Влияние систем удобрений на гумусовое состояние дерново-подзолистых суглинистых почв среднего предуралья
На правах рукописи
Юскин Алексей Александрович
Влияние систем удобрений на гумусовое состояние дерново-подзолистых суглинистых почв
Среднего предуралья
Специальность 06.01.04
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
кандидата сельскохозяйственных наук
Ижевск 2009
Работа выполнена на кафедре агрохимии и почвоведения ФГОУ ВПО «Ижевская государственная сельскохозяйственная академия» в 1998-2009 гг.
| Научный руководитель: | кандидат сельскохозяйственных наук, доцент В.И. Макаров |
| Официальные оппоненты: | доктор биологических наук, старший научный сотрудник А.В. Пасынков; |
| кандидат сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник А.И. Безносов |
| Ведущая организация: | ФГОУ ВПО «Пермская государственная сельскохозяйственная академия имени академика Д. Н. Прянишникова» |
Защита диссертации состоится 3 ноября 2009 г. в 1000 час. на заседании диссертационного совета ДМ 220.030.02 при ФГОУ ВПО «Ижевская государственная сельскохозяйственная академия» по адресу: 426069, г. Ижевск, ул. Студенческая, 11.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «Ижевская государственная сельскохозяйственная академия», с авторефератом на официальном сайте www.izhgsha.ru
Автореферат разослан 2 октября 2009 г.
Ученый секретарь диссертационного совета,
кандидат сельскохозяйственных наук, доцент Т.Ю. Бортник
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность исследований. Наиболее значимым показателем плодородия земель являются гумусовые вещества, которые определяют особенности функционирования свойств и режимов почв, влияя прямо или косвенно на продуктивность сельскохозяйственных культур. Гумусированность агроземов связана не только с генезисом определенных типов почв, вовлеченных в пашню, но и в значительной степени с хозяйственной деятельностью предприятий. Изучение влияния извести, органических удобрений и агрохимикатов на количественный и качественный состав гумуса дерново-подзолистых почв наиболее полно раскрывается в исследованиях, проводимых только в длительных опытах, и имеет большое научное и практическое значение.
К настоящему времени предлагаются различные методы и подходы к изучению гумусового состояния, которые позволяют установить агрономическое значение отдельных компонентов органического вещества почвы. Тем не менее, на сегодняшний день не решена проблема оптимизации гумусового состояния почв, не разработаны оптимальные параметры количественного и качественного состава органического вещества, обеспечивающие получение высоких и стабильных урожаев сельскохозяйственных культур.
Номер государственной регистрации темы исследований 01.82.0091916.
Цель и задачи исследований.
Цель исследований – изучить влияние различных систем удобрений на гумусовое состояние дерново-подзолистых суглинистых почв, используя современные методы исследований органического вещества и выявить его связь с продуктивностью сельскохозяйственных культур в севооборотах.
В соответствии с целью исследований были поставлены следующие задачи:
- Установить влияние способов заделки соломы и сидератов на количественные и качественные характеристики гумусовых веществ почвы.
- Выявить действие систем удобрений на содержание, динамику, распределение по профилю и запас гумуса и лабильного органического вещества (ЛОВ) в дерново-подзолистых почвах
- Исследовать длительное действие извести, органических и минеральных удобрений на фракционно-групповой состав гумуса дерново-подзолистых почв.
- Определить связь урожайности сельскохозяйственных культур с количественными параметрами гумусового состояния почв.
- Оценить методы исследований органического вещества почвы с целью их применения для характеристики плодородия дерново-подзолистых суглинистых почв.
- Рассчитать энергоемкость гумусовых веществ дерново-подзолистых суглинистых почв и влияние системы удобрений на данный показатель.
- Установить агрономическую, экономическую и энергетическую эффективность возделывания сельскохозяйственных культур в зернопропашном севообороте при различных системах удобрения.
Научная новизна.
Впервые для условий Среднего Предуралья изучено влияние способов заделки соломы и сидератов на содержание ЛОВ и гумуса в почве. Исследованиями выявлены результаты длительного действия извести, органических и минеральных удобрений на фракционно-групповой состав и запас гумуса в дерново-подзолистых суглинистых почвах. Впервые рассчитаны энергетические параметры количественных показателей гумусового состояния дерново-подзолистых суглинистых почв для условий Среднего Предуралья – запасов гумуса и лабильных форм органического вещества. Установлена связь урожайности сельскохозяйственных культур с содержанием гумуса и ЛОВ.
Практическая значимость и реализация результатов исследований.
На основе экспериментальных данных предложены системы удобрений в полевых севооборотах, обеспечивающие оптимальное гумусовое состояние дерново-подзолистых почв.
Рекомендована система удобрений сельскохозяйственных культур в зернопаровом севообороте, обеспечивающая высокую агрономическую, энергетическую и экономическую эффективность производства продукции растениеводства.
Результаты исследований могут быть использованы при разработке систем удобрений в адаптивно-ландшафтных системах земледелия, для увеличения содержания органического вещества в дерново-подзолистых суглинистых почвах в условиях Среднего Предуралья.
Исследованиями установлены причины и величины систематической и случайной погрешностей определения содержания общего органического вещества в почве по методу Тюрина в модификации Симакова, предложены приемы для повышения точности и сходимости результатов анализа.
Полученные экспериментальные данные используются в учебном процессе по агрономическим дисциплинам при подготовке и переподготовке специалистов сельского хозяйства в ФГОУ ВПО Ижевская ГСХА.
Положения, выносимые на защиту.
- влияние способов заделки соломы и сидератов на количественные и качественные характеристики гумусовых веществ почвы;
- длительность действия извести, органических и минеральных удобрений на фракционно-групповой состав, запас гумуса и лабильного органического вещества дерново-подзолистых суглинистых почв;
- связь урожайности сельскохозяйственных культур с количественными параметрами гумусового состояния почв;
- усовершенствование методики определения содержания общего органического вещества в почве по методу Тюрина в модификации Симакова;
- энергетическая оценка гумусового состояния дерново-подзолистых суглинистых почв;
- агрономическая, экономическая и энергетическая эффективность возделывания сельскохозяйственных культур в зернопропашном севообороте при различных системах удобрения.
Апробация работы и публикации результатов исследований.
Основные результаты исследовательской работы доложены на Всероссийских научно-практических конференциях в ФГОУ ВПО Ижевская ГСХА (2000, 2002, 2003, 2004, 2006, 2008), ФГОУ ВПО Санкт-Петербургский ГАУ (1999), ФГОУ ВПО Пензенская ГСХА (2008), Международной научно-практической конференции в ФГОУ ВПО Нижегородская ГСХА (2008), Международной конференции молодых ученых и специалистов в ВНИИА им. Д.Н. Прянишникова (2009). По теме диссертации опубликовано 12 печатных работ, в том числе 3 – в журналах, включенных в перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий ВАК.
Объем и структура работы.
Диссертационная работа состоит из введения, 6 глав, выводов и рекомендаций производству, списка использованных источников (343 наименований, из них 19 – на иностранных языках), 23 приложения. Основной материал изложен на 157 страницах компьютерной верстки, включает 41 таблицу и 8 рисунков.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Раздел 1 Состояние изучаемых вопросов
В разделе на основе публикаций отечественных и зарубежных авторов изложены вопросы гумусового состояния почв. Рассмотрено влияние извести, органических и минеральных удобрений на содержание, фракционно-групповой состав и запас гумуса и ЛОВ дерново-подзолистых почв. Приведена сравнительная оценка методов изучения гумусовых веществ почвы.
Раздел 2 Место, условия, объекты и методика проведения исследований
Диссертационная работа выполнена в ФГОУ ВПО Ижевская ГСХА в результате проведения модельного и двух полевых опытов. Полевые опыты заложены на опытном поле ФГУП «Учхоз Июльское», а исследования в них проведены в течение четырех вегетационных периодов (2005-2008 гг.).
Опыты заложены на дерново-среднеподзолистых суглинистых слабоэродированных почвах, расположенных на покровных красновато-бурых тяжелых суглинках. Агрохимическая характеристика почв опытных участков приведена в таблице 1.
Модельный опыт. Цель опыта – изучить влияние глубины заделки соломы на разных фонах азотных удобрений на агрохимические и биологические свойства почвы. По схеме опыта солома из расчета 5 т/га вносилась четырьмя способами (фактор А): 1) поверхностно; 2) в слой почвы 0-5 см; 3) 0-10 см; 4) 0-20 см. Дозы азотных удобрений внесены по фонам фактора В из расчета 1) N30; 2) N60 и 3) N90. Опыт закладывался в вегетационных сосудах Кирсанова и длился 12 месяцев. Влажность почвы поддерживалась на уровне 60% полной влагоемкости и температура воздуха – 20-25 оС.
Таблица 1 – Агрохимическая характеристика почвы перед закладкой опытов (УОХ «Июльское»)
| Опыт, почва, год закладки | Гумус, % | рНКСl | Нг | S | V, % | Р2О5 | К2О |
| ммоль/100 г | мг/кг | ||||||
| Модельный. Дерново-среднеподзолистая, легкосуглинистая (1999 г.) | 2,04 | 6,2 | 2,00 | 19,6 | 90,7 | 127 | 200 |
| Полевой 1. Дерново-подзолистая легкосуглинистая (1979 г.) | 2,15 | 5,2 | 2,80 | 10,8 | 79,4 | 69 | 91 |
| Полевой 2. Дерново-подзолистая среднесуглинистая (2000 г.) | 1,60 | 5,8 | 1,98 | 13,5 | 87,2 | 335 | 73 |
Полевой опыт 1. Исследования в опыте проводились в рамках долголетнего полевого опыта с удобрениями кафедры агрохимии и почвоведения ФГОУ ВПО Ижевская ГСХА, заложенного в 1979 г. (№ 067 в реестре Географической сети опытов с удобрениями), с целью изучения длительного воздействия различных систем удобрений в интенсивном зернопропашном севообороте на гумусовое состояние дерново-подзолистой легкосуглинистой почвы. Из полной схемы полевого опыта (17 вариантов) для исследований были выбраны 7 вариантов, включавшие различные сочетания минеральных удобрений с двумя дозами навоза (20 и 40 т/га) на фоне извести и без нее, которые более полно решали поставленные задачи. Схема полевого опыта 1: 1) Без удобрений (контроль); 2) NPK; 3) Известь – 1Нг; 4) Известь + NPK; 5) Известь + навоз 40 т/га; 6) Известь + навоз 40 т/га + NPK; 7) Известь + навоз 20 т/га + NPK. Севооборот четырехпольный зернопропашной: 1) занятый пар (вико-овсяная смесь); 2) озимая рожь; 3) картофель; 4) ячмень.
Общая площадь делянки 120 м2, учетной – 90 м2. Повторность четырехкратная с рендомизированным размещением вариантов в 4 яруса. Известкование (по схеме опыта) проводилось один раз за 2 ротации севооборота. Навоз КРС был внесен под картофель в дозе 20 и 40 т/га. Последнее известкование было проведено в 1998 г., органические удобрения в виде полуперепревшего навоза КРС внесены в 2007 г под картофель. Под культуры севооборота использовали следующие дозы минеральных удобрений: вико-овсяную смесь на зеленую массу (2005 г.) – N30P20K20; озимую рожь (2006 г.) – N40P30K20; картофель (2007 г.) – N40P30K50; ячмень (2008 г.) – N40P30K30.
Полевой опыт 2. Двухфакторный полевой опыт заложен в УОХ «Июльское» ФГОУ ВПО Ижевская ГСХА в 2000 г. методом расщепленных делянок и рендомизации на стационарном участке в 4-польных севооборотах во времени, с целью изучения влияние растительных остатков, соломы, сидерата и способа их заделки на гумусовое состояние дерново-подзолистой среднесуглинистой почвы.
Учетная площадь делянки 40 м2. Фактор А предусматривал изучение влияния различных паров на свойства почв: 1) чистого (черного); 2) занятого (клеверного) и 3) сидерального (донникового) в четырехпольном зерновом севообороте «пар – озимая рожь – яровая пшеница – ячмень». По схеме опыта солома озимой ржи и яровой пшеницы, а также отава клевера и биомасса донника желтого вносились в почву в качестве органического удобрения на различную глубину за счет различных систем обработки почвы (фактор В): 1) отвальная – 0-20 см (контроль); 2) плоскорезная – поверхностно; 3) дискование – 0-10 см.
Метеоусловия в годы исследований были разнообразными, что характерно для климата Среднего Предуралья (2005 г. в целом характеризовался теплым и засушливым в начале и холодным и дождливым в середине; 2006 г. – теплым со значительным количеством осадков в начале и в конце вегетации и засушливым в середине вегетации; 2007 г. – теплым и дождливым; 2008 г. – как холодный, неустойчивый и очень контрастный по увлажнению).
Методики исследований. Агрохимические анализы почвенных образцов выполнены по стандартным методикам в аналитической лаборатории ФГОУ ВПО Ижевская ГСХА. При оценке гумусового состояния почв использованы следующие методики: групповой и фракционный состав гумуса – по схеме И.В. Тюрина в модификации В.В. Пономаревой и Т.А. Плотниковой (Агрохимические методы …, 1975); содержание ЛОВ – в нейтральной пирофосфатной вытяжке по методу А.М. Лыкова (1981); общий азот в почве – титриметрическим методом (ГОСТ 26107-84). Определение содержания гумуса проводили титриметрическим методом в собственной модификации, которая заключается в более точном определении величины навески, а также в количественно-весовом уточнении количества хромовой смеси для окисления органического вещества почвы.
Статистическая обработка результатов исследований проведена на ПЭВМ по алгоритму дисперсионного, ковариационного и корреляционно-регрессионного анализов в изложении Б.А. Доспехова (1985).
Раздел 3 Влияние систем удобрений на содержание лабильного органического вещества в дерново-подзолистых почвах
3.1 Влияние глубины заделки соломы и доз азотных удобрений на содержание лабильных форм гумуса в почве
Солома является дешевым и доступным источником органического вещества почвы и в первую очередь его лабильных форм (Жуков А.И., 1990; Гараев Н.И., 2000; Еськов А.И., Лукин С.М., Тарасов С.И., 2005).
В модельном опыте нами установлено, что содержание ЛОВ за первый месяц исследований составило в среднем по вариантам 514 мг С на 1 кг почвы, что по градации А.И. Жукова (1990) соответствует минимальному содержанию для дерново-подзолистой суглинистой почвы. Максимальное содержание ЛОВ наблюдалось в варианте без внесения удобрений (667 мгС/кг), что можно объяснить более слабой микробиологической активностью исходя из данных по интенсивности дыхания почвы. Через 6 месяцев исследований средний уровень содержания ЛОВ в опыте снизился до 359 мгС/кг, что на 30,2 % ниже по сравнению с первым сроком определения. Столь низкое содержания ЛОВ в опыте можно объяснить изначально невысоким уровнем гумусированности почвы и быстрой минерализацией гумуса при оптимальных значениях температурного и водного режимов в лабораторных условиях.
Применение азотных удобрений на фоне соломы в среднем за 12 месяцев приводит к уменьшению содержание лабильного гумуса в почве пропорционально вносимым дозам азота (по фону N30 на 80 мгС/кг (28,5%), N60 – 100 мгС/кг (30,6%) и N90 – на 151 мгС/кг (45,0%)) по сравнению с контрольным вариантом «Без удобрений». Внесение минерального азота стимулирует микробиологическую активность, а значит и минерализацию, прежде всего, лабильной части гумуса. Усиление процесса минерализации ЛОВ подтверждается результатами анализа по дыханию почвы. Существенного влияния глубины заделки соломы на содержание ЛОВ не выявлено. В результате проведенных исследований в модельном опыте установлено, что доза соломы 5 т/га была недостаточной для существенного изменения содержания ЛОВ в дерново-среднеподзолистой, легкосуглинистой почве.
3.2 Влияние минеральных удобрений и навоза на содержание лабильного органического вещества в почве
В полевых исследованиях установлено существенно влияние извести, минеральных удобрений и навоза на содержание лабильных форм гумуса, определенных в нейтральной 0,4 н пирофосфатной вытяжке (таблица 2). Известкование приводит к снижению содержания ЛОВ в сравнении с контрольным вариантом без применения агрохимикатов, что связано с образованием гуматов кальция. Наиболее высоких значений содержание ЛОВ достигло при комбинированной системе удобрений с применением извести, навоза и минеральных удобрений.
Таблица 2 – Влияние систем удобрений на содержание ЛОВ в почве, мгС/кг.
Полевой опыт 1
| Вариант | Вико-овсяная смесь, 2005 г. | Озимая рожь, 2006 г. | Картофель, 2007 г. | Ячмень, 2008 г. |
| 1. Без удобрений | 1161 1004 | 1111 829 | 1207 1292 | 1560 1830 |
| 2. NPK | 1373 1097 | 1147 734 | 1279 1495 | 1930 2240 |
| 3. Известь | 992 808 | 853 674 | 1358 1097 | 1340 1360 |
| 4. Известь+NPK | 1094 1062 | 883 711 | 1318 1318 | 2060 2090 |
| 5. Известь + навоз 40т/га | 1257 960 | 1072 629 | 1573 1619 | 1760 1730 |
| 6. Известь + навоз 40т/га + NPK | 1453 1214 | 1154 699 | 1762 1841 | 1960 2070 |
| 7. Известь + навоз 20т/га + NPK | 1285 1049 | 1011 638 | 1540 1521 | 1740 1940 |
| НСР05 | 190 136 | FФ<FТ FФ<FТ | FФ<FТ 180 | 271 111 |
Примечание: в числителе – в начале вегетации сельскохозяйственной культуры, в знаменателе – в конце вегетации.
В отличие от общего органического вещества почвы его лабильные формы динамичны во времени. Установлено, что содержание лабильного гумуса в конце вегетации сельскохозяйственных культур снижается в засушливые (2005 и 2006 гг.) или возрастает относительно влажные годы исследований (2007 и 2008 гг.). Причиной столь высокой изменчивости изучаемого показателя является существенная зависимость лабильных гумусовых веществ от влажностно-теплового режима почв.
Раздел 4 Влияние систем удобрений на фракционный состав гумуса и его запас в дерново-подзолистых почвах
4.1 Влияние систем удобрений на фракционный состав гумуса и его запас
Длительное применение удобрений существенно повлияло на общее содержание органического вещества в почве (таблица 3). Снижение содержания гумуса может быть вызвано с естественными процессами минерализации органического вещества в условиях недостаточного поступления свежих растительных остатков при низкой урожайности сельскохозяйственных культур, что наблюдается в контрольном варианте без удобрений. При этом в составе гумуса увеличилась доля гуминовых кислот и снизилась фульвокислот (соотношение ГК : ФК составляет 1,26). Произошло сильное снижение легкоподвижных фракций 1 обеих групп гумуса, в то время как консервативная фракция 3 изменилась очень слабо.
Минеральные удобрения, используемые на фоне извести, сильно увеличивают содержание фульвокислот при одновременном возрастании и гуминовых. В этом варианте установлено самое низкое в опыте соотношение ГК : ФК (0,97). Наиболее высокие запасы гумуса в почве установлены при применении органо-минеральной системы удобрения. Органические удобрения при насыщенности 10 т/га воздействовали на гумусовые вещества почвы аналогично минеральным. Однако в условиях значительного количества в почве растительных остатков при дополнительном внесении навоза произошло достоверное возрастание консервативной фракции 3 как гуминовых, так и фульвокислот.
Использование органических удобрений увеличивает содержание общего азота в почве. При этом одновременно происходит и сужение соотношения углерода к азоту с 9,0-10,6 до 8,6-8,8.
Установлено, что около половины запаса гумуса метрового слоя дерново-подзолистых почв сконцентрировано в верхнем 20-тисантиметровом слое. Одностороннее известкование почвы не изменило достоверно запас органического вещества в слое почвы 0-100 см. Однако при этом наблюдается аккумуляция гумусовых веществ в большей степени в пахотном горизонте – 55,8 % при 49,5 в контрольном варианте. При длительном применении минеральных удобрений выявлено пропорциональное возрастание гумусовых веществ как в пахотном, так и в подпахотном горизонте почвы.
Таблица 3 – Влияние систем удобрений на групповой и фракционный состав гумуса. Полевой опыт 1 (УОХ «Июльское», 2007 г.)
| Вариант | С общ. | N общ. | С общ. N общ. | Гуминовые кислоты | Фульвокислоты | ГК ФК | |||||||
| 1 | 2 | 3 | сумма | 1а | 1 | 2 | 3 | сумма | |||||
| 1. Без удобрений (к) | 0,92 | 0,101 | 9,1 | 0,113 12,3 | 0,083 9,0 | 0,109 11,8 | 0,305 33,1 | 0,038 4,1 | 0,082 8,9 | 0,043 4,7 | 0,079 8,6 | 0,242 26,3 | 1,26 |
| 2. NPK | 1,02 | 0,113 | 9,0 | 0,152 14, 9 | 0,063 6,2 | 0,114 11,1 | 0,329 32,2 | 0,033 3,2 | 0,116 11,4 | 0,091 8,9 | 0,067 6,6 | 0,306 30,1 | 1,07 |
| 3. Известь | 1,03 | 0,097 | 10,6 | 0,109 10,6 | 0,103 10,0 | 0,098 9,6 | 0,309 30,1 | 0,027 2,7 | 0,141 13,7 | 0.048 4,7 | 0.081 7,9 | 0,298 29,0 | 1,04 |
| 4. Известь+NPK | 1,15 | 0,123 | 9,4 | 0,153 13,2 | 0,089 7,7 | 0,117 10,1 | 0,359 31,1 | 0,032 2,7 | 0,193 16,7 | 0,051 4,4 | 0,097 8,4 | 0,373 32,3 | 0,96 |
| 5. Известь+навоз 40т/га | 0,99 | 0,115 | 8,6 | 0,120 12,1 | 0,092 9,2 | 0,114 11,5 | 0,325 32,8 | 0,030 3,0 | 0,106 10,7 | 0,044 4,4 | 0,069 6,9 | 0,248 25,0 | 1,31 |
| 6. Известь+навоз 40т/га +NPK | 1,19 | 0,138 | 8,6 | 0,144 12,1 | 0,104 8,7 | 0,138 11,6 | 0,387 32,4 | 0,029 2,4 | 0,202 17,0 | 0,042 3,5 | 0,101 8,5 | 0,375 31,4 | 1,03 |
| 7. Известь+навоз 20т/га +NPK | 1,08 | 0,115 | 9,3 | 0,130 12,1 | 0,081 7,6 | 0,108 10,1 | 0,319 29,7 | 0,030 2,8 | 0,143 13,3 | 0,044 4,1 | 0,085 7,9 | 0,302 28,0 | 1,06 |
| НСР05 | 0,01 | 0,005 | 0,010 | 0,014 | 0,011 | 0,004 | 0,016 | 0,026 | 0,015 | ||||
Примечание: в числителе – % С фракции от массы почвы; в знаменателе – % С фракции от С общего
Наиболее высокие запасы гумуса в почве установлены при применении органо-минеральной системы удобрений. Однако снижение доз органических удобрений до 20 т/га (насыщенность 5 т/га) существенно уменьшает накопление гумусовых веществ.
Закономерности изменения лабильных форм гумусовых веществ почвы при длительном применении удобрений аналогичны запасам общего гумуса. Следует отметить, что известкование дерново-подзолистых почв приводит к значительному снижению ЛОВ по всему профилю почвы. В то же время, минеральная система удобрений обеспечивает более высокие запасы ЛОВ.
4.2 Влияние сидератов, соломы и способов их заделки на фракционный состав гумуса
В настоящее время ведутся научные изыскания по разработке адаптивно-ландшафтных систем земледелия, предусматривающих широкое использование растительных отходов производства сельскохозяйственной продукции в виде пожнивно-корневых остатков, соломы и сидератов, применения ресурсосберегающей обработки почвы.
Пары слабо повлияли на запасы органического вещества в почве. Установлено, что использование чистого пара при короткой ротации севооборота приводит к сильному снижению содержания фракции ФК-2. При этом содержание гуминовых кислот фракции 2 изменяется в пределах ошибки эксперимента.
Установлено достоверное увеличение содержания общего органического углерода при использовании сидерального донникового пара на 0,07% (при НСР05 = 0,02) по сравнению с чистым паром. Применение зеленого удобрения позволяет достоверно повысить содержание общего азота в почве по сравнению с другими вариантами с 0,100 до 0,108 %. Однако соотношение углерода к азоту при этом изменяется очень слабо.
Нами установлено, что под воздействием изучаемых систем обработки почвы произошло достоверное изменение содержания валового гумуса – выявлено значительное его снижение при использовании ежегодной вспашки по сравнению с безотвальной (плоскорезной) и мелкой (дисковой) (таблица 4). При этом отмечено значительное снижение содержания, главным образом, фульвокислот. По сравнению с плоскорезной обработкой при отвальной происходит снижение суммы фракций фульвокислот на 0,035 мгС/кг. Наиболее низкие значения зафиксированы фракции ФК-2, являющейся относительно консервативной формой фульватов кальция и магния.
Содержание лабильных фракций ФК-1 слабо отличалось по вариантам фактора А (вид пара), и находилось на уровне 10,0-11,0 % от Собщ. Причиной этого является значительная динамичность данного показателя во времени. Основная обработка почвы слабо влияет на валовое содержание азота (0,102-0,106 %N). Наблюдается сужение соотношения общего углерода к азоту с 10,3 до 9,4 в среднем по фактору А.
Таблица 4 – Влияние сидератов и способов их заделки в почву на групповой и фракционный состав гумуса (среднее по факторам). Полевой опыт 2 (УОХ «Июльское», 2007 г.)
| Вариант | С общ. | N общ. | Гуминовые кислоты | Фульвокислоты | ГК ФК | |||||
| 1 | 2 | 3 | 1а | 1 | 2 | 3 | ||||
| Вид пара (фактор А) | ||||||||||
| 1. Чистый (черный) | 0,99 | 0,100 | 0,110 11,2 | 0,079 8,1 | 0,120 12,1 | 0,028 2,8 | 0,100 10,2 | 0,090 9,1 | 0,077 7,8 | 1,06 |
| 2. Занятый (клеверный) | 1,03 | 0,102 | 0,113 11,0 | 0,074 7,1 | 0,123 12,0 | 0,035 3,4 | 0,110 10,6 | 0,112 10,8 | 0,079 7,7 | 0,92 |
| 3. Сидеральный (донниковый) | 1,06 | 0,108 | 0,122 11,5 | 0,075 7,2 | 0,128 12,0 | 0,041 3,9 | 0,115 10,8 | 0,105 9,8 | 0,088 8,2 | 0,94 |
| НСР05 В | 0,02 | 0,005 | 0,004 | Fф<Fт | 0,004 | 0,005 | 0,005 | 0,018 | 0,008 | |
| Основная обработка (фактор В) | ||||||||||
| 1. Отвальная | 0,96 | 0,102 | 0,111 11,6 | 0,088 9,2 | 0,119 12,4 | 0,038 3,9 | 0,102 10,6 | 0,089 9,3 | 0,075 7,8 | 1,06 |
| 2. Плоскорезная | 1,06 | 0,106 | 0,103 9,7 | 0,068 6,5 | 0,127 12,0 | 0,035 3,3 | 0,116 11,0 | 0,104 9,8 | 0,084 7,9 | 0,88 |
| 3. Дисковая | 1,06 | 0,103 | 0,131 12,3 | 0,072 6,7 | 0,125 11,8 | 0,032 3,0 | 0,106 10,0 | 0,114 10,7 | 0,085 8,0 | 0,97 |
| НСР05 А | 0,02 | 0,005 | 0,004 | 0,012 | 0,004 | 0,005 | 0,005 | 0,018 | 0,008 | |
Примечание: в числителе – % С фракции от массы почвы; в знаменателе – % С фракции от Собщ.; НСР05 рассчитана по % С фракции от массы почвы.
Сужение соотношения общего углерода к азоту связано с тем, что в почве увеличивается доля трудногидролизуемых форм азота, что ухудшает условия питания возделываемых сельскохозяйственных культур.
Раздел 5 Совершенствование оксидометрического метода определения содержания органического вещества в почвах
В настоящее время для научных и производственных целей при определении содержания органического вещества в почвах используется оксидиметрический метод Тюрина в модификации Симакова (ГОСТ 23740-79). Нами выявлено существенное влияние точности взятия объема окислителя на величину случайной ошибки, так как технология проведения анализа не предусматривает контроля данного элемента анализа. Приведенные расчеты выявили, что даже при минимально возможной погрешности отмеривания объема окислителя с помощь бюретки (±0,1 мл) отклонение от истинного значения составляет 3,3 % (отн.) С. Кроме того, неточность определения объема окислителя влечет и систематическую ошибку при определении расхода соли Мора на холостое титрование.
В методических рекомендациях по проведению анализа считается эффективным расход 0,2 н соли Мора между холостым и опытным испытанием в пределах 2-10 мл. По мере возрастания расхода соли Мора на реакцию пропорционально увеличивается и ошибка испытания, вызванная неточностью объема взятого окислителя. Причиной этого является неправильное установление объема 0,2 н соли Мора, использованной для холостого титрования. Это ведет к возникновению систематической ошибки, которая существенно зависит от объема восстановителя, использованного на реакцию.
В предлагаемом нами методе расчета была снижена систематическая ошибка за счет уточнения количества хромовой смеси гравиметрическим (весовым) методом. Так, по стандартному методу расчета расход 0,2 н соли Мора на холостое титрование 20 мл 0,4 н хромовой смеси составило в среднем 25,5 мл (25,4; 25,6; 25,5 мл), а при рекомендуемом – 25,71 мл (25,690; 25,742; 25,687 мл).
Раздел 6 Энергосодержание гумусовых веществ почв. Оценка эффективности систем удобрений
6.1 Энергосодержание гумусовых веществ дерново-подзолистых почв
В настоящее время только разрабатываются методологические подходы к энергетической оценке гумусового состояния почв. Ученые выделяют следующие направления оценки запаса энергии в составе органического вещества: 1) расчет теплот сгорания органических соединений по элементному составу; 2) по тепловому эффекту реакций гумусообразования и минерализации органического вещества; 3) по количеству энергии, необходимой для окисления органического вещества хромовой смесью; 4) по энергетическим характеристикам растительного опада, промежуточных и конечных продуктов гумификации; 5) по теплоте сгорания различных групп и форм органических веществ.
Исходя из проведенного анализа методов определения и расчета энергоемкости гумусовых веществ почвы в расчетах следует использовать следующие теплоты сгорания для дерново-подзолистых почв в ГДж/т: гуминовые кислоты – 17,17; фульвокислоты – 10,05; гумин – 18,88.
По нашим расчетам в среднем гумус дерново-подзолистых суглинистых почв имеет теплоту сгорания 15,8 ГДж/т. Полученные данные свидетельствуют, что основная часть энергии в составе органического вещества почвы содержится в составе гумина (47,2 %). Наименьшее количество энергии аккумулируется в составе фульвокислот – 18,4 %. Энергоемкость лабильного органического вещества почвы, извлеченного 0,1 н NаОН составляет для дерново-подзолистых почв в среднем 13,17 ГДж/т, что значительно ниже по сравнению с общим органическим веществом почвы. Причиной этого является наличие более слабых связей в структуре фульвокислот, преобладающих в ЛОВ.
Запас энергии в составе органического вещества в слое 0-20 см составил от 656 до 841 ГДж/га. Наиболее высокие значения зарегистрированы при использовании известково-органо-минеральной системы с насыщенностью севооборота навозом 10 т/га – 841 ГДж/га. В этом же варианте установлено наибольшее значение энергии в составе гумусовых веществ в слое 20-40 см – 554 ГДж/га, что выше контрольного варианта без удобрений на 221 ГДж/га (66,4 %). Известкование почвы приводит к уменьшению запаса энергии в составе общего органического вещества в нижних слоях дерново-подзолистой почвы (40-100 см). Наиболее высокая энергоемкость почвы в составе гумусовых веществ формируется при использовании навоза в дозе 40 т/га за ротацию четырехпольного севооборота на фоне известковании с внесением минеральных удобрений – 1765 ГДж/га. По сравнению с контрольным вариантом без удобрений данная величина больше на 439 ГДж/га или 33,1 %.
Закономерности запаса энергии в составе лабильных форм органического вещества аналогичны значениям для общих запасов гумусовых веществ. Однако, при этом энергоемкость запасов ЛОВ существенно ниже количества энергии в составе общего органического вещества. Среднее количество энергии в составе лабильного гумуса в метровом слое почвы составляет 399 ГДж/га, что составляет всего 26,7 % от его количества в валовых запасах гумуса.
6.2 Агрономическая, экономическая и энергетическая оценка систем удобрения
Длительное применение агрохимикатов и органических удобрений позволяет существенно повысить плодородие дерново-подзолистых почв, обеспечивает существенную прибавку урожайности сельскохозяйственных культур (рис. 1). Наиболее высокая урожайность изучаемых культур формировалась при органо-минеральной системе удобрения на фоне извести – более 3,51-3,55 т/га зерна озимой ржи и 2,86-3,12 ячменя. Одностороннее известкование без дополнительного внесения других удобрений не обеспечивает достоверной прибавки урожайности.
 |  |
| Вико-овсяная смесь (зел. корм), 2005 г. | Озимая рожь, 2006 г. |
 |  |
| Картофель, 2007 г. | Ячмень, 2008 г. |
Рис 1. Влияние систем удобрения на урожайность сельскохозяйственных культур в севообороте, т/га. Полевой опыт 1. (УОХ «Июльское», 2005-2008 гг.)
На основе полученных экспериментальных данных нами установлена роль органического вещества в формировании урожая сельскохозяйственных культур. Так, по данным 2005 г. установлена тесная связь урожайности вико-овсяной смеси с содержанием гумуса в почве – коэффициент корреляции составил 0,773 при линейной взаимосвязи и 0,792 – полиномиальной (таблица 3).
Связь урожайности озимой ржи (2006 г.) с количественными показателями гумусового состояния почв имели другую закономерность по сравнению с предыдущим годом. Установлена тесная связь только с содержанием гумуса – коэффициент составляет 0,754 и 0,807, в зависимости от вида зависимости (линейной и полиномиальной).
Как и в предыдущие годы, в исследованиях 2007 г. наблюдается тесная связь урожайности картофеля с содержанием гумуса прямолинейного характера (R=0,848). При этом установлена средняя связь с содержанием ЛОВ только во второй срок наблюдений (R=0,514-0,515).
Таблица 5 – Связь урожайности сельскохозяйственных культур с содержанием общего и лабильного гумуса в почве. Полевой опыт 1 (УОХ «Июльское»)
| Сельскохозяйственная культура, год исследований | Коэффициент парной корреляции урожайности с.-х. культур с содержанием гумусовых веществ (n=14) | ||
| гумус | ЛОВ (срок 1) | ЛОВ (срок 2) | |
| Вико-овсяная смесь (зел. корм), 2005 г. | 0,773** 0,792** | 0,525 0,552 | 0,824** 0,830** |
| Озимая рожь, 2006 г. | 0,754** 0,807** | 0,226 0,242 | 0,225 0,245 |
| Картофель, 2007 г. | 0,848** 0,848** | 0,224 0.376 | 0,514 0,515 |
| Ячмень, 2008 г. | 0,762** 0,790** | 0,277 0,579* | 0,660* 0,661* |
Примечание: * – достоверно на 95 % уровне значимости; ** – достоверно на 99 % уровне значимости; в числителе – коэффициенты корреляции прямолинейной зависимости, в знаменателе – полиномиальной.
В исследованиях 2008 г. корреляционным анализом установлено наличие тесной связи урожайности ячменя с запасами гумуса (R=0,762-0,790) и несколько меньшие значения – с содержанием ЛОВ при его определении в конце вегетации культуры (R=0,660-0,661).
Таким образом, урожайность сельскохозяйственных культур в значительной степени зависела от содержания гумуса – коэффициенты корреляции достоверны на уровне 99 % значимости, и в меньшей степени – от содержания ЛОВ. Причиной этого является значительная динамичность последнего показателя в почве во времени.
Нами установлено, что производство сельскохозяйственной продукции на дерново-подзолистых почвах в четырехпольном севообороте «вико-овсяная смесь – озимая рожь – картофель – ячмень» без использования агрохимикатов и органических удобрений является убыточным. Причиной этого является низкий уровень естественного плодородия почв (см. раздел 2), что подтвердилось невысокой средней продуктивностью севооборота – 1,46 т к.ед./га (рис. 2).
Одностороннее известкование также является экономически невыгодным технологическим приемом – убыток за 4 года составил 6,85 тыс.р/га. В свою очередь нами установлена высокая эффективность минеральных удобрений как при использовании без извести, так и на его фоне и при применении навоза – рентабельность производства составила 46,0-50,8 %.
Применение только навоза в дозе 40 т/га на фоне извести снижает рентабельность до 24,3 %. При внесении органических удобрений продуктивность севооборота возросла только на 1,29 т к.ед./га, в то время как минеральные удобрения повысили ее на 2,14 т к.ед./га. Максимальная средняя продуктивность сформировалась при органоминеральной системе удобрений (при дозе навоза 20т/га – 3,94 т к.ед./га, 40 т/га – 4,18 т к.ед./га).
 |  |
Рис 2. Влияние систем удобрения на продуктивность севооборота и рентабельность производства сельскохозяйственной продукции. Полевой опыт 1. (УОХ «Июльское», 2005-2008 гг.)
Наиболее энергетически выгодным является возделывание культур севооборота с использованием минеральных удобрений, в том числе на фоне навоза – энергетический коэффициент составил 1,90-2,07.
Выводы
На основе проведенных исследований можно сделать следующие выводы.
- Применение азотных удобрений при внесении соломы приводит к уменьшению содержания лабильного гумуса в почве. Глубина заделки соломы несущественно влияет на содержание ЛОВ.
- Содержание лабильного гумуса (0,4 н Na4P2O7 при рН=7) дерново-подзолистых суглинистых почв сильно подвержено влажностно-тепловому режиму почв и меняется в пределах 629-2090 мгС/кг.
- Длительное применение органо-минеральной системы удобрений с насыщенностью 10 т/га навоза формирует наиболее высокое содержание общего гумуса (1,19 % Собщ.) и азота (0,138 % Nобщ.) в почве. При этом в условиях значительного поступления в почву растительных остатков при дополнительном внесении навоза происходит возрастание фракции 3 как гуминовых, так и фульвокислот.
- Дегумификация дерново-подзолистой суглинистой почвы, происходящая наиболее интенсивно в севооборотах с чистым паром при отвальной системе основной обработки почвы, приводит к снижению содержания органического вещества в основном фракций ФК-1а и ФК-2, и в меньшей степени ГК-1.
- Качество анализа определения содержания органического вещества в дерново-подзолистых почвах по методу Тюрина в модификации Симакова слабо зависит от технологии пробоподготовки и окисления, точности взятия навески, и значительно – от точности объема хромовой смеси и правильности расчета ориентировочной массы аналитической пробы.
- Без окультуривания дерново-подзолистых почв продуктивность четырехпольного зернопропашного севооборота составляет в среднем 1,23 т к.ед./га. Минеральные удобрения повысили продуктивность севооборота на 1,87 т к.ед./га; внесение навоза (при насыщенности севооборота 10 т/га) – на 1,12 т к.ед./га.
- Урожайность сельскохозяйственных культур значительной степени зависит от содержания гумуса в дерново-подзолистой среднесуглинистой почве – коэффициенты корреляции, стабильные по годам, составляют от 0,754 до 0,848 с достоверностью на уровне 99 %. Корреляционная связь продуктивности изучаемых культур с содержанием ЛОВ в почве сильно варьирует по годам и срокам наблюдений от слабой до тесной.
- Энергоемкость гумуса дерново-подзолистых почв составляет в среднем 15,8 ГДж/т. Основная часть энергии в составе гумусовых веществ почвы содержится в составе нерастворимого остатка (47,2 %), меньше в фульвокислотах (18,4 %) и гуминовых кислотах (34,4 %). Энергоемкость ЛОВ почвы составляет в среднем 13,2 ГДж/т. Количество энергии в составе ЛОВ в метровом слое почвы составляет 399 ГДж/га, что соответствует 26,7 % от энергоемкости гумуса.
- Производство сельскохозяйственной продукции без минеральных и органических удобрений в четырехпольном зернопропашном севообороте является убыточным. Рентабельность производства при применении минеральных удобрений составила 46,0-50,8 %. Применение только навоза в дозе 40 т/га на фоне извести снижает рентабельность до 24,3 %. Наиболее энергетически выгодным является возделывание культур севооборота с использованием минеральных удобрений, в том числе на фоне навоза – энергетический коэффициент составил 1,90-2,07.
рекомендации производству
На основе проведенных исследований можно сделать следующие рекомендации производству.
1. В условиях Среднего Предуралья в полевых севооборотах чистый пар следует заменить на сидеральный донниковый пар, который позволит поддерживать содержание гумуса в дерново-подзолистой суглинистых почвах на уровне 1,93 %.
2. При возделывании сельскохозяйственных культур на дерново-подзолистых суглинистых почвах в четырехпольном севообороте «вико-овсяная смесь – озимая рожь – картофель – ячмень» рекомендуется использовать органо-минеральную систему удобрений при насыщенности органическими удобрениями (навозом) 10 т/га и минеральными – N38P28K30 на фоне поддерживающего известкования, обеспечивающее содержание гумуса 2,05 % и его среднюю продуктивность 3,58 т к.ед/га.
3. Для снижения величины систематической и случайной погрешностей определения содержания общего органического вещества в почве по методу Тюрина в модификации Симакова рекомендуется определять количество используемой в анализе хромовой смеси по его массе с точностью до 0,001 г.
Список опубликованных работ по теме диссертации
- Леднев, А.В. Влияние глубины заделки соломы на интенсивность выделения диоксида углерода из почвы / А.В. Леднев, А.А. Юскин // Материалы ХХ научн.-практ. конф. ИжГСХА. – Ижевск: Шеп, 2000. – С. 33-34.
- Юскин, А.А. Влияние соломы и доз азотных удобрений на содержание органических веществ в дерново-подзолистой почве / А.А. Юскин // Труды региональной научн.-практ. конф.. Том II. – Ижевск: Изд-во ИжГСХА, 2002.– С. 140-142.
- Юскин, А.А. Влияние соломы и доз азотных удобрений на содержание органического вещества и интенсивность дыхания в дерново-подзолистой почве / А.А. Юскин, В.И. Макаров // Воспроизводство плодородия дерново-подзолистых почв в адаптивно-ландшафтной системе земледелия. – Ижевск, 2003. – C. 127-132.
- Юскин, А.А. Роль соломы в балансе органического вещества земледелия Удмуртской Республики / А.А. Юскин, В.И. Макаров // Устойчивому развитию АПК - научное обеспечение. Т. 1. – Ижевск: 2004 – С. 208-210.
- Юскин, А.А. Оценка соломы зерновых культур как органического удобрения / А.А. Юскин, В.И. Макаров, А.С. Башков, А.И. Венчиков // Научное обеспечение реализации национальных проектов в сельском хозяйстве. Т. I. – Ижевск: 2006. – С. 300-307.
- Макаров, В.И. Влияние систем удобрения, обработки почвы и севооборотов на запас органического вещества в дерново-подзолистых почвах / В.И. Макаров, А.А. Юскин // Мат. Всерос. научн.-практ. конф., посвященной памяти профес. Г.Б. Гальдина. – Пенза: РИО ПГСХА, 2008. – С. 114-117.
- Юскин, А.А. Влияние длительного применения удобрений на дерново-подзолистых почвах на фракционный состав гумуса / А.А. Юскин, Т.Ю. Бортник, А.С. Башков, В.И. Макаров // Мат. Всерос. научн.-практ. конф., посвященной 100-летию со дня рождения профес. А.С. Фатьянова. – Н. Новгород: НГСА, 2008. – С. 164-168.
- Макаров, В.И. Совершенствование методики определения содержания гумуса в почвах но методу Тюрина / В.И. Макаров, А.А. Юскин // Плодородие, 2008, № 6. – С. 19-20.
- Юскин, А.А. Влияние систем обработки почвы и севооборотов на фракционный состав гумуса / А.А. Юскин, В.И. Макаров, А.И. Венчиков // Земледелие, 2009, № 1. – С. 20.
- Юскин, А.А. Влияние систем удобрения, обработки почвы и севооборотов на фракционный состав гумуса дерново-подзолистых почв / А.А. Юскин, В.И. Макаров, Т. Ю. Бортник, А.С. Башков, А.И. Венчиков // Аграрный вестник Урала, 2009, № 1. – С. 85-87.
- Макаров, В.И. Энергетическая оценка гумусового состояния дерново-подзолистых почв / В.И. Макаров, А.А. Юскин // Материалы 43-й международной науч. конф. – М.: ВНИИА, 2009. – 116-120.
- Юскин, А.А. Роль органического вещества почвы в формировании урожайности сельскохозяйственных культур / А.А. Юскин // Материалы 43-й международной науч. конф. – М.: ВНИИА, 2009. – 214-217.
Подписано в печать 20.09.09 г.
Формат 60х84/16. Усл. печ. л. 1,04. Тираж 100 экз. Заказ №
Гарнитура Times New Roman.
ФГОУ ВПО Ижевская ГСХА
426069, г. Ижевск, ул. Студенческая, 11
