Влияние д лительного применения удобрений и мелиорантов на продуктивность многолетних трав и воспроизводство плодородия дерново-подзолистой почвы республики коми
Сведения о предстоящей защите диссертации
БУБНОВА Валентина Николаевна
«Влияние длительного применения удобрений и мелиорантов на продуктивность многолетних трав и воспроизводство плодородия дерново-подзолистых почв Республики Коми».
06.01.04
сельскохозяйственные науки
Д 006.049.01
Московский научно-исследовательский институт сельского хозяйства «Немчиновка»
143026, Московская область, Одинцовский район, пос. Немчиновка-1, ул. Калинина, дом 1, Московский НИИСХ «Немчиновка»
Тел. 591-83-91 и 591-87-54.
Адрес электронной почты диссертационного совета –
Email: [email protected]
Дата защиты диссертации – 28 сентября 2010 года, в 14 часов.
На правах рукописи
Бубнова
Валентина Николаевна
Влияние ДЛИТЕЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ удобрений
и мелиорантов на ПРОДУКТИВНОСТЬ МНОГОЛЕТНИХ
ТРАВ И ВОСПРОИЗВОДСТВО ПЛОДОРОДИЯ
ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТОЙ ПОЧВЫ РЕСПУБЛИКи КОМИ
Специальность 06.01.04 – «Агрохимия»
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата сельскохозяйственных наук
Москва 2010
Работа выполнена в Коми филиале Федерального государственного
образовательного учреждения высшего профессионального образования
«Вятская государственная сельскохозяйственная академия»
и Государственном научном учреждении
«Научно-исследовательский институт сельского хозяйства
Республики Коми Россельхозакадемии»
Научный руководитель – доктор сельскохозяйственных наук
Чеботарев Николай Тихонович
Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук
Лобода Борис Павлович;
кандидат биологических наук
Яковлева Надежда Николаевна.
Ведущая организация – Всероссийский научно-исследовательский
институт агрохимии им. Д.Н. Прянишникова
Защита диссертации состоится « 28 » сентября 2010 г. в 14 часов на заседании диссертационного Совета Д 006.049.01 при Московском научно-исследовательском институте сельского хозяйства «Немчиновка».
Отзывы в 2-х экземплярах, заверенных печатью, направлять по адресу: 143026, Московская область, Одинцовский район, пос. Немчиновка-1, ул. Калинина, дом 1.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.
Автореферат разослан “ “____________ 2010 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета Мерзликин А.С.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. Для Республики Коми характерны, поздние весенние и ранние осенние заморозки, прохладное и короткое лето, что ослабляет рост растений и снижает потребление питательных веществ. Преобладающие здесь подзолистые и дерново-подзолистые почвы имеют низкое естественное плодородие и при значительном сокращении объемов применения агрохимических средств постоянно подвергаются деградационным процессам, которые сопровождаются снижением агрохимических и физико-химических свойств, что подтверждается многими исследованиями (Заболоцкая, 1985; Безносиков, 2002; Елькина, 2006; Чеботарев, 2007). Для воспроизводства продуктивности агроценозов необходима разработка и освоение эффективных систем удобрений сельскохозяйственных культур, обеспечивающих рациональное использование средств химизации и возмещение в почву элементов питания и органического вещества. В связи с этим исследования, посвященные вопросам повышения продуктивности земледелия и воспроизводству плодородия почв Республики Коми, являются актуальными.
Цель и задачи исследований. Цель работы состоит в изучении влияния известкования и минеральных удобрений на продуктивность бобово-злаковых травосмесей и воспроизводство плодородия дерново-подзолистых слабоокультуренных почв.
В задачи исследований входило:
- изучить влияние длительного применения агрохимических средств на физико-химические свойства дерново-подзолистой почвы;
- установить объемы поступления в почву гумуса и элементов питания растений с корневыми и пожнивными остатками бобово-злаковых травосмесей;
- определить изменение содержания органического вещества, фракционно-групповой состав, баланс гумуса и элементов минерального питания в почве;
- выявить влияние минеральных удобрений и известкования на урожайность и кормовую ценность многолетних трав;
- дать экономическую, энергетическую и экологическую оценку применения агрохимических средств при возделывании многолетних трав.
Научная новизна работы. Впервые в условиях Республике Коми на дерново-подзолистых почвах, относящихся к очень холодному подтипу сезонно-промерзающего типа, в условиях короткого периода активных температур изучено влияние длительного применения удобрений и извести на воспроизводство плодородия дерново-подзолистых почв и повышение продуктивности бобово-злаковых травосмесей при постоянном их выращивании.
Установлено, что при длительном возделывании многолетних трав агромелиоранты и минеральные удобрения снижали реакцию почвенной среды, увеличивали содержание и состав органического вещества и элементов минерального питания, улучшали агрохимические и агрофизические свойства и продуктивность дерново-подзолистых почв.
Рассчитан баланс органического вещества и элементов минерального питания при длительном внесении минеральных удобрений по различным фонам извести и постоянном возделывании многолетних трав. Дана экономическая, энергетическая и экологическая оценка применения агрохимических средств в агроценозах Республики Коми.
Практическая значимость. На основании многолетних комплексных исследований предложены агроэкологические подходы к оптимизации воспроизводства плодородия и продуктивности дерново-подзолистых почв в Республике Коми. Установлены эффективные дозы извести (1,0 г.к.) с применением минеральных удобрений в дозах (кг д. в.): азота – 60; фосфора – 75 и калия – 75. Такая система удобрений позволяет создать бездефицитный баланс органического вещества и элементов питания на дерново-подзолистых почвах и повысить эффективность применения агрохимических средств. Урожайность сухого вещества многолетних трав, при рекомендуемой системе удобрений, составила 6,4-6,7 т/га с высоким качеством получаемой продукции.
Апробация работы. Основные результаты исследований доложены на научно-практической конференции (Кострома, 2008) и заседании научно-методического совета Коми филиала ФГОУ ВПО «Вятская государственная сельскохозяйственная академия» (Сыктывкар, 2009 г.).
Публикации. По результатам исследований опубликовано 4 научных статьи, в том числе 3 в журналах, рекомендуемых ВАК РФ для публикации основных научных результатов диссертации.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, выводов и предложения производству; изложена на 102 страницах компьютерного текста, содержит 15 таблиц, 2 рисунка и 4 приложения. Список литературы включает 161 источник, в том числе 11 на иностранных языках.
УСЛОВИЯ И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ
Район исследований расположен в северо-восточной части Русской платформы в Онего-Двинской провинции среднетаежных дерново-подзолистых и подзолистых почв. Почвообразующие породы – покровные и моренные суглинки. Климат территории - умеренно-континентальный, умеренно- холодный. По данным метеостанции г. Сыктывкара в крайне холодные или теплые годы среднегодовая температура воздуха может отклоняться от среднемноголетней величины (+0,4°С), и колеблется от -2°С до +2,5°С.
Дерново-подзолистые почвы средней тайги по температурному режиму относятся к очень холодному подтипу сезонно-промерзающего типа и характеризуются коротким периодом активных температур, небольшими тепловыми ресурсами. Благоприятные для начала вегетации растений температурные условия в слое 0- 20 см наступают во второй половине июня, иногда в начале июля и сохраняются в течение 3 - 4 месяцев. Сумма температур выше 10°С составляет 1454°, мощность зоны активных температур в редкие годы достигает 70-80 см, чаще всего варьирует в интервале 40 – 55 см. Поэтому максимум микронаселения и биологической активности приходится на верхние почвенные горизонты. Пониженные температуры препятствуют также и глубокому проникновению в почву корней растений.
Валовой химический состав освоенных дерново-подзолистых почв указывает на наличие подзолообразовательного процесса. Обезиливание верхней части профиля объясняется в основной процессами разрушения и выноса ила. Облегченная толща относительно обогащена SiO2 и обеднена R2O3, CaO, MgO. В то же время в кислых и ненасыщенных основаниями горизонтах отмечается слабое биогенное накопление железа, кальция, магния, калия, фосфора, азота. Состав гумуса – фульватный. Фракции, связанные с кальцием, отсутствуют. Гумус отличается высокой подвижностью. С подзолообразованием взаимодействуют такие свойства, как низкая емкость поглощения, не насыщенность поглощающего комплекса основаниями, обусловленность обменной кислотности алюминием (свойства не могут взаимодействовать с процессом. Подберите другое слово.)
Методика проведения полевых и лабораторных исследований.
Исследования проводили в 2000-2007 гг. на стационарном опыте в ОПХ “Северное” ГНУ “НИПТИ АПК Республики Коми Россельхозакадемии”, заложенном в 1983 году.
Перед закладкой полевого стационарного опыта агрохимические и физические показатели дерново-подзолистой среднесуглинистой почвы были следующими: гумус – 1,3-1,6 %; pH kcl - 4,1-4,4; Hr - 5,6-6,0; S - 6,3- 7,1 мг-экв./ 100 г почвы; подвижный алюминий – 10,4-12,4; P2O5 - 34-48 и K2O - 72-80 мг/ кг почвы; объемная масса 1,28; удельная масса – 2,78 г/см3. Агрохимические показатели 2000 года представлены в таблице 1.
Схема опыта: без удобрений (контроль); известь 1,0 г.к. (9 т/га); известь 2,0 г.к. (18 т/га); N60P75K75; известь 1,0 г.к. + N60P75K75; известь 2,0 г.к. + N60P75K75. Известняковая мука (пылевидная) содержала 56 % CaO и 0,8 % MgO.
Мелиорант вносили в дозах 9 и 18 т/га одноразово, в 1983 году вручную, под основную обработку почвы, в последующие годы изучали ее последствие без удобрений, так и при ежегодном внесении минеральных удобрений на известкованных почвах. Доза минеральных удобрений составляла N60P75K75. Минеральные удобрения ежегодно вносили в форме аммиачной селитры (34 % д.в.), двойного суперфосфата (45 % д.в.) и хлористого калия (60 % д.в.). При пересеве многолетних трав (2000 и 2005 гг.) удобрения вносили под основную обработку почвы, в другие годы исследований (2001, 2002, 2003, 2004, 2006, 2007 гг.) минеральные удобрения применяли рано весной (в начале вегетации, вносились вручную).
В опыте постоянно возделывалась бобово-злаковая смесь: клевер луговой «Трио», тимофеевка луговая «Северодвинская» и ежа сборная «Хлыновская» (при посеве смеси использовали следующие нормы высева: клевер луговой – 8 кг/га, тимофеевка луговая – 6 кг/га и ежа сборная – 6 кг/га).
Площадь опытной делянки – 100 м2, повторность опыта 4-х кратная.
В работе использовали следующие методы анализов:
-в почве: гумус - ГОСТ 26213- 91, общий азот - ГОСТ 26107 - 84, гидролитическая кислотность- ГОСТ 26212- 91, сумма поглощенных оснований - ГОСТ 27821 - 88, pH в солевой вытяжке - ГОСТ 26483 - 85, подвижный фосфор и обменный калий- ГОСТ 26207- 91, валовый анализ биофильных элементов в почве и удобрениях - абсорбционным и ренгенофлюоресцентным (VRA-33) методами. Кальций и магний- комплекснометрически, лабильные формы гумуса- по схеме Пономаревой- Плотниковой (1982), гранулометрический состав почвы- по Качинскому (1986), объемная и удельная масса почвы- по методике кафедры земледелия ТСХА (Воробьев и др., 1971), наименьшая влагоемкость- методом заливки площадок, влажность устойчивого завядания (ВЗ)- методом проростков по Долгову (1978), разложение клетчатки в почве - по методике И. С. Вострова и А. Н. Петровой (1969).
-в растениях: азот общий-фотоколометрическим методом, сырая клетчатка - по Геннебергу и Штоману (1969), сырая зола - сухим озолением в муфельной печи, фосфор - по Курмису (1974) ванадомолибдатным методом, калий - на пламенном фотометре после сухого озоления, кальций - трилонометрически, кормовые единицы, БЭВ, сырой протеин - расчетным методом, нитратный азот- ионоселективным методом, азот и углерод - методом газовой хроматографии. Урожайные данные, результаты анализов почв и растений обработаны методом дисперсионного анализа (Доспехов, 1985). Учет объемов пожнивно-корневых остатков растений и расчет их количества проводили по методике Лыкова (1982). Наблюдения и исследования в опытах проводили по методикам, изложенным в следующих работах: Агрохимические методы исследования почв. М., Наука, 1985; Доспехов Б. А. Методика полевого опыта. М., 1965; Методика опытов на сенокосах и пастбищах. ВНИИК. М., 1971.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
ВОСПРОИЗВОДСТВО ПЛОДОРОДИЯ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТОЙ ПОЧВЫ
ПРИ ДЛИТЕЛЬНОМ ВОЗДЕЛЫВАНИИ МНОГОЛЕТНИХ ТРАВ.
Изменение физико-химических свойств почв
при использовании удобрений и мелиорантов.
Важнейшее значение в воспроизводстве почвенного плодородия принадлежит минеральным удобрениям, которые в сочетании с другими агрохимическими средствами оказывают многостороннее положительное действие на все важнейшие агрономические показатели и функции почв.
Длительное использование минеральных удобрений по двум фонам извести (1,0 и 2,0 г. к.) оказало эффективное воздействие на агрохимические свойства дерново-подзолистой почвы (табл.1).
Известь, внесенная в почву, способствовала переводу трудно-усвояемых форм элементов питания растений в легкодоступные, снижала кислотность почвы за счет поступления в ППК катионов кальция и магния, замене ими ионов водорода и алюминия, тем самым создавала оптимальные условия для питания растений. Повышение урожайности многолетних трав привело к росту объемов растительных остатков, их гумификации и минерализации, повышению содержания органического вещества и элементов питания растений в почве.
За 8 лет исследований (с 2000 до 2007 гг.) наиболее существенным было увеличение содержания гумуса в вариантах с известью (на 0,1%) и с минеральными удобрениями, внесенными по фону извести (на 0,1%). В вариантах с одними минеральными удобрениями и без удобрений отмечено некоторое снижение содержания гумуса (0,1%), что объясняется подкислением почвы этих вариантов (0,2 ед. pH) за счет внесения физиологически кислых минеральных удобрений и некоторому замедлению процессов гумификации и минерализации растительных остатков в кислой среде.
В вариантах, где почву произвестковали ещё в 1983 году отмечено повышение гидролитической кислотности на 0,6-0,7 мг-экв./100 г почвы. В варианте с внесением извести в дозе по 1,0 г.к. (9 т/га) содержание гидролитической кислотности возвратилось к исходному (1983 г.) состоянию. Это подтверждается и появлением в почве подвижного алюминия (0,1 мг/кг), поэтому наши исследования показали, что доза извести 1,0 г.к. (9 т/га) прекратила свое влияние на снижение обменной и гидролитической кислотности. Вместе с тем доза извести 2,0 г.к. (18 т/га) продолжает эффективно воздействовать на почву. Здесь наблюдалось небольшое подкисление (на 0,7 мг-экв./100 г) почвы.
Таблица 1
Изменение агрохимических свойства дерново-подзолистой почвы (0-20 см) за годы исследований.
| Вариант | Гумус, % | pHkcl | Hr | Al | P2O5 | K2O | ||||||||||||
| мг-экв./100 г почвы | мг/100 г почвы | мг/ кг почвы | ||||||||||||||||
| 1983 г. | 2000 г. | 2007 г. | 1983 г. | 2000 г. | 2007 г. | 1983 г. | 2000 г. | 2007 г. | 1983 г. | 2000 г. | 2007 г. | 1983 г. | 2000 г. | 2007 г. | 1983 г. | 2000 г. | 2007 г. | |
| Без удобрений | 1,6 | 1,7 | 1,6 | 4,1 | 4,1 | 4,2 | 5,8 | 6,6 | 6,2 | 10,4 | 0,2 | 0,4 | 34 | 37 | 28 | 77 | 64 | 53 |
| Известь 1 г.к. (9 т/га) | 1,6 | 1,7 | 1,7 | 4,2 | 4,8 | 4,6 | 5,6 | 4,9 | 5,5 | 11,5 | 0,0 | 0,1 | 41 | 39 | 37 | 49 | 46 | 41 |
| Известь 2 г.к. (18 т/га) | 1,5 | 1,7 | 1,8 | 4,2 | 5,0 | 4,8 | 5,7 | 4,1 | 4,8 | 12,2 | 0,0 | 0,0 | 43 | 41 | 35 | 66 | 57 | 46 |
| N60P75K75 | 1,4 | 1,3 | 1,3 | 4,3 | 4,2 | 4,1 | 5,8 | 6,8 | 7,3 | 10,8 | 0,1 | 1,2 | 32 | 126 | 144 | 62 | 92 | 112 |
| Известь 1 г.к. + N60P75K75 | 1,5 | 1,6 | 1,7 | 4,1 | 5,1 | 4,9 | 5,6 | 4,8 | 5,3 | 12,4 | 0,0 | 0,0 | 44 | 138 | 156 | 74 | 88 | 124 |
| Известь 2 г.к. + N60P75K75 | 1,3 | 1,6 | 1,7 | 4,3 | 5,2 | 5,0 | 6,0 | 5,2 | 5,6 | 11,7 | 0,0 | 0,0 | 37 | 145 | 184 | 57 | 108 | 141 |
Применение минеральных удобрений по известкованной почве способствовало также незначительному небольшому подкислению почвы (на 0,4-0,5 мг-экв./100 г почвы), содержание подвижного алюминия отсутствовало. В вариантах без удобрений и полного минерального удобрения, в последние годы (2000-2007 гг.), отмечено значительное подкисление почвы из-за значительного выноса кальция и внесения физиологически кислых минеральных удобрений. По содержанию подвижного фосфора и калия в варианте без удобрений и двух доз извести отмечено их снижение в почве, это означает, что вынос и вымывание элементов питания превышало их поступление в почву.
В вариантах применения минеральных удобрений по фону извести наблюдалось увеличение содержания фосфора (на 18-40) и калия (на 35-40 мг/кг почвы) из-за минерализации растительных остатков многолетних трав и поступления с минеральными удобрениями.
Таким образом, самым оптимальным приемом удобрения многолетних трав является ежегодное применение минеральных удобрений (N60P75K75) при периодическом внесении извести (1 раз в 25 лет) и, при котором происходит значительное накопление органического вещества, элементов питания растений и снижение кислотности дерново-подзолистых почв. Установлено улучшение физических свойств почвы: – снижение объемной массы на 0,20 – 0,40 и удельной массы на 0,20 – 0,25 г/см3, повышение общей порозности (на 0,8 – 1,0 %) и порозности аэрации (на 3,0 – 3,2 %).
Здесь дать таблицу и её описание по вертикальной миграции питательных веществ в почве (взять из приложений).
Влияние удобрений и извести на поступление в почву гумуса
и элементов питания с растительными остатками.
В наших исследованиях поступление органического вещества в почву осуществлялось только с растительными остатками многолетних трав. Ежегодно в пахотный слой почвы поступало 0,31 – 0,86 т/га гумуса. Установлено, что на известкованных почвах происходит накопление гумуса (0,50 – 0,67 т/га), при внесении минеральных удобрений по фону известкования в почве происходило наибольшее увеличение содержания органического вещества в почве (0,81 – 0,86 т/га), что можно объяснить значительными объемами поступления корне-пожнивных остатков и их трансформацией в почве. При внесении одних минеральных удобрений наблюдалось небольшое накопление гумуса (0,36 т/га). В варианте без удобрений гумуса поступало в почву 0,31 т/га (табл.2).
Использование двух доз извести увеличивало объемы поступления элементов питания в почву за счет повышения массы растительных остатков: углерода – 986-1288; азота – 42-55; фосфора – 17-24; калия – 46-62 кг/га.
Таблица 2
Количество гумуса, углерода, азота, фосфора и калия ежегодно поступающее в слой почвы 0-20 см с растительными остатками многолетних трав (ср. за 2000-2007 гг.), кг/га
| Вариант | Гумус, т/га | С | N | P2O5 | K2O | C:N |
| Без удобрений | 0,31 | 786 | 33,1 | 13,3 | 35,2 | 24:1 |
| Известь 1 г.к. (9 т/га) | 0,50 | 986 | 42,3 | 17,4 | 45,9 | 23:1 |
| Известь 2 г.к. (18 т/га) | 0,67 | 1288 | 55,5 | 24,4 | 61,8 | 23:1 |
| N60P75K75 | 0,36 | 1388 | 57,7 | 26,9 | 67,1 | 24:1 |
| Известь 1 г.к. + N60P75K75 | 0,81 | 1580 | 68,8 | 30,1 | 82,8 | 23:1 |
| Известь 2 г.к. + N60P75K75 | 0,86 | 1632 | 77,7 | 34,1 | 93,1 | 21:1 |
Максимальное количество элементов минерального питания растений за счет поступления растительных остатков получены при использовании минеральных удобрений по двум фонам извести: углерода – 1580-1632; азота – 69-78; фосфора – 30-34 и калия – 83-93 кг/га, что в 2-3 раза превышало содержание этих элементов в растительных остатках контрольного варианта.
Соотношение углерода к азоту в корне-пожнивных остатках приближалось к оптимальному и составляло 21-24:1.
В опыте на слабоокультуренной и среднеокультуренной дерново-подзолистой почве средней тайги в Республике Коми (Заболоцкая, 1985) установлено, что растительные остатки злаковых трав и однолетних трав за один год разлагались (минерализовались) на 36-45 и 42-67% соответственно. Корне-пожнивные остатки, полученные на удобренных делянках, разлагались на 10-15% больше, чем на контроле, что указывает на более высокую эффективность целлюлозоразлагающих микроорганизмов в почве. Приведенные исследования идентичны по скорости минерализации растительных остатков в нашем опыте.
Фракционно-групповой состав и баланс органического
вещества в дерново-подзолистой почве.
Многолетнее применение минеральных удобрений и извести способствовало повышению содержания в составе гумуса фракций гуминовых кислот и снижению фракций фульвокислот (табл. 3).
Таблица 3
Содержание гумуса, его групповой и фракционный состав в пахотном слое (0- 20 см) дерново-подзолистой почвы при длительном применении агрохимических средств, % к Собщ., 2007 г.
| Вариант | Содер- жание гумуса, % | С, % | Гуминовые кислоты | Фульвокислоты | Сгк : Cфк | Негидро- лизу- емый остаток | |||||||
| фракции | фракции | ||||||||||||
| 1 | 2 | 3 | Сум- ма | 1a | 1 | 2 | 3 | Сум- ма | |||||
| Без удобрений (контроль) | 1,6 | 0,38 | 10,4 | 1,7 | 5,2 | 17,3 | 3,7 | 1,5 | 18,6 | 19,0 | 42,8 | 0,4 | 37,6 |
| Известь 1 г.к. (9 т/га) | 1,7 | 0,35 | 11,8 | 2,8 | 5,9 | 20,5 | 2,8 | 1,4 | 19,2 | 19,6 | 43,0 | 0,5 | 36,6 |
| Известь 2 г.к. (18 т/га) | 1,8 | 0,41 | 10,9 | 3,1 | 7,7 | 21,7 | 2,7 | 1,4 | 18,6 | 19,8 | 42,5 | 0,5 | 34,2 |
| N60P75K75 | 1,3 | 0,39 | 9,8 | 4,6 | 6,4 | 20,8 | 3,0 | 1,6 | 18,5 | 17,0 | 40,1 | 0,5 | 35,8 |
| Известь 1 г.к. + N60P75K75 | 1,7 | 0,42 | 8,8 | 7,0 | 9,7 | 25,5 | 2,0 | 1,5 | 16,9 | 20,6 | 41,0 | 0,6 | 33,7 |
| Известь 2 г.к. + N60P75K75 | 1,7 | 0,37 | 9,4 | 7,7 | 10,8 | 27,9 | 1,8 | 1,4 | 16,6 | 18,8 | 38,6 | 0,7 | 31,6 |
Существенно повысилось содержание наиболее ценной фракции гуминовых кислот - ГК- 2 (с 1,7 до 7,7%), которая связана с кальцием и магнием в пахотном горизонте почвы. Незначительно снизилась фракция ГК-1, связанная с несиликатными формами полуторных окислов, не способная удерживать кальций и имеющая, по мнению Пономаревой и Плотниковой (1980), кислую среду и ограниченное биостимулирующее влияние на рост растений. Более чем в два раза повысилось содержание гуминовой фракции (с 5,2 до 10,8%) ГК-3, которая связана с минеральными кислотами и основаниями и образуют комплексы с Fe и Al.
Наиболее примечательно, что значительно снизилась (с 3,7 до 1,8%) наиболее агрессивная, кислая фракция ФК - 1а, соотношение углерода гуминовых и фульвокислот, в вариантах совместного использования полного минерального удобрения и извести, расширилось до 0,6- 0,7, тогда как в вариантах без удобрений и с минеральными удобрениями оно осталось прежним (0,4-0,5).
Произошел сдвиг в гуматную сторону, что указывает на повышение качества гумуса. В соответствии с классификацией Д. С. Орлова (1985) гумус почвы из фульватного (соотношение Сгк:Сфк – до 0,5) перешел в гуматно- фульватный (0,5-1,0) и стал менее подвижен, что очень важно для сохранения плодородия почв.
Наши исследования показали, что содержание гумуса в почве вариантов опыта было 1,3-1,8%, запасы гумуса составили 33,8-46,8 т/га (табл.4). Растительных остатков в почву поступало 2,3-4,8 т/га, наибольшее их количество (4,5-4,8 т/га) получено при ежегодном применении минеральных удобрений по фону извести. Поступление гумуса в почву из корне-пожнивных остатков составило 0,31-0,86 т/га, применение минеральных удобрений на известкованных почвах – 0,81-0,86 т/га, известкованных делянках – 0,50-0,67 т/га, на минеральном фоне – 0,36 т/га и варианте без удобрений – 0,31 т/га. Минерализация гумуса почвы в опыте составила 0,29-0,44 т/га. Расчеты баланса гумуса показали, что наибольшее количество гумуса поступает в почву при применении минеральных удобрений по фону известкования (+0,52-0,57 т/га), на известкованных делянках - +0,21-0,37 т/га, на минеральном фоне создавался небольшой отрицательный баланс гумуса (- 0,08 т/га) и варианте без удобрений он был нулевым, т.е. приход и минерализация гумуса были равными.
Значительный положительный баланс установлен при использовании минеральных удобрений по фону извести и составил: по азоту 48-53, фосфору – 65-67, калию – 33-37 кг/га соответственно.
Таблица 4
Баланс гумуса в почве опытного участка (ср. за 2000-2008 гг.)
| Вариант | Содержание гумуса,% | Запасы гумуса, т/га | Поступление растительных остатков, т/га | Приход гумуса из растительных остатков, т/га | Минера-лизация гумуса, т/га | Баланс гумуса, т/га ± |
| Без удобрений (контроль) | 1,6 | 41,6 | 2,3 | 0,31 | 0,31 | 0,00 |
| Известь 1 г.к. (9 т/га) | 1,7 | 44,2 | 2,8 | 0,50 | 0,29 | +0,21 |
| Известь 2 г.к. (18 т/га) | 1,8 | 46,8 | 3,7 | 0,67 | 0,30 | +0,37 |
| N60P75K75 | 1,3 | 33,8 | 2,9 | 0,36 | 0,44 | -0,08 |
| Известь 1 г.к. + N60P75K75 | 1,7 | 44,2 | 4,5 | 0,81 | 0,29 | +0,52 |
| Известь 2 г.к. + N60P75K75 | 1,7 | 44,2 | 4,8 | 0,86 | 0,29 | +0,57 |
Влияние известкования и минеральных удобрений на урожайность и химический состав бобово-злаковых травосмесей.
Применение минеральных удобрений на известкованных почвах (1,0 и 2,0 г.к.) повышало урожайность зеленой и сухой массы бобово-злаковых травосмесей (табл.5). Средняя урожайность на вариантах применения агрохимических средств составила 19,9-30,7 т/га сырой массы или 4,2-6,7 т/га сухого вещества. В контрольном варианте она равнялась 13,4 и 3,7 т/га соответственно.
Таблица 5
Урожайность многолетних трав, т/га
| Вариант | 2000 г. | 2001 г. | 2002 г. | 2003 г. | 2004 г. | 2005 г. | 2006 г. | 2007 г. | Средняя урожайность за 8 лет | Прибавка к контролю, % |
| Без удобрений (контроль) |  |  |  |  |  |  |  |  |  | - |
| Известь 1 г.к. (9 т/га) |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |
| Известь 2 г.к. (18 т/га) |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |
| N60P75K75 |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |
| Известь 1 г.к. + N60P75K75 |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |
| Известь 2 г.к. + N60P75K75 |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |
| НСР0,5 |  |  |  |  |  |  |  |  |
* числитель – урожайность зеленой массы
знаменатель – сухого вещества
Отмечено на делянках последействия известковых материалов показатели урожайности составили 19,9-24,0 т/га сырой массы трав или 4,2-5,3 т/га сухого вещества. Установлено, что последние два года проведения исследований (2006-2007 гг.) урожайность варианта известь 1,0 г.к. резко снижалась до значений варианта без удобрений и получена в количестве 18,8-20,3 т/га сырой массы и 4,2-4,5 т/га сухой массы. Особенно в 2007 году урожайность не превышала значений контрольного варианта (18,8 т/га сырой массы и 4,2 т/га сухого вещества). Как указано выше в почве указанного варианта значительно повышалась обменная и гидролитическая кислотность, в почве появился подвижный алюминий, что указывает на то, что доза извести прекратила нейтрализовать все формы кислотности и не способствовала поступлению элементов питания растений в почву. Произошло сильное подкисление почвы и требуется внесение дополнительной дозы извести.
В годы пересева травосмесей (2000 и 2005 гг.) получена небольшая урожайность трав (12,5-21,0 т/га сырой массы и 2,8-4,6 т/га сухого вещества), в другие годы проведения опыта она была в 2-3 раза выше. Известь в высокой дозе (2,0 г.к. – 18 т/га) продолжала эффективно влиять на урожайность бобово-злаковых травосмесей. Применение минеральных удобрений повышало среднюю урожайность (25,3 т/га зелёной массы и 5,4 т/га сухого вещества) до уровней, сопоставимых с последействием дозы извести в 2,0 г.к. (24,0 т/га з.м. и 5,3 т/га с.в.).
Наибольшая урожайность многолетних трав получена при ежегодном внесении минеральных удобрений (N60P75K75) на фоне последействия двух доз (1,0 и 2,0 г.к.) извести и составила 28,1-30,7 т/га сырой массы (6,4-6,7 т/га с.в.) и превышала контрольный вариант на 110-119 и 72-81 % соответственно.
Большое значение для кормления животных имеет качество получаемой продукции. Изучение химического состава многолетних трав показало, что внесение полного минерального удобрения снижало содержание сухого вещества на 2 % по сравнению с контролем (табл. 6).
В сене многолетних, выращенных на известкованных делянках количество сухого вещества составило 22,2-22,6 %, на вариантах применения минеральных удобрений по фону извести – 21,8-22,7 %, в контрольном варианте его содержание было 23,7 %.
Содержание азота с повышением доз удобрений увеличивалось. В многолетних травах, полученных на известкованных делянках, содержание азота равнялось 1,77-1,84 %, варианте с полным минеральным удобрением – 1,91 %, внесение минеральных удобрений по фону извести повысило его содержание до 1,96-2,23 % (в контроле – 1,65 %). С повышением содержания азота в корме увеличивалось и содержание сырого протеина. Наибольшее его количество получено при использовании минеральных удобрений по фону извести и составило 12,3-13,9 %, в варианте без удобрений – 10,3 %.
Таблица 6
Химический состав многолетних трав, % на сухое вещество
(среднее за 2000-2007 гг.)
| Вариант | Сухое вещество | Азот | Сырой протеин | Фосфор | Калий | Кальций | Нитраты мг/кг сырой массы |
| Без удобрений (контроль) | 23,7 | 1,65 | 10,3 | 0,72 | 2,03 | 0,68 | 95 |
| Известь 1 г.к. (9 т/га) | 22,6 | 1,77 | 11,1 | 0,76 | 2,06 | 0,72 | 104 |
| Известь 2 г.к. (18 т/га) | 22,2 | 1,84 | 11,5 | 0,78 | 2,18 | 0,76 | 116 |
| N60P75K75 | 21,4 | 1,91 | 11,9 | 0,89 | 2,66 | 0,78 | 148 |
| Известь 1 г.к. + N60P75K75 | 22,7 | 1,96 | 12,3 | 0,91 | 2,82 | 0,77 | 137 |
| Известь 2 г.к. + N60P75K75 | 21,8 | 2,23 | 13,9 | 0,94 | 2,93 | 0,79 | 149 |
Содержание фосфора, калия и кальция наиболее существенно повышалось в сене вариантов использования минеральных удобрений на известкованных почвах и составило: 0,91-0,94%, 2,82-2,93% и 0,77-0,79% соответственно, в контрольном варианте их количество было: 0,72; 2,03; и 0,68%. По другим вариантам содержание минеральных элементов в травах повышалось в меньшей степени. Содержание нитратов в сене многолетних трав (95-149 мг/кг) не превышало ПДК (1000 мг/кг).
Наибольший сбор кормовых единиц (4,3-4,5 т/га) получен при применении минеральных удобрений по фону извести, сырого протеина о,53-0,62 т/га, в вариантах известкованных почв – 3,3-3,7 т/га; 0,37-0,42 т/га соответственно, на контрольном варианте – 2,6 т/га и 0,27 т/га.
Таким образом, наши многолетние исследования показали, что оптимальным приемом удобрения многолетних трав, является периодическое внесение извести (1 раз в 25 лет) в дозе 1,0 г.к. и ежегодным использованием минеральных удобрений (N60P75K75). При таком способе удобрения получена максимальная урожайность трав и способствовало повышению плодородия дерново-подзолистой слабоокультуренной почвы. Повышалось содержание сырого протеина, фосфора и калия. Содержание нитратов не превышала ПДК. Сбор кормовых единиц составил 4,3-4,5 т/га, сырого протеина – 0,53-0,62 т/га.
Экономическая и биоэнергетическая оценка применения
агрохимических средств в агроценозах
Современное сельскохозяйственное производство является одним из основных потребителей энергии. На производство сельскохозяйственной продукции используется энергия солнца, потребляемая растениями в процессе фотосинтеза, и энергия, затраченная на производство и применение минеральных и органических удобрений, пестицидов, а также энергия горюче-смазочных материалов, используемая для обработки почвы, ухода за посевами, уборки и подработки урожая.
Биоэнергетическая оценка использования органических удобрений позволяет сравнить различные их дозы с минеральными удобрениями, а также совместное применение удобрений и извести способствует разработке энергетически обоснованных технологий использования средств химизации в земледелии региона. Энергетическая оценка подразумевает определение соотношения количества энергии, аккумулированной в урожае в процессе фотосинтеза и совокупных затрат энергии, вкладываемой в производство продукции растениеводства.
С целью изучения сравнительной энергетической эффективности применения минеральных удобрений и извести нами выполнен анализ энергетической оценки применения удобрений и мелиорантов при выращивании многолетних трав в 2000-2007 годах.
Многолетние исследования показали высокую энергетическую эффективность использования минеральных удобрений и известковых материалов (табл.7).
Наибольшая валовая и обменная энергия многолетних трав получена при ежегодном применении минеральных удобрений на известкованной почве и составила 79-87 и 59-67 ГДж/га, энергозатраты – 16-17 ГДж/га. Коэффициент энергоотдачи равнялся 3,7-3,9. На известкованных делянках валовая энергия была 57-65, обменная энергия – 41-47 ГДж/га, энергетический коэффициент составил 2,4-2,6 единицы, что в 1,5 раза ниже, чем в варианте внесения минеральных удобрений по фону извести.
В контрольном варианте коэффициент энергоотдачи составил 2,0 и на минеральном фоне – 2,9 единицы.
На основании многолетних исследований можно утверждать, что по расчету энергетической эффективности использования агрохимических средств самым эффективным является вариант ежегодного применения минеральных удобрений на известкованных почвах.
Таблица 7
Энергетическая эффективность применения извести и минеральных удобрений (ср. за 2000-2007 гг.)
| Варианты | Урожайн. сухого в-ва (ср. за год), т/га | Валовая энергия | Обменная энергия | Энергоза- траты | Коэффициент энергоотдачи, ед. |
| ГДж/га | |||||
| Без удобрений (контроль) | 3,7 | 49,2 | 32,1 | 16,1 | 2,0 |
| Известь 1 г.к. (9 т/га) | 4,8 | 56,8 | 41,4 | 17,3 | 2,4 |
| Известь 2 г.к. (18 т/га) | 5,3 | 65,5 | 47,5 | 18,2 | 2,6 |
| N60P75K75 | 5,4 | 59,8 | 40,7 | 14,2 | 2,9 |
| Известь 1 г.к. + N60P75K75 | 6,4 | 78,8 | 58,6 | 15,8 | 3,7 |
| Известь 2 г.к. + N60P75K75 | 6,7 | 87,5 | 67,3 | 17,3 | 3,9 |
В качестве основного, при оценке экономической эффективности применения минеральных удобрений и мелиорантов, используется метод сопоставления величин дополнительного урожая, полученного в результате использования агрохимических средств и затрат на их внесение. Разница этих показателей в стоимостном выражении представляет прибыль, а отношение прибыли к затратам – окупаемость (рентабельность) дополнительных расходов на средства химизации.
Для расчетов экономической эффективности агрохимических средств нами использовались отпускные цены на удобрения и известь, а также фактические затраты на их внесение. Учитывалась розничная цена сена многолетних трав, сложившаяся в Республике Коми.
Экономическими расчетами установлено, что наибольший условный чистый доход от ежегодного применения минеральных удобрений на известкованных почвах составил 17-19 тысяч рублей с 1 гектара (табл.8). Затраты равнялись 10-11 тысяч рублей с 1 гектара. Выручка от продажи сена многолетних трав – 27-30 тыс. рублей с 1 га.
На известкованных делянках доход равнялся 10-14 тыс. рублей с 1 га, затраты на покупку и внесение агрохимических средств – 1-2 тыс. рублей с 1 га (затраты распределены на 25 лет), выручка от продажи сена – 11-16 тыс. рублей с 1 га. На минеральном фоне доход равнялся 8,2 тыс. рублей, затраты – 9 тыс. рублей, выручка от реализации дополнительного урожая трав – 17 тыс. рублей с 1 га.
Таблица 8
Экономическая эффективность агрохимических средств
при возделывании многолетних трав
(в ср. за 2000-2007 гг.)
| Варианты | Внесено удобрений на 1 га (кг д.в., т/га) | Затраты на удобрения на 1 га, тыс. рублей | Выручка от реализации дополнительного урожая трав, тыс. рублей | Условный чистый доход, тыс. рублей |
| Без удобрений (контроль) | - | - | - | - |
| Известь 1 г.к. (9 т/га) | 9,0 т | 1,2 | 11,0 | 9,8 |
| Известь 2 г.к. (18 т/га) | 18 т | 2,4 | 16,0 | 13,6 |
| N60P75K75 | 700 кг физ. веса | 8,8 | 17,0 | 8,2 |
| Известь 1 г.к. + N60P75K75 | 9,0 т + 700 кг физ. веса | 10,0 | 27,0 | 17,0 |
| Известь 2 г.к. + N60P75K75 | 18,0 + 700 кг физ. веса | 11,2 | 30,0 | 18,8 |
* Расчеты выполнены в ценах 2007 года.
Выводы
1. Дерново-подзолистые почвы центральной части Республики Коми характеризуются преимущественно низким естественным плодородием, дефицитом органического вещества и доступных растениям элементов питания. Недостаток органических и минеральных удобрений в хозяйствах не позволяет обеспечить воспроизводство оптимального гумусового состояния почв, что требует освоения адаптивных систем земледелия, в которых воспроизводство гумуса происходило бы вследствие расширения посевов многолетних трав и кормовых культур.
2. Длительное возделывание многолетних трав (2000-2007 гг.) и применение минеральных удобрений на известкованных почвах оказало положительное влияние на агрофизические и агрохимические свойства слабоокультуренной дерново-подзолистой почвы. Наиболее значительным было повышение содержания гумуса (на 0,1%), повышение обменной (на 0,1-0,2 ед. рН), гидролитической (на 0,2-0,8 мг-экв./100 г почвы) кислотности, повышение количества подвижного фосфора (на 20-40 мг/кг) и калия (на 30-40 мг/кг почвы), снижение объемной (на 0,18-0,26 г/см3) и удельной массы (на 2,66-2,70 г/см3), повысились – объемная порозность (на 0,8-1,1%) и порозность аэрации (на 2,4-3,2%) почвы. По другим вариантам свойства почвы были менее значительными.
3. Применение полного минерального удобрения и извести под многолетние травы способствовало созданию положительного баланса гумуса за счет поступления и трансформации в почве корне-пожнивных остатков (4,5-4,8 т/га) и образованию дополнительных элементов питания растений. При такой системе удобрений ежегодный баланс гумуса составил +0,52-0,57 т/га, на известкованных почвах он равнялся +0,21-0,37 т/га, в варианте без удобрений он был нулевым.
4. Изучение группового и фракционного состава органического вещества показало, что в гумусе пахотного горизонта почвы, в результате применения средств химизации происходило снижение доли фульвокислот и повышалось содержание гуминовых кислот (особенно фракции ГК – 2, прочно связанной с Ca и Mg), что свидетельствует об улучшении качества органического вещества дерново-подзолистых почв при таком земледельческом использовании.
5. Ежегодное применение минеральных удобрений на известкованных почвах обеспечивало высокую эффективность их использования под многолетние травы. Средняя урожайность за 2000-2007 гг. получена 6,4-6,7 т/га сухого вещества и превышало вариант без удобрений на 72-81 %, при этом в почве создавался положительный баланс основных элементов питания растений. На известкованных почвах урожайность составила 4,5-5,3 т/га (на 22-44 % выше контроля), но наблюдался отрицательный баланс азота, фосфора и калия в почве. Урожайность на контрольном варианте равнялась 3,7 т/га сухого вещества.
6. В результате исследований нами установлено, что минеральные удобрения и известь улучшали качество многолетних трав. Содержание сырого протеина достигало 12-14 %, фосфора – 0,94, калия – 2,93 и кальция – 0,79 %, что указывает на высокое качество сена многолетних травосмесей (в 1 кг сена содержалось 0,7-0,8 кормовых единиц), сбор сырого протеина составил 0,52-0,62 т/га.
7. Биоэнергетическая оценка использования минеральных удобрений на известкованных почвах при возделывании многолетних трав показала их высокую эффективность. Обменной энергии трав получено 59-67 ГДж/га, энергозатраты составили 16-17 ГДж/га. Энергетический коэффициент получен в количестве 3,7-3,9, на известкованных почвах – 2,4-2,6, в контроле – 2,0 единицы.
8. Расчеты экономической эффективности агрохимических средств показали, что для удобрения бобово-злаковых травосмесей целесообразно ежегодное внесение минеральных удобрений на известкованных почвах (известь 1,0 г.к., 1 раз в 25 лет). При таком приеме удобрения многолетних трав получен высокий условно чистый доход (17-19 тыс. рублей с 1 га), на известкованных делянках – 10-14 тыс. рублей с 1 га и на минеральном фоне – 8,2 тыс. рублей с 1 га.
Предложение производству
Для повышения плодородия дерново-подзолистых сильнокислых слабоокультуренных почв и получения значительных урожаев (6,5-7,0 т/га сена) многолетних трав с высоким качеством в Республике Коми рекомендуется периодически проводить известкование доломитовой или известняковой мукой (1 раз в 25 лет, дозой 1,0 г.к.) и ежегодно применять полное минеральное удобрение (N60P75K75).
СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ
1. Чеботарев Н.Т., Бубнова В.Н. Влияние длительного применения минеральных удобрений и извести на воспроизводство плодородия и продуктивность дерново-подзолистой почвы // Агрохимия. М., 2008, № 7. с. 18-21.
2. Чеботарев Н.Т., Бубнова В.Н., Булатова Н.В. Воспроизводство плодородия дерново-подзолистых почв на Севере // Земледелие. - М., – 2008, № 3. - с.23-24.
3. Чеботарев Н.Т., Бубнова В.Н., Булатова Н.В., Хомченко А.А. Эффективность минеральных удобрений и мелиорантов в агроценозах средней тайги Европейского Северо-Востока // Материалы научно-практической конференции к 60-летию ГНУ «Костромской НИИСХ». Кострома, 2008. с. 266-269.
4. Чеботарев Н.Т., Найдёнов Н.Д., Бубнова В.Н. Влияние минеральных удобрений и извести на содержание, фракционный состав и баланс гумуса в дерново-подзолистых почвах // Аграрная наука. М., 2010, № 4, с. 11-13.
