Агроэкологическая оценка и пути регулирования почвенного плодородия сел ь скохозяйственных угодий архангельской области
На правах рукописи
Блынская
Татьяна Анатольевна
Агроэкологическая оценка и пути регулирования почвенного плодородия сельскохозяйственных угодий Архангельской области
Специальность 03.00.16. – экология
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
кандидата сельскохозяйственных наук
Москва – 2009
Диссертационная работа выполнена в
ФГОУ ВПО Поморский государственный университет имени М.В. Ломоносова
| Научный руководитель – | доктор сельскохозяйственных наук Кононов Олег Дмитриевич |
| Официальные оппоненты – | доктор сельскохозяйственных наук, профессор Державин Леонид Михайлович кандидат сельскохозяйственных наук, доцент Сластя Ирина Васильевна |
| Ведущая организация – | ГУ Институт экологических проблем Севера УрО РАН |
Защита состоится «26» февраля 2009 года в 14 часов, на заседании диссертационного совета Д 006.029.01 при Всероссийском научно-исследовательском институте агрохимии им Д.Н. Прянишникова.
Адрес: 127550, г. Москва, ул. Д.Н. Прянишникова, дом 31а, ГНУ ВНИИА.
Отзывы на автореферат в 2-х экземплярах, заверенных по установленной форме можно присылать по адресу: 127550, г. Москва, ул. Д.Н. Прянишникова, дом 31а.
С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ГНУ ВНИИА.
Автореферат разослан «23»января 2009 года и помещен на сайте www.vniia-pr.ru
 Ученый секретарь диссертационного совета | Л.В. Никитина |
Общая характеристика работы
Актуальность исследований. Сохранение плодородия почв является стратегической задачей для оптимизации и устойчивого развития как растениеводства, так и животноводства. При агроэкологической оценке плодородие почвы рассматривается не только с точки зрения источника питания растений, но и сохранения экологических функций ландшафта. Антропогенная нагрузка влияет на показатели почвенного плодородия сельскохозяйственных угодий: содержание и состав органического вещества почвы, содержание питательных веществ, кислотность почвенного раствора, плотность сложения и т.д. Определение этих показателей при различном сельскохозяйственном использовании позволит контролировать состояние почвенного плодородия в условиях Архангельской области.
В настоящее время в Архангельской области в связи со снижением уровня ведения земледелия в почве накапливается органическое вещество, которое представляет собой сложную систему, поэтому важно изучить изменение содержания его компонентов и их влияние на плодородие и устойчивость почв к деградации.
Пашня в наибольшей степени подвергается антропогенному воздействию, которое направлено в первую очередь на увеличение урожайности сельскохозяйственных культур. Происходящее при этом изменение показателей почвенного плодородия и, прежде всего, микробиологической активности почвы определяет уровень устойчивости почвы как компонента биосферы.
Цель и задачи исследований. Цель работы – провести агроэкологическую оценку сельскохозяйственных угодий Архангельской области, и предложить приемы повышения плодородия почв.
Задачи исследований:
- оценить современное агроэкологическое состояние почв сельскохозяйственного назначения Архангельской области;
- сравнить основные элементы плодородия почв целины, пашни, пастбищ и сенокосов;
- оценить состояние органического вещества почв различных видов сельскохозяйственных угодий;
- изучить влияние антропогенных факторов на показатели плодородия почв пашни.
Научная новизна. Впервые проведена сравнительная оценка основных показателей почвенного плодородия и энергетического состояния органического вещества пойменной почвы на различных участках сельскохозяйственного пользования. Определены показатели, характеризующие агроэкологическое состояние почв сельскохозяйственного назначения в условиях Архангельской области (количество лабильных гумусовых веществ, плотность сложения, структура почвы, содержание биомассы почвенных микроорганизмов, интенсивность дыхания и целлюлозоразлагающая активность почвы). В условиях Архангельской области установлено положительное влияние применения органических и минеральных удобрений на микробиологическую активность почвы пашни: в среднем микробиологическая активность при внесении минеральных удобрений увеличилась на 7 % (последействие не отмечено), а при совместном применении органических и минеральных удобрений до 30 % (при последействии в среднем на 17 %). Исследования показали, что различный тип почвы, вид сельскохозяйственного использования, внесение удобрений и возделываемая культура не влияют на соотношение между компонентами органического вещества почвы: углерод гумуса составляет 95-97 %, негумифицированное органическое вещество – 3-5 %.
Практическая значимость. С учетом сельскохозяйственного использования участков проведена оценка агроэкологического состояния почв агроландшафтов за период с 1985-2005 гг. (по данным агрохимического мониторинга реперных участков в Архангельской области). Выявленные показатели, характеризующие агроэкологическое состояние сельскохозяйственных угодий (пашни, сенокоса, пастбища) могут быть использованы для разработки критериев и параметров допустимых антропогенных нагрузок на компоненты агроландшафтов в условиях Архангельской области. Установлено положительное влияние применения органических и минеральных удобрений на урожайность картофеля (прибавка урожая составила 25 %). В ходе исследований доказано, что для сохранения плодородия и устойчивости органического вещества почвы следует вводить в севообороты однолетние травы.
Апробация работы и публикации. Материалы диссертации доложены на Ученых Советах ГНУ АРХНИИСХ (2003, 2004, 2006, 2007 гг.). Основные положения и результаты исследований были представлены на молодежной международной конференции «Экология 2003» (Архангельск, 2003); VII Сибирцевских чтениях (Архангельск, 2005); Всероссийской конференция с международным участием «Академическая наука и ее роль в развитии производительных сил в северных регионах России» (Архангельск, 2006); Научной конференции профессорско-преподавательского состава и аспирантов (Санкт-Петербург, 2007); XI Перфильевских научных чтениях «Биоразнообразие, охрана и рациональное использование растительных ресурсов Севера» (Архангельск, 2007); Международной молодежной конференции «Экология 2007» (Архангельск, 2007); Молодежной научной конференции «Экологические проблемы Севера» (Архангельск, 2008); 42-й Международной научной конференции ВНИИА «Агрохимические технологии, приемы и способы увеличение объемов производства высококачественной сельскохозяйственной продукции» (Москва, 2008); Всероссийской конференции с международным участием «Северные территории России: проблемы и перспективы развития» (Архангельск, 2008). По материалам исследования опубликовано 16 работ, в т.ч. две в журналах из списка ВАК.
Объем и структура работы. Диссертационная работа изложена на 154 страницах машинописного текста, включает введение, 3 главы, выводы и предложения производству. Содержит 51 таблицу, 12 рисунков, приложение. Список литературы состоит из 203 отечественных и 15 зарубежных источников.
Автор выражает благодарность д.с-х.н. О.Д. Кононову за поддержку и общее руководство. Особая признательность д.с-х.н., профессору Е.Н. Наквасиной и к.с-х.н., доценту С.В. Любовой за консультации и оказание всесторонней помощи и поддержку при написании диссертации, к.эк.н. Л.А. Поповой за содействие в проведении исследований, научному сотруднику И.М. Варпахович за помощь в сборе полевого материала и начальнику отдела ФГУП САС «Архангельская» Н.А. Бурикову за предоставленную информацию.
Основные положения, выносимые на защиту:
- сравнительная оценка показателей почвенного плодородия различных видов сельскохозяйственных угодий;
- особенности соотношения компонентов органического вещества и энергетические характеристики почв сельскохозяйственного использования;
- микробиологическая активность почвы пашни при применении органических и минеральных удобрений в условиях Архангельской области.
Методика проведения исследований
Объектами исследований являются земли сельскохозяйственного назначения Архангельской области. На водоразделах сельскохозяйственные почвы представлены в основном дерново-подзолистыми (44,3 %), а по речным долинам и дельтам рек – аллювиальными почвами (38,7 %).
На первом этапе исследований проведен анализ агроэкологического состояния почв агроландшафтов Архангельской области с использованием методики Всероссийского НИИ земледелия и защиты почв от эрозии (2001). Оценивались показатели, контролируемые ФГУ САС «Архангельская» за 25-летний период: содержание органического вещества, рНсол, гидролитическая кислотность, содержание подвижных форм питательных веществ (NО3, Р2О5, К2О), содержание ТМ и радионуклидов в почве и продукции растениеводства.
На втором этапе исследований в 2003-2004 гг. изучалось плодородие почв пашни, сенокоса, пастбища, расположенных на угодьях сельскохозяйственных предприятий в пригородной зоне г. Архангельска. Выбранные участки были типичными для данной зоны, однородными по типу почвы и механическому составу, средне- и высокообеспеченные питательными веществами. Почва – пойменная, дерново-глееватая, осушенная. В 7-кратной повторности выделялись участки с различной урожайностью растений (по высоте, фазе развития, видовому составу), одновременно с учетом урожая отбирались почвенные образцы для определения физических и химических показателей из пахотного и подпахотного слоя: рНсол, подвижный фосфор и калий, общий азот, гумус, лабильные гумусовые вещества, плотность сложения, полевая влажность и др. (по общепринятым методикам). Энергопотенциал органического вещества почвы рассчитывался по методике Н.П. Масютенко «Научные основы и методы оценки энергетического состояния почв в агроландшафтах» (2004).
На третьем этапе в 2006-2007 гг. исследований в системе севооборота заложен полевой опыт. Почва участка – дерново-слабоподзолистая, среднесуглинистая, высокоокультуренная. Схема севооборота: картофель, однолетние травы с подсевом многолетних трав, многолетние травы 1 г.п., многолетние травы 2 г.п., многолетние травы 3 г.п. В опыте изучались варианты без удобрений, с внесением органических (торфо-навозный компост) и минеральных (N80Р60К80) удобрений, повторность 3-х кратная. Агротехника возделывания сельскохозяйственных культур - традиционная. Определение агрофизических и агрохимических показателей почвы проводили до закладки опыта и перед учетом урожая. В течение вегетационного периода изучали микробиологическую активность почвы: биомассу почвенных микроорганизмов (Благодатский и др., 1987), интенсивность дыхания (Макаров, 1975), целлюлозоразлагающую активность почвы (Мишустин, 1963).
Для обработки экспериментальных данных применяли методы дисперсионного, корреляционного и других видов статистического анализа по методике Б.А. Доспехова (1979) с использованием программ Microsoft Office.
Состояние плодородия почв агроландшафтов Архангельской области
(по данным мониторинга реперных участков)
В Архангельской области (по данным агентства Роснедвижимости на 01.01.06) земли сельскохозяйственного назначения составляют 620 тыс. га. По сравнению с 1990 годом площадь сельскохозяйственных угодий уменьшилась на 111 тыс. га (15 %), в том числе пашни на 5 %, сенокосов и пастбищ – на 20 %, что связано в основном с ликвидацией сельскохозяйственных предприятий.
По данным ФГУ САС «Архангельская», в целом по области отмечаются тенденции к увеличению содержания органического вещества в почвах сельскохозяйственного использования, что связано со снижением за последние 15 лет интенсивности земледелия и, как следствие, уменьшением влияния факторов, способствующих минерализации органического вещества (таблица 1).
Таблица 1
Динамика агрохимических показателей плодородия почв
сельскохозяйственного использования Архангельской области
| Показатели | Период, годы | ||||
| 1981- 1985 | 1986- 1990 | 1991- 1995 | 1996- 2000 | 2001- 2005 | |
| Органическое вещество, % | 2,44 | 2,36 | 2,46 | 2,82 | 3,10 |
| рНсол | 5,91 | 5,87 | 6,01 | 5,76 | 5,70 |
| Гидролитическая кислотность, мг-экв/100 г почвы | 2,18 | 2,52 | 3,71 | 2,08 | 1,77 |
| Содержание NО3, мг/кг почвы | - | - | 6,15 | 1,81 | 1,68 |
| Содержание P2О5, мг/кг почвы | 168 | 189 | 238 | 210 | 195 |
| Содержание K2О, мг/кг почвы | 178 | 135 | 107 | 110 | 125 |
На сельскохозяйственных угодьях прослеживается тенденция уменьшения содержания в почве нитратного азота. Количество подвижного фосфора повышалось до 90-х годов, затем стало снижаться, но при этом осталось в пределах высокого класса обеспеченности. Содержание подвижного калия, наоборот, уменьшалось до середины 90-х годов (с высокого до среднего), а затем стало постепенно увеличиваться до повышенного, что можно объяснить пополнением его запасов из необменных форм. Эти процессы обратимы, и с изменением интенсивности хозяйственной деятельности, возможно, ожидать небольшие колебания содержания фосфора и калия.
В области происходит закисление почв, за последние пять лет площадь кислых почв увеличилась на 17 % и составила 98,4 тыс. га.
Одним из факторов повышения урожайности сельскохозяйственных культур является применение органических и минеральных удобрений. В настоящее время резко возросла стоимость минеральных удобрений, произошло сокращение поголовья крупного рогатого скота, в связи с чем, в Архангельской области на 70 % сократилось применение удобрений.
Наиболее информативным показателем экологической оценки почвенного покрова является содержание подвижных форм ТМ, способных переходить из твердых фаз почв в почвенные растворы (Грошев и др., 2007). Исследования показали, что концентрации подвижных форм ТМ низкие, не превышают ПДК (таблица 2).
Таблица 2
Содержание подвижных форм тяжелых металлов почве (мг/кг) в слое 0-20 см, 2005 г.
| Химический элемент | ПДК | Пашня | Сенокос | Пастбище |
| Медь | 3,00 | 0,38 | 0,20 | 0,32 |
| Цинк | 23,00 | 1,19 | 2,13 | 1,32 |
| Никель | 4,00 | 0,70 | 0,77 | 0,76 |
Для определения значений подвижности химических элементов было рассчитан коэффициент подвижности (Кп) тяжелых металлов, величина этого коэффициента составила для меди 2,40-6,45 %, цинка – 3,45-6,99 %, никеля – 3,78-7,76 %. Это свидетельствует о слабой миграционной способности ТМ в почвах Архангельской области.
Суммарный показатель загрязнения сельскохозяйственных почв Архангельской области валовыми формами ТМ имеет низкое значение (от 0,52 до 1,59), т.к. превышения ПДК не отмечено.
Следовательно, земли различного сельскохозяйственного использования в Архангельской области не загрязнены ТМ и пригодны для возделывания экологически-чистой сельскохозяйственной продукции.
Зарастание сельскохозяйственных угодий многолетними травами приводит к накоплению в почве органического вещества, но, с другой стороны, на мелиорированных участках проявляются процессы вторичного заболачивания, происходит зарастание кустарником и мелколесьем. Постепенно деградированные земли выводятся из сельскохозяйственного оборота. Негативным процессам подвержено 47 % сельскохозяйственных земель.
Элементы плодородия почв различных видов
сельскохозяйственных угодий
Почвы сельскохозяйственных угодий исследуемых участков различались по показателям плодородия вследствие различных антропогенных нагрузок (таблица 3).Наиболее уплотнена почва пастбища (1,46 г/см3), показатель плотности сложения достоверно выше, чем на других видах сельскохозяйственных угодий. Оптимальные значения пористости на пашне – 52-54 % и целине – 52 %, неудовлетворительные на пастбище, что подтверждает оценка существенности различий средних значений.
Основными агрохимическими критериями оценки почвенного плодородия на Европейском Севере следует считать содержание гумуса, питательных веществ и кислотность почвы.
Слабокислые почвы отмечены на участках целины, на остальных участках почвы близки к нейтральным и нейтральные. Соотношение С:N в органическом веществе почвы на всех видах сельскохозяйственных угодий составило 9-11:1, что свидетельствует средней обеспеченности почвы азотом.
Таблица 3
Средние значения основных показателей плодородия почв в слое 0-20 см (2003-2004 гг.)
| Показатели | Сенокос | Пашня (однолетние травы) | Пашня (картофель) | Пастбище | Целина | |
| Плотность сложения, г/см3 | 1,30 0,02 | 1,26 0,02 | 1,27 0,03 | 1,46 0,01 | 1,21 0,05 | |
| Общая пористость, % | 50,46 1,23 | 53,77 0,68 | 52,48 1,18 | 45,01 2,73 | 52,22 1,28 | |
| Гумус, % | 4,94 0,24 | 5,05 0,80 | 7,16 0,39 | 2,44 0,11 | 6,56 0,31 | |
| рНсол | 6,2 0,1 | 6,7 0,1 | 6,3 0,1 | 5,7 0,1 | 5,2 0,0 | |
| Р2О5, мг/кг | 328 19 | 753 6 | 1526 72 | 85 3 | 167 9 | |
| К2О, мг/кг | 132 6 | 164 6 | 846 43 | 110 4 | 111 4 | |
Максимальному негативному воздействию подвержены участки пастбища. Оптимальные характеристики большинства показателей имеют почвы пашни и целины, здесь можно говорить о высоком уровне плодородия.
В пределах одного агроландшафта выделены участки с различной урожайностью сельскохозяйственных культур (таблица 4). Причиной этой ситуации при прочих одинаковых условиях является систематическое изменение элементов плодородия почвы исследуемых участков.
Коэффициент вариации (V), характеризующий варьирование показателей почвенного плодородия внутри выделенных однородных участков (по урожайность сельскохозяйственных культур) имеет более низкие величины как по урожайности культур (V для сенокоса – 66 %, V при урожайности 20,2 т/га – 5 %, при урожайности 8,0 т/га – 11 %, при урожайности 4,0 т/га – 3 %), так и по показателям почвенного плодородия (V сенокоса по большинству показателей составляет – 26-56 %, внутри выделенных участков 5-20 %).
Установлена связь между показателями почвенного плодородия и продуктивностью сельскохозяйственных культур. Гумус является основой плодородия почв, но не всегда оказывает непосредственное влияние на урожайность сельскохозяйственных культур, особенно при высокой обеспеченности питательными веществами.
Таблица 4
Показатели плодородия почв на участках мониторинга при различной
урожайности сельскохозяйственных культур (2003 г.)
| Вид с/х угодья | Урожайность (т/га) | Плотность сложения, г/см3 | Общая пористость, % | Гумус, % | Содержание, мг/кг почвы | |
| Р2О5 | К2О | |||||
| Сенокос (зеленая масса) | 20,2 | 1,29 | 50,79 | 4,23 | 283 | 768 |
| 8,0 | 1,13 | 55,22 | 5,54 | 258 | 521 | |
| 4,0 | 1,29 | 51,06 | 4,94 | 164 | 130 | |
| НСР05 | 2,1 | 0,13 | 5,03 | 1,21 | 95 | 23,2 |
| Пашня (картофель) | 27,5 | 1,40 | 49,56 | 3,54 | 1448 | 344 |
| 19,4 | 1,39 | 47,04 | 4,23 | 1491 | 510 | |
| НСР05 | 5,10 | 0,05 | 1,72 | 0,71 | 98 | 158 |
| Пашня (однолетние травы) | 33,1 | 1,23 | 54,04 | 5,61 | 860 | 178 |
| 16,8 | 1,28 | 52,96 | 4,48 | 646 | 14,9 | |
| НСР05 | 2,5 | 0,08 | 3,07 | 1,02 | 145 | 26 |
На пашне антропогенное воздействие направлено на улучшение показателей почвенного плодородия с целью получения более высокого урожая. При возделывании картофеля достоверные различия на участках были выявлены по показателям общей пористости, плотности сложения. Максимальной урожайности картофеля и однолетних трав соответствовали оптимальные агрофизические характеристики почвы.
Сенокосы подвергаются значительно меньшей антропогенной нагрузке, чем пашня. Средняя урожайность трав получена при оптимальных агрофизических характеристиках почвы (коэффициент структурности, плотность сложения, общая пористость, пористость аэрации, полевая влажность и запасы продуктивной влаги), при этом урожайность трав коррелирует с содержанием питательных веществ (r=0,8). Отмечена положительная зависимость общей пористости, аэрации с урожайностью трав на сенокосе и однолетних трав и картофеля на пашне (r=0,6), обратная связь отмечена между урожайностью и плотностью сложения почвы (r=-0,6).
Энергетическое состояние органического вещества почв
сельскохозяйственного использования
Исследования показали, что вид сельскохозяйственного использования влияет на содержание, как органического вещества почвы, так и его компонентов (рисунок 1). Соотношение между компонентами органического вещества остается постоянным на всех угодьях. Максимальное содержание органического вещества отмечено на целине.
Энергопотенциал органического вещества почвы характеризует аккумулятивную энергетическую функцию почвы. Количество энергии, заключенное в органическом веществе почвы, связано с видом сельскохозяйственного использования (таблица 5).
Рисунок 1 – Изменение содержания компонентов органического вещества на почвах различных сельскохозяйственных угодий (2003-2004 гг.)
Наибольшим энергопотенциалом (Qов), энергосодержанием (Ес) и уровнем энергоемкости (Еу) обладают почвы целины. На сенокосе и пашне отмечен одинаковый энергопотенциал органического вещества, причем на сенокосе этот уровень достигается за счет энергии, заключенной в негумицированном органическом веществе (Qнв), а на пашне за счет энергии лабильных гумусовых веществ (Qлг) и инертного гумуса (Qиг). При этом уровень энергоемкости почвы сенокоса значительно ниже, чем на пашне. На пастбище показатели энергетического состояния почвы имеют минимальные значения по сравнению с другими видами угодий.
Таблица 5
Структура энергопотенциала пойменной дерновой почвы при различном
сельскохозяйственном использовании (2003-2004 гг.)
| Вид угодья | Qов | Qг | Qиг | Qлг | Qнв | Ес | Еу | Пуст |
| ГДж/га | Дж/см3 | |||||||
| Целина | 3761 | 3522 | 3184 | 338 | 239 | 1880 | 1761 | - |
| Пашня | 3125 | 2915 | 2642 | 273 | 210 | 1562 | 1458 | 5,1 |
| Сенокос | 3024 | 2630 | 2404 | 226 | 395 | 1512 | 1315 | 3,4 |
| Пастбище | 1704 | 1482 | 1354 | 127 | 222 | 852 | 741 | 0,8 |
Самый высокий показатель устойчивости плодородия почвы (Пуст) на пашне (5,1), что соответствует оптимальной оценке, на сенокосе показатель устойчивости средний, а на пастбище критический. Данное положение подтверждается и другими показателями почвенного плодородия.
Участки пашни имеют высокие показатели содержания органического вещества. Это связано с чередование пропашных и однолетних силосных культур, а также внесением органических удобрений. В большей степени деградации подвергается органическое вещество пастбища, что связано с отсутствием мероприятий по уходу за почвой и зоогенной нагрузкой.
На всех видах угодий существенна связь между урожайностью сельскохозяйственных культур и содержанием лабильных веществ (r=0,6), что говорит о минерализации лабильных гумусовых веществ.
Влияние применения удобрений в системе севооборота
на показатели плодородия почв пашни
Пашня испытывает наиболее сильное антропогенное воздействие, поэтому важно более детально изучить различные аспекты влияния антропогенной нагрузки на устойчивость плодородия почв.
Применение удобрений оказало положительное влияние на урожайность клубней картофеля, прибавка составила 10 т/га (25 %), (НСР05=0,6 т/га), на количество клубней в кусте (в три раза), массу одного клубня (в 2 раза). Отмечено незначительное снижение содержания сухого вещества (с 20 до 19 %) и более существенное крахмала (с 14 до 11 %) в клубнях картофеля, но при этом увеличился выход с единицы площади.
Последействие удобрений не влияло на урожайность однолетних трав и содержание протеина в сухом веществе, но отмечено снижение содержания сырой клетчатки (на 31 %), что улучшает качество корма.
Применение удобрений оказало положительное влияние на коэффициент структурности (НСР05=0,18). Далее эффект проявился только от совместного внесения органических и минеральных удобрений (НСР05=0,32) (таблица 6).
Таблица 6
Средние значения показателей плодородия почвы (числитель – 2006 год –
действие удобрений, знаменатель – 2007 год – последействие; t05=2,78)
| Показатель | Варианты опыта | ||
| Без удобрений | N80Р60К80 | 100 т/га ТНК + N80Р60К80+ | |
| Плотность сложения, г/см3 | 0,97 0,01 1,22 0,03 | 0,95 0,01 1,25 0,01 | 0,95 0,01 1,21 0,01 |
| tф | 8,32 | 15,30 | 20,28 |
| Общая пористость, % | 62,23 0,93 53,02 1,20 | 63,11 0,21 52,01 0,48 | 65,07 3,34 53,51 0,38 |
| tф | 6,08 | 21,08 | 3,43 |
| Коэффициент структурности | 2,07 0,08 1,50 0,11 | 2,47 0,09 1,70 0,25 | 3,03 0,09 2,33 0,03 |
| tф | 3,90 | 2,88 | 7,42 |
| Гумус, % | 5,81 0,26 5,10 0,12 | 5,92 0,16 5,30 0,25 | 6,70 0,03 5,43 0,11 |
| tф | 2,50 | 2,07 | 10,25 |
| Лабильные гумусовые вещества, мгС/г почвы | 3,38 0,09 3,54 0,14 | 3,33 0,10 3,47 0,06 | 6,64 0,03 3,61 0,23 |
| tф | 0,90 | 1,14 | 12,90 |
| Негумифицированное органическое вещество т/га | 4,5 0,3 2,3 0,1 | 9,0 0,5 3,8 0,2 | 7,8 0,2 4,5 0,1 |
| tф | 4,20 | 9,83 | 15,43 |
| Общий азот, % | 0,35 0,30 | 0,32 0,28 | 0,37 0,29 |
На физические свойства почвы оказали существенное влияние агротехнические приемы возделывания сельскохозяйственных культур. Плотность сложения при возделывании однолетних трав выше на 20 %, общая пористость снизилась на 20 %, аэрация в 4 раза, существенно уменьшился коэффициент структурности.
Внесение удобрений увеличило содержание гумуса на 0,89 % (НСР05=0,61 %) и лабильных гумусовых веществ в его составе (НСР05=0,29 мгС/г) на 3,26 мгС/г почвы. При последействии удобрений отмечено снижение содержания гумуса, но существенно оно только на варианте совместного применения органических и минеральных удобрений (tф>t05).
Без удобрений и при последействии минеральных удобрений содержание лабильных гумусовых веществ в почве не изменилось, но существенно уменьшилось при совместном применении удобрений (с 6,6 до 3,6 мгС/г почвы).
Внесение удобрений способствовало увеличению запасов негумифицированного органического вещества с 4,5 т/га до 8-9 т/га (НСР05=1,4 т/га). Во второй год исследований отмечалось его существенное снижение во всех вариантах опыта, при этом большие запасы (4,5 т/га) были в варианте последействия применения удобрений (НСР05=0,34 т/га). Содержание общего азота было одинаково во всех вариантах опыта и составило в среднем 0,35 %, также не было выявлено различий по соотношению углерода и азота в органическом веществе почвы (10-11:1).
Влияние внесения удобрений на энергопотенциал органического вещества
дерново-подзолистой почвы
Энергетический потенциал почвы при оптимальном уровне количественного и качественного состава органического вещества обеспечивает стабильность и устойчивость почвенной системы. Внесение удобрений оказало влияние на количество органического вещества почвы. Соотношение компонентов органического вещества в почве не зависит от внесения удобрений. В то же время на соотношение между его лабильной и инертной частями оказало влияние совместное внесение удобрений (рисунок 2).
При совместном использовании органических и минеральных удобрений отмечено максимальное содержание С-органического вещества и С-гумуса. Внесение минеральных удобрений увеличило только содержание углерода негумифицированного вещества. Последействие удобрений оказало существенное влияние на содержание углерода негумифицированного вещества, его содержание на варианте применения удобрений было выше в 2 раза по сравнению с вариантом без удобрений.
Рисунок 2 – Характеристика органического вещества дерново-подзолистой почвы на различных вариантах опыта
Внесение удобрений увеличило запасы энергии в негумифицированном органическом веществе почвы, и составило – 169 ГДж/га при внесении минеральных удобрений и 147 ГДж/га при совместном применении удобрений. Совместное применение удобрений повысило запасы энергии в лабильном гумусе – 419 ГДж/га и органическом веществе - 2904 ГДж/га (таблица 7).
Таблица 7
Состав энергопотенциала органического вещества
дерново–подзолистой почвы, ГДж/га
| Вариант | Qг | Qлг | Qиг | Qнв | Qов | |||||
| 2006г. | 2007г. | 2006г. | 2007г. | 2006г. | 2007г. | 2006г. | 2007г. | 2006г. | 2007г. | |
| Без удобрений | 2441 | 2690 | 223 | 298 | 2218 | 2393 | 85 | 45 | 2526 | 2735 |
| N80Р60К80 | 2537 | 2857 | 222 | 305 | 2315 | 2552 | 169 | 71 | 2706 | 2928 |
| 100 т/га ТНК + N80Р60К80 | 2757 | 2852 | 419 | 310 | 2337 | 2542 | 147 | 85 | 2904 | 2938 |
| НСР05 | 266 | 239 | 21 | 41 | 258 | 243 | 27 | 11 | 247 | 248 |
Последействие внесения удобрений оказало существенное влияние на запасы энергии в негумифицированном органическом веществе: 71 ГДж/га в варианте последействия минеральных удобрений и 85 ГДж/га в варианте последействия совместного применения удобрений.
Микробиологическая активность почвы
Наряду с основными агрохимическими и агрофизическими показателями плодородие почвы оценивается и по микробиологической активности. С биологической активностью связаны процессы гумификации и минерализации органического вещества, трансформация вносимых в почву минеральных удобрений, что определяет плодородие почвы.
Дыхание почвы отражает интенсивность процессов минерализации органического вещества и характеризует общую биогенность почвы. При возделывании картофеля во всех вариантах опыта (рисунок 3, А) происходит снижение интенсивности выделения углекислого газа (НСР05=0,008 мг СО2/кг). Высокая интенсивность дыхания в период физической спелости почвы связана с обработкой почвы, которая способствует улучшению теплового и водно-воздушного режимов и благоприятно влияет на почвенную микрофлору. При возделывании однолетних трав интенсивность дыхания увеличивается к середине вегетационного периода, затем происходит ее снижение. При последействии совместного внесения минеральных и органических удобрений этот показатель продолжает увеличиваться. При совместном применении удобрений повышается интенсивность дыхания почвенных микроорганизмов (НСР05=0,01 мг СО2/кг), при последействии эти значения выше чем в год внесения удобрений.
В вариантах действия и последействия совместного применения удобрений (рисунок 3, Б) отмечено более высокое содержание углерода микробной биомассы – 749 мг/кг (картофель) и 875 мг/кг (однолетние травы). В год внесения удобрений различия между вариантами опыта были существенны в середине (НСР05=26 мг/кг) и в конце (НСР05=53 мг/кг) вегетационного периода. При последействии применения удобрений содержание С-биомассы выше в начале (НСР05=82 мг/кг) и в конце вегетационного периода (НСР05=67 мг/кг). Количество углерода микробной биомассы в почве изменялось в течение вегетационного периода: в начале наблюдалось его повышение, а в конце периода – снижение. Более высокое содержание С-биомассы было отмечено при последействии удобрений, такая же закономерность наблюдалась и в варианте без удобрений, что в большей степени связано с влажным вегетационным периодом (ГТК = 2,3).
В результате исследований установлено, что содержание азота биомассы почвенных микроорганизмов зависит от применения удобрений и срока отбора почвенных образцов. В год внесения удобрений отмечено равномерное снижение N-биомассы с 146 до 30 мг/кг к концу вегетационного периода (рисунок 3 В), что можно объяснить интенсивным поглощением азота картофелем для формирования вегетативной массы и урожая (НСР05=4,28 мг/кг). При возделывании однолетних трав до середины вегетации наблюдалось увеличение значения этого показателя до 68 мг/кг, затем к моменту уборки урожая – снижение до 48 мг/кг (НСР05=28 мг/кг). При внесении удобрений содержание N-биомассы было выше, чем при последействии, отмечено снижение общего азота в почве с 0,37 до 0,29 %.
| 2006 г. | 2007 г. |
 |  |
| А | |
 |  |
| Б | |
 |  |
| С | |
Рисунок 3 – Микробиологическая активность дерново-подзолистой почвы
Интенсивность дыхания почвенных микроорганизмов (А)
Содержание углерода биомассы почвенных микроорганизмов (Б)
Содержание азота биомассы почвенных микроорганизмов (С)
Внесение удобрений увеличило интенсивность целлюлозоразлагающей активности почвы (рисунок 4), при совместном внесении удобрений разложение ткани было больше на 10 % (НСР05=3 %). Более высокий эффект последействия отмечен при внесении органических удобрений. В вариантах последействия совместного внесения удобрений степень разложения ткани составила 28 % (НСР05=4 %).
Рисунок 4 – Целлюлозоразлагающая активность почвенных
микроорганизмов в слое 0-30 см
Целлюлозоразлагающая активность проявилась в большей степени при последействии удобрений, чем в первый год их действия. Это связано с тем, что вегетационный период в первый год исследований характеризовался как слабо засушливый (ГТК = 2,1), что мало способствовало минерализации торфо-навозного компоста.
Выводы
- За последние 15 лет в Архангельской области площадь сельскохозяйственных угодий сократилась на 111 тыс. га (15 %), в том числе пашни – на 5 %, сенокосов и пастбищ на 20 %, что связанно с уменьшением объемов производства. На неиспользуемых угодьях идет процесс накопления в почве органического вещества с одной стороны, с другой стороны развиваются процессы деградации почв. За период с 1995-2005 гг. не зафиксировано превышения ПДК по содержанию тяжелых металлов (максимальный показатель суммарного загрязнения равен 1,6).
- Почвы пашни, сенокоса и пастбища подвергаются различным по характеру и интенсивности нагрузкам, которые оказывают влияние на агрохимическое и агрофизическое состояние почв. Высокие показатели плодородия: содержание гумуса, питательных веществ и оптимальную плотность сложения имеют почвы целины и пашни. На сенокосе показатели плодородия имеют удовлетворительное состояние, что связано с поступлением большого количества корневой массы (основного источника негумифицированного органического вещества). В наибольшей степени негативным воздействиям подвержены пастбища вследствие зоогенной нагрузки и отсутствия почвоулучшающих мероприятий.
- Различный тип почвы, вид сельскохозяйственного использования, внесение удобрений и возделываемая культура не влияют на соотношение между компонентами органического вещества почвы: углерод гумуса составляет 95-97 %, негумифицированное органическое вещество – 3-5 %.
- Количество энергии, заключенное в органическом веществе пойменно-дерновой почвы зависит от интенсивности использования угодий. Наибольшим энергопотенциалом (3761 ГДж/га), энергосодержанием (1880 Дж/см3) и уровнем энергоемкости (1761 Дж/см3) обладают почвы целины. Почвы сенокоса и пашни обладают практически одинаковым энергопотенциалом (3125 и 3024 ГДж/га соответственно). На сенокосе этот уровень достигается за счет энергии, заключенной в негумифицированном органическом веществе, а на пашне за счет энергии лабильных гумусовых веществ и инертного гумуса. Возделывание однолетних трав, применение удобрений и их последействие увеличивает энергопотенциал органического вещества дерново-подзолистой почвы на 209, 378 и 203 ГДж/га соответственно.
- Показатель устойчивости плодородия почвы сенокоса (Пу=3,4) значительно ниже, чем на пашне (Пу=5,1). На пастбище показатели энергетического состояния почвы приближаются к критическому уровню (Qов=1704 ГДж/га, Пу=0,8).
- Внесение удобрений оказывает существенное влияние на соотношение между лабильной и инертной частями гумуса. Совместное внесение органических и минеральных удобрений увеличивает содержание лабильных гумусовых веществ (до 6,6 мгС/г почвы) и запасы негумифицированного органического вещества (до 8 т/га), а также запасы энергии в этих компонентах органического вещества. Последействие внесения удобрений увеличивает содержание негумифицированного органического вещества (до 4,5 т/га) и улучшает его энергетические характеристики.
- На микробиологическую активность в условиях Севера оказывает влияние применение органических и минеральных удобрений. При их этом отмечено увеличение интенсивности дыхания (до 104 мг СО2/кг), содержания С-биомассы почвенных микроорганизмов (до 704 мг/кг) и целлюлозоразлагающей активности почвы (до 28 %). Последействие влияния удобрений отмечено только при совместном применении органических и минеральных удобрений.
ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ
Исследования показали, что в Архангельской области целесообразно проводить агроэкологический мониторинг на интенсивно обрабатываемых участках. На основе полученных данных анализируется динамика показателей почвенного плодородия при различных системах землепользования.
Для характеристики почвенного плодородия следует вводить дополнительные показатели: содержание лабильных гумусовых веществ, запасы негумифицированного органического вещества и соотношение С:N в органическом веществе почвы.
В условиях избыточного увлажнения, один из главных факторов лимитирующий урожайность сельскохозяйственных культур – влажность почвы, поэтому особое внимание следует уделять состоянию дренажной сети.
В условиях Архангельской области, при промывном типе водного режима, следует совместно применять органические и минеральные и удобрения т.к. при этом наблюдается их устойчивое положительное последействие, при сохранении поддерживающих факторов плодородия – микробиологической активности.
Работы, опубликованные по теме диссертации
По теме диссертации опубликовано 16 работ, наиболее значимые из них:
- Попова Л.А., Блынская Т.А. Органическое вещество почв сельскохозяйственного использования Архангельской области // Экология и биология почв: Материалы докл. международной научной конф. – Ростов н/Д: ЦВВР, 2004. - С. 230-231.
- Кононов О.Д., Блынская Т.А. Агроэкологические аспекты земледелия в Архангельской области // Почва как природный ресурс Севера: Материалы докл. VII Сибирцевских чтений. – Архангельск, 2005. – С. 74-76.
- Блынская Т.А. Анализ состояния агроландшафтов Архангельской области // Эколого-мелиоративные аспекты научно-производственного обеспечения АПК: Материалы международной научно-практической конф. – Москва: Современные тетради, 2005. – С. 229-232.
- Попова Л.А., Блынская Т.А. Энергопотенциал органического вещества почв сельскохозяйственных угодий Архангельской области // Вклад аграрной науки в развитие сельскохозяйственного производства Европейского Севера РФ: Сборник научных трудов. – Архангельск, 2005. – С. 52-57.
- Блынская Т.А. Влияние антропогенных нагрузок на физические свойства пойменных почв в Архангельской области // Агрохимические приемы повышения плодородия почв и продуктивности сельскохозяйственных культур в адаптивно–ландшафтных системах земледелия»: Материалы 40–ой международной научной конф. – М.: ВНИИА, 2006. – С. 11-13.
- Блынская Т.А., Кононов О.Д. Современное состояние почв агроландшафтов Архангельской области // Вестник Поморского университета: серия «Естественные и точные науки». – 2006. – №2 (10). – С. 9-15.
- Блынская Т.А. Микробиологическая активность дерново-подзолистой почвы в условиях сельскохозяйственного использования // Экология – 2007: Материалы докладов международной молодежной конф. – Архангельск: Институт экологических проблем Севера УрО РАН, 2007. – С. 109-111.
- Блынская Т.А. Экологическое состояние почв агроландшафтов Архангельской области // Агрохимические технологии, приемы и способы увеличение объемов производства высококачественной сельскохозяйственной продукции: Материалы 42-й международной научной конференции (ВНИИА). – М.: ВНИИА, 2008. – С. 140-143.
- Блынская Т.А. Динамика микробиологической активности почвы при разной интенсивности использования пашни // Северные территории России: проблемы и перспективы развития: Материалы Всероссийской конференции с международным участием. – Архангельск: ГУ «Ин-т экологических проблем Севера УрО РАН», 2008. – CD–ROM. – С. 161-164.
- Кононов О.Д., Блынская Т.А. Агроэкологическая оценка антропогенного воздействия на плодородие почв пашни // Плодородие. – 2008. – №5. – С. 13-14.
Подписано в печать 20.01.2009.
Формат 60х84 1/16. Бумага офисная.
Печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ № 23.
Типография ООО «КИРА»
163061, г. Архангельск, ул. Поморская, 34, тел. 65-47-11.
