказывают влияние на агрономические свойства почв, определяющие уровень потенциального плодородия и устойчивость агроэкоеистемы в целом.

Для комплексной оценки сумм положительных и негативных изменений структурных и функциональных показателей и функционирования агрозко-систем под влиянием агрогенных факторов мы предлагаем использовать индекс состояния атроэкосистемы (ИСА):

Ш-ТО

ИСА=

п

где ЕП - сумма положительных изменений параметров, н % к контролю; 1-0 - сумма негативных (отрицательных) изменений параметров в % к контролю; п — количество параметров. Очевидно, что чем выше значение ИСА, тем более благоприятно сказывается длительное окультуривание на состояние почвы и агроэкосистемы в целом. На рисунках 1 и 2 представлена оценка изменения агроэ коло гич ее кого состояния дерново-подзолистых и черноземных почв под влиянием длительного применения удобрений.

В таблице 12 представлены результаты расчета индекса состояния агроэкосистемы исследуемых почв.

Таблица 12

Комплексной оценка изменении агротдологического состояния агроценозов ДАОС к ВНИИСС под влиянием длительного применения удобрений

Вариант опыта 1П £0 ПСА

Дер ново-подзолистые тяжелосуглинистые почвы

Иа&сиЧи т/га 663,70 13,04 40,7

<■ 40 т'га навоз 1179,04 53,50 62.5

М)*сРгк>Кио + 40 т/та навоз 1072,10 13,46 70,6

Мя^РцоКат 716,91 174,21 30.2

Черноземы выщелоченние тяже л осу глинистые

МмР|2(Кдо + 50 т/га навоз 402,87 35,09 23.0

МтРг^К.)« + 25 т/га навои 373.53 47.42 20.3

•ЧгтоРздКга + 25 т/га ндаоз 453,33 33,10 26.3

+ 51) т/га нави! 312,37 62,00 16.7

МиоРмоКщ 263,62 120.21 9.0

На дер ново-подзол истых почвах наибольшими значениями ИСА характеризуются варианты с применением навоз но-минеральных систем удобрений + 40 т/га навоз и МмоРн^яо * 40 т/га навоз) 62,5 и 70,6 соответственно.

■»í

Рис. 2 Оценка изменения агрлэ«алогического состояния черноземов выщелоченных ВНИИСС

На черноземах выщелоченных максимальное значение индекса состояния агросистемы соответствует варианту с применением тройной дозы минеральных удобрений с умеренной нормой навоза - Ыг^РзыК^а + 25 т/га навоз (ИСЛ=26,3).

Максимальные индексы характеризуют наиболее оптимальные системы удобрений, обеспечивающие поддержание эффективного и потенциального плодородия почв, устойчивое функционирование а)роценозов по сравнению с другими вариантами длительных опытов.

Результаты расчетов ИСА показали, что длительное применение удобрений привело к более существенным положительным изменениям дерново-подзолистых почв, чем выщелоченных черноземов, что связано как с более высокой устойчивостью черноземов, так и относительно низкими дозами применяемых удобрений,

ВЫВОДЫ

Комплексное изучение строения, состава, важнейших экологически значимых свойств и биопродуктивности дерново-подзолистых и черноземных почв в условиях длительного применения органических и минеральных удобрений на стационарных опытах Долгопрудной опытной станции им. Д.Н. Прянишникова (ДАОС), заложенного в 1937г., и во Всероссийском научно* исследовательском институте сахарной свеклы им. А.Л, Мазлумова (ВНИИСС), заложенного в 193бг, позволило сделать следующие выводы.

1. Морфологические исследования дерново-подзолистых почв на макро-, мезо- и микроуровнях показали, что верхние 6 см пахотного слоя на всех вариантах опыта имели рыхлое сложение и высокую межагрегатную пористость, обусловленные частым рыхлением. В средней н нижней частях пахотного слоя резко увеличивалась плотность почвы на макроуровне и проявлялись качественные различия между вариантами в строении твердой фазы и пористости.

Пахотный слой в вариантах с навозом характеризовался повышенной мощностью, наилучшим сложением, более совершенной микроагрегирован-ностью, мезо- и микропористостью и устойчивой к уплотнению комковатой структурой.

В пахотном слое почв вариантов с высокими дозами минеральных удобрений морфологические свойства изменились неоднозначно. С одной стороны, для них характерно массивное строение с низкой макропористостью, у них более выражены признаки оподзолинания (отбеливания и обезиливання), как в пахотном, так и в нижележащих горизонтах, с другой - существенное увеличение (в 1,5-2 раза) объема мезопор и рост содержания агрономически

27

ценных изометрнчных изрезанных мезопор, что свидетельствует о Солее высокой степени их окультуренности по сравнению с контролем.

Различия в морфологических признаках длительно удобряемых черноземных почв менее выражены, однако в вариантах с повышенными нормами навоза и минеральных удобрений улучшались показатели структурного состояния и характер пористости.

2. В гранулометрическом составе дер но во-подзол истых почв наблюдался вынос ила из пахотного слоя. Этот процесс заметно усиливался под действием высоких доз минеральных удобрений и существенно ослаблялся под действием органических. В результате в пахотном слое снижалось содержание физической глины и почвы многих вариантов перешли из разновидности тяжелосуглинистых в среднесугл инистые.

В гранулометрическом составе черноземов выщелоченных существенных изменений под влиянием удобрений не обнаружено; закономерности, характерные для дерново-подзолистых почв, проявлялись только в виде тенденции, что можно объяснить более высокой буферностью этих почв к внешним воздействиям,

3. В мнкроагрегаточ составе дерново-подзолистых почв наблюдалось увеличение агрономически ценных агрегатов под действием удобрений во всех вариантах по сравнению с контролем. Более существенное положительное влияние на микроагрегатный состав этих почв ока ил и органические удобрения. В черноземных почвах на фоне более высокого общего содержания агрономически ценных агрегатов отмечены такие же закономерности изменения мнкроагрегагтного состава под действием органических и минеральных удобрений.

В агрегатном составе дерново-подзолистых и черноземных почв показатели содержания агрономически ценных агрегатов и коэффициенты структурности увеличивались в ряду контроль - минеральные удобрения - орган-но-минеральные системы удобрений.

Закономерные изменения плотности и общей порозности, соответствующие изменению агрегатного состава, наблюдались только в дерново-подзолистых почвах.

4. Исследования минералогического состава дерново-подзолистых и черноземных почв показали наличие перераспределения смешан нос.тайных минералов слюда-смектитового типа между пахотными и подпахотными горизонтами за счет усиления процессов элювнированця, связанных с агрогенным воздействием.

В дерново-подзолистых почвах происходило увеличение водно-пептизируе.мого ила под воздействием минеральных удобрений, что обу-

2У

словлено дезинтеграцией части природно-агрегированных и лов под влиянием минеральных удобрений,

5. Длительное применение удобрений в дерново-подзолистых и черноземных почвах привело к существенному изменению физико-химических свойств и агрохимических показателей почв. Минеральные удобрения увеличивали кислотность, снижали показатели суммы обменных оснований и степени насыщенности основаниями. Органические - существенно сдерживали негативные изменения.

Содержание подвижного фосфора и обменного калия с увеличением дозы минеральных удобрений увеличивалось на 2-3 градации, за исключением обменного калия в черноземах выщелоченных.

Некоторые различия в изменении физико-химических и агрохимических показа1елей а дерноно-подзолистых и черноземных почвах можно объяснить существе ни км и различиями состава ЛПК, связанными с разными уровнями гумуснрованности и качественным составом гумуса исследуемых почв.

6. Предельная величина накопления (11ВН) Сгг.,(1 от I т навоза, вносимого в течение длительного времени, в дерново-подзол истых почвах составила 3.2 т, а от I т прироста массы послеуборочных остатков за счет минеральных удобрений —5,0-5,6 т,

В черноземах выщелоченных Г1ВН С|>му(1, С поп и обеспеченность азотом ЛОВ были ниже по сравнению с дерново-подзол исты ми почвами, что объясняется невысокими нормами удобрений и более высокими темпами минерализации послеуборочных остатков.

7. Наиболее низкие показатели степени выпаханности в опыте на дерново-подзолистых почвах наблюдались в вариантах с органо-минеральной системой удобрений и в варианте с навозом. Почвы этих вариантов отнесены к очень слабо и слабовыпаханным. Почвы контрольного варианта и вариантов с минеральными удобрениями отнесены к средневыпаханнкм.

Показатели степени выпаханности дерново-подзол истых почв хорошо согласуются с изменением физических, физико-химических и биологических свойств в соответствующих вариантах опыта.

Черноземы выщелоченные всех вариантов опыта имели очень высокие показатели степени вынаханностп и отнесены к сильновынаханным, что связано с низким уровнем поступления в эти почвы источников гумуса,

8. Под влиянием длительного применения удобрений закономерно изменялись биологические свойства почв. Максимальная численность практически всех групп микроорганизмов наблюдалась в вариантах с дргано-минеральной системой удобрений. Эти же варианты характеризовались повышенной активностью каталазы и наиболее высокими показателями эмиссии углекислого газа.

9. Длительное применение органических и минеральных удобрений приводит к увеличению подвижности ,17С5 в дерново-подзолистых почвах и в меньшей степени в черноземах выщелоченных, что связано с соответствующими изменениями состава и концентрации почвенных растворов и почвен-но-поглощающего комплекса почв, а также состояния почвенных алюмосиликатов фиксирующих шСз. Удобрения, повышая биологическую активность, усиливают детоксицирующую способность дерново-подзол истых и черноземных почв по отношению к гербициду 2,4-Д.

При длительном внесении минеральных и органических удобрений возможно увеличение подвижных форм тяжелых металлов, что подтверждает необходимость контроля качества вносимых удобрений и мониторинга состояния загрязненности почв.

Научно-практические рекомендации

1. Способ комплексной оценки агрозкояогического состояния агроцено-зов с использованием индекса состояния агроэкосистемы (ПСА) рекомендуется использовать при анализе результатов длительных опытов.

2. Повышенные дозы минеральных удобрений на дерново-подзол истых и черноземах почвах рекомендуется использовать только в сочетании с органическими удобрениями, что обеспечивает удовлетворительное а гроэ кол отческое состояние почв и устойчивое функционирование агроценозов.

3. Проведенная комплексная оценка агробиологического состояния агроценозов позволила выбрать оптимальные варианты опытов из числа изученных и рекомендовать их для аналогичных севооборотов.

Для дерново-подзолистых суглинистых почв Московской области рекомендуется навозно-минеральная система удобрений с полуторной и двойной дозами минеральных удобрений N2^.110? 1 »и «0^05.5 »о на фоне 40 т/га навоза за ротацию 3-польного севооборота.

Для черноземов выщелоченных Воронежской области рекомендуется навозно-минеральная система удобрений с двойной и тройной дозами минеральных удобрений N18|),}7оР;4».«К 1 ио-гю на фоне умеренной нормы навоза 25 т/га за ротацию 9-польного севооборота. Указанные системы удобрений обеспечивают удовлетворительное состояние данных зональных типов почв и устойчивое функционирование агроценозов.

Работы, опубликованные но теме диссертации

1. Панов Н.П., Баiíбеков Р.Ф. Влияние длительного применения удобрений на минералогический состав илистых фракций дерново-подзолистых почв / ВНШТЭнСХ ВАСХНИЛ. - .\í202-BC-85, - У?8. - 1985.-40 с.

2. Стратонович М.В., Байбеков Р.Ф. Изучение влияния длительного применения удобрений на активность каталазы дерн ово-г.одзо л истой почвы / ВНИИТЭиСХ ВАСХНИЛ. - >203-В С-85. - №8. -1985,-40 с.

3. Байбеков Р.Ф. Влияние длительного применения удобрений на физические и биологические свойства дерново-подзолистых почи: Автореф. дисс. канд. биол. наук, - М„ 1985. - 21 с.

4. Байбеков Р.Ф., Скворцова Е.Б. Влияние длительного применения удобрений на мнкростроение почв. - Тезисы 7 делег. съезда BOI1, часть 4. -Ташкент, 1985,-С. 157.

5. Байбеков Р.Ф., Панов H.H., Стратонович М.С. Плодородие дерново-подзолистых почв при длительном удобрении // Вестник с/х наук. - 1986. ->3. - 29 с.

6. Байбеков Р.Ф. Физические свойства почв при длительном применении удобрений, — Тезисы 8 делег. съезда ВОП, часть I, - Новосибирск, 1989. — С. 88.

7. Панов Н.П., Байбеков Р.Ф, Почвенные условия и эффективность удобрений, - Труды Варшавской с/х академии. - Варшава, 1989, - С. 1720.

8. Стратонович М.В., Байбеков Р,Ф„ Хлыстовский АЛ- Ферментативная активность дерново-подзолистых почв при длительном применении удобрений,-Сб. науч. трудовТСХА.-М., 1989.-С. 51-54.

9. Байбеков Р.Ф,, Гущин В.П. Методическое руководство для проведения практики по физике почв.-М.: Иэд-во МСХА, 1991.-37 с.

10. Байбеков Р.Ф. Физические свойства сероземных почв при длительном применении удобрений. - Научные труды УНИИ хлопка. - Ташкент, (992, - 76-79 с.

11. Байбеков Р.Ф., Панов Н.П, Изменение плотности почв при длительном применении удобрений. - Материалы докладов коиф. проф.-препод. состава с.-х. факультета. - М.: Изд-во УДН, 1991,- 15-17 с.

12. Скворцова Е.Б., Байбеков Р.Ф., Достовалова Е.В. Микроморфологическое строение дерново-подзолистой почвы при длительном применении удобрений // Почвоведение, — 1992. - .Nil 2. — С. 5.

13. Байбеков Р.Ф., Панов Н.П., Скворцова Е,Б„ Есипова Е.Б. Влияние длительного применения высоких доз минеральных и органических удобрений на строение профиля дерново-подзолистой почвы // Известия ТСХА. - Вып. 4. - 1998. - С. 61-69.

14. Байбеков Р.Ф., Кузнецов A.B., Есипова Е.Б. Влияние длительного применения удобрений на содержание тяжелых металлов в сероземах

типичных // Антропогенная деградация почвенного покрова и меры ее предупреждения: Тезисы и доклады Всерос. конф. Т. 1. - М.: Почв, ин-т им. В.В. Докучаева, 1998. - С. 209-210.

15. Панов Н.П., Байбеков Р.Ф., Есинова Е.Б. Изменение минералогического состава илистой фракции дерново-подзолистых почв при длительном применении удобрений // Антропогенная деградация почвенного покрова и меры ее предупреждения: Тезисы и доклады Всерос. конф, Т. 1. - М.: Почв, ин-т им. В.В. Докучаева, 1998,-С, 280-281,

16. Сюняев Х.Х., Бай беков Р.Ф., Сюняева О. И. Сборник задач по курсу «Почвоведение». - Часть I. Физика и химия почв. К.Ф. МСХА, - Калуга, 2 ООО. - 9 с.

17. Сюняева О.И., Байбеков Р.Ф. Методическое пособие курса «Почвоведение»: Физика и химия почв. К.Ф. МСХА. — Калуга, 2000. - 50 с.

18. Baybekow R.F., Savich V.!. The soil changes under intensive chemîcaltzation of agriculture. - Thîrd international congress of the European sosiety for soil conservation (ESSC) Man and soil at the third milienium Valencia (Spaîn). -2000. - 2 p.

19. Байбеков Р.Ф., Есипова Е.Б Влияние длительного применения удобрений на содержание гумуса в сероземе типичном // Тезисы конф. 70-летия ВИУА.-М,, 2001.

20. Есипова Е.Б., Байбеков Р.Ф. Влияние длительного применения удобрений на содержание и фракционный состав гумуса чернозема выщелоченного // Тезисы конф. 70-летия ВИУА.-М., 2001.

21. Байбеков Р.Ф., Есипова Е.Б. Влияние длительного при.ченеиня удобрений на микроморфологическое строение чернозема типичного И Тезисы конф. Почв, ин-та им. В.В. Докучаева. -М„ 2001.

22. Байбеков Р.Ф., Колтыхов Д.ГО, Влияние последействия длительного применения удобрений на поведение !)7Cs в различных типах почв. -Бюллетень ВИУА, №115. -М., 2001.

23. Колтыхов Д.Ю., Фокин Л.Д., Байбеков Р.Ф. Разложение гербицида 2,4-Д в разноудобренных почвах различного типа // Докл. ТСХА. — 2002. — Вып. 274.-С. 584-586.

24. Байбеков Р.Ф., Савич В.И., Банников В.Н. Оценка способности почв к поддержанию концентрации ионов в почвенном растворе при их отчуждении с урожаем. В сб. Создание высокопродуктивных агроэкосистем на основе новой программы природопользования. - БГАУ, УФА, 2001.-С. 44-47.

25. Ганжара Н.Ф., Борисов Б.А., Байбеков Р.Ф. Практикум по почвоведению / Под ред. Ганжары Н.Ф. — М.: Агроконсалт, 2002. - 280 с.

26. Савич В.И., Байбеков Р.Ф,, Банников В.Н, Физические свойства почв, как матрица их плодородия. В сб. "Устойчивость почв к естественным и антропогенным воздействиям". — М., 2002. - С, 85.

27. Савич В.И., Санчес П„ Банников В.Н., Амергужин Х.А., Байбеков Р,Ф. Оценка способности почв к поддержанию концентрации ионов в почвенном растворе при их отчуждении с урожаем // Агрохимия. - 2002. -Nil 0,-С. 5-10.

28. Бай беков Р.Ф. Агроэкологическое состояние почв при длительном применении удобрений. - М.: Изд-во МСХА, 2003. - 155 с,

29. Ганжара Н.Ф., Байбеков Р,Ф„ Верзилин В.В. Состояние органического вещества дерново-подзолистых и черноземных почв в условиях длительного применения удобрений. - Агрохимический вестник №3, -2003. - С . 24-25.

30. Байбеков Р.Ф., Колтыхов Д.ЕО. Агроэкологическое состояние дерново-подзолистых и черноземных почв в условиях длительного применения удобрений, — Агрохимический вестник №3 - 2003. - С. 25-26.

31.Панов Н.П., Байбеков Р.Ф., Амергужин Х.А., Банников В.Н, Отрицательное действие минеральных удобрений на плодородие дерново-подзолнетых почв при несбалансированном их применении и неравномерном внесении, — Вестник с/х наук.

32. Сюняев Х.Х., Байбеков Р,Ф„ Сюняева О.И. Почвоведение с основами геологии // Методическое пособие. - К.Ф, МСХА. - Калуга, 2003. - 33 с.

33. Байбеков Р.Ф. Агроз ко логическое состояние почв при длительном применении удобрений, - М.т ЦИНАО, 2003, -192 с.

Объем 2,25 п,л.

Тираж ЮОэкз.

Зак. 260

АНО «Издательство МСХА» 127550, Москва, ул. Тимирязевская, 44

f/Ч