Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Влияние систем удобрения на содержание подвижного алюминия в дерново-подзолистых почвах и продуктивность полевых культур в Вятско-Камской провинции

ВАК РФ 06.01.04, Агрохимия

Автореферат диссертации по теме "Влияние систем удобрения на содержание подвижного алюминия в дерново-подзолистых почвах и продуктивность полевых культур в Вятско-Камской провинции"

На правах рукописи

КАРПОВА Алина Юрьевна

ВЛИЯНИЕ СИСТЕМ УДОБРЕНИЯ НА СОДЕРЖАНИЕ ПОДВИЖНОГО АЛЮМИНИЯ В ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ ПОЧВАХ И ПРОДУКТИВНОСТЬ ПОЛЕВЫХ КУЛЬТУР В ВЯТСКО-КАМСКОЙ ПРОВИНЦИИ

Специальность 06.01.04 - Агрохимия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата сельскохозяйственных наук

5 ДЕК 2013

Тюмень - 2013

005543017

Работа выполнена на кафедре агрохимии и почвоведения Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Ижевская государственная сельскохозяйственная академия»

Научный руководитель:

кандидат сельскохозяйственных наук, доцент БОРТНИК Татьяна Юрьевна

Официальные оппоненты:

МОТОРИН Александр Севостьянович,

доктор сельскохозяйственных наук, профессор кафедры экологии и рационального природопользования ГАУ Северного Зауралья

ЮЛУШЕВ Ирек Галеевич,

доктор сельскохозяйственных наук, профессор кафедры почвоведения, агрохимии, мелиорации и землеустройства Вятской ГСХА

Ведущее предприятие:

Пермский НИИСХ Россельхозакадемии

Защита диссертации состоится «26» декабря 2013 г. в 13-00 часов на заседании диссертационного совета Д 220.064.02 при ФГБОУ ВПО «Государственный аграрный университет Северного Зауралья» по адресу: 625003, г. Тюмень, ул. Республики, 7. Тел./факс: +7 (3452) 46-87-77 Е-таП: dissTGSHA@mail.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Государственный аграрный университет Северного Зауралья

Автореферат разослан «22» ноября 2013 г.

Учёный секретарь диссертационного совета

Литвиненко Н.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. На территории Вятско-Камской провинции широко распространены дерново-подзолистые почвы, характеризующиеся высокой кислотностью. По данным ОАО Агрохимцентр «Удмуртский», в Удмуртской республике по состоянию на 01.01.2013 г. 49% площадей пахотных почв имеют кислую реакцию (рНКС|<5,5), при этом 15% имеют реакцию солевой суспензии рНка<5,0. За последние десятилетия произошло резкое уменьшение площадей известкования и доз внесения извести в Восточной части Нечернозёмной зоны. В связи с этим можно прогнозировать накопление в почвах подвижных форм алюминия, который негативно влияет на растения и может способствовать снижению урожайности полевых культур (Авдонин, 1972; Юлушев, 2005; Небольсин, 2010).

Изучение влияния разных систем удобрения при длительном их применении на изменение агрохимических свойств позволяет выявить роль отдельных показателей плодородия почв на содержание подвижного алюминия. Исследования по влиянию удобрений на продуктивность культур и показатели плодородия, проведённые в условиях Удмуртии (Пермяков, 1955, 1970; Култышев, 1972; Дзюин, 1984, 1989; Безносое, 2005; Башков, 1996, 2007, 2010; Исупов, 2007, 2010), практически не касались подвижного алюминия в почве. С учётом этого, изучение накопления подвижного алюминия в дерново-подзолистых почвах Нечернозёмной зоны является очень актуальным для науки и производства.

Степень разработанности. Проведённые ранее исследования по известкованию кислых почв в Ленинградской области А.Н. Небольсиным (1983, 2010) и др.; во Владимирской области В.В. Окорковым (1997, 2013); в Кировской области И.Г. Юлушевым (1989,2000) и др.; в Пермском крае Е.М. Митрофановой (2011,2013) и др. были выполнены в иных природно-сельскохозяйственных территориях. Необходимость изучения данного вопроса в Вятско-Камской провинции появилась в связи со снижением объёмов известкования кислых дерново-подзолистых почв в течение последних десятилетий и, как следствие, появление в почвах подвижного алюминия. Поэтому диссертационная работа направлена на изучение актуальной проблемы. Данная тема входит в план НИР ФГБОУ ВПО «Ижевская ГСХА» (номер государственной регистрации 01200962896).

Цель исследований - изучение влияния систем удобрения на содержание подвижного алюминия в дерново-подзолистых почвах Вятско-Камской провинции и определение его воздействия на продуктивность ряда полевых культур.

В соответствии с целью исследований были поставлены следующие задачи:

— установить влияние извести, минеральных и органических удобрений на агрохимические свойства дерново-подзолистых почв и содержание в них подвижного алюминия;

— выявить связь содержания подвижного алюминия и агрохимических показателей дерново-подзолистых почв;

— определить зависимость урожайности полевых культур от содержания подвижного алюминия в почве;

— оценить влияние систем удобрения на урожайность и качество продукции полевых культур;

- определить содержание подвижного алюминия в почвах Удмуртской Республики на примере одного района;

- дать экономическую и энергетическую оценку возделыванию сельскохозяйственных культур в зернотравянопропашном севообороте при различных системах удобрения.

Научная новизна. Впервые в Удмуртской Республике получены результаты длительного действия извести, органических и минеральных удобрений на продуктивность полевых культур VIII ротации севооборота и на агрохимические свойства дерно-во-среднеподзолистой среднесуглинистой почвы, в том числе содержание подвижного алюминия. В полевых и лабораторных условиях изучена связь содержания подвижного алюминия с основными агрохимическими показателями плодородия почвы. Рассчитаны уравнения множественной регрессии, позволяющие определить содержание подвижного алюминия в почве, используя показатели pHKct, гидролитической кислотности, суммы обменных оснований, степени насыщенности почв основаниями, содержания подвижного фосфора. Установлена зависимость урожайности сельскохозяйственных культур от содержания подвижного алюминия в почве.

Прастнческая значимость работы. Подтверждена закономерность появления подвижного алюминия при подкислении почвы, значительное снижение содержания его подвижных форм при проведении известкования. Установлены корреляционные связи содержания подвижного алюминия с такими показателями, как рНксь гидролитическая кислотность, сумма обменных оснований, степень насыщенности почв основаниями, гумус, содержание подвижного фосфора и степень его подвижности, фракционный состав минеральных фосфатов. Показана зависимость продуктивности полевых культур (озимая рожь, кормовая свёкла, ячмень, овёс) от уровня содержания подвижного алюминия в почве.

Результаты полевых опытов были проверены в производственных условиях. Кроме общепринятых агрохимических показателей рассчитан коэффициент корреляционной связи подвижного алюминия с содержанием марганца, кальция, магния в почве на общей площади 27,2 тыс. гектаров пашни. Результаты исследований используются в учебном процессе ФГБОУ ВПО Ижевская ГСХА и учитываются в исследованиях ГНУ Удмуртский НИИСХ РАСХН.

Методология и методы исследования. Методология проводимого исследования основана на анализе научных публикаций, формулировке цели, задач и программы исследования, закладке и проведении полевых опытов, наблюдений, лабораторных исследований, статистической обработке экспериментальных данных и анализе полученных результатов. В основу исследований были заложены общепринятые методики и ГОСТы, используемые в агрохимии.

Положения, выносимые на защиту:

1. Содержание подвижного алюминия находится в тесной корреляционной связи с физико-химическими показателями дерново-подзолистой почвы.

2. Органоминеральная система удобрения на фоне извести достоверно изменяет агрохимические показатели почвы и способствует снижению содержания подвижного алюминия.

3. Минеральная и органоминеральная системы удобрения на фоне извести повышают продуктивность полевых культур и улучшают качество продукции.

Степень достоверности и апробация результатов исследований. Исследования проводились на базе длительных стационарных опытов, что определяет высокую степень их достоверности. Полевые опыты заложены в четырёхкратной повторности, а лабораторные эксперименты - по общепринятым методикам с шестикратным повторением. Экспериментальный материал статистически обработан методом дисперсионного и корреляционно-регрессионного анализа. Основные положения диссертации докладывались на ежегодных Всероссийских научно-практических конференциях ФГБОУ ВПО Ижевская ГСХА (2010, 2011, 2012, 2013), Всероссийской научно-практической конференции ГНУ Удмуртский НИИСХ (2012), Международных научно-практических конференциях ГНУ Пермский НИИСХ (2013), ФГБОУ ВПО Ижевская ГСХА (2013).

По теме диссертации опубликовано 7 научных печатных работ, в том числе 2 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки России.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения и предложений производству. Работа изложена на 123 страницах компьютерного текста, включает 25 таблиц, 4 рисунка, 16 приложений. Список литературы включает 239 наименований, в т.ч. 22 на иностранных языках.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ 1 Состояние изученности вопроса (обзор научной литературы)

В главе представлен обзор научной литературы об эффективности удобрений и известкования кислых почв, о причинах появления подвижного алюминия в почвах и влиянии его на урожайность и качество полученной продукции.

2 Объекты, условия и методика проведения исследований

Основными объектами исследований являлись дерново-подзолистые почвы; удобрения - аммонийная селитра, калий хлористый, двойной и простой суперфосфат, азофоска, известняковая мука, подстилочный навоз; сельскохозяйственные культуры, возделываемые в полевых севооборотах - кормовая свёкла, ячмень, озимая рожь, овёс. Исследования проводили на опытных полях ОАО «Учхоз «Июльское» Ижевской ГСХА» и ГНУ Удмуртский НИИСХ РАСХН, а также в аналитической лаборатории ФГБОУ ВПО Ижевская ГСХА (2010-2012 гг.).

Полевой опыт 1. Цель опыта - изучение длительного воздействия различных систем удобрения в зернотравянопропашном севообороте на сохранение плодородия и содержание подвижного алюминия в дерново-подзолистой среднесуглинистой почве. Опыт заложен в 1979 г. в четырёхкратной повторности, расположение вариантов рендомизированное, общая площадь опытной делянки - 120 м2. Почва опытного участка дерново-среднеподзолистая среднесуглинистая на красно-буром опесчаненном суглинке со следующими показателями перед закладкой: рНКа - 5,25, Нг - 2,75

ммоль/100 г, S - 10,75 ммоль/100 г, V - 79,4%; содержание Р205 и К20 по Кирсанову 69 и 91 мг/кг соответственно; гумуса - 2,15%.

Схема опыта: 1. Без удобрений (контроль); 2. Известь по 1,0 Нг; 3. Известь + NiP,K,; 4. N,P,Ki; 5. Известь + навоз 40 т/га + N,P,Ki; 6. Известь + навоз 40 т/га + N|iSPt 5К, 5; 7. Известь + навоз 40 т/га; 8. Известь + NiPiK, + NPK экв. навозу; 9. Известь + навоз + N, SP,K|; 10. Известь + No^Po^K^. Дозы минеральных удобрений (аммиачная селитра, двойной суперфосфат, хлористый калий) определены по зональным рекомендациям и составили для озимой ржи - N6oP6oK.6o, для кормовой свёклы -N8oP7oKioo, для ячменя - N60P6oK4o- Известь внесена в 2009 г. перед посевом викоов-сяной смеси. Органические удобрения в виде полуперепревшего навоза КРС внесены под кормовую свёклу в дозе 40 т/га в 2011 г. Минеральные удобрения вносились вручную перед посевом полевых культур. Изучение велось в четырёхпольном севообороте: однолетние травы - озимая рожь - кормовая свёкла - ячмень. В настоящее время проходит VIII ротация.

Полевой опыт 2. Цель опыта - изучить влияние соотношений и сочетаний минеральных удобрений на фоне разных доз органических и известковых удобрений на содержание подвижного алюминия в дерново-подзолистой почве. Площадь делянок 114,7 м2. Повторность четырёхкратная, расположение вариантов с рендомизацией методом организованных повторений. Почва дерново-среднеподзолистая среднесуглини-стая со следующими показателями перед закладкой: рНка - 5,0; Нг - 2,7 ммоль/100 г, S - 14,8 ммоль/100 г, V - 85,2%; содержание Р205 и К20 по Кирсанову 52 и 98 мг/кг соответственно; гумуса - 2,5%.

Длительный двухфакторный опыт проводится в восьмипольном зернотравяно-паропропашном севообороте: чёрный пар — озимая рожь — кукуруза — яровая пшеница + клевер - клевер I г.п. - клевер II г.п. - озимая рожь - ячмень. В настоящее время проходит VI ротация севооборота. Схема опыта включает 4 фона (фактор А): I - Н1 -навоз вносили только в 1971 г. при закладке опыта; II — И2 (известь вносили в 1 ротации в дозе по 1,0 Нг и во 2 ротации в дозе по 2,0 Нг); III - Н5 (навоз вносили под каждую ротацию севооборота, в первую по 40 т/га, а в последующие - по 60 т/га); IV -И2Н5 (известь и навоз внесли аналогично II и III фонам). Разные уровни внесения минеральных удобрений (фактор В): 1. Без удобрений (к); 2. N10PioK.i0; 3. N60P6oK6o.

Мнкрополевой опыт. Цель опыта - изучить действие доз извести на содержание подвижного алюминия в почве и продуктивность полевых культур. Опыт заложен в 2004 г. в четырёхкратной повторносги, расположение вариантов систематическое со смещением на делянку. Размер опытной делянки 1,0x1,05 м2. Делянки были ограничены по периметру плёнкой на глубину пахотного слоя. Исходные агрохимические показатели почвы: pHKci - 3,92; Нг - 5,7 ммоль/100 г, S - 8,8 ммоль/100 г; V- 61,5%; содержание Р205 и К20 по Кирсанову - 56,7 и 72,1 мг/кг соответственно, гумуса - 2,0%.

Схема опыта: 1. Без удобрений (к); 2. N1P1K1 (фон); 3. Фон + известь по 0,5 Нг; 4. Фон + известь по 1,0 Нг; 5. Фон + известь по 1,5 Нг; 6. Фон + известь по 3,0 Нг. Известкование проведено в 2004 г. под однолетние травы. В 2010 и 2012 гг. под овёс и озимую рожь вносили азофоску в дозе 50 и 30 кг д.в./га соответственно. Изучение ведётся в семипольном севообороте: однолетние травы - озимая рожь — ячмень - рапс — озимая рожь - яровая пшеница — овёс. В настоящее время проходит II ротация.

Лабораторный опыт. Цель опыта - изучить влияние извести на содержание подвижного апюминня и физико-химические показатели сильнокислых почв. Опыт был заложен в 2013 г. в пластиковых сосудах в шестикратной повторности в лаборатории ФГБОУ ВПО Ижевская ГСХА. Длительность опыта 6 месяцев. Для закладки была отобрана сильнокислая дерново-подзолистая почва с исходной агрохимической характеристикой: рНка - 3,76; Нг - 5,26 ммоль/100 г; S - 9,42 ммоль/100 г; V - 64,2%; содержание гумуса 2,09%; содержание Р205 и К20 по Кирсанову - 11 и 137 мг/кг соответственно; содержание подвижного алюминия по методу А.В. Соколова 15,2 мг/100 г почвы. Схема опыта: 1. Без удобрений (к); 2. Известь по 0,5 Нг; 3. Известь по 1,0 Нг; 4. Известь по 1,5 Нг; 5. Известь по 2,0 Нг; 6. Известь по 2,5 Нг; 7. Известь по 3,0 Нг. Влажность почвы в сосудах поддерживалась на уровне 60% полной влагоёмкости и температуре воздуха 20-25 °С.

Производственная проверка результатов полевых опытов. Цель — установить влияние агрохимических свойств почвы в производственных условиях на содержание подвижного алюминия и составить уравнение множественной регрессии для этих показателей. Для исследований был выбран Юкаменский район Удмуртской Республики, почвы которого более кислые, чем в среднем по республике. В 20092011 гг. в данном районе ОАО «Агрохимцентр» Удмуртский проводил агрохимическое обследование. С учётом агрохимических показателей обследованных почв в почвенных образцах с площади 27,2 тыс. гектаров был определён подвижный алюминий тремя методами.

Почвенные и растительные образцы проанализированы в аналитической лаборатории ФГБОУ ВПО Ижевская ГСХА по общепринятым методикам. Содержание подвижного алюминия в полевых и микрополевом опытах определяли по методу А.В. Соколова; в почвенных образцах лабораторного опыта и Юкаменского района -по Соколову и по ЦИНАО (ГОСТ 26485-85) с использованием индикаторов ксилено-ловый оранжевый и хромазурол-С в вытяжке 1 M КС1. Математическая обработка результатов проведена на ПЭВМ с помощью прикладных программ Microsoft Excel. Существенность разницы в показаниях между вариантами в опытах установлена методом дисперсионного анализа, наличие тесноты связи - с помощью корреляционно-регрессионного анализа (Доспехов Б.А., 1985).

3 Влияние удобрений на содержание подвижного алюминия и агрохимические свойства почвы

3.1 Влияние различных систем удобрения на агрохимические свойства почвы и содержание подвижного алюминия. За годы исследований в длительном полевом опыте 1 в результате использования систем удобрения произошло значительное изменение агрохимических показателей (табл. 1).

Наибольшее содержание подвижного алюминия отмечено в вариантах 1 и 4, его количество составляет 1,76 и 1,59 мг/100 г почвы соответственно. Отсутствие известкования в этих вариантах способствует повышению кислотности почвы, вследствие чего алюминий высвобождается в подвижные формы. Особенно сильно подкисляют почву минеральные удобрения, рНка в варианте 4 достоверно ниже, чем в аналогичном варианте с применением извести (вариант 3) на 0,98 единиц. Известь спо-

5

собствует увеличению доступности фосфора. Особенно это выражено в вариантах 3, 4, 5, 6, 8 и 9 - содержание подвижного фосфора достаточно высокое и составляет от 129 до 215 мг/кг почвы. В вариантах 6, 8 и 9 по сравнению с контролем наиболее высокое содержание обменного калия (99-101 мг/кг). Это связано с длительным внесением в почву фосфорных и калийных удобрений в сочетании с навозом.

Таблица 1 - Влияние удобрений па агрохимические показатели дерново-подзолистой среднесуглинистой почвы (ОАО «Учхоз «Июльское» ИжГСХА», 2010-2012 гг.) __

Вариант А1, мг/100 г рНксі Нг | в У,% р2о, | кго гумус, %

ммоль/100 г мг/кг

1 Без удобрений 1,76 4,75 1,69 11,17 87 73 49 1,42

2 Известь по 1,0 Нг 0,83 5,70 1,11 14,00 93 116 65 1,94

3 Известь + К1Р,К, 0,47 5,33 1,76 13,00 88 139 74 2,17

4К[Р|К1 1,59 4,35 2,57 11,17 81 150 86 1,80

5 Известь + навоз 40 т/га + 0,73 5,88 1,51 13,67 90 157 72 2,26

6 Известь + навоз 40 т/га + МиРиК,.5 0,89 5,47 1,82 14,00 89 215 101 2,11

7 Известь + навоз 40 т/га 0,67 5,44 1,47 13,07 90 93 68 2,19

8 Известь + N^1 + ЫРК экв. навозу 40 т/га 0,63 5,21 1,77 12,33 87 129 99 2,26

9 Известь + навоз 40 т/га + М,.5Р,К1 0,55 5,53 1,79 14,27 89 154 101 2,41

10 Известь + N0.5P0.5K05 0,93 5,41 1,62 13,00 89 103 63 2,14

НСР05 0,41 0,29 0,32 0,96 н.опр. 34 15 0,11

г(А1) -0,77 0,45 -0,76 -0,57 -0,28 -0,38 -0,91

Проведенный парный корреляционный анализ зависимости содержания подвижного алюминия от агрохимических показателей почвы показал наличие обратной тесной связи содержания подвижного алюминия в почве и показателей рНКа (г = -0,77), суммы обменных оснований (г = -0,76); прямая средняя связь содержания подвижного алюминия в почве и гидролитической кислотности (г = 0,45). Степень корреляции содержания подвижного алюминия и содержания подвижного фосфора и обменного калия в почве обратная, слабая, г = -0,28 и г = -0,38 соответственно. Выявлена обратная тесная связь алюминия и органического вещества почвы. Это подтверждает известное положение о том, что органическое вещество почвы способно связывать подвижный алюминий органическими кислотами в нерастворимые соединения (Небольсин, Небольсина, 2005).

3.2 Изменение содержания подвижного алюминия и агрохимических свойств почвы под воздействием минеральных удобрений. В длительном полевом опыте 2 отсутствие известкования повышало обменную и гидролитическую кислотность почвы, снижались сумма обменных оснований и степень насыщенности основаниями. В варианте Т<60РбоК«о по фону Н1 самая кислая почва — рНКа 4,30 единицы, гидролитическая кислотность достоверно выше контрольного варианта на фоне Н1 на 0,94 ммоль/100 г почвы. Минеральные удобрения в основной массе являются физиологически кислыми, поэтому без известкования, хотя бы поддерживающего, почва приобретает кислую и даже сильнокислую реакцию. При регулярном внесении навоз

(фон Н5) способствует нейтрализации кислотности почвы. Известковая и известково-органоминеральная системы удобрения достоверно увеличивают сумму обменных оснований (на 6,85 и 7,86 ммоль/100 г почвы соответственно при НСР05 -1,82 ммоль/100 г) в сравнении с фоном Н1. Наибольшее содержание подвижного алюминия наблюдалось на фоне Н1 в варианте с повышенным внесением минеральных удобрений - 2,08 мг/100 г почвы. Известковый, органический фоны и их сочетание снижают содержание подвижного алюминия, его значение по всем вариантам ниже I мг/100 г.

Внесение минеральных удобрений в дозе N60P60K60 существенно повышает содержание P2Os и К20 в почве. Достоверное увеличение содержания подвижного фосфора отмечено на фонах с внесением органических удобрений (Н5, И2Н5) - на 109 и 150 мг/кг почвы в среднем при HCPos - 53 мг/кг. По результатам корреляционного анализа получены коэффициенты, указывающие на тесную связь алюминия с физико-химическими показателями почвы, а также обратная слабая связь с содержанием подвижного фосфора и обменного калия.

3.3 Зависимость содержания подвижного алюминия от фосфатного режима почвы. Данные по выявлению связи содержания подвижного алюминия в почве и фосфатного режима дерново-подзолистой почвы были получены в длительном полевом опыте 2.

По данным А.В. Пасынкова, Е.В. Светлаковой (2010), установлено закономерное снижение содержания подвижного алюминия в почве соответственно с повышением содержания доступного фосфора в ней. Поэтому можно предположить, что повышенная подвижность доступного фосфора будет содействовать переходу алюминия в неподвижное состояние. Нами установлена корреляционная зависимость этих показателей: получена обратная слабая связь содержания алюминия и степени подвижности фосфатов (по методу Карпинского-Замятиной).

Важнейшей характеристикой фосфатного режима дерново-подзолистых суглинистых почв является фракционный состав минеральных фосфатов (табл. 2).

Сумма минерального фосфора по фону Н1 составила 870 мг/кг, а на фонах И2 и И2Н5 - 763,5 и 742,5 мг/кг соответственно, т.е. значительно меньше. Учитывая, что за 40 лет опыта средняя урожайность на контрольном варианте была значительно ниже, чем на остальных, можно предположить, что главным регулятором содержания минерального фосфора был его вынос с урожаем.

Фракция наиболее доступного фосфора в сумме минерального фосфора составляет примерно 27%, причём по всем фонам в очень близких пределах. Однако заметно действие извести и навоза на группы фосфатов, связанных с кальцием. На фоне Н1 на эту фракцию приходится 47%, И2 - всего 28% и на фоне И2Н5- 76%, т.е. известкование и системное внесение навоза положительно повлияло на содержание фосфатов кальция, особенно трёхзамещённой формы. На этих же фонах высокая доза минеральных удобрений способствовала накоплению в почве всех трёх групп фосфатов кальция. Известкование значительно снизило закрепление фосфора в почве с алюминием и железом, фосфор которых в меньшей степени доступен растениям.

Таблица 2 -Содержание подвижного алюминия в зависимости от фракционного состава минеральных фосфатов в почве длительного полевого опыта

(ГНУ Удмуртский НИИСХ РАСХН, 2012 г.)

Фон Вариант Фракции фосфатов, мг/кг "--- -----------? ------/ AI, мг/100 г

Са-Р1 Ca-PII AIP Fe-P Са-РШ Сумма □о Соколову скощен, оранж схро-мах-С

Н1 1. Без удобрений 217,5 25,0 307,5 157,5 162,5 870,0 3,06 6,02 7,96

2. ИюРюКю 225,0 32,5 167,5 150,0 150,0 725,0 0,89 1,34 1,44

З.КбоРбоК«, 170,0 37,5 307,5 202,5 162,5 880,0 2,35 4,34 6,39

среднее 204,2 31,7 260,8 170,0 158,3 825,0 2,10 3,90 5,26

И2 1. Без удобрений 225,0 40,0 206,3 117,3 175,0 763,5 0,01 0,04 0,01

2. ИюРюКш 271,3 42,5 191,3 106,3 172,5 783,8 0,01 0,01 0,01

3. ИбоРбоК«, 257,5 257,5 115,0 135,0 242,5 1007,5 0,01 0,01 0,01

среднее 251,3 113,3 170,8 119,5 196,7 851,6 0,01 0.02 0,01

И2Н5 1. Без удобрений 207,5 75,0 122,5 55,0 282,5 742,5 0,12 0,01 0,01

2. М,оРц>1С,о 271,3 102,5 168,8 196,3 321,3 1060,0 0,18 0,01 0,04

3. ИбоРбоКбо 233,8 88,8 225,0 132,5 447,5 1127,5 0,35 0,01 0,01

среднее 237,5 88,8 172,1 127,9 350,4 976,7 0,22 0,01 0,02

г (AI по Соколову) -0,62 -0,43 0,84 0,51 -0,41 -0,07

г (AI с ксиленол. оранж.) -0,60 -0,42 0,83 0,48 -0,47 -0,12

г (AI с хромазуролом-С) -0,62 -0,41 0,84 0,50 -0,46 -0,09

Обнаружено высокое количество подвижного алюминия в почве на фоне Н1. Это проявилось при определении тремя методами, особенно по ЦИНАО; содержание подвижного алюминия составило соответственно 6,02...1,96 мг/100 г на контрольном варианте, 4,34. ..6,39 мг/100 г в варианте 3. Содержание фосфатов кальция разных групп имеет обратную корреляционную связь с подвижным алюминием. Тесная обратная связь выявлена между содержанием подвижного алюминия и однозамещёнными фосфатами (г=-0,60...-0,62). Была установлена прямая тесная связь группы фосфатов А1-Р с подвижным алюминием по A.B. Соколову г=0,84, по ЦИНАО г=0,83 и г=0,84, следовательно, по содержанию в почве минеральных фосфатов группы А1-Р можно судить о наличии или отсутствии в ней подвижного алюминия.

3.4 Влияние доз извести на агрохимические свойства почвы и содержание подвижного алюминия. Известкование является многоплановым воздействием на свойства почвы. Его эффективность проявляется со временем и выражается в значительных изменениях агрохимических свойств почвы (табл. 3).

Таблица 3 - Действие различных доз извести на агрохимические свойства дерново-подзолистой среднесуглинистой почвы и содержание подвижного алюминия

(ОАО «Учхоз «Июльское» Ижевской ГСХА», 2010,2012 гг.

Вариант AI, мг/100 г рНка Нг | S V,% рго5 | к2о

ммоль/100 г мг/кг

1. Без удобрений (к) 5,44 3,95 4,10 10,44 71 68 77

2. ЫЛоЬмо (фон) 7,66 3,85 4,65 10,19 68 87 87

3. Фон + известь по 0,5 Нг 3,84 4,25 4,25 10,65 71 95 86

4. Фон + известь по 1,0 Нг 0,43 4,85 2,95 14,27 83 94 84

5. Фон + известь по 1,5 Нг 0,16 5,80 1,70 17,52 91 110 82

6. Фон + известь по 3,0 Нг 0,06 6,15 1,10 19,54 95 102 78

НСР05 1,89 0,44 0,22 2,24 н.опр. 9 F*<FT

г(А1) -0,89 0,89 -0,87 -0,91 -0,71 0,30

С момента закладки микрополевого опыта показатели кислотности почвы на контрольном и фоновом вариантах практически не изменились по сравнению с исходным состоянием. В остальных вариантах на шестой год после известкования рНка и Нг находятся в прямой зависимости от доз внесения извести. Без внесения извести на контрольном варианте содержание подвижного алюминия находится в опасных для культурных растений количествах: 5,44 мг/100 г почвы. Следовательно, систематическое применение полного минерального удобрения без извести способствует достоверному возрастанию этого показателя на 2,22 мг/100 г относительно контроля. Возрастающие дозы извести существенно снижают содержание подвижного алюминия на 1,60-5,38 мг/100 г почвы. Внесение минеральных удобрений в дозе ИвдРадЬмо достоверно увеличило содержание в почве подвижного фосфора на 19 мг/кг, а в сочетании с разными дозами извести (от 0,5 Нг до 3,0 Нг) — на 26-42 мг/кг почвы при НСР05 - 9 мг/кг.

Выявлена обратная тесная связь содержания подвижного алюминия с показателями рНка, суммы поглощенных оснований, степени насыщенности основаниями; прямая тесная связь с гидролитической кислотностью. Связь алюминия с содержанием К20 в почве прямая слабая, т.е. фактически калий не влияет на содержание подвижного алюминия в почве. Между содержанием подвижного алюминия и подвижного фосфора выявлена обратная тесная связь, коэффициент корреляции 0,71.

В лабораторном опыте установлено, что известь благоприятно действует на физико-химические показатели почвы и существенно снижает количество подвижного алюминия в почве даже в дозе по 0,5 Нг (рис. 1).

1 месяц компостирования 6 месяцев компостирования

Рисунок 1 - Динамика изменения рНксь гидролитической кислотности и содержания подвижного алюминия в зависимости от разных доз извести

Варианты опыта: 1 - без удобрений; 2 — известь по 0,5 Нг; 3 - известь по 1,0 Нг; 4 - известь по 1,5 Нг; 5 - известь по 2,0 Нг; 6 - известь по 2,5 Нг; 7 - известь по 3,0 Нг.

Доза извести по 0,5 Нг (вариант 2) существенно снижает содержание подвижного алюминия до 1,25...1,36 ммоль/100 г в зависимости от срока компостирования; доля подвижного алюминия составляет 31...43% от гидролитической кислотности. При этом чем дольше продолжается воздействие извести на почву, тем ниже содержание подвижного алюминия. Дозы извести по 1,0 Нг и выше сводят его содержание практически к нулю, а рНка с увеличением дозы извести переходит от очень сильнокислой до близкой к нейтральной. Содержание подвижного алюминия находится в обратной тесной связи с рНксь коэффициенты корреляции -0,74 ... -0,95 при 93,52 ...

99,87% уровне значимости. Гидролитическая кислотность находится в прямой тесной связи с содержанием подвижного алюминия в почве, коэффициенты корреляции в пределах 0,75 ... 0,96 также при высоком уровне значимости.

Следовательно, известь является ценным химическим мелиорантом, который позволяет нейтрализовать почвенную кислотность. Реакции закрепления алюминия в неподвижные формы протекают медленно.

4 Действие различных систем применения удобрений на продуктивность полевых культур и качество продукции

4.1 Влияние различных систем удобрения на продуктивность полевых культур. В результате многолетнего систематического воздействия разных систем удобрения, почва по вариантам резко отличается по своим свойствам, что, безусловно, сказывается на продуктивности сельскохозяйственных культур (табл. 4).

Таблица 4 - Влияние различных систем удобрения на продуктивность полевых культур, т з.еУга (ОАО «Учхоз «Июльское» ИжГСХА», 2010-2012 гг.) __

Вариант Озимая рожь, 2010 г. Кормовая свёкла, 2011 г. Ячмень, 2012 г. Средняя продуктивность Отклонение от контроля

1. Без удобрений 1,16 5,26 1,25 2,56 _

2. Известь по 1,0 Нг 1,17 7,52 1,49 3,39 0,84

3. Известь + Ы^К, 2,39 10,32 3,00 5,24 2,68

4.Ы1Р1К1 1,72 9,32 2,74 4,59 2,04

5. Известь + навоз 40 т/га + Ы^К.! 2,70 11,22 3,19 5,70 3,15

6. Известь + навоз 40 т/га + 5К] 5 3,24 12,82 3,69 6,58 4,03

7. Известь + навоз 40 т/га 1,63 10,46 1,73 4,61 2,05

8. Известь + Ы)Р|К| + ЫРК экв.навозу 40т/га 2,98 15,02 3,66 7,22 4,66

9. Известь + навоз 40 т/га + Ы^^К.! 3,76 12,60 3,73 6,70 4,14

10. Известь + N0 5Р0 5К.0 5 2,55 8,60 2,34 4,50 1,94

НСР05 0,62 0,81 0,53 1,00

г(А1) -0,52 -0,62 -0,53 -0,56

При оценке результатов длительного опыта следует отметить заметное преимущество органоминеральных систем удобрения. Увеличение продуктивности озимой ржи по отношению к контролю составило 1,54...2,00, кормовой свёклы -5,95...7,56, ячменя - 1,94...2,48 тз.еУга. Кормовая свёкла очень отзывчива на внесение удобрений. Получена высокая продуктивность этой культуры в вариантах, где применялось известкование, органические удобрения и повышенные дозы минеральных удобрений (выше контроля в 1,5-2 раза).

Положительное воздействие на продуктивность полевых культур за три года исследований оказала органоминеральная система удобрения на фоне извести — продуктивность увеличилась в 2,5 раза по отношению к контролю; известково-минерапьная система удобрения способствовала увеличению продуктивности культур в 2 раза. Рост продуктивности в 2,8 раз выше контроля отмечен при систематическом использовании высоких доз удобрений в минеральной форме на фоне извести. Это связано с тем, что элементы питания в составе минеральных удобрений при бла-

гоприятном действии известкового фона более доступны корням растений для поглощения, нежели в составе органических удобрений.

Коэффициент корреляции между содержанием подвижного алюминия и продуктивностью озимой ржи составил -0,52; кормовой свёклой -0,62; ячменём -0,53, что соответствует обратной средней связи во всех случаях. Из трёх культур свёкла является наиболее чувствительной культурой по отношению к алюминию в почве, что подтверждается нашими исследованиями.

4.2 Влияние минеральных удобрений на урожайность полевых культур. Систематическое длительное применение минеральных удобрений на фоне извести, навоза и их сочетания коренным образом изменяет плодородие дерново-подзолистой почвы, в связи с чем полевые культуры формируют разный уровень урожайности.

В 2010 г. в крайне неблагоприятных агрометеорологических условиях в полевом опыте 2 получена низкая урожайность ячменя. На фоне Н1 без применения удобрений она составила всего 1,02 т/га. По данному фону получена достоверная прибавка от минеральных удобрений: при низких дозах - 0,59 т/га, при высоких дозах -0,82 т/га. На известковом фоне в варианте без удобрений урожайность значительно выше и составляет 1,41 т/га. В вариантах с применением удобрений по фону И2 напротив, прибавка незначительна, при дозе ЫбоРбоКбо урожайность даже ниже (1,69 т/га), чем в аналогичном варианте фона Н1. Можно сделать вывод, что на фоне извести действие минеральных удобрений оказалось менее эффективно. Наилучший результат показал фон И2Н5 с применением минеральных удобрений. Даже низкие дозы дали урожайность ячменя 1,98 т/га, что на 44% выше контроля.

В 2012 г. в полевом опыте 2 согласно схеме севооборота, после чёрного пара возделывалась озимая рожь. Средняя урожайность озимой ржи на опыте получена 2,59 т/га. Урожайность озимой ржи на фоне Н1 без применения удобрений составила 2,14 т/га. По данному фону получена достоверная прибавка от минеральных удобрений при низких дозах - 0,50 т/га, при высоких дозах - 0,54 т/га. На известковом фоне в варианте без удобрений урожайность выше, чем на фоне Н1, и составляет 2,23 т/га, а на фоне Н5 в аналогичном варианте - 2,28 т/га. По средним данным на фоне извести действие минеральных удобрений оказалось менее эффективно, чем на фоне навоза. Прибавка урожайности по отношению к контролю на фоне И2 при низких дозах -12,6%, при высоких — 23,4%, а на фоне Н5 - соответственно 28,1 и 21,5%. Более высокий результат показал фон И2Н5 - урожайность озимой ржи на варианте без удобрений составила 2,31 т/га, а прибавка урожайности по данному фону при низкой дозе минеральных удобрений — 26,0%, при высокой - 25,1%.

В среднем за два года опытов фон, сочетающий органические удобрения с известкованием, по влиянию на урожайность полевых культур превосходит контрольный фон (Н1) на 0,25 т/га (12,6%), второй фон (И22) - на 0,20 т/га (9,8%), и даже фон с навозом (Н5) на 0,08 т/га (3,7%). Проведенный корреляционный анализ содержания подвижного алюминия в почве и урожайных данных выявил обратную среднюю зависимость этих показателей. Зависимость урожайности ячменя и подвижного алюминия описывается уравнением полинома второй степени, коэффициент корреляции составил -0,47. Урожайность озимой ржи и подвижный алюминий находятся в линейной зависимости, коэффициент корреляции -0,34.

4.3 Влияние доз извести на продуктивность зерновых культур (в микрополевом опыте). В 2010 г. эффективность полного минерального удобрения в дозе Н50Р5оК5о под овёс невысока, хотя получена достоверная прибавка к контролю - 21,0 г з.е./м2. Последействие извести также достоверно, увеличение продуктивности овса колеблется в пределах 28,9-36,0 г з.еУм2 по отношению к контролю. Эффективность доз извести в пределах ошибки опыта. Доза извести 1,0 Нг способствовала существенному увеличению продуктивности овса к фону Н5оР5оК5о на 15,0 г з.е./м2.

В 2012 г. фон НюРзоКзо существенно увеличил продуктивность озимой ржи на 87% по отношению к контролю. Последействие извести выразилось в увеличении продуктивности на 64,0-151,6 г з.еУм2, при этом максимальный результат показала доза извести по 0,5 Нг. В среднем за два года исследований все варианты достоверно увеличили продуктивность зерновых культур. Наибольшая прибавка получена при дозе извести 0,5 Нг на фоне минерального удобрения. Очевидно, это связано с тем, что овёс и озимая рожь способны давать высокую продуктивность на средне- и сильнокислых почвах.

Продуктивность овса и озимой ржи находится в средней обратной корреляционной зависимости от содержания подвижного алюминия (г= -0,53 и г= -0,45 соответственно). Эффективность известкования дерново-среднеподзолистых почв широко варьирует и зависит от чувствительности культур к кислотности почв.

4.4 Влияние различных систем удобрения на качество сельскохозяйственной продукции. Кормовая свёкла является более чувствительной к содержанию подвижного алюминия (г=-0,62), чем зерновые культуры. Поэтому было решено провести расчёт корреляционной связи содержания подвижного алюминия в почве и показателей качества продукции этой культуры.

Содержание сухого вещества в корнеплодах при использовании органических и минеральных удобрений снижается по сравнению с контролем. Однако минеральная система удобрения способствует повышению сбора сухого вещества - прибавка по отношению к контролю составила 6,8 т/га при НСР05 - 1,2 т/га. Достоверное увеличение содержания нитратов относительно контроля выявлено при внесении полного минерального удобрения в сочетании с навозом и без него на фоне извести. При этом содержание нитратов по всем вариантам не превышало ПДК (2000 мг/кг).

Применение всех систем удобрения в целом способствует снижению содержания Сахаров. Сбор Сахаров в соответствии с урожайностью корнеплодов существенно возрастает. Наиболее значительное влияние оказало использование органоминераль-ной и минеральной систем удобрения, достоверное увеличение по сравнению с фоном известкования составило 0,24-0,43 и 0,52 т/га соответственно. Содержание сырого протеина достоверно выше контроля на 0,67. ..1,38 % на сырую массу при использовании органоминеральной, минеральной и органической систем удобрения на фоне извести. Таким образом, изучаемые системы удобрения положительно влияют на содержание сырого протеина в корнеплодах кормовой свёклы.

Показатели качества кормовой свёклы имеют обратную корреляционную связь средней степени с содержанием подвижного алюминия в почве. Коэффициент корреляции между содержанием сырого протеина и содержанием подвижного алюминия составил -0,63. Установлена прямая средняя корреляционная связь содержания Сахаров в корнеплодах кормовой свёклы и содержания подвижного алюминия в почве

12

(г=0,50); слабая обратная связь содержания нитратов в корнеплодах и алюминия в почве (г=-0,20). Таким образом, подвижный алюминий влияет на основные показатели качества кормовой свёклы, поэтому при возделывании этой культуры необходимо учитывать содержание подвижного алюминия в почве.

5 Производственная проверка результатов полевых опытов

Для подтверждения и проверки результатов исследований в длительных полевых и лабораторном опытах было проведено определение содержания подвижного алюминия в почвах Юкаменского района Удмуртской Республики с учётом данных агрохимического обследования.

В 1971 г. почвы имели средневзвешенный показатель pHKci 4,5, т.е. почва была сильнокислой. К 2001 г. реакция солевой суспензии составляла 5,4 единиц pH. Обследование 2009-2011 гг. выявило подкисление пахотных почв района в среднем на 0,2 единицы pH. Доля среднекислых почв возросла с 24,5% в 2001 г. до 34,6%, а доля слабокислых, средне- и сильнокислых увеличилась на 20%. Из этого следует, что отказ от известкования в последние 20 лет начинает отражаться на основных показателях плодородия почвы.

Для наглядности и упрощения обработки полученных результатов мы произвели разделение их на следующие группы по содержанию подвижного алюминия: I -нулевое содержание; II - следы (<0,10 мг/100 г); III - 0,10-1,00 мг/100 г; IV - 1,012,00 мг/100 г; V - > 2,00 мг/100 г почвы.

Был проведен множественный корреляционный анализ, который показал, что между результатами методов определения подвижного алюминия существует прямая тесная связь. Коэффициент корреляции результатов определения метода A.B. Соколова и ЦИНАО с ксиленоловым оранжевым составил 0,92; с хромазуро-лом-С - 0,79 при 100% уровне значимости. Коэффициент множественной регрессии между результатами методов определения подвижного алюминия R=0,93.

Корреляционный анализ показал, что содержание подвижного алюминия (по A.B. Соколову) находится в прямой тесной корреляционной связи с гидролитической кислотностью и в слабой - с содержанием органического вещества (г=0,77 и г=0,38 соответственно). Между содержанием подвижного алюминия по ЦИНАО (с хромазу-ролом-с) прямая зависимость более тесная с Нг (г=0,81), и отсутствует связь с содержанием органического вещества. Метод ЦИНАО (с ксиленоловым оранжевым) показал промежуточные результаты корреляции алюминия и гидролитической кислотности в сравнении с предыдущими методами. Обратная средняя зависимость получена между содержанием алюминия (в трёх методах определения) с pHKci, суммой обменных оснований, степенью насыщенность почв основаниями. Была выявлена обратная слабая корреляционная зависимость содержания алюминия от содержания подвижного фосфора - чем выше его содержание, тем меньше в почве содержится подвижного алюминия. Практически не наблюдается определённой связи между содержанием подвижного алюминия и обменного калия.

Полученные результаты исследований показали, что наиболее тесно содержание подвижного алюминия связано с показателями pHKci, Нг, S, V, Р205. Именно поэтому для выведения уравнений множественной регрессии, которые позволят

13

рассчитать примерное содержание подвижного алюминия, были выбраны вышеуказанные агрохимические показатели плодородия почвы. Уравнения множественной регрессии имеют следующий вид:

• для метода A.B. Соколова (стандартная ошибка для оценки результата = ±1,605): AI = 0,159-рН + 0,390-Нг - 0,003-S - 0,034 V + 0,002- P2Os + 1,023

• для метода ЦИНАО с ксиленоловым оранжевым (стандартная ошибка для оценки результата = ±1,800):

AI = 0,315-рН + 0,423-Нг + 0,025-S - 0,049-V + 0,002-Р205 + 0,754

• для метода ЦИНАО с хромазуролом-С (стандартная ошибка для оценки результата = ±2,038):

AI = 1,178-рН + 0,258-Нг + 0,039-S - 0,093-V + 0,006- P2Os + 0,485

Уравнения рассчитывались по средним показателям дерново-средне- и сильноподзолистых почв Юкаменского района. Согласно полученным уравнениям множественной регрессии в любом хозяйстве и районе Удмуртской Республики для соответствующей почвы при известных значениях рНкси гидролитической кислотности, суммы обменных оснований и других показателей можно рассчитать примерное содержание подвижного алюминия.

Проведённые расчёты показали зависимость содержания подвижного алюминия от физико-химических свойств почв, а также от содержания подвижного фосфора. В связи с этим в случаях появления подвижного алюминия в почвах можно рекомендовать проводить первоочередное известкование или фосфоритование. Эти приёмы будут надёжно переводить алюминий в неподвижные формы, предупредят дальнейшее появление его подвижных форм в почве, и растения не будут угнетаться его действием.

6 Энергетическая и экономическая эффективность применения систем

удобрения при возделывании полевых культур в зернотравянопропашном

севообороте

Для экономической и энергетической оценки были выбраны 6 вариантов, представляющих разные системы удобрения: известковая, минеральная, известко-во-минеральная, известково-органическая и известково-органоминеральная. Данные системы удобрений наиболее контрастно влияют на свойства почвы и содержание подвижного алюминия, что в конечном итоге определяет продуктивность полевых культур севооборота.

Экономическая оценка применения систем удобрения показала, что при возделывании как зерновых культур, так и кормовой свёклы экономически выгодными являются известково-органоминеральная и известково-минеральная системы удобрения: чистый доход на зерновых культурах в этих вариантах составил 6,516,89 тыс.рубУга, при выращивании кормовой свёклы - 170,76-181,19 тыс. рубУга.

Наиболее энергетически выгодным является возделывание зерновых культур с использованием минеральных удобрений на фоне извести и без него коэффициент энергетической эффективности составил 1,58. ..1,50 соответственно. Чуть ниже энергетический коэффициент (1,48) получен при применении известково-органомине-

ральной системы удобрения. Наиболее энергетически выгодным является возделывание кормовой свёклы с использованием известково-минеральной системы удобрения - коэффициент энергетической эффективности составил 6,29.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проведённые исследования в трёх длительных полевых и лабораторном опытах позволяют сделать следующее заключение.

1. Длительное применение различных систем удобрения в течение 33 лет способствует сохранению и воспроизводству плодородия дерново-среднеподзолистых среднесуглинистых почв. По известково-органоминеральной системе удобрения достигнуты следующие параметры плодородия почвы: Нг - 1,72 ммоль/100 г; 8 -13,6 ммоль/100 г; V - 89%; рНкс1 - 5,52; Р205 и К20 по Кирсанову - 164 и 90 мг/кг соответственно, гумуса - 2,26%. Без внесения удобрений содержание подвижного алюминия в среднекислой почве составляет 1,76...1,85 мг/100 г; при использовании минеральной системы без извести - 1,59...2,08 мг/100 г, а применение органоминераль-ной системы удобрения по фону извести снижает содержание подвижного алюминия до 0,14. ..0,55 мг/100 г.

2. Содержание в почве подвижного алюминия зависит от агрохимических показателей почвы: коэффициент корреляции его содержания с рНкс1 составляет -0,77... -0,89, с Нг 0,45...0,89, с 8 -0,76...-0,87, с V -0,57...-0,91, с Р205 -0,28...-0,71, с гумусом -0,91. Существует слабая обратная связь подвижного алюминия и степени подвижности фосфора (г = -0,25); средняя и тесная прямая корреляционная связь с фосфатами железа и алюминия (г= 0,51 и 0,84), обратная средняя связь с группами минеральных фосфатов кальция: Са I (г = -0,62), Са II (г = -0,43) и Са III (г = -0,41).

3. На сильнокислых дерново-подзолистых почвах без применения удобрений содержание подвижного алюминия составляет 5,44 мг/100 г, при систематическом внесении ^оР^Кю - 7,66 мг/100 г. Известкование по 0,5 Нг снижает его величину до 3,84 мг/100 г, по 1,0 Нг - 0,43, а при дозе по 3,0 Нг - до 0,06 мг/100 г почвы.

4. Определение содержания подвижного алюминия по методу А.В. Соколова и по ЦИНАО с ксиленоловым оранжевым показало высокую сходимость результатов (г = 0,92 при 100% уровне значимости); с хромазуролом-С - сходимость результатов ниже (г = 0,79).

5. Максимальная продуктивность озимой ржи и ячменя получена при использовании известково-органоминеральной системы удобрения (известь по 1 Нг + навоз 40 т/га + ИдоРбоКзо) - 3,76 и 3,73 т з.е./га; кормовой свёклы - при минеральной системе удобрений по фону извести (известь по 1 Нг + МиоРниКют) - 15,02 т з.е./га.

На сильнокислых почвах при совместном действии минеральных удобрений в дозе ЫадРадКчо и извести в дозах от 0,5 Нг до 3,0 Нг получено достоверное увеличение продуктивности овса на 23-26% и продуктивности озимой ржи на 55-130% относительно контроля.

6. Внесение минеральных удобрений в дозе N,3(^105^97 на фоне извести достоверно снижают содержание сухого вещества на 8,7% и Сахаров в продукции кормовой свёклы на 5,7%, но увеличивают их сбор с гектара в 2,6-2,4 раза соответственно.

15

Совместное внесение минеральных и органических удобрений на фоне извести увеличило содержание сырого протеина в среднем на 1,2% при НСР05 - 0,6%. Содержание сырого протеина находится в обратной средней корреляционной связи с содержанием подвижного алюминия в почве (г= -0,63).

7. Производственная проверка результатов полевых опытов в условиях Юка-менского района Удмуртской Республики показала, что содержание подвижного алюминия в почве, определенное методом A.B. Соколова и по ЦИНАО (ГОСТ 26485-85), находится в средней и тесной корреляционной связи с физико-химическими показателями дерново-подзолистых почв. Для дерново-средне- и сильно-подзолистых почв предложены уравнения множественной регрессии, по которым при наличии агрохимических показателей можно рассчитать примерное содержание подвижного алюминия.

8. Расчёт экономической и энергетической эффективности показал, что максимальный уровень чистого дохода (6,89 и 6,51 тыс. руб./га) и самый высокий коэффициент энергетической эффективности (1,58 и 1,48) получены при использовании минеральной и органоминеральной систем удобрения на фоне извести.

РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ

На основании исследований, проведённых в 2010-2012 гг. на базе длительных полевых опытов, можно рекомендовать:

1. При проведении агрохимического обследования дерново-подзолистых почв Вятско-Камской провинции необходимо определять содержание подвижного алюминия по методу A.B. Соколова.

2. В дерново-средне- и сильноподзолистых почвах при отсутствии данных по содержанию подвижного алюминия рассчитывать его количество по предложенным уравнениям множественной регрессии с учётом физико-химических показателей плодородия.

3. Планировать известкование с учётом содержания подвижного алюминия в почве. При его величине более 2,0 мг/100 г почвы вносить известь в дозе, определённой по 0,75... 1,00 Нг.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ:

1. Башков, A.C. Действие удобрений на окультуривание подпахотного слоя дерново-подзолистой суглинистой почвы и его влияние на продуктивность озимой ржи / A.C. Башков, Т.Ю. Бортник, М.Н. Загребина, А.Ю. Карпова // Плодородие. - 2013. - № 2. - С. 22-24.

2. Карпова А.Ю. Влияние известкования на содержание подвижных форм алюминия в дерново-подзолистой почве и урожайность полевых культур / А.Ю. Карпова, А.Н. Исупов, A.C. Башков, Т.Ю. Бортник // Вестник Удмуртского университета. Серия «Биология. Науки о Земле». Вып. 3. - 2013. - С.15-22.

Статьи в журналах, тематических сборниках и материалах конференций:

3. Башков, A.C. Изменение плодородия дерново-подзолистой суглинистой почвы и продуктивности полевых культур при длительном применении удобрений / A.C. Башков, Т.Ю. Бортник, М.Н. Загребина, А.Ю. Карпова // Теоретические и технологические основы воспроизводства плодородия почв и урожайность сельскохозяйственных культур: Мат. Междунар. науч.-практ. конф. - М., 2012. - С. 140-149.

4. Загребина, М.Н. Влияние различных систем удобрения на урожайность и качество корнеплодов кормовой свёклы в условиях Удмуртской Республики / М.Н. Загребина, A.C. Башков, Т.Ю. Бортник, А.Ю. Карпова // Научные основы ведения растениеводства и кормопроизводства в условиях Евро-Северо-Востока Российской Федерации (к 15-летию образования Удмуртского НИИСХ): Мат. Всеросс. науч.-практ. конф. —Ижевск, 2012. - С. 62-68.

5. Карпова, АЛО. Связь содержания подвижного алюминия с физико-химическими показателями дерново-подзолистой среднесуглинистой почвы / А.Ю. Карпова, Г.П. Дзюин, А.Г. Дзюин, A.C. Башков, Т.Ю. Бортник // Инновационному развитию АПК и аграрному образованию - научное обеспечение: Мат. Всеросс. науч.-практ. конф. - Ижевск, 2012. - Т. 1.-С. 78-80.

6. Карпова, А.Ю. Определение содержания подвижного алюминия в дерново-подзолистых почвах Среднего Предуралья / А. Ю. Карпова // Агрохимия в Предуралье: история и современность: Мат. Всеросс. науч.-практ. конф., посвящ. 55-летию кафедры агрохимии и почвоведения. — Ижевск, 2012. - С. 58-62.

7. Карпова, А.Ю. Влияние различных систем удобрения на мобилизацию подвижного алюминия в дерново-подзолистых почвах Среднего Предуралья / А.Ю. Карпова, A.C. Башков, Т.Ю. Бортник, А.Н. Исупов, Г.П. Дзюин, А.Г. Дзюин // Развитие и внедрение современных технологий и систем ведения сельского хозяйства, обеспечивающих экологическую безопасность окружающей среды: Мат. междунар. науч.-практ. конф., посвящ. 100-летию Пермского НИИСХ - Т.1. Агрохимия и земледелие. - Ч. 1. - Пермь, 2013. - С. 249-258.

Подписано в печать 18.11.2013 г. Тираж 120 экз. Печать трафаретная. Заказ 073. Отпечатано в печатном цехе «Ризограф» Тюменского Аграрного Академического Союза 625003, г. Тюмень, ул. Республики, 7

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, кандидата сельскохозяйственных наук, Карпова, Алина Юрьевна, Ижевск

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ

УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ ИЖЕВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ

УДК 631.445.24:631.8 04201454320

На правах рукописи

КАРПОВА Алина Юрьевна

ВЛИЯНИЕ СИСТЕМ УДОБРЕНИЯ НА СОДЕРЖАНИЕ ПОДВИЖНОГО АЛЮМИНИЯ В ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ ПОЧВАХ И ПРОДУКТИВНОСТЬ ПОЛЕВЫХ КУЛЬТУР В ВЯТСКО-КАМСКОЙ ПРОВИНЦИИ

Специальность 06.01.04 - Агрохимия

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание учёной степени кандидата сельскохозяйственных наук

Научный руководитель:

кандидат сельскохозяйственных наук,

доцент Т.Ю. Бортник

Ижевск 2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение........................................................................................................................4

1 Состояние изученности вопроса (обзор научной литературы)..............................11

1.1 Проблема кислых почв..........................................................................................11

1.2 Кислотные свойства почв и история изучения подвижного алюминия в условиях Вятско-Камской провинции.....................................................................14

1.3 Влияние извести на свойства и питательный режим почвы............................18

1.4 Изменение агрохимических свойств почвы при регулярном известковании и в его отсутствие..........................................................................................................22

1.5 Влияние подвижных форм алюминия на жизнедеятельность сельскохозяйственных культур.................................................................................24

1.6 Условия появления в дерново-подзолистых почвах подвижного алюминия ....28

1.7 Методы определения подвижного алюминия в почвах...................................32

2 Объекты, условия и методика проведения исследований...................................36

2.1 Место и условия проведения исследований...............................................1......36

2.2 Объекты и методика проведения исследований...............................................37

2.3 Методика наблюдений и анализов.....................................................................44

2.4 Метеорологические условия вегетационных периодов...................................45

3 Влияние удобрений на содержание подвижного алюминия и агрохимические свойства почвы............................................................................................................48

3.1 Влияние различных систем удобрения на агрохимические свойства почвы и содержание подвижного алюминия..........................................................................49

3.2 Изменение содержания подвижного алюминия и агрохимических свойств почвы под воздействием минеральных удобрений................................................57

3.3 Зависимость содержания подвижного алюминия от фосфатного режима почвы............................................................................................................................61

3.4 Влияние доз извести на агрохимические свойства почвы и содержание подвижного алюминия.............................................................................................65

4 Действие различных систем применения удобрений на продуктивность полевых культур и качество продукции..................................................................73

4.1 Влияние различных систем удобрения на продуктивность полевых культур........................................................................................................................73

4.2 Влияние минеральных удобрений на урожайность полевых культур..........76

4.3 Влияние доз извести на продуктивность зерновых культур (в микрополевом опыте)..........................................................................................79

4.4 Влияние различных систем удобрения на качество сельскохозяйственной продукции....................................................................................................................81

5 Производственная проверка результатов полевых опытов................................85

6 Энергетическая и экономическая эффективность применения систем удобрения при возделывании полевых культур в зернотравянопропашном

севообороте.................................................................................................................91

Заключение..................................................................................................................95

Рекомендации производству......................................................................................97

Список использованной литературы........................................................................98

Приложения...............................................................................................................123

ВВЕДЕНИЕ

Плодородие - важнейший фактор более эффективного, использования почв в сельскохозяйственном производстве. Плодородие определяется различными свойствами почвы. Так, например, биологические свойства почвы характеризуются наличием в них органического вещества, различных микроорганизмов и её фитосанитарным состоянием. Водно-физические свойства почвы представляют собой совокупность свойств почвы, определяющих взаимодействие её твердой и жидкой фаз, состояние, передвижение, накопление и трансформацию почвенной влаги. Агрохимические свойства почвы характеризуют такие показатели, как содержание гумуса и питательных элементов, сумма обменных оснований, степень насыщенности почв основаниями и кислотность. Избыточная кислотность снижает биологическую активность почвы, в том числе и азотфиксаторов - клубеньковых бактерий и свободноживущих. Высокая кислотность почвы отрицательно влияет на питание растений: значительно уменьшается доступность растениям азота, фосфора, калия, кальция, магния, бора, цинка, меди и других важных элементов питания, а также существенно снижается продуктивность сельскохозяйственных культур. В кислой почве значительно снижается поглотительная способность.

При кислотности ниже значения рНКа 4,5 в почве увеличивается количество подвижного алюминия, а также марганца и железа, которые могут быть токсичными для растений, поэтому важно поддерживать показатели кислотности почвы на оптимальном для сельскохозяйственных культур уровне. Дерново-подзолистые почвы, имеющие повышенную кислотность, нуждаются в известковании. Известкование - важнейшее условие интенсификации сельскохозяйственного производства на кислых почвах, повышения их плодородия и эффективности минеральных удобрений (Култышев В.П., Дерюгин И.П., 1969; Юлушев И.Г., Катаев Р.И., 2000). Известь является источником кальция для растений, снижает почвенную кислотность, повышает доступность почвенного фосфора, улучшает биологические и агрофизические свойства почвы. Пра-

вильное известкование в сочетании с другими агроприёмами, как правило, приводит к повышению урожайности сельскохозяйственных культур и улучшению качества продукции (Артюшин A.M. и др., 1991; Беляков И.И., 1990; Холзаков В.М., 2006; Башков A.C., 2007).

В результате реформ, проведённых в начале 90-х годов прошлого века в сельском хозяйстве, объёмы известкования и фосфоритования, а также применение органических и минеральных удобрений уменьшились в несколько раз. Достигнутый в предыдущие годы за счет химизации земледелия уровень плодородия почв в основной массе хозяйств слабо поддерживается, что приводит к значительному уменьшению урожайности сельскохозяйственных культур и к снижению плодородных свойств почв. Поэтому важнейшей задачей агрономической науки является разработка таких систем применения удобрений, которые позволяли бы получать запланированные урожаи и более длительное использование созданного уровня плодородия почв с большей отдачей продуктивности культур (Башков A.C., 2000).

По данным центра агрохимической службы «Удмуртский», плановое известкование кислых почв Удмуртии за период 1971-1991 гг. способствовало тому, что удельный вес кислых почв в республике снизился с 82,2% до 36,1%, а средневзвешенная величина обменной кислотности составила 5,6 единиц pH, что является оптимальным для большинства полевых культур. Но в 19962001 гг. внимание к важнейшему приёму в земледелии - известкованию - резко снизилось. Если в 1986-1990 гг. известковалось ежегодно 147,4 тыс. гектаров пашни, то за 1996-1999 гг. внесение извести было проведено только на площади 6,0 тыс. га, т.е. площадь произвесткованных почв уменьшилась в 24,6 раз, а внесение извести сократилось в 34,6 раз. Такая обстановка сохраняется и в настоящее время (Безносов А.И., 2005; Башков A.C., 2013). Поэтому возникла необходимость изучить изменения в плодородии дерново-подзолистых почв при отказе от известкования. Приём известкования изучен довольно подробно, в том числе и в Вятско-Камской провинции. Этой проблемой занимались такие научные учреждения, как Пермская ГСХА, Соликамская сельскохозяйственная опытная

станция, Пермский НИИСХ, НИИСХ СВ им. Рудницкого, Удмуртский НИИСХ, Ижевская ГСХА и др. В проведённых исследованиях установлено общее положение о том, что усиление кислотности почвы способствует появлению в ней подвижного алюминия, который негативно влияет на большинство сельскохозяйственных культур.

Следовательно, изучение данного вопроса имеет большое научное и практическое значение. Необходимо выяснить условия появления подвижного алюминия в дерново-подзолистых почвах и разработать меры, противостоящие массовому переходу алюминия в доступное состояние. Учитывая почти полное отсутствие исследований этой важной проблемы в земледелии региона, был определён выбор темы диссертационной работы, цели и последовательность научного исследования.

Актуальность темы исследования. На территории Вятско-Камской провинции широко распространены дерново-подзолистые почвы, характеризующиеся высокой кислотностью. По данным ОАО Агрохимцентр «Удмуртский», в Удмуртской республике по состоянию на 01.01.2013 г. 49% площадей пахотных почв имеют кислую реакцию (рНКа<5,5), при этом 15% имеют реакцию солевой суспензии рНКс1<5,0. За последние десятилетия произошло резкое уменьшение площадей известкования и доз внесения извести в Восточной части Нечернозёмной зоны. В связи с этим можно прогнозировать накопление в почвах подвижных форм алюминия, который негативно влияет на растения и может способствовать снижению урожайности полевых культур (Авдонин, 1972, Юлушев, 2005, Небольсин, 2010).

Изучение влияния разных систем удобрения при длительном их применении на изменение агрохимических свойств позволяет выявить роль отдельных показателей плодородия почв на содержание подвижного алюминия. Исследования по влиянию удобрений на продуктивность культур и показатели плодородия, проведённые в условиях Удмуртии (Пермяков, 1955, 1970, Култышев, 1972, Дзюин, 1984, 1989, Безносов, 2005, Башков, 1996, 2007, 2010, Исупов, 2007, 2010), практически не касались подвижного алюминия в почве. С учётом этого, изучение нако-

пления подвижного алюминия в дерново-подзолистых почвах Нечернозёмной зоны является очень актуальным для науки и производства.

Степень разработанности. Проведённые ранее исследования по известкованию кислых почв в Ленинградской области А.Н. Небольсиным (1983, 2010) и др.; во Владимирской области В.В. Окорковым (1997, 2013); в Кировской области И.Г. Юлушевым (1989, 2000) и др.; в Пермском крае Е.М. Митрофановой (2011, 2013) и др. были выполнены в иных природно-сельскохозяйственных территориях. Необходимость изучения данного вопроса в Вятско-Камской провинции появилась в связи со снижением объёмов известкования кислых дерново-подзолистых почв в течение последних десятилетий и, как следствие, появление в почвах подвижного алюминия. Поэтому диссертационная работа направлена на изучение актуальной проблемы. Данная тема входит в план НИР ФГБОУ ВПО «Ижевская ГСХА» (номер государственной регистрации 01200962896).

Цель исследований - научное обоснование влияния систем удобрения на содержание подвижного алюминия в дерново-подзолистых почвах Вятско-Камской провинции и определение его воздействия на продуктивность ряда полевых культур.

В соответствии с целью исследований были поставлены следующие задачи:

- установить влияние извести, минеральных и органических удобрений на агрохимические свойства дерново-подзолистых почв и содержание в них подвижного алюминия;

- выявить связь содержания подвижного алюминия и агрохимических показателей дерново-подзолистых почв;

- определить зависимость урожайности полевых культур от содержания подвижного алюминия в почве;

- оценить влияние систем удобрения на урожайность и качество продукции полевых культур;

- определить содержание подвижного алюминия в почвах Удмуртской Республики на примере одного района;

- дать экономическую и энергетическую оценку возделыванию сельскохозяйственных культур в зернотравянопропашном севообороте при различных системах удобрения.

Научная новизна. Впервые в Удмуртской Республике получены результаты длительного действия извести, органических и минеральных удобрений на продуктивность полевых культур VIII ротации севооборота и на агрохимические свойства дерново-среднеподзолистой среднесуглинистой почвы, в том числе содержание подвижного алюминия. В полевых и лабораторных условиях изучена связь содержания подвижного алюминия с основными агрохимическими показателями плодородия почвы. Впервые рассчитаны уравнения множественной регрессии, позволяющие определить содержание подвижного алюминия в почве, используя показатели рНКсь гидролитической кислотности, суммы обменных оснований, степени насыщенности почв основаниями, содержания подвижного фосфора. Установлена связь продуктивности сельскохозяйственных культур с содержанием подвижного алюминия в почве.

Практическая значимость работы. Подтверждена закономерность появления подвижного алюминия при подкислении почвы, значительное снижение содержания его подвижных форм при проведении известкования. Установлены корреляционные связи содержания подвижного алюминия с такими показателями, как рНксь гидролитическая кислотность, сумма обменных оснований, степень насыщенности почв основаниями, гумус, содержание подвижного фосфора и степень его подвижности, фракционный состав минеральных фосфатов. Показана зависимость продуктивности полевых культур (озимая рожь, кормовая свёкла, ячмень, овёс) от уровня содержания подвижного алюминия в почве.

Результаты полевых опытов были проверены в производственных условиях. Кроме общепринятых агрохимических показателей рассчитан коэффициент корреляционной связи подвижного алюминия с содержанием марганца, кальция, магния в почве на общей площади 27,2 тыс. гектаров пашни. Результаты исследований используются в учебном процессе ФГБОУ ВПО Ижевская ГСХА и учитываются в исследованиях ГНУ Удмуртский НИИСХ РАСХН.

Методология и методы исследования. Методология проводимого исследования основана на анализе научных публикаций, формулировке цели, задач и программы исследования, закладке и проведении полевых опытов, наблюдений, лабораторных исследований, статистической обработке экспериментальных данных и анализе полученных результатов. В основу исследовательской работы были заложены общепринятые методики и ГОСТы, используемые в агрохимии.

Положения, выносимые на защиту:

1. Содержание подвижного алюминия находится в тесной корреляционной связи с физико-химическими показателями дерново-подзолистой почвы.

2. Органоминеральная система удобрения на фоне извести достоверно изменяет агрохимические показатели почвы и способствует снижению содержания подвижного алюминия.

3. Минеральная и органоминеральная системы удобрения на фоне извести повышают продуктивность полевых культур и улучшают качество продукции.

Степень достоверности и апробация результатов исследований. Исследования проводились на базе длительных стационарных опытов, что определяет высокую степень их достоверности. Полевые опыты заложены в четырёхкратной повторности, а лабораторные эксперименты - по общепринятым методикам с шестикратным повторением. Экспериментальный материал статистически обработан методом дисперсионного и корреляционно-регрессионного анализа. Основные положения диссертации докладывались на ежегодных Всероссийских научно-практических конференциях ФГБОУ ВПО Ижевская ГСХА (2010, 2011, 2012, 2013), Всероссийской научно-практической конференции ГНУ Удмуртский НИИСХ (2012), Международных научно-практических конференциях ГНУ Пермский НИИСХ (2013), ФГБОУ ВПО Ижевская ГСХА (2013).

По теме диссертации опубликовано 7 научных печатных работ, в том числе 2 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки России.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения и предложений производству. Работа изложена на 123 страницах компьютерного текста, включает 25 таблиц, 4 рисунка, 16 приложений. Список литературы включает 239 наименований, в т.ч. 22 на иностранных языках.

Автор диссертации выражает глубокую признательность научному руководителю канд. с.-х. наук, доценту кафедры агрохимии и почвоведения Т.Ю. Бортник и доктору с.-х. наук, профессору кафедры агрохимии и почвоведения A.C. Башкову за консультации при планировании и проведении экспериментальной и аналитической работы, оформлении отчётов, написании статей и научно-квалификационной работы. Особую благодарность автор адресует канд. с.-х. наук Г.П. Дзюину, канд. с.-х. наук А.Г. Дзюину, канд. с-х. наук А.Н. Ису-пову — руководителям стационарных длительных опытов, а также канд. с.-х. наук А.И. Безносову, В.Г. Нелюбину за предоставленную возможность проведения иссл