close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

550

код для вставкиСкачать
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
d-dW?На правах рукописи
<
&
&
•
Блеканов Дмитрий Николаевич
ИССЛЕДОВАНИЕ КОМПОНЕНТНОГО СОСТАВА И
БАЛАНСА ЧЕРНОЗЕМА ТИПИЧНОГО ЦЧО В РАЗЛИЧНЫХ
РЕЖИМАХ ЕГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
Специальность 06.01.03 - «Агропочвоведение, агрофизика»
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата сельскохозяйственных наук
Воронеж-2004
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Работа выполнена на кафедре почвоведения Воронежского государственного
аграрного университета им. К. Д. Глинки.
Научный руководитель:
доктор сельскохозяйственных наук,
профессор Воронин Виктор Иванович
Официальные оппоненты:
доктор сельскохозяйственных наук,
профессор Дедов Анатолий Владимирович
кандидат биологических наук,
доцент Королев Валерий Анатольевич
Ведущая организация: Воронежская государственная лесотехническая ака­
демия
Защита состоится 8 апреля 2004 года в 12 часов на заседании диссертационно! о
совета Д 220.010.06 Воронежского государственного аграрного универап-'п;.
им. К. Д. Глинки по адресу: 394087, г. Воронеж, ул. Мичурина I, ауд. 268.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Воронежского гос> ;.
венного аграрного университета им. К. Д. Глинки.
Автореферат разослан «5» марта 2004 года.
Ученый секретарь диссертационного совета
—
.*•
кандидат сельскохозяйственных наук, доцент (у/Сл^/^У
О. М. Кольцова
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность.
Черноземы типичные занимают в ЦЧР около 32,7% при этом степень их
распаханности достигает 93% (Почвы Воронежской области, 1998; Воронин,
2002). Столь интенсивное их использование со временем приводит к измене­
нию изначальных величин основных показателей состояния почвы. Эти изме­
нения затрагивают состояние органического вещества, почвенно-поглощающий
комплекс почвы и других компонентов. Темпы их изменчивости определяются
региональными особенностями использования данных почв.
В настоящее время интенсивное земледелие основывается на получении
высоких урожаев сельскохозяйственных культур, отчуждения с поля большей
части не только основной, но и побочной продукции, при этом количества вне­
сенных в почву химических элементов с органическими и минеральными удоб­
рениями, не могут компенсировать в полной мере изъятие их из почвы. Поэто­
му в условиях нарастающей интенсификации земледелия, чаще всего происхо­
дит постепенное срабатывание резервов химического фонда почвы, невоспол­
нимое ограниченным набором минеральных удобрений.
В условиях все возрастающих нагрузок на почву наиболее актуальной
становится проблема выявления направленности и пределов изменчивости ос­
новных компонентов почвы, от характера использования конкретного угодья,
культур севооборота, их чередования, а также применения доз минеральных и
органических удобрений (за год, ротацию, определенный промежуток време­
ни).
Учитывая то, что чернозем типичный в регионе занимает преобладаю­
щую площадь, знание пределов и понимание механизма изменения его химиче­
ского фонда, гумуса, гидролитической и обменной кислотности, поглощенных
оснований, тппоморфных элементов в процессе выращивания культур весьма
актуально и своевременно.
Цель исследования: установить направленность и пределы изменчивости
компонентного состава чернозема типичного в различных режимах его исполь­
зовании. Для этого необходимо было решить следующие задачи:
1. Выявить изменяющиеся компоненты почвенного плодородия в различных
режимах использования чернозема типичного;
2. Установить направленность и долю изменения компонентного состава
чернозема типичного в различных режимах использования;
3. Разработать методические подходы для определения изменчивости основ­
ных компонентов плодородия чернозема типичного при интенсивном его ис­
пользовании;
4. Провести балансовые расчеты гумуса и 12 химических элементов (N, Р, К,
Са, Mg, Na, Al, Zn, Mn, Fe, Si, S);
5. Разработать общий алгоритм и действующую программу расчета пределов
изменчивости компонентного состава чернозема типичного.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Научная новизна.
1. Впервые в условиях стационарных опытов изучены режимы и балансы ор­
ганического вещества и типоморфных элементов;
2. Впервые разработаны алгоритмы расчета баланса и прогноза изменения
содержания гумуса и химических элементов.
Защищаемые положения.
1. Длительное использование чернозема типичного (в режимах: многолетний
чистый пар; лесная полоса; севооборот с различными видами компенсационных
мероприятий) приводит к достоверному снижению содержания гумуса, подкислению почвенного раствора, увеличению содержания подвижного фосфора н
обменного калия;
2. Разработанные методические подходы к определению пределов изменчи­
вости основных компонентов чернозема типичного позволяют выявить измене­
ние содержания 12 химических элементов и гумуса в почве и делать прогнозы
их состояния во времени;
3. Полученные пределы изменения компонентного состава чернозема типич­
ного могут быть приняты за основу при создании алгоритмов и программ про­
гнозных оценок с использованием компьютерных технологий;
4. Предлагаемый нами алгоритм и компьютерная программа позволяют: а)
рассчитать баланс гумуса и питательных элементов в севообороте; б) устано­
вить потребность в органических удобрениях для бездефицитного баланса гу­
муса; в) определить структуру посевных площадей, исходя из конкретных ус­
ловий хозяйства; г) установить излишки соломы озимых и яровых зерновых
культур, которые могут быть, использованы как органические удобрения; д)
определить экономическую эффективность применяемых в хозяйствах мине­
ральных удобрений; е) контролировать состояние показателен плодородия поч­
вы с высокой точностью.
Практическая значимость.
1. Разработанные методические подходы позволяют прогнозировать измене­
ние гумусного состояния чернозема типичного в зависимости от чередования
культур в севообороте и различных вариантов компенсационных мероприятий,
что можно рекомендовать для использования в производственных и научных
учреждениях;
2. Разработанная компьютерная программа «Balance» используется в учеб­
ном процессе и научных исследованиях на кафедре агрохимии ВГАУ им. К.Д.
Глинки и может быть рекомендована для использования в научных и производ­
ственных учреждениях России.
Апробация работы и публикации. Материалы диссертации докла­
дывались на научных студенческих конференциях 1998-2000 гг., научных и
учебно-методических конференциях профессорско-преподавательского соста­
ва, научных сотрудников и аспирантов ВГАУ в 2001-2002 гг., Межрегиональ­
ной научно-практической конференции молодых ученых и специалистов в 2003
году. По материалам диссертации опубликовано 8 работ, в том числе, моногра­
фия в соавторстве.
4
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Личный вклад автора.
В работе использовались материалы, полученные лично автором. Им раз­
работана программа исследования, проведен отбор почвенных образцов, вы­
полнена экспериментальная работа, теоретическое обобщение и выводы.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех
глав, общих выводов, рекомендаций производству. Она изложена на 190 стра­
ницах машинописного текста. Включает 60 таблиц, I рисунок, 12 приложений.
Список литературы состоит из 249 наименований, в том числе 13 на иностран­
ных языках.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ
1 Проблема исследования компонентного состава чернозема типичного
ЦЧО в различных режимах его использования
В этом разделе проведен аналитический обзор информации. Рассматрива­
ется проблема изучения изменения компонентного состава в различных режи­
мах использования чернозема типичного. Также показываются возможные эко­
логические последствия, возникающие при увеличении антропогенного воздей­
ствия на почвенный покров.
Изучение материалов научных публикаций показало, что: в проводимых
ранее исследованиях нет четкого разграничения доли влияния изучаемых фак­
торов на изменение компонентного состава чернозема типичного; не учитыва­
ется вся сформированная биомасса каждой культуры севооборота (как правило,
учитывается только урожайность основной и побочной продукции); недоста­
точно данных по влиянию культур севооборота и применяемых агротехниче­
ских приемов на изменение компонентного состава чернозема типичного;
обычно констатируется полученные экспериментальные данные, без какихлибо попыток объяснить механизм протекающих в почве процессов; недоста­
точно материала по химическому составу органов культурных растений возде­
лываемых на черноземе типичном ЦЧО; проанализированные расчетные мето­
ды баланса гумуса во многом имеют условный характер. Слабые стороны их
заключаются в использовании усредненных нормативных данных. Не всегда
учитывается влияние произрастающей культуры, региональные особенности ее
возделывания, компенсационные мероприятия.
Все это послужило основой для проведения данных исследований.
2 Методология, объекты и методы выявления изменения компонентного
состава чернозема типичного ЦЧО
Методологией научного познания является системный подход, который
предусматривает комплексное изучение показателей, единство их внутренней
динамики, временную изменчивость и определенную направленность происхо­
дящих процессов. В зависимости от соотношений между необходимым уров­
нем обеспечения растений элементами питания, и системой компенсирующих
мероприятий, могут изменяться содержание валового гумуса, показатели ки­
слотности почвенного раствора, емкость поглощения, содержание подвижного
5
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
фосфора и обменного калия. Все это может привести к неблагоприятному про­
теканию почвенных процессов, что сказывается на величине и качестве полу­
чаемой продукции.
Почва должна вначале отдать часть химических элементов для формиро­
вания биомассы растений. В природной среде, после того как растение отмира­
ет, практически все химические элементы взятые из почвы возвращаются в нее
вместе с опадом. В агроэкосистеме происходит постоянное отчуждение био­
массы с урожаем основной и побочной продукции. Вместе с биомассой отчуж­
даются и химические элементы, входящие в ее состав. Если не предусматривать
системы компенсирующих мероприятий, то со временем почва истощится и не
будет способна отдавать химические элементы для формирования биомассы
растений, соответственно снизится урожайность культур, ухудшится качество.
Ухудшения быстрее произойдут под теми культурами, которые обладают высо­
ким выносом химическим элементов, и малым возвратом. Компенсирующие
мероприятия направлены на восстановление исходного содержания химиче­
ских элементов в почве, однако, восстановление происходит только частично,
по нескольким химическим элементам таким как, азот, фосфор, калий, кальций.
Выявление изменений показателей плодородия следует осуществлять с
определенной периодичностью, с выбором того или иного аналитического ме­
тода с учетом возможной ошибки. Чем продолжительнее будет сохраняться
нежелательное сочетание неблагоприятных почвенных процессов, тем отчетли­
вее и конкретнее могут выявляться отклонения в равновесности и сбалансиро­
ванности элементов в биогеохимической системе. Разные уровня компенсации
будут уменьшать неблагоприятные процессы, но в целом направленность их
остается отрицательная. Приняв данное положение за рабочую гипотезу, дос­
тижение поставленной цели можно осуществить путем непременного учета си­
лы влияния доминирующего фактора и времени его действия. Вновь обретен­
ное содержание химических элементов системы под воздействием оцениваемо­
го агротехнического приема должно превышать исходное содержание, для того,
чтобы это созданное состояние можно было бы зафиксировать существующими
методами; иметь стабилизированную стадию направленности процесса (на вос­
производство, на сохранение до опытного состояния, на уменьшение).
Под воздействием интенсивной антропогенной нагрузки разомкнулся
биогеохимический круговорот веществ, стала проявляться отрицательная на­
правленность в балансе химических элементов. Круговорот приобрел выра­
женный разомкнутый характер, связанный с годовым удалением с поля до 6070% биомассы и с ней использованного из почвы количества биогенных эле­
ментов.
Для уменьшения неблагоприятных проявлений, человек применяет раз­
личные приемы агротехники: внесение химических веществ (минеральные
удобрения, пестициды), обработка почвы (Воронин, 1996а). Так, обработка
почвы (вспашка, боронование и др.), вместе с положительными моментами,
приводит к проявлению такого нежелательного процесса, как усиление минера­
лизации органического вещества. Все это со временем приводит к изменению
компонентного состава чернозема типичного.
6
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Объекты н методы исследования
Для выявления изменения компонентного состава чернозема типичного
выбран объект исследования: чернозем типичный среднемощный среднегумусный тяжелосуглинистый в различных режимах использования, расположенный
в: учебном хозяйстве "Березовское" Воронежского госагроуниверситета Рамонского района Воронежской области; Научно-исследовательском институте
сельского хозяйства Центрачьно-черноземной полосы им. В.В. Докучаева Таловского района Воронежской области; биосферном заповеднике им. Алехина
«Стрелецкая степь» Курской области.
Выбор объекта исследования определялся: преобладанием исследуемого
подтипа почвы над другими в ЦЧР - около 32,7%; наличием длительного ста­
ционарного опыта в Рамонском районе, целинного состояния чернозема типич­
ного (некосимая и косимая степь) в Каменной и Стрелецкой степи. Такой вы­
бор вариантов позволяет расширить пределы выявления изменения компонент­
ного состава чернозема.
Исследования проводились в многолетнем полевом стационарном опыте
с удобрениями кафедры агрохимии Воронежского государственного аграрного
университета имени К.Д. Глинки. Опыт был заложен в 1969 году в учебном хо­
зяйстве «Березовское» Рамонского района в шестипольном севообороте со сле­
дующим чередованием культур: 1. Черный пар; 2. Озимая пшеница; 3. Сахар­
ная свекла; 4. Яровая пшеница; 5. Кукуруза на силос; 6. Ячмень.
Для проведения исследований из схемы длительного стационарного опы­
та выбраны следующие варианты: 1) без внесения удобрений; 8) 1 доза NPK; 9)
2 дозы NPK.; 11) 1 доза навоза; 12) 1/2 дозы навоза + 1/2 NPK; 13) 1 доза навоза
+ 1 доза NPK; 17) навоз на р.в.п. (расширенное воспроизводство плодородия
почвы) + NPK. Набор данных вариантов позволит, по нашему, мнению, просле­
дить направленность изменения компонентного состава чернозема типичного в
зависимости от компенсационных приемов. Исследования, наблюдения и ана­
лизы проводили согласно общепринятым методикам с использованием полевых
и лабораторных методов. Агротехника возделывания культур в полевом опыте
зональная, общепринятая для лесостепной зоны Воронежской области.
В биосферном заповеднике им. Алехина «Стрелецкая степь» нами для ис­
следования выбраны следующие режимы: некосимая степь; ежегодно косимая
степь; косимая степь 1 раз в 4 года; многолетний чистый пар.
В НИИСХ ЦЧП им. В.В. Докучаева «Каменная степь» были выбраны сле­
дующие режимы: некосимая степь; косимая степь; лесная полоса №40; пашня.
Различные режимы использования: некосимая и косимая степь, многолетний
чистый пар, многолетняя лесная полоса, пашня, а также различные варианты
применения минеральных и органических удобрений способствуют решению
задач исследования и достижения цели.
Почвенные образцы отбирали перед уборкой культуры бурением в 3-х
кратной повторности с каждого варианта послойно: 0 - 20, 20 - 40 см (учхоз
"Березовское"); на целинных участках и чистом паре - 0-20, 30-40, 60-70 см
(Стрелецкая степь). Из разрезов по глубинам 0-20, 30-40, 60-70 см (Каменная
7
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
степь). Глубина отбора образцов осуществлялась в соответствии с .методикой
разработанной В.И. Ворониным (1970), что позволяет сравнивать по точечному
методу количественные изменения на территориально разобщенных участках
(Полынов, 1956; Панин, 1968).
В почвенных образцах определяли: - рН солевой вытяжки - потенциометрическнм методом (ГОСТ 26483 - 85); - гидролитическую кислотность (ГОСТ
26212 - 84); - поглощенный кальций и магний трилонометрическим методом
(ГОСТ 26487-85); - подвижные формы фосфора и калия по Ф.В. Чирикову
(ГОСТ 26204 - 84); - валовой гумус по И.В. Тюрину (ГОСТ 26213 - 84) в моди­
фикации Б.А. Никитина. Составление химического состава органов растений
было проведено на основании данных В.И. Воронина для культур выращенных
на черноземе типичном (1986, 1988, 2002). Химический состав органов расте­
ний определялся атомно-адсорбционным методом на базах Тамбовского инсти­
тута химического машиностроения, Новосибирского академгородка. Биомассу
растительных остатков рассчитывали по уравнениям регрессии Г.Я. Чесняка
(1989) в зависимости от урожайности культур. Анализ результатов полевых и
лабораторных исследований проводился сравнительно-аналитическим методом
с использованием статистического метода.
3 Изменчивость компонентного состава чернозема типичного в
различных режимах его использования
Характер и направленность изменения компонентного состава чернозема
типичного зависит от следующих главных факторов: набора возделываемых
культур и их чередования; применяемых агротехнических приемов; количества
отчуждаемой биомассы с урожаем основной и побочной продукции; раститель­
ных остатков остающихся на поле после уборки культуры; интенсивности мо­
билизации начальных запасов химических элементов; внесения минеральных и
органических удобрений, пополняющих изымаемые химические элементы.
Полученные в результате наших исследований данные свидетельствуют о
том, что в процессе интенсивного использования черноземов типичных проис­
ходят неблагоприятные явления, такие как дегумифнкация и подкисление. За
32 года проведения исследований чернозем типичный длительного стационар­
ного опыта кафедры агрохимии ВГАУ потерял от 16 до 28% гумуса в слое 0-20
см (таблица 1). Внутрилабораторная ошибка определения содержания валового
гумуса по методу И.В. Тюрина составляет 10% (межлабораторная ошибка со­
ставляет 12%), если содержание его в почве >5%, следовательно, полученные
нами данные свидетельствуют о направленном уменьшении содержания гумуса
в почве. Используемые нами методы имеют следующие ошибки определения:
гидролитическая кислотность - 12%, подвижный фосфор - 15%, обменный ка­
лий - 10%. Поэтому, превышение изменения содержания компонента (от ис­
ходного значения или между различными вариантами) над ошибкой опыта, по­
зволяет констатировать достоверное его снижение или увеличение.
Почва опытного участка перед закладкой опыта характеризовалась ней­
тральной реакцией среды, по завершении 5 ротации реакция почвенного рас­
твора стала средне и слабокислой и только на вариантах с применением полных
8
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
доз органо-минеральных удобрений была близкой к нейтральной.
На вариантах с применением только минеральных удобрений произошло
более значительное подкисление почвенного раствора, pHkcl изменился с 6,20 в
1969 году до 4,95-4,99 в 2001 году, гидролитическая кислотность возросла с
5,03 до 5,48-5,98 мг-экв/100 г почвы.
Таблица 1 - Физико-химические и агрохимические показатели чернозема типичного длительного стационарного опыта учхоза «Березовское», 2001 г.
Варианты
Глубина от­ Гумус,
бора проб,
%
см
plkcl
Содержание
Иг
Са2*
Mg2+
мг-экв/100 г почвы
8,04
6,20
5,03
0-20'
6,00
4,00
6,70
0-40"
4,76
5,82
5,16
4,52
21,9
0-20
1. Контроль
5,16
4.32J 22,4
4,83
20-40
6,02
(без удобрений)
1
4.80
0-40
5.16
4,42
22,1
5.92
4,61
0-20
6,10
4,95
5,48
21,1
8. NPK
5.12
20-40
5.26
5,11
5,25
23,8
5.03
22,5
4.87
0-40
5,68
5,37
4,99
4,67
21.8
0-20
6.06
5,98
9. 2 (КРК)
5,09
4.98
20-40
5,48
21,7
5,58
5,04
4,83
5,73
21,8
0-40
5,S2
5,10
4,61
21,4
0-20
5.06
6.23
11. Навоз 1 доза
5,28
4,32
20-40
6,18
23,1
5,15
0-40
5,19
22,3
6,20
4,47
5,11
0-20
5.20
5,14
22,2
5,12
5,79
12. 'Л дозы навоза +
5.27
4,61
22,2
20-40
5,84
4,90
'/2NPK
22,2
5.0!
^ _ 0-40
5,23
4.86
5.81
0-20
6,03
5,54
4,92
22,3
4.97
13. Навоз 1 доза +
NPK.
4,79
23.0
20-40
5,75
5,76
4,50
0-40
5,65
5.89
4,86
22,7
4,74
0-20
4,61
6,75
4.73
22.0
5.61
17. Навоз на р.в.п. +
6,67
5,78
4.11
22,2
4,64
20-40
КРК
0-40
6,71
5,70
4,42
22,1
4,62
Примечание: * - по данным А.К. Леонтьева (1974) и А.Л. Кильчевского (1977);
** - по данным И.Г. Мязина (1994).
ИСХОДНОЕ
в 1969 году
Р2О5
К20
мг/кг почвы
62
69
87
65
76
97
100
99
126
116
121
143
127
135
117
105
111
105
82
94
114
88
101
129
123
126
148
125
137
131
137
134
189
167
178
155
138
147
161
121
141
135
142
139
Основной причиной этого является большой вынос химических элемен­
тов с высокой биомассой культур севооборота на данных вариантах, а также с
применением физиологически кислых минеральных удобрений. Изменение в
содержании поглощенных кальция и магния по вариантам не выявлено. Содер­
жание подвижного фосфора возросло на всех вариантах опыта, включая кон­
трольный вариант без удобрений, что видимо, связано с частыми обработками
почвы (вспашка, боронование и т.п.). Содержание обменного калия возрастаете
увеличением применения минеральных и органических удобрений. В целом за
32 года проведения опыта произошла дифференциация по вариантам в зависи­
мости от применяемых доз минеральных и органических удобрений.
В таблице 2 приводится динамика содержания валового гумуса в черно­
земе типичном Стрелецкой степи (таблица 2). Наибольшее содержание гумуса
9
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
отмечено на вариантах некосимая степь, косимая степь 1 раз в 4 года и ежегод­
но косимая степь - 9,53; 8,7! и 8,63% соответственно для слоя 0-20 см. В ре­
жиме некосимая степь вся надземная биомасса остается в пределах этого участ­
ка, а при кошении частично отчуждается. Этим на наш взгляд и объясняется
несколько большее содержание гумуса на некосимых участках степи по срав­
нению с косимыми. Если сравнить полученные нами результаты с данными
других исследователей то получится следующие: в режиме некосимая степь по
сравнению с 1957 годом не произошло достоверных изменений содержания гу­
муса по всем исследуемым слоям. В режимах ежегодного кошения и кошения
I раз в 4 года в слое 0-20 см не отмечено достоверного изменения содержания
гумуса по сравнению с данными 1978 года, однако, в слоях почвы 30-40 и 60-70
см произошло значительное уменьшение содержания гумуса на 15-25% за пе­
риод в 24 года. Это свидетельствует о том, что различные режимы кошения
степи приводят к постепенному снижению содержания гумуса, особенно силь­
но этот процесс проявляется с глубины 30 см. В режиме использования - мно­
голетний чистый пар, на данный момент содержание гумуса составляет 6,11%.
Очевидно столь значительное снижение содержания гумуса произошло из-за
отсутствия растительности, частых механических обработок почвы и как след­
ствие очень высокого уровня минерализации почвы находящейся под паром.
Следует также заметить, что достоверное снижение содержания гумуса, в дан­
ном режиме использования начиная с 1959 года, произошло как раз в верхнем
обрабатываемом слое почвы 0-20 см. Для слоев 30-40 и 60-70 см изменение со­
держания гумуса не обнаружено.
Таблица 2 - Содержание валового гумуса в черноземе типичном
Стрелецкой степи, %
Глубина
отбора
проб, см
Виды содержания степи, год исследования
Косимая
Ежегодно
Многолетний
чистый пар
1 раз в 4 года
косимая
2002
1978"
2002
1978"
2002
1957*
1959*** 2002
9,00
8,63
6,11
10,02
9,53
8,71
8,63
6,87
0-20
30-40
7,34
6,85
5,84
6,42
7.44
5,10
4,95
5,15
4,90
60-70
4,01
4,52
1 3,79
4,68
3,70
3,76
3,79
Примечание: * - по данным Е.Л. Афанасьевой (1966); ** - поданным В.И. Воронина (1985);
*** - поданным В.В. Пономарева, Т.А. Плотникова (1980).
Некосимая
В таблице 3 приведена физико-химическая и агрохимическая характери­
стика чернозема типичного Стрелецкой степи в различных режимах его ис­
пользования. Показатель рН близок к нейтральному в режимах некосимая и ко­
симая 1 раз в 4 года степь. В режиме ежегодного кошения реакция среды была
нейтральная, что связано на наш взгляд с более интенсивным круговоротом
веществ. В режиме использования многолетний чистый пар обнаружена слабо­
кислая реакция среды. Существенной разницы в содержании поглощенного
кальция и магния в режимах некосимой и косимой степи не выявлено, только в
режиме многолетний чистый пар произошло снижение их содержания в слое 020 см. Содержание подвижного фосфора возрастает в режиме многолетний
10
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
чистый пар, что связано с частыми обработками почвы участка, усиленной минер&чизацией гумуса и отсутствием выноса фосфора с отчуждаемой биомассой.
Таблица 3 - Физико-химические и агрохимические показатели чернозема типичного в различных режимах использования (Стрелецкая степь, 2002)
Режимы
использования
Глубина
отбора
проб, см
рНкс1
Содержание
Нг
Са2+
Mg2+
мг -экв/ЮО г почвы
Некошмая степь
Косимая степь
1 раз в 4 года
Ежегодно
косимая степь
Многолетний
чистый пар
0-20
30-40
60-70
0-20
30-40
60-70
0-20
30-40
60-70
0-20
30-40
60-70
5,66
5,52
5,47
5,33
5,24
5.32
6.60
6,05
5,89
5,12
5,27
5,36
3.05
2.99
2,46
4.05
3,48
2,80
1,23
1,63
1.56
4.52
3,13
2,64
22,3
24,3
20,8
23,0
24,9
22,2
23,9
22,6
22.8
19,2
22,0
20,9
к2о
Р2О5
мг/кг почвы
4,19
4,13
2,44
4,43
4,16
2.87
4,03
3,32
2,81
2,72
3,13
2,94
50
48
52
48
41
52
42
55
57
131
71
59
182
84
82
121
74
70
128
75
76
106
88
93
Наибольшее содержание обменного калия отмечено на нскосимой степи в
слое 0-20 см, из-за того, что вся формируемая биомасса остается на месте.
В Каменной степи обнаружено, высокое содержание гумуса на целинном 10,9%
и косимом участках степи 10,2% в слое 0-20 см (таблица 4). Под лесной поло­
сой наблюдается некоторое снижение содержания гумуса. Наибольшее умень­
шение содержания гумуса, как и предполагалось, отмечено на пашне до 6,7%.
Таблица 4 - Физико-химические и агрохимические показатели чернозема тиничного в различных режимах использования (Каменная степь, 2002)
Режимы
использования
Глубина
отбора
проб, см
Гумус,
рНкс1
Нг
Содержание
%
Са2+
Mg2+
мг-э кв/ЮОгп эчвы
Некосимая степь
Косимая степь
Лесная полоса
№40
Пашня 100 мот
Л.П. №40
0-20
30-40
60-70
0-20
30-40
60-70
0-20
30-40
60-70
0-20
30-40
60-70
10.9
7,87
2,46
10,2
7,56
2,11
9,95
5,70
2,21
6.67
3,37
1,44
5,87
5,68
5,63
5,88
5,60
5,78
5,15
5,24
5,40
,_ 5 > 91
6,77
11
2,52
2,42
1,78
2,31
3.33
1,78
5,48
4,05
2,41
2,02
0,61
0,28
23,5
23,5
23,2
23,8
24,3
23,4
24,2
26.8
24.2
24,6
26,2
21,6
6.24
5,76
6,12
6,81
6,33
6,41
6,28
8,86
6,23
5,73
6,30
6,01
р 2 о,
к2о
мг/кг ючвь:
56
50
78
59
49
81
80
68
90
132
46
46
134
76
69
136
83
72
113
78
70
129
105
72
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
С глубиной вышеописанная тенденция сохраняется. В режимах косимая и
некосимая степь показатель pHkcl близок к нейтральной реакции среды. Дли­
тельное нахождение степи под лесной полосой изменило направленность поч­
вообразовательного процесса. Гидролитическая кислотность под лесной поло­
сой составила 5,5 мг-экв/100 г почвы, в слое 0-20 см, в то время как на некосимой степи 2,5 мг-экв/100 г почвы. С глубиной кислотность снижается, что свя­
зано с появлением карбонатов. Наибольшее содержание подвижного фосфора
отмечено на варианте - пашня, в слое 0-20 см 132 мг/кг почвы, причем уже на
глубине 30-40 см, его содержание резко падает до 46 мг/кг почвы. Это указыва­
ет, что в верхний слой поступают минеральные и органические удобрения, а
также на более интенсивный процесс минерализации гумуса по сравнению с
вариантами некосимая и косимая степь.
Таким образом, использование чернозема типичного в режимах: пашня с
различными вариантами компенсации, многолетний чистый пар и лесная поло­
са приводят к снижению содержания гумуса, подкислению почвенного раство­
ра, увеличению содержания подвижного фосфора. В режимах: некосимая степь
и косимая степь с различной периодичностью, содержание гумуса стабилизи­
руется на высоком уровне 8-10%, кислотность близкая к нейтральной, отмеча­
ется пониженное содержание подвижного фосфора и повышенное обменного
калия. По поглощенным Са и Mg существенных различий не обнаружено.
Необходимым условием для познания механизма изменения компонентно­
го состава чернозема типичного, а также рационального использования удобре­
ний в севооборотах является изучения баланса химических элементов в системе
почва-растение -удобрения. Зная направленность количественных изменений
химических элементов в почве можно сделать научно-обоснованный прогноз
изменения плодородия почв и продуктивности земледелия.
Общая схема исследования баланса химических элементов показана на
рисунке 1. Знание баланса химических элементов нужно нам для правильного
понимания механизма проходящих в почве процессов, а также для определения
изменения содержания валового гумуса в почве за определенный период.
В производственных условиях необходимо знать фактическое и перспек­
тивное состояние баланса питательных элементов по каждому полю, севообо­
роту и всему землепользованию в целом. С учетом полученного баланса следу­
ет намечать дополнительный комплекс мероприятий. При этом следует обра­
тить внимание на то, что рассчитанный баланс является неполным, так как не
учитывается живая фаза почвы (населяющие почву животные, микроорганиз­
мы, грибы, водоросли, микробиологическая, ферментативная активность почв и
т. д.). Тем не менее, рассчитанный баланс питательных элементов позволяет
достаточно четко выявить наметившиеся тенденции и своевременно регулиро­
вать их. На основе разработанной схемы исследования баланса химических
элементов нами составлена программа для ПЭВМ - "NewBalance» разработан­
ная совместно с В.И. Ворониным. Отличительные особенности: приходные и
расходные части этого баланса состоят из нескольких статей и более полно от­
ражают процессы, происходящие в почве. Учитывались поступления в почву
химических элементов с минеральными и органическими удобрениями под ка12
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ждую культуру. Поступление химических элементов с растительными остатка­
ми, приход с семенами с учетом нормы высева. Поступление с атмосферными
осадками. Для азота учитывалась фиксация его микроорганизмами. Учитывался
вынос элемента с урожаем каждой культуры. Для азота учитывались газообраз­
ные потери из почвы, минеральных и органических удобрений. Потери химиче­
ских элементов от эрозия не учитывались, так как в данных конкретных усло­
виях формируется начальная стадия процесса эрозии почв, характеризуемая не­
значительным поверхностным стоком талых вод и устойчивым минимальным
смывом (Иванов, 1988).
[
П О Ч Л А (исходное с о с т о а н н е )
I
X
К у л ь т у р ы севооборота
X
Общая биомасса формируемая
к у л ь т у р а м и севообо рота
Корме* ы*
т«
I
Оеяявяая
«фодукцяя
продутая
X
ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ОРГАНОВ РАСТЕНИЙ
ВОЗВРАТ
шмичвеюл эд«м»кто» с
0мом«сеоЯ лажннаньос и
кортяых осгяткоа
ОТЧУЖДЕНИЕ
Ш М И Ч М Й Н Х aiHMWTOt с биомассой
основной м гиНючиой npcajtmmH
ПРИХОД
с минчплмиими и
органическими упобр»нмямн,
Потери or
эрозии
с сгмегмми, атмосферными
осшжмми, фиксация адот*
МЮфО0рГ№ППМ*Я*И
Гмооормны*
тгтчрж •«
пьящело<атаммо
X
ПРИХОДНАЯ ЧАСТЬ
РАСХОДНАЯ ЧАСТЬ
— ] т -БАЛАНС ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ
П О Ч В А (текущее состояние)
АЛГОРИТМ И ПГОГТАММА ПРОГНОЗА
ИЗМЕНЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПЛОДОРОДИЯ
Рисунок 1 - Схема исследования баланса химических элементов
при интенсивном использовании чернозема типичного
Д1я определения газообразных потерь азота из почвы, минеральных и ор­
ганических удобрений, поступления его с атмосферными осадками и фиксация
свободноживущими микроорганизмами мы использовали данные И.Н. Донских
(1991). По содержанию элементов питания в семенах, стеблях, листья, корнях
сельскохозяйственных культур использовались данные В.И. Воронина (1986,
1988,2002). Для учета содержания химических элементов в навозе и минераль­
ных удобрениях использовались данные В.И. Воронина (1988); В.А. Васильева,
Н.В. Филиппова (1991); T.IO. Евтушенко (1999).
В таблице 5 представлен баланс азота по различным вариантам под куль­
турами и чистым паром 6-ти польного севооборота за ротацию (учхоз «Березовское», поле№1 за период с 1996 по 2001 гг.).
13
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 5 - Баланс азота под культурами севооборота за ротацию, кг/га
Расход азота на формирование биомассы культур, кг/га
Варианты
Общая
Потери газообразно­ Общий
потреб­
го азота из, кг/га
расход,
Чистый Озимая Сахарная Яровая Кукуруза
ность куль­
кг/га
пар
пшеница свекла пшеница на силос Ячмень тур, кг/га
ОУ' Почвы
МУ'
1. Контроль(без удобрений)
0
98,54
228,0
65.07
88,08
84,5
564,2
0
0
60
624,2
8.NPK
0
149,6
352,3
94,35
152,0
104,7
852,9
48
0
60
960,9
9. 2 NPK
0
174,7
369,6
102,3
139,0
129,5
914,9
96
0
60
1070,9
11. Навоз 1 доза
0
134.3
272.0
83,53
132,0
125,1
746,9
0
25,2
60
832,1
12. Уз дозы навоза + У2 NPK
0
128,7
298,5
88.07
115,8
102,9
734,0
19,5
12,6
60
826,1
13. Навоз 1 доза + NPK
0
141,9
340,1
84,02
136,8
117,7
820,6
42
25,2
60
947,8
17. Навоз на р.в.п. + NPK
0
147,0
323,1
84,96
155,7
123,1
833,9
48
34,8
60
976,7
Приход, кг/га
Варианты
МУ
ОУ
РО'
семенами
МО*
АО*
Общий приход,
кг/га
Баланс, кг/га
за ротацию в среднем
1. Контроль(без удобрений)
-382,9
0
0
20.1
30
241,3
161,2
30
-63,8
8. NPK
-440,8
0
20,1
30
240
200,0
30
520,1
-73.5
9. 2 NPK
0
-298.6
480
212,2
20,1
30
30
772,3
-49,8
11. Навоз 1 доза
20,1
250
0
186.3
30
30
516,4
-315,7
-52,6
12. Уг дозы навоза + У2 NPK
105
125
499,8
189,7
20,1
30
30
-326,3
-54.4
13.На»оз1 дoзa^ NPK
20,1
210
250 205,4
30
745.5
-202.2
30
-33,7
17. Навоз на р.в.п. + NPK
350 201.8
20,1
30
871,9
240
30
-104.8
-17,5
Примечание: МУ - потери и поступление из минеральных удобрений; ОУ - потери и поступление из органических удобрений; РО
поступление из растительных остатков; МО* - фиксация азота микроорганизмами; АО* - поступление с атмосферными осадками.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Химические
элементы
Как видно из данных таблицы 5 баланс азота по всем вариантам опыта
отрицателен. В среднем он варьируется от - 17,47 кг/га на варианте №17 (навоз
на расширенное воспроизводство + NPK) до - 73,47 кг/га на варианте №8
(NPK). Основная статья расхода азота связана с расходом его на формирование
общей биомассы культур севооборота, причем с увеличением применения ми­
неральных и органических удобрений возрастает и вынос его с основной и по­
бочной продукцией. Так на контроле суммарная потребность культур севообо­
рота в азоте за ротацию составляет 564 кг/га, а на варианте с применением
двойной нормы минеральных удобрений уже 915 кг/га (на этом варианте также
самые большие газообразные потери 156 кг/га). Поэтому, даже, несмотря на
высокие нормы применяемых минеральных удобрений баланс азота отрицате­
лен. Если же учесть то, что гумус черноземных почв содержит около 5% азота,
а по всем вариантам наблюдается отрицательный баланс, то можно предполо­
жить, что должно происходить снижение содержания гумуса, особенно сильно
на вариантах №8 (NPK), №1 (контроль). Наименьшее снижение должно отме­
чаться на варианте №17 (навоз на расширенное воспроизводство + NPK). Эти
предположения подтверждаются экспериментальными данными (таблица 1).
Аналогично проведено исследование баланса по другим химическим элемен­
там. Результат приведен в таблице 6.
Таблица б - Баланс химических элементов в среднем за ротацию, кг/га
Р
К.
Са
Na
~Mg
Al
гп
Fe
Мп
Si
S
1.
Контроль
8.
NPK
9.
2 NPK
-14.8
-37.3
-23,4
-10.2
-10,2
-7,03
-0.51
-1,63
-0,44
-28,1
-10,7
-6,91
-37,3
-26,2
-8,16
-15,5
-13,0
-0.89
-2,11
-0,75
-52,8
-10,0
+8,21
-6,30
-13,6
+ 1.06
-14,0
-12,6
-0,94
-1,31
-0,75
-55,9
-1,84
Варианты опыта
12.
11.
'/а дозы
Навоз,
навоза +
1 лоза
ViNPK.
-12,1
-16,3
-2,69
-4,23
-4,33
-8,82
-0,59
-0,45
-0,19
+22,0
-13,6
-8,06
-19,0
-10,6
-5,31
-8,42
-8,75
-0.61
-0,98
-0,39
-6,38
-9,56
13.
Навоз,
1 доза +
NPK
+1,57
+8,82
+9,85
+2,49
-4,88
-9,62
-0,61
-0,04
-0.25
+23,8
-4,78
17.
Навоз на
расширенное
воспроизводство
+ NPK
+6,74
+25,5
+23,5
+7,21
-1,04 .
-10,0
-0,59
+0,78
-0,11
+47,1
-3,33
По большинству исследуемых вариантов баланс химических элементов
отрицателен, и только на вариантах с применением органо-минеральных удоб­
рений в полных дозах баланс положителен по Р, К, Са, Na, Fe it Si.
Таким образом, проведенные балансовые расчеты по 12 химическим эле­
ментом показали, что на разных вариантах опыта разные уровни потребления
химических элементов и компенсации, все это со временем приводит к диффе­
ренциации между вариантами опыта. Это обусловливает разные физикохимические свойства почвы и показывает, что характер использования химиче­
ских элементов в значительной степени влияет на свойства почвы.
15
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
4 Научные основы разработки алгоритма прогнозирования изменения
компонентного состава чернозема типичного
Нами на основе годового изменения в гумусе запаса биогенных элемен­
тов (Са, Fe, Mn), определяющих уровень формирования общей биомассы у рас­
тений, был составлен алгоритм расчета и программа на языке Q-Basic опреде­
ления изменения содержания валового гумуса в почве. В разработку алгоритма
положены следующие основные моменты: - учет выноса зольных элементов
(Са, Fe, Mn) с урожаем основной и побочной продукции и их остаточное со­
держание в пожнивных и корневых остатках; - использование уточненных ко­
эффициентов гумификации и минерализации растительных остатков, с учетом
их разложения по годам; - количественный учет сформированной биомассы и
ее составных частей (региональные уравнения регрессии); - использование ис­
ходных данных запаса (грамм на кг гумуса) химических элементов в гумусе
(Са, Fe, Mn) как 12,7; 24,9 и 0,172 соответственно (Ильин, 1988); - содержание
зольных элементов (граммы на кг абсолютно сухого вещества) в органах расте­
ний или составных частей биомассы конкретной культуры севооборота. Баланс
гумуса по изложенному выше алгоритму был рассчитан на примере стационар­
ного опыта (учхоз "Березовское" ВГАУ, заложенный в 1969 году). Для этого
нами была взята 5-я ротация 6-польиого севооборота, первое поле. Расчеты вы­
полнены для 1, 8,9, 11 и 17 вариантов опыта (таблица 7).
Таблица 7 - Расчет предполагаемого баланса гумуса за ротацию севооборота
Варианты
Относ.
Запас
Содержание
Исходное
Баланс
Осталось
ошибка.
содержание элемента в элемента за элемента в
гумуса, %
%
гумуса, %
гумусе,
ротащпо, гумусе,
расчет­ фактиче­
кг/га
кг/га
ское
кг/га
ное
кальций
1. Контроль
8.NPK
9.2 NPK.
П. Навоз 1 д.
17. Навоз на
р.в.н. + NPK
5,84
6,22
6,17
6,30
1680,6
1790.0
1775,6
1813,0
-23,37
-26,18
-13.58
-2,69
| 1657,2
1 1763,8
1762,0
1810,3
5,76
6,13
6,12
6,29
5.82
6,10
6,06
6,23
1.0
0,5
1,0
1,0
6,65
1913,8
+23,51
1937,3
6,73
6,75
0,3
1. Контроль
8. NPK.
9. 2 NPK
Н. Навоз 1 д.
17. Навоз на
р.в.п. + NPK
5,84
6,22
6,17
6,30
3295,1
3509,5
3481,3
3554Л
-1,63
-2,11
-1,31
-0,45
5,82
6,20
6,15
6,29
5.82
6,10
6,06
6,23
0,0
1,6
1,5
1,0
6,65
3752,2
+0,78
6,66
6,75
1,3
1. Контроль
8. NPK
9. 2 NPK
!1. Навоз 1 д.
17. Навоз на
р.в.п. + NPK
5,84
6,22
6,17
6,30
22,76
24,24
24,05
24,55
-0.44
-0,75
-0,75
-0,19
|
22,32
23,49
23,30
24,36
5,73
6,03
5,98
6,25
5.82
6,10
6.06
6,23
1,5
1,1
1,3
0,3
6,65
25,92
-0,11
1 25,81
6,62
6,75
1,9
'
железо
3293,5
3507,4
3480,0 1
3554,2 1
3752,9
i
ма рганец
16
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рассчитанный при помощи компьютерной программы по алгоритму
ожидаемый запас элемента (запас в гумусе - вынос с урожаем основной и по­
бочной продукции + поступление с растительными остатками + поступление с
семенами, органическими и минеральными удобрениями) переводился на со­
держание гумуса, которое сравнивалось с экспериментальным. Отклонение
расчетных данных от экспериментальных составило в среднем 0,5 - 2% по
кальцию, железу, марганцу. Высокая оперативность при низкой ошибке, позво­
ляет рекомендовать использование этого метода и его реализации в компью­
терном варианте в производственных условиях. Широко распространенный ме­
тод баланса гумуса по выносу азота растениями, для тех же условий показал
ошибку в среднем 3-5%.
Также был рассчитан баланс гумуса с применением разработанной нами
компьютерной программы «Balance» (таблица 8).
Таблица 8 - Баланс гумуса за ротацию севооборота, т/га
вариант №1 - контроль (без удобрений)
6
7
9
1
2
3
4
5
8
1,89
25,5
0,02
1,02
0,15
5,84
180,46 1,88
-1,74
-0,15
0,65
1,98
0,50
2,20
5,78
130,97 0,63 0,02
3,47
0,69
-1,18
21,7
0,02
1,87
5,77
178,29 1,85
0,64
1,61
5,73
129,84 0,62
0,02
1,45
0,36
-0,28
0,02
1,68
0
0
-1,68
129,62 1,66
0
5.72
0,62
0,84
+0,22
0,01
3,38
3,07
5.65 1 128,03 ,0,61
вариант №8 -NPK
2
9
Название культуры
7
8
1
3
4
5
6
Сахарная свекла
2.02
1,41
0,21
-1,81
6,22
192.20 2.00 0,02
35,2
+0,08
3,42
3,08
0,77
Яровая пшеница
6,16
139.59 0,67 0^02 1 0,69
Кукуруза на силос
2,00
5,89
-0,82
190,34 1,98
0,02
1,18
36,8
6,16
0,69
2,09
0,52
-0,16
Ячмень
6,13
138,91 о.бТ 0,02
2,32
Черны» пар
1,80
0
0
6,12
138,68 1,78
0,02
0
-1,80
6,04
0,67
Озимая пшеница
136,87 0.66
0,01
1,23
+0,56
4,47
4,92
вариант №11 - навоз 1 доза
Название культуры
7
1
2
3
4
6
8
8а
5
9
Сахарная свекла
-U56_,
30,7 6,30 194^671 2,02 0,02 2.04 1,23 0,18
0
Яровая пшеница
2,97 6,24 141,40 J ) J 6 8 J 0,02 0,70 2,67 0,67
-0.03
0
Кукуруза на силос
32,7 6,24
192,82 2,01 0,02 2,03 5.23 1,05 1,80 +0.82
Ячмень
^ , 4 4 6,27 142,08 0.68 0,02 0,70 2,20 0,55
0
-0,15
Черный пар
0
0
2,70 +0,86
141,85 1,82 0,02 1,84
0
6,26
3,84 6,30 142,76 0,69 0,01 0,70 4,22 1,06
Озимая пшеница
0
+0,36
Примечание: 1 - урожайность культуры, т/га; 2 - содержание гумуса, %; 3 - запасы
гумуса, т/га; 4 - потери гумуса за счет минерализации, т/га; 5- потери гумуса за счет эрозии,
т/га; 6 - потери гумуса всего, т/ia; 7 - поступление растительных остатков в почву, т/га; 8 образовалось гумуса из растительных остатков, т/га; 8а - образовалось гумуса из органиче­
ских удобрений, т/га; 9 - Баланс гумуса (+ или -), т/га.
Название культуры
Сахарная свекла
Яровая пшеница
Кукуруза на силос
Ячмень
Черный пар
Озимая пшеница
Исходными данными для работы программы «Balance» являются: а) на­
бор культур и их чередование; б) урожайность основной продукции, т/га; в) ис­
ходное содержание гумуса, %; г) тип, подтип почвы; д) гранулометрический
17
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
состав; е) крутизна склона: ж) количество вносимых азотных, фосфорных и ка­
лийных удобрений, кг д.в./га; з) количество вносимых органических удобрений,
т/га.
Данная программа может использоваться для расчета баланса гумуса и
химических элементов за ротацию севооборота, а также определения потребно­
сти в органических удобрениях для бездефицитного баланса гумуса.
Разработанные методические подходы к определению изменения содер­
жания валового гумуса под сельскохозяйственными культурами имеют сле­
дующие преимущества: 1) расчеты не требуют больших затрат, их может осу­
ществить один человек, используя компьютерную программу и персональный
компьютер; 2) высокая оперативность при низкой ошибке, позволяет рекомен­
довать использование этого метода и его реализации в компьютерном варианте
в производственных условиях, а также в учебном процессе на кафедрах агро­
химии, почвоведения, земледелия, экологии и близких к ним; 3) предлагаемые
методические подходы позволяют узнать пределы изменения годового содер­
жания гумуса под конкретной культурой севооборота; 4) их использование по­
зволяет прогнозировать изменение содержания валового гумуса на длительный
период, для этого в исходные значения вводятся средние показатели урожайно­
сти (как правило, за 5-10 лет).
Используя принцип изменения химического фонда почвы в вариантах
опыта за ротацию от воздействия культур севооборота, считаем возможным,
получить прогноз его состояния в почве за больший отрезок времени в произ­
водственных условиях. Для этого были использованы данные по урожайности
озимой пшеницы Воронежской области за 11 лет (с 1981 по 1991 гг.). Стати­
стические данные по урожайности озимой пшеницы были получены в Главном
управлении сельского хозяйства области.
Взятый набор химических элементов, который послужил основой полу­
чения планируемого уровня продуктивности озимой пшеницей, в основном по­
ставляется самой почвой. Расчет годовой потребности и фактической компен­
сации величины химических элементов выявил направленный дефицит по N,
Са, Na, Mg, Al, Zn, Mn, Si, S (таблица 9). При этом только три элемента (азот,
фосфор и калий) постоянно вносятся в почву с минеральными удобрениями
(как примеси присутствуют и другие химические элементы, но в незначитель­
ных количествах), а остальные изымаются из почвы. С органическими удобре­
ниями поступают многие химические элементы, но применяемые дозы неспо­
собны компенсировать потребность в них сельскохозяйственных растений.
Таким образом, проведенный баланс потребления и компенсации химиче­
ских элементов показал отрицательную направленность изменения величин ис­
следуемых химических элементов. Данное уменьшение также зависит от про­
центного насыщения и срока возделывания озимой пшеницы. Общепринятая
компенсация (минеральные и органические удобрения) не позволяет восстанав­
ливать их исходное содержание, за исключением фосфора и железа. Отрица­
тельный баланс азота и кальция помогает раскрыть сущность процессов дегумификации и подкисления почв.
18
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 9 - Баланс химических элементов под озимой пшеницей на черноземе
типичном Воронежской области за период 1981-1991 гг., кг/га
Компенсация
Общая
Элементы
потребность
N
Р
К
Са
Na
Мв
Al
Zn
Fc
Mn
Si
S
105.1
34,9
80.3
S0.5
21.3
7,85
5,10
1,06
1,77
0.42
154,8
31,7
Минеральными Органическими
удобрениями
удобрениями
43,4
20,0
4,36
30.8
20,1
29,8
27,3
4,4
2,80
2.50
2,50
1,10
1,34
0
0,02
0,14
1,90
0,50
0.05
0.10
48,4
0
21,2
2,88
Растительными
остатками
21,3
4,40
28,2
29,0
7,10
3,05
2.65
0,24
0,90
0,11
90,7
5,70
БАЛАНС
(47-)
-20,4
+4,66
-2.20
-12.8
-8,90
-1,20
-1,11
-0,66
+ 1,53
-0,16
-15,7
-1,92
Возникающий недостаток в химических элементах необходимо покры­
вать использованием минеральных и органических удобрений. Однако примене­
ние минеральных и органических удобрений ограничивается их высокой стои­
мостью для первых, и фактической нехваткой для вторых. В этом случае следует
предусмотреть оставление на поле 1/3 части соломы. Оставление на поле 1/3
части соломы озимой пшеницы приводит к стабилизации почвенного плодоро­
дия (таблица 10). Уменьшается потребность в NPK приблизительно на 25-30%.
Таблица 10 -Направленность изменения содержания химических элементов
под озимой пшеницей на черноземе типичном, кг/га (за период 1981-1991 гг.)
Остатки
Направленность
Отчуждение
(пожнивные + корневые)
( + НЛП - )
(зерно + солома)
1
2
Г
j
2"
1
2
27,8
-62,5
-49,4
N
83,8
77,2
21,3
7,30
-20,2
Р
30,5
27.5
4,40
-26.1
52,1
41,9
К
38,2
28,2
-23.9
+3,70
77,0
NPK.
166,4
142,9
53,9
-112,5
-65,9
Са
41,9
51,5
38,6
29,0
+3,30
-22.5
14,2
8,08
Na
13,3
7,10
-7,10
-5,19
4,80
3,97
3,05
3,88
-1,75
-0,09
Mg
2,45
Al
1,71
3.39
2,65
+0,20
+1,68
Zn
0,S2
0,67
0,24
0.39
-0,29
-0,58
0,87
Fe
0,62
0,90
1,14
+0,03
+0.52
0,31
0,26
0,11
0,16
-0,10
-0,20
Mn
64,1
Si
42,8
90,7
111,9
+26,5
+69.1
26,0
S
12,5
19.3
5.70
-6,80
-20,3
Zol""
349,8
292,3
250,1
391,9
+141,8
-57,5
Примечание: 1 - традиционная технология, солома убирается с поля: 2 - оставление на
поле 1/3 части соломы; Zol - сумма всех зольных элементов, в т.ч. неопределяемых в на­
стоящее время по техническим условиям.
Элементы
19
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Отмечается положительная направленность в изменении содержания кальция и
других зольных элементов. На каждую тонну соломы также требуется допол­
нительно внести 6-10 кг азота, для уменьшения негативных последствий биоло­
гической фиксации азота, возникающей в результате бурного развития микро­
организмов.
Таким образом, проведенные исследования позволяют считать, что хи­
мический фонд почвы при длительном возделывании озимой пшеницы может
направленно изменяться. Это изменение, как правило, отрицательное. При вне­
сении зональных доз удобрений дефицит по азоту составляет 20,4 кг/га, по
кальцию, магнию и сере - 12,8, 1,20 и 1,92 кг/га соответственно, по фосфору
баланс положителен +4,66 кг/га. Со временем это должно привести к уменьше­
нию содержания гумуса, подкислению почвы, а также к увеличению содержа­
ния в почве подвижного фосфора. В целом, при возделывании озимой пшени­
цы, содержание зольных химических элементов в почве уменьшается, что в бу­
дущем может привести к появлению земельных участков обедненными поч­
венными элементами, от которых во многом зависит качество и продуктив­
ность сельскохозяйственных культур.
Выводы
1. Выявлено достоверное снижение содержания гумуса (слой 0-20 см) в
результате интенсивного использования чернозема типичного на вариантах:
многолетний чистый пар с 6,87 до 6,11% за 43 года (Стрелецкая степь), под
лесной полосой №40 содержание гумуса снизилось с 11,92 до 9,95% и на пашне
с 8,58 до 6,67 лет за 49 лет (Каменная степь). Содержание гумуса снизилось на
вариантах с применением только минеральных удобрений с 8,04 до 5,55-6,10%
и с применением органических и органо-минеральных удобрений до 6,236,75% за 32 года (учхоз «Березовское»). Относительное снижение содержания
гумуса составило от 16,7 до 31%. Только в режимах использования некосимая
степь, ежегодно косимая и косимая 1 раз в 4 года (Стрелецкая степь) для слоя
0-20 см не произошло снижение содержания валового гумуса, однако, в раз­
личных режимах кошения в слоях 30-40 и 60-70 см за 24 года использования
происходит относительное снижение содержания гумуса на 15-25%.
2. Интенсивное использование чернозема типичного как с применением,
так и без применения удобрений приводит к подкислению почвенного раство­
ра. В большей степени это относится к вариантам с применением только мине­
ральных удобрений, особенно двойной дозы. В 1969 году pHkcl был на уровне
6,2, а в 2001 году - 4,99, при этом гидролитическая кислотность увеличилась с
5,03 до 5,98 мг-экв/100 г почвы. Также подкисление почвенного раствора обна­
ружено под лесной полосой №40, гидролитическая кислотность составила 5,48 мг-экв/100 г почвы, рНкс) - 5,15. На вариантах с применением органиче­
ских и органо-минеральных удобрений pHkcl варьировал от 5,10 до 5,61, а гид­
ролитическая кислотность от 4,61 до 5,14 мг-экв/100 г почвы.
3. Установлено, что с основной и побочной продукцией выносится значи­
тельно больше химических элементов 60-70%, чем остается на поле с пожнив­
ными и корневыми остатками 30-40%, поэтому отрицательная направленность
20
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
отмечается для азота, фосфора, калия, к&тьцня, магния, натрия, цинка, марган­
ца, алюминия, железа, серы под всеми культурами за ротацию севооборота.
4. Расчеты баланса химических элементов в среднем за ротацию 6-ти
польного севооборота показали дефицит азота на уровне - 17-73 кг/га, магния 1,04-15,48 кг/га, алюминия - 7,03-13,03 кг/га, цинка- 0,51-0,94 кг/га, марганца
- 0,11-0,75 кг/га и серы - 1,84-13,61 кг/га в зависимости от варианта опыта.
По фосфору, натрию и кремнию только на трех вариантах №9 - 2NPK, №13 навоз 1 доза + NPK, №17 - навоз на расширенное воспроизводство плодородия
почвы + NPK отмечен положительный баланс 8,21, 1,06 и 22 кг/га соответст­
венно. По калию и кальцию положительный баланс отмечен только на вариан­
тах №13 и №17, по железу только на варианте №17, все это говорит о том что,
на вариантах с внесением только минеральных удобрений происходит направ­
ленное уменьшение содержания зольных химических элементов, что приведет
со временем к рассбалансированности химического состава почвы, на вариан­
тах с внесением органических и органо-минеральных удобрений, данный про­
цесс проявляется в меньшей степени.
5. На основе проведенных исследований разработан алгоритм расчета из­
менения содержания гумуса и химических элементов в почве. Относительная
ошибка определения содержания гумуса в почве по предлагаемому нами алго­
ритму составила от 1 до 2% за ротацию 6-ти польного севооборота.
6. Исследования выявили, что при возделывании озимой пшеницы на
черноземе типичном Воронежской области за период с 1981 по 1991 гг. при
сложившимся уровне применения минеральных и органических удобрений,
происходило направленное ежегодное уменьшение содержания в почве азота20,4, калия - 2,2, кальция - 12,80, натрия - 8,90, магния - 1,20, алюминия 1,11, цинка - 0,66, марганца - 0,16, кремния - 15,7, серы - 1,92 кг/га. Также
происходило увеличение содержания в почве фосфора и железа на 4,66 и 1,53
кг/га соответственно. Отрицательный баланс азота и кальция помогает рас­
крыть причины дегумификации и подкисления чернозема типичного.
Предложения
1. Для оперативного контроля за балансом гумуса и питательных веществ
в севообороте необходимо использовать разработанную нами компьютерную
программу «Balance». Данная программа также позволяет определить норму
органических удобрений необходимую для бездефицитного баланса гумуса в
севообороте.
2. Использование предлагаемого нами алгоритма определения годового
изменения содержания гумуса в почве по потребности культур севооборота в
зольных элементах позволяет снизить ошибку его определения в 1,5-2 раза по
сравнению с широко распространенным традиционным методом расчета балан­
са гумуса по азоту.
3. Дтя уменьшения дефицита химических элементов оставлять на поле
1/3 части соломы озимой пшеницы. Это позволяет снизить на 20-30% приме­
няемые дозы минеральных удобрений для следующей после озимой пшеницы
культуры севооборота.
21
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Список опубликованных работ но теме диссертации
1. Воронин В.И. Методические основы определения текущего годового
изменения валового гумуса в типичных черноземах Воронежской области /
В.И. Воронин, Д.Н. Блеканов, Дендебер СВ. // Актуальные направления стаби­
лизации и развития агропромышленного производства. - Воронеж: ВГАУ,
1998. С. 63-65.
2. Блеканов Д.Н. Алгоритм и действующая программа определения вало­
вого гумуса в почве через годовую потребность зольных элементов для форми­
рования обшей биомассы растениями в севообороте / Д.Н. Блеканов, В.И. Во­
ронин // Проблемы и перспективы развития АПК в условиях рыночных отно­
шений. -Мичуринск: МГСА, 1998. - С. 75-76.
3. Воронин В.И. Влияние изменения биогенных элементов в гумусе на
его годовое содержание в почве / В.И. Воронин, СВ. Дендебер, Д.Н. Блеканов
// Научные основы и пути рационального использования химических средств в
современном земледелии. - Воронеж: ВГАУ, 1998. - С. 38-42.
4. Воронин В.И. Влияние озимой пшеницы на направленность изменения
содержания химических элементов в черноземах / В.И. Воронин, Д.Н. Блеканов
// Черноземы — 2000: Состояние и проблемы рационального использования (к
100-летию со дня рождения профессора М.С Цыганова). - Воронеж: ВГАУ,
2000. С. 177-182
5. Воронин В.И. Об использовании целинных и залежных вариантов при
определении антропогенных воздействий на свойства почвы / В.И. Воронин,
Д.Н. Блеканов // Материалы II съезда Белорусского общества почвоведов, по­
священного 70-летию Белорусского НИША. Книга 1. «Теоретические и при­
кладные проблемы почвоведения». - Минск 2001. С. 48-49.
6. Воронин В.И. Текущая изменчивость содержания и набора подвижных
элементов-индикаторов при проявлении относительного плодородия почв в
длительных стационарах Русской Равнины / В.И. Воронин, Д.Н. Блеканов, Е.В.
Кузнецова // Устойчивость почв к естественным и антропогенным воздействи­
ям. -М.: 2002. С. 178-179.
7. Воронин В.И. Анализ урожайности озимой пшеницы и ее влияние на
химический состав черноземных почв / В.И. Воронин, Д.Н. Блеканов. - Воро­
неж: ВГАУ, изд. «Истоки», 2002. -152 с.
8. Блеканов Д.Н. К вопросу о пределах изменчивости основных компо­
нентов плодородия типичных черноземов ЦЧЗ / Д.Н. Блеканов // Материалы
Межрегиональной научно-практической конференции молодых ученых и спе­
циалистов, посвященной 90-летию ВГАУ им К.Д. Глинки. - Воронеж: ВГАУ,
2003. С. 105-107.
22
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Подписано в печать 02.03.2004. Формат 60х84,/(<5
Бумага кн.-журн. Печать офсетная. Усл.п.л. 1,0.
Тираж 100 экз. Заказ № 2242.
Воронежский государственный аграрный университет
им. К.Д. Глинки. Типография ВГАУ.
394087 Воронеж, ул. Мичурина, 1.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
fa
3-4231
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
2
Размер файла
714 Кб
Теги
550
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа