Введение к работе
Актуальность проблемы. В настоящее время 20% пахотных почв легкого гранулометрического состава Центрального Нечерноземья нуждаются в улучшении эколого-агрохимического состояния Дерново-подзолистые песчаные и супесчаные почвы в сравнении с суглинками и глинами экологически наиболее уязвимы Эффективным средством повышения их продуктивности является сбалансированное применение удобрений и мелиорантов Обладая низкой поглотительной способностью и слабой буферностью, под воздействием физиологически кислых минеральных удобрений они сильно подкисляются и десорбируют обменные катионы в почвенный раствор Высокая влагопроницаемость этих почв способствует вымыванию обменных оснований, а также легкоподвижных соединений элементов питания, прежде всего азота из корнеобитаемого слоя Низкая емкость катионного обмена песчаных и супесчаных почв, обусловленная их гранулометрическим, минералогическим составом и недостаточной гумусированностью, существенно ограничивает их сельскохозяйственное использование в случае техногенного загрязнения территорий тяжелыми металлами и радионуклидами В таких почвенных условиях подвижность токсикантов многократно возрастает, и они могут накапливаться растениями в концентрациях, представляющих опасность для здоровья животных и человека Фитотоксичность свойственна почвам с низким уровнем плодородия, и она может усиливаться в результате антропогенного воздействия
Цель диссертационной работы — научное обоснование приемов окультуривания дерново-подзолистых песчаных и супесчаных почв, обеспечивающих достижение высокой продуктивности выращиваемых на них сельскохозяйственных культур, отвечающих экологическим требованиям современного земледелия при ведении его в условиях глобального и локального техногенного загрязнения природной среды токсичными веществами
Для ее выполнения были поставлены следующие задачи:
изучить эффективность органических и минеральных удобрений в севооборотах с сидеральным и занятым бобовыми культурами паром,
выявить особенности действия удобрений на продуктивность основных культур полевого севооборота,
изучить взаимодействие азотных, фосфорных и калийных удобрений при внесении их в сочетании с известкованием,
оценить эффективность последействия органических и минеральных удобрений в севообороте,
изучить обеспеченность почвы микроэлементами и установить их эффективность в севообороте,
выявить закономерности миграции нитратного азота по профилю почвы в условиях систематического внесения органических и минеральных удобрений,
проанализировать изменение структурных и функциональных показателей комплекса почвенных микроорганизмов под влиянием удобрений,
определить накопление тяжелых металлов и фтора в почве и растениях в результате длительного применения удобрений,
дать оценку роли удобрений и мелиорантов в регулировании подвижности радионуклидов в почве и аккумуляции их растениями
Научная новизна. Исследования, проведенные в многолетних и краткосрочных стационарных полевых опытах на песчаных и супесчаных дерново-подзолистых почвах, позволили обосновать систему последовательного повышения плодородия этих почв, ключевыми элементами которой на первых этапах окультуривания являются использование сидерального люпинового пара в сочетании с внесением торфонавозного компоста и умеренных доз минеральных удобрений, а на заключительных этапах — применение повышенных доз минеральных и органических удобрений на фоне известкования Достигнутый благодаря применению такого комплекса агрохимических приемов уровень окультуренности почв, характеризующийся достаточной гумусиро-ванностью и обогащением корнеобитаемого слоя подвижными фосфатами, предопределяет первоочередное значение азотных удобрений в повышении продуктивности выращиваемых на них таких культур, как ячмень, овес, гречиха Выявлено высокое и длительное последействие органических и фосфорных минеральных удобрений на урожайность культур севооборота
Установлены закономерности миграции нитратного азота в песчаных дерново-подзолистых почвах В условиях обильного выпадения атмосферных осадков в весенне-летний период нитраты, внесенные с минеральным удобрением и образующиеся вследствие минерализационных почвенных процессов, подвержены сильно выраженной миграции по профилю песчаных дерново-подзолистых почв Наряду с нисходящей миграцией нитратов, достигающей глубины 1,5 м и более, наблюдается восходящее их передвижение в почве в вышележащие горизонты в процессе испарения почвенной влаги
Показано, что сбалансированное применение органических и минеральных удобрений в агроценозах на супесчаных окультуренных почвах приводит к изменению структурных и функциональных показателей комплекса почвенных микроорганизмов в допустимых пределах, не вызывающих нарушений устойчивости микробоценоза
Выявлены закономерности воздействия агрохимических средств на подвижность тяжелых металлов и радионуклидов в загрязненной ими песчаной и супесчаной почве, исходя из которых обоснованы приемы внесения удобрений, снижающие уровень накопления этих токсичных веществ растения-
ми Получены данные, свидетельствующие о положительной роли оптимизации применения органических и минеральных удобрений в снижении фи-тотоксичности почвы, обусловленной формированием определенной структуры комплекса почвенных микроорганизмов
Защищаемые положения. На защиту выносятся следующие научные положения
Комплексное применение сидератов, органических и минеральных макро- и микроудобрений в сочетании с известкованием составляет основу повышения плодородия песчаных и супесчаных дерново-подзолистых почв, обеспечивает устойчивое развитие высокопродуктивного земледелия в изучаемых почвенно-климатических условиях Нечерноземной зоны Положительное действие этих агрохимических средств на продуктивность культур полевого севооборота проявляется продолжительное время
При оптимизации азотного питания растений на песчаных и супесчаных почвах следует учитывать высокую водопроницаемость этих почв, определяющую усиленную миграцию минеральных соединений азота, преимущественно нитратов, за пределы корнеобитаемого слоя Нитраты, внесенные с минеральным удобрением и образующиеся при минерализации почвенных органических соединений азота и торфонавозного компоста, вымываются атмосферными осадками в теплое время года на глубину до 1,5 м и более Восходящее передвижение этих азотных соединений по профилю почвы, вызываемое испарением влаги из верхних почвенных горизонтов, выражено в меньшей степени
Дерново-подзолистые песчаные и супесчаные почвы характеризуются низкой биологической активностью. Повышение их окультуренности посредством сбалансированного применения агрохимических средств оказывает положительное влияние на активность и структуру микробного сообщества
Важной экологической функцией агрохимических средств на высоко-окультуренных песчаных и супесчаных дерново-подзолистых почвах является обеспечение оптимальных параметров физико-химических, биологических свойств и питательного режима корнеобитаемого слоя почв, при которых достигаются иммобилизация тяжелых металлов и радионуклидов, а также снижение их накопления в растениях
Практическое значение результатов исследований. Результаты исследований использованы при подготовке научно-практических рекомендаций по повышению плодородия и продуктивности песчаных и супесчаных дерново-подзолистых почв Технологии возделывания озимых зерновых культур в Центральном районе Нечерноземной зоны Российской Федерации — М ФГНУ «Росинформагротех», 2000 — 52 с , Типовые нормативно-технологические карты по производству основных видов растениеводческой продукции — М ООО «Экономика и право», 2004 — 391 с
Экспериментальные данные по изучению закономерностей поведения тяжелых металлов и радионуклидов в агроценозах положены в основу системы агротехнических мероприятий, ограничивающих токсичное действие этих загрязняющих веществ на растения, животных и человека Технологии реабилитации радиоактивно загрязненных естественных кормовых угодий — М ФГНУ «Росинформагротех», 2002 — 40 с , Методические рекомендации по разработке региональных программ защиты сельскохозяйственного производства от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера, учитывающие вопросы страхования — М Изд-во ФГОУ РИАМА, 2004 — 62 с, Концепция региональных программ защиты сельскохозяйственного производства от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера, учитывающая вопросы страхования — М Изд-во ФГОУ РИАМА, 2004 — 14 с
Материалы диссертации включены в учебное пособие «Радиационная безопасность в сельском хозяйстве» — М РУДЫ, 2004 — 78 с
Апробация работы. Результаты исследований по теме диссертационной работы доложены на следующих научных конференциях и совещаниях
Всероссийском научно-техническом совещании Географической сети опытов с удобрениями Москва, 1998 г
Четвертом международном форуме «Мировой опыт в России» Москва, 1994 г
Международной конференции «Опыт работы по реабилитации территорий, пострадавших от Чернобыльской катастрофы» Брянск, 1995 г
Всероссийской конференции «Микробиология почв и земледелие» Санкт-Петербург, 1998 г
Международной научно-практической конференции «Современные проблемы опытного дела» Санкт-Петербург, 2000 г
Международном симпозиуме «Проблема фосфора и комплексное использование нетрадиционного минерального сырья в земледелии» Москва-Немчиновка, 2000 г
Международной научной конференции «Селекция, ветеринария, генетика и экология» Новосибирск, 2001 г
ХП-th International Conference on Heavy Metals in the Environement Grenobl, France, 2003.
- Proceedin of the 2-nd International Conference Novosibirsk, 2003
Результаты исследований по теме диссертации неоднократно докладыва
лись на заседаниях кафедры агрохимии факультета почвоведения Москов
ского государственного университета имени М В Ломоносова
Работа является частью плановой тематики кафедры агрохимии МГУ имени М В Ломоносова и выполнялась в рамках тем «Эколого-агрохими-ческое обоснование путей воспроизводства плодородия и повышения про-
дуктивности почв» (№ госрегистрации 010 20 001721), «Агрохимические пути воспроизводства плодородия разных типов почв» (№ 01 2 00109763), при частичной поддержке программы «Университеты России» и проектов РФФИ
Результаты исследований используются при чтении курсов лекций «Агрохимия и биосфера», «Агрохимия» на факультете почвоведения МГУ имени М В Ломоносова
Публикации. Основные положения работы опубликованы в 43 печатных работах, в том числе 1 личной и 7 коллективных монографиях
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов, изложена на 333 страницах машинописного текста, содержит 15 рисунков и 87 таблиц Список литературы включает 314 наименований работ отечественных и зарубежных авторов
Автор выражает признательность научному консультанту академику Рое-сельхозакадемии В Г Минееву, сотрудникам Новозыбковской опытной станции ВНИИА, Всероссийского научно-исследовательского института агрохимии имени Д Н Прянишникова (ВНИИА), Всероссийского научно-исследовательского института сельскохозяйственной радиологии и агроэкологии (ВНИИСХРАЭ), Брянской государственной сельскохозяйственной академии, Всероссийского научно-исследовательского института кормов им В Р Вильямса, Брянского центра «Агрохимрадиология», сотрудникам кафедры агрохимии Московского государственного университета имени М В Ломоносова
