Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор литературы 8
1.1. Процессы трансформации гумусовых веществ почвы 8
1.2. Влияние длительного применения удобрений на гумусное состояние и основные показатели плодородия черноземов 15
1.3. Продуктивность и качество сахарной свеклы при систематическом внесении удобрений 23
Глава 2. Условия и методика проведения исследований 29
2.1. Условия 29
2.2. Методика 32
Глава 3. Трансформация гумусного состояния чернозема выщелоченного при длительном применении удобрений . 36
3.1. Динамика содержания общего гумуса и его запасов 36
3.2. Общий азот и обогащенность гумуса азотом 42
3.3. Лабильный гумус и его запасы 45
3.4. Групповой и фракционный состав гумуса 50
3.5. Оптическая плотность гуминовых кислот 62
3.6. Сезонная динамика гумификационных процессов 65
3.7. Прогноз гумусного состояния 68
Глава 4. Изменение энергетического состояния органического вещества чернозема выщелоченного как результат 70-летнего применения удобрений 73
4.1. Энергопотенциал органического вещества 73
4.2. Энергосодержание и показатель устойчивости плодородия 81
Глава 5. Влияние длительного применения удобрений на обеспеченность чернозема выщелоченного подвижными элементами питания и его кислотность 84
5.1. Подвижные формы азота 84
5.2. Содержание подвижного фосфора 89
5.3. Обменный калий 91
5.4. Гидролитическая кислотность и ее связь с гумусным состоянием.94
Глава 6. Формирование урожайности и продуктивность сахарной свеклы в условиях длительного применения удобрений 98
6.1. Масса 100 растений и пораженность их корнеедом 98
6.2. Динамика роста сахарной свеклы 100
6.3. Площадь листовой поверхности 104
6.4. Продуктивность сахарной свеклы 108
6.5. Экономическая и энергетическая эффективность систем удобрения 112
Выводы 117
Предложения производству 119
Список используемой литературы 120
Приложения 146
- Влияние длительного применения удобрений на гумусное состояние и основные показатели плодородия черноземов
- Общий азот и обогащенность гумуса азотом
- Энергосодержание и показатель устойчивости плодородия
- Содержание подвижного фосфора
Введение к работе
Актуальность темы.
Черноземы выщелоченные являются ценными почвами зоны неустойчивого увлажнения лесостепи ЦЧР. Их плодородие, прежде всего, определяется гумусным состоянием, которое оказывает влияние на важнейшие свойства и режимы почв (Д.С. Орлов, 1990; Н.Ф. Ганжара, 2001). Гумусное состояние черноземов формируется в результате процессов, протекающих не только в почве, но и в агроэкосистемах в целом и в естественных природных условиях оно отличается относительной стабильностью и устойчивостью во времени (Л.К. Шевцова, 1998, 2008). Однако, длительное антропогенное воздействие на черноземы приводит к изменениям параметров их гумусного состояния (Л.А. Гришина, 1986; Д.С. Орлов, О.Н. Бирюкова, Н.И. Суханова, 1996; Д.И. Щеглов, 1999).
Возделывание сельскохозяйственных культур по интенсивным технологиям, особенно пропашных, таких как сахарная свекла (Beta vulgaris sp.) невозможно без применения удобрений, которые существенно повышают продуктивность культуры и, как правило, способствуют относительному сохранению эффективного плодородия черноземов (В.И. Кураков, В.В. Ситникова, 1990; А.Г. Ступаков, 1998). Однако, несмотря на устойчивость гумусного состояния, длительное применение удобрений приводит к количественным и качественным изменениям его параметров (Л.Н. Александрова, 1980; М.М. Кононова, 1984).
Решение задачи воспроизводства гумуса и оптимизации процессов гуму-сообразования пахотных почв является актуальной проблемой современного почвоведения (Л.К. Шевцова, 2008). В связи с этим возникает необходимость системной оценки трансформации гумусного состояния черноземов, позволяющей оптимизировать содержание и запасы гумуса в зависимости от систем удобрения. На основе этого можно получить ценный материал, позволяющий прогнозировать изменение гумусного состояния черноземов, а также получать
высокие и устойчивые урожаи сельскохозяйственных культур в зоне неустойчивого увлажнения лесостепи ЦЧР.
Цель исследований.
Определить степень агрогенной трансформации гумусного состояния чернозема выщелоченного и установить пути его оптимизации при длительном применении удобрений в зерносвекловичном севообороте зоны неустойчивого увлажнения лесостепи ЦЧР.
Задачи исследований.
Определить изменения в содержании гумуса и обогащенности его азотом в черноземе выщелоченном за 70 летний период применения удобрений.
Сопоставить групповой и фракционный состав гумуса и выявить закономерности его трансформации в черноземе выщелоченном на целине и при длительном применении удобрений.
Изучить сезонную динамику гумификационных процессов в зерносвекловичном севообороте при систематическом внесении удобрений.
Исследовать изменения энергетического состояния органического вещества чернозема выщелоченного при длительном применении удобрений.
Установить влияние удобрений на продуктивность сахарной свеклы в зерносвекловичном севообороте зоны неустойчивого увлажнения лесостепи
ЦЧР.
6. Провести экономическую и энергетическую оценку систем удобрения.
Научная новизна.
Впервые в условиях стационарного опыта ГНУ ВНИИСС выявлены темпы изменения содержания гумуса и его запасов, а также фракции гумусовых веществ, наиболее подверженные трансформации при длительном применении удобрений (70 лет). Установлено, что в составе гумуса чернозема выщелоченного происходило снижение содержания фракций 1 и 2 как группы ГК, так и ФК при одновременном увеличении гумина, а также фракций ГКЗ, ФК1а и ФКЗ относительно целины. При этом наибольшим изменениям подвергались ГК, что способствовало изменению степени гумификации органического вещества.
Проведена оценка сезонной динамики процессов образования и деструкции гумуса, а также рассчитаны коэффициенты гумификации в зерносвекловичном севообороте. Установлено, что за 70 лет применения удобрений произошла стабилизация гумификационных процессов. Определены изменения в энергетическом состоянии органического вещества и рассчитан показатель устойчивости плодородия почвы при систематическом внесении удобрений.
Практическая значимость.
Разработанный прогноз содержания гумуса в черноземе выщелоченном в зависимости от длительности действия различных систем удобрения может быть использован для расчета баланса гумуса в зерносвекловичных севооборотах с целью корректировки доз удобрений, способствующих воспроизводству гумуса почвы и увеличению продуктивности культур. Определена система удобрения, способствующая одновременной оптимизации гумусного состояния чернозема выщелоченного, а также повышению продуктивности сахарной свеклы с максимальной экономией энергетических и экономических ресурсов в зерносвекловичных севооборотах зоны неустойчивого увлажнения лесостепи ЦЧР.
Защищаемые положения.
Трансформация группового и фракционного состава гумуса чернозема выщелоченного при длительном применении удобрений идет по пути перераспределения групп и фракций в составе гумуса, а также изменении химической природы гуминовых кислот.
Длительное применение удобрений приводит к стабилизации гумификационных процессов в черноземе выщелоченном под сахарной свеклой.
Внесение под сахарную свеклу N120P120K120 и 50 т/га навоза в пару в наибольшей степени способствует получению высокой продуктивности культуры в зоне неустойчивого увлажнения лесостепи ЦЧР.
Апробация диссертационной работы.
Основные положения диссертационной работы получили одобрение на зональной научной конференции (Воронеж, 2007), на Всероссийской научной
конференции с международным участием (Астрахань, 2008), на Всероссийской научно-практической конференции (Майкоп, 2008), на заседании территориального координационного совета (ГНУ НИИСХ ЦЧП, 2008), на конференции молодых ученых (Воронеж, 2007), на научной сессии ВГУ (Воронеж, 2009), а также на заседаниях Ученого Совета ГНУ ВНИИСС им. А.Л. Мазлумова (2006-2009 гг.)
Представленная работа являлась частью темы НИР ГНУ ВНИИСС № 04.08.02.04 «Изучить качество гумуса и соотношение различных форм азота в условиях длительного применения удобрений в зерносвекловичном севообороте» в 2008 г.
Публикации.
Основные положения диссертации были опубликованы в 7 печатных работах, в том числе 2 в изданиях рекомендованных ВАКом России.
Личный вклад автора.
Автор принимал личное участие во всех этапах исследования. Ему принадлежит формулирование проблемы, постановка целей и задач, планирование экспериментов. Автор участвовал в сборе значительной части полевого материала (образцы почвы и растений), в закладке стационарного опыта, в выполнении экспериментальной работы, в обобщении и интерпретации полученных результатов, в подготовке научных рекомендаций и основного числа научных публикаций.
Структура и объем диссертационной работы.
Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов и предложений производству; изложена на 169 страницах компьютерного текста; содержит 28 таблиц; 15 рисунков и 23 приложения; библиография включает 270 наименований, в том числе 13 на иностранных языках.
Влияние длительного применения удобрений на гумусное состояние и основные показатели плодородия черноземов
Применение удобрений является существенным антропогенным фактором, который оказывает влияние на основные показатели плодородия черноземов, в том числе и на их гумусное состояние.
Исследования многих авторов показывают, что длительное применение удобрений изменяет показатели гумусного состояния почв, что подтверждается многочисленными исследованиями [М.М. Кононова, Н.А. Панкова, Н.П. Бель-чикова, 1949; М.И. Сучалкина, 1950; М. Chaminade, 1963; П.С. Колтакова, 1964; Н.П. Бельчикова, 1965; П.С. Колтакова, Г.А. Шевченко, 1966; В.В. Лаврентьев, 1966; А.Я. Гетманец, 1969; A.M. Гринченко, 1979; И.М. Шапошников, 1986; Г.А. Шевченко, 1986; А.А. Бацула, 1987; Н.А. Титова, Б.М. Когут, 1991; К.В. Дьяконова, Н.В. Ярославцева, B.C. Булеева, 1992; В.А. Черников, 1998; В.И. Кураков, О.А. Минакова, Л.В. Тамбовцева, 2004; А.Б. Беляев, 2006; Т.А. Дуд-кина, 2006; Б.М. Когут, Н.П. Масютенко, И.В. Володарская, 2006; Е.В. Леонтьева, 2006; Н.П. Масютенко, 2006; О.А. Минакова, Л.В. Александрова, Е.В. Попов, 2006].
Гумус почвы выполняет одну из главных функций в создании необходимых условий роста и развития растений. Он включает в себя основные элементы питания растений, которые образуются в почве в результате процессов его минерализации [М.М. Кононова, К.В. Дьяконова, 1960; М.М. Кононова, 1963; И.В. Тюрин, 1965]. Установлено, что гумусовые вещества оказывают глубокое и разностороннее влияние на растения, а в частности, на процессы связанные с физиологией и обменом веществ растительного организма [М.М. Кононова, Н.А. Панкова, 1950; М.М. Кононова, К.В. Дьяконова, 1960]. Некоторые исследователи считают, что гумус способствует повышению эффективности минеральных и органических удобрений [В.Г. Дулова, 1965; К.В. Дьяконова, 1968; В.Н. Ефимов, 2003].
Резко выраженная направленность потерь гумуса почвами, особенно появившаяся в период интенсификации сельскохозяйственного производства (60-70-е гг.) обусловлена усилением минерализации органического вещества при незначительных количествах его поступления в пахотные почвы. Исследования, проведенные на выщелоченных черноземах показали, что за 50 лет их использования скорость дегумификации составляла 0,043%, а за последующие 20 лет - 0,025% [А.Б. Беляев, 2006]. Некоторое снижение темпа ежегодных потерь гумуса в последние годы можно объяснить, вероятно, тем, что на этом этапе, процессы гумусообразования приходят в квазиравновесное состояние с дегра-дационными явлениями, о чем свидетельствует множество публикаций [П.П. Акулов, 1992; Д.И. Щеглов, 1995; А.П. Щербаков, 1996; Д.С. Орлов, О.Н. Бирюкова, Н.И. Суханова, 1996; А.П. Щербаков, И.И. Васенев, Ф.И. Козловский и др., 1996; Д.С. Орлов, 1998; А.П. Щербаков, И.И. Васенев, 1999; В.А. Черников, P.M. Алексахин, А.В. Голубев и др., 2000; Р.Ф. Байбеков, 2003].
Опыт многих исследователей по длительным опытам [Л.К. Шевцова, Д.М. Сизова, 1974; Н.Ф. Ганжара, Б.А. Борисов, 1997; Н.Ф. Ганжара, СЮ. Ми-ренков, Л.П. Родионова, 2001; Н.Ф. Ганжара, 2001] показал, что наиболее значительные изменения содержания гумуса происходят в первые годы после распашки целины или же после существенного изменения доз органических и минеральных удобрений, интенсивности обработки почвы, севооборота и др. С содержанием общего гумуса и его запасами тесно связан ряд показателей гумусного состояния почв, что впервые было отмечено И.В. Тюриным (1965) и впоследствии другими авторами [Г.Я. Чесняк, 1983; Л.А. Гришина, 1986; Н.Ф. Ганжара, 1993; Е.А. Хлестакова, 1991]. Тесно коррелирует с содержанием и запасами гумуса степень гумификации органического вещества почв, которая возрастает при систематическом внесении навоза. Мощным средством повышения плодородия почв и продуктивности земледелия является эффективное использование минеральных удобрений. Однако, в условиях систематического применения возрастающих доз минеральных удобрений, особенно физиологически кислых, усиливается декальцинация почв, что приводит к снижению содержания гумуса, повышению кислотности почвы, ухудшению ее агрегатного состава, водно-физических свойств и в конечном итоге к снижению эффективного плодородия почв.
Таким образом, применение только одних минеральных удобрений в течение многих лет не приводит к стабилизации гумуса, более того, происходит уменьшение его содержания и только при совместном внесении минеральных и органических удобрений происходит стабилизация гумусного состояния почв [Т.А. Девятова, Д.И. Щеглов, А.Н. Антонюк, 2006]. При использовании повышенных доз минеральных удобрений и низких доз органических происходит снижение содержания гумуса в почвах, а при полном отсутствии удобрений наблюдается значительное снижение содержания органического вещества в почве [П.С. Колтакова, Г.А. Шевченко, 1966; В.В. Лаврентьев, 1966; В.И. Кураков, О.А. Минакова, Л.В. Тамбовцева, 2004].
В литературе встречаются разногласия по поводу влияния длительного применения удобрений на гумусированность черноземных почв. Некоторые авторы отмечают, что длительное применение минеральных удобрений приводит к повышению гумусированности черноземов [В.Г. Минеев, 1984], другие -склоняются к тому, что удобрения вызывают его снижение [З.А. Прохорова, А.С. Фрид, 1993]. На фоне действия высоких доз навоза происходит оптимизация содержания общего гумуса в почвах. Применение навоза обеспечивает бездефицитный баланс гумуса, что в конечном итоге стабилизирует потенциальное плодородие почв черноземного типа почвообразования [П.С. Колтакова, 1966; В.И. Кура-ков, О.А. Минакова, Л.В. Тамбовцева, 2004].
Таким образом, внесение навоза способствует восполнению запасов гумуса. Установлено, что приблизительно 20% внесенного навоза закрепляется в форме гумуса, остальные 80% минерализуется. Гумус, образовавшийся в результате внесения органических удобрений довольно устойчив, о чем можно судить по повышению его содержания в ранее удобрявшихся почвах в работе П.С. Колтаковой (1966).
Вероятно, что специфика и механизм воздействия органических и минеральных удобрений на гумусное состояние почв разный. Органические удобрения оказывают на него как косвенное, так и прямое воздействие, интенсивность которого главным образом обусловливается дозой [Г.А. Шевченко, 1967; В.Г. Минеев, 1984; Л.К. Шевцова, И.В. Володарская, 1991; Л.К. Шевцова, 1998].
Длительное применение удобрений существенно изменяет плодородие почв. Г.В. Добровольский (1983) с соавторами указывал, что в оценке агроэко-логического состояния почв в условиях длительного сельскохозяйственного использования необходимо формирование системы контролируемых параметров, которые он предлагал объединять в три группы: - показатели ранней диагностики развития негативных явлений в состоянии почв (количественный и качественный состав микробного ценоза, ферментативная активность, азотфиксация почвы, изменения окислительно-восстановительных и щелочно-кислотных условий); - показатели, отражающие более устойчивые изменения почв (количество и качество гумуса, структура и агрегированность почвы, трансформация содержания элементов питания растений, динамика содержания тяжелых металлов и углеводородов); - показатели глубоких и устойчивых изменений фундаментальных свойств почв (соотношение тонкодисперсных и более крупных фракций гранулометрического состава, изменение минералогического и химического составов, изменение мощности отдельных горизонтов).
Общий азот и обогащенность гумуса азотом
Одним из главных показателей гумусного состояния является содержание общего азота в почве, основная часть которого сосредоточена в органическом веществе. Накопление азота в почве обусловлено биологической аккумуляцией его из атмосферы, другим источником азота в почве служит азот удобрений. Содержание общего азота в почве является стабильным и мало изменяющимся во времени показателем [В.Ф. Вальков, К.Ш. Казаев, СИ. Колесников, 2006].
В результате исследований была установлена положительная корреляционная связь содержания общего азота в почве с дозой минеральных удобрений и навоза (рис. 2) описываемая уравнением множественной линейной регрессии Яовщ -0,24 + 0,0002-DNPK+0,0002-DH г = 0,87 (1) где: Иобщ - содержание общего азота в почве, %; DNPK - доза минерального удобрения, кг д.в./га; DH — доза навоза, т/га; г - коэффициент корреляции.
Из уравнения (1) видно, что влияние обоих факторов (доза минеральных удобрений и доза навоза) на содержание в почве общего азота равноценно, поскольку коэффициенты при объясняющих факторах (Д\т л: и DH) равны 0,0002. На фоне последействия 25 т/га навоза в пару и действия N45-90P45-90K45-90 содержание общего азота и его запасы составляли соответственно 0,259-0,263% и 5,8-5,9 т/га, что больше по сравнению с неудобренным вариантом на 9-11% и 0,5-0,6 т/га.
Максимальное количество общего азота было в почве при внесении Ni9oPi9oKi9o - 0,286%, что на 20% больше относительно контроля, а его запасы увеличивались на 1,1 т/га и составляли 6,4 т/га.
Применение N45-150P45-150K45-150+ 50 т/га навоза в пару и N45P45K45 + 50 т/га навоза под сахарную свеклу способствовало повышению содержания общего азота и его запасов относительно неудобренного варианта соответственно на 11-16% и 0,6-0,9 т/га. Рисунок 2. Зависимость содержания общего азота в черноземе выщелоченном от дозы минеральных удобрений и навоза. По мнению И.В. Тюрина (1965) устойчивость к минерализации различных фракций гумуса должна зависеть от отношения в них углерода и азота. С точки зрения эффективного плодородия наиболее полезен тот гумус, который способен к быстрой трансформации и снабжению растений азотом, углекислотой и другими элементами, связанными с ним. Степень обогащенности гумуса азотом на неудобренном варианте оценивалась как низкая, где соотношение C:N составляло 11,9 (табл. 3). При внесении N45-135P45-135K45-135 + 25 т/га навоза в пару соотношение C:N сужалось относительно неудобренного варианта и изменялось в пределах от 11,3 до 11,7. Соотношение C:N на фоне N190P190K190 составляло 11,4. На вариантах с увеличенной дозой навоза в пару и под сахарной свеклой, где вносили N45-i5oP45-i5oK45-i5(b соотношение C:N расширялось относительно контроля до 12,1-12,3. Таким образом, длительное применение удобрений повышало содержание общего азота и его запасы в почве, что обусловливалось высокими дозами минеральных удобрений и навоза. Максимальное увеличение (на 20,2% и 0,6 т/га соответственно) этих показателей произошло при внесении N190P190K190. Большая часть азота сосредоточена в гумусе и коррелирует с его содержанием. Несмотря на это, обогащенность гумуса азотом на всех вариантах оценивалась как низкая, больше всего гумус был обогащен азотом при внесении N190P190K190 и N45P45K45+ 25 т/га навоза в пару.
Большое значение для пахотных почв имеет агрогенно-трансформируемое органическое вещество, представляющее собой легкоразла-гаемую часть органического вещества почвы (ЛОВ) [М.А. Егоров, 1938; Б.М. Когут, 2003]. В составе ЛОВ преобладают лабильные гумусовые вещества, ко 46 торые подвергаются количественным и качественным изменениям под влиянием удобрений. Подвижный или лабильный гумус как наиболее трансформируемая и обогащенная азотом часть гумусовых веществ является главнейшим источником энергии, аккумулированной в гумусовых веществах, а также питательных элементов для растений и микроорганизмов. Разложение лабильных гумусовых веществ предохраняет инертный гумус от глубокой деструкции [Н:П. Масю-тенко, 2006]. Поэтому содержание в почве подвижного органического вещества служит показателем ее эффективного плодородия [Б.М. Когут, 2003]. Лабильный гумус почвы относится к молодым формам гумуса, которые непрочно связаны с минеральной частью почвы и содержат повышенное количество азота, а также способны относительно быстро трансформироваться и высвобождать азот для растений [Н.Ф. Ганжара, 1995; Н.П. Масютенко, 2006].
Содержание лабильного гумуса на неудобренном варианте в слое почвы 0-20 см составляло 0,20%, а его доля в общем углероде - 7,04%, вниз с глубиной происходило постепенное его снижение до 0,14%), а доля лабильных форм гумуса в С0бщ.в слое почвы 40-60 см увеличивалась до 8,20% (табл. 4).
На фоне N45-135P45-135K45-135+ 25 т/га навоза в пару содержание лабильного гумуса в слое почвы 0-20 и 40-60 см увеличивалось соответственно на 20-48 и 12-16% и составляло 0,24-0,30 и 0,16-0,17%. Доля лабильного гумуса в С0бЩ. в верхнем 0-20 см слое гумусового горизонта изменялась в пределах от 8,09 до 9,53%, а в нижнем 40-60 см слое почвы от 8,45 до 9,06%.
Содержание лабильного гумуса в почве значительно увеличивалось при внесении повышенных доз навоза в пару и N45-150P45-150K45-150 под сахарную свеклу, где содержание этого показателя в верхнем и нижнем 20-сантиметровом слое почвы изменялось в пределах от 0,30 до 0,37, и от 0,17 до 0,24%, что больше по сравнению с контролем соответственно на 50-87 и 19-65%. Содержание подвижного гумуса в общем углероде почвы в верхнем 20-сантиметровом слое составляло 9,04-11,2%, а в нижнем - 7,58-10,6%.
Энергосодержание и показатель устойчивости плодородия
Для характеристики энергетического состояния органического вещества почв целесообразно применять показатель устойчивости плодородия почвы, основанный на соотношениях между запасами общей энергии органического вещества в почве и запасами энергии в гумусе целинной и изучаемой почв. Чем выше значение этого показателя, тем энергетическая устойчивость плодородия почвы больше [Н.П. Масютенко, 2004].
Показатель устойчивости плодородия почвы (Пу) позволяет оценить изменение энергетического состояния органического вещества за оцениваемый период. Для оценки этого показателя было рассчитано энергосодержание почвы опыта (Ее), которое представляет собой содержание энергии в прочносвязанном и свободном органическом веществе в единице объема почвы. Также был рассчитан уровень энергоемкости целинной (Еуц) и исследуемой (Еу) почве, представляющий собой количество энергии в инертном гумусе и в лабильных гумусовых веществах в единице объема (табл. 17).
Для характеристики показателя устойчивости плодородия почвы использовали методику разработанную во ВНИИЗиЗПЭ (2004). Энергосодержание и уровень энергоемкости почвы на неудобренном ва-рианте составлял 122 и 119 Дж/см , а показатель устойчивости плодородия характеризовался как средний - 4,2. Уровень энергоемкости целинного чернозема выщелоченного составлял 148 Дж/см (табл. 17). На вариантах, где вносили 25 т/га навоза на фоне N45-135P45-135K45-135, энергосодержание и уровень энергоемкости почвы увеличивался и составлял соот-ветственно 127-134 и 124-130 Дж/см , кроме того, происходило расширение коэффициента Пу до 5,3-7,5, то есть показатель устойчивости плодородия на этих вариантах был оптимальный.
Применение N45-150P45-150K45-150 + 50 т/га навоза в пару и под сахарную свеклу значительно расширяло показатель устойчивости плодородия почвы от 10,3 до 16,8, который характеризовался как высокий. Применение Ni9oPi9oKi9o привело к расширению показателя устойчивости плодородия почвы с 4,2 до 11,6. Таким образом, несмотря на то, что уровень энергоемкости почвы целинного участка был выше по сравнению с почвой опыта, применение удобрений способствовало оптимизации величины энергосодержания и уровня энергоемкости. Высокий показатель энергетической устойчивости плодородия почвы (10,3-16,8) к антропогенным нагрузкам за 70- летний период применения удобрений сохранился на вариантах, где вносили N45-150P45-150K45-150 + 50 т/га навоза в пару и под сахарную свеклу.
Единственным источником азота для питания растений является азот почвы, пополнение которого возможно только при внесении удобрений [В.А. Ковда, Б.Г. Розанов, 1988]. Наиболее ценными являются подвижные формы азота. Легко и быстро растения усваивают нитраты, поэтому их содержание в почве является одним из основных показателей обеспеченности ее доступным для растений азотом. Содержание нитратов характеризует обеспеченность почвы минеральным азотом и степень выраженности процесса нитрификации. По количеству нитратов в почве можно судить о степени ее окультуренности [В.Ф. Вальков, К.Ш. Каза-ев, СИ. Колесников, 2006].
Нитратный азот в почве обладает довольно высокой подвижностью, это может являться причиной его миграции из пахотного слоя в условиях обильного увлажнения. Количество этой формы азота в почве подвержено значительным колебаниям [А.С. Радов, И.В. Пустовой, А.В. Корольков, 1985].
На неудобренном варианте содержание нитратного азота оценивалось как низкое, в 0-20 см слое почвы оно составляло 1,23 мг/100 г (табл. 18), вниз по профилю почвы этот показатель постепенно снижался и в слое 40-60 см достигал 1,12 мг/100 г. Применение удобрений значительно способствовало повышению содержания нитратного азота в почве опыта по сравнению с неудобренным вариантом.
Содержание подвижного фосфора
Преобладающее количество фосфора в почве содержится в виде минеральных соединений. Наиболее доступны для растений одно- и двухзамещен-ные фосфат ионы, связанные с щелочными и щелочноземельными металлами. Исследование почв на содержание в них доступного для питания растений фосфора позволяет выявить степень нуждаемости их в фосфорных удобрениях [А.С. Радов, И.В. Пустовой, А.В. Корольков, 1985].
На неудобренном варианте содержание подвижного фосфора в верхнем 0-20 см слое почвы оценивалось как среднее и составляло 9,50 мг/100 г (табл. 20), на глубине 40-60 см этот показатель уменьшался до 7,32 мг/100 г. 16
Зависимость содержания подвижного фосфора в черноземе выщелоченном от дозы фосфорных удобрений. Содержание подвижного фосфора в почве повышается по мере увеличения дозы фосфорных удобрений (рис. 10) . Увеличение дозы навоза не приводило к повышению содержания подвижного фосфора в почве (г 0,26).
Зависимость обеспеченности почвы опыта подвижным фосфором описывается уравнением (11): P205 = 10,75 + 0,03- DP r = 0,92 (11) где: P2O5 - содержание подвижного фосфора, мг/100 г почвы; DP - доза фосфорных удобрений, кг д.в./га. На вариантах, где вносили N150P150K150 + 50 т/га навоза в пару и Ni9oPi9oKi9o обеспеченность почвы подвижным фосфором оценивалась как высокая и повышенная. Содержание подвижного фосфора на этих вариантах в слое почвы 0-20 и 40-60 см повышалось относительно неудобренного варианта соответственно на 65-68 и 38-93%, что составляло 15,7-16,0 и 10,1-14,1 мг/100 г.
На остальных вариантах обеспеченность верхнего 0-20 см слоя почвы подвижным фосфором оценивалась как повышенная, и варьировала от 11,7 до 14,8 мг/100 г, что на 23-56% или на 2,2-5,3 мг/100 г больше относительно контроля соответственно. В нижнем 40-60 см слое почвы содержание этого показателя изменялось в пределах от 8,9 до 10,8 мг/100 г, что больше по сравнению с неудобренным вариантом соответственно на 22-47% или на 1,6-3,5 мг/100 г.
Таким образом, почва опыта за исключением контроля характеризовалась повышенной и высокой обеспеченностью подвижным фосфором, содержание которого постепенно снижалось с глубиной. Доза внесенных фосфорных удобрений тесно коррелирует с содержанием в ней легкодоступного фосфора. Наиболее оптимальный фосфатный режим складывался при внесении N45-150P45-15оЬм5-150 + 50 т/га навоза в пару и N190P190K190, где содержание подвижного фосфора повышалось в на 65-68% или на 6,2-6,5 мг/100 г.
Калий сахарная свекла потребляет в большей степени, чем зерновые и другие культуры [И.И. Гуреев, А.В. Агибалов, 2000]. Валовое содержание калия в почвах сильно варьирует и зависит, главным образом, от гранулометрического состава. Чем больше в почве глинистых частиц, тем больше в ней калия. С позиции питания растений большое значение имеет обменный или поглощенный калий, входящий в состав почвенно-поглощающего комплекса [А.С. Радов, И.В. Пустовой, А.В. Корольков, 1985].
При внесении Ni2o-i5oPi2o-i5oKi2o-i5o + 50 т/га навоза в пару содержание обменного калия оценивалось как высокое, и в слое почвы 0-20 см составляло 18,9-19,3 мг/100 г, что соответственно на 93-97% или на 9,1-9,5 мг/100 г больше по сравнению с неудобренным вариантом. Вниз по профилю почвы содержание этого показателя снижалось до 13,4-13,8 мг/100 г, что на 62-67% больше относительно неудобренного варианта.
Меньше всего увеличению в почве содержания обменного калия способствовала система удобрения N45P45K45 + 25 т/га навоза в пару. Здесь обеспеченность почвы этой формой калия в начале вегетации оценивалась как повышенная, и в слое 0-20 см была лишь на 17% или 1,69 мг/100 г больше относительно неудобренного варианта, что составляло 11,5 мг/100 г.
На вариантах, где вносили N135P135K135 + 25 т/га навоза в пару, N45P45K45 + 50 т/га навоза в пару и N190P190K190, содержание К20 в начале вегетации повышалось соответственно на 68, 45 и 53%, что составляло 16,4, 14,2 и 15,0 мг/100 г.
Почва является сложной химической системой, в которой протекают те или иные химические процессы. Величина гидролитической кислотности (Нг) почвы является одной из главных форм кислотности, которая имеет существенное значение для направленности почвенных процессов и уровня плодородия. Под гидролитической кислотностью понимают ту кислотность, которая обнаруживается в почве при воздействии на нее гидролитически щелочной соли сильного основания и слабой кислоты [В.А. Ковда, Б.Г. Розанов, 1988], при котором происходит более полное вытеснение поглощенного почвой водорода. Эта кислотность зачастую выступает как лимитирующий фактор урожая [В.Г. Сычев, 2003], и она подвержена значительным изменениям при мелиоративных нагрузках на почву.
На неудобренном варианте этот показатель в слое почвы 0-20 см составлял 3,46 мг-экв./100 г (табл. 22), вниз по профилю почвы он снижался и до 2,11 мг-экв./ЮО г. Длительное применение удобрений оказало значительное влияние на величину гидролитической кислотности почвы.
Максимальная гидролитическая кислотность в почве обнаруживалась на фоне Ni9oPi9oKi9o здесь в слое почвы 0-20 и 40-60 см она составляла 6,27 и 4,82 мг-экв./ЮО г, что на 81 и 129 % больше по сравнению с неудобренным вариантом. На варианте, где вносили N135P135K135 + 25 т/га навоза в пару, этот показатель в слое почвы 0-20 см составлял 5,12, а в 40-60 см - 3,90 мг-экв./ЮО г, что больше соответственно на 48 и 85% относительно неудобренного варианта.
На фоне Ni5oPi5oKi5o + 50 т/га навоза величина Нг в верхнем 20-сантиметровом слое почвы была на 60% больше относительно контроля, а в нижнем на 82% и составляла соответственно 5,53 и 3,83 мг-экв./ЮО г. При внесении N45P45K45 + 50 т/га навоза в пару и под сахарную свеклу, в верхнем 0-20 см слое почвы Нг незначительно уменьшалась (на 1-4%) относи тельно контроля, однако в слое почвы 40-60 см она повышалась на 30-39% и изменялась в интервале от 2,73 до 2,93 мг-экв./100 г.
Проведенные исследования показали, что Нг оказывает существенное влияние и на показатели гумусного состояния почвы. Было установлено, что кислая реакция среды почвенного раствора влияет на содержание в составе гумуса гуматов кальция. Это связано с кислотным гидролизом карбонатов почвы и вымыванием их в нижнюю часть профиля. Чем выше величина гидролитической кислотности, тем этот процесс выражен сильнее (рис. 13). Полученная закономерность описывается уравнением (14): ГК2 = 26,620-0,593НГ г = -0,68 (14) где: ГК2 - содержание гуматов кальция в составе гумуса, % от С0бЩ. Таким образом, длительное применение удобрений привело к значительным изменениям величины гидролитической кислотности в почве. Высокие дозы минеральных удобрений способствовали подкислению почвенного раствора и гидролизу гуматов кальция в составе гумуса, особенно на фоне Ni9oPi9oKi9o-Однако, на вариантах, где вносили N45P45K45 + 50 т/га навоза в пару и под сахарную свеклу, гидролитическая кислотность не подверглась значительным изменениям и была на оптимальном уровне.
