Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Влияние систем удобрений на трансформацию гумуса и азота в дерново-подзолистых почвах Северо-Западного региона России

ВАК РФ 06.01.04, Агрохимия

Автореферат диссертации по теме "Влияние систем удобрений на трансформацию гумуса и азота в дерново-подзолистых почвах Северо-Западного региона России"

На правах рукописи

МАКАРОВА Александра Ивановна

ВЛИЯНИЕ СИСТЕМ УДОБРЕНИЙ НА ТРАНСФОРМАЦИЮ ГУМУСА И АЗОТА В ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ ПОЧВАХ СЕВЕРО-ЗАПАДНОГО РЕГИОНА РОССИИ

Специальность 06.01.04 - «Агрохимия»

Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата сельскохозяйственных наук

2 2 С£Н 2011

Москва 2011

4853180

Работа выполнена на кафедре химии и агрохимии Великолукской государственной сельскохозяйственной академии

Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук, профессор

Володина Тамара Ибраевна.

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук

Конончук Вадим Витальевич;

доктор биологических наук, профессор

Надежкин Сергей Михайлович.

Ведущее учреждение:

Всероссийский научно-исследовательский институт агрохимии им. Д.Н. Прянишникова.

Защита состоится «27» сентября 2011 года в 13 часов 30 минут на заседании диссертационного совета Д 006.049.01 при Московском научно-исследовательском институте сельского хозяйства «Немчиновка».

Адрес: 143026, Московская область, Одинцовский район, пос. Немчиновка-1, ул. Калинина, дом 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского НИИСХ «Немчиновка».

Автореферат разослан

Учёный секретарь диссертационного совета

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Внесение органических удобрений является важным приёмом окультуривания целинных почв, а также поддержания уровня гумусирован-ности и иммобилизации азота в почве. Особенно актуальным это является в отношении дерново-подзолистых почв, где в первом минимуме находится азот.

Выяснение механизма трансформации количества и качества гумусовых и азотистых веществ в пахотной почве на фоне действия и последействия различных систем удобрений представляется наиболее существенным. Это позволит выявить приоритетные направления для повышения продуктивности культур севооборота и поддержания стабильного гумусового и азотного состояния в дерново-подзолистых почвах Северо-Западного региона России. Решение этих вопросов возможно при эффективном использовании возобновляемых ресурсов - известкования, органических и минеральных удобрений, интенсивности технологических воздействий на почву. Их использование позволит существенно увеличить урожайность сельскохозяйственных культур севооборота и повысить рентабельность производства. Поэтому возникла необходимость комплексного изучения влияния окультуренности и систем удобрений на гумусовое и азотное состояние дерново-подзолистых почв в полевом севообороте.

Цель исследования. Изучить трансформацию органического вещества и минерального азота при окультуривании дерново-подзолистых почв и разработать оптимальные приёмы их воспроизводства в разных системах удобрений сельскохозяйственных культур.

В задачи исследований входило:

- определить количественный и качественный состав гумусовых веществ и минерального азота в почве;

- выявить пути трансформации этих соединений в дерново-подзолистых почвах под влиянием их окультуривания;

- рассчитать баланс азота в разных системах удобрений;

- определить влияние различных систем удобрений на величину и качество урожая возделываемых культур в полевом севообороте;

- дать энергетическую, экологическую и экономическую оценку различным системам удобрений в изучаемых агроценозах.

Научная новизна. На основании обобщения приемов окультуривания и длительного полевого опыта проведены комплексные исследования по эффективности разных видов органических удобрений с минеральной системой и установлено их влияние на гумусовое и азотное состояние почвы, продуктивность и качество культур севооборота.

Выявлен характер дегумификации окультуренных почв, влияние органических систем на трансформацию гумуса и азота в дерново-подзолистой почве. Впервые в регионе продемонстрировано совместное действие различных культур севооборота и систем удобрений на динамику минерального азота, его баланс и возможности воспроизводства плодородия по этому элементу.

Научно обосновано и оценено влияние окультуривания, различных систем удобрений и культур полевого севооборота на гумусовое и азотное состояние дерново-подзолистых почв.

Определены количественные параметры приходных и расходных статей и интенсивность баланса органического вещества почвы и азота.

Практическая значимость. Для улучшения гумусового и азотного состояния дерново-подзолистых почв рекомендовано внесение органических удобрений в виде навоза, торфа и осадков сточных вод (ОСВ), что повышает воспроизводство дерново-подзолистых почв в агроценозе. Разработанные системы удобрений обеспечивают получение высоких урожаев, биологически полноценной, экологически безопасной продукции при высоких энергетических и экономических показателях.

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены на научно-практических конференциях в Санкт-Петербургском ГАУ (2009 г.), Российском Университете Дружбы Народов (2009 г.), Саратовском ГАУ (2010 г.) и Великолукской ГСХА (2008-2010 гг.).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 14 печатных работ, из них 2 в журнале «Агрохимия», входящем в список ВАК Минобрнауки РФ для публикации основных результатов исследований по диссертации.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, выводов и предложений производству. Работа изложена на 150 страницах компьютерного текста, содержит 22 таблицы и 18 рисунков. Список литературы включает 230 наименований, из них 19 на иностранных языках.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Объекты, методы и условия исследований

Работа выполнена в Великолукской государственной сельскохозяйственной академии в 2006 - 2010 гг. в соответствии с планом научных работ по теме: «Разработка адаптивных систем земледелия на Северо-Западе России», утвержденной Ученым Советом академии (протокол X» 2 от 21.03.2006 г.).

Исследования проводились в Великолукском районе Псковской области. Природные условия места проведения исследований типичные для Северо-Запада России. Дерново-подзолистые почвы преобладают в составе пахотного фонда. Наиболее распространенные почвообразующими породами являются флювиогляциальные и моренные отложения.

Методической основой исследования служили почвенные разрезы, заложенные на участках с разной степенью окультуривания на полях хозяйства и стационарный опыт, заложенный на опытном поле учхоза «Удрайское» Великолукской ГСХА.

В качестве основных объектов исследований использованы дерново-подзолистые почвы легкосуглинистого и супесчаного гранулометрического состава различной степени окультуренности, сформированные на остаточно карбонатных и бескарбонатных материнских породах ледникового происхождения, а также органические и минеральные удобрения, применяемые в полевом опыте.

Изучение различных систем удобрений проводились в 2002-2009 гг. путем полевых изысканий и постановки полевых опытов в учхозе «Удрайское» Великолукского района Псковской области на дерново-подзолистой легкосуглинистой почве.

Полевой опыт выполнялся на базе стационарного зернотравянопаропропаш-ного севооборота («чистый пар - озимая рожь - клевер+тимофеевка 1-го года пользования - клевер+тимофеевка 2-го года пользования - картофель - овес - ячмень»). Схе-

ма опыта включала 5 вариантов: 1. Контроль (без удобрений); 2. ЫРК экв. 30 + 40 т/га навоза; 3. Навоз 30+40 т/га; 4. Торф экв. 30 + 40 т/га навоза; 5. Осадки сточных вод (ОСВ) экв. 30 + 40 т/га навоза.

Таблица 1 - Агрохимические и экологические показатели органических удобрений

Вид анализа Навоз ОСВ Торф ПДК для ОСВ

N-NH4, % 0,53 0,66 0,40 -

Р205, % 0,25 1,10 0,07 -

К20, % 0,60 0,30 0,13 -

Си, мг/кг 37,70 519,10 51,90 1000

Zn, мг/кг 41,90 760,70 59,9 2500

Ni, мг/кг 79,50 331,10 151,70 1200

Мп, мг/кг 351,70 586,20 255,50 3000

Fe, мг/кг 8792,00 11813,00 5030.00

Cd, мг/кг 0 0 0 20

РЬ, мг/кг 0 0 0 75

W,% 75,00 65 65,00 -

pHKCl 6,80 8,4 5,7,00 -

Применяемые в опытах удобрения по содержанию тяжелых металлов не превышают предельно допустимые количества (ПДК).

Обработка почвы и уход за посевами общепринятые. В опыте использовали следующие виды удобрений: полуперепревший подстилочный навоз, низинный торф, реагентные осадки сточных вод (ОСВ), минеральные - аммиачная селитра (Новгородское п/о «Акрон»), суперфосфат двойной (п/о «Фосфорит»), хлористый калий (п/о «Беларуськалий»). Минеральные и органические удобрения вносили вручную в паровом поле в 2002 году в дозах, эквивалентных по азоту 30 т навоза/га, и под картофель в 2006 году в дозах, эквивалентных по азоту 40 т навоза/га. Минеральные удобрения, торф и осадки сточных вод применялись в дозах, эквивалентных по содержанию N в

соответствующей дозе навоза. Размер учетной площади делянок в опытах 35 м2, по-вторность 3 -кратная. Агрохимическая характеристика опытного участка перед закладкой следующая: гумус, %- 2,0-2,1; рНсол - 5,7; степень насыщенности основаниями, % - 83; подвижные соединения Р205 и К20 -254 и 226 мг/кг соответственно.

Во всех опытах возделывали районированные сорта сельскохозяйственных культур (озимая рожь - Верасень, клевер луговой - Гдовский местный, картофель -Снегирь, овес - Лос-3, ячмень - Суздалец) по типичным для зоны технологиям с максимально возможным использованием средств механизации. Исследования, наблюдения и анализы выполнялись на основании общих и специальных методических руководств. Почвенные образцы отбирались с 2 - 3 повторений анализируемых вариантов.

Аналитические исследования выполнены на кафедре химии и агрохимии Великолукской ГСХА и Великолукской ПИСХ. Анализы почвы и растительной продукции выполнялись в трехкратной повторности с использованием соответствующих ГОСТов. Учёт урожая в опытах вёлся сплошным весовым методом.

Метеорологические условия в годы проведения исследований (2002 - 2009 гг.) отличались значительной пестротой. В разные вегетационные периоды выпадало от 236 до 328 мм осадков, среднесуточные температуры воздуха изменялись от 6,6 °С до 20,3 "С. Это оказывало значительное влияние на трансформацию соединений iyviyca и азота, рост и развитие растений, а также на эффективность систем удобрения. Результаты учетов и анализов обрабатывали дисперсионным методом и методом статистического анализа с использованием компьютерных программ Statistica 6.0, Microsoft Office Excel.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Трансформация гумуса и азота в дерново-подзолистой почве под влиянием

окультуривания

Изначально дерново- подзолистые почвы по мощности горизонта А1 относятся к слабо гумифицированному типу. Её характерным признаком является присутствие сплошного подзолистого горизонта.

При окультуривании, в профиле почв происходит более глубокое проникновение гумусовых веществ в переходные горизонты, увеличение мощности гумусово-аккумулятивного горизонта, утрата подзолистого горизонта или проявления его в виде пятен в переходном горизонте А2В.

Морфологическое описание разрезов (рис. 1) показало, что на угодье залежь слабоокультуренной почвы величина гумусово-аккумулятивного горизонта находится в пределах 12-16 см (разрезы № 1, № 4), а на хорошо окультуренной дерново-слабоподзолистой почве (разрезы № 3, № 6) она опускается до 32-35 см. Объясняется это тем, что наблюдается определенная тенденция на изменение генетического строения профиля по мере окультуривания почвы. Происходит это в результате длительного применения комплекса агротехнических и агрохимических мероприятий, направленных на окультуривание дерново-подзолистых почв.

Установлено, что при улучшении гумусового состояния дерново-подзолистых почв мощность пахотного слоя средне - и хорошо окультуренных видов возрастает на 9 - 20 см. Под ним формируется горизонт А| мощностью 5 см на стадии средней окультуренности и 7 - 12 см на стадии хорошей окультуренности. Содержание гумуса при окультуривании в легкосуглинистых разновидностях выше, чем в супесчаных почвах: в слабоокультуренных - в 1,29 раза, в средне окультуренных -1,3 раза, в хорошо окультуренных - в 1,43 раза.

Рисунок 1 - Изменение морфологического профиля дерново-подзолистой легкосуглинистой (разрезы 1, 2, 3) и супесчаной почвы (4, 5, 6,) в зависимости от степени окультуренности.

По мере окультуривания дерново-подзолистых почв изменяется не только их морфогенетическое строение, но и содержание гумуса и азота. В результате антропогенного воздействия сформировалась слабоокультуренная почва с содержанием гумуса в пахотном горизонте 1,72 %, в переходном -0,29 %, в иллювиальном - 0.08 % (табл. 2).

Это обусловлено тем, что длительное возделывание сельскохозяйственных культур при внесении невысоких доз навоза или при отсутствии таковых приводит к снижению содержания гумуса в пахотном слое и повышению микробиологической активности почвы, вследствие чего более интенсивно протекают процессы минерализации гумуса и его потери.

Содержание гумуса в пахотном слое хорошо окультуренной почвы выше в сравнении с целинным аналогом на 76 %, а в сравнении со слабоокулиуренной почвой - на 78 %. В целом, гумусированность хорошо окультуренной почвы составляет в А„„ 2,85 %, в А,А2 - 1,11 %, в А,В - 0,92 %, в В - 0,12 %.

Содержание валовых форм азота полностью зависит от гумусированности, и поэтому у окультуренных почв его запасы всегда выше, чем у слабоокультуренных -0,11:0,15:0,20 % соответственно на моренном суглинке и 0,09:0,11:0,14 % на флюви-огляциальных песках (табл. 2).

Таблица 2 - Содержание гумуса и азота в дерново-подзолистой почве разной степени

окультуренности.

Показатели Слабоокультуренная Среднеокультуренная Хорошо окультуренная

Разрез 1 Разрез 2 Разрез 3

Дерново-подзолистая легкосуглинистая на моренном суглинке

Гумус,% Апах- 1,7270,06 А2В-0,49?0,02 В- 0.0870,01 Апах-1,657 0,06 А2В-0.25?0,02 В-0.07?0,01 Апах-2,85?0,06 А,А2-1,11 А2В-0,92?0,02 В-0,12? 0,01

Валовой азот, % Апах 0,1170,01 Апах 0,1570,1 Апах 0,2070,01

Дерново-подзолистая супесчаная на флювиогляциальных песках

Разрез 4 Разрез 5 Разрез 6

Гумус,% Апах- 1,3370,06 А2В-0,35?0,02 В-0,1370,01 Апах- 1,2670,06 А2В- 0,4770,02 В-0,15? 0,01 Апах-1,9870,06 А2В- 0.6970,02 В-0,26? 0,01

Валовой азот, % Апах 0,09? 0,01 Апах 0,1170,01 Апах 0,1470,01

Трансформация соединений гумуса в дерново-подзолистой почве под воздействием систем удобрений

Систематическое применение органических удобрений стабилизирует и даже повышает содержание в почве гумуса. Органические системы удобрения по сравнению с контрольным вариантом имели значительное преимущество по содержанию гумуса в почве. Наилучшие условия гумификации сложились на варианте с навозом, внесенным в паровом поле и под картофель (рис. 2).

Данные наших исследований (рис. 2) подтвердили, что отказ от применения удобрений или использование только минеральной системы ведёт к ухудшению гумусового состояния окультуренной почвы. За 7 лет наблюдений содержание гумуса в пахотном горизонте снизилось вследствие минерализационных потерь в контрольном варианте на 0,22 %. В варианте с МРК содержание гумуса мало изменялось и было

близко к исходному уровню по этому показателю. По-видимому, усиление минерали-зационных функций микробного ценоза под влиянием минеральных удобрений компенсируется приходом гумусообразователей за счёт увеличения массы пожнивно-корневых остатков при повышении урожайности культур.

Сложившееся мнение, что минеральная система резко снижает гумусирован-ность почвы, в наших исследованиях не подтверждается. Возможно, это объясняется увеличением поступления лабильных органических пожнивных остатков культур и за счет посева многолетних бобовых трав.

2,3

2,25

2,2

2,15

5« 2,1

Г 2,05

2

1,95 -

1,9 -

1,85 -

1,8 -,

-I ■--•■-- контроль ■--«-- ЫРК —— навоз - —г - торф ' -||- ОСВ

2003 год

2005 год

2007 год

Рисунок 2 - Динамика содержания гумуса в дерново-подзолистой почве под влиянием различных систем удобрений.

Однако основным критерием гумусового состояния дерново-подзолистых почв является его состав. Из результатов, приведенных в таблице 2, можно отметить тенденцию на улучшение группового состава гумуса при использовании органических удобрений, особенно навоза и осадков сточных вод.

Использование навозной системы удобрения способствовало сохранению и незначительному увеличению исходного качественного состава гумуса пахотного слоя и даже улучшению некоторых его показателей. Содержание гуминовых кислот увеличилось на 5,0 %

Содержание фульвокислот по отношению к контролю при внесении навоза не изменилось. В результате произошло расширение соотношения Сгк:Сфк, но тип Гумуса остался фульватно-гуматным. Интенсивная минерализация вносимых'органических удобрений, по-видимому, ограничивала их влияние на относительное содержание лабильного гумуса и негидролизуемого остатка. Доля азота в составе гумуса сохранилась при этом на первоначальном уровне.

В результате этого соотношение гуминовых кислот к фульвокислотам (ГК: ФК) в контрольном варианте и в варианте с минеральными удобрениями были гумат-но-фульватной природы, а на остальных гуматной.

Следовательно, органические удобрения положительно сказывались не только на общем содержании гумуса в почве, но и на его качественном составе. В результате применения навоза, торфа и ОСВ гуматно-фульватный режим преобразуется в фульватно-гуматный, где соотношение ГК : ФК составило 1,17-1,48.

Азот в составе гумуса во всех вариантах трудно гидролизуемый, а соотношение С: N 9,7 и более процентов (9,7-11,5) что находилось в пределах нормы. Внесение навоза увеличивало, содержание гуминовых кислот на 4,3 %.

Таблица 3 - Групповой состав гумуса в дерново-подзолистой почве, % (2008 г.)

Вариант 5 ее к * 8 г в" Э О 1 с и Содежание С в втяжке Содержние Сгк и к к |и о и ГК/ФК Соотношение С:И Негидролиз уемый остаток

Контроль 0,16±0,01 1,85 100 0,92 50 0,44 24 0,48 26 0,92 11,5 0,93 50

№К 0,19±0,01 2,06 100 1,03 50 0,49 24 0,55 26 0,91 10,8 1,03 50

Навоз 0,23±0,01 2,25 100 1,12 50 0,65 29 0,47 21 1,38 9,7 1,13 50

Торф 0,19±0,01 2,21 100 1,11 50 0,60 27 0,51 23 1,17 11.2 1,1 50

ОСВ 0,19±0,01 2,04 100 1,02 50 0,61 30 0,41 20 1,48 10,7 1,02 50

(числитель — % к почве; знаменатель — % к С почвы)

Расчеты запасов гумуса в пахотном слое показали, что здесь положительная органических удобрений прослеживается как по годам, так и в среднем за рота-

цию. Наибольшие запасы гумуса за все годы наблюдались в варианте с навозом от 65,1 до 69,6 т/га.

Важной теоретической основой системы удобрения является баланс питательных элементов, в частности гумуса за ротацию севооборота.

Рисунок 3 - Баланс гумуса в севообороте

В связи с особой значимостью гумуса в почвах необходим постоянный агрохимический контроль за направленностью процессов гумусообразования, то есть с помощью баланса гумуса в севообороте.

По показателям, приведённым на рис. 3, можно отметить, что применяемые в опыте навоз и торф обеспечили положительный баланс гумуса, который находился в пределах +53,4, +25,8 ц/га соответственно.

Баланс гумуса в варианте с осадками сточных вод был близок нулевому, но не положительный вероятно за счет наибольшего выноса азота из почвы - 465 кг/га и меньшим количеством легкоразлагаемых органических веществ в этом удобрении. В варианте с минеральными удобрениями баланс получен отрицательный, как и на контрольном варианте, что отражает интенсивность процессов минерализации гумуса и дегумификации на этих вариантах (рис. 3).

Трансформация соединений азота в дерново-подзолистой почве под влиянием различных систем удобрений

Азотное питание является одним из главных звеньев эффективного регулирования продуктивности растений. Применение удобрений, как минеральных, так и органических, позволяет гарантированно получать дополнительно 5-10 кг зерна в расчете на 1 кг внесенного азота. Особенно актуальным это является в Нечерноземной

зоне, где в первом минимуме находится азот, особенно на хорошо обеспеченных подвижными формами фосфора и калия почвах (Иванов, 2002).

Представленные в таблице 4 данные о составе различных форм азота в дерново-подзолистой легкосуглинистой почве отражают те процессы трансформации азота, которые происходят в пахотном слое под влиянием различных систем удобрений. Анализы показали, что в общем количестве валового азота большая часть представлена трудногидролизуемой и негидролизуемой формами. Так, в контрольном варианте их сумма варьировала от 83,1 до 90,8 %, легкогидролизуемая форма составила - 7,3-12,4 % и только 1,9-4,5 % - минеральная форма азота. Содержание минерального азота в первую очередь зависело от содержания в почве легкогидролизуе-мых форм азота и метеорологических условий года (табл. 4).

При внесении минеральных удобрений указанные формы в общем содержании азота в почве составили 83,1-86,1 %, 5,6-11,5% и 1,5-5,3 % соответственно. При внесении органических удобрений в общем азоте увеличивалось количество не-гидролизуемых форм азота. Таким образом, трансформация азота в дерново-подзолистых легкосуглинистых почвах проходит по общим законам и зависит от условий года, возделываемой культуры и вида внесенных удобрений.

Таблица 4 - Формы азота в дерново-подзолистой почве

Вариант Год Валовой, мг/кг Трудно-гидроли зуемый, % от валового Легкогидро лизуемый, % от валового Минераль ный, % от валового Негидро лизуемый остаток, % от валового

Контроль 2003 570 35,0 12,4 4,5 48,1

2005 990 36,0 7,3 1,9 54,8

2008 660 53,6 11,0 2,3 33,1

2003 1040 55,8 11,5 5,3 27,4

2005 1403 63,1 5,6 1,5 29,8

2008 910 36,0 9,4 4,5 50,1

Навоз 2003 940 37,0 8,6 5,7 48,7

2005 1570 34,7 7,6 1,4 56,3

2008 1030 41,7 9,0 4,7 44,6

Торф 2003 1160 25,6 4,5 3,3 66,6

2005 1360 40,7 6,2 1,5 51,6

2008 932 25,7 9,4 3,8 61,1

ОСВ 2003 1050 22,9 10,1 5,3 61,7

2005 1860 43,1 5,0 1,5 50,4

2008 1860 48,2 4,5 4,7 42,6

Несмотря на значительные запасы валового и легкогидролизуемого азота и высокую нитрификационную способность средне и хорошо окультуренных почв, содержание в них минеральных соединений этого элемента подвержено большим изменениям, а в начале вегетационного периода в половине лет оно было от очень низкого до повышенного (от 15 до 56 мг/кг).

Нитрификационная способность дерново-подзолистых почв, представленная в таблице, довольно высокая - 41,7 мг/кг на контрольном варианте. Этот показатель отличается достаточной стабильностью, как в контрольном, так и в удобренном варианте. Зависимость от вносимых удобрений была существенной, но мало изменялась от вида системы удобрения.

Содержание минеральных соединений в отдельные периоды вегетации были крайне низкими, особенно по содержанию нитратного азота.

Закономерность в содержании N-N03 в почве сохраняется на протяжении всех лет исследования. Наибольшие его показатели приходятся на июнь (рис. 3).

Среди изучаемых вариантов наибольшее содержание нитратов было в варианте с применением ОСВ (11,6 мг/кг) и торфа (11,2 мг/кг). Это можно объяснить более быстрой минерализацией азота этого удобрения. В августе содержание нитратного азота было в варианте с навозом (3,6 мг/кг). Минимальное содержание N-N03 было в контрольном варианте (2,3 мг/кг), в остальных вариантах оно колебалось от 2,9 до 3,1 мг/кг (рис. 4).

Рисунок 3 - Активность образования нитратного азота в пахотном слое в зависимости от периода отбора образцов и систем удобрений (среднее 2003-2008 гг.)

Наиболее благоприятным для аммонификации был 2005 год (второе поле многолетних трав). Это объясняется, во-первых, благоприятными метеорологическими условиями, во-вторых, биологической фиксацией азота бобовыми травами. Анализ

полученных данных, приведенных на рис. 4, показал существенную связь между содержанием аммиачного азота в почве и количеством выпавших в мае осадков.

При количестве выпавших осадков от 40 до 90 содержание возраста-

ет практически прямолинейно, при этом содержание его колеблется в пределах 14-43 мг/кг (рис. 4).

май июнь 50,5 " "август 51,7

19,4 21,6_ 26,6 39,7 22,2____24,9

15'1_~147Г 19,9 18,9 "18,3 " " 183

О ЫРК Навоз Торф ОСВ

Рисунок 4 - Активность образования аммиачного азота в пахотном слое в зависимости от периода отбора образцов внесения различных систем удобрений (среднее за 2003-2008 гг.), мг/кг.

Эта зависимость подтверждается и коэффициентом корреляции, который составляет г = 0,83 и показывает, что при 85-90 мм выпавших осадков количество аммиачного азота накапливается от 43 до 87,6 мг/кг, а уравнение имеет вид:

у = 17,8-0,19х + 0,0063 х2 (1).

Таким образом, полученные результаты позволяют сделать вывод, что стабильная и длительная обеспеченность по содержанию минерального азота в почве создаётся при внесении навоза и ОСВ. Наибольшее потребление азота, культурами за ротацию севооборота наблюдалось в варианте с применением минеральных удобрений, немногим меньше потребление элементов питания сельскохозяйственными культурами было в варианте с внесением ОСВ. На основании потребления азота культурами и проведены расчеты баланса азота за ротацию севооборота.

Расчеты баланса азота в севообороте показали (табл. 5.), что во всех удобренных вариантах получен положительный баланс азота за ротацию севооборота. Отрицательный баланс (-140 кг/га) мы наблюдаем в контрольном варианте, где расходные статьи азота превышают его поступление в 1,5 раза. Во всех удобренных вариантах значительное количество азота поступает в почву с удобрениями (371 кг/га за ротацию). Фиксация азота в этих вариантах также превышала показатели контрольного варианта на 57-82 кг/га в связи с тем, что урожай смеси клевера с тимофеевкой был существенно выше контрольного варианта.

Таблица 5 - Баланс азота за период ротации севооборота при использовании различных систем удобрений

Вариант Приход, кг/га Расход, кг/га Полный баланс

всего всего кг/га %

Контроль 277 417 -140 50

N. Р,К 723 615 + 108 149

Навоз 730 628 +102 139

Торф 705 585 +120 170

ОСВ 727 623 +104 143

Урожайность и качество продукции культур в севообороте

Для унификации анализа полученных данных величины урожайности всех культур переведены в зерновые единицы.

Анализируя урожайные данные по действию удобрений (табл. 6.), можно сделать заключение о том, что в 2003 году наибольший урожай озимой ржи получен в год прямого действия удобрений на варианте с внесением минеральных удобрений внесённых в эквивалентной дозе 30 т/га навоза, прибавка составила 1,16 т/га или 44 % по отношению к контролю. По-видимому, внесение азотных удобрений и, особенно весенняя подкормка, способствовали более быстрому росту и развитию вегетативных и генеративных органов и создали предпосылки для формирования высокого урожая озимой ржи.

В 2004-2005 годах изучалось влияние органических удобрений на подпокровную культуру, то есть на смесь клевера с тимофеевкой. Полученный высокий урожай в среднем за 2 года в контрольном варианте подтверждает высокий уровень обеспеченности почвы опытного участка подвижным фосфором и обменным калием. Сравнивая эффективность последействия различных видов органических удобрений при посеве клевера лугового и тимофеевки луговой в 1-ый и 2-ой годы жизни можно отметить, что последействие навоза имело явное преимущество перед остальными органическими удобрениями как в 2004 г., так и в 2005 г. Последействие минераль-

Таблица 6 - Урожайность возделываемых культур и продуктивность зернотравопропашного севооборота

Варианты с удобрениями Урожайность по годам, т/га з.е. Общая продуктивность севооборота, т/га з.е. Среднегодовая продуктивность севооборота, т/га з.е.

2003 озимая рожь 2004 мн.травы 1 г.п. 2005 мн.травы 2 г.п. 2006 картофель 2007 овес 2008 ячмень

Контроль 2.61 0 6,29 0 4,47 0 2,75 0 1,50 0 1,16 0 18,78 0 3,13 0

1ЧРК 3,77 1,16 7,65 1,36 5,37 0,9 4.63 1,88 2.24 0,74 1.67 0,51 25,33 6,55 4.22 1,09

Навоз 3,25 0,64 8.18 1,89 6.21 1,74 3.53 0,78 2.05 0,55 1.74 0,58 24,96 6,18 4.16 1,03

Торф 3,02 0,41 7.84 1,55 5.19 0,72 3.83 1,08 1.98 0,48 1.58 0,37 23,44 4,61 3.91 0,77

ОСВ 3.13 0,52 7.68 1,39 6.04 1,57 5.65 2,90 1.82 0,32 1.43 0,27 25,75 6,97 4.29 1,16

НСР05 4,8 2,9 6,5 7,6 0,8 1,4

Примечание: в числителе - урожайность, в знаменателе - прибавка к контролю.

ных удобрений постепенно затухало, и урожайность на этом варианте была равнозначна варианту с внесением торфа.

В 2006 году погодные условия повлияли на урожай картофеля. Он снизился из-за избыточного количества выпавших осадков. Однако эффективность удобрений на картофеле по закономерности отличается от действия удобрений на озимой ржи в 2003 г. Наибольшая прибавка получена от ОСВ, внесенных в количествах эквивалентных 40 т/га навоза (табл. 6).

Несмотря на последействие, наибольшая урожайность овса в 2007 году составила 28 ц/га на варианте с внесением минеральных удобрений, что связано со спецификой потребления элементов питания зерновыми культурами. На данном варианте продолжалось последействие фосфорно-калийных удобрений и частично азотных, которые обеспечили необходимый уровень питания для создания высокого урожая.

Анализ урожайных данных ячменя за 2008 год показал, что закономерность эффективности удобрений по вариантам сохраняется аналогично 2007 году. С той лишь разницей, что общий уровень урожайности значительно ниже предыдущего. Такой результат получен в связи с неблагоприятными погодными условиями этого года. Кроме того, предшественник для ячменя был не из лучших. Всё перечисленное и отразилось на общем уровне урожайности ячменя (табл. 6).

Следовательно, изучение действия и последействия навоза, торфа и ОСВ, длительно хранящегося на иловых площадках, в дозах эквивалентных 30 и 40 т/га в агроценозах зернотравопропашного севооборота свидетельствуют о возможности использования их в качестве удобрения на дерново-подзолистой суглинистой почве. При анализе почвенных проб в удобренных осадками в вариантах с удобрениями не выявлено существенных изменений по отношению к контролю по составу тяжелых металлов. Высокий агроэкологический эффект в годы эксперимента получен от применения минеральных удобрений, навоза и ОСВ. Прибавка урожая при этом достигает 57-167-52 % по сравнению с контролем без удобрений.

Данные качества возделываемых культур свидетельствуют о том, что органические удобрения положительно сказались на накоплении в продукции сырого протеина практически во всех культурах. Наибольшее значение содержания сырого протеина наблюдается в зерновых культурах и многолетних травах, что присуще для данных культур.

Содержание клетчатки в зеленой массе многолетних трав практически не изменялось, а содержание сырого протеина и жира достоверно увеличивалось.

По полученным результатам анализа наибольшее содержание крахмала 16,5 % отмечено на варианте с навозом. На остальных вариантах его содержание также увеличивалось, но было значительно ниже и составило 15,8 %. Содержание нитратов в клубнях увеличивалось по сравнению с контрольным вариантом и находилось в пределах 24-28 мг/кг. Однако оно было значительно ниже ПДК, которое составляет для картофеля 250 мг/кг.

Обнаружена существенная корреляция между содержанием минерального азота в почве и содержанием сырого протеина в зерне и массы 1000 зерен в зерне озимой ржи, г = 0,85 ± 0,09 и г = 0,985± 0,12 соответственно.

При внесении этих же видов удобрений под картофель, содержание азота в почве так же увеличивалось, однако зависимость между содержанием азота в почве и содержанием крахмала в клубнях была обратная г= -0,85 ±0,11.

Энергетическая, экономическая и экологическая оценка разных систем удобрений в севообороте

Энергетическая оценка системы удобрения заключается в сравнении затрат энергии, связанных с применением удобрений, с энергетической ценностью полученной прибавки урожая. Отношение дополнительно полученной валовой энергии к её затратам принято называть коэффициентом энергетической эффективности (Кэ). Система удобрений будет энергетически оправданной, если Кэ превысит 1,0.

Результаты оценки энергетической эффективности органических и минеральных удобрений свидетельствуют об энергетической оправданности всех видов удобрений, так как во всех вариантах коэффициент энергетической эффективности превысил 1,0 (табл. 7.).

Таблица 7 - Энергетическая эффективность применения удобрений под культуры севооборота

Вариант Коэффициент энергетической эффективности, Кэ

Озимая рожь Клевер + тимофеевка Картофель Овёс Ячмень Средний за ротацию

"ЫРК 5,03 6,51 2,14 2,90 1,59 3,63

Навоз 5,12 7,40 1,73 2,78 1,72 3,75

Торф 3,51 5,30 1,40 1,86 1,07 2,63

ОСВ 3,74 8,25 1,93 1,62 0,92 3,29

Органические удобрения могут быть «стабилизаторами» почвенного кальция. Так внесение 80 т/га навоза снижает на 19 % содержание водорастворимого кальция, заметно повышая запас обменных соединений.

По фактическому внесению тяжелых металлов и других загрязняющих веществ в почву с органическими удобрениями можно отметить, что вероятность загрязнения наблюдается в вариантах с применением ОСВ и торфа. Наибольшее содержание марганца и железа обнаружено в навозе. В минеральных удобрениях содержится незначительное количество тяжелых металлов и таких загрязняющих веществ как хлор и фтор. На основании полученных данных можно констатировать, что

при всех системах удобрений за ротацию севооборота поступление тяжелых металлов значительно ниже ПДК.

Анализ почвы, проведенный в образцах, отобранных через 52 сут. после внесения удобрений в 2006 г., показал, что содержание подвижных форм тяжелых металлов в ней не превышает предельно допустимые концентрации, что подтверждает безопасность используемых в опыте удобрений.

Наиболее существенная оценка эффективности органических и минеральных удобрений может быть выявлена при помощи расчета экономических показателей.

Таблица 8 - Экономическая эффективность различных систем удобрений на дерново-подзолистой легкосуглинистой почве в севообороте

Варианты В среднем за 7 лет Стоимость дополн. продукции, руб./га Дополнительные затраты, тыс. руб./га Условный чистый доход, тыс.руб/га Окупаемость затрат руб./руб. Рентабельность,. %

Урожай, ц/га з. ед. Прибавка, ц/га з. ед.

Контроль 55,3 - - - - - -

ОТК 71,2 15,9 13,2 5,46 7,74 1,42 142

Навоз 73,6 18,3 15,1 8,70 6,40 0,74 74

Торф 68,1 12,8 10,6 5,85 4,75 0,81 81

ОСВ 73,7 18,4 15,2 7,41 7,79 1,05 105

Максимальный чистый доход 7740 и 7790 руб./га получен в вариантах с применением ЫРК и ОСВ. Рентабельность в этих вариантах составила 142 % и 145 % соответственно. При внесении навоза рентабельность снижается из - за высокой его стоимости, а торфа - по причине низкой отзывчивости культур севооборота на это удобрение.

Выводы

1. В условиях Северо-Запада России окультуривание улучшает гумусовое состояние дерново-подзолистых почв и увеличивает мощность пахотного слоя средне - и хорошо окультуренных видов на 9 - 20 см. Под ним формируется горизонт А1, мощностью 5 см на стадии средней окультуренности и 7 - 12 см на стадии хорошей окультурен-ности. Содержание гумуса при окультуривании в легкосуглинистых разновидностях выше, чем в супесчаных почвах: в слабоокультуренных - в 1,29 раза, в средне окультуренных -1,3, в хорошо окультуренных - в 1,43 раза.

2. За семилетний период наблюдений в полевом опыте содержание гумуса в пахотном слое контрольного варианта снизилось вследствие минерализационных потерь на 0,22 %.

3. Внесение органических удобрений увеличило содержание гумуса на 0,11-0,15 % в сравнении с контрольным вариантом, а запасы гумуса возросли на 4,9-9,8 т/га в зависимости от вида удобрений.

4. Внесение навоза увеличивало содержание гуминовых кислот (ГК) в гумусе на 0,46 % в сравнении с контролем и составило 1,38 %. Соотношение ГК к фульвокислотам (ФК) улучшалось и находилось в варианте с торфом и ОСВ в пределах 1,17 - 1,48 соответственно, а соотношение С^ было на уровне оптимального - 9,7 - 11,5 %. Внесение навоза и торфа обеспечивало положительный баланс гумуса, который находился в пределах +53,4, +25,8 ц/га соответственно.

5. В общем количестве валового азота почвы преобладают трудногидролизуемая и негидролизуемая формы. Так, в контрольном варианте их содержание варьировало от 83,1 до 90,8 %, легкогидролизуемая форма составила- 7,3 -12,4 % и только 1,9 - 4,5 % представлена минеральной формой азота. В вариантах с удобрениями содержание минеральных форм возросло в 2-3 раза.

6. Максимальная активность накопления нитратного азота приходится на июнь месяц, особенно в 2005 году на второй год жизни смеси многолетних трав, и колеблется от 4,5 мг/кг (контроль) до 28,1 мг/кг (ОСВ).

7. Обеспеченность аммонийным азотом в удобренных вариантах в сравнении с контрольным была наибольшей при внесении осадков сточных вод и навоза - 167 % и 160 % соответственно. При внесении минеральных удобрений этот показатель составил 137 %.

8. Наибольшая среднегодовая прибавка в зернотравянопаропропашном севообороте получена от навоза и минеральных удобрений и составила 10,2-10,9 ц/га з.е., то есть была равнозначной. В год действия удобрений высокая прибавка урожая получена от ОСВ и минеральных удобрений (17,1 и 15,2 ц/га з.е.) соответственно. В годы последействия наибольшая прибавка была получена в варианте с навозом и ОСВ и составила 11,9 и 9,0 ц/га з.е. соответственно. Все изучаемые системы энергетически оправданы, так как Кэ в среднем составляет 2,63-3,75, и вполне оправдывают вложенные затраты валовой энергии.

9. Улучшение азотного состояния дерново-подзолистых почв тесно взаимосвязано с повышением качества культур (г = 0,83 - 0,98). Под влиянием органических удобрений в сравнении с контрольным вариантом достоверно на 2,2-4,5 г увеличивалась масса 1000 зерен и на 1,5-2,0 % сырого протеина.

10. Высокая связь обнаружена между содержанием минерального азота в почве, содержанием сырого протеина в зерне и массы 1000 зерен озимой ржи (г = 0,83, 0,94) соответственно, и тесная обратная зависимость с содержанием крахмала в клубнях картофеля (г = - 0,85 ± 0,11).

11. Экологическая оценка показала, что все изучаемые системы не оказывают негативного действия на состав почвы. Анализ почвы, проведенный в образцах, отобранных через 52 суток после внесения удобрений в 2006 г., показал, что содержание тяжелых металлов в ней не превышает предельно допустимые концентрации.

12. Экономическая оценка показала высокую рентабельность всех видов удобрений -75-142 %, а максимальные ее показатели получены в вариантах с минеральными удобрениями и использованием осадков сточных вод.

Предложения производству

1. Рекомендовано внесение изученных удобрений из расчета в дозах, эквивалентных 70 т/га навоза за ротацию севооборота, применение которых обеспечивает положительный баланс гумуса и высокую урожайность культур в севообороте от 2,7 до 11,8 ц/газ.е. Осадки сточных вод использовать только после экологической экспертизы в дозах, не превышающих экв. 70 т/га навоза.

2. Для предотвращения деградации гумусового состояния дерново-подзолистых почв рекомендуется доведение доли многолетних трав в структуре посевов до 25 - 30 % и внесение навоза в дозах не менее 70 т/га за ротацию.

3. Для поддержания азотного режима почв в удовлетворительном состоянии необходимо использовать различные системы удобрений как минеральные, так и органические в эквивалентных количествах 70 т/га навоза за ротацию севооборота.

Список основных работ, опубликованных по теме диссертации

1. Корякина А.И. «Современные проблемы окультуренных дерново-подзолистых почв» Биотехнология - охране окружающей среды /под ред. проф. А.П. Садчикова, д.б.н. C.B. Котелевцева. М., Изд-во ООО «Графикон - принт», 2005, 608 с.

2. Володина Т.И., Корякина А.И. «Продуктивность сельскохозяйственных культур под влиянием различных органических систем удобрений на Северо-Западе России». Псковский регионологический журнал. 2007, № 5, с. 50-53.

3. Корякина А.И. «Трансформация кислотно-основного состояния хорошо окультуренных дерново-подзолистых почв Северо-Запада России в условиях применения минеральной системы удобрения». Перспективные направления развития АПК: материалы 43-й студенческой науч. конф. (4-5 апр. 2007 г., г. Великие Луки). Великие Луки, Изд. РИО ФГОУ ВПО «Великолукская ГСХА», 2007, 196 с.

4. Володина Т.И., Корякина А.И. «Изменение интенсивности почвообразовательных процессов в связи с окультуриванием дерново-подзолистых почв на различных поч-вообразующих породах». Актуальные вопросы аграрной науки и образования: материалы междунар. науч.-практ. конф., посвященной 65-летию Ульяновской ГСХА Ульяновск, 2008, с. 19-21.

5. Володина Т.Н., Корякина А.И «Изменение содержания гумуса в дерново-подзолистой почве в зависимости от применения органических систем удобрений и степени их окультуренности». Почвы как компонент природы и фактор продуктивности сельскохозяйственных земель. Статистико-стохастическое моделирование в организации сельскохозяйственного производства: материалы Всероссийской науч.-практ. конф., посвященной 100-летию со дня рождения профессора А.С.Фатьянова. Межвузовский сборник научных трудов. Нижний Новгород, 2008, с. 51-56.

6. Корякина А.И. «Динамика содержания гумуса в дерново-подзолистой почве в зависимости от органических систем удобрений в условиях Северо-Запада России». Вклад молодых ученых в развитие науки: сборник материалов III научно-практической конференции. Великие Луки, Изд. РИО ВГСХА, 2008, 224 с.

7. Володина Т.И., Назарова О.В., Корякина А.И. «Динамика минерального азота в дерново-подзолистой почве в зависимости от органических систем удобрений в условиях Северо-Запада России». Через инновации в науке и образовании к экономическому росту АПК: материалы Междунар. науч.-практ. конф. (5-8 февр. 2008 г., пос. Персиановский). Донской ГАУ, 2008, С.21-24.

8. Корякина А.И. «Влияние гумата натрия и органических систем удобрений на продуктивность севооборота». Вклад молодых ученых в развитие науки: сборник материалов IV междунар. науч.-практ. конф. Великие Луки, Изд. РИО ВГСХА, 2009, 608 с.

9. Володина Т.И., Корякина А.И. «Эколого-агрохимические показатели почв при окультуривании дерново-подзолистых почв». Бюллетень Московского общества испытателей природы «Экология. Природные ресурсы. Рациональное природопользование. Охрана окружающей среды». Том 114, выпуск 3. Приложение 1.Часть 1. М.: 2009, с. 159-160.

10. Володина Т.И., Макарова А.И. «Влияние органических систем удобрениия на азотный режим дерново-подзолистой почвы и продуктивность севооборотов в условиях Северо-Запада России». Агрохимия. - 2010. - №8. - С. 24-30.

11. Володина Т.И., Макарова А.И. «Влияние различных систем удобрений на содержание подвижного фосфора и обменного калия в дерново-слабоподзолистой почве». Агрохимия,-2010.-№9.- С. 31-35.

12. Володина Т.И., Макарова А.И., Романов Г.А., Рыбаков А.О. «Влияние различных систем удобрений на химический состав и качество сельскохозяйственных культур». Материалы Междунар. науч.-практ. конф. Саратов, 2010, С.166-168.

13. Володина Т.И., Макарова А.И., Романов Г.А., Рыбаков А.О. «Ресурсосберегающая технология возделывания сельскохозяйственных культур с использованием экологически чистых препаратов». Перспективы устойчивого развития сельских территорий Нечерноземья: материалы междунар.науч.-практ. экологической конф. Вып. 12. Великие Луки, 2010, С.156-161.

14. Макарова А.И. «Изменение химического состава и качества сельскохозяйственных культур под влиянием различных систем удобрения». Вклад молодых ученых в развитие науки. Сборник материалов V междунар. науч.-практ. конф. Великие Луки: РИО ВГСХА, 2010, С.75-78.

Содержание диссертации, кандидата сельскохозяйственных наук, Макарова, Александра Ивановна

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. ГУМУСОВОЕ И АЗОТНОЕ СОСТОЯНИЕ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ ПОЧВ В СВЯЗИ С ОКУЛЬТУРИВАНИЕМ И

ПРИМЕНЕНИЕМ РАЗЛИЧНЫХ СИСТЕМ УДОБРЕНИЙ.

1.1 Гумусовое состояние, условия образования гумуса, его состав в связи с окультуриванием и применением удобрений в Северо-Западной зоне России.

1. 2 Азотное состояние дерново-подзолистых почв.

1.2.1 Трансформация общего и минерального азота в дерново-подзолистой почве и баланс азота в земледелии в связи с применением удобрений в условиях Северо-Запада России.

1.3 Влияние гумусового и азотного режимов, сформированных под влиянием различных систем удобрений, на урожайность, химический состав и качество сельскохозяйственных культур.

Глава 2. ОБЪЕКТЫ, УСЛОВИЯ И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ.

2.1 Почвенно-агрохимическая характеристика объектов исследования.

2.2 Методика проведения полевого опыта.

2.3 Метеорологические условия проведения исследований.

Глава 3. ТРАНСФОРМАЦИЯ ГУМУСА ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТОЙ ПОЧВЫ ПОД ВЛИЯНИЕМ ОКУЛЬТУРИВАНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ РАЗЛИЧНЫХ СИСТЕМ УДОБРЕНИЙ.

3.1 Изменение гумусового состояния дерново-подзолистой почвы в зависимости от степени окультуренности.

3.2 Изменение гумусового состояния почвы под влиянием различных систем удобрений.

3.3 Влияние различных систем удобрений на баланс и запасы гумуса в дерново-подзолистых почвах.

Глава 4. ТРАНСФОРМАЦИЯ АЗОТНОГО СОСТОЯНИЯ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ ПОЧВ.

4.1 Трансформация азота в дерново-подзолистой почве под влиянием различных систем удобрений.

4.2 Динамика минерального азота в дерново-подзолистой почве под влиянием различных систем удобрений.

4.3 Взаимосвязь между различными формами азота в почве.

Глава 5. УРОЖАЙНОСТЬ И КАЧЕСТВО КУЛЬТУР В СЕВООБОРОТЕ В СВЯЗИ С ИЗМЕНЕНИЕМ ГУМУСОВОГО И АЗОТНОГО СОСТОЯНИЯ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ ПОЧВ ПОД ВЛИЯНИЕМ РАЗЛИЧНЫХ СИСТЕМ УДОБРЕНИЙ

5.1 Продуктивность культур в севообороте в связи с изменением гумусового и азотного режимов почвы.

5.2 Влияние гумусового и азотного режимов почвы на химический состав и качество сельскохозяйственной продукции.

5.3 Взаимосвязь азотного режима почвы с урожайностью и показателями качества культур севооборота.

Глава 6. АГРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ, ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ И ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА РАЗЛИЧНЫХ СИСТЕМ УДОБРЕНИЙ В СЕВООБОРОТЕ.

6.1 Агроэнергетическая и экономическая эффективность различных систем удобрений.

6.2 Экологическая оценка использования различных систем удобрений.

ВЫВОДЫ.

РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ.

Введение Диссертация по сельскому хозяйству, на тему "Влияние систем удобрений на трансформацию гумуса и азота в дерново-подзолистых почвах Северо-Западного региона России"

Северо-Западная часть Нечерноземной зоны РФ охватывает 122 млн. га земель, из которых лишь немного более 3,9 млн. га заняты пашней. В связи со сложившимися экономическими условиями есть основание полагать, что эти цифры меняются и, как правило, в сторону их уменьшения.

Дерново-подзолистые почвы составляют основу пахотного фонда Нечерноземной зоны России. Большинство из них характеризуется низким и средним уровнем плодородия. Основа стабильного, возрастающего почвенного плодородия - окулыуривание почв. Один из показателей окультуренности почв - это содержание гумуса, его качество, которое определяет минерализа-ционную способность гумусовых и азотистых веществ.

До сих пор не разработаны экономически эффективные, энергосберегающие, экологически обоснованные технологии получения растениеводческой продукции при различных уровнях воспроизводства плодородия. Осуществить эти задачи возможно только при эффективном использовании имеющихся возобновляемых природных ресурсов.

Такими ресурсами, прежде всего, являются: известкование, внесение органических удобрений, а также интенсивность технологических воздействий на почву.

Использование этих ресурсов позволит существенно увеличить урожайность сельскохозяйственных культур севооборота, повысить рентабельность производства, снизив энергозатраты. В связи с этим имеется необходимость комплексного изучения влияния окультуренности и различных систем удобрений на гумусовое и азогное состояние дерново-подзолистых почв и продуктивность сельскохозяйственных культур.

Однако, учитывая, что в последнее двадцатилетие резко снизились поставки минеральных удобрений, надёжным источником питания растений выступают органические удобрения. В качестве органических удобрений нами использованы местные ресурсы, такие как навоз, торф и осадки сточных вод (ОСВ). Несмотря на указанные положительные стороны и их функции, роль органических удобрений недооценивается.

Актуальность темы. Внесение органических удобрений является важным приёмом окультуривания целинных почв, а также поддержания уровня гумусированности и иммобилизации азота в почве. Особенно актуальным это является в отношении дерново-подзолистых почв, где в первом минимуме находится азот.

Выяснение механизма трансформации количества и качества гумусовых и азотистых веществ в пахотной почве на фоне действия и последействия различных систем удобрений представляется наиболее существенным. Это позволит выявить приоритетные направления для повышения продуктивности культур севооборота и поддержания стабильного гумусового и азотного состояния в дерново-подзолисгых почвах Северо-Западного региона России. Решение этих вопросов возможно при эффективном использовании возобновляемых ресурсов - известкования, органических и минеральных удобрений, интенсив; ности технологических воздействий на почву. Их использование позволит существенно увеличить урожайность сельскохозяйственных культур севооборота и повысить рентабельность производства. Поэтому возникла необходимость комплексного изучения влияния окультуренности и систем удобрений на гумусовое и азотное состояние дерново-подзолистых почв в полевом севообороте.

Цель исследований. Изучить трансформацию органического вещества и минерального азота при окультуривании дерново-подзолистых почв и разработать оптимальные приёмы их воспроизводства в разных системах удобрений сельскохозяйственных культур.

Задачи:

- определить количественный и качественный состав гумусовых веществ и минерального азота в почве;

- выявить пути трансформации этих соединений в дерново-подзолистых почвах под влиянием их окультуривания;

- рассчитать баланс азота в разных системах удобрений;

- определить влияние различных систем удобрений на величину и качество урожая возделываемых культур в полевом севообороте;

- дать энергетическую, экологическую и экономическую оценку различным системам удобрений в изучаемых агроценозах.

Научная новизна. На основании обобщения приемов окультуривания и длительного полевого опыта проведены комплексные исследования по эффективности разных видов органических удобрений с минеральной системой и установлено их влияние на гумусовое и азотное состояние почвы, продуктивность и качество культур севооборота.

Выявлен характер дегумификации окультуренных почв, влияние органических систем на трансформацию гумуса и азота в дерново-подзолистой почве. Впервые в регионе продемонстрировано совместное действие различных культур севооборота и систем удобрений на динамику минерального азота, его баланс и возможности воспроизводства плодородия по этому элементу.

Научно обосновано и оценено влияние окультуривания, различных систем удобрений и культур полевого севооборота на гумусовое и азотное состояние дерново-подзолистых почв.

Определены количественные параметры приходных и расходных статей и интенсивность баланса органического вещества почвы и азота.

Теоретическая значимость. Установлен характер дегумификации окультуренных почв, влияние органических систем на трансформацию гумуса и азота дерново-подзолистой почвы. Впервые в регионе продемонстрировано совместное влияния различных культур севооборота и систем удобрений на динамику минерального азота, его баланс и возможности воспроизводства плодородия по этому элементу.

Практическая значимость. Для улучшения гумусового и азотного состояния дерново-подзолистых почв рекомендовано внесение органических удобрений в виде навоза, торфа и осадков сточных вод (ОСВ), что повышает воспроизводство дерново-подзолистых почв в агроценозе. Разработанные системы удобрений обеспечивают получение высоких урожаев, биологически полноценной, экологически безопасной продукции при высоких энергетических и экономических показателях.

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены на научно-практических конференциях в Санкт-Петербургском ГАУ (2009 г.), Российском Университете Дружбы Народов (2009 г.), Саратовском ГАУ (2010 г.) и Великолукской ГСХА (2008-2010 гг.).

По материалам диссертации опубликовано 14 печатных работ, из них 2 в журналах, рекомендованных ВАК.

Диссертационная работа выполнена на кафедре химии и агрохимии Великолукской ГСХА под руководством доктора сельскохозяйственных наук, профессора Т.И.Володиной. Автор выражает искреннюю благодарность Т.И. Володиной, зав. кафедрой, доктору биологических наук А.В.Кузьмину, доценту, кандидату с.-х. наук В.А. Воробьеву, а также преподавателям кафедры за ценные советы и замечания научного и методического характера.

Заключение Диссертация по теме "Агрохимия", Макарова, Александра Ивановна

ВЫВОДЫ

1. В условиях Северо-Запада России окультуривание улучшает гумусовое состояние дерново-подзолистых почв и увеличивает мощность пахотного слоя средне - и хорошо окультуренных видов на 9 - 20 см. Под ним формируется горизонт А1, мощностью 5 см на стадии средней-окультуренности и* 7 — 12 см на стадии хорошей окультуренности. Содержание гумуса при, окультуривании в легкосуглинистых разновидностях выше, чем в супесчаных почвах: в слабоокультуренных - в 1,29 раза, в средне окультуренных -1,3, в хорошо окультуренных - в 1,43 раза.

2. За семилетний период наблюдений в полевом опыте содержание гумуса в пахотном слое контрольного варианта снизилось вследствие минерализа-ционных потерь на 0,22 %.

3. Внесение органических удобрений увеличило содержание гумуса на 0,11-0,15 % в сравнении с контрольным вариантом, а запасы гумуса возросли на 4,9-9;8 т/га в зависимости от вида удобрений.

• 4. Внесение навоза увеличивало содержание гуминовых кислот (ГК) в гумусе на 0,46 % в сравнении с контролем и составило 1,38 %. Соотношение ГК к фульвокислотам (ФК) улучшалось и находилось в варианте с торфом и ОСВ в пределах 1,17 - 1,48 соответственно, а соотношение С:Ы было на уровне оптимального - 9,7 - 11;5 %. Внесение навоза и-торфа'обеспечивало положительный баланс гумуса, который находился в пределах +53,4, +25,8 ц/га соответственно.

5. В общем количестве валового азота почвы преобладают трудногидро-лизуемая и негидролизуемая формы. Так, в контрольном варианте их содержание варьировало от 83,1 до 90,8 %, легкогидролизуемая форма составила- 7,3 -12,4 % и-только 1,9 - 4,5 % представлена минеральной формой азота. В вариантах с удобрениями содержание минеральных форм возросло в 2-3 раза.

6. Максимальная активность накопления нитратного азота приходится на июнь месяц, особенно в 2005 году на второй год жизни смеси многолетних трав, и колеблется от 4,5 мг/кг (контроль) до 28,1 мг/кг (ОСВ).

7. Обеспеченность аммонийным азотом в удобренных вариантах в сравнении с контрольным была наибольшей при внесении осадков сточных вод и навоза - 167 % и 160 % соответственно. При внесении минеральных удобрений этот показатель составил 137 %.

8. Наибольшая среднегодовая прибавка в зернотравянопаропропашном севообороте получена от навоза и минеральных удобрений и составила 10,210,9 ц/га з.е., то есть была равнозначной. В год действия удобрений высокая прибавка урожая получена от ОСВ и минеральных удобрений (17,1 и 15,2 ц/га з.е.) соответственно. В годы последействия наибольшая прибавка была полу} чена в варианте с навозом и ОСВ и составила 11,9 и 9,0 ц/га з.е. соответственно. Все изучаемые системы энергетически оправданы, так как Кэ в среднем составляет 2,63-3,75, и вполне оправдывают вложенные затраты валовой энергии.

9. Улучшение азотного состояния дер но во-подзолистых почв тесно взаимосвязано с повышением качества культур (г = 0,83 - 0,98). Под влиянием органических удобрений в сравнении с контрольным вариантом достоверно на 2,2-4,5 г увеличивалась масса 1000 зерен и на 1,5-2,0 % сырого протеина.

10. Высокая связь обнаружена между содержанием минерального азота в почве, содержанием сырого протеина в зерне и массы 1000 зерен озимой ржи (г = 0,83, 0,94) соответственно, и тесная обратная зависимость с содержанием крахмала в клубнях картофеля (г = - 0,85 ±0,11).

11. Экологическая оценка показала, что все изучаемые системы не оказывают негативного дейс1вия на состав почвы. Анализ почвы, проведенный в образцах, отобранных через 52 суток после внесения удобрений в 2006 г., показал, что содержание тяжелых металлов в ней не превышает предельно допустимые концентрации.

12. Экономическая оценка показала высокую рентабельность всех видов удобрений - 75-142 %, а максимальные ее показатели получены в вариантах с минеральными удобрениями и использованием осадков сточных вод.

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ

1. Рекомендовано внесение изученных удобрений из расчета в дозах, эквивалентных 70 т/га навоза за ротацию севооборота, применение которых обеспечивает положительный баланс гумуса и высокую урожайность культур в севообороте от 2,7 до 11,8 ц/га з.е. Осадки сточных вод использовать только после экологической экспертизы в дозах, не превышающих экв. 70 т/га навоза.

2. Для предотвращения деградации гумусового состояния дерново-подзолистых почв рекомендуется доведение доли многолетних трав в структуре посевов до 25 - 30 % и внесение навоза в дозах не менее 70 т/га за ротацию.

3. Для поддержания азотного режима почв в удовлетворительном состоянии необходимо использовать различные системы удобрений как минеральные, так и органические в эквивалентных количествах 70 т/га навоза за ротацию севооборота.

Библиография Диссертация по сельскому хозяйству, кандидата сельскохозяйственных наук, Макарова, Александра Ивановна, Великие Луки

1. Абатуров Б.Д. Биопродукционный процесс в наземных экосистемах/ Б.Д.Абатуров// М., 1979.

2. Авдонин Н.С. Удобрения и качество растениеводческой продукции/ Авдонин Н.С.-М:,Колос.-1979.- 277с.

3. Агроклиматические ресурсы Псковской области.- Л.: 2000.

4. Адрианов С.Н. Влияние извести, навоза и минеральных удобрений на продуктивность озимой ржи и качество зерна при различных погодных условиях/ С.Н.Адрианов, Г.Т.Воробьев, В.С.Макурин, В.П.Агеев// Агрохимия.-№9.- 1993.- С.35-45.

5. Академик Василий Робертович Вильяме: Юбилейный сборник.- М., 1935.

6. Александрова Л.Н. Органическое вещество почвы и процессы его трансформации/Л.Н.Александрова// Л., 1980.

7. Ананьева Н.Д. Микробиологические аспекты самоочищения и устойчивости почв/ Н.Д.Ананьева/ М.:Наука, 2003. 222 с.

8. Аристовская Т.В. Микробиология подзолистых почв/ Т.В.Аристовская//М., 1965.

9. Аристовская Т.В. Микроорганизмы как особый компонент экосистемы (биогеоценоза)//Тр. X Междунар. конгр. почвоведов.- М., 1974.- Т.З.

10. Артемьева З.С. Изменение характеристик органического вещества и глинистых минералов серых почв в процессе агропедогенеза/З.С. Артемьева, Л.С. Травникова//Почвоведение.-2006.-№ 1 .-С.96-107.

11. Артюшин A.M., Державин Л.М. / Краткий справочник по удобрениям.- М.: Колос,- 1984.- 208 с.

12. Артюшин A.M., Дерюгин И.П., Кумокин А.Н., Ягодин Б.А. "Удобрения в интенсивных технологиях возделывания сельскохозяйственных культур" М., ВО "Агропромиздат", 1991, стр. 174

13. Бабьева И.П. Биология почвы/ И.П.Бабьева, Г.М.Зенова// М.:Изд-во МГУ, 1988.220 с.

14. Бадмаев Л.Б. Влияние осадка сточных вод на биологическую активность аллювиальной дерновой почвы / Л.Б. Бадмаев, С.Г. Дорошкевич // Агрохимия. 2006.-№1.-С.62-66.

15. Базилевич Н.И. Продуктивность и круговорот элементов в естественных и культурных фитоценозах (по материалам СССР)/Н.И.Базилевич, Л.Е.Родин// Биологическая продуктивность и круговорот химических элементов в растительных сообществах.- Л., 1971.

16. Барановский, И.Н. Химический и бактериологический состав осадка сточных вод г. Твери / И.Н. Барановский, Д.П. Гладких // Научное обеспечение национального проекта «Развитие АПК»/ Матер, межд. науч.-практ. конф. Тверской ГСХА.- Тверь, 2006. -С. 33-36.

17. Барсуков П.А. Трансформация и использование в последействии закрепленного азота в зависимости от предшествующей удобренности дерново-подзолистой почвы / П.А.Барсуков, Г.П.Гамзиков// «Агрохимия», 2003. №7.С.5-10.

18. Башкин В.Н. Агрогеохимия азота./В.Н.Башкин// Пущино: АН СССР, 1987. 270 с.

19. Безносиков В.А. Эколого-агрохимические основы оптимизации азотного питания растений на подзолистых почвах Европейского Северо-Востока России : Автореф. дис. . доктора с.-х. наук / В.А.Безносиков// Пермь, 2000.- 37 с.

20. Белоус Н.М. Органические и минеральные удобрения под картофель/Н.М. Белоус // Земледелие.-1999.-№2.-С. 18-20.

21. Блэк К. А. Растение и почва/К.А.Блэк//М., 1973.

22. Блюм Б.Г. Баланс меченного изотопом Ы13 нитратного, аммонийного и амидного азота удобрений в полевых севооборотах // Круговорот и баланс азота в системе почва удобрение - растение - вода.- М.: Наука.- 1979.- С. 65-72

23. Боинчан Б.П. Разложение соломы в зависимости от дозы и распределения в пахотном слое дерново-подзолистых почв/ Б.П.Боинчан, А.Д.Фокин,

24. A.М.Лыков// Изв.ТСХА.- 1982.- Вып.2.

25. Болотина Н.И. Запасы гумуса и азота в основных типах почв СССР/Н.И.Болотина// «Почвоведение».- 1947.- №5.

26. Быков Б.А. Введение в фитоценологию/Б.А.Быков// Алма-Ата, 1970.

27. Ваксман С.А. Гумус: происхождение, химический состав и значение его в природе/С.А.Ваксман//М., 1937.

28. Вернадский В.И. Биосфера. Избранные труды по биогеохимии./1. B.И.Биосфера// М., 1967.

29. Вильяме В.Р. Земледелие с основами почвоведения/ В.Р.Вильямс// М., 1939.

30. Вильяме В.Р. Перегнойные вещества и теория питания растений в науке в XVI-XIX столетии. История агрокультуры. История плодородия почв./В.Р.Вильямс// Ч. 1.- М., 1940.

31. Вильяме В.Р. Значение органических веществ почвы: Избранные сочинения/ В.Р.Вильямс// М., 1948.

32. Виноградов А.П. Геохимия сухого вещества/А.П.Виноградов// Л., 1932.

33. Виноградов А.П. Среднее содержание химических элементов в главных типах извержений горных пород земной коры/А.П.Виноградов// «Геохимия».- 1962. №27.

34. Волобуев В.Р. введение в энергетику почвообразования/ В.Р.Волобуев// М., 1974.

35. Володина Т.И. Продуктивность сельскохозяйственных культур под влиянием различных органических систем удобрений на Северо-Западе Рос-сии/Т.И. Володина, А.И. Корякина// Псковский региональный журнал.2007.-№5.- С.50-53.

36. Воробьев В.А Влияние интенсивности сельскохозяйственного производст-вана ряд агрохимических свойств пахотных дерново-подзолистых почв/ Мат-лы всерорийскойнауч. Прак. Конференции.- Нижний Новгород.-2008.-С 103-107.

37. Вудвелл Д. Круговорот энергии в биосфере/ Д.Вудвелл// М., 1972.

38. Гаевский Е.Е. Влияние торфо-навозного компоста и суглинка на свойства дерново-подзолистой песчаной почвы и урожайность ячменя/ Е.Е.Гаевский, Я.К.Куликов// «Агрохимия».- 2009.- №9.- С. 18-23.

39. Гаврилов К.А. и др. Влияние удобрений на плодородие дерново-подзолистых почв / Эффективное применение удобрений в Нечерноземной зоне.- М.: Россельхозиздат.- 1983.- С. 233-244.

40. Гамзиков Г. П. Азот в земледелии Западной Сибири. М.: Наука. 1981. 266 с.

41. Гамзиков Г.П., Барсуков П.А. Баланс азота при длительном применении удобрений в агроценозах на дерново-подзолистой почве

42. Агрохимия.- 1997.-№9.- С. 5-10

43. Ганжара Н.Ф. Почвоведение/Н.Ф.Ганжара// М.:Агроконсалт, 2001.-392 с.

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

45. Ганжара Н.Ф. Состояние легкоразлагаемого органического вещества залежных и пахотных почв лесостепной и степной зон/Н.Ф. Ганжара, Б.А. Борисов//Роль почв в сохранении устойчивости ландшафтов и ресурсосберегающее земледелие.- Пенза.-2005.- С. 220-222.

46. Герасимов И.П. Учение о природных экосистемах (геоэкобиотах) как синтез ландшаф гноведения и биогеоценологии в советской географической и биологической науках/ И.П.Герасимов// Журн. общ. биологии.- 1973.- Т.34, №5.

47. Гиляров М.С. Зоологический метод диагностики почв/ М.С.Гиляров// М., 1965.

48. Гомонова Н.Ф. Влияние длительного применения минеральных удобрений на разных агрохимических фонах на качество зерна озимой ржи/ Н.Ф.Гомонова//Агрохимия,- №9.- 1999.- С.37-46.

49. Дажо Р. Основы экологии/ Р.Дажо// М., 1975.

50. Дергачева М.И. Органическое вещество почв: статистика и динамика/ М.И.Дергачева// Новосибирск, 1984.

51. Дёмин В.А. Свиридов Д.А. Влияние расчетных систем удобрения на величину и качество клубне картофеля в севообороте на темно-серой лесной почвы Центрального района России//Агрохимия , 2000,№5 С 50-55.

52. Дёмин В.А. На дерново-подзолистой почве эффективна органо-минеральная система удобрений / В.А. Дёмин, В.В. Шлынен, A.B. Шарапова // Картофель и овощи.-2008.-№2.-С. 15-19.