Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Влияние эспарцета на состояние органического вещества почвы и продуктивность сельскохозяйственных культур в севооборотах разной специализации

ВАК РФ 06.01.01, Общее земледелие

Автореферат диссертации по теме "Влияние эспарцета на состояние органического вещества почвы и продуктивность сельскохозяйственных культур в севооборотах разной специализации"

На правах рукописи

005018762

ДЬЯЧКОВА ТАТЬЯНА ИОСИФОВНА

ВЛИЯНИЕ ЭСПАРЦЕТА НА СОСТОЯНИЕ ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА ПОЧВЫ И ПРОДУКТИВНОСТЬ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР В СЕВООБОРОТАХ РАЗНОЙ СПЕЦИАЛИЗАЦИИ

06-01.01 - общее земледелие

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

3 МАЯ 2012

РАМОНЬ - 2012

005018762

Работа выполнена в стационарном опыте лаборатории эколого-ландшафтных севооборотов Государственного научного учреждения Воронежского Научно-исследовательском институте сельского хозяйства имени В. В. Докучаева Россельхозакадемии в 2008-2011 гг.

Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук, член-корреспондент Россельхозакадемии Турусов Виктор Иванович Официальные доктор сельскохозяйственных наук ГНУ

оппоненты: «Всероссийский научно-исследовательский

институт сахарной свеклы имени АЛ. Мазлумова» Россельхозакадемии, лаборатория защиты растений, заведующий лабораторией Гамуев Владимир Викторович кандидат сельскохозяйственных наук, ФГБОУ ВПО «Воронежский ГАУ имени императора Петра 1». кафедра земледелия, доцент Трофимова Татьяна Александровна

Ведущая организация: ГНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт земледелия и защиты почв от эрозии» Россельхозакадемии

Защита состоится «18» мая 2012 года в 13-30 часов на заседании диссертационного совета Д 006.065.01 при Государственном научном учреждении «Всероссийский научно-исследовательский институт сахарной свеклы имени A.JI. Мазлумова» РАСХН по адресу: 396030, Воронежская область, Рамонский район, п. ВНИИСС, д. 86; тел./факс (47340) 5-33-26; E-mail: dissovetvniiss@mail.ru

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ГНУ ВНИИСС.

Автореферат разослан и размещен на сайте www.gnuvniiss.narod.ru « 13 » апреля 2012 г.. на сайте ВАК Минобрнауки РФ www.vak2.ed.gov.ru «13 .» апреля 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат биологических наук

Стогниенко Ольга Ивановна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Важным условием стабилизации почвенного плодородия, повышение продуктивности сельскохозяйственных культур и улучшения экологической обстановки в современных агроценозах является введение в севообороты посевов многолетних бобовых трав. Рациональное использование антропогенных и природных ресурсов, в том числе и, плодородия почвы, возможно только в адаптивно-ландшафтных системах земледелия, где существенно повышается роль севооборота как биологического фактора в решении проблем его воспроизводства и продуктивность сельскохозяйственных культур.

Систематические изучение динамики гумуса в стационарных опытах свидетельствуют о значительном изменении содержания органического вещества в почвах различных регионов страны. Так, в ЦентральноЧерноземной зоне содержание гумуса в пахотных почвах в последние 2-3 десятилетия по данным повторных почвенных обследований уменьшалось ежегодно на 1,0-1,5 т/га (Адерихин, Шевченко, 1968; Просянникова, 2006; .В. Дедов, 2002; Рымарь и др., 2000; Черкасов и др., 2008; Верзилин и др., 2004; Масютенко, 2006) , в Нечерноземной зоне - на 0,5-0,7 т/га (Шрамко и др., 2008).

Принципиальное решение проблемы сохранения плодородия почвы находиться в области детального изучения и направленного воздействия человека на биологические факторы в первую очередь через приемы биологизации земледелия, одним из которых является полевое травосеяния. В этой связи первостепенное значение приобретает разработка научно-обоснованных мероприятий по сохранению гумуса в черноземах ЦЧП, стабилизации потенциального и повышению их эффективного плодородия и на этой основе продуктивности сельскохозяйственных культур.

Цель исследований - разработать приемы стабилизации и воспроизводства плодородия чернозема обыкновенного, повышения продуктивности сельскохозяйственных культур путем различного насыщения севооборотов многолетними бобовыми травами. Задачи исследований:

- изучить структуру микробного ценоза почвы и закономерности изменения ферментативной активности при введении в севообороты эспарцета;

- установить влияние многолетних бобовых трав на гумусное состояние почвы;

- определить величину накопления и скорость трансформации лабильного органического вещества (ЛОВ) в звеньях севооборотов с эспарцетом;

- выявить закономерности изменения содержания водорастворимого гумуса;

- изучить влияние эспарцета на содержание консервативных форм органического вещества почвы;

- дать агротехническую и экономическую оценку продуктивности звена севооборота и эффективности использования эспарцета как биологического приема регулирования плодородия чернозема обыкновенного в севооборотах различной специализации. Научная новизна исследований. Установлено существенное влияние эспарцета на содержание и групповой состав гумуса. Выявлены изменения микробного ценоза под культурами при введении в севооборот многолетних бобовых трав, в частности эспарцета. Установлено значительное повышение биологической активности почвы в т.ч. усиление нитрификационной способности почвы. Выявлены закономерности изменения питательного режима почвы, увеличение содержания подвижных форм азота и фосфора, подтвержденные корреляционным анализом.

Практическая значимость. Использование в хозяйствах различных форм собственности рекомендуемых севооборотов с эспарцетом позволит стабилизировать плодородие почвы, повысить продуктивность и качество продукции. При введении в севообороты эспарцета будет частично решена проблема создания прочной кормовой базы для животноводства.

Личный вклад автора. Научные исследования по изучению влияния эспарцета на состояние органического вещества, биологическую активность почвы и продуктивность сельскохозяйственных культур в севооборотах различной специализации выполнены непосредственно автором в лаборатории эколого-ландшафтных севооборотов ГНУ Воронежского НИИСХ Россельхозакадемии. Автору принадлежит постановка целей, задач исследований, теоретическое обобщение, интерпретация полученных экспериментальных данных, статистическая обработка, формулировка выводов и предложений производству.

Основные положения, выносимые на защиту:

1) в себвооборотах с эспарцетом повышается активность минерализационных и биологических процессов, что приводит к резкому увеличению общего числа микроорганизмов, и вызывает положительные изменения в структуре микробного ценоза;

2) эспарцет в зерновых севооборотах является регулирующим звеном в накоплении трудногидролизуемых, малодоступных для большей части микроорганизмов органических соединений;

3) введение эспарцета в севооборот приводит к увеличению массы лабильного органического вещества в биологическом круговороте;

4) самая высокая урожайность озимой пшеницы и продуктивность звена севооборота в целом, при низкой себестоимости и высоком уровне рентабельности создается в севооборотах с эспарцетом.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы повышения эффективности агропромышленного комплекса», 23-25 января 2008г., г. Курск, на заседании Территориального координационного совете «Научно-практические основы сохранения и воспроизводства плодородия почв ЦЧЗ», 25-26 июня 2008г., Каменная Степь,

на заседании Территориального координационного совета «Пути сохранения плодородия почвы и повышения продуктивности сельскохозяйственных культур в адаптивно-ландшафтном земледелии Центрального Черноземья» 29 мая 2009 г., Каменная Степь, на заседании совета по земледелию ЦентральноЧерноземной зоны Отделения земледелия Россельхозакадемии «Научно-практические основы энерго- и ресурсосбережения в адаптивно-ландшафтных системах земледелия Центрального Черноземья» 27-28 мая 2010г., Каменная Степь.

Реализация результатов исследований. Производственная проверка результатов исследования автора по снижению уровня деградации черноземов и стабилизации плодородия и гумусного состояния почвы проведена на площади 40 гектаров в ФГУП "Докучаевское".

Публикации. Материалы диссертационной работы опубликованы в 7 печатных работах, в том числе 2 в журналах, рекомендованных ВАК, объемом 2,7 п.л., доля участия соискателя 45%.

Объем и структура диссертации. Диссертационная работа изложена на 171 странице машинописного текста, состоит из введения, обзора литературы, 6 глав экспериментальной части, выводов, предложений производству. Текстовая часть работы иллюстрирована 12 таблицами и 16 рисунками. Список использованной литературы включает 282 наименования, в том числе 15 на иностранных языках. Приложение содержит 28 таблиц и акт о внедрении НИР.

Автор выражает особую признательность научному руководителю -доктору сельскохозяйственных наук, член-корреспонденту Россельхозакадемии Турусову Виктору Ивановичу за создание благоприятных условий при проведении исследований, написании и оформлении диссертационной работы. Глубокая благодарность за помощь и поддержку доктору биологических наук Чевердину Юрию Ивановичу, кандидату сельскохозяйственных наук Гармашову Владимиру Михайловичу.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Обзор литературы

В обзоре литературы приведен анализ отечественных и зарубежных научных публикаций, который позволяет сделать заключение о четко выраженной тенденции значительных потерь гумуса в различных типах почв, при различных системах земледелия, вследствие интенсивного антропогенного вмешательства.

Показано, что введение многолетних бобовых трав в адаптивно-ландшафтные системы земледелия актуально, имеет теоретическую и практическую значимость, так как позволит улучшить ряд аспектов, связанных с почвообразовательными процессами.

УСЛОВИЯ, ОБЪЕКТЫ И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

Краткая характеристика места проведения опыта, почвенных и гидротермическнх условий

Каменная Степь располагается к востоку от центра Воронежской области, на водоразделе двух рек - Битюга и Хопра, которые являются левыми притоками Дона.

Климат Каменной Степи можно охарактеризовать как типично степной, умеренно континентальный с теплым летом (нередко засушливым) и умеренно холодной зимой. Среднегодовая температура воздуха составляет 5,2 °С. Среднемесячная температура июля +20,5 , января -9,4 °С. Температура характеризуется большой амплитудой колебаний. Зимой от -30 °С до +40 °С летом.

Элементы погоды существенно влияют на формирование урожая сельскохозяйственных культур. От погодных условий в значительной мере зависит температурный, питательный режимы и интенсивность биологических процессов в почве. Формирование урожаев культур звена севооборота и активность микробного ценоза в годы проведения исследований проходили в различающихся условиях температурного и водного режимов, что позволило дать объективную оценку использования эспарцета в севооборотах.

Аномально высокая температура лета 2010 года и дефицит влаги вызывали суховейные явления, что отрицательно сказалось на росте и развитии зерновых культур. Продуктивный потенциал озимой пшеницы был использован в малой степени.

Широкое варьирование гидротермических условий в годы проведения исследований позволили наиболее полно дать характеристику влияния, как звена севооборота, так и каждой культуры в отдельности на динамику органического вещества и биологическую активность почвы. В связи с этим выводы, сформулированные по результатам исследования, достоверны, а рекомендации производству применимы к данной природно-климатической зоне, достаточно обоснованны и воспроизводимы.

Опыты закладывались в четырехкратной повторности. Размещение делянок систематическое в четырех ярусах. Посевная площадь делянок - 78,4 м*., учетная площадь делянки - 48 м2.

В соответствии с задачами, сформулированными в программе НИР в схему опыта включены севообороты со следующим чередованием культур: севооборот 1: черный пар - озимая пшеница - подсолнечник - ячмень - горох -озимая пшеница - кукуруза - ячмень - гречиха - яровая пшеница (контроль); севооборот 2: черный пар - озимая пшеница - ячмень + эспарцет - эспарцет -озимая пшеница - подсолнечник;

севооборот 3: черный пар - озимая пшеница - ячмень + эспарцет - эспарцет — эспарцет - озимая пшеница - подсолнечник;

севооборот 4: горох - оз. пшеница - ячмень + эспарцет - эспарцет - оз. пшеница -ячмень;

севооборот 5: горох - оз. пшеница - ячмень + эспарцет - эспарцет - эспарцет - оз. пшеница - яр. пшеница - ячмень.

Почва опытного участка - чернозем обыкновенный среднемощный тяжелосуглинистого гранулометрического состава. Агрохимическая характеристика слоя почвы 0-40 см: содержание гумуса - 6,5%, общего азота -0,29%, общего фосфора - 0,21%, общего калия - 1,8%, азота легкогидролизуемого

- 63,2 мг/кг, суммса поглощенных оснований - 68,6 м/моль (экв)/100 г почвы, рНкс| 7,1, гидролитическая кислотность - 1,9 мг-экв на 100 г почвы.

Возделывание сельскохозяйственных культур в опыте осуществлялось по общепринятым зональным технологиям.

Наблюдения, учеты и анализы почвенных образцов проводились по общепринятым методикам: гумус - по методу Тюрина (ГОСТ 23740 -79), общий азота - по Къельдалю (ГОСТ 26107 - 84), валовый фосфор по Гинсбург и Щегловой (ГОСТ 26261 - 84), валовый калий - пламенно-фотометрическим методом (ГОСТ 26261 - 84),содержание в почве водорастворимых форм гумуса

- по методу Тюрина, определение группового состава гумуса на вариантах по методу Кононовой и Бельчиковой, содержание лабильного органического вещества (СЛОВ) по методу Ганжары (1987), определение негидролизуемого остатка гумуса - по Орлову (1980).

Для выделения и учета микроорганизмов использовали метод подсчета основных физиологических групп микроорганизмов по методике почвенной микробиологии и биохимии (1991).

Нитрификационную способность почвы определяли по Кравкову, нитратный азот определялся в свежих образцах почвы ионометрическим методом (ГОСТ 26951-86); подвижный фосфор, обменный калий по Чирикову в модификации ЦИНАО (ГОСТ 26483-85).

Активность ферментов оценивали в воздушно-сухих образцах унифицированными методами Галстяна ( 1974).

Определение гидролитической кислотности проводилось по Каппену (ГОСТ 26212-91), рН солевой в 1,0н КС1 вытяжке и водной вытяжки -потенциометрически (ГОСТ 26483-85).

Учет урожая проводился методом сплошной уборки с учетных делянок.

Экспериментальные данные подвергались статистической обработке с помощью прикладных программ Microsoft Excel, Statistic.

Химические анализы почвы проводились в лаборатории эколого-ландшафтных севооборотов, отделе агропочвоведения, лаборатории микробиологии, ГНУ Воронежский НИИСХ Россельхозакадемии.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Биологическая активность почвы в звеньях севооборотов с многолетними

бобовыми травами

Биохимические показатели почвенного плодородия наиболее чувствительны к изменению агроэкологических условий и достаточно

объективно отражают интенсивность и направленность происходящих в почве процессов.

Растительные остатки бобовых культур, попадая в почву, являются одним из основных источников питания и энергии для микроорганизмов. В связи с тем, что послеуборочные растительные остатки гороха и эспарцета различаются по количеству и качественному составу, по продолжительности и интенсивности разложения, их воздействие на численность и групповой состав микроорганизмов было неодинаковым.

При введении эспарцета в севообороты прослеживается увеличение, как числа микроорганизмов, так и улучшения структуры микробного ценоза почвы. В зернопаротравянопропашных севооборотах, где увеличивается количество бактерий на МПА, процессы гумусообразования проходят более активно, чем в зернопаропропашном севообороте.

Наибольшее содержание нитрификаторов (рис. 1) было отмечено в слое 0-30 см в зернопаропропашном севообороте под горохом и составило 0,41 тыс. КОЕ в 1 г. обе. сухой почвы. Некоторое снижение нитрификаторов в севооборотах с эспарцетом свидетельствует о способности трав регулировать процесс нитрификации, смещая его наиболее активную фазу на озимую пшеницу.

Азотфиксирующие бактерии играют ключевую роль в балансе азота в агроценозах. Максимальное количество азотобактера наблюдалось в зернопаротравянопропашном севообороте с 1 полем эспарцета и составило 281 шт. КОЕ в 50 г почвы, наименьшее под горохом в зернопаропропашном севообороте - 164 шт. КОЕ в 50 г почвы. Наличие азотобактера в почве служит показателем ее плодородия, а численность указывает на экологическое благополучие в данной почве. В связи с этим можно утверждать, что введение в полевые севообороты многолетних бобовых трав способствует улучшению микробного ценоза и питательного режима почв.

нитрификаторы, ТЫС КОЕ Б 1 г. азотобаетер шт КОЕ в 50 г почвы

абсолютно сухой почвы

тж

А

/

/ п

: 1

Рис. 1. Содержание нитрификаторов и азотобактер в севообороте под бобовыми культурами, 2008-2010 годы. 1 - Зернопаропропашной, 2 -зернопаротравянопропашной с 1 полем эспарцета, 3 -зернопаротравянопропашной с 2-мя полями эспарцета.

Введение эспарцета в севообороты приводит к резкому увеличению общего числа микроорганизмов, и вызывает некоторые изменения в структуре микробного ценоза (табл. 1).

Севообороты с 1-ми 2-мя полями эспарцета способствуют увеличению численности микроорганизмов, усваивающих органические формы азота, на 0,9-1,2%; а также уменьшению доли микроорганизмов, ассимилирующих минеральный азот на 1,7-3,6%. Оценка достоверности различия микроорганизмов, ассимилирующих минеральный и органический азот, по I -критерию, показало, что I - теоретическое = 2,16, что больше I - расчетного = 2,4-2,6. Таким образом, различия достоверны.

Таблица 1 - Влияние различных видов севооборотов на структуру микробного ценоза и трансформацию органического вещества, 2008-2010

годы.

Севооборот В % от общего количества микроорганизмов, учтенных на средах Пм*

МПА КАА Актиномипеты Минералнзато ры гумуса

1 2 3 4 5 6

Зернопаропропашной 24,7 42,4 8,7 24,2 88,7

Зернопаротравянопропашной с I полем эспарцета 25,9 38,8 7,5 27,8 118,8

Зернопаротравянопропашной с 2-мя полями эспарцета 25,6 40,7 8,3 25,4 123,7

Пм* = (МПА+КАА)*(МПА/КАА)

С изменением структуры микробного ценоза происходит увеличение показателя микробиологической трансформации органического вещества (Пм) в севооборотах с многолетними бобовыми травами. Так, в севооборотах с 1-м и 2-мя полями эспарцета в сравнении с зернопаропропашным севооборотом увеличение составило - 33,9 - 39,5% соответственно.

В почве происходят одновременно синтез и разложение химических элементов. Основная часть этих процессов осуществляется при участии особых биокатализаторов - ферментов.

Как показали результаты наших исследований, наличие многолетних бобовых трав (эспарцета) в севооборотах и насыщение почвы низкоуглеродистыми растительными остатками приводило к усилению катапазной активности в парных комбинациях эспарцет - озимая пшеница, которая находилась в пределах 15,0 - 16,5 мл при 13,5 мл Ог на 1 г воздушно-сухой почвы за 3 мин в среднем по звену горох - озимая пшеница зернопаропропашного севооборота (табл. 2).

Увеличение интенсивности окислительных процессов в черноземе под воздействием многолетней бобовой культуры происходило как за счет

улучшения качественного состава органического вещества растительных остатков и усиления микробиологической активности почвы, так и за счет улучшения агрофизических свойств агрогенного слоя под воздействием корневых систем многолетних бобовых трав.

Таблица 2 - Ферментативная активность почвы в среднем по звену в слое почвы 0-30 см, на на 1 г воздушно-сухой почвы, 2008-2010 годы.

Севооборот Каталаза мг СЬ за 3 мин Уреаза мг Шз.за 24 часа Фосфатаза мг фенолфталеина за час

Зернопаропропашной 13,5 13 1,2

Зернопаротравянопропашной с 1 полем эспарцета 15,9 1,5 1,1

Зернопаротравянопропашной с 2-мя полями эспарцета 15,0 1,6 1,1

Зернотравяной с 1 полем эспарцета 16,5 1,8 1,0

Аналогичная тенденция просматривалась и в показателях уреазной активности. Наибольшим уровнем уреазной активности характеризуется зернотравяной севооборот с 1 полем эспарцета - 1,8 мг ЫН3 на 1 г воздушно-сухой почвы за 24 часа. Менее активно происходил процесс гидролиза мочевины в почве зернопаропропашного севооборота - 1,3 мг ЫН3 на 1 г воздушно-сухой почвы за 24 часа. Усиление уреазной активности связано с большим поступлением органического вещества с высоким содержание азота что, приводит к более интенсивному разложению органических остатков эспарцета.

Таким образом, введение в севооборот многолетних бобовых трав способствовало увеличению поступления в почву органического вещества с более узким соотношением С:1Ч, что оказывало стимулирующее влияние на рост ферментативной активности, каталазы и уреазы.

Несколько иную направленность имеет фосфатазная активность. Она снижается при введении в севооборот эспарцета в связи с ростом обеспеченности почвы фосфором.

Следовательно, введение эспарцета в севообороты способствует активизации минерализационных и биологических процессов, вследствие чего процессы дыхания и биохимических реакций окисления органического вещества происходят на более высоком уровне.

Влияние бобовых культур на агрохимические свойства почвы в севооборотах различной специализации.

В Центрально Черноземном регионе, несмотря на высокую природную обеспеченность черноземных почв элементами минерального питания,

регулирование показателей эффективного плодородия является одной из основных форм повышения продуктивности полевых культур.

Факт увеличения урожайности сельскохозяйственных культур в севооборотах с эспарцетом свидетельствует, о более высокой степени обеспеченности элементами минеральными питания в сравнении с контрольным севооборотом (табл. 3).

Таблица 3 - Содержание элементов минерального питания под озимой пшеницей при введении в севообороты эспарцета в среднем за вегетацию в слое почвы 0-40 см, 2008-2010 годы.

Севооборот Содержание элементов минерального питания

N-N03, мг/кг почвы Р2О5. мг/ЮОг почвы к2о, мг/ЮОг почвы

Зернопаропропашной 8,8 8,0 10,8

Зернопаротравянопропашной с 1 полем эспарцета 13,9 9,6 13,3

Зернотравяной с 1 полем эспарцета 12,8 9,5 12,4

НСР05 4,0 1.5

Введение в полевые севообороты многолетних бобовых трав приводит к существенным изменениям содержания доступных форм питательных веществ в черноземных почвах. Значительный отпечаток на формирование азотного фонда почвы накладывают возделываемая культура, вид севооборота и, в значительной мере, бобовые растения, как единственный источник биологической фиксации азота в агроценозах. По нашим данным, в третьей ротации севооборота, лучшей обеспеченностью азотом под озимой пшеницей, характеризуются фитоценозы с многолетним бобовым компонентом. Также отмечается и увеличение содержания подвижного фосфора и калия в севооборотах с эспарцетом.

Изменение гумусного состояния почвы под влиянием многолетних бобовых трав в различных севооборотах.

Важным интегральным показателем плодородия почв является содержание гумуса в пахотном слое черноземных почв. Результаты наших исследований свидетельствуют о том, что изменения гумусового состояния почв в процессе их интенсивного использования разнообразны. Экспериментальные данные показали, что в условиях 2008 - 2009 годы наибольшим содержанием гумуса отмечался зернопаропропашной севооборот (табл. 4). Это связано с тем, что в таком севообороте в почву поступает разнокачественная органическая масса, но в меньших количествах, чем в зерновых севооборотах. Что приводит к интенсивной минерализации растительных остатков и быстрому включению ее продуктов в состав гумуса почвы.

Установлено, что в связи с увеличением антропогенной нагрузки и снижении применения минеральных и органических удобрений по всем изучаемым севооборотам происходит уменьшение содержания гумуса. При введении же многолетних бобовых трав темпы деградации черноземов снижаются. Так, в зернопаропропашном севообороте уменьшение содержания гумуса с 2002 - 2005 года составило 4,5%, а в севооборотах с включением эспарцета содержание гумуса уменьшилось всего на 1,5 - 2,9%.

Таблица 4 - Содержание гумуса в среднем по звену севооборота в слое 0-40 _см., %, 2008 - 2010 годы.___

Севооборот Годы исследования Среднее 20022005

2008 2009 2010

Зернопаропропашной 6.17 6,19 6,06 6.14 6,43

Зернопаротравянопропашной с 1 полем эспарцета 5,93 6,17 6,10 6.06 6.29

Зернопаротравянопропашной с 2-мя полями эспарцета 5,85 5,82 6,25 5,97 6,16

Зернотравяной с 1 полем эспарцета 5,92 6,12 6.29 6.11 6.20

Зернотравяной с 2-мя полями эспарцета 5,79 6,08 6,28 6,05 6,23

НСР 05 - 0,29

Эспарцет в зерновых севооборотах выступает в роли регулирующей культурой в накоплении растительных остатков с высоким содержанием углерода, тем самым ослабляет риск почвоутомления, а также способствует пополнению запасов гумуса.

ячмень

горох/эспарцет

оз. пшеница

Экспоненциальн ый

(горох/эспарцет)

1 2 3 4 5

Рис. 2. Запасы гумуса в звеньях севооборотов в слое 0-40 см., 2008-2010 годы.

1 - зернопаропропашной, 2 - зернопаротравянопропашной с 1 полем эспарцета. 3 - зернопаротравянопропашной с 2-мя полями эспарцета, 4 -зернотравяной с 1 полем эспарцета, 5 - зернотравяной с 2 полями эспарцета

В зернопаропропашном севообороте и зернопаротравянопропашном севообороте с 1-м полем эспарцета запасы гумуса уменьшаются от культуры ячмень - однолетней бобовой культуры к озимой пшенице, в зернопаротравянопропашном севообороте с 2-мя полями эспарцета уменьшения не происходит, а в зернотравяных севооборотах установлен закономерный тренд в сторону увеличения гумуса в слое почвы 0-40 см.

На основании данных можно сделать заключение, что во вех изучаемых севооборотах органическое вещество растительных остатков в среднем по звену ячмень-бобовая культура, где соотношение С:И колеблется в приделах 11,9:1 - 12,3:1 (менее 25:1), что стимулирует процесс минерализации растительных остатков.

Введения в зерновые севообороты культуры с большим поступлением высокоуглеродистых растительных остатков эспарцета способствует созданию положительного баланса и устраняет опасность одностороннего воздействия на почву.

В севооборотах с двумя полями эспарцета происходит наиболее интенсивный процесс новообразования гумусовых веществ.

В данных севооборотах создаются оптимальные гидротермические, биохимические условия для микробиологических процессов, вследствие чего в почве накапливается максимальное количество водорастворимого гумуса.

В среднем в слое 0-40 см в зернопаротравянопропашном севообороте с двумя полями эспарцета содержание его составило 0,035%, а в зернотравяном севообороте с двумя полями эспарцета 0,029%, что на 23,0 - 7,1% больше, чем в зернопаропропашном севообороте.

Минимальное количество углерода ЛОВ отмечено в почве зернопаропропашного севооборота, где наиболее интенсивно протекают процессы минерализации органического вещества почвы (табл. 5).

Таблица 5 - Содержание углерода лабильного органического вещества под культурами в севооборотах различной специализации % к массе почвы в слое почвы 0-40 см., 2008 - 2010 годы.

Севооборот Звено севооборота среднее

ячмень горох эспарцет оз. пшеница

Зернопаропропашной 0,034 0,032 0,037 0,034

Зернопаротравянопропашной с 2-мя полями эспарцета 0,037 0,039 0,044 0,040

Зернотравяной с 1 полем эспарцета 0,037 0,039 0.047 0,041

Зернотравяной с 2-мя полями эспарцета 0,039 0,043 0,057 0,046

НСРоз - 0,006

Содержание углерода ЛОВ в почвах в севооборотах с многолетними травами значительно выше. Введение в севообороты многолетних бобовых трав стабилизирует содержание гумуса и повышает эффективное плодородие почв.

Расчет энергопотенциала почвы показал, что наименьший потенциал отмечается под горохом в зернопаропропашном севообороте. (Рис 3). Эспарцет способствует увеличению энергопотенциала.

1 2 3 4 5

Рис. 3. Содержание энергии гумуса под бобовыми культурам в слое почвы 0-40 см., 2008-2010 годы. 1 - зернопаропропашной, 2 -зернопаротравянопропашной с 1 полем эспарцета, 3 -зернопаротравянопропашной с 2-мя полями эспарцета, 4 - зернотравяной с 1 полем эспарцета, 5 - зернотравяной с 2 полями эспарцета.

Следовательно, введение эспарцета, сопровождающееся пополнением почвы свежим органическим веществом, сформировавшимся в процессе фотосинтеза, позволяет поддерживать плодородие почвы и обеспечивать растения необходимыми для роста и развития элементами минерального питания.

Экономическая эффективность различных севооборотов с бобовыми культурами, оценка эффективности их возделывания.

Для объективной оценки эффективности возделывания сельскохозяйственных культур проведен расчет основных экономических показателей звеньев севооборотов - себестоимость продукции, прибыль, уровень рентабельности.

Экономическая эффективность севооборотов с различным насыщением эспарцета на черноземе обыкновенном по основным культурам звена севооборота приведена в (табл. 6).

На основании расчетов можно сделать заключение, что в зернопаропропашном севообороте затраты на 1 га оказались наибольшими -

5502 рублей, тогда как в зернопаротравянопропашных севооборотах - 4194 -3383 рублей, а в зернотравяных севооборотах - 4153 - 3354 рублей.

Важнейшим фактором, определяющим рентабельность производства зерна, является урожайность.

Таблица 6 - Экономическая эффективность эспарцета в севооборотах различной специализации в среднем по звену 2008 - 2010 годы.

Севооборот Урожайность к. ед. т/га Затраты на 1 га Затраты чел. час на 1 т продукции Себестоимость 1т продукции Прибыль, руб. Уровень рентабельности, %

мат. ден. руб. чел. час на 1 га на 1 т

Зернопаропропашной 2,3 5502 4,78 2,56 2392 4344 1888,9 78,9

Зернопаротравянопро-пашной с 1 полем эспарцета 2,7 4194 5,44 2,52 1553 3693 1367,9 88,1

Зернопаротравянопро-пашной с 2-мя полями эспарцета 2,5 3383 5,19 2,2 1353 3920 1568 115,9

Зернотравяной с 1 полем эспарцета 2,6 4153 4,0 2,69 1597 3442 1324 82,9

Зернотравяной с 2-мя полями эспарцета 2,4 3354 5,1 2,4 1397 3658 1524 109,1

В звеньях зернопаротравянопропашных севооборотах с 1-м и 2-мя полями эспарцета и в зернотравяных севооборотах с 1-м и 2-мя полями эспарцета отличающихся высокой урожайностью сельскохозяйственных культур себестоимость продукции была значительно ниже, чем на контрольном варианте.

Важнейшим показателем экономической эффективности производства является показатель рентабельности, наиболее полно отражающим использование материальных, трудовых и денежных ресурсов.

Уровень рентабельности в севооборотах с 1-м полем эспарцета составляет 88,1 % - в зернопаротравянопропашном севообороте и 82,9 % - в зернотравяном севообороте. В зернопаротравянопропашном севообороте с 2-мя полями эспарцета - 115,9 %, в зернотравяном севообороте с 2-мя полями эспарцета -109,1 %, тогда как в зернопаропропашном севообороте рентабельность производства находится на уровне 78,9 %.

Экономически более выгодно внедрять севообороты с эспарцетом одного и двух лет пользования, которые наиболее рентабельны по отношению к зернопаропропашному севообороту.

выводы

1. При чередовании зерновых и бобовых культуры - эспарцета достигается стабильно высокая продуктивность культур севооборота при сохранение потенциального и рационального использования эффективного плодородия чернозема.

2. Введение эспарцета в зерновые севообороты обеспечивает пополнение запасов гумуса в почве, биологической активности и продуктивности сельскохозяйственных культур.

В зернопаротравянопропаном севообороте с 2-мя полями эспарцета и в зернотравяных севооборотах с 1-м и 2-мя полями эспарцета разложение растительных остатков происходит не так интенсивно, как в зернопаропропашном севообороте, что способствует «омолаживанию» гумуса. Эспарцет в зерновых севооборотах выступает регулирующим звеном в накоплении растительных остатках с высоким содержанием углерода, тем самым ослабляя риск почвоутомления и в то же время способствуя пополнению запасов гумуса.

Существенных различий по содержанию негидролизуемого остатка гумуса между вариантами и контролем не установлено.

3. Включение двух полей эспарцета в зерновой и зернотравянопропашной севообороты способствует сохранению потенциального плодородия почвы и повышению урожайности возделываемых культур.

В зернопаропропашном севообороте и зернопаротравянопропашном севообороте с 1 полем эспарцета по сравнению с зернопаротравянопропашным севооборотом с 2-мя полями эспарцета и зернотравяными севооборотами происходит изменение в составе гумуса повышается содержание гуминовых кислот и уменьшается содержание фульвокислот, отношение Сгк:Сфк расширяется, что связано с поступлением в почву различного количества растительной биомассы, поступающей в почву, разных видов севооборотов и особенностей ее разложения биомассы и включения продуктов минерализации в состав гумусовых веществ.

В зернопаропропашном севообороте в связи с поступлением в почву разнокачественной органической массы, но в меньших количествах, чем в зерновых севооборотах, в следствии интенсивной минерализации растительных остатков и быстрого включения его продуктов в состав гумуса возникает дефицит свежих органических веществ и начинается обратный процесс -микробиологическая минерализация гумусовых веществ, что ведет к снижению содержания гумуса.

4. В зернотравяных севооборотах количество растительных остатков, поступающих в почву, значительно больше, чем в других, но они беднее азотом, следствие чего разложение соломистой биомассы этих севооборотов происходит более продолжительно, но менее интенсивно, что приводит к возникновению квазиравновесного состояния.

5. Содержание углерода ЛОВ в почвах в севооборотах с многолетними травами закономерно выше, и колеблется от 0,034 до 0,046% от массы почвы, что связано с увеличением количества послеуборочных остатков и повышением интенсивности их минерализации. Минимальное количество ЛОВ наблюдалось в почве зернопаропропашного севооборота, где наиболее интенсивно протекают процессы минерализации органического вещества почвы.

6. Высокой степенью микробиологической активности выделялись севообороты, с многолетними травами, обеспечивающие наибольшее поступление органического вещества в почву.

Введение эспарцета в севообороты приводит к значительному увеличению общего числа микроорганизмов, и вызывает некоторые изменения в структуре микробного ценоза.

7. Использование комплекса показателей ферментативной активности почвы как диагностического метода позволяет спланировать оптимальные севообороты для конкретной территории способствующие повышению биологической активности и плодородия почвы.

8. Введение в севооборот многолетних трав, в нашем случае эспарцета, ведет к поддержанию нитрификационной способности почвы на высоком уровне.

9. Введение в севообороты эспарцета, сопровождается пополнением почвы свежим органическим веществом, сформировавшимся в процессе фотосинтеза, что позволяет поддерживать энергопотенциал почвы и обеспечивать растения, необходимыми для роста и развития, элементами минерального питания. Лучшие условия азотного питания складывались в севооборотах с двумя полями эспарцета.

10. В зернопаротравянопропашном севообороте с 2- мя полями эспарцета и в зернотравяных севооборотах складывались наиболее положительные условия для накопления подвижных форм фосфора, и составило 9,5 — 9,6 мг/100 г. почвы. Существенных различий по содержанию подвижного калия в почве различных видов севооборотов не установлено.

РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ

Для снижения уровня деградации черноземов, стабилизации потенциального и повышения эффективного плодородия в условиях неустойчивого увлажнения ЦЧР в хозяйствах с развитым животноводством рекомендуется, вводить и осваивать зернопаротравянопропашные севообороты 2-мя полями эспарцета, которые обеспечивают создание прочной кормовой базы.

Для повышения урожайности и сбора зерна при сохранении потенциального плодородия черноземов в хозяйствах зернового направления рекомендуется, внедрение зерновых севооборотов с 1-ми 2-мя полями эспарцета, которые обеспечивают высокую продуктивность при низкой себестоимости и высокой рентабельностью продукции.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИОННОГО ИССЛЕДОВАНИЯ

Публикации в изданиях, рекомендуемых ВАК РФ:

1.Турусов В.И. Эспарцет как фактор стабилизации плодородия почв. /В.И. Турусов, Ю.И. Чевердии, Т.И. Дьячкова// Современные проблемы науки. - 2012 - № 2. URL: www.science-education.ru/102-5672.edition@rea.ru.

2. Турусов В.И. Биогенность почвы (черноземов) в севооборотах с бобовыми культурами /В.И. Турусов, Т.И. Дьячкова, В.М. Гармашов// Плодородие - 2012. - №2 - С. 39-41.

Публикации в других изданиях:

3. Кумицкая В.А. Эффективность многолетних трав в севооборотах различной специализации./ В. А. Кумицкая, Е.В. Недоцук, O.A. Абанина, Т.И. Дьячкова// Актуальные проблемы повышения эффективности агропромышленного комплекса (материалы международной научно-практической конференции, г. Курск, 23-25 января 2008г., ч. 1): сб. науч. ст. - Курск: Изд-во Курск, гос. с.-х. ак., 2008. - С 307-309.

4. Турусов В. И. Засоренность и продуктивность зерновых культур в короткоротационных севооборотах. / В.И. Турусов, В.А. Кумицкая, Т.И. Михина, O.A. Абанина, Т.И. Дьячкова, А.П. Киценко// Научно-практические основы сохранения и воспроизводства плодородия почв ЦЧЗ (материалы заседания Территориального координационного совета «Проблемы земледелия ЦЧЗ» Каменная Степь, 25-26 июня 2008г., Каменная Степь: - Воронеж: Изд-во «Истоки», 2008. - С. 108-109.

5. Рымарь В.Т. Оптимизация структуры посевов и севооборотов в эколого-ландшафтном земледелии Воронежской области (Рекомендации). В.Т. Рымарь, В.И. Турусов, В.А. Кумицкая, Т.И. Михина, Е.В. Недоцук, O.A. Абанина, Т.И. Дьячкова, А.П. Киценко, О.В. Турусов. - Воронеж: «Истоки», 2008.-30 с.

6. Турусов В.И. Влияние эспарцета разной продолжительности использования на биологическую активность почвы. / В.И. Турусов, Т.И. Дьячкова// Пути сохранения плодородия почвы и повышения продуктивности сельскохозяйственных культур в адаптивно-ландшафтном земледелии Центрального Черноземья: Материалы заседания Территориального координационного совета «Проблемы заседания ЦЧЗ». Каменная Степь. 29 мая 2009 года. ч. 1. Земледелие,

агропочвоведение, агрохимия, растениеводство - Воронеж: изд-во «Истоки», 2009. - С. 120-122.

7. Турусов В.И. Агротехнические основы оптимизации почвенной среды в интенсивных системах земледелия. / В.И. Турусов, В.М. Гармашов, Т.И. Дьячкова.// Научно-практические основы энерго- и ресурсосбережения в адаптивно-ландшафтных системах земледелия Центрального Черноземья: Материалы заседания совета по земледелию Центрально-Черноземной зоны Отделения земледелия Россельхозакадемии. Каменная Степь 27-28 мая 2010г. - Воронеж: из-во «Истоки», 2010. - С. 76-81.

Издательство «ИСТОКИ» 394043, г. Воронеж, ул. Ленина, 73, оф.102 Телефон/факс (473) 253-57-97. E-mail: istoki-vrn@mail.ru

Подписано в печать 12.04.2012 г. Формат 60x80 1/16. Гарнитура «Times New Roman» Печать офсетная. Бумага офсетная. Объем 1,0 пл. Тираж 100 экз. Заказ № 298.

Отпечатано в соответствии с качеством предоставленного оригинал-макета. Типография «ИСТОКИ» 394043, г. Воронеж, ул. Ленина, 73, оф.102 Телефон/факс (473) 261-94-88

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, кандидата сельскохозяйственных наук, Дьячкова, Татьяна Иосифовна, Каменная Степь

61 12-6/557

ГОСУДАРСТВЕННОЕ НАУЧНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ «ВОРОНЕЖСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ» СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА ИМЕНИ В. В. ДОКУЧАЕВА РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ НАУК

На правах рукописи

ДЬЯЧКОВ А ТАТЬЯНА ИОСИФОВНА

ВЛИЯНИЕ ЭСПАРЦЕТА НА СОСТОЯНИЕ ОРГАНИЧЕСКОГО

ВЕЩЕСТВА ПОЧВЫ И ПРОДУКТИВНОСТЬ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР В СЕВООБОРОТАХ РАЗНОЙ СПЕЦИАЛИЗАЦИИ

06.01.01 - общее земледелие

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Научный руководитель -доктор сельскохозяйственных наук, член - корреспондент Россельхозакадемии

В.И. Турусов

Каменная Степь - 2012

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ...................................................................................4

ГЛАВА I. ВЛИЯНИЕ МНОГОЛЕТНИХ БОБОВЫХ ТРАВ НА ГУМУСНОЕ СОСТОЯНИЕ ПОЧВЫ В СОВРЕМЕННЫХ СЕВООБОРОТАХ (ОБЗОР

ЛИТЕРАТУРЫ).............................................................................7

1.1.Изменение содержания гумуса и его лабильных элементов в различных видах севооборотов.............................................................

1.2.Биогенность почвы и ее плодородие в севооборотах с многолетними

23

травами...................................................................................................................^

ГЛАВА II. ПОЧВЕННО-КЛИМАТИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ. ОБЪЕКТ И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ..................................34

2.1. Краткая характеристика почвенно-климатических условий Центрально-Черноземной зоны и места проведения исследований................34

2.2. Метеорологические условия в годы проведения исследований

(2008-2011 гг.)........................................................................................................38

2.3. Схема опыта и методика проведения исследований...................43

ГЛАВА III. ИЗМЕНЕНИЕ ГУМУСНОГО СОСТОЯНИЯ ПОЧВЫ ПОД ВЛИЯНИЕМ МНОГОЛЕТНИХ БОБОВЫХ ТРАВ В РАЗЛИЧНЫХ

СЕВООБОРОТАХ.........................................................................47

3.1. Содержание гумуса под культурами в севооборотах с различным

насыщением многолетними травами.................................................................48

3.2. Групповой состав гумуса....................................................55

3.2.1. Количественные изменения водорастворимых форм гумуса.....59

3.2.2 Негидролизуемый остаток гумуса под культурами севооборота в

звене с эспарцетом.........................................................................62

3.3. Углерод лабильного органического вещества (ЛОВ)..................63

ГЛАВА IV. БИОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЧВЫ В ЗВЕНЬЯХ СЕВООБОРОТОВ С БОБОВЫМИ КУЛЬТУРАМИ...............................67

4.1 Структура микробного ценоза почвы под культурами севооборотов

с эспарцетом.................................................................................^8

4.2. Ферментативная активность почвы.......................................

81

4.3. Нитрификационная способность почвы..................................

4.4. Биоэнергетика гумуса в связи с разным насыщением севооборотов

..................85

с эспарцетом.......................................................................

ГЛАВА V. ВЛИЯНИЕ ЭСПАРЦЕТА НА АГРОХИМИЧЕСКИЕ

СВОЙСТВА ПОЧВЫ В СЕВООБОРОТАХ РАЗЛИЧНОЙ

89

СПЕЦИАЛИЗАЦИИ......................................................................

5.1. Изменение азотного фонда почвы под культурами севооборотов

...............90

различной специализации..............................................

5.2. Закономерности изменения фосфатного фонда почвы...............97

5.3. Влияние звена севооборота на калийный режим почвы...............101

5.4. Реакция среды почвы и рН водной и солевой вытяжки................104

ГЛАВА VI. ПРОДУКТИВНОСТЬ С ЭСПАРЦЕТОМ В РАЗЛИЧНЫХ СЕВООБОРОТАХ И РЕСУРСНО-ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА

ЭФФЕКТИВНОСТИ ИХ ВОЗДЕЛЫВАНИЯ...................................................107

..тт ...................113

ВЫВОДЫ...........................................................................................

117

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ...................................................................................

145

ПРИЛОЖЕНИЕ..............................................................................

ВВЕДЕНИЕ

Проблема обеспечения населения страны продовольствием было и остается важнейшей задачей сельскохозяйственного производства, функционирующего благодаря уникальной способности почвы к зарождению, развитию и воспроизводству жизни. Ее успешное решение возможно на основе сохранения потенциального и повышения эффективного плодородия почвы.

В современном интенсивном земледелии с высокой антропогенной нагрузкой на пахотные почвы необходимо постоянно отслеживать изменение интенсивности и направленности почвенных процессов. Это важно для разработки путей управления почвенными процессами, направленными на воспроизводство плодородия почвы при возрастающей интенсификации сельскохозяйственного производства и усиливающейся специализации хозяйств, приводящей к насыщению полевых севооборотов однородными культурами и ухудшению агроэкологических условий почвенной среды.

В последнее время для разных типов почв при различных системах земледелия выявлена общая тенденция значительных потерь гумуса в пахотном слое. Черноземные почвы за последние 100 лет потеряли в среднем около 30% гумуса, а на старопахотных землях его содержания сократилось вдвое относительно первоначальных запасов (Федоров В.А., Скорочкин Ю.П.,

В.А. Воронцов, 2006).

Наиболее действенным средством биологизации земледелия, сохранения и повышения плодородия почвы является расширение посевов многолетних бобовых трав, насыщение ими полевых севооборотов при оптимальном

сочетании с другими агроприемами.

Переход высокоинтенсивного земледелия на биологические технологии даст множество положительных моментов, в частности позволит снизить остроту экологических проблем, а экономически слабым хозяйствам внедрение биологических способов ведения земледелия создаст благоприятные условия для повышения продуктивности агроценозов.

Введение многолетних бобовых трав в адаптивно-ландшафтные системы земледелия актуально, имеет теоретическую и практическую значимость, так как позволит улучшить ряд аспектов, связанных с почвообразовательными процессами.

Цель наших исследований заключается в разработке приемов стабилизации и воспроизводства плодородия чернозема обыкновенного путем различного насыщения севооборотов многолетними бобовыми травами.

Для реализации поставленной цели следовало решить следующие

задачи:

- изучить структуру микробного ценоза почвы и закономерности изменения ферментативной активности при введении в севообороты эспарцета;

- установить влияние многолетних бобовых трав на гумусное состояние почвы;

- определить величину накопления и скорость трансформации лабильного органического вещества (ЛОВ) в звеньях севооборотов с эспарцетом;

- выявить закономерности изменения содержания водорастворимого

гумуса;

- изучить влияние эспарцета на содержание консервативных форм органического вещества почвы;

- дать агротехническую и экономическую оценку продуктивности звена

севооборота и эффективности использования эспарцета как биологического приема регулирования плодородия чернозема обыкновенного в севооборотах

различной специализации.

Научная новизна исследований Установлено существенное влияние

эспарцета на содержание и групповой состав гумуса. Выявлены изменения микробного ценоза под культурами при введении в севооборот многолетних бобовых трав, в частности эспарцета. Установлено значительное повышение биологической активности почвы в т.ч. усиление нитрификационной способности почвы. Выявлены закономерности изменения питательного режима

почвы, увеличение содержания подвижных форм азота и фосфора, подтвержденные корреляционным анализом.

Практическая значимость. Использование в хозяйствах различных форм собственности рекомендуемых севооборотов позволит стабилизировать плодородие почвы, повысить урожайность и качество продукции. А также при введении в севообороты эспарцета будет частично решена проблема создания прочной кормовой базы для животноводства.

Положения, выносимые на защиту:

1) в севооборотах с эспарцетом повышается активность минерализаци-онных и биологических процессов, что приводит к резкому увеличению общего числа микроорганизмов, и вызывает положительные изменения в структуре микробного ценоза;

2) эспарцет в зернотравяных севооборотах является регулирующим звеном в накоплении трудногидролизуемых, малодоступных для большей части микроорганизмов органических соединений, тем самым существенно снижает опасность одностороннего воздействия на почву;

3) введение эспарцета в севооборот приводит к увеличению массы лабильного органического вещества в биологическом круговороте. Замена в структуре полевого севооборота гороха на эспарцет является фактором повышения эффективного плодородия чернозема обыкновенного;

4) самая высокая урожайность озимой пшеницы и звена севооборота в целом, при низкой себестоимости и высоком уровне рентабельности создается в севооборотах с эспарцетом.

ГЛАВА I. ВЛИЯНИЕ МНОГОЛЕТНИХ БОБОВЫХ ТРАВ НА ГУМУСНОЕ СОСТОЯНИЕ ПОЧВЫ В СОВРЕМЕННЫХ СЕВООБОРОТАХ

(обзор литературы)

Успешное развитие адаптивно-ландшафтного земледелия в значительной степени зависит от сбалансированности производственной оптимизации плодородия пахотных почв и культурного почвообразовательного процесса при этом, прежде всего, обеспечиваются воспроизводство органического вещества в почве - основы ее плодородия.

Периодические почвенные обследования и данные научных учреждений последних лет свидетельствуют о значительном изменении содержания органического вещества в почвах различных регионов страны. Так в Центрально-Черноземной зоне содержание гумуса в пахотных почвах в последние 2-3 десятилетия по данным повторных почвенных обследований уменьшалось ежегодно на 1,0-1,5 т/га (Адерихин П.Г., Шевченко Г.А., 1968; Про-сянникова О.И., 2006; Дедов A.B., 2002; Рымарь В.Т., Свиридов А.К., Черенков В.В., 2000; Черкасов Г.Н. и др., 2008, Верзилин В.В. и др., 2004; Масю-тенко Н.П., 2006), в Нечерноземной зоне - на 0,5-0,7 т/га (Шрам-ко Н.В., Мельцаев И.Г., Вихарев Г.В., 2008).

Снижение содержания гумуса в пахотном горизонте почв связано с эрозией, отчуждением значительной части органического вещества с урожаем культур и недостаточным поступлением его с органическими удобрениями. В пахотных почвах нарушается естественный круговорот важнейших элементов. Биологический круговорот изменяется не только на количественном, но и на качественном уровнях, нарушая тем самым почвообразовательный процесс.

Земли сельскохозяйственного назначения России находятся в критическом состоянии. Как отмечается в Федеральной целевой программе «Сохранение и восстановление плодородия почв земель сельскохозяйственного назначения и агроландшафтов как национального достояния России на 20067

2007 год» свыше 56 млн. га. пашни характеризуется низким содержанием гумуса. Это весьма серьезное основания для беспокойства, если учесть, что вся площадь пашен России немногим превышает 100 млн.га. (Ибрагимов К. X.,

2008).

По мнению Н.Ф. Ганжары, (2001) значительная роль гумуса для плодородия черноземов сказывается лишь при низком его содержании - менее 2 %. При дальнейшем повышении содержания гумуса урожайность растет незначительно.

Так как гумус является одним из важных компонентов почвы, определяющим уровень естественного плодородия, с ним связаны основные био-фильные макро- и микроэлементы, которые, высвобождаясь в процессе минерализации, становятся доступными растениям и микроорганизмам. Он является главным фактором формирования физических свойств, тем самым опосредованно участвуя в регуляции водного, воздушного и теплового режимов, в повышении буферности и сопротивляемости почв к неблагоприятным воздействиям как естественного, так и техногенного происхождения

(Багаутдинов Ф.Я., Хазиев Ф.Х., 1997).

Главная причина отрицательного баланса гумуса - недостаточное поступление в почву биомассы с благоприятным соотношением С:1Ч, прежде всего навоза, пожнивно-корневых остатков многолетних бобовых трав, сиде-ральных культур. Свежее органическое вещество растительных остатков с узким отношением С:К стимулирует развитие микрофлоры почвы, так как является доступным источником питания. При низком содержании азота в органическом веществе микроорганизмы в большей степени используют минеральный азот почвы.

По расчетам специалистов ВНИИТОУ, для бездефицитного баланса

гумуса необходимо вносить в Российской Федерации в среднем 6,2 т/га навоза. В настоящее время вносится только 1,3т/га, чего явно недостаточно (Ры-марь В.Т. и др., 2000).

Средством удешевления восполнения и повышения почвенного плодородия черноземных и других пахотных угодий в конце XX в. английские ученые считали всестороннюю биологизацию земледелия (Бенвард Гайер, 1990), которая должна была уменьшить необходимость применения химических средств в земледелии, которые могут стать источником загрязнения окружающей среды. Негативное влияние минеральных удобрений на почву и растения имеет место в том случае, когда не соблюдаются оптимальные дозы и условия их внесения. Например, при внесении завышенных доз удобрений в парниках и теплицах повышается содержание солей в почве, что тормозит

развитие растений.

Высокие дозы азотных удобрений на полях могут привести к накоплению в почве, а затем в растениях большого количества солей азотной кислоты - нитратов. Превращаясь затем в нитриты, они вызывают отравление животных и человека. (Ашинов Ю.Н., Зубкова Т.А., Кариачевский Л.О., 2008). Во избежание этого должна максимально использоваться побочная продукция урожая полевых культур. За счет побочной продукции происходит не только обогащение почвы органическими и минеральными веществами, но и улучшается экологическое состояние пашни и окружающей среды (Гущин Ю.М., и др., 2006).

В искусственно созданных ценозах антропогенного ландшафта ведущая роль в регулировании экологических взаимосвязей принадлежит правильно подобранное соотношение культур на территории с соответствующим их чередованием во времени, то есть севообороту.

Определяя перспективы экологизации и биологизации полевых севооборотов, следует исходить из того, чтобы обмен веществ и энергии в них был приближен к естественным экосистемам, где эти процессы осуществляются в рамках биологического круговорота.

Росту биологических потерь гумуса способствуют следующие факторы: увеличение в структуре посевов доли пропашных культур, сокращение площади посева многолетних трав, применение минеральной системы удоб-

рений, неполное использование послеуборочных растительных остатков, концентрация животноводства, затрудняющая транспортировку навоза на отдаленные поля.

1.1. Изменение содержания гумуса и его лабильных элементов в различных

видах севооборотов

Целинные почвы со свойственными им естественными фитоценозами представляют собой открытую экологическую систему. Распашка их, разные по интенсивности приемы обработки почвы, типы возделываемых культур, широкое использование органических и минеральных удобрений приводит к нарушению относительного динамического равновесия в системе.

Важнейшим фактором динамики органического вещества в пахотных почвах является культура полевых растений. Исходным теоретическим моментом при обосновании роли культурных растений в количественной динамике органического вещества почвы является биологические особенности полевых культур, с одной стороны, и система сопутствующей возделыванию культур механической обработки почвы - с другой стороны. В естественных фитоценозах происходит постоянное накопление биогенных элементов в орнеобитаемом слое почвы. В агроценозах изменяется соотношение между выносом и поступлением биогенных элементов в системе «растение - почва», и при недостаточном внесении удобрений происходит снижение запасов гумуса и минеральных элементов почвы, в результате ее потенциальное плодородие постепенно уменьшается (Рассел Э.Д., 1955; Егоров В.Е., Лыков A.M., 1963; Лыков A.M., 1963; Лаврентьев В.В., 1966; Bommer D., 1995).

Добиться устойчивости агроэкосистем и сбалансированности природных процессов можно путем приближения внутренних свойств агроценозов к

естественным фитоценозам.

Сельскохозяйственные растения оставляют после себя неодинаковое

количество органического вещества различного качества, которое служит основой для образования гумуса, источником азота и зольных элементов, а

10

к

также энергетическим материалом для микроорганизмов (Берестедкий O.A., 1983).

От количества свежего растительного материала, его химического состава, характера поступления во времени в большей степени зависит биологический потенциал почвы.

Корни и стерневые остатки растений после отмирания разлагаются в

результате деятельности микроорганизмов и мезофауны почвы. Микрофлора использует органический материал в качестве источника пищи и энергии. На ход и скорость его разложения влияют, во-первых, внешние условия среды, зависящие от типа почвы и климата, влажность, температура, pH почвы, содержание в ней кислорода и питательных веществ и, во-вторых, химический

состав растительных остатков.

Из всего количества поступающего в почву свежего о