Изменение свойств чернозёма типичного при длительном применении способов обработки и удобрений в Центрально-Чернозёмном регионе Карабутов, Александр Петрович

Введение к работе

Актуальность. Почвенный покров Центрально-Чернозёмного региона более чем на 70% представлен чернозёмным типом почв. Чернозёмы являются эталоном почвенного плодородия, но, несмотря на природное совершенство, они неизбежно эволюционируют под воздействием естественных и антропогенных факторов. Потенциал их часто реализуется не в полной мере, а недостаточная научная база о влиянии отдельных агроприемов на состав и свойства почвы нередко приводит к развитию деградационных процессов.

Разработка приёмов повышения плодородия почв представляет научно-практический интерес. Для успешного решения этой проблемы необходимо накопление знаний о закономерностях изменения свойств почв в зависимости от характера, интенсивности и длительности антропогенного воздействия.

Эффективность системы земледелия во многом реализуется через технологические и вещественные ресурсы. К первым относятся способы обработки почвы, ко вторым удобрения. Вместе они составляют агрономически значимые приемы, способные оказывать всестороннее влияние на свойства и режимы почв и определять уровень их плодородия.

Имеющиеся в регионе знания о влиянии способов обработки и удобрений на плодородие почв и продуктивность сельскохозяйственных культур не полностью раскрывают их потенциальные возможности. Более того кратковременность проводимых исследований приводит к недостаточно обоснованным суждениям, а порой и противоречивым выводам. Исходя из этого, важно направить исследования на изучение реакции чернозёмной почвы на длительное применение доступных агрономических приемов. При этом важно установить такое сочетание способов обработки и доз удобрений в севообороте, при котором создаются условия для сохранения плодородия почвы и его воспроизводства.

Цель исследований – установить изменения свойств чернозёма типичного при длительном применении способов основной обработки и удобрений.

В задачи исследований входило решение следующих вопросов:

1. 1. 1. Изучить изменение гумусного состояния почвы при длительном влиянии (20 лет) способов обработки и удобрений;

      2. Изучить изменение физико-химических свойств почвы: реакции почвенной среды, гидролитической кислотности, состава поглощённых оснований;

      3. Изучить изменение агрохимических и биологических свойств почвы: содержания подвижных форм азота, фосфора и калия, нитрификационной способности и общей биологической активности;

      4. Установить влияние способов основной обработки почвы и удобрений на урожайность сельскохозяйственных культур и продуктивность зернопропашного севооборота;

      5. Дать экономическую и биоэнергетическую оценку применяемых в севообороте способов обработки почвы и удобрений;

      Научная новизна. Впервые в условиях юго-западной части ЦЧР для чернозёмов типичных дана количественная и качественная оценка гумусного состояния, физико-химических, агрохимических и биологических свойств, а также продуктивности зернопропашного севооборота при длительном применении способов обработки и удобрений.

      Теоретическая и практическая значимость. Установленные изменения показателей свойств чернозёма типичного дают возможность наиболее реально судить о трансформации важнейших агрогенетических характеристик почвы в условиях естественно-антропогенного почвообразования. Полученные экспериментальные данные могут быть использованы при прогнозе направленности эволюции типичных чернозёмов. Выявленные закономерности изменения свойств почвы могут применяться при разработке адаптивно-ландшафтных систем земледелия, а также в длительных прогнозах действия агроприёмов. Результаты исследований агрохимических и физико-химических свойств чернозёма типичного юго-западной части ЦЧР могут быть использованы в других территориях Лесостепи со сходными условиями почвообразования. Материалы опытов можно использовать при проведении почвенного, агрохимического и экологического мониторинга, а так же в проектных, исследовательских учреждениях и учебном процессе.

      Положения, выносимые на защиту:

      1. Закономерности изменения содержания и качества гумуса в черноземе типичном при 20-летнем применении способов обработки и удобрений в зернопропашном севообороте.

      2. Совместное внесение минеральных удобрений и навоза на фоне вспашки оптимизирует показатели кислотности почвы и суммы поглощенных оснований, повышает содержание щёлочногидролизуемого азота, подвижных форм фосфора и калия, активизирует биологическую активность.

      3. Экономическое и энергетическое обоснование способов обработки почвы и удобрений, направленных на повышение плодородия почвы и продуктивности культур.

      Реализация работы. Многолетний стационарный опыт, где проводились исследования, включён в Географическую сеть опытов с удобрениями, поэтому основные параметры почвенной диагностики войдут в банк данных Научно-методического центра Российской академии сельскохозяйственных наук и Всероссийского НИИ агрохимии имени Д.Н. Прянишникова.

      Апробация работы. Автор диссертационной работы по заявленной теме является победителем Всероссийского конкурса «Молодые новаторы аграрной России» (Орёл - 2010). Результаты исследований докладывались на Международных и Всероссийских научно-практических конференциях «Проблемы сельскохозяйственного производства на современном этапе и пути их решения» (Белгород -2010, 2011), «Актуальные проблемы почвоведения, экологии и земледелия» (Курск – 2010), «Проблемы природопользования и экологическая ситуация в европейской России и сопредельных странах» (Москва-Белгород - 2010), «Научно-практические основы энерго- и ресурсосбережения в адаптивно-ландшафтных системах земледелия Центрального Черноземья» (Воронеж - 2010), «Управление продукционным процессом в агротехнологиях 21 века: реальность и перспективы» (Белгород - 2010), «Сохранение и воспроизводство плодородия почв в адаптивно-ландшафтном земледелии (к 70-летию со дня рождения академика А.П. Щербакова)» (Курск - 2011), «Геоэкология и рациональное природопользование: от науки к практике» (Белгород - 2011), «Роль селекции в формировании агротехнологий для обеспечения стабильного производства зерна в условиях меняющегося климата (к 100-летию начала селекционно-семеноводческих работ в Каменной Степи)» и заседания совета по земледелию ЦЧЗ отделения земледелия Россельхозакадемии (Воронеж - 2011).

      Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 21 научная статья, в том числе 4 из них в реферируемых изданиях ВАК РФ.

      Объём и структура работы. Диссертация изложена на 243 страницах компьютерной верстки и состоит из введения, 8 глав, выводов и предложений производству, списка литературы и приложения. Работа содержит 10 таблиц, 31 рисунок, 26 приложений. Библиографический указатель содержит 393 наименования, из которых 9 иностранных.

      Декларация личного участия в выполнении работы. Автором осуществлялись: постановка задач, разработка программы исследований, проведение полевых опытов и лабораторных анализов, оценка литературных и полученных данных, формулирование основных положений и выводов и доведение их до научной общественности.

      Исследования были проведены в Центрально-Чернозёмном регионе, в условиях юго-западной Лесостепи Европейской части РФ лично автором в 2007-2010 гг. на базе стационарного полевого опыта лаборатории плодородия почв и мониторинга Белгородского НИИСХ. В работе также использованы исходные показатели свойств почвы на момент закладки опыта в 1987-1990 гг.

      Объект исследований. Объектом исследований являлся постлитогенный аккумулятивно-гумусовый агрочернозём миграционно-мицелярный (чернозём типичный) насыщенный основаниями карбонатсодержащий среднемощный малогумусный тяжелосуглинистый на лессовидном суглинке. Уклон участка колеблется в пределах 0-3. На время закладки опыта в слое 0-30 см содержание гумуса (по Тюрину) составляло 5,27-5,36%, общего азота 0,29-0,31%, щёлочногидролизуемого азота – 151-163 мг/кг почвы, подвижного фосфора и обменного калия (по Чирикову) соответственно 45-71 и 90-106 мг/кг почвы, рН_КСl - 5,6-5,8, степень насыщенности основаниями около 90%, нитрификационная способность почвы – 27,4-29,9 мг/кг почвы.

      Агрометеорологические условия проведения исследований. В целом погодные условия четырёх лет исследований были весьма контрастными, что типично для юго-западной части ЦЧР. Более благоприятные погодные условия, исходя из гидротермического режима периода активной вегетации сельскохозяйственных культур, сложились в 2007 и 2008 годах, так как гидротермические коэффициенты составляли соответственно 0,9 и 1,3, при среднемноголетнем коэффициенте 1,1. Менее благоприятными для возделывания сельскохозяйственных культур оказались условия 2009 и 2010 годов, когда гидротермические коэффициенты оказались равными 0,5 и 0,6.

      Схема опыта и методика исследований. Опыт заложен методом расщепленной делянки, развёрнут в пространстве и времени, поэтому к 2010 году в четырёх из пяти полей опытного участка прошло четыре ротации севооборота.

      Все исследования проведены в зернопропашном севообороте с чередованием культур: горох, озимая пшеница, сахарная свекла, яровой ячмень, кукуруза на силос.

      Опыт двухфакторный, его повторность в пространстве трехкратная, во времени четырёхкратная. Посевная площадь опытной делянки первого порядка 1080 м², второго 120 м². Учётная площадь элементарной делянки для гороха, озимой пшеницы и ярового ячменя составляет 100 м², для сахарной свёклы – 10,8 м², для кукурузы на силос 16,8 м².

      Изучены три способа основной обработки почвы (фактор А) под каждую культуру: вспашка плугом ПЛН-5-35, безотвальная обработка орудием типа Параплау, минимальная обработка дисковой бороной БДТ–7, которым предшествовало дисковое лущение на глубину 8-10 см. В поле с озимой пшеницей испытывалось последействие вспашки и безотвальной обработки почвы.

      Схема опыта, включающая варианты с внесением минеральных удобрений (NPK) и навоза (фактор В), выглядит следующим образом:

      1. Контроль (без удобрений).

      2. Одна доза минеральных удобрений.

      3. Две дозы минеральных удобрений.

      4. Одна доза навоза.

      5. Органо-минеральная система удобрения (одна доза навоза + одна доза NPK).

      6. Органо-минеральная система удобрения (одна доза навоза + две дозы NPK).

      7. Две дозы навоза.

      8. Органо-минеральная система удобрения (двойная доза навоза + одна доза NPK).

      9. Органо-минеральная система удобрения (двойная доза навоза + две дозы NPK).

      Одна доза навоза в расчете на простое воспроизводство почвенного плодородия составляет 8 т/га севооборотной площади. Две дозы навоза составили 16 т/га - в расчете на расширенное воспроизводство. Навоз вносили навозоразбрасывателем под сахарную свеклу один раз за ротацию севооборота. Минеральные удобрения вносили под каждую культуру вручную, ежегодно в количестве одной и двух доз.

      Одинарные дозы минеральных удобрений под культуры составляли в кг/га д.в.:

      1. Горох — N15 Р40 К40,

      2. Озимая пшеница — N60 Р60 К60 + N 30 в подкормку,

      3. Сахарная свекла — N 90 P90 К90,

      4. Яровой ячмень – N50 P50 К50,

      5. Кукуруза на силос – N70 P70 К70.

      В качестве минеральных удобрений использовали азофоску (N16P16K16), диаммофоску (N10P26K26) и аммиачную селитру (34,4%).

      Вхождение в севооборот в 1987-1990 гг. начиналось в поле с сахарной свеклой, поэтому конец четвёртой ротации приходится на поле с озимой пшеницей, где осуществлялся заключительный отбор почвенных образцов.

      Для оценки изменения свойств почвы за длительный период в год закладки опыта и в 2010 году по слоям почвы 0-10 см, 10-20 см, 20-30 см, 30-50 см определены, обработаны, систематизированы и проанализированы результаты исследований.

      Для характеристики различных свойств почвы определяли:

      содержание общего гумуса, % по Тюрину (ГОСТ 26213-91);

      содержание общего азота, % по Кьельдалю (ГОСТ 26107) фотометрическим методом «индофеноловой зелени» (модификация ЦИНАО).

      обогащённость гумуса азотом (С/N) расчётным методом;

      содержание активного и пассивного гумуса, % по А.Н. Соколовскому.

      реакцию почвенной среды (рН_КCl) методом ЦИНАО (ГОСТ 26483 - 85);

      гидролитическую кислотность, ммоль(экв)/100г почвы методом Каппена в модификации ЦИНАО (ГОСТ 26212-91);

      сумму поглощённых оснований, ммоль(экв)/100 г почвы расчётным методом.

      состав обменно-поглощённых катионов, кальций (Са²⁺) и магний (Mg²⁺), ммоль(экв)/100г почвы комплексонометрическим методом ЦИНАО: (ГОСТ 26487-85);

      соотношение Са²⁺/Mg²⁺ в почвенно-поглощающем комплексе расчётным методом;

      содержание щёлочногидролизуемого азота, мг/кг почвы по Корнфилду в модификации ЦИНАО;

      содержание подвижных фосфора и калия, мг/кг по Чирикову (ГОСТ 26204-91).

      нитрификационную способность почвы, мг/кг почвы нитратного азота после компостирования по Кравкову;

      общую биологическую активность почвы по слоям 0-10 см, 10-20 см, 20-30 см аппликационным методом по интенсивности разложения целлюлозы. Сроки экспозиции полотна с 2 июля по 2 августа 2009-2010 гг.

      Урожайность гороха, озимой пшеницы и ярового ячменя определяли весовым методом после сплошной уборки комбайном «Сампо-500». Учёт урожайности сахарной свеклы и кукурузы на силос проводили вручную методом учётных площадок.

      В растительных образцах (зерне, корнеплодах и зелёной массе), отобранных при уборке, определяли общий азот методом Кьельдаля (ГОСТ 10846-91).

      Продуктивность севооборота определяли путём перевода урожайности основной продукции культур в кормовые единицы. Коэффициенты перевода для гороха 1,18, для озимой пшеницы 1,2, для сахарной свёклы 0,25, для ярового ячменя 1,15, для кукурузы на силос 0,22. Содержание сырого протеина в растительных образцах находили путём перемножения содержания общего азота на коэффициент перевода, который для гороха, озимой пшеницы и ярового ячменя равен 5,7, а для сахарной свёклы и кукурузы на силос 6,25. Сбор сырого протеина с гектара определяли расчётным методом.

      Математическая обработка результатов исследований проведена методом дисперсионного анализа по Б.А. Доспехову (1985) с использованием компьютерных программ.

      Похожие диссертации на Изменение свойств чернозёма типичного при длительном применении способов обработки и удобрений в Центрально-Чернозёмном регионе

      

      Особенности формирования физико-химических и агрохимических свойств дерново-подзолитых суглинистых почв при длительном применении различных способов обработки в условиях Центрального района Нечерноземной зоны РФРодичева Тамара Васильевна

      

      Изменение свойств черноземов Хакасии при длительном сельскохозяйственном использованииЕремина Инна Германовна

      

      Изменение свойств чернозема обыкновенного Багаевско-Садковской и Веселовской оросительных систем Ростовской областиСковпень Андрей Николаевич

      

      Закономерности изменения свойств почв юго-востока Центрального Черноземья под влиянием антропогенного воздействияЧевердин Юрий Иванович

      

      Изменение свойств дерново-подзолистых песчаных почв при прекращении антропогенного воздействия Фомина Анна Сергеевна

      Изменение состава, свойств и численности микроорганизмов черноземов обыкновенных Ставропольской возвышенности при сельскохозяйственном использованииНикифорова, Анастасия Михайловна

      

      Изменение основных свойств, режимов и биопродуктивности орошаемых аллювиальных луговых почв сухостепной зоны ЗабайкальяАюшина Туяна Аюшиевна

      

      Изменение биологических свойств почв Республики Адыгея при химическом загрязненииТлехас Зара Рамазановна

      

      Некоторые географические закономерности изменения состава и свойств органического вещества слитых почв и особенности реакций обмена в них Caz|Ванюшина Анастасия Ярославна

      

      Изменение некоторых химических свойств опада в ходе его разложения : в условиях Южной тайгиКошелева Юлия Павловна