Введение к работе
Актуальность проблемы. Дерново-подзолистые почвы занимают более 17 млн га пахотных земель РФ, характеризуются низким естественным плодородием, недостаточным содержанием усвояемых соединений питательных веществ, повышенной кислотностью и слабой гумусиро-ванностью, неблагоприятными физико-химическими и биологическими свойствами, что обусловливает высокую потребность в минеральных, органических удобрениях и известковании с целью окультуривания этих почв.
Для улучшения их плодородия необходимо комплексное применение агрохимических средств [Доспехов с соавт., 1975; Прокошев, 1987; Минеев, 2000; Курганова, 2002; Шатилов с соавт., 2004; Никитишен, 2003; Егоров, 2006 и др.].
Несбалансированное применение минеральных удобрений без известкования на этих почвах может привести к ухудшению свойств не только их пахотного горизонта [Авдонин, 1964; Арене, 1956; Лебедева, 1980; Минеев, Еомонова, 2009 и др.], но и к деградации метрового слоя почвы и к снижению урожаев сельскохозяйственных культур.
Известно, что вовлечение удобрений и мелиорантов в круговорот веществ агроэкосистем позволяет достигать высоких положительных результатов только в тех случаях, когда посредством их применения обеспечивается сбалансированный уровень корневого питания растений и создаются благоприятные условия для продуктивного использования поступающих в почву питательных веществ в процессе формирования урожая.
Для получения полной объективной информации, отражающей изменение почвенных процессов, протекающих в природных условиях агроэкосистем в системе почва-удобрение-растение, являются стационарные полевые опыты.
Такие исследования проводятся в стационарном полевом опыте кафедры агрохимии МГУ, заложенном в 1950 году, в котором изучаются длительное взаимодействие минеральных, органических удобрений и известкования в процессе окультуривания дерново-подзолистой почвы и роль этих агрохимических средств в осуществлении экологических функций в агроэкосистемах. Результаты этих исследований и положены в основу данной работы.
Цель работы - изучить закономерности взаимодействия минеральных, органических удобрений и известкования как эффективной научно-обоснованной эколого-агрохимической системы окультуривания дерново-подзолистой почвы и повышения продуктивности севооборота.
Задачи исследований:
-
Изучить влияние длительного применения удобрений и известкования на динамику изменения агрохимических и физических свойств почвы по ее профилю.
-
Показать влияние агрохимических средств на количественные и качественные показатели гумусного состояния почвы.
-
Выявить закономерности трансформации азота, фосфора и калия в условиях длительного комплексного применения агрохимических средств.
-
Исследовать подвижность в почве и доступность растениям мезо-и микроэлементов в зависимости от кислотности и гумусированности почвы
-
Оценить влияние удобрений и известкования на биологические свойства почвы и структуру почвенных микробных сообществ.
-
Установить закономерности прямого действия и последействия удобрений и известкования на продуктивность культур севооборота и качество растительной продукции.
-
Выявить накопление в почве тяжелых металлов, поступающих в агроэкосистемы с удобрениями и известью, и оценить уровень поступления их в растения.
Научная новизна:
-
Впервые, в 50-летнем полевом опыте, разработан новый методологический подход для оценки функций удобрений на дерново-подзолистой почве в агроценозе, что позволило установить, влияние комплекса агрохимических средств на преобразование низко-плодородных дерново-подзолитстых почв в высоко-окультуренные и показать, что систематическое применение минеральных, органических удобрений и известкования в агроценозе оптимизирует характер изменения физико-химических, агрохимических и биологических свойств почвы, а также биохимический состав продукции растениеводства.
-
Впервые применен комплексный подход к изучению не только прямого и длительного действия, но и последействия систем удобрений при оптимизации эколого-агрохимических функций в метровом профиле и их влияние на формирование высокоплодородных агродерново-подзолистых почв [Классификация почв, 2004].
-
Определена степень снижения продуктивности агроэкосистем при несбалансированном применении удобрений без известкования на кислых дерново-подзолистых почвах.
-
Впервые установлена роль систематического известкования при длительном действии и последействии органоминеральных удобрений.
-
Впервые определены допустимые значения (ПДЗ) свойств почвы дерново-подзолистого типа, при достижении которых возможны необратимые процессы деградации метрового профиля почвы.
Защищаемые положения:
-
Формирование высокопродуктивных агроценозов возможно только на плодородных, богатых гумусом дерново-подзолистых почвах с благоприятными агрохимическими и биологическими свойствами.
-
Преобразование слабоокультуренных дерново-подзолистых почв с низким уровнем естественного плодородия (со слабой гумусирован-ностью, повышенной кислотностью, малой буферностью и недостаточным содержанием усвояемых соединений питательных веществ) возможно путем комплексного использования минеральных, органических удобрений в сочетании с периодическим известкованием.
-
Наиболее успешное решение эколого-агрохимических проблем окультуривания дерново-подзолистых почв возможно на основе результатов исследований в многолетних стационарных полевых опытах в системе почва - растения - удобрения.
-
При комплексном применении минеральных, органических удобрений и известкования происходит улучшение агрохимических, физических, физико-химических и биологических свойств по слоям почвы до глубины 100 см, до оптимальных значений снижается кислотность, улучшается гумусное состояние и повышается емкость катионного обмена, в почве снижается подвижность тяжелых металлов и уменьшается их поступление в растения.
Практическая значимость и реализация результатов. Результаты исследований, полученные в многолетнем стационарном полевом опыте, являются основополагающими для разработки системы сбалансированного применения минеральных, органических удобрений и известкования, обеспечивающей эффективное окультуривание малоплодородных дерново-подзолистых почв и устойчивое функционирование высокопродуктивных агроэкосистем в условиях нечерноземной зоны Европейской части Российской федерации. За период исследований в длительном стационарном опыте продуктивность культур полевого севооборота повысилась с 7 до 71 ц к.е./га, улучшилось качество продукции; оптимизированы
показатели: агрохимических, физико-химических, биологических свойств почвы. При длительном применении органоминеральной системы удобрений и периодическом известковании тип гумуса с гуматно-фульватного стал фульватно-гуматным; происходит обогащение метрового слоя почвы фосфором, калием и кальцием.
Несбалансированное применение минеральных удобрений с нарушением соотношения в них питательных элементов на кислых дерново-подзолистых почвах приводит к снижению урожая сельскохозяйственных культур, ухудшению свойств почвы не только пахотного слоя, но и метрового профиля почвы, и ухудшению качества продукции растениеводства.
На основании экспериментальных данных, полученных в длительном стационарном опыте установлены предельно допустимые значения агрохимических свойств почвы - пороговая черта плодородия дерново-подзолистой среднесуглинистой почвы.
Апробация работы. Результаты исследований по теме диссертации доложены автором на Всесоюзном совещании «Пути повышения продуктивности земледелия и почвенного плодородия и задачи географической сети опытов с удобрениями в XI пятилетке» (Белгород, 1980), научной конференции «Докучаевское почвоведение 100 лет на службе сельского хозяйства» (Ленинград, 1983), республиканской конференции «Микробиологические процессы в почве и продуктивность сельскохозяйственных культур» (Вильнюс, 1986), XI Украинском съезде почвоведов (Харьков, 1986), 3-й Всесоюзной конференции «Микроорганизмы в сельском хозяйстве» (Москва, 1986), Всесоюзном совещании «Устойчивость и изменчивость Геосети как научная основа нормирования антропогенных нагрузок» (Москва, 1988), Всесоюзном совещании «Агрофитоценозы и экологические пути повышения стабильности и продуктивности» (Ижевск, 1988), Всесоюзной конференции «Почвенно-агрохимические проблемы формирования высокопродуктивных агроценозов» (Пущино, 1988), 8-м Всесоюзном съезде почвоведов (Новосибирск, 1989), Всесоюзной конференции «Нормирование антропогенных нагрузок» (Москва, 1989), Всесоюзной конференции по биологической роли микроэлементов и их применении в сельском хозяйстве и медицине» (Самарканд, 1990), Всесоюзной школе-конференции «Проблемы устойчивости биологических систем» (Севастополь, 1991), республиканской научно-техническая конференции (Волгоград, 1990), Всесоюзной конференции «Микроорганизмы в сельском хозяйстве» (Пущино, 1992), Всесоюзной конференции «Экологические аспекты использования и охраны почвенных ресурсов
республики» (Кишинев, 1990), конференции «История взаимодействия общества и природы. Факты и концепции» (Москва, 1990), 2-м съезде общества почвоведов (Санкт-Петербург, 1996), международном симпозиуме «Тяжелые металлы в окружающей среде» (Пущино, 1996), межгосударственной научной конференции «Современные проблемы охраны земель» (Киев, 1997), 3-м съезде Докучаевского общества почвоведов (Суздаль, 2000), Всероссийской конференции «Устойчивость почв к естественным и антропогенным воздействиям» (Москва, 2002), Международном экологическом форуме «Сохраним планету Земля» (Санкт-Петербург, 2004), 4-м съезде Докучаевского общества почвоведов (Новосибирск, 2004), Международной практической конференции «Тяжелые металлы, радионуклиды и элементы-биофилы в окружающей среде» (Семипалатинск, 2004), Международной конференции «Экология и биология почв» (Ростов-на-Дону, 2005), Международной конференции «Роль почв в сохранении устойчивости ландшафтов» (Пенза, 2005), научной конференции «Ломоносовские чтения» (Москва, 2007), Международной научной конференции «Современные проблемы загрязнения почв» (Москва, 2007).
Публикации. Результатам исследований по теме диссертации опубликованы в 95 научных публикациях, в том числе 51 публикация - в журналах из Перечня ВАК.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, 10 глав экспериментальной части, выводов, списка использованной литературы, включающего 412 наименований (в том числе иностранных авторов - 28) и 18 приложений. Материал диссертации изложен на 276 страницах, содержит 93 таблицы и 14 рисунков.
Автор выражает глубокую благодарность за помощь и содействие в выполнении работы научному консультанту академику РАСХН В.Г. Минееву, профессору ЗеновойГ.М., всем сотрудникам кафедры агрохимии и биохимии растений, своим аспирантам и студентам, сотрудникам кафедры биологии почв.
