Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Влияние длительного применения удобрений на органическое вещество лугово-черноземной почвы и урожайность зерна яровой пшеницы в южной лесостепи Западной Сибири

ВАК РФ 06.01.04, Агрохимия

Автореферат диссертации по теме "Влияние длительного применения удобрений на органическое вещество лугово-черноземной почвы и урожайность зерна яровой пшеницы в южной лесостепи Западной Сибири"

На правах рукописи

Балабанова Наталья Федоровна

ВЛИЯНИЕ ДЛИТЕЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ УДОБРЕНИЙ НА ОРГАНИЧЕСКОЕ ВЕЩЕСТВО ЛУГОВО-ЧЕРНОЗЕМНОЙ ПОЧВЫ И УРОЖАЙНОСТЬ ЗЕРНА ЯРОВОЙ ПШЕНИЦЫ В ЮЖНОЙ ЛЕСОСТЕПИ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ

06.01.04 - агрохимия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

5 ДЕК 2013

Новосибирск - 2013

005542614

005542614

Работа выполнена в лаборатории агрохимии ГНУ «Сибирский научно-исследовательский институт сельского хозяйства» Российской академии сельскохозяйственных наук в 2009-2011 гг.

Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук, доцент

Воронкова Наталья Артемовна

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, доцент

Шарков Иван Николаевич,

заведующий лабораторией плодородия почв Сибирского НИИ земледелия и химизации сельского хозяйства Россельхозакадемии

кандидат биологических наук Макарикова Римма Павловна, старший научный сотрудник лаборатории агрохимии Института почвоведения и агрохимии СО РАН

Ведущая организация: Государственный аграрный университет

Северного Зауралья (г. Тюмень)

Защита состоится 24 декабря 2013 г., в Ю00 часов на заседании диссертационного совета ДКМ 220.048.02 на базе Новосибирского государственного аграрного университета (630039, г. Новосибирск, 39, ул. Добролюбова, 160; тел./факс: (383) 267-05-10; Е-шеіІ: d_sovet@nsau.edu.ru)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Новосибирского государственного аграрного университета

Автореферат разослан «__»_2013

Ученый секретарь диссертационного совета

П. С. Широких

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Сохранение и рациональное использование плодородия земель сельскохозяйственного назначения является основным условием стабильного развития агропромышленного комплекса (Храмцов, 1997).

В настоящее время из-за возросшего антропогенного влияния в агроцено-зах, а также снижения количества вносимых удобрений отмечено снижение содержания органического вещества в почве. Наибольшие изменения происходят во фракциях лабильной его части, принимающей непосредственное участие в питании растений, служащей энергетическим материалом для микроорганизмов и выполняющей защитную функцию в отношении консервативного органического вещества. Лабильное органическое вещество (ЛОВ) обладает повышенной способностью к трансформации и является более чувствительным индикатором изменения плодородия почв, чем содержание общего углерода (Ганжара, 1988; Мамонтов, 2008; Шарков, 2009; Шевцова, 2012).

Поддержание плодородия лугово-черноземной почвы за счет повышения содержания лабильной части органического вещества применением минеральных удобрений, соломы, введением в севооборот многолетних трав является в Западносибирском регионе вопросом актуальным и требующим изучения. Поэтому оценка количественных параметров, характеризующих лабильные компоненты, изучение их качественного состава, идентификация факторов, влияющих на эти показатели, имеют первостепенное значение для оптимизации органического вещества почвы.

Цель исследований - выявить влияние длительного применения удобрений (минеральных и органических (соломы)) на органическое вещество лугово-черноземной почвы и урожайность зерна яровой пшеницы в южной лесостепи Западной Сибири.

Задачи исследований:

- определить содержание общего и лабильного органического вещества в зависимости от длительного применения минеральных удобрений и соломы;

- выявить действие систематического применения минеральных удобрений и соломы на химический состав лабильного органического вещества;

- оценить влияние минеральных удобрений и соломы на микробиологическую активность почвы;

- установить закономерности действия длительного применения минеральных удобрений и соломы на урожайность сельскохозяйственных культур и качество продукции;

- дать экономическую и биоэнергетическую оценку эффективности применения удобрений.

Научная новизна работы. Впервые для условий южной лесостепи Западной Сибири в стационарном опыте (более 20 лет) было установлено содержание ЛОВ почвы в зависимости от длительного применения удобрений в зер-нотравяном севообороте. Определены фракции лабильного органического вещества и их химический состав. Установлена доля лабильного органического вещества в составе общего. Оценено влияние длительного применения мине-

3

ральных удобрений и соломы на химический состав органического вещества. Выявлена связь урожайности зерна яровой пшеницы с запасами и химическим составом лабильного органического вещества. Дана экономическая и биоэнергетическая оценка эффективности применения удобрений.

Положения, выносимые на защиту:

1. Закономерности изменения содержания лабильного органического вещества и биологической активности лугово-черноземной почвы при длительном использовании минеральных удобрений и соломы в зерновом и травопольном севооборотах.

2. Агрономическая, экономическая и энергетическая эффективность длительного применения удобрейий в севооборотах.

Практическая значимость работы. Рекомендованная система удобрений (N,^23) солома) в зернотравяных севооборотах (50% люцерны) внедрена в производство в ЗАО «Знамя» Марьяновского района на площади 1500 га, она обеспечила получение в условиях южной лесостепной зоны стабильных урожаев зерна на уровне 3,00 т/га. Чистый доход от применения разработанной системы удобрений составил 6500-7000 рублей с гектара.

Апробация работы. Результаты исследований были представлены на международных научно-практических конференциях: «Актуальные вопросы научного обеспечения АПК в работах молодых ученых» (Омск, 2010); «Новейшие направления развития аграрной науки в работах молодых ученых» (р.п. Краснообск, 2012); «Научные инновации - аграрному производству» (Омск, 2013) и на заседаниях научно-технического совета ГНУ СибНИИСХ Россельхозакадемии в 2009-2013 гг.

Публикации. По материалам диссертации опубликованы 9 работ, в том числе 3 в журналах, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объём работы. Работа изложена на 118 страницах. Состоит из введения, 6 глав, выводов и рекомендаций производству, содержит 40 таблиц и 13 рисунков. Список литературы включает 216 наименований, в том числе 4 на иностранном языке.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ 1. Состояние изученности вопроса

В главе представлен литературный обзор результатов исследований по изучению лабильного и консервативного органического вещества, их изменению при вовлечении почвы в сельскохозяйственное использование. Рассмотрены приемы сохранения и повышения содержания органического вещества в почве.

2. Почвенио-климатические условия и методика проведения исследований

Диссертационная работа выполнена на основе обобщения материалов исследований автора, проведенных в 2009-2011 гг. в ГНУ СибНИИСХ Россельхозакадемии.

Почва опытного участка лугово-черноземная среднемощная среднегуму-

4

совая тяжелосуглинистая, валового азота - 0,28-0,32%, подвижного фосфора -119-133 мг/кг и обменного калия - 238-300 мг/кг почвы (по Чирикову). Сумма обменных катионов составляет 32,1 мг-экв /100г почвы, в составе преобладают кальций (88,7%) и магний (10,6 %), натрия менее 1%. Показатель рНкс) почвенного раствора - 6,4-6,7.

Погодные условия за период исследований были различные. Вегетационный период 2009 года - влажный, выпало 404 мм осадков при норме 197 мм. Средняя температура воздуха составляла 15,9°С и была близкой к среднему многолетнему значению (16,2°С). В 2010 году отмечен дефицит атмосферных осадков, ГТК за май-ав[уст составил 0,55 при среднем многолетнем значении 1,10. В 2011 году недобор осадков наблюдался в первой половине вегетации на уровне повышенной температуры воздуха. Л в июле-августе условия по влаго-и теплообеспеченности были благоприятными. В итоге за вегетацию количество осадков и температура воздуха были близки к норме (203 мм и 16,2°С) (ГТК 0,99).

Экспериментальная часть работы выполнена в стационарных опытах, заложенных в 1987-1988 гг. в шестипольном зернотравяном (опыт №1) и пятипольном зернопаровом (опыт №2) севооборотах. Чередование культур в севооборотах в опыте №1: многолетние (мн.) травы (люцерна) 1-го года жизни (г.ж.) - мн. травы 2-го г.ж. - мн. травы 3-го г.ж. - пшеница - пшеница - овес; в опыте №2: пар чистый - пшеница - соя - пшеница - ячмень. Севообороты развернуты во времени и в пространстве. Опыты заложены методом расщепленных делянок. Повторность вариантов в опыте четырехкратная.

В опыте №1 изучали два фактора по схеме 3x2. Фактор А - применение минеральных удобрений, кг д.в./га севооборотной площади: 1) без удобрений; 2) ТМшРп; 3) ИпРгз. Минеральные удобрения вносили локально до посева.

Фактор В - применение соломы: 1) без соломы; 2) внесение соломы после уборки зерновых культур в количестве, соответствующем урожаю.

В опыте №2 исследования проводились в вариантах без внесения удобрений и с соломой.

Агротехника общепринятая для зоны. Высевали районированные сорта сельскохозяйственных культур.

Анализ почвы и растений проводили стандартными агрохимическими методами. Нитратный азот - по Грандваль-Ляжу с дисульфофеноловой кислотой. Подвижный фосфор и обменный калий в почве - из одной вытяжки по методу Чирикова с окончанием определения для калия - пламеннофотометрически и фосфора — колориметрически, окрашивание по Дениже. Общий углерод - по Тюрину в модификации Никитина, подвижный гумус - по Пономаревой и Плотниковой, мортмассы — путем отмывки негумифицированного органического вещества водой на сите с диаметром ячеек 0,25 мм (Шарков, Самохвалова, Шепелев, 2009), углерод мортмассы - по Тюрину в модификации Янишевского. Валовой азот - по Кьельдалю - Иодельбауэру. Химический состав мортмассы и растительных образцов анализировали из одной навески (Пиневич, 1955).

Микробиологические исследования выполнены на твердых питательных

средах: бактерий-сапрофитов на мясопептонном агаре (МПА), микроорганизмов, потребляющих азот в минеральной форме на крахмало-аммиачном агаре (КАА), олигонитрофилов на средах Эшби и Мишустиной, целлюлозоразлагаю-щих микроорганизмов - на среде Гетчинсона, нитрификаторов на водном выщелоченном агаре с добавлением двойной аммонийно-магниевой соли фосфорной кислоты, почвенных грибов на подкисленной среде Чапека (Аристовская, 1962). Интенсивность разложения целлюлозы определяли в полевых условиях методом Тихомировой (1972, а.с. №338196), нитрификационную способность по Кравкову с инкубацией 21 день (Агрохимические... 1975). Анализ ферментативной активности почвы проводился в воздушно-сухих образцах: инвертазы по Купревичу, уреазы по Гофману, каталазы - газометрически (Хазиев, 1982). Для оценки биологической активности почвы был использован метод относительных величин Ацци (Корягина, 1983).

Экономическая оценка систем применения удобрений осуществлена по методике СибНИИСХ (Кошелев и др., 1987), биоэнергетический анализ изучаемых систем удобрений выполнен по методике ОмГАУ (Ермохин, Неклюдов, 1994). Результаты исследований обработаны методом дисперсионного и корреляционного анализов (Доспехов, 1979).

3. Содержание и качественный состав органического вещества при длительном применении удобрений

Исследования, проведенные в длительных стационарных опытах, показали, что исходное содержание гумуса в шестипольном зернотравяном севообороте (50% люцерны) в варианте без применения удобрений было на уровне 6,73% и за 24 года практически не изменилось: 6,72% (-0,01) (табл. 1).

За счет длительного применения удобрений в севообороте содержание гумуса в почве возросло на 0,25 % в сравнении с исходным содержанием.

Внесение минеральных удобрений в дозе ЫюРп на гектар севооборотной площади повысило содержание и запасы гумуса соответственно на 0,16% и 3,6 т/га в сравнении с неудобренным фоном. При увеличении дозы минеральных удобрений (Г^зРгз) данные показатели возросли соответственно до 0,30% и 6,6 т/га.

Таблица 1. Содержание и запасы гумуса в слое почвы 0-20см в зависимости от применения минеральных удобрений и соломы (2009-2011 гг.)

Вариант Гумус, % Отклонение;*;, % Запасы гумуса, т/га

от контроля от исходного

Без удобрений 6,72 - -0,01 147,8

Солома 6,71 -0,01 -0,04 148,0

М,оР,7 6,88 0,16 0,20 151,4

ЫюР|7 + солома 6,88 0,16 0,15 151,4

N^23 7,02 0,30 0,25 154,4

N15Р23 + солома 7,02 0,30 0,24 154,4

НСРоз минеральных удобрений 0,09 0,07 1,95

НСР05 соломы Рф<Рг FiJkFt FcJKFt

НСР05 частных средних 0,13 0,10 2,8

Применение соломы не оказало существенного влияния на содержание и запасы гумуса в почве.

Корреляционный анализ свидетельствует о тесной (г=0,89±0,05) связи урожайности зерна яровой пшеницы с содержанием гумуса в почве.

В результате проведенных исследований установлено, что содержание общего азота в почве в неудобренных вариантах находилось в пределах 0,280,32%. При длительном внесении минеральных удобрений отмечена тенденция к увеличению содержания общего азота в почве. Систематическое внесение соломы в опыте как отдельно, так и в комплексе с минеральными удобрениями не обеспечивало прирост общего азота в почве.

Отношение общих С:Ы, служащее показателем обогащенности гумуса азотом исследуемой почвы, варьировало в пределах от 12,9 до 13,4 и существенно не изменялось в зависимости от изучаемых факторов, что, в свою очередь, свидетельствует о достаточной обеспеченности почвенной биоты азотом и превалировании процессов минерализации в почве над иммобилизацией.

В настоящее время многочисленные исследования (Ганжара, 2010; Шар-ков, 2011; Шпедт, 2012; Шевцова, 2012 и др.) свидетельствуют, что уровень минерального питания, а значит, и урожайность культур в большей степени определяется содержанием в почве лабильного органического вещества, состоящего из свежих и полуразложившихся растительных и животных остатков (мортмассы), свободных и непрочно связанных с минеральной частью почвы соединений гумуса (подвижного гумуса).

Оценка предшественников яровой пшеницы (чистый пар и люцерна) по накоплению мортмассы показала, что запасы ее перед посевом пшеницы по пласту люцерны в неудобренном варианте и в варианте с соломой на 47 и 34% выше, чем перед пшеницей, высеваемой по чистому пару (табл. 2).

Исследованиями установлено, что запасы мортмассы в варианте без применения удобрений в среднем за годы исследований были на уровне 9,10 т/га.

Таблица 2. Запасы мортмассы в слое почвы 0-25 см перед посевом яровой пшеницы в зависимости от предшественника и применения удобрений (2009-2011гг.)_____

Вариант Запасы Прирост

мортмассы, т/га т/га %

Люцерна 3-го г.ж.

Без удобрений 9,10 - -

Солома" (1,68 т/га) 10,2 1,10 12,0

11,4 2,30 25,0

Ы|0Рп+ солома "(1,98 т/га) 12,5 3,40 37,0

N,^23 12,1 3,00 33,0

КУР?з + солома" (2,20 т/га) 13,5 4,40 48,0

НСРмминеральных удобрениий-1,6 т/га; НСРм соломы -1,3 т/га; ИСРт частных средних -2,3 т/га

Чистый пар

Без удобрений 6,20 - -

Солома (3,20 т/га) 7,60 1,40 22,0

Примечание: - доза соломы, т/га севооборотной площади

Существенным фактором, влияющим на накопление мортмассы в почве, являлось применение минеральных удобрений. В зависимости от дозы удобрений запасы мортмассы увеличились на 25-33% в сравнении с вариантом без удобрений. Внесение соломы отдельно и на фоне минеральных удобрений повышало запасы мортмассы в почве на 1,10-4,40 т/га по отношению к неудобренному фону. Наибольшее количество мортмассы (13,5 т/га) наблюдалось на фоне комплексного применения минеральных удобрений и соломы (И^Ргз + солома), что на 48% выше, чем в варианте без удобрений. Оптимизация питательного режима растений за счет внесения удобрений способствует развитию более мощной корневой системы и растения в целом, что в конечном итоге существенно увеличивает обогащение почвы органическим веществом.

Статистической расчет показал, что корреляционная связь урожайности зерна яровой пшеницы с обогащенностью почвы мортмассой была на уровне сильной (г=0,88±0,04).

Содержание углерода мортмассы в варианте без удобрений в среднем за годы исследований составляло 679 мг/кг почвы (табл. 3).

Таблица 3. Содержание углерода мортмассы (Сморт.) в почве в зависимости от применения удобрений, мг/кг (2009-2011 гг.)__

Вариант С морг. Прирост % ОТ Собщ.

мг/кг %

Без удобрений 679 - - 1,74

Солома 841 162 24 2,15

ИюР,, 960 281 41 2,40

ЫюР17+ солома 1152 473 70 2,88

N^23 1095 416 61 2,68

+ солома 1262 583 86 3,09

НСР05 минеральных удобрений -316 мг/кг; НСР05 соломы - Рф<Рт; НСР05 частных средних-446 мг/кг

Примечание: Соещ, - общее содержание углерода в почве в слое 0-20 см

Определение углерода мортмассы в вариантах с разными дозами внесения минеральных удобрений и соломы свидетельствовало о четкой дифференциации содержания углерода мортмассы по вариантам опыта. Внесение минеральных удобрений в дозе Ы10Р17 повышало содержание углерода мортмассы на 41%, а при увеличении дозы до Т^Ргз на 61% в сравнении с неудобренным вариантом. Применение соломы обеспечивало положительную тенденцию повышения углерода мортмассы. Максимальное его содержание получено в варианте 1Ч15Р23 с соломой, на 86% превышая вариант без удобрений.

Доля углерода мортмассы от общего углерода почвы на неудобренном фоне составляла 1,74%, тогда как на удобренном - 2,40 - 2,68%, что свидетельствует о положительном их влиянии на содержание углерода мортмассы в органическом веществе почвы. За счет внесения соломы доля углерода мортмассы в составе общего возросла на 0,41% в сравнении с вариантом без удобрений. Наибольшая доля углерода мортмассы (3,09%) в составе общего углерода почвы наблюдалась при применении органоминеральной системы удобрений (М15Р2з+ солома).

Наши исследования свидетельствуют, что содержание валового азота в мортмассе изменялось от 1,58 до 1,73%, фосфора от 0,24 до 0,26% и калия от 0,63 до 0,69%, без существенных закономерностей от изучаемых факторов (табл. 4).

Содержание углерода в мортмассе в варианте без удобрений составляло 20,8 %. Внесение минеральных удобрений увеличивало концентрацию углерода на 2,76-4,1% в сравнении с вариантом без удобрений. Наибольшее содержание углерода в мортмассе отмечено при применении органоминеральной системы удобрений (ЫиРгз + солома) (25,7%), что на 24% выше, чем в варианте без применения удобрений. Использование соломы в качестве органического удобрения не оказывало существенного влияния на данный показатель.

Таблица 4. Валовое содержание макроэлементов питания и углерода в мор-

Вариант n Р* к* С

%

Без удобрений 1,58 0,24 0,64 20,8

Солома 1,59 0,24 0,63 22,5

И.оРп 1,65 0,26 0,69 23,3

Ы|0Р|7 + солома 1,63 0,26 0,66 25,3

м,5р2, 1,64 0,26 0,63 24,9

солома 1,73 0,26 0,67 25,7

нср05а рф<рт 2,8

НСР„,В рф<ит рф<рт

нсрмав рф<рт 3,9

Пргшечапис: валовые фосфор и кадии представлены в оксидной форме.

Исследованиями установлено, что обогащение почвы валовым Ы, Р, К определялось в большей степени запасами мортмассы в почве. Если в неудобренном варианте за счет мортмассы растения имели возможность использовать 143,8 кг азота, 21,8 кг фосфора и 58,2 кг калия (табл. 5), то при внесении минеральных удобрений в дозе ЫюРп запасы азота возросли на 31%, а в варианте М^Ргз - на 38% в сравнении с неудобренным фоном. Запасы фосфора увеличивались соответственно по вариантам удобренности на 36 и 45%, а калия на 31 и 35% в сравнении с вариантом без удобрений.

Таблица 5. Запасы валовых )», Р, К в мортмассе в зависимости от

Вариант N Р к

кг/га

Без удобрений 143,8 21,8 58,2

Солома 162,2 24,5 64,3

ИюРп 188,1 29,6 78,7

М|оРп + солома 203,8 32,5 82,5

N^23 198,4 31,5 76,2

N^23 + солома 233,6 35,1 90,4

НСРо5 минеральных удобрений 15,8 3,1 13,9

НСР05 соломы 12,9 2,5 Рф<Рт

НСР05 частных средних 22,4 4,3 19,7

Применение соломы обеспечило положительную тенденцию повышения запасов Ы, Р, К в мортмассе. Максимальное их количество отмечено при орга-номинеральной системе удобрений Т^Ргз + солома, что на 89,8 кг/га (62%) по азоту, на 13,3 кг/га (61%) по фосфору и 32,2 кг/га (55%) по калию больше, чем на неудобренном фоне.

Корреляционный анализ зависимости урожайности зерна яровой пшеницы от запасов валовых элементов минерального питания свидетельствует, что связь между ними тесная (г^=0,92, гР=0,95, гк=0,91).

Нашими исследованиями установлено, что отношение углерода к азоту (С:Ы) в мортмассе изменялось в пределах от 13,2 до 15,5 и было ниже критической величины 32, при которой согласно Томпсону и Троу (1982) растительное вещество существенно не изменяет содержание минерального азота в почве.

Прогноз урожайности культур сделан на основе тесной корреляционной связи урожайности зерна с содержанием углерода мортмассы в почве и представлен в таблице 6.

Таблица 6. Прогноз урожайности зерна яровой пшеницы в зависимости от содержания углерода мортмассы в почве (п=168)__

Споде, (фактическое), мг/кг Фактическая урожайность, т/га зерна Содержание Сцолв., мг/кг (X) Прогноз урожайности, т/га зерна У (расчетная), т/га зерна Ошибка, %

599 2,32 100-300 1,5-1,8 2,26 3

699 2,37 300-500 1,8-2,1 2,39 3

815 2,70 500-700 2,1-2,4 2,55 6

975 2,81 700-900 2,4-2,7 2,75 2

1100 3,03 900-1100 2,7-3,0 2,92 3

1188 3,14 1100-1300 3,0-33 3,03 4

1399 3,38 1300-1500 3,3-3,6 3,30 2

У=0,001ЗХ+1,4862, 1=0,87 ±0,109

При оптимальных метеорологических условиях вегетационного периода и разном уровне содержания углерода мортмассы в почве формируется урожайность от 1,5 до 3,6 т/га зерна. Максимальный уровень урожайности 3,3-3,6 т/га зерна может быть получен при содержании углерода мортмассы 13001500 мг/кг. Ошибка прогноза составила от 2 до 6%.

Содержание углерода подвижного гумуса в почве опытного участка в варианте без удобрений в среднем за годы исследований составляло 5196 мг/кг почвы (табл. 7). Применение минеральных удобрений положительно влияло на данный показатель, достоверно увеличивая его на 525 мг/кг (10%) на фоне МюРп и на 647 мг/кг (13%) на фоне Ы^Ргз в сравнении с вариантом без применения удобрений.

Внесение соломы не оказывало существенного влияния на содержание углерода подвижного гумуса в почве. Однако при совместном применении с минеральными удобрениями отмечено достоверное его увеличение на 897 и 967 мг/кг углерода в сравнении с вариантом без удобрений. Максимальное количество углерода подвижного гумуса получено в варианте комплексного внесения минеральных удобрений с соломой (N^23 + солома) - 6163 мг/кг, что на

19% выше, чем в варианте без удобрений. За счет суммарного обогащения почвы органическим веществом в виде растительных остатков и соломы происходит увеличение фракции подвижного гумуса в почве.

Таблица 7. Содержание углерода подвижного гумуса (Сподв.) в почве в зависимости от применения удобрений мг/кг (2009-2011 гг.) _

Вариант Сподв. Прирост % от Собщ*

мг/кг %

Без удобрений 5196 - - 13,3

Солома 5130 -66 -1 13,1

М,0Р>7 5721 525 10 14,3

НщР|7 + солома 6093 897 17 15,2

N,^23 5843 647 13 14,3

N15Р23 + солома 6163 967 19 15,1

НСР05 минеральных удобрений - 545 мг/кг; НСР05 соломы - рф<рг; НСР05 частных средних -771 мг/кг

Примечание: С„вщ - общее содержание углерода в почве в слое 0-20 см

В составе общего углерода на неудобренном фоне доля углерода подвижного гумуса составляла 13,3%, а на удобренных фонах она варьировала в пределах от 14,3 до 15,1%.

Корреляционный анализ зависимости урожайности зерна яровой пшеницы с содержанием подвижного гумуса в почве показал, что связь была на уровне сильной (г=0,82±0,07). На основании вышесказанного предложен прогноз урожайности культур, что при оптимальных метеорологических условиях вегетационного периода культур при разном уровне содержания углерода подвижного гумуса в почве формируется урожайность от 1 до 3,5 т/га зерна. Наибольший уровень урожайности 3,0-3,5 т/га зерна может быть получен при его содержании 6000-7000 мг/кг. Ошибка прогноза составляла 2-10% (табл. 8).

Таблица 8. Прогноз урожайности зерна яровой пшеницы в завиеи-

мости от соде ржания углерода нодвижпого гумуса в почве (п=168)

Сподв. (фактическое), мг/кг Фактическая урожайность, т/га зерна Содержание Сподв.» МГ/КГ (X) Прогноз урожайности, т/га зерна У (расчетная), т/га зерна Ошибка, %

4840 2,24 1000-2000 >1,0 2,29 3

4930 2,32 2000-3000 1,0-1,5 2,36 2

5350 2,44 3000-4000 1,5-2,0 2,65 8

5920 2,76 4000-5000 2,0-2,5 3,05 10

6130 3,03 5000-6000 2,5-3,0 3,20 5

6200 3,14 6000-7000 3,0-3,5 3,24 3

У=0,0007Х-1,0905, г=0,77+0,081

Таким образом, проведенные исследования свидетельствуют, что применение минеральных удобрений и соломы в зернотравяном севообороте способствует увеличению накопления лабильного органического вещества в почве, что в итоге обеспечивает сохранение плодородия почвы и повышает урожайность сельскохозяйственных культур.

и

4. Биологическая активность почвы в зависимости от систематического применения удобрений

Многочисленные исследования (Лыков, 1985; Загорча, 1990; Шарков, 2006; Берзин, 2006 и др.) свидетельствуют, что запасы органического вещества в почве определяют урожайность сельскохозяйственных культур, однако доступность элементов минерального питания растениям зависит от микробиоценоза почв. Нашими исследованиями по изучению численности и ферментативной активности почвы установлено, что при внесении минеральных удобрений в дозе N,5^23 существенно возрастала интенсивность микробиологических процессов в почве. На 25% увеличилось количество бактерий, растущих на МПЛ, на 21% - олигонитрофилов, на 18% - фосфатмобилизаторов, 22% - нитрифика-торов и на 70% - численность грибов в сравнении с неудобренным фоном (табл. 9).

При ежегодном внесении соломы отмечена положительная тенденция увеличения основных групп микроорганизмов.

Целлюлозолитическая активность почвы была на уровне 0,50-0,63% и существенно не зависела от изучаемых факторов. Тогда как нитрификационная способность почвы была максимальной в варианте Ы^Ргз — 26,1мг/кг, что на 40% выше, чем в варианте без удобрений.

Таблица 9. Влияние удобрений на биологическую активность лугово-черноземной почвы под яровой пшеницей после люцерны 3-го г.ж. (слой 0-20 см) (2009-2011 гг.) ___

Показатель биологической активности Вариант

Без удобрений И.оР,, N,^23 Солома

Бактерии, растущие на МПА, млн. КОЕ/г 26,0 26,6 32,5 28,2

Микроорганизмы, растущие на КАА, млн. КОЕ/г. 26,8 26,7 33,6 27,4

Олигонитрофилы, млн. КОЕ/г 108,1 98,3 130,7 110,5

Фосфатмобилизующие плктерии, млн. КОЕ/г 65,5 64,7 77,1 71,8

Нитрификаторы, тыс. КОЕ/г 3,92 5,01 4,79 4,06

Почвенные грибы, тыс. КОЕ/г 27,6 36,8 46,9 37,9

Суммарная биологическая активность, % 100 104 110 98

КАА/МПА 1,09 1,02 1,07 1,01

МПА/КАА 0,99 1,00 1,00 1,05

Активность ферментов в 1 г почвы:

- уреазы, мг ЫНз 0,69 0,68 0,71 0,62

- каталазы, см' О- в мин. 1,27 1,18 1,17 1,21

- инвертаза, мг инв. сахара 10,4 10,9 10,9 9,82

Нитрификационная способность, N-N03 мг/кг 18,6 16,0 26,1 21,7

Разложение целлюлозы, % в сутки 0,56 0,63 0,56 0,50

Включение в севооборот бобовых трав на 45% увеличило количество нитрификаторов и на 63% нитрификационную способность в сравнении с зер-нопаровым севооборотом.

В длительном стационарном опыте коэффициент минерализации (КАА/МПА) изменялся от 1,01 до 1,09, а коэффициент иммобилизации

(МПА/КАА) от 0,99 до 1,05, что свидетельствует о том, что почва находится в микробиологическом гомеостазе.

Таким образом, установлено, что активность микробиоценоза почвы зависит от обогащения ее лабильным органическим веществом, количество которого и доступность определяются применением удобрений в севооборотах.

5. Влияние длительного применения удобрений на урожайность и качество зерна яровой пшеницы

Из всех внешних факторов, оказывающих влияние на физиолого-биохимические процессы в растениях, а следовательно, на величину и качество урожая, ведущая роль принадлежит минеральному питанию (И.Ф. Храмцов, 1991; В.И. Усенко, 2003; В.М. Назарюк, 2004 и другие).

Оценка предшественников (люцерна и чистый пар) показала, что урожайность зерна яровой пшеницы в зернотравяном севообороте в варианте без удобрений на 15% и в варианте с соломой на 17% выше, чем в зернопаровом (рис. 1).

■г/га зерна ..............................................................................------------------------------------------

У\ 3,1

3,2 3 2,8 2,6 2,4 2,2

Без удобрений Солома Без удобрений Солома

Пшеница по люцерне Пшеница но пару

Рис. 1 - Влияние предшественника и соломы на урожайность зерна яровой пшеницы, т/га (2009-2011 гг.)

В среднем за годы исследований урожайность зерна варьировала в пределах от 2,99 до 3,60 т/га в зависимости от фонов удобрености (табл. 10).

Таблица 10. Урожайность яровой пшеницы по пласту многолетних трав в зависимости от применения удобрений, г/га зерна (2009-2011 гг.)

Средства химизации (А) Солома (В) Урожайность Прибавка

общая в том числе от фактора

А В

Без удобрений О' 2,99 - - -

1 3,10 0,11 - 0,11

М,<,Р,; 0 3,43 0,44 0,44 -

1 3,44 0,45 0,34 0,01

М,5РИ 0 3,63 0,64 0,64 -

1 3,60 0,61 0,50 -0,03

ИСР05 0,31 0,18 рф<рт

Примечание: 0 — вариант без соломы; 1 - вариант с соломой

Длительное применение минеральных удобрений в дозах ЫюРп и Ы^Ргз на гектар севооборотной площади повышало урожайность зерна яровой пшеницы на 0,44-0,64 т/га зерна. Максимальная достоверная прибавка зерна получена на фоне Ы^Ргз- 0,64 т/га, что на 21% выше, чем в варианте без применения удобрений.

Эффективность применения соломы была невысокой, однако и снижения урожайности зерна яровой пшеницы не отмечено.

Важным критерием качества сельскохозяйственной продукции является содержание белка. В наших исследованиях установлено, что содержание белка в зерне яровой пшеницы изменялось в пределах от 13,3 до 14,3% (рис. 2).

При внесении азотно-фосфорных удобрений в дозе К!,оР|7 на 1 га севооборотной площади содержание белка в зерне увеличивалось на 0,80%, а его сбор с гектара на 20%. С увеличением дозы до Ы15Р7з содержание белка возросло на 0,90%, а его сбор на 28% в сравнении с вариантом без удобрений. Систематическое внесение соломы содержание белка в зерне существенно не изменяло. Наибольший прирост белка и его сбор с гектара получены на фоне

1^|5Р2з+ солома и составили соответственно 1,0% и 0,12 т/га.

%

14,5 14

13,5 13

12,5 12

НСРо.5 минеральных удобрений - 0,6, НСР0.5 соломы - F<}>< Ft , НС.Р0.5 частных средних - 0,8

Рис.2 - Содержание (%) белка в зерне яровой пшеницы в зависимости от применения минеральных удобрений и соломы (2009-2011гг.)

Таким образом, применение минеральных удобрений в дозе Ы^Ргз обеспечило наибольшую прибавку зерна яровой пшеницы - 0,64 т/га, а в комплексе с соломой (Ni5P23 + солома) наибольшее содержание белка — 14,3% и сбор его с гектара - 0,52 т/га. Действие соломы в севооборотах было несущественным, однако и отрицательного влияния ее на урожайность и качество зерна не установлено.

6. Экономическая и биоэнергетическая оценка эффективности применения удобрений

Анализ экономической эффективности применения удобрений в севооборотах показал, что в варианте без удобрений и с применением соломы чистый доход и рентабельность были на 1586 и 1546 руб./г, 42 и 39% ниже, чем в аналогичных вариантах в зернотравяном севообороте (табл. 11).

14

wßp'

N10P17

N10P17+ > солома

3 Содержание белка в зерне, %

N15P23+ солома

Таблица 11. Экономическая и биоэнергетическая эффективность применения удобрений в севооборотах (2009-2011 гг.) __

Вариант Выход зерна с 1 га, т/га зерн. ед. Себестоимость, руб./т Прибыль, руб./га Рентабельность, % 0*

Зернотравяной севооборот

Без удобрений 2,17 1548 6405 191 2,14

Солома 2,21 1529 6565 194 2,09

2,84 1792 7693 187 1,82

Г^Ргэ + солома 2,87 1779 7808 181 1,77

Зернопаровой севооборот

Без удобрений 1,61 2006 4819 149 1,69

Солома 1,65 1958 5019 155 1,74

Примечание: у - энергетический коэффициент

Использование соломы в качестве органического удобрения увеличивало прибыль на 160 руб./га. Наиболее эффективным являлось использование соломы в сочетании с минеральными удобрениями в дозе Ы^Ргз на гектар севооборотной площади. Чистый доход увеличился на 1403 руб./га, или 22 % в сравнение с вариантом без удобрений. Рентабельность составляла — 181%.

Биоэнергетический расчет подтверждает выгодность применения удобрений в севооборотах, энергетические коэффициенты д =1,74-2,09.

Таким образом, на основании экономической и биоэнергетической оценки эффективности применения удобрений в зернотравяном севообороте установлено, что использование органоминеральной системы удобрений (И,5Р23 + солома) обеспечивает сохранение почвенного плодородия, повышает урожайность зерна более чем на 20% и экономическую эффективность сельскохозяйственного производства.

ВЫВОДЫ

1. Систематическое применение минеральных удобрений и соломы в севооборотах оказывало положительное влияние на содержание гумуса в почве и особенно на лабильную его часть (мортмассу, подвижный гумус).

2. Применение минеральных удобрений (М15Р23) в комплексе с соломой в зернотравяном севообороте увеличивает содержание гумуса в слое почвы 0-20 см на 0,30%. При внесении соломы в дозе около 2 т/га севооборотной площади содержание гумуса существенно не изменяется.

3. Запасы мортмассы в почве определяются набором сельскохозяйственных культур в севообороте, видом и дозой удобрений. В зернотравяном севообороте (50% люцерна) запасы мортмассы (слой почвы 0-25 см) в среднем на неудобренном фоне на 47% выше, чем в зернопаровом. При систематическом внесении соломы в севооборотах отмечается положительная тенденция повышения запасов мортмассы. Внесение минеральных удобрений (Ыю-иР 17-23) существенно увеличивает запасы мортмассы (на 25-33%) в почве при максимальном ее накоплении в варианте комплексного применения удобрений 0ч,15Ргз+ солома) - 13,5 т/га.

4. Содержание углерода мортмассы увеличивается более чем на 40% при внесении минеральных удобрений и существенно не изменяется при внесении соломы. Наибольшее содержание углерода мортмассы - 1262 мг/кг обеспечивает органоминеральная система удобрений (М15Р23 + солома), что на 86% выше, чем в варианте без удобрений.

5. Содержание валовых азота, фосфора, калия и углерода в мортмассе изменяется соответственно в пределах от 1,58 до 1,73%, от 0,24 до 0,26%, от 0,63 до 0,69% и от 20,8 до 25,7%. Запасы валовых N1, Р, К в мортмассе определяются суммарной дозой удобрений. При внесении 27 кг д.в./га запасы элементов минерального питания возросли в среднем соответственно на 31, 36 и 35%, а при 38 кг д.в/га - на 62, 61 и 55%. Связь урожайности культуры с запасами Ы, Р, К, в мортмассе была на уровне высокой (гм=0,92, гР=0,95, гк,—0,91).

6. Содержание углерода подвижного гумуса увеличивается в среднем на 12% при внесении минеральных удобрений и не изменяется при внесении соломы. Наибольшее содержание подвижного гумуса - 6163 мг/кг обеспечивает органоминеральная система удобрений (М^Р^н- солома), что на 19% выше, чем в варианте без удобрений. Связь урожайности яровой пшеницы с содержанием подвижного гумуса в почве была на уровне от 0,82 до 0,89.

7. Активность микробиоценоза почвы возрастает при внесении минеральных удобрений. Численность микроорганизмов в варианте Ы^Ргз возросла на 21% в сравнении с неудобренным фоном. При комплексном применении минеральных удобрений и соломы (М]5Р23 + солома) повышается численность бактерий на МПА и олигонитрофилов на 26%, фосфатмобилизующих на 39%, нит-рификаторов на 27% и на 103% - почвенных грибов. Включение в севооборот многолетних бобовых трав увеличивает на 63% нитрификационную способность почвы в сравнении с зернопаровым севооборотом.

8. Урожайность зерна яровой пшеницы по пласту многолетних трав в неудобренном варианте и с внесением соломы соответственно на 15 и 17% выше, чем при возделывании по чистому пару.

Наибольшая урожайность зерна яровой пшеницы в 3,63 т/га получена в варианте внесения азотно-фосфорных удобрений в дозе Н|5Р23, а содержание белка 14,3% и сбор его 0,52 т/га в варианте МиР2з в комплексе с соломой. Эффективность применения соломы невысокая, однако и отрицательного влияния на урожайность яровой пшеницы и качество зерна не установлено.

9. Зависимости урожайности зерна от содержания углерода мортмассы (Х1) и углерода подвижного гумуса (Х2) описывались уравнениями прямолинейной регрессии У=0,0013X1+1,4862, У=0,0007Х2-1,0905 при высоком уровне корреляции Г1=0,87±0,109, г2=0,77+0,081. Ошибка прогноза урожайности в зависимости от содержания мортмассы и подвижного гумуса в почве не превышает 10%.

10. Экономический и биоэнергетический расчеты свидетельствуют о целесообразности использования органоминеральной (Ы^Р^ + солома) системы удобрений в зернотравяном севообороте, которая обеспечивает не только сохранение почвенного плодородия, но и экономическую эффективность производства (прибыль - 7808 руб./га, рентабельность - 181%). Введение в севообо-

рот многолетних бобовых грав (люцерны) увеличивает прибыль с одного гектара на 33% в сравнении с возделыванием культур в зернопаровом севообороте.

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ

В южной лесостепной зоне рекомендуется в зернотравяных севооборотах внесение минеральных удобрений в суммарной дозе, не превышающей 40 кг д.в./га севооборотной площади (Ы15Р2з) в комплексе с измельченной соломой. Внедрение предложенной системы удобрений обеспечивает прирост содержания гумуса на 0,30% и запасов мортмассы в почве до уровня 13,5 т/га, содержащей в среднем 234 кг/га азота, 35 кг/га фосфора и 90 кг/га калия, что позволяет увеличить производство зерна более чем на 20%.

ПУБЛИКАЦИИ ПО МАТЕРИАЛАМ ДИССЕРТАЦИИ

Публикации в изданиях, включенных в Перечень ВАК

1. Храмцов, И.Ф. Современное состояние плодородия почвы и продуктивности агроценозов при длительном применении приёмов биологизации и средств химизации / И.Ф. Храмцов, H.A. Воронкова, Н.Ф. Балабанова // Современные проблемы науки и образования. - 2012. — № 2; URL: http://www.science-education.ru/102-5843.

2. Воронкова, H.A. Агроэкологические аспекты сохранения почвенного плодородия / H.A. Воронкова, Н.Ф. Балабанова // Омский научный вестник. -2012. - №2. - С. 187-189.

3. Воронкова, H.A. Влияние длительного применения удобрений в зерно-травяном севообороте на агрохимические свойства чернозема выщелоченного и урожайность сельскохозяйственных культур / H.A. Воронкова, Н.Ф. Балабанова // Достижения науки и техники АПК. - 2013. - № 5. - С. 30-32.

Статьи в сборниках и материалах конференций

4. Воронкова, H.A. Влияние длительного применения удобрений в севообороте на [умусовый режим чернозема выщелоченного / H.A. Воронкова, Н.Ф. Балабанова / материалы междунар. науч.-практич. конф., посвящ. 75-летию со дня рождения профессора Ю.И. Ермохина (г. Омск, 15-16 июля, 2010 г.). Омск, 2010. - С. 49-51.

5. Балабанова, Н.Ф. Содержание лабильного органического вещества в почве в зависимости от длительного применения минеральных удобрений и соломы в севооборотах / Н.Ф. Балабанова, H.A. Воронкова // Повышение эффективности почвозащитных ресурсосберегающих систем земледелия: материалы междунар. науч.-иракт. конф., посвящ. 75-летию со дня рождения В.Г. Холмова (г. Омск, 10 ноября 2011 г.) / ГНУ «Сибирский НИИ сельского хозяйства». Под общей редакцией академика И.Ф. Храмцова - Омск, Вариант-Омск, 2012. -С. 184-188.

6. Балабанова, Н.Ф. Применение соломы в зернотравяном севообороте в южной лесостепной зоне Западной Сибири / Н.Ф. Балабанова, H.A. Воронкова

17

// Новейшие направления развития аграрной науки в работах молодых ученых: тр. V междунар. науч.-практ. конф. мол. ученых, посвящ. 10-летию ее проведения (20 апреля 2012 г., пос. Краснообск) / СО Россельхозакадемии. - Новосибирск, 2012.-С. 152-154.

7. Воронкова, H.A. Оценка состояния плодородия почвы и продуктивности агроценоза при длительном применении биологических ресурсов и средств химизации / H.A. Воронкова, Н.Ф. Балабанова II Материалы Всероссийской конф. учреждений - участников Географической сети опытов с удобрениями 26-27 июня 2012 года «Состояние и пути повышения эффективности исследований в системе Географической сети опытов с удобрениями» под редакцией академика РАСХН В.Г. Сычева - М: ВНИИА, 2012. - С. 57-60.

8. Воронкова, H.A. Состояние микробиоценоза чернозема выщелоченного при длительном применении минеральных удобрений в зернотравяном севообороте в южной лесостепной зоне Западной Сибири / H.A. Воронкова, О.Ф. Хамова, Н.Ф. Балабанова // Информационно-технологическое обеспечение адаптивно-ландшафтных систем земледелия. Сборник докладов Всероссийской науч.-практ. конф. ГНУ ВНИИЗ и ЗПЭ (11-13 сентября 2012 г.) - Курск, 2012.-С. 58-61.

9. Воронкова, H.A. Влияние длительного применения удобрений на содержание и состав органического вещества в черноземной почве / H.A. Воронкова, Н.Ф. Балабанова // Научные инновации - аграрному производству: материалы междунар. науч.-практ. конф., посвященной 95-летнему юбилею агрономического факультета (20-21 февраля 2013 года). - Омск: Изд-во ФГБОУ ВПО ОмГАУ им. П.А. Столыпина, 2013. - С. 32-35.

Балабанова Наталья Федоровна

Влияние длительного применения удобрений на органическое вещество лугово-черноземной почвы и урожайность зерна яровой пшеницы в южной лесостепи Западной Сибири

06.01.04 - агрохимия

автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Подписано к печати 19.11.2013. Формат бумаги 60x90, 1/16. Печать оперативная. Гарнитура Times New Roman. Усл. печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Издательство ООО «Вариант-Омск» 644043, г. Омск, ул. Фрунзе 1, корп. 3, оф. 13. Тел. /факс: 211- 600 E-mail: variantomsk@rambler.ru

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, кандидата сельскохозяйственных наук, Балабанова, Наталья Федоровна, Омск

ГОСУДАРСТВЕННОЕ НАУЧНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ СИБИРСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ НАУК

04201 455059

На правах рукописи

БАЛАБАНОВА НАТАЛЬЯ ФЕДОРОВНА

ВЛИЯНИЕ ДЛИТЕЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ УДОБРЕНИЙ НА ОРГАНИЧЕСКОЕ ВЕЩЕСТВО ЛУГОВО-ЧЕРНОЗЕМНОЙ ПОЧВЫ И УРОЖАЙНОСТЬ ЗЕРНА ЯРОВОЙ ПШЕНИЦЫ В ЮЖНОЙ ЛЕСОСТЕПИ

ЗАПАДНОЙ СИБИРИ

06.01.04 - Агрохимия

Диссертация на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Научный руководитель:

доктор сельскохозяйственных наук,

доцент Воронкова Н.А.

Омск 2013

Введение.................................................................................................3

Глава 1. Состояние изученности вопроса................................................9

Глава 2. Почвенно-климатические условия и методика проведения исследований................................................................................................................21

2.1. Гидротермические условия.......................................................*.....21

2.2. Схемы опытов...................................................................................23

2.3. Характеристика почвы опытного участка.......................................25

Глава 3. Содержание и качественный состав органического вещества при длительном применении удобрений......................................................32

3.1. Содержание гумуса.......................................................................32

3.2. Содержание общего азота и отношение С:Ы в почве........................37

3.3. Запасы мортмассы в почве и ее химический состав...........................39

3.4. Содержание подвижного углерода в почве...........................................55

Глава 4. Биологическая активнорть почвы в зависимости от

систематического применения удобрений..............................................................60

Глава 5. Влияние длительного применения удобрений на урожайность и

качество зерна яровой пшеницы..............................................................................74

Глава 6. Экономическая и биоэнергетическая оценка эффективности

применения удобрений.......................................................................83

Выводы...............................................................................................87

Предложения производству...................................................................90

Список сокращений..............................................................................91

Список литературы................................................................................93

Приложения......................................................................................115

Актуальность темы. Сохранение и рациональное использование плодородия земель сельскохозяйственного назначения является основным условием стабильного развития агропромышленного комплекса нашего региона (Храмцов, 1997).

В настоящее время из-за возросшего антропогенного влияния в агроценозах, а также снижения количества вносимых удобрений отмечено снижение содержания органического вещества в почве (Кленов, 2000; Еськов, 2008).

Наибольшие изменения происходят во фракциях лабильной его части, принимающей непосредственное участие в питании растений, служащей энергетическим материалом для микроорганизмов и выполняющей защитную функцию в отношении консервативного органического вещества. Лабильное органическое вещество (ЛОВ) обладает повышенной способностью к трансформации, и является более чувствительным индикатором изменения плодородия почв, чем содержание общего углерода (Ганжара и др., 1988; Надежкин, 2001; Мамонтов, 2008; Шарков, 2009 и др.).

Основу пахотных земель Сибири составляют черноземы (оподзоленные, выщелоченные, обыкновенные, южные) и лугово-черноземные почвы. Хотя в структуре земельного фонда они занимают сравнительно небольшую долю около 5%, в составе пашни она достигает 70-80% (Шарков, 2003).

Поддержание оптимального уровня плодородия лугово-черноземных почв за счет повышения содержания лабильной части органического вещества применением минеральных удобрений, соломы, введением в севооборот многолетних трав является в Западносибирском регионе вопросом актуальным и требующим изучения. Поэтому оценка количественных параметров, характеризующих лабильные компоненты, изучение их качественного состава, идентификация факторов, влияющих на эти показатели, имеют первостепенное значение для оптимизации органического вещества почвы.

Степень разработанности темы: В изучении органического вещества почв

Западной Сибири существенный вклад сделан учеными: JI.H. Мищенко (1966), Н.И. Богдановым (1976), П.С. Широких (1976), Г.П. Гамзиковым (1981), Б.М. Кленовым (1981), В.И. Кирюшиным (1986), И.Н. Шарковым (1997) и другими, в том числе лабильного - A.A. Титляновой (2009), И.Н. Шарковым (2009), A.A. Шпедтом (2009), А.Г. Шепелевым (2011). Однако исследований по изучению ЛОВ в длительных стационарных опытах в зависимости от систематического применения минеральных удобрений и соломы проведено недостаточно.

Цель исследований - выявить влияние длительного применения удобрений (минеральных и органических (соломы)) на органическое вещество лугово-черноземной почвы и урожайность зерна яровой пшеницы в южной лесостепи Западной Сибири.

Задачи исследований:

определить содержание общего и лабильного органического вещества в зависимости от длительного применения минеральных удобрений и соломы;

выявить действие систематического применения минеральных удобрений и соломы на химический состав лабильного органического вещества;

оценить влияние минеральных удобрений и соломы на микробиологическую активность почвы;

- установить закономерности действия длительного применения минеральных удобрений и соломы на урожайность сельскохозяйственных культур и качество продукции;

- дать экономическую и биоэнергетическую оценку эффективности применения удобрений.

Научная новизна работы. Впервые для условий южной лесостепи Западной Сибири в стационарном опыте (более 20 лет) было установлено содержание JIOB почвы в зависимости от длительного применения удобрений в зернотравяном севообороте. Определены фракции лабильного органического вещества и их химический состав. Установлена доля лабильного органического вещества в составе общего. Оценено влияние длительного применения минеральных удобрений и соломы на химический состав органического вещества. Выявлена связь урожайно-

сти зерна яровой пшеницы с запасами и химическим составом лабильного органического вещества. Дана экономическая и биоэнергетическая оценка эффективности применения удобрений.

Теоретическая и практическая значимость работы. Полученные данные могут быть использованы для оптимизации содержания лабильного органического вещества в лугово-черноземной почве, определяющего эффективное плодородие и урожайность сельскохозяйственных культур. Диагностика содержания лабильного органического вещества в почве позволяет прогнозировать урожайность и целенаправленно регулировать питательный режим сельскохозяйственных культур. Результаты исследований могут быть использованы для разработки рекомендаций для сельхозтоваропроизводителей и в учебном процессе вузов.

Методология и методы исследований. Для решения поставленных задач были использованы: полевой, агрохимический, микробиологический и статистический методы.

1. Содержание общего углерода в почве определяли методом Тюрина в модификации Никитина (Никитин, 1999). Отбор проб проводили весной перед посевом первой пшеницы после люцерны, слой почвы 0-20 см и 0-25 см (определение ЛОВ) в двух несмежных повторениях.

Подвижный гумус в почве определяли с помощью 0,1 н. ЫаОН вытяжки по Пономаревой и Плотниковой (1980), мортмассы - путем отмывки негумифициро-ванного органического вещества водой на сите с диаметром ячеек 0,25 мм (Шар-ков и др. 2009). Углерод мортмассы - методом Тюрина в модификации Янишев-ского (Янишевский, 2000).

Химический состав мортмассы (валовые азот, фосфор, калий) анализировали из одной навески (Пиневич, 1955).

2. Определение валового азота в слое почвы 0-20 см — по Кьельдалю - Ио-дельбауэру (Агрохимические. ..., 1975).

3. Содержание элементов минерального питания в почве устанавливали перед посевом и после уборки культур. Отбор почвенных образцов для определения нитратного азота с дисульфофеноловой кислотой по Грандваль-Ляжу проводили

до 1м через 20 см, подвижного фосфора и обменного калия (слой 0-20 см) - из одной вытяжки по Чирикову с окончанием определения для калия - пламеннофото-метрически и фосфора колориметрически, окрашивание по Дениже (Аринушкина, 1970).

4. Оценка биологической активности почвы проводилась под пшеницей после люцерны во всех вариантах опыта и под пшеницей по пару в варианте без удобрений. Отбор проб для микробиологических исследований проводили в стерильные пергаментные пакеты 3 раза в течение вегетации растений. Смешанный образец почвы с делянки составляли из 4-5 уколов буром на глубину 0-20 см. Учет численности микроорганизмов проводили на твердых питательных средах: бактерий-сапрофитов на мясопептонном агаре (МПА), микроорганизмов, потребляющих азот в минеральной форме на крахмало-аммиачном агаре (КАА), олиго-нитрофилов - на средах Эшби и Мишустиной, целлюлозоразлагаюших микроорганизмов - на среде Гетчинсона, нитрификаторов - на водном выщелоченном агаре с добавлением двойной аммонийно-магниевой соли фосфорной кислоты, целюлозоразрушающих на среде Гетчинсона, почвенных грибов на подкисленной среде Чапека (Аристовская и др., 1962). Интенсивность разложения целлюлозы определяли в полевых условиях методом Тихомировой (1973). Анализ ферментативной активности почвы проводился в воздушно-сухих образцах: инвертазы по Купревичу, уреазы по Гофману, каталазы - газометрически (Хазиев, 1982).

Для оценки биологической активности почвы, как суммарного результата сопряжено протекающих процессов, был использован метод относительных величин Ацци (Корягина, 1983). По каждому определяемому биологическому показателю дается относительная оценка его изменения по вариантам опыта. За 100 % принимается наибольший показатель. Относительные величины всего комплекса биологических характеристик суммируются по каждому варианту отдельно и на основе полученных величин, выводится окончательная оценка вариантов.

5. Растительные образцы на содержание валовых азота, фосфора и калия анализировали из одной навески (Пиневич, 1955).

6. Учет урожая зерна производили в фазу полной спелости поделяночно на

всех вариантах и повторениях опыта.

7. Обработка данных проводилась методами дисперсионного, корреляционного и регрессионного анализов (Доспехов, 1979) с использованием прикладных программ.

8. Для расчета экономической и биоэнергетической эффективности примене-нияудобрений использовали методические рекомендации и нормативы СибНИИСХ и ОмГАУ (Кошелев, 1987; Ермохин, 1994).

Апробация работы. Результаты исследований были представлены на международных научно-практических конференциях: «Актуальные вопросы научного обеспечения АПК в работах молодых ученых» (Омск, 2010); «Новейшие направления развития аграрной науки в работах молодых ученых» (р.п. Краснообск, 2012); «Научные инновации - аграрному производству» (Омск, 2013) и на ежегодных заседаниях научно-технического совета ГНУ СибНИИСХ Россельхозакаде-мии в 2009-2013 гг.

Положения, выносимые на защиту:

1. Закономерности изменения содержания лабильного органического вещества и биологической активности лугово-черноземной почвы при длительном использовании минеральных удобрений и соломы в зерновом и травопольном севооборотах.

2. Агрономическая, экономическая и энергетическая эффективность длительного применения удобрений в севооборотах.

Степень достоверности результатов исследований. Достоверность полученных научных результатов подтверждается значительным объемом экспериментальных исследований, выполненных с применением современных апробированных методик, математической, статистической и производственной проверкой.

Публикации. По материалам диссертации опубликованы 9 работ, в том числе 3 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объём работы. Работа изложена на 118 страницах. Состоит из введения, 6 глав, выводов и рекомендаций производству, содержит 40 таблиц и

13 рисунков. Список литературы включает 216 наименований, в том числе 4 на иностранном языке.

Благодарности. Автор выражает искреннюю благодарность научному руководителю д. с-х. н. Воронковой Наталье Артемовне, а также научным сотрудникам лаборатории агрохимии и микробиологии СибНИИХ Россельхозакадемии за помощь и поддержку в проведении полевых и лабораторных экспериментов, выполнении химических анализов, за ценные советы при написании диссертации.

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ИЗУЧЕННОСТИ ВОПРОСА

\

Проблема регулирования плодородия почв в процессе их интенсивного сельскохозяйственного использования всегда оставалась одной из важнейших в почвоведении и земледелии (Щербаков, 1983; Лыков, 1985; Храмцов, 1997; Еськов, 2001; Гамзиков, 2006 и др.)

Уровень плодородия почв является определяющим фактором в получении высоких и стабильных урожаев сельскохозяйственных культур. Поэтому в условиях современного интенсивного сельскохозяйственного производства вопросы сохранения плодородия почв приобретают первостепенное значение.

Плодородие почвы находится в тесной связи с содержанием органического вещества и его качественным составом (Тюрин, 1965; Александрова, 1980; Орлов, 1990; Кленов, 2000; Шарков и др., 2010; Щевцова, 2012 и др.).

В настоящее время используются различные методы и подходы к изучению гумусного состояния почв. Особый интерес представляют методы, позволяющие в пределах одного типа почв выявить наиболее агрономически ценные составляющие гумуса.

По мнению ряда авторов (ЗаиегЬеБк, 1977; Орлов, 1980; Тейт, 199; Кирюшин, 1996; Мамонтов, 2008 и др.) наиболее целесообразным подходом к выявлению агрономической ценности гумуса и его составляющих является разделение всех органических соединений почвы на две большие группы: консервативных, устойчивых веществ и лабильных соединений.

Консервативные органические вещества почвы это, прежде всего зрелые гумусовые кислоты, гуматы кальция, другие органоминеральные производные, гу-матомелановые кислоты, гумин, частично лигнин и его производные. Они существуют в почвах сотни лет, слабо вовлекаются в минерализацию и обусловливают устойчивые свойства почвы, присущие ей типовые признаки. С содержанием, составом и свойствами этих веществ связана окраска почв, тепловой режим, водно-физические характеристики, емкость поглощения, буферность, потенциальные запасы элементов питания (Щербаков, 1983; Лыков, 1985; Шевцова, 1988; Ганжа-

ра, 1993).

Для плодородия почв важным является не только наличие в почве органического вещества, но и активность участия его в биологическом круговороте, которая в природных условиях определяется количеством трансформируемого органического вещества (Завьялова, 2008).

Под лабильным органическим веществом (ЛОВ) почвы понимается часть органического вещества, относительно легко подвергающаяся разложению почвенными микроорганизмами (Шарков, 2009).

К ЛОВ относят свежие и частично гумифицированные растительные и животные остатки, отмершую микробную биомассу, различные промежуточные продукты разложения и гумификации, а также большинство непрочносвязанных с минеральной частью неспецифических и специфических соединений гумуса (Шарков, 2011).

Лабильное органическое вещество, являясь активной частью гумуса, участвует в круговороте углерода и других элементов, формирует основные функции органического вещества и определяет эффективное плодородие почвы (Завьялова, 2008).

В нем сосредоточен ближайший резерв для растений биогенных элементов, прежде всего азота (Цимбалист, 1979; Шарков, 2010). В многочисленных опытах выявлено, что даже при использовании рекомендованных доз минеральных удобрений около 50% потребности в азоте растения удовлетворяют за счет органического вещества почвы. При этом значительная часть почвенного азота поступает из наиболее подвижных его форм (Туев, 1989; Кузяков, 1996).

Содержание ЛОВ в пахотном слое почв колеблется в довольно широких пределах от 0,1 до 1,5-2,0% от массы почвы (Ганжара, 1998). Причем для пахотных почв количество его практически не зависит от генетического типа почвы, а определяется характером использования пашни. Здесь имеет значение уровень агротехники, особенности возделывания культур, система применения удобрений, в первую очередь органических (Зезюков, Дедов, 1994; Семенов и др., 2013).

Лабильное органическое вещество, доля которого в старопахотных почвах весьма мала, тем не менее, играет важную роль в стабилизации содержания общего углерода в почве, изменяя удельную скорость минерализации органического вещества почвы (Шарков, 2010).

При длительном экстенсивном использовании почвы активная часть гумуса (ЛОВ) может пополняться за счет инертной (гумуса), что вызывает деградацию почв (Завьялова, 2010).

Низкий уровень содержания ЛОВ может служить критерием выпаханности почв (Кирюшин, 1986; Ганжара, 1998; Шевцова, 2012).

Выпахивание - процесс, при котором происходит снижение уровня плодородия пахотных почв, ухудшение их агрономическ