Содержание к диссертации
Введение
Глава I Обзор литературы 10
1.1 Влияние минеральных, органических удобрений и кальцийсодержащих мелиорантов на показатели почвенного плодородия 10
1.2 Влияние минеральных и органических удобрений на урожай и качество продукции основных сельскохозяйственных культур 30
Глава II Почвенно-климатические условия и методика проведения исследований 56
2.1 Агроклиматические и метеорологические условия 56
2.2 Почвенный покров Воронежской области 66
2.3 Методика исследований 73
Глава III Мониторинг агрохимических показателей плодородия почв и применения удобрений в воронежской области за период с 1964 по 2010 г 79
3.1 Динамика содержания подвижного фосфора в зависимости от
уровня применения удобрений в почвах пашни Воронежской области 80
3.2 Динамика содержания обменного калия в зависимости от уровня применения удобрений в почвах пашни Воронежской области 88
3.3 Динамика содержания органического вещества (гумуса) в зависимости от уровня применения удобрений в почвах пашни Воронежской области 95
3.4 Динамика и состояние кислотности в зависимости от уровня применения удобрений и мелиорантов в почвах пашни Воронежской области 101
3.5 Баланс элементов питания и гумуса в почвах пашни Воронежской области 105
Глава IV Микроэлементы в пахотных почвах Воронежской области 113
Глава V Динамика урожайности основных сельскохозяйственных культур воронежской области за период с 1976 по 2010 г 132
5.1 Влияние уровня применения удобрений на урожайность озимой пшеницы в хозяйствах Воронежской области 132
5.2 Влияние уровня применения удобрений на урожайность сахарной свеклы в хозяйствах Воронежской области 138
5.3 Влияние уровня применения удобрений на урожайность кукурузы на силос в хозяйствах Воронежской области 144
5.4 Влияние уровня применения удобрений на урожайность подсолнечника в хозяйствах Воронежской области 149
Глава VI Нетрадиционные виды удобрений и их эффективность на территории воронежской области 155
Глава VII Дифференцированное внесение удобрений и их эффективность в системе точного земледелия воронежской области 170
Глава VIII Экономическая оценка применения удобрений в Воронежской области 185
Заключение 195
Предложения производству 199
Список литературы
- Влияние минеральных и органических удобрений на урожай и качество продукции основных сельскохозяйственных культур
- Почвенный покров Воронежской области
- Динамика содержания обменного калия в зависимости от уровня применения удобрений в почвах пашни Воронежской области
- Влияние уровня применения удобрений на урожайность кукурузы на силос в хозяйствах Воронежской области
Влияние минеральных и органических удобрений на урожай и качество продукции основных сельскохозяйственных культур
Ценность земли как основного средства сельскохозяйственного производства в конкретной хозяйственной инфраструктуре определяется ее плодородием - способностью удовлетворять потребность растений в питательных веществах, воздухе, воде, тепле, биологической и физико-химической среде и обеспечивать урожай сельскохозяйственных культурных растений при хорошем качестве продукции [161, 173].
На современном этапе земледелия главными задачами необходимо считать повышение плодородия, эффективное его использование, увеличение урожайности и качества производимой продукции на основе научно обоснованных систем земледелия [156].
Мировой наукой и практикой неопровержимо доказано, что решающая роль в сохранении, воспроизводстве почвенного плодородия, повышении продуктивности пашни, улучшении качества продукции принадлежит удобрениям. Однако все это может достигаться только при строгом научном обосновании норм, сроков, способов их внесения с учетом почвенного плодородия, биологических особенностей и климатических условий [204].
Следовательно, системе применения минеральных и органических удобрений, а также мелиорантов принадлежит главенствующая роль как в вопросах сохранения и воспроизводства почвенного плодородия, так и поддержания высокой продуктивности земледелия и получения продукции хорошего качества [192].
Вопросы о влиянии длительного применения удобрений на показатели почвенного плодородия и продуктивность севооборотов в Центрально-Черноземном регионе изучены достаточно хорошо и отражены в работах ряда ученых [89, 123, 184, 188, 189]. К основным показателям почвенного плодородия, изменяющихся под действием средств химизации и агротехнических приемов, определение которых входит в программу мониторинга агрохимслужбы, относятся: содержание органического вещества, или гумуса, кислотность, содержание доступных элементов питания растений (подвижных форм фосфора и калия).
Гумус является важнейшим показателем, определяющим большинство свойств почв и в целом их плодородие. Органическое вещество в значительной степени определяет пищевой режим почв, являясь непосредственным источником элементов питания, а также определяет физико-химические свойства почвы, и в частности емкость обмена. От запасов гумуса в почве зависит урожайность сельскохозяйственных культур. В необрабатываемых почвах содержание гумуса находится в равновесном состоянии, при распашке и использовании их равновесие нарушается [42, 192, 203, 247].
К настоящему времени накоплено значительное количество данных, свидетельствующих о существенном снижении содержания гумуса в пахотных почвах [192]. Так, по данным научных учреждений ЦЧЗ, содержание гумуса - основного показателя плодородия черноземов - за последние 100 лет уменьшилось на 25 - 40 %, а ежегодные его потери из пахотного слоя достигают 0,6 - 0,9 т/га [13, 192, 278, 305, 311].
Для сравнения, в европейской части страны абсолютное снижение количества гумуса в почве за 20 - 50 лет использования составило в среднем от 0,6 (дерново-подзолистые почвы) до 3,6 % (типичные черноземы), или 18 -36 % от его исходного содержания [192].
Снижение плодородия почв в результате их сельскохозяйственного использования особенно сильно проявляется на черноземах, где большой удельный вес в структуре посевных площадей занимают чистый пар и пропашные культуры (сахарная свекла, подсолнечник, кукуруза), широко распространенных в севооборотах хозяйств ЦЧР [69, 90, 231].
Черноземы являются наиболее распространенными почвами в областях Центрально-Черноземного района, где они занимают около 86 % пашни, из 12 меняясь от 74 % в Курской области до 92 % в Тамбовской. В Липецкой, Курской и Тамбовской областях преобладают выщелоченные и оподзоленные черноземы, в Белгородской - типичные и выщелоченные, в Воронежской -типичные [266]. В настоящее время в Центрально-Черноземной зоне черноземы вместо 10 - 13 % (1960 г.) содержат всего 7 - 10 и даже 4 - 7 % гумуса. Содержание гумуса в черноземных почвах в зависимости от подтипа колеблется от 5,0 % в южных до 8,2 % в типичных черноземах. С запада на восток Центрально-Черноземного района наблюдается возрастание содержания гумуса в пахотном слое черноземов с 5,5 - 6,0 до 8,0 - 8,3 %. Значительно увеличились площади эродированных почв с содержанием гумуса 2 - 4 % и 0,5 - 1 %, которые 90 - 100 лет назад встречались лишь отдельными пятнами [154, 192].
Главными причинами уменьшения содержания гумуса в пахотных черноземах являются уменьшение поступления в почву свежего органического вещества и усиление минерализации гумуса (в результате интенсификации обработки почвы, увеличения площади пропашных культур и чистого пара). На склоновых землях дополнительным фактором потерь гумуса является эрозия [255].
В связи с этим возникает необходимость поиска путей сохранения и повышения содержания гумуса в черноземах и других почвах.
Традиционно одним из основных приемов обеспечения почв органическим веществом является применение органических удобрений [242].
Как показывает многолетний научный и практический опыт, важную положительную роль в системах удобрения играет навоз, который оказывает как прямое, так и пролонгированное влияние на агроценозы, стабилизируя их продуктивность, сохраняет почвенное плодородие [112, 162].
Объективную оценку влияния органических, а также минеральных удобрений на гумусовое состояние почв может дать только анализ литературных данных, полученных по результатам длительных стационарных опытов в различных почвенно-климатических зонах страны.
Почвенный покров Воронежской области
Снижение положительной роли фосфора в получении дополнительного урожая надземной массы кукурузы отмечено в работах Г.А. Тибирьковой (1998) [283].
Роль калия при длительном его применении в питании кукурузы на черноземах требует дальнейшего углубленного изучения, поскольку даже при достаточном обеспечении кукурузы калием в отдельные годы в севообороте (1971, 1973, 1984, 2003 ) и в монокультуре (1971,1981, 2001, 2003) получены достоверные прибавки урожая зеленой массы кукурузы [275].
По мнению Г.А. Тибирьковой (1998), калий и азот занимают ведущее место в формировании урожая. В составе тройного удобрения на их долю приходится 77 % дополнительного урожая [283].
В полевом краткосрочном опыте на черноземе обыкновенном карбонатном Ставропольского края установлено, что при внесении калийных удобрений в дозе Кбо на фоне азотных удобрений увеличивалась урожайность зеленой массы кукурузы, прибавки которой составили от 11 до 14 % [32].
К аналогичным выводам пришли в своих работах В.В. Щукина (1982), Л.П. Черкасова (1991) на мицелярно-карбонатном тяжелосуглинистом черноземе: увеличение зеленой массы кукурузы на силос было получено при внесении калийных удобрений в дозах K15o-i8o совместно с азотными и фосфорными (N120Pi2o) [301, 313].
Обращает на себя внимание тот факт, что между основными и другими элементами питания существует тесная взаимосвязь: при недостатке азота поглощение фосфора снижается, ослабляется поглощение калия, совместное же внесение всех трех элементов питания в значительной степени повышает урожай кукурузы по сравнению с раздельным [192].
Так, представленное В.А. Прошкиным и А.П. Смирновым (1994) обобщение данных 140 полевых опытов по выращиванию кукурузы на силос в европейской части России подтвердило неоспоримое преимущество полного минерального удобрения перед парными сочетаниями в формировании урожайности кукурузы [239].
Однако данные относительно оптимальной дозы минеральных удобрений под кукурузу на силос у многих авторов весьма противоречивы.
На основании собственных исследований, проведенных на черноземе типичном в условиях Воронежской области, Г.А. Тибирькова (1998) пришла к выводу, что внесение ежегодно на 1 га севооборота 128 кг д.в. (N45P43K40) минеральных удобрений и под кукурузу ЫбоРбоКбо обеспечивает получение 30 - 44 т/га зеленой и 8 - 12 т/га сухой массы [283].
В условиях Липецкой области при возделывании кукурузы на силос на выщелоченном черноземе наиболее эффективными дозами считаются N120P120K120 и N15oPi2oKi5o- В этих вариантах получена самая высокая урожайность зеленой массы кукурузы - соответственно 333 и 372 ц/га [102].
На базе стационарного опыта Тамбовского НИИ сельского хозяйства учеными было установлено, что применение минеральных удобрений в дозе N48P55K52 повышало урожай зеленой массы кукурузы на 16 % по сравнению с контролем [151].
К.Е. Сокаев (2010) в своих работах отметил, что лучшим вариантом при выращивании кукурузы на силос на карбонатных предкавказских черноземах следует считать внесение полного минерального удобрения в дозах N150P120K120, на типичных черноземах - N150P120K90 [263].
Исследования, проведенные на темно-каштановой почве в условиях Ростовской области с различными по скороспелости американскими гибридами кукурузы, показали, что при выращивании на силос среднеспелого гибрида максимальную урожайность обеспечивает применение NPK по (60 кг/га) каждого элемента, среднепозднего - N90P90K60, позднеспелого -N30P6o + PioZn5[6].
Результаты полевого опыта, заложенного в условиях Белгородской области, показали, что при использовании минеральных удобрений величина продуктивности посевов кукурузы на силос возрастает от одинарной и двои 48 ной доз соответственно на 60 - 80 и 81 - 92 ц/га в зернопропашном севообороте и на 38 - 76 и 47 - 74 ц/га в зернопаропропашном [18]. Важная роль в повышении урожаев кукурузы на силос принадлежит органическим удобрениям. Благодаря навозу улучшаются условия питания растений азотом и использование запасов почвенной влаги.
В зависимости от почвенно-климатических условий нормы полуперепревшего навоза под зяблевую вспашку составляют (т/га): для Нечерноземной зоны в зависимости от почвенной разности - 20 - 40, Центрально - Черноземной зоны - 20 - 30, Северного Кавказа - 15 - 20, Поволжья - 20 - 30, Сибири - 30 - 40. В указанных нормах навоз обеспечивает высокую прибавку урожая - 0,66 - 1,42 т/га [192].
В исследованиях А.Ф. Стулина (1985) внесение 20 т/га навоза КРС в условиях Воронежской области повышало сбор зеленой массы кукурузы на 3,7 т/га при урожайности на неудобреннных участках 35,5 т/га. Максимальная прибавка 11 т/га получена при внесении 80 т/га навоза. Причем с увеличением дозы свыше 20 т/га прирост зеленой массы от каждой последующей был в пределах 3,5 т/га; 2,5 и 1,5 т/га [276].
Периодичность внесения навоза имеет для хозяйств важное организационное и экономическое значение. Исследования показали, что в среднем три поля, получившие навоз дозами 40 т/га, 60 и 80 т/га в запас соответственно на второй, третий и четвертый год, дали прибавку урожая зеленой массы: 6,5 т/га, 6,7 и 6,9 т/га, а при ежегодном внесении 20 т/га прибавка зеленой массы составила 6,0 т/га [273].
В литературе отмечена высокая эффективность совместного внесения навоза и минеральных удобрений.
Так, по результатам наблюдений в условиях Белгородской области максимальная урожайность кукурузы на силос отмечена при органо-минеральной системе удобрения: в зернопропашном севообороте - 324 - 345 и в зернопаропропашном - 326 - 335 ц/га [18].
Динамика содержания обменного калия в зависимости от уровня применения удобрений в почвах пашни Воронежской области
Подзона черноземов типичных тянется широкой полосой от западной до восточной границы Воронежской области, пересекая восточный склон Среднерусской возвышенности, южную часть Окско-Донской низменной равнины и северные склоны Калачской возвышенности. Северная ее граница находится за пределами области и проходит по линии Хлевное - севернее Усмани и Добринки Липецкой области - Шульгино - Сампур - Инжавино Тамбовской области. Южная граница тянется по р. Тихая сосна до г. Острогожска и далее через Лиски, Таловую - Новохоперск - Поворино, отсекая всю южную степную часть Воронежской области. Общая площадь подзоны более 32 тыс. кв. км.
Подзона черноземов обыкновенных занимает южную часть Воронежской области. С севера она ограничена подзоной типичных черноземов, на юге выходит за пределы области. Включает Ольховатский, Россошанский, Каменский, Подгоренский, Верхнемамонский, Калачеевский, Петропавловский, Богучарский, Кантемировский, а также южные части Острогожского, Лискинского, Бобровского, Бутурлиновского, Поворинского районов. На севере в пределы подзоны вклиниваются массивы черноземов типичных, на крайнем юго-востоке появляются черноземы южные (в Богучарском и Кан-темировском районах), подзона распространения которых находится за границей области. Общая территория подзоны черноземов обыкновенных составляет 20 тыс. кв. км [30].
Так как основная часть территории Воронежской области представлена почвами черноземного типа (более 80 %) и основная масса исследований приходится на этот тип почв, остановимся более подробно на описании каждого подтипа чернозема отдельно. Черноземы типичные Среди других подтипов черноземного типа почв типичные черноземы отличаются наиболее темной окраской верхних горизонтов и хорошо выраженной зернистой структурой, распространяющихся на значительную глуби 69 ну, наиболее растянутым гумусовым горизонтом, вскипанием на границе горизонтов Bj и В2, отсутствием выраженного элювиального горизонта [14].
Наиболее характерными черноземными признаками обладают черноземы типичные обычного рода, сформировавшиеся на карбонатных лессовидных тяжелых суглинках и легких глинах с пресными грунтовыми водами на глубине 10 - 12 м на Среднерусской возвышенности и 7 - 10м-в приречных дренированных полосах Окско-Донской равнины. Доминируют черноземы типичные обычного рода среднемощные (мощность А+АВ - 65 - 72 см), редко мощные (82 - 95 см), среднегумусные (6-7 % гумуса в пахотном горизонте) и малогумусные (5,3 - 5,9 %), тяжелосуглинистые и легкоглинистые. Черноземы Окско-Донской равнины более гумусированы и содержат в среднем 6,5 - 8 % гумуса. До интенсивной распашки они относились к среднегу-мусным и тучным (8-10 %). В районах, расположенных на Окско-Донской низменной равнине, мощные и среднемощные черноземы имеют 450 -570 т/га в метровой толще, на Среднерусской возвышенности - 425 - 525 т/га гумуса.
Черноземы типичные имеют хорошие физико-химические свойства, достаточно обеспечены кальцием, промыты от легкорастворимых солей. Реакция от нейтральной в верхних горизонтах до слабощелочной в гор. АВ и щелочной в карбонатном горизонте. В настоящее время их обеспеченность подвижным фосфором средняя, обменным калием - от высокой до средней [30].
Черноземы выщелоченные
Для выщелоченных черноземов характерна, прежде всего, темная окраска в гор. А, относительно растянутый вертикальный профиль, хорошо выраженная комковато-зернистая структура в гор. А, наличие элювиального красно-бурого горизонта В2 и отсутствие вскипания от соляной кислоты в почвенной толще. Вскипание у них наблюдается в горизонте С.
Мощность генетических горизонтов у выщелоченных черноземов значительно колеблется: гор. А (пахотный и подпахотный) - от 30 до 55 см; гор. A+Bi - от 40 до 80 см; гор. A+Bi+B2 - от 90 до 140 см. Вскипание варьирует в пределах от 90 до 140 см [14].
Эти почвы не образуют самостоятельной подзоны в Воронежской области, а встречаются в сочетании с черноземами типичными преимущественно к северо-западу от линии Семилуки-Рамонь. Основное распространение получили лишь в Хохольском и Семилукском районах. Содержание гумуса в черноземах выщелоченных почти такое же, как в черноземах типичных, одинакового гранулометрического состава. По обеспеченности подвижным фосфором и обменным калием различия также несущественны. Небольшие различия имеются в их физико-химических свойствах. Черноземы выщелоченные обычно приурочены к лучше увлажненным элементам рельефа. Почвенный профиль их более промыт от карбонатных солей, что привело к отрыву верхней границы карбонатного горизонта от нижней границы гумусового горизонта. В связи с этим в черноземах выщелоченных реакция среды колеблется от близкой к нейтральной до слабокислой в бескарбонатной части профиля, несколько уменьшается насыщенность обменным кальцием [30].
Влияние уровня применения удобрений на урожайность кукурузы на силос в хозяйствах Воронежской области
Устойчивое высокопродуктивное земледелие возможно только в оптимальных условиях формирования урожая, что требует постоянного внимания к воспроизводству и сохранению плодородия почвы, главной задачей которых является стабилизация ее гумусного состояния [86].
Вовлечение черноземных почв в сельскохозяйственное использование привело к снижению в них запасов органического вещества и изменению его состава. Установлено, что интенсивность и величина его трансформации определяется видом землепользования, системой земледелия и эрозионными процессами. Поэтому современное земледелие требует постоянного контроля состояния почвенного плодородия, в частности содержания гумуса и его качественных изменений [38, 154].
Основным источником пополнения запасов гумуса в почве является внесение органических удобрений, и в частности навоза. Для поддержания бездефицитного баланса гумуса в почвах региона необходимо ежегодно вносить 6-8 т/га органических удобрений. В настоящее время их вносят около 2 т/га посевной площади [179].
Как видно из представленных данных (рисунок 12, приложение В), в динамике применения органических удобрений за годы существования агрохимической службы наблюдаются значительные колебания.
Так, если за период с 1976 по 1978 г. среднегодовое внесение органических удобрений в пашню Воронежской области составило 2,3 т/га, то в 1979-1985 гг. - 3,1 т/га, что на 0,8 т/га больше по сравнению с прошлым периодом агрохимических наблюдений. Увеличение среднегодового поступления органических удобрений в почвы области сохранилось и в четвертом туре агрохимического обследования (1986-1990 гг.) и достигло наивысшего уровня -3,4 т/га. LJ поступление органических удобрений в пашню, т/га
С 1991 года, или пятого тура, происходит постоянное снижение объемов применения органических удобрений, особенно резко этот процесс пошел с 1993 года (приложение Г). Если в пятом туре на гектар пашни в среднем по области было внесено 2,9 т/га, то в шестом - 1,7 т/га, что на 1,2 т/га меньше по сравнению с предыдущим туром. В седьмом и восьмом турах (2001-2010 гг.) агрохимического обследования внесение органических удобрений снизилось до 1,4 т/га, что ниже на 0,3 т/га по сравнению с шестым туром.
Следовательно, основными причинами колебаний в использовании удобрений по годам являются сельскохозяйственная деятельность человека, уровень земледельческих технологий. Резкий спад применения органических удобрений связан с глубоким экономическим кризисом в сельском хозяйстве области, значительным сокращением поголовья скота [204]. Анализ агрохимических данных выявил определенные тенденции изменения гумусового состояния почв Воронежской области под влиянием сельскохозяйственного использования.
Проведенные восемь туров агрохимического обследования (1964-2010 гг.) показали, что в целом по области средневзвешенное содержание гумуса в почвах остается примерно на одном уровне (рисунок 13, приложение Б 3). и средневзвешенное содержание гумуса, %
Так, если по результатам первых двух туров (1964-1978 гг.) оно составляло 5,63 %, то по результатам восьмого - 5,65 % с незначительными колебаниями по турам обследования. Можно лишь отметить снижение содержания гумуса в 7 туре до 5,61 %. Следовательно, полученные данные агрохимического обследования за 1964-2010 гг. свидетельствуют о стабилизации содержания гумуса в пахот 98 ном слое почв области на уровне 5,6 %. Это минимальное содержание гумуса в черноземных почвах нашего региона, по мнению Н.И. Лактионова (1981), П.Г. Акулова (1992), представляет собой «скелетную» часть органического вещества, которая трудно минерализуется даже при создании благоприятных условий [20, 135].
Хотя в целом по области колебания содержания гумуса были несущественными, необходимо отметить ряд районов, где за период с 1964 по 2010 г. произошло довольно значительное увеличение содержания гумуса в почвах. Например, в Верхнемамонском районе за указанный период времени содержание гумуса в почвах увеличилось на 22 %, в Новохоперском и Острогожском - соответственно на 11 и 12 %. Нельзя не назвать районы с заметным снижением содержания гумуса. К ним относятся Бутурлиновский и Во-робьевский, где содержание гумуса за 46 лет снизилось на 8 %.