Содержание к диссертации
Введение
1. Литературная часть 13
1.1. Значение многолетних опытов в системе комплексного мониторинга 13
1.2. Влияние агрогенных факторов на физико-химические свойства и плодородие почв 16
1.2.1 Гумусовое состояние почв 16
1.2.2. Кислотно-основные свойства почвы. 28
1.2.3. Питательный режим почвы 33
1.2.4. Микробное сообщество 36
1.2.5. Плодородие и экологическое состояние почв 39
1.3. Сбалансированное питание с/х культур макро- и микроэлементами, как основа получения высоких и устойчивых урожаев 46
2. Экспериментальная часть 59
2.1 Цель и задачи и характеристика объекта и методы исследования 59
2.1.1. Цель и задачи 59
2.1.2. Характеристика объекта и методов исследования 60
2.2 Результаты исследований 65
2.2.1. Продуктивность севооборота 65
2.2.2. Химический состав растениеводческой продукции, полученной при учете последействия удобрений 69
2.2.3. Содержание и состав органического вещества после длительного применения удобрений 78
2.2.4. Кислотно-основные свойства 89
2.2.5. Изменение содержания подвижных форм фосфора и калия
2.2.6. Микробное сообщество 99
3. Выводы 102
Рекомендации производству 106
Список литературы
- Влияние агрогенных факторов на физико-химические свойства и плодородие почв
- Плодородие и экологическое состояние почв
- Характеристика объекта и методов исследования
- Содержание и состав органического вещества после длительного применения удобрений
Введение к работе
Актуальность и основания для исследования Многолетние полевые опыты являются надежной основой для проведения почвенно-агрохимического и агроэкологического мониторинга состояния земель сельскохозяйственного назначения.
В результате исследований на длительных полевых опытах с удобрениями формируется информационный банк данных, используемых для оценки изменений плодородия почвы, содержания и качественного состава органического вещества, а так же ее агрохимических свойств и агроэкологического состояния. Обработка и систематизация полученных материалов даст возможность прогнозировать изменения кислотно-основных свойств и показателей актуального плодородия почв под действием природных и агрогенных факторов.
Степень разработанности темы. Длительные полевые опыты с удобрениями, заложенные Д.Н. Прянишниковым в 1928-32 гг. на Долгопрудненской опытной станции (в настоящее время ДАОС им. Д.Н. Прянишникова) представляют собой исключительную основу для изучения динамики свойств почвы при применении различных приемов земледелия и для оценки ее устойчивости к антропогенному воздействию. Выбор нами объекта изучения определялся тем, что за предшествующий период проведения опыта уже был накоплен богатый экспериментальный материал, обобщенный в монографии А.Д. Хлыстовского (1992) и его публикациях с сотрудниками, привлекаемый в настоящей работе.
Основной целью диссертационной работы было изучение агрохимических свойств почвы и ее агроэкологического состояния после длительного применения навоза и минеральных удобрений в зависимости от периодического известкования в полевом опыте Д.Н. Прянишникова № 2 с клеверным паром на ДАОС.
Задачи исследования включали:
-
Обобщение данных ДАОС по продуктивности севооборота по отдельным его ротациям к дополнению материалов, опубликованных ранее А.Д. Хлыстовским в его монографии (1992);
-
Определение содержания и состава органического вещества в пахотном слое почвы;
3. Оценка состояния основных агрохимических свойств дерново-
подзолистой почвы под влиянием известкования и систематического примене
ния навоза и минеральных удобрений, после полных 19 ротаций севооборота;
4. Определение показателей актуального плодородия почвы (включая со
стояние микробного сообщества);
5. Анализ химического состава культур севооборота после завершения 19 ротаций для оценки качества и безопасности полученной продукции.
Научная новизна. Проведен обобщающий анализ данных 76-летнего полевого опыта Д.Н. Прянишникова, что позволило получить уникальные экспериментальные данные о действии и последействии изучавшихся агрогенных факторов на агрохимические и агроэкологические свойства почвы, качество и безопасность получаемой растениеводческой продукции. Впервые использовавшийся для анализа почв этого опыта дериватографический метод позволил охарактеризовать влияние изучавшихся факторов на термическую стабильность органического вещества почвы, на соотношение между его лабильными и стабильными компонентами.
Теоретическая и практическая значимость работы. Результаты обобщающих исследований, выполненных автором, необходимы при проведении мониторинга плодородия дерново-подзолистой почвы Центрального Нечерноземья и разработки приемов рационального применения удобрений. Ценность научных работ соискателя том, что результаты исследований в таких многолетних опытах, как полевой опыт №2 Д.Н. Прянишникова на ДАОС, позволяют сформировать надежную базу для оценки изменений агрохимических свойств и плодородия почв, их агроэкологического состояния. Получаемые в опытах результаты являются основой для рекомендаций по рациональному научно-обоснованному применению удобрений, а также прогнозированию потребности в минеральных удобрениях и обоснованию их ассортимента для Нечернозёмной зоны РФ. Выводы и рекомендации, полученные в результате исследования, позволяют провести разработку мероприятий по эффективному и экологически безопасному применению удобрений, рациональному использованию, сохранению и повышению плодородия почв, при различных уровнях технологий возделывания сельскохозяйственных культур, в том числе и при современных адаптивно-ландшафтных системах земледелия. Материал, полученный в ходе выполнения диссертационной работы, может быть использован в учебных целях.
Основные защищаемые положения
Органическая и минеральная системы удобрения по влиянию на среднюю продуктивность севооборота за весь период проведения опыта были равноценны.
При учете последействия удобрений после завершения 19 ротаций севооборота не выявлено существенных различий между вариантами с органической и минеральной системами удобрения независимо от известкования по содержанию основных органических соединений определяющих качество урожая возделываемых культур
Различия в уровне урожая отдельных культур в зависимости от изучавших факторов, а также выявленные различия в агрохимических свойствах и плодородии почвы по вариантам опыта определяли варьирование содержания зольных макроэлементов и широкого набора микроэлементов продукции воз-делывавшихся культур.
Длительное систематическое применение, как навоза, так и минеральных удобрений не привело к накоплению в получаемой продукции тяжелых металлов из числа элементов 1 и 2 класса опасности свыше санитарно-гигиенических требований.
Длительное, на протяжении 76 лет возделывание сельскохозяйственных культур без известкования и применения удобрений привело к снижению содержания гумуса тяжелосуглинистой дерново-подзолистой почвы, до уровня, установившегося после значительного его снижения в первые тридцать лет проведения опыта. При практически равном влиянии органической и минеральной систем удобрения на среднюю продуктивность севооборота за весь период проведения опыта систематическое внесение навоза оказало большее положительное воздействие на содержание гумуса, чем применение минеральных удобрений в эквивалентных навозу дозах NPК и Са.
После 19 полных ротаций севооборота с соблюдением схемы опыта выявлено значительное изменение в кислотно-основных свойствах почвы под влиянием изучавшихся систем удобрения Под влиянием периодического известкования (через 28 лет после последнего его проведения по полной Нг в 1980 г.) в почве, независимо от применения удобрений, установлено снижение кислотности и содержания подвижного алюминия, сохранялись более благоприятные условия для клевера и пшеницы, проявившиеся при учете последействия удобрений.
В пахотном слое систематически удобрявшейся почвы через 76 лет проведения опыта независимо от известкования увеличилось содержание как подвижного (по Кирсанову) фосфора, так и обменного (по Масловой) калия с переходом в более высокий на один класс обеспеченности этими элементами. Содержание подвижного фосфора и обменного калия в пахотном слое почвы после 76-лет проведения опыта существенно не различалось при сравнении известкованных и неизвесткованных вариантов со внесением удобрений.
Степень достоверности результатов проведённых исследований. Степень достоверности результатов проведенных исследований подтверждается детальной проработкой литературных источников отечественных и зарубежных авторов по теме диссертации, применением современных инструментальных методов анализа, публикацией основных положений диссертаций.
Исследования проводились в длительном полевом опыте с севооборотом, развернутом во времени и пространстве. После полных 19 ротаций представительные почвенные пробы ежегодно отбирались из пахотного (0-20 см) слоя почвы. Образцы отбирали с трех несмежных повторений. В растительных пробах (сена клевера – в первый год учета последействия удобрений, зерна озимой пшеницы – на второй год учета последействия), определялись основные показатели качества и элементный состав сельскохозяйственной продукции. Аналитические работы и лабораторные эксперименты выполнялись на кафедре агрономической, биологической химии, радиологии и безопасности жизнедеятельности, кафедре микробиологии и иммунологии ФГБОУ ВО РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева и в Центре коллективного пользования ВНИИА им. Д.Н. Прянишникова с использованием современных аналитических методов, в том числе атомно-абсорбционной спектрофотометрии и термогравиметрии. Все полевые и лабораторные работы выполнены с применением рекомендованных методик и современных методов исследований. Достоверность результатов подтверждается наличием первичной документации, которая велась в ходе выполнения экспериментов. Урожайные и аналитические данные подвергались статистической обработке методом дисперсионного анализа с применением компьютерных программ Microsoft Excel, и Statistica 6.1.
Апробация работы. Материалы исследований по теме диссертации докладывались и обсуждались на заседаниях кафедры агрономической, биологической химии, радиологии и безопасности жизнедеятельности ФГОУ ВПО РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева (2008, 2009, 2010 гг.). Также результаты исследований представлялись на международных научных конференциях: 42-я международная научная конференция «Агрохимические технологии, приемы и способы увеличения объемов производства высококачественной сельскохозяйственной продукции» (Москва 21-22 мая 2008 г.); 43 я международная научная конференция молодых ученых и специалистов «Применение средств химизации в технологиях адаптивно-ландшафтного земледелия» (Москва 19-21 мая 2009 г.); 44 я международная научная конференция молодых ученых и специалистов «Комплексное применение средств химизации в адаптивно-ландшафтном земледелии» (Москва 22 23 мая 2010 г.); Международная научно практическая конференция «Адаптация сельского хозяйства России к меняющимся погодно-климатическим условиям» (Москва 7-10 декабря 2010 г.); Научно практическая конференция «Проблемы развития АПК и сельских территорий в XXI веке» (Москва 7-9 декабря 2011 г.)
Личный вклад соискателя. Диссертация Литвинского В.А. является самостоятельной научной работой, в которой экспериментальные данные за 2007-2010 гг. принадлежат лично автору. При выполнении работы автор принимал
непосредственное участие в проведении полевых и лабораторных научно-исследовательских работ в длительном (с 1931 г.) полевом опыте с удобрениями Д.Н. Прянишникова №2 на ДАОС в 2007-2010 гг. По результатам анализа экспериментальных данных автором были подготовлены печатные работы и сформулированы выводы.
Публикации по теме диссертации. Основное содержание диссертации и защищаемые положения отражены в 8 публикациях, среди которых: 5 статей в рецензируемых научных журналах (все 5 – в изданиях ВАК, рекомендуемых для публикации результатов диссертационных работ), 3 работы – в сборниках тезисов российских и международных конференций.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 3 глав, включающих обзор литературы, списка литературы, включающего 251 наименований, из которых - 16 на иностранных языках, экспериментальную часть и выводы, рекомендаций производству, списка литературы и приложения. Работа изложена на 139 страницах, содержит 10 рисунков, 12 таблиц и одно приложение.
Благодарности. Автор выражает глубокую благодарность всему коллективу ДАОС и его руководителю Ю.Г. Грицевичу, коллективу лаборатории географической сети опытов с удобрениями ФГБНУ ВНИИ агрохимии имени Д.Н. Прянишникова и ее руководителю В.Г. Сычеву, коллективу кафедры агрономической, биологической химии, радиологии и БЖД РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева и ее руководителю С.П. Торшину, доценту кафедры микробиологии и иммунологии РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева Т.А. Карепиной за сотрудничество и практическую помощь на различных этапах выполнения работы. Автор выражает искреннюю признательность научным руководителям работы – профессору, д. б. н. Э.А. Муравину и профессору, д. с.-х. наук В.А. Черникову.
Влияние агрогенных факторов на физико-химические свойства и плодородие почв
Оптимизация применения агрохимических средств – важное направление совершенствования технологий возделывания сельскохозяйственных культур. Необходимым источником сведений по данному вопросу служат результаты полевых экспериментов с удобрениями и другими агрохимическими средствами, проводимые научно-исследовательскими и проектными организациями, центрами Государственной агрохимической службы, Центральным институтом агрохимического обслуживания (ЦИНАО), Научно-исследовательским институтом удобрений и инсектофунгицидов (НИИУИФ), вузами, региональными сортоиспытательными и селекционными станциями. Большую ценность представляют результаты исследований в Географической сети опытов с удобрениями и другими агрохимическими средствами (Шевцова, Романенков, 2006).
Особое место занимают длительные полевые опыты Геосети. Географическая сеть опытов с удобрениями является научной базой агрохимической науки в России. Геосеть осуществляет разработку научно-обоснованных предложений по размещению и наиболее эффективному использованию удобрений и других агрохимических средств под основные сельскохозяйственные культуры и в севооборотах в соответствии с требованиями современных агротехнологий в различных почвенно-климатических зонах и субъектах РФ, проводит исследования по сохранению и повышению плодородия почв, устойчивому функционированию агро-ландшафтов, регулированию биологического круговорота в агроценозах (Мура-вин, Титова, 2009).
Экспериментальные исследования учреждений Геосети проводятся в краткосрочных, длительных (стационарных), а так же микро полевых опытах и лизиметрических установках. Основная часть опытов расположена в европейской части России. Длительные стационарные полевые опыты являются основной базой проведения фундаментальных агрохимических исследований, обеспечивая систему многолетних стационарных наблюдений.
По данным последней инвентаризации длительных опытов, проведенной ВНИИА по состоянию на 2005г. в РФ имеется 356 длительных опытов, в том числе 21 опыт продолжительностью более 50 лет (Бюллетень, 2006) .
Использование результатов полевых экспериментов в решении научных и практических задач агрохимии и земледелия связано со многими нерешенными проблемами. Централизованная обработка результатов полевых опытов в полном объёме не ведётся. Нуждается в развитии методология агроэкологического прогнозирования и интерпретации его результатов. (Ефремов, 2009). Требуют совершенствования методы совместного использования данных краткосрочных и длительных агрономических экспериментов, способы учёта различий в методиках исследования и факторных планах при обобщении результатов полевых опытов, проведенных в неодинаковых почвенных, климатических и агрометеорологических условиях. Это сдерживает развитие опытного дела, моделирования и агрохимической науки в целом. При оптимизации технологий возделывания культур на дерново-подзолистых почвах Нечернозёмной зоны следует учитывать разнообразие сочетаний показателей их агрохимических свойств. Необходимо обобщение результатов полевых опытов с удобрениями и другими агрохимическими средствами, проведенных в широком диапазоне агроэкологических условий. Это требует совершенствования методов экспериментальных исследований в агрохимии, 5 использования математического моделирования и современных информационных технологий (Сычев, Державин, 2004, Сычев, 2006).
Значимость информации длительных опытов превосходит национальные рамки, приобретает международное значение. Международные базы длительных опытов позволяют решать глобальные вопросы, связанные с проблемами экологии, накопления в биосфере токсикантов, региональные изменения в эмиссии СО2, минерализации органического вещества почвы, что ведёт к изменению условий питания растений и требует корректировки сложившихся зональных систем применения удобрений.(Панников, Минеев, 1976, Дзанагов, 1999).
Высоко оценивая значимость реальной, заложенной в длительных опытах информации, необходимо чётко представлять, что её активное использование возможно лишь при условии правильно организованной системы сбора, хранения и обновления единого формата электронной базы данных, применения автоматизированной обработки многолетних данных с использованием современных компьютерных программ, стандартизации архивной и текущей информации (Мура-вин, Титова 2009).
Первой попыткой унификации сбора, хранения и использования информации длительных опытов на основе создания международной электронной базы данных по органическому веществу почвы является проект EuroSOMNET. Проект предусматривает создание единой европейской сети, включающей паспорта опытов, базы данных и информацию о моделях состояния органического вещества почвы, разработанных на основе данных длительных опытов. Координатором проекта является Ротамстедская опытная станция (Великобритания); сокоордина-тором по Центральной Европе – международный исследовательский центр UFZ Лейпциг-Гаале (Германия), по странам СНГ – ВИУА (Россия) (Черников, Чеке-рес, 2004, Бюллетень, 2006).
Плодородие и экологическое состояние почв
Азотные удобрения играют основную роль в получении высокой продуктивности зерновых культур с благоприятными показателями качества на высоко-окультуренных почвах Центрального района (Кудеяров, Кузнецова, 1996, Лапа, 2004). Последовательное увеличение норм азотного удобрения повышает белковость зерна злаковых культур даже тогда, когда урожайность уже не увеличивается (Никитишен В.И., 1984, Жуков Ю. П., Макарцева, 1997).
В работах многих ученых отмечено (Ковалёв, Барановский, 2000; Козлов и др., 2003) увеличение массы 1000 семян под влиянием органических и минеральных удобрений. Содержание сырой клейковины при внесении N60 значительно увеличивалось. Дальнейшее же увеличение дозы азота не приводило к увеличению ее содержания в зерне озимой пшеницы. По мнению Л.М. Державина (1992), качество урожая прежде всего зависит от азотных удобрений.
По данным В.Г. Сычева и Л.М. Державина (2004) исследования по оценке качества урожая в опытах свидетельствуют, что с увеличением доз азотных удобрений до N90 и более повышается белковость зерна озимой и яровой пшеницы на 0,2-3,0%; при внесении N120 и более снижается сахаристость сахарной свеклы на 0,4-1% и наблюдается снижение крахмала в картофеле на 0,3-1,2%,
Влияние фосфорных и калийных удобрений на качество растениеводческой продукции было слабым и неустойчивым (Горшкова, 1981, Касицкий, 1986).
Важными показателями качества кормовых культур является содержание каротина, протеина и клетчатки. По данным С.Х. Дзанагова (1999) на дерново 5 0 глеевой почве наблюдается тенденция увеличения содержания протеина и каротина в растениях под влиянием удобрений, снижение клетчатки, содержание жира и золы находилось на уровне контроля. Другие авторы (Демин, 1985, Алтунин Д.А., 1986, Донос, 1993) также отмечают увеличение содержания каротина в кормовых культурах и улучшение качества сена при внесении азотных удобрений, что делает заготавливаемые корма более ценными.
Систематическое применение удобрений приводит к постепенному обогащению почвы подвижными соединениями питательных веществ. В большей степени это характерно для фосфора, в связи с его малой подвижностью в почве и низкой степенью использования из удобрения на формирование урожая (Никитишен, 1990).
При систематическом применении фосфорных удобрений в севооборотах значительная часть неиспользованного растениями фосфора накапливается в корнеобитаемом слое в виде усвояемых соединений, обеспечивая длительное его последействие (Соколов, 1950, Никитишен, 2002).
Содержание валового калия в почве является довольно стабильным показателем, поэтому не часто используется в агрохимических исследованиях. Для многих глинистых и суглинистых почв общий калий редко различается в почвах с различной степенью удобренности, даже после более чем 100 лет ведения хозяйственной деятельности (Johnston A.E., Goulding K.W.T., 1990). Согласно результатам исследований ученых, наблюдалось несущественное снижение содержания общего калия при многолетнем использовании почвы в слое 0-15 см и некоторое увеличение в слое 15-30 см (Сигаркин и др., 1978, Шафран, 1995, Попов, Шафран, 2002) В опытах Л.И. Мартынович и др. (1992) запасы валового К в пахотном слое за 50 лет уменьшились на 5,4 т/га. 1
При взаимодействии калийных удобрений с почвой значительная часть калия сорбируется в корнеобитаемом слое не только в обменной форме, но и проникает в межпакетные пространства глинистых минералов, закрепляясь в необменнопо-глощённом состоянии (Минеев, 1999, Никитишен, 2002).
При оценке сравнительной эффективности органической и минеральной систем удобрений за основу берется эквивалент содержания в них основных элементов питания – NPK и Са, при этом не учитывается наличие в органических удобрениях других макро и микроэлементов, а также их воздействие на гумусовое состояние и агрохимические свойства почвы (Минеев и др., 1984,Черников и др. , 1988, Барановский, 1995, Шевцова, Романенков, 2006).
При пропаганде преимущества органического земледелия (исключающего применение минеральных удобрений и агрохимикатов) декларируется получение, якобы, экологически чистой продукции. (Горчаков, Дурманов, 2002). Однако, навоз может содержать различные токсиканты вследствие техногенного загрязнения кормов и подстилок (Васильев, 1984).
Особенно строгий контроль за содержанием различных токсикантов необходим при использовании нетрадиционных органических удобрений – сапропеля, компостов с осадком сточных вод и других отходов ЖКХ (Басманов, 1990, Методические рекомендации.., 2000).
Промышленные минеральные удобрения в обязательном порядке сертифицируются на экологическую безопасность, в том числе, по содержанию тяжелых металлов. Фосфорные и калийные удобрения содержат небольшое количество микроэлементов, в том числе тяжелых металлов (Карпова и др. 1990, Большакова, 1993). Однако даже при достаточно длительном применении в повышенных дозах они не вызывают увеличения фонового, тем более сверхнормативного содержания в почвах (Соколов, 1950, Овчаренко, 1997, Минеев, 1999, Прокошев, Дерюгин, 2000)
Существующие показатели содержания потенциальных токсикантов из числа микроэлементов достаточно условны и основным критерием оценки агроэкологи-ческого состояния агроценоза является содержание нормируемых микроэлементов в конечной с.-х. продукции. Они определены в СанПинах на пищевую, кормовую и животноводческую продукцию (Методические указания, 1982, Черников, Чекерес, 2004, Гигиенические требования, 2008, Муравин, Титова, 2009, Потатуе-ва, Сидоренкова, 2010).
Таким образом, можно сказать, что минеральные и органические удобрения при их длительном применении становятся не просто источником доступных растениям элементов питания, а фактором, определяющим уровень потенциального плодородия и устойчивость агроэкосистемы в целом (Байбеков, Колтыхов, 2003).
Некоторые политики, в том числе и от науки, небезуспешно убеждают во вреде применения минеральных удобрений и пестицидов для человека и окружающей среды, хотя самые развитые и благополучные станы используют их в наибольших количествах (например, Япония — страна долгожителей). Дело в том, что основные проявления экологического неблагополучия в АПК связаны не столько с химическими загрязнениями, сколько с преобладанием экстенсивного хозяйствования и недостаточным применением химизации земледелия (Минеев, Ремпе, 1990).
Характеристика объекта и методов исследования
Периодическое известкование почвы в варианте без применения удобрений вызывало значительное повышение уровня средней продуктивности севооборота в первые 2-3 ротации после каждого известкования – прежде всего это было связано с ростом урожая клевера и озимых зерновых. Особенно сильно положительное действие проявилось при первом известковании полной дозой, проведенном в 1947 году. Суммарная продуктивность за первые три ротации после известкования возросла в 1,8 раза. После известкования по 0,5 Нг в 1970 г. – в той же мере в первые 2 ротации.
Известкование повышало эффективность применения как органических, так и минеральных удобрений. В течение трех ротаций по полной дозе извести уровень средней продуктивности севооборота возрастал в 1,6 раза, при этом прослеживалась тенденция к преимуществу органических удобрений над минеральными. Повторное известкование по 0,5 Нг обладало менее выраженным и менее продолжительным положительным действием. 3-е известкование (по 1,0 Нг), проведенное после увеличения доз удобрений, в сумме за первые три ротации после известкования, оказалось не так эффективно, как первое, но прослеживалось более длительное его последействие, особенно на урожайность клевера и озимой пшеницы. За 15 ротаций после начала известкования суммарная продуктивность севооборота в вариантах с известью возросла со 144 т/га з.е. до 162 т/га з.е., т.е. всего на 13%, однако периодическое известкование обладало исключительно высокой эффективностью при учете последействия как органической, так и минеральной системы удобрений. Таким образом, обобщение урожайных данных по отдельным ротациям севооборота в зерновых единицах основной продукции за весь период проведения опыта до 1982 года проведенная А.Д. Хлыстовским, а по последующим ротациям за 1983 по 2007 гг. – Литвинским В.А показала, что изу 6 8 чавшиеся органическая и минеральная системы удобрений по влиянию на среднюю продуктивность севооборота были практически равноценны.
При этом, как и при учете урожая клевера и озимой пшеницы в первые два года учета последействия в вариантах с удобрениями продуктивность агроценозов была в 1,7-2,0 раза выше, чем в контрольном варианте. Существенное увеличение средней продуктивности севооборота после известкования полной дозой по Нг наблюдалось в течение трех, а половинной дозой – двух ротаций. Тем не менее, достоверное положительное влияние известкования на урожай клевера и озимой пшеницы проявлялось и в последующий период после последнего известкования, в том числе в первые два года учета последействия. В первые две-три ротации после каждого известкования повышалась эффективность как органических, так и минеральных удобрений, а при учете их последействия установлен достоверный рост урожаев клевера и озимой пшеницы только в контрольном варианте.
Таким образом, в результате теоретических исследований по обобщению и анализу продуктивности севооборота, за последние 24 года и результатов изучения гумусового состояния дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почвы после длительного 76 летнего применения удобрений в многолетнем опыте Д.Н. Прянишникова с клеверным паром, на заключительном этапе проведения полевого опыта установлено следующее:
В вариантах без применения удобрений и известкования средняя продуктивность севооборота за 19 ротаций составила 1,3 т з.е. с га в составе основной продукции. Периодическое известкование повышало плодородие почвы и эффективность удобрений, особенно минеральных. Продолжительность достоверного увеличения средней продуктивности севооборота при известковании полной дозой составило 9 3, а половинной – 2 ротации. Однако, и на протяжении более длительного периода прослеживалось продолжительное действие известкования на продуктивность посевов и высокое последействие на урожай посевов культур севооборота. Под влиянием известкования динамика содержания гумуса в почве и агрохимические ее свойства после длительного применения существенно не изменялись.
Органическая (36 т навоза КРС за ротацию севооборота) и минеральная (эквивалентное навозу количество NPKCa) в виде NАА, PГС, КCl, СаСО3 система удобрения по влиянию на среднюю продуктивность севооборота за первые 11 ротаций были равноценны (2,3 т з.е/га).
Как отмечалось в литературном обзоре, изменения химического состава под влиянием изучавшихся агрогенных факторов определяют качество и безопасность сельскохозяйственной продукции. Изменения химического состава зависели от видовых особенностей культур и уровня их продуктивности.
При учете урожая опытных культур (клевера и озимой пшеницы) соответственно в 1-ый и 2-ой годы после завершения внесения удобрений выявлено высокое их последействие. Прослеживалось также увеличение урожаев этих культур под влиянием ранее проводившегося известкования, особенно в варианте без применения удобрений.
Согласно данным ДАОС в 2007 году, исключительно благоприятном по тепловому режиму и условиям влагообеспеченности, урожай сена клевера сорта Трио Красный в вариантах предшествующего длительного систематического применения навоза и минеральных удобрений без известкования составил соответственно 5,4 и 5,7 т/га против 2,9 т/га в контрольном варианте. На фоне известкования в ва 7 0 рианте без внесения удобрений урожай сена возрос до 3,8 т/га, а увеличение урожая в вариантах с применением удобрений оказалось недостоверным.
На второй год учета последействия урожай зерна озимой пшеницы сорта Московская 39 в вариантах с предшествующими органической и минеральной системой удобрения составлял соответственно 6,8 т/га и 6,6 т/га, а на контроле — 3,9 т/га. Последействие периодического известкования проявилось только в варианте без внесения удобрений, где урожай достоверно возрос до 4,7т/га.
Обобщение и анализ полученных нами аналитических данных позволяет сделать следующие заключения об изменении химического состава растениеводческой продукции после длительного, на протяжении 76 лет воздействия изучавшихся в опыте агрогенных факторов.
Содержание сырого протеина в сене клевера в вариантах с применением навоза возрастало с 11,2% до 11,8% по сравнению с вариантом без удобрений. В вариантах с минеральной системой удобрений содержание сырого протеина в сене клевера сохранялось на уровне контрольного. При равном росте продуктивности культуры под влиянием как органической, так и минеральной системы удобрения по сравнению с контролем, сбор сырого протеина с кормовой массой на 1 гектар был значительно выше при органической. При этом вынос азота с единицы площади и сбор белка с урожаем озимой пшеницы резко возрастали по сравнению с контролем за счет последействия как органических, так и минеральных удобрений.
Урожай озимой пшеницы возрастал в равной мере от применения и органических и минеральных удобрений, но концентрация белка была выше при применении минеральных удобрений на 0,6 % по сравнению с вариантом внесения навоза и на 1,2% по сравнению с контролем.
Содержание и состав органического вещества после длительного применения удобрений
Таким образом, как и следовало ожидать, после длительного систематического применения как органических, так и минеральных удобрений, в почве возросло содержание подвижного фосфора и обменного калия (с переходом почвы в следующий класс обеспеченности растений этими питательными элементами), а содержание количества щелочегидролизуемого азота возросло только при сочетании навоза и минеральных удобрений с периодическим известкованием. Интересно, но длительное возделывание сельскохозяйственных культур без удобрений не вызвало существенного снижения содержания подвижного фосфора и обменного калия в почве.
В системе комплексного почвенно-агрохимического и агроэкологического мониторинга плодородия почв земель сельскохозяйственного назначения важное место принадлежит многолетним полевым опытам с удобрениями и другими средствами химизации Геосети ВНИИА, исследования, на базе которых позволяют сформировать надежный банк данных для оценки и прогнозирования почвенного плодородия под влиянием длительного воздействия природных и изучаемых в опытах агрогенных факторов. В программу наблюдений при осуществлении мониторинга входят, микробиологические исследования для оценки биологической активности и численности почвенных микроорганизмов, в том числе определяющих направленность и интенсивность трансформации углерода и азота, гумусовое состояние и питательный режим почв. В свою очередь, изменение агрохимических свойств почвы (содержание и состав органического вещества, кислотно-основные свойства, поглотительная и буферная способность, актуальное плодородие) под влиянием длительного воздействия агрогенных факторов – технологии возделывания сельскохозяйственных культур, применения органических и минеральных удобрений, приемов химической мелиорации, может в значительной степени сказаться на состоянии микробного сообщества почвы, его биоразнообразии, численности и активности почвенной микрофлоры.
Целью наших исследований, выполнявшихся на базе длительного полевого опыта, заложенного по инициативе Д.Н. Прянишникова в 1931 г. на Долгопрудной агрохимической опытной станции (ДАОС), являлось изучение состояния микробного сообщества сильнокислой тяжелосуглинистой дерново-подзолистой почвы, типичной для Центрального Нечерноземья, после длительного, на протяжении 76 лет применения навоза и минеральных удобрений, а также периодического известкования.
Весной 2009 года с делянок двух несмежных повторений опыта на одном из полей отобраны представительные почвенные образцы. Программа микробиологических исследований включала в себя: учет численности сапротрофов на МПА, аэробных целлюлозоразлагающих микроорганизмов на среде Гетчинсона и определение их активности, микроскопических грибов на СА и аэробных свободножи-вущих азотфиксаторов на среде Эшби. Активность целлюлозолитических микроорганизмов, как аэробных, так и анаэробных, определяли по степени разложения кружков фильтровальной бумаги.
Микробиологические исследования выявили вполне определенную связь между определявшимися показателями биологической активности и изменениями агрохимических свойств почвы под влиянием систематического применения удобрений и периодического известкования. Общая численность сапротрофных микроорганизмов оказалась значительно выше в длительно удобрявшейся почве по сравнению с контролем. Это обусловлено значительно большим поступлением органического вещества в составе ПКО, а также навоза при органической системе удобрения возделываемых культур под влиянием удобрений, более высоким содержанием Сорг и особенно Слов, количество последнего было в 2.5 и 2,0 раза выше соответственно при органической и минеральной системе удобрений, чем в почве контрольного варианта. Количество аэробных целлюлозолитических микроорганизмов варьировало между вариантами в широком интервале. Однако активность целлюлозоразлагающих микроорганизмов была более выражена в систематически удобрявшейся почве, особенно в вариантах со внесением навоза. Численность микроскопических грибов закономерно изменялась по вариантам опыта в зависимости от степени кислотности почвы, и была выше в контрольном варианте и при минеральной системе удобрений без известкования, практически во всех вариантах доминировали микромицеты р. Penicillium. На среде Эшби бактерии рода Azobacter не были обнаружены вследствие сильнокислой реакции среды во всех вариантах опыта, из свободноживущих азотфиксаторов преобладали бактерии р. Clostridium.