Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА І. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 9
1.1 Физиолого-биохимическая роль калия в растениях 9
1.2 Содержание калия и его форм в почвах различных регионов.. 13
1.3 Эффективность применения калийных удобрений под зерновые культуры в различных почвенно-климатических зонах 27
ГЛАВА II. ПРИРОДНО-КЛИМАТИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ 33
2.1. Природно-климатические условия 33
2.2 Объекты и методы исследований 35
ГЛАВА III. КАЛИЙ В ПОЧВАХ ДАГЕСТАНА 44
3.1.1 Содержание калия в почвах равнинной зоны 44
3.1.2 Обменное и необменное поглощение калия из удобрений почвами равнинной зоны Дагестана 73
3.1.3 Содержание калия в гранулометрических фракциях почв равнинной зоны 84
3.2 Содержание калия в почвах предгорных и горных
ландшафтов 85
3.2.1 Калий в почвах предгорной зоны 85
3.2.2 Калий в почвах горной зоны Дагестана 97
3.2.3 Содержание калия в почвах в зависимости от экспозиции
склона 111
3.3 Картограммы содержания калия в почвах Дагестана 112
ГЛАВА IV. ВЛИЯНИЕ КАЛИЙНЫХ УДОБРЕНИЙ НА ПРОДУКТИВНОСТЬ ОЗИМОЙ ПШЕНИЦЫ И КУКУРУЗЫ 123
4.1 Продуктивность и качество урожая озимой пшеницы па луговых почвах в зависимости от различных доз Есалия 123
4.2 Влияние калийных удобрений на урожай и качество
зерна озимой пшеницы на лугово-каштановых почвах 137
4.3 Эффективность калийных удобрений на каштановых почвах под озимую пшеницу 143
4.4 Эффективность применения калийных удобрений
под кукурузу , 158
4.4.1 Действие различных доз калийных удобрений на луговых почвах 158
4.4.2 Эффективность различных доз калийных удобрений
под кукурузу на лугово-каштановых почвах 172
4.4.3 Эффективность различных доз калийных удобрений
под кукурузу на каштановых почвах Ї76
4.5 Экологические и экономические аспекты применения
калийных удобрений 178
ГЛАВА 5. БАЛАНС И РЕЖИМ КАЛИЯ В ПОЧВАХ 189
5.1 Баланс калия в земледелии Дагестана 189
5.2 Режим калия в естественных ценозах и агроценозах Ї94
ВЫВОДЫ 204
РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ 207
ЛИТЕРАТУРА 208
ПРИЛОЖЕНИЕ 236
- Физиолого-биохимическая роль калия в растениях
- Природно-климатические условия
- Содержание калия в почвах равнинной зоны
- Продуктивность и качество урожая озимой пшеницы па луговых почвах в зависимости от различных доз Есалия
- Баланс калия в земледелии Дагестана
Введение к работе
Актуальность работы. Значение калия для роста и развития растений общеизвестно. Опыт мирового земледелия свидетельствует о том, что калий -элемент высокого урожая и он необходим растениям в гораздо большем количестве, чем другие элементы питания. Калий играет также важную роль в регулировании функций организма человека и животных.
Информация об основных формах калия, о степени их подвижности и распределении по профилю почв поможет раскрыть современное представление о характере почвообразовательного процесса, состоянии плодородия почв и рациональному использованию калийных удобрений.
Для установления параметров и закономерностей биогеохимического круговорота калия в системе «почва - вода — растение» необходимо знание содержания, миграции и фиксации калия в почве в различных почвенно-климатических условиях.
Использование калийных удобрений в земледелии способствует не только повышению плодородия почв и урожайности сельскохозяйственных культур, но и улучшению качества получаемой продукции, ее сохранности при хранении и транспортировке, что также актуально с экономической точки зрения.
В этой связи, проведенные нами исследования по содержанию различных форм калия в почвах республики имеют теоретическое и практическое значение, поскольку калийный режим почв Дагестана изучен гораздо менее, чем азотный и фосфатный. Многие вопросы, связанные с применением калийных удобрений, до сих пор не получили достаточного теоретического и практического обоснования. Считали, что почвы Дагестана достаточно богаты обменным калием, в связи с чем отпадает необходимость внесения калийных удобрений. Поэтому калийные и сложные удобрения, содержащий калий завозятся в республику в незначительном количестве и неправильно распределяются по почвенно-климатическим зонам.
Актуальность вопроса в целом определяется необходимостью изучения калийного режима почв в целях разработки научных основ его оптимизации и практических путей рационального использования калийных удобрений.
Цель и задачи исследований. Цель исследований — изучение закономерностей содержания валового калия и его форм в почвах в условиях вертикальной зональности на примере Дагестана и влияния различных доз калия на урожай, качество зерна озимой пшеницы и кукурузы на основных типах почв Прикаспийской низменности.
Задачи исследований: 1. Изучение содержания и распределения валового, необменного, обменного, водорастворимого калия и калия органического вещества в основных типах почв по вертикальной поясности Дагестана; выявление зависимости содержания калия от гранулометрического состава, содержания гумуса и окультуренности почв.
2. Выявление закономерностей сезонной динамики необменного и обменного калия, изучение влияния калийных удобрений на фиксацию и динамику
калия в почве.
-
Изучение режима обменного калия в почве и установление его баланса в земледелии Дагестана.
-
Составление картограмм содержания валового, необменного и обменного калия в почвах Дагестана.
-
Установление оптимальных доз внесения калийных удобрений по их действию на урожайность, качество зерна озимой пшеницы и кукурузы на луговых, лугово-каштановых и каштановых почвах при орошении. Выявление наиболее рентабельных доз калия путем агроэкономической и экологической оценки полученных результатов, разработка рекомендаций производству по их применению.
Научная новизна исследований. Впервые подробно изучены закономерности содержания и распределения валового калия-, его форм в основных типах почв по природным зонам Дагестана. Выявлена зависимость содержания и распределения калия в основных типах почв от их гранулометрического состава, содержания гумуса, длительности сельскохозяйственного использования и экспозиции склонов.
Для каштановых, луговых и лугово-каштановых почв выявлены параметры обменного и необменного поглощения калия почвами. Предложен новый подход подсчета фиксированного калия с учетом изменения содержания обменного калия в почве без внесения удобрений.
Составлены картограммы содержания валового, необменного, обменного калия в масштабе 1: 600000 и проведена группировка почв по их обеспеченности.
На луговых, лугово-каштановых и каштановых почвах Прикаспийской низменности экспериментально установлены оптимальные, научно обоснованные дозы калийных удобрений под озимую пшеницу и кукурузу. Изучено влияние калийных удобрений на качество зерна и вынос из почвы элементов питания урожаем этих культур.
Практическая ценность работы. Использование на практике полученных данных об эффективности удобрений и картограмм содержания калия в почвах позволит более обоснованно распределять калийные удобрения территориально, а также по культурам севооборота с учетом их отзывчивости на калий.
Применение рекомендованных оптимальных доз калийных удобрений под озимую пшеницу на каштановых почвах (N90P120K30), под кукурузу на луговых (N90P120K30, N120P150K30, N150P150K60) и на лугово-каштановых (N90P120K30) почвах обеспечит получение высокого урожая и улучшение качественных показателей зерна.
Одностороннее внесение азотно-фосфорных удобрений в высоких дозах нерентабельно, а при добавлении к ним калия рентабельность повышается. На лугово-каштановых почвах при внесении калия в дозе 30 кг/га на фоне N90P120 под кукурузу хозяйственная рентабельность повысилась на 23, 7%, а на каштановых при дозе 60 кг/га - N150P150- на 46,6%.
На каштановых почвах при добавлении калия в дозе 30 кг/га к N70P90 и
N90P120 хозяйственная рентабельность озимой пшеницы повысилась на 20-49%.
Основные положения, выносимые на защиту:
-
Теоретическое и экспериментальное обоснование закономерности содержания и распределения валового калия, его форм в основных типах почв по природным зонам Дагестана.
-
Параметры содержания обменного и необменного калия в разных почвах. Новый подход подсчета фиксированного калия с учетом изменения содержания обменного калия в почвы без внесения удобрений.
-
Зависимость содержания валового калия от типа почв и вертикальной зональности. Одни и е же типы почв, встречающихся на Терско-Кумской и Тер-ско-Сулакской низменностях, различаются по содержанию калия, что связано с различными в гранулометрическом составе почв сравниваемых подзон.
-
Содержание калия в почвах зависит от экспозиции склона. В однотипных почвах, сформированных на одинаковых породах количество валового и обменного калия значительно выше в почвах северных склонов, чем южных.
-
Научное обоснование эффективности калийных удобрений под озимую пшеницу и кукурузу на разных почвах.
-
Сезонность режима обменного калия в почве в зависимости от сезона года, влажности почвы, величины вносимых доз азота и фосфора. В связи с сильно выраженной динамичностью обменного калия в течение года, с целью оценки обеспеченности им почв необходимо составление картограмм содержания необменного калия.
-
Научное обоснование аспектов изучения запасов валового, необменного и обменного калия в почве от длительного сельскохозяйственного использования орошаемых земель при одностороннем применении азотно-фосфорных удобрений без калия.
Апробация работы. Основные результаты исследований были доложены: на V Всесоюзном съезде общества почвоведов (Минск, 1977), научно-практической конференции географического общества Дагестана (Махачкала, 1978), Всесоюзном совещании «Регулирование плодородия почв, круговорота и баланса питательных веществ в земледелии СССР» (Пущино, 1981), научно-практической конференции Дагестанского отделения ВОП (Махачкала, 1981), Международной конференции почвоведов (Астрахань, 1994), Всероссийской конференции, посвященной 25-летию Прикаспийского института биологических ресурсов ДНЦ РАН (Махачкала, 1994), II и VI съездах Докучаевского общества почвоведов России (Санкт-Петербург,-1996, Суздаль, 2000), Межрегиональной научно-практической конференции, посвященной 70-летию образования ДСХА (Махачкала, 2002). Работа обсуждена на совместном заседании отделов почвенных и растительных ресурсов Прикаспийского института биологических ресурсов ДНЦ РАН (Махачкала, 2005).
Публикации. Автором опубликовано 78 научных работ, в том числе 24 -по теме диссертации. Издана одна монография объемом 5,7 п.л. и соавтор рекомендации «Научные основы и рекомендации по применению удобрений в Севе-
ро-Кавказском экономическом районе».
Структура диссертации. Диссертация изложена на 237 страницах машинописного текста, состоит из введения, пяти глав, выводов, рекомендации производству, списка литературы и приложений. Содержит 70 таблиц и 26 рисунков. Список литературы представлен 325 наименованиями, из них 31 на иностранных языкахИсследования, на основании которых написана настоящая диссертационная работа, выполнены автором в период с 1968 по 2005 гг.
Физиолого-биохимическая роль калия в растениях
Д.Н. Прянишников (1934) писал: «Относительно калия приходится сказать, что насколько твердо установлена его безусловная необходимость для жизни растений и незаменимость никакими другими элементами, на iji. столько же не определены сведения о ближайших его функциях и до сих пор не выделено каких либо характерных соединений, которые указали бы, в каких именно процессах он принимает участие».
Здесь Д.К. Прянишников вполне четко показывает, какое огромное значение имеет калий в жизни растений.
В свое время известный немецкий химик Ю, Либих писал: «Отдайте почве то, что вы у нее взяли, или не ждите от нее столько, сколько она да вала раньше». Эти слова двух ученых нисколько не утратили своего значе W ния и в наши дни. Для нормального роста и развития растений наряду с другими элементами питания необходим и калий. Среди щелочных металлов калий является наиболее важным элементом для низших и высших растений. Растительный организм отдает предпочтение калию перед натрием. Калия в растениях содержится больше, чем натрия в 50, а иногда даже в 100 раз (Прянишников, 1952, 1953). Д.Н.Прянишников (1953) установил, что у культур, потребляющих ( много калия, корневая система обладает высокой способностью усвояемо сти калия.
По исследованиям А.Г.Кирсанова (1940), при недостатке калия для растений отношение соломы к зерну сильно возрастает, при нормальном же обеспечении оно равно единице.
В опытах Б.И. Берштейна и др.(1966) при остром недостатке калия растения сахарной свеклы сильно отставали в росте, нарушался фосфорный метаболизм, снижалась интенсивность дыхания и фотосинтеза расте ний.
В условиях оптимального калийного питания накопление углеводов в растениях идет более интенсивно, повышается содержание сахара в плодах и овощах, крахмала в картофеле, протеина в сене люцерны, увеличивается тонина и прочность волокна у льна и других лубяных культур (Клен-ковский, Петербургский, 1964; Mengel, 1969; Жунусов, Дауткулов, 1974, Гречишкина, 2005).
Природно-климатические условия
Дагестан занимает часть территории Восточного Кавказа и Прикаспийской низменности. Исследования проводились нами на территории Дагестана по вертикальной зональности начиная от -28 м до 3000 м над уровнем моря.
На территории Республики Дагестан с общей площадью 5,33 млн. га наблюдается резко выраженная вертикальная зональность. По характеру рельефа, почвенно-климатическим условиям здесь выделяют три зоны:
1. Равнинная зона, имеющая отметки от -28 до 150 (200) м над уровнем моря. Площадь ее равна 2,45 млн. га.
2. Предгорная зона - от 200 до 850 (1000) м над уровнен моря; площадь 0,84 млн. га.
3. Горная зона - выше 850 (1000) м над уровнем моря; площадь 2,04 млн. га.
Зоны в свою очередь делятся на 9 подзон, в которых с учетом различий в почвенном покрове и в природно-экономических условиях выделяются 27 районов.
В целом на исследуемой территории количество только типов равнинных и горных почв и почвогрунтов достигает 31..
Распространение равнинных почв подчинено общему закону горизонтальной зональности. При движении с юга на север наблюдается отчетливая последовательная смена подтипа каштановых почв светло-каштановыми. Смена при движении с запада на восток каштановых почв светло-каштановыми и затем коричневыми почвами связана с изменением фациаль-но-провинциальных природно-климатических условий.
Неоднородность природных факторов, сложность рельефа, влияние различных процессов на характер почвообразования обусловили большое разнообразие качественных и количественных показателей почв Дагестана.
Терско-Кумская низменность и дельты Терека - крупнейшие ланд-шафтно-геоморфологические районы сухостепной зоны Западного Прикас-пия. Главной общей их особенностью является формирование первичного почвенного покрова при интенсивном воздействии водно-аккумулятивпого литогенеза и гидроморфных факторов почвообразования, а также разновоз-растность почвообразования и литогенеза на различных участках.
Распространение горных почв подчинено общему закону вертикальной поясности. Неоднородность рельефа, разнообразие биоклиматических условий, различие почвообразующих пород определили существование здесь 5 основных типов и 11 рядов структур вертикальной поясности (СВП).
Гумидный горно-каштаново-коричнево-буролесно-луговой тип СВП резко превалирует на северных склонах всей горной территории, независимо от литологии слагающих их пород. На склонах южных экспозиции в условиях повышенных температур и общей засушливости климата на формирование ярко выраженной разнотипности СВП существенное влияние оказывает карбонатность понвообразующих пород, проявляющаяся в замещении внутри лугово-степпого пояса горных лугово-степных почв (на некарбонатных породах) горно-луговыми черноземовидными почвами (на карбонатных породах).
Содержание калия в почвах равнинной зоны
Калий в луговых почвах. Самое широкое распространение на территории равнинного Дагестана имеют луговые почвы. По данным СУ. Ке-римханова (1976) они занимают 24% площади зоны и формируются в условиях оптимального поверхностно-грунтового увлажнения. Особенностью их образования является аккумуляция веществ гидрогенного типа, наличие в нижних горизонтах почв множества ржавых пятен, желто вато-сизых прослоек, а также свежих и сгнивших корней тростника. Почвообразующими породами луговых почв являются оглеенные глины и суглинки различного механического состава. В равнинной зоне Дагестана значительное распространение имеют луговые тяжело суглинистые и глинистые почвы. Разновидности легкого механического состава имеют ограниченное распространение. Они отличаются высоким содержанием фракции физического песка (82-91 %) при небольшом количестве ила.
Грунтовые воды расположены преимущественно на глубине 150-250 см, на вкус пресные или слабо соленые с горьким привкусом. У луговых почв хорошо выражен гумусовьтй горизонт темно-серой окраски, которая книзу изменяется до желтоватой. Эти почвы характеризуются сравнительно высоким плодородием и благоприятными водно-физическими свойствами. Содержание гумуса колеблется в широких пределах {4-8%). В составе поглощенных оснований преобладает кальций (75-80% суммы) при небольшом содержании магния. В зональных луговых почвах обнаружено некоторое количество поглощенного натрия. Почвенный раствор имеет слабощелочную и щелочную реакцию. Наибольшее количество общего азота- 0,3-0,45%) содержится в пахотном слое, а с глубиной резко падает до 0,11%).
Продуктивность и качество урожая озимой пшеницы па луговых почвах в зависимости от различных доз Есалия
Озимая пшеница - основная сельскохозяйственная культура на Северном Кавказе. В структуре посевных площадей районов Дагестана зерновые культуры имеют большой удельный вес (60%). На долю озимой пшеницы в орошаемой зоне приходится 45-46%.
Несмотря1 на большие возможности получения высоких урожаев озимой пшеницы на орошаемых землях, однако урожайность остается еще низкой и по всем категориям хозяйств республики редко превышает 15 ц/га. На наш взгляд это связано с низким плодородием почв и недостаточным использованием органических и минеральных удобрений. По применению азотно-фосфорных удобрений на территории равнинной зоны проведены значительные исследования, а по использованию калийных удобрений под зерновые культуры очень мало данных.
В связи с этим нами проводятся исследования по изучению эффективности различных доз калия на урожай озимой пшеницы и кукурузы на основных типах почв Прикаспийской низменности Дагестана.
В 1999-2001 гг. изучалось влияние различных доз калийных удобрений на продуктивность озимой пшеницы на луговых среднесуглинистых почвах в совхозе "Шамхальский". Как видно из агрохимических показателей (табл. 32) в пахотном слое этих почв содержится значительное количество гумуса (4,5%), валового фосфора (0,25%) и валового калия (2,36%). Подвижные формы составляют: азота гидролизуемого 3,0; фосфора 2,9; и калия 62 мг на 100 г почвы. Эти данные свидетельствуют о том, что луговые почвы бедны подвижными формами азота и фосфора.
Баланс калия в земледелии Дагестана
Исследование вопроса баланса и составление на его основе теоретических посылок и рекомендации для сельского хозяйства является важной задачей агрохимии. Балансовые расчеты, как подчеркивают В.В. Прокошев, И.П. Дерюгин (2000) объективно регистрируют и предсказывают деградацию почвенного плодородия, с неизбежной грядущей зависимостью от экономических и природных катаклизмов.
Первые ориентировочные подсчеты Д.И. Прянишникова (1952) показали, что только возмещение потерь фосфора из почвы на 100%, а азота и калия на 75-80% может обеспечить получение устойчивых урожаев.
Анализ многочисленных данных за последние годы свидетельствует о том., что из-за низкого применения минеральных удобрений баланс элементов в почве снижается. Ежегодный вынос элементов из почв в 5 раз превышает возврат их с вносимым объемом минеральных и органических удобрений.
В целом по России перераспределение и изменение калийного фонда характеризуется большой выравненностью. Отмечаются невысокие среднегодовые скорости увеличения площадей пахотных земель с повышенным и высоким запасами обменного калия, а площади почв с очень высоким содержанием в целом по Российской Федерации сокращаются. Особенно заметно уменьшаются площади этой группы почв в Северо-Кавказском р оне (Иосе-лов, Стокозов,1988). Сокращались площади почв с очень низкими запасами обменного калия (3,5%). Скорость сокращения площади почв со средней обеспеченностью обменным калием самая низкая.
