Содержание к диссертации
Введение
1 Обзор литературы 10
1.1 Солонцовые почвы как фактор снижающий плодородие почвы и урожайность сельскохозяйственных культур 10
1.2 Приемы повышения плодородия солонцовых почв 19
1.2.1 Применение химических веществ для улучшения плодородия солонца 19
1.2.2 Применение удобрений как один из факторов борьбы с солонцами 27
1.2.3 Использование обработки почвы для улучшения солонцов 29
1.2.4 Биологические приемы снижения солонцеватости почвы 33
1.2.5 Комплексные приемы мелиорации солонцов 43
2 Условия, схема и методика проведения экспериментов 46
2.1 Почвенно-климатические условия места проведения опыта 46
2.1.1 Почвы 46
2.1.2 Климат 47
2.1.3 Погодные условия в годы проведения исследований 48
2.2 Методика проведения исследований 54
2.2.1 Схема опыта 55
3 Характеристика солонцового чернозёма южного на опытном участке 57
4 Изменение агрофизических свойств почвы в зависимости от доз осадков сточных вод 61
4.1 Улучшение структурности почвы 61
4.2 Изменение плотности и пористости почвы 63
4.3 Водопроницаемость почвы 69
4.4 Изменение запасов влаги в солонцовой почве под влиянием удобрений 71
5 Изменение агрохимических свойств солонца под влиянием осадков сточных вод 78
5.1 Содержание питательных веществ в почве 78
5.2 Содержание тяжелых металлов в почве при улучшении плодородия солонца 84
6 Урожайность зелёной массы прутняка веничного, люцерны синей, эспарцета песчаного и донника желтого при улучшении солонца после внесения осадков сточных вод 87
6.1 Изменение урожайности зелёной массы культур при улучшении солонца 87
6.2 Параметрический анализ влияния факторов жизни на урожайность зелёной массы прутняка веничного 92
7 Энергетическая и экономическая эффективность рассолонцевания выщелоченных чернозёмов 101
Заключение 110
Предложения производству 114
Список используемой литературы 115
Приложения 143
- Применение химических веществ для улучшения плодородия солонца
- Изменение плотности и пористости почвы
- Содержание питательных веществ в почве
- Параметрический анализ влияния факторов жизни на урожайность зелёной массы прутняка веничного
Введение к работе
Актуальность темы исследований. В современных условиях ведения системы земледелия при недостатке материальных и энергетических ресурсов возникают различные виды деградации почвы. Это в первую очередь процессы дегумификации, декальцификации, осолонцевания, разрушения структуры, переуплотнения почвы, возникающие вследствие нарушения закона возврата и интенсивного использования пахотных земель. В больших масштабах почвы подвержены эрозионным процессам и осолонцевания. Все виды деградации приводят к падению плодородия почвы и снижению урожайности. Особенно вредоносны солонцы.
Солонцы и солонцеватые почвы характеризуются неблагоприятными агрохимическими и агрофизическими свойствами. Это приводит к потере урожайности сельскохозяйственных культур до 20 - 40% и более. При сильном осолонцевании почв урожайность сельскохозяйственных культур крайне низкая или вообще отсутствует.
В Саратовской области насчитывается 1128 тыс. га солонцовых почв, в том числе 600 тыс. га солонцов, на которых сельскохозяйственные культуры практически не дают урожайность. В Правобережье Саратовской области в значительной мере распространены магниевые солонцы, которые по отрицательным свойствам очень похожи на натриевые.
Солонцы обладают очень слабой водопрочностью структуры, высокой слитностью, переуплотнением почвы, низкой водопроницаемостью, малой нитрификационной способностью, небольшим количеством гумуса и кальция. Содержание магния достигало 46% (Д.А. Уполовников, Е. П. Денисов, К. Е. Денисов и др., 2016)
Важным элементом при рассолонцевании почв считается широкое использование устойчивых к солонцам растений в сочетании с местными удобрительными ресурсами. К последним следует отнести различные органические удобрения, отходы производства, осадки сточных вод и т. д.
В России ежегодно образуется около 65 млн. т твердых осадков сточных вод (ОСВ) в пересчете на сухое вещество, в том числе в Саратовской области – 9,2 млн. т, реутилизация которых представляет важную проблему экологии.
Поэтому разработка агроприёмов повышения плодородия солонцов и солонцовых почв при совместном использовании осадков сточных вод и устойчивых к солонцам сельскохозяйственных культур является важной задачей земледелия.
Степень разработанности темы. Вопросы повышения плодородия и продуктивности солонцов и солонцовых почв отражены в работах И.Н. Анти-пова-Каратаева (1940), Б.В. Андреева (1963), Н.А. Гончаровой (1969), Е.А. Даниловой (1976), В.И. Кирюшина (1980), И.П. Кружилина (2013), В.А. Ковды (1980), Н.П. Панов (2008), Е.М. Рошковского (1987), Н.Е. Синицыной (2002), С.В. Макарычев (2016), Д.А. Уполовников, Е. П. Денисов, К. Е. Денисов и др. (2016) и др.
Большое значение в повышении плодородия солонцовых почв уделяется применению промышленных отходов, минералов, биоудобрений в сочетании с посевами многолетних трав. Использованию осадков сточных вод (ОСВ) в качестве удобрений посвящены работы В.А.Пилюгина (2003), К.Е.Денисова (2004), Д.А. Уполовникова (2013), А.П. Солодовникова (2014) и др., Р.З. Тугу-шев и др. (2016).
Цель исследований заключается в разработке приемов использования осадков сточных вод совместно с посевами прутняка веничного, люцерны синей, донника желтого и эспарцета песчаного для повышения плодородия солонцов и солонцеватых почв чернозёма южного в Поволжье.
Задачи исследований:
–изучить степень содержания гумуса, азота, фосфора и калия в магниевых солонцовых почвах чернозёма южного;
– определить изменение агрофизических свойств солонцовых почв чернозёма южного под влиянием прутняка веничного, донника желтого, люцерны синей и эспарцета песчаного с применением ОСВ;
– выявить влияние изучаемых культур и применения осадков сточных вод на изменение гумуса в солонце чернозёма южного;
– рассмотреть изменение агрохимических свойств в солонце чернозёма южного под действием предлагаемых агроприёмов;
– определить продуктивность прутняка веничного, донника желтого, люцерны синей и эспарцета песчаного в течение трех лет почвоулучшающего периода при уборке на зеленую массу;
– показать степень накопления тяжелых металлов и их динамику в течение трех лет при использовании осадков сточных вод в процессе повышения плодородия солонцов;
– провести параметрический анализ взаимосвязи агрофизических свойств почвы с дозами осадков сточных вод и урожайностью зелёной массы прутняка веничного;
– рассчитать биоэнергетическую и экономическую эффективность использования изучаемых приёмов при восстановлении плодородия солонцовых почв.
Научная новизна исследований. Определено содержание органического вещества и элементов питания в солонце чернозёма южного в сравнении с фоновыми почвами и воздействие совместного применения осадков сточных вод и почвоулучшающих культур на динамику содержания гумуса и питательных веществ в почве за трехлетний период использования. Изучено влияние использования прутняка веничного как почвоулучшающей культуры наряду с люцерной синей, эспарцетом песчаным и донником желтым.
Отмечено уменьшение плотности и повышение общей пористости под действием трав и осадков сточных вод. Выявлено, что после внесения осадков сточных вод нитратного азота и доступного фосфора в почве было больше, чем на контроле.
При внесении осадков урожайность зеленой массы прутняка веничного увеличилась в 5 раз, люцерны синей и эспарцета песчаного – в 6 раз, донника желтого – в 10 раз.
Выявлено некоторое увеличение тяжелых металлов в почве в первый год после запашки осадков сточных вод и заметное их снижение в течение мелиоративного периода почти до фоновых значений. Во всех случаях количество тяжелых металлов в почве не превышало ПДК.
Практическая значимость заключается в конкретных рекомендациях по использованию осадков сточных вод и посева почвоулучшающих культур для рассолонцевания черноземов южных. Для получения высоких урожаев зеленой массы почвоулучшающих культур и повышения плодородия солонцов до фонового уровня необходимо вносить под вспашку не менее 150 т/га ОСВ. Из почвоулучшающих культур наиболее эффективным оказался прутняк венич-ный, где в почву запахивалось за три года 95,56 т/га зеленой массы. После люцерны синей в почву поступало 48,37 т/га, после эспарцета песчаного – 39,70 т/га, после донника желтого – 38,20 т/га. Наиболее энергетически и экономически эффективными оказались дозы внесения осадков сточных вод 100 - 150 т/га.
Методология и методы исследований базируются на результатах современных исследований практической мелиорации и частных методиках проведения экспериментов. В работе использованы системный подход, методы анализа и синтеза, индукции и дедукции, обобщения. Расчёты и обработка результатов выполнены методом математической статистики, дисперсионного, корреляционного и регрессионного анализов с применением пакетов прикладных программ Statistika 7.0 и Miсrosoft Excel.
Положения, выносимые на защиту:
- эффективность улучшения агрофизических и агрохимических свойств
солонцового чернозёма южного под влиянием прутняка веничного, люцерны
синей, эспарцета песчаного и донника желтого в сочетании с внесением осад
ков сточных вод;
особенности формирования урожайности прутняка веничного, люцерны синей, эспарцета песчаного и донника желтого как средообразующих культур под влиянием изучаемых агроприемов;
экологическая безопасность использования осадков сточных вод в качестве удобрений при рассолонцевании чернозёма южного;
энергетическая и экономическая эффективность использования прутняка веничного, люцерны синей, эспарцета песчаного и донника желтого в сочетании с внесением осадков сточных вод при повышении плодородия солонцеватых южных черноземов.
Объектами исследований являлись почва – солонец чернозёма южного, прутняк веничный, люцерна синяя, эспарцет песчаный, донник желтый, осадки сточных вод.
Предмет исследований – процесс изменения плодородия солонца черно-зёма южного и особенности формирования урожайности трав под влиянием осадков сточных вод.
Достоверность полученных результатов подтверждена многолетним периодом исследований, корректностью используемых методик, необходимым объемом проведённых анализов, замеров, наблюдений, обработкой экспериментального материала математическими методами дисперсионного, регрессионного, корреляционного и вариационного анализов, апробацией результатов исследований.
Апробация результатов научных исследований. Результаты исследований были доложены на внутривузовских, всероссийских и международных научно-практических конференциях (г. Саратов, 2015, 2016, 2017). Результаты внедрены в ООО «Эвелина» Саратовского района Саратовской области на площади 300 га.
Публикации. По результатам исследований опубликовано 11 научных работ, в том числе 3 - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ и 2 патента на изобретение.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 7 глав, заключения и предложений производству. Работа изложена на 142 странице компьютерного текста, содержит 46 таблиц и 8 приложения. Список литературы включает 254 источника, в том числе 17 на иностранных языках.
Применение химических веществ для улучшения плодородия солонца
Восстановление солонцовых почв осуществляется за счёт комплекса приёмов основными задачами которых является создание в них оптимального кальциевого режима и увеличение отношения обменного кальция к магнию и натрию. Одним из наиболее распространённых способов улучшения солонцовых почв является химическая мелиорация, которая включает в себя – периодическое внесение кальцийсодержащих мелиорантов (А.И. Воронин, 1989; Н.В. Семендяева, Н.И. Добротворская, 1991; А.И. Подколзин, С.Н. Шкабарда, 2008; Н.В. Семендяева, 2009).
Гипс – является наиболее известным мелиорантом. Его популярность обусловлена низкой стоимостью, хорошей растворяемостью и безвредностью для большинства сельскохозяйственных культур. Так же используются альтернативные природные кальций содержащие материалы такие как глиногипс, мел и отходы промышленности к которым относятся хлористый кальций, железный купорос, фосфогипс, дефекат, серная кислота и т.д. (П.И. Фомин,1976; В.П. Фридланд, 1976).
Учёными наработан обширный материал, характеризующий тенденции изменения кальция и емкости поглощения почв под влиянием гипсования. На основании полученных данных выявлена общая для различных по генезису почв тенденция к увеличению емкости катионного обмена, содержания обменного кальция и степени насыщенности основаниями под влиянием данного приёма (И.Н. Гоголев, 1965; Т.А. Гринченко, 1969; 1972; 1973; Т.А. Гринченко, Н.И. Завалий, В.Л. Яцук, 1973; I. Shainberg, 1989).
По вопросам химической мелиорации солонцов существует множество мнений. При рассмотрении данного вопроса были проанализированы как фундаментальные исследования учёных И.Н. Антипова-Каратаева (1940, 1946, 1953, 1959), А.М. Можейко (1946), В.Ф. Шматкина (1957), Б.В. Андреева (1961), И.В. Тюрина (1965), В.А. Ковды (1970), Q.W. Cooke, R.Y.Wiliams (1971), М.Т. Протько (1973), Р.П Лазаревой, (1977), В.В. Окорокова, А.Н. Верищагина (1985); В.Г. Дикарева (1987), Н.В. Панова, Н.И. Хаджинова (1996), Г.А. Романенко, Н.В. Комова, А.И. Тютюнникова (1996), В.М. Красницкого, О.И. Ермохина (1999), так и современные наработки и достижения таких учёных как: Н. Ефимова (2002), Г.Н.Гасанов, М.Р.Мусаев, Г.М. Абдурахманов (2004), В.М. Бабушкин (2012), Л. М. Докучаева, Р. Е. Юркова, О. Ю. Шалашова (2012), О.Ю. Шалашова, Н.А Иванова (2016), Б.М. Кизяев, В.П. Максименко, В.К. Губин (2016), Л. М. Докучаева, Р. Е. Юркова (2017).
Принципы химической мелиорации заключаются в удалении из поглощающего комплекса обменного натрия и замены его кальцием при внесении соответствующих химикатов.
Одним из самых применяемых химических мелиорантов является фосфогипс. Он представляет собой многотоннажный отход производства суперфосфорной кислоты и является кальциево-серно-фосфорным гидролитически нейтральным удобрением. Он может служить дополнительным источником обменного кальция в почве (Л.Ф. Кисляков, 1981; В.Ф. Аршавская, В.И. Бойков, Т.И. Савченко, 1992; Л.М. Докучаева, Р.Е. Юркова, О.Ю. Шалашова, 2012).
В зависимости от технологии производства и состава сырья химический состав фосфогипса может различаться. Концентрация основных составляющих фосфогипса изменяется в следующих пределах: А1 0,2-1,2 %, СаО 28-48 %, МgО 0,04-4,6 %, SО3 31-56 % Р2О5 0,6-3,6 %, Fе2О3 0,07-3,8 %, (З.М. Шугля, 1971; К.К. Гедроиц, 1988; I. Shainberg, 1989; В.В. Иваницкий, П.В. Классем, А.А. Новиков, 1990; Л.С. Травникова, М.Ш. Шаймухаметов, Л.Ф. Назарова, 1994). В составе фосфогипса может быть от 0,4 до 2 % (Л.В. Березин, 1987), а по некоторым данным - до 4 % (К.А. Хуцишвили, Т.В. Головкова, 1987) фтористых соединений, что представляет угрозу загрязнения экологических систем.
Существует мнение, что фосфогипсовый отход может служить потенциальным источником загрязнения, так как в его состав входит стронций, который может проявится в почве, воде и получаемой продукции. Содержание его в фосфогипсе колеблется в пределах 16,5-19,8 мг/кг, весовое соотношение Са/Sr составляет 13-17 (М.А. Прокошева, Н.А. Торина, 1980; В.В. Ковальский, 1989). В работах Ю.А. Шугарова, В.В. Прокошева, С.Н. Жукова (1986) отмечено, что при норме фосфогипса 6-22 т/га, с ним в почву может попадать от 90 до 350 кг/га стронция.
Исследования проведённые Н.В. Семендяевой и Н.И. Добротворской (1991) показали, что уже через 4 года после применения фосфогипса содержание стронция в 20-ти сантиметровом слое почвы превышало фоновое значение в 1,5 раза, одновременно с этим увеличилось содержание этого элемента в сельскохозяйственной продукции по сравнению с контролем. Ими отмечено что в последующие годы содержание стронция сохраняется на повышенном уровне.
Присутствие нежелательных и потенциально опасных примесей в фосфогипсе, по мнению многих авторов, сдерживают масштабы его применения (Б.Ф. Говоренков, Ю.В. Алексеев, А.С. Оглуздин,1996; В.Ф. Дричко, Б.Ф. Говоренков, 1996).
При повышении содержания кальция в почве при использовании фосфогипса одновременно идёт обратный процесс снижения содержания обменного магния в верхних горизонтах и накопление его в нижележащих слоях. Из этого следует вывод, что гипсование почв увеличивает миграционную способность магния (С.К. Култаев, 1976; I. Shainberg, 1989; Л.С. Травникова, М.Ш. Шаймухаметов, Л.Ф. Назарова, 1994; Г.П. Гамзиков, 1995).
Наряду с изменением содержания некоторых элементов в почве учёными отмечено положительное влияние гипссодержащих материалов на физические свойства почвы. В трудах многих учёных показано, что при использовании мелиорантов на основе гипса происходит увеличение количества водопрочных агрегатов при одновременном снижении плотность почвы и повышении водопроницаемости (И.Н. Гоголев, 1965; M.L. Sharma, 1971; Т.А. Гринченко, 1972; А.С. Мигуцкий, 1973; Б.К. Шардаков,1974; Т.Г. Ефанова, 1979; Р.С. Хисамутдинова, 1980; Shainberg, 1989; А.А. Белкин, 1991; В.В. Окорков, М.А. Абдрахманов, 1992; В.В. Окорков, А.К. Абилева,1995; Л.М. Докучаева, Т.В. Усанина, О.Ю. Шалашова, 2006).
По данным Л.М. Докучаева внесение 10 т/га фосфогипса повышало содержания кальция в ППК с 74 % до 78 %, снижало количество натрия с 9 % до 6 % и уменьшало плотность почвы с 1,36 т/м3 до 1,24 т/м3 (Л.М. Докучаева, Т.В. Усанина, О.Ю. Шалашова, 2006).
Опыты, проведённые в 2011 году на территории ЮФО показали что при внесении различных доз фосфогипса при зональной обработке почвы было зафиксировано изменение равновесной плотности почв, а так же были отмечены различия в содержание солей натрия, магния и калия по профилю исследуемого солонца по сравнению с контролем. (Радевич Е.В., Калиниченко В.П., 2011)
По результатам исследований учёных Р.К. Хусаиновой и А.Т. Хусаинова (2005) видно, что внесение фосфогипса улучшало структурное состояние солонцов. Водопрочность почвенных агрегатов в слое почвы 0-10 см в контроле составила 36,2 %, 10-20 см - 23,7 и 20-30 см - 18,9 %. В вариантах с внесением гипса она была выше: 44,8-56,3 %; 42,6-57,3 % и 24,0-33,1 %.
Положительное влияние фосфогипса на агрофизические свойства почвы подтверждается работами В.П. Калиниченко и М.Б. Минкина (1991). Внесение фосфогипса приводило к снижению плотности почвы в слое 0 - 20 см по сравнению с контролем уже в первый год проведения исследований. Повышение дозы фосфогипса до 40 т/га оказывает наилучший эффект на снижение плотности почвы. Эффект разуплотнения почвы при использовании фосфогипса сохранялся длительный период
В процессе исследований было установлено, что изучаемый способ восстановления почв уменьшал сопротивление почвы механическому воздействию, что в последствии снижало затраты на ГСМ и лучшему росту корней выращиваемых культур (Калиниченко В.П., Минкин М.Б., 1991).
Внесение гипса на светло-каштановом степном солонце приводит к увеличению количества водопрочных агрегатов размером больше 0,25 мм в 40-сантиметровом слое почвы. С 24,5 на контроле до 28,1%. Совместное применение гипса с навозом усиливало эффект, количество водопрочных агрегатов повысилось в этом случае до 32,2%, а при дополнительном применении сернокислого железа до 35,1 %. Одновременно отмечено снижение плотности почвы в надсолонцовом горизонте с 1,25 до 1,13 г/см3, и увеличение общей порозности с 48,0 до 55,1 (Л.Н. Петров, 1980; В.В. Мелихов, Л.А. Казакова, 2005; Н.П. Панов, А.Д. Кашанский, 2005).
Изменение плотности и пористости почвы
Плотность почвы является интегральным показателем плодородия. От плотности почвы зависит аэрация корнеобитаемого слоя, воздухообмен почвы и атмосферы, микробиологическая активность, содержание питательных веществ, особенно динамика азота и нитрификационная способность.
От плотности почвы зависит водопроницаемость и запасы доступной влаги в почве а, следовательно, и водный режим растений.
Одним из отрицательных свойств солонцов является высокая плотность почвы, которая напрямую зависит от её структуры и изменения органического вещества в корнеобитаемом слое. На солонце плотность почвы в верхнем слое 0-0,2 м в период вегетации во многом зависела от влажности почвы. В весенний период и первую половину вегетации плотность на солонцовой почве без внесения осадков сточных вод достигала за годы исследований 1,46-1,48 г/см3. Это много выше оптимальных значений этого показателя. В сухих условиях растения практически гибнут при данных характеристиках почвы (таблица 12).
Внесение осадков сточных вод в различной степени разуплотняло солонец в зависимости от дозы вносимых удобрений.
При внесении 50 т/га удобрений на 1 гектар плотность солонцов уменьшилась до 1,37-1,39 г/см3 или на 0,09 г/см3. Использование дозы 100 т/га снижало плотность до 1,27-1,30 г/см3 или на 0,17-0,21 г/см3. Применение удобрений в дозе 200 т/га снижало плотность солонцовой почвы до 1,24-1,27 г/см3, т.е. на 0,20-0,24 г/см3 или 14,4-14,8%.
В среднем за годы исследований в течение вегетации на контроле без внесения осадков сточных вод плотность почвы составляла 1,47 г/см3. При внесении 50 т/га удобрения, плотность снизилась на 0,09 г/см3; 100 т/га – на 0,18 г/см3; 150 т/га – на 0,20 г/см3; при 200 т/га – на 0,22 г/см3 или 15,0%.
Особенно высокой плотность солонца отмечена в сухой период к уборке урожая. Плотность почвы солонцов без внесения удобрений к уборке зелёной массы прутняка веничного при длительной сухой погоде возросла до 1,52-1,61 г/см3. Внесение 50 т/га уменьшило плотность в этот период до 1,39-1,41 г/см3 или на 0,13-0,20 г/см3 (таблица 13).
При использовании 100 т/га плотность почвы составляла 1,32-1,35 г/см3 или снизилась по сравнению с контролем на 0,20-0,16 г/см3. При 150 т/га удобрений плотность солонца уменьшилась до 1,26-1,28 г/см3 или на 0,26-0,33 г/см3, а при применении 200 т/га плотность солонца убавилась до 1,20-1,25 г/см3, то есть на 0,30-0,39 г/см3 или на 19,-22,4%.
В среднем за 3 года при уборке плотность почвы в слое 0-0,2 м составляла 1,56 г/см3. На варианте с внесением 50 т/га осадков она снизилась на 0,16 г/см3. На фоне 100 т/га удобрений плотность верхнего слоя почвы уменьшалась на 0,22 г/см3; на фоне 150 т/га – на 0,29 г/см3 и при 200 т/га на 0,34 г/см3 или на 21,8%.
Внесение осадков сточных вод снижало плотность почвы до оптимальных значений.
Изменение плотности почвы от доз внесения осадков сточных вод выражалось уравнением вида y = 7E – 06x2-0,024x+1,4752 c коэффициентом корреляционных отношений -0,928 (рисунок 2).
Данный коэффициент показывает высокую степень обратной взаимосвязи рассматриваемых параметров.
Наиболее интенсивное разуплотнение солонцовой почвы отмечено при внесении осадков сточных вод в дозах до 150 т/га. При внесении 150 т/га осадков сточных вод плотность снижалась до оптимальных значений 1,25 г/см3. Дальнейшее увеличение осадков сточных вод слабее снижало интенсивность разуплотнения почвы.
Особенно интенсивно снижало плотность почвы внесение дозы осадков сточных вод 50, 100 и 150 т/га. Высокая доза в 200 т/га мало изменяла плотность почвы.
Снижению плотности способствовала ежегодная запашка большого количества органического вещества в почву, особенно при возделывании однолетней культуры семейства маревых прутняка веничного.
На плотность почвы в весенний период существенное влияние оказывала водопрочность структурных агрегатов и увеличение количества органического вещества в верхних слоях почвы. Плотность почвы (y) зависела от структурности почвы (x). Взаимосвязь этих параметров выражалась уравнением полинома следующего вида y = -8E-05x2-0,0035x+1.4777 (рисунок 3).
Отсутствие водопрочности структурных агрегатов снижало водопроницаемость солонцовых почв, что приводило к переувлажнению верхних горизонтов и затруднению выполнения весенних полевых работ.
В период вегетации культурных растений пористость солонца составляла 46,6-46,9%. При внесении 50 т/га осадков сточных вод она возрастала на 2,9-3,5%. Применение 100 т/га удобрений повысило пористость на 6,2-7,1%, 150 т/га - на 6,5-7,9%, 200 т/га - на 7,2-8,3%. В среднем за годы исследований пористость почвы на солонце не превышала 46,7%. Внесение 50 т/га осадков сточных вод увеличивало пористость на 3,1%; 100 т/га – на 6,5%; 150 т/га – на 7,8%. Различие контрольного варианта с удобренным возрастало к уборке соответственно дозам осадков сточных вод на 4,8-7,2; 7,3-9,2; 9,1-12,0% и 11,7-14,2% (таблица 15).
Содержание питательных веществ в почве
Содержание органического вещества в солонцовой почве составило в среднем за годы исследований 1,90% (таблица 23).
Внесение осадков сточных вод при посеве в 2015 году увеличило содержание гумуса в верхнем слое почвы на 0,5%. Повышение дозы удобрений до 100 т/га увеличило количество гумуса в верхнем слое почвы 0-0,3 м ещё на 0,6%. Внесение 150 т/га ОСВ увеличило содержание гумуса в почве по сравнению с дозой 100 т/га на 0,6%. Аналогичное увеличение гумуса отмечено и при увеличении дозы удобрений до 200 т/га по сравнению с предыдущей дозой удобрений.
В 2016 году увеличение гумуса в почве при внесении 50 т/га повысилось на 0,6%; 100 т/га – на 0,6%; 150 т/га – на 0,7%; а 200 т/га – на 0,5%.
Аналогичное повышение гумуса в почве отмечалось и в 2017 году. Увеличение гумуса по вариантам с различными дозами удобрений происходило соответственно на 0,5; 0,6; 05 и 0,7%.
В среднем за годы исследований внесение осадков сточных вод в дозе 50 т/га повышало содержание гумуса в слое 0-0,3 м на 0,53%, увеличение дозу удобрений до 100 т/га – ещё на 0,7%; до 150 т/га – на 0,63%; до 200 т/га – на 0,57%.
Это можно объяснить высоким содержанием органического вещества в осадках сточных вод и большого количества свежего органического вещества, оставляемого культурными растениями после внесения удобрений на солонцовых чернозёмах южных.
Отмечено улучшение азотного режима солонцовых почв поле внесения осадков сточных вод (таблица 24).
С внесением 50 т/га осадков сточных вод в 2015 году на солонцовых почвах содержание нитратного азота увеличилось на 5,2 мг/кг почвы. Применение 100 т/га удобрений увеличивает содержание нитратов в почве ещё на 4,0 мг, 150 т/га – на 2,7 мг, а 200 т/га – на 3,2 мг на 1 кг почвы.
В 2016 году увеличение нитратов по вариантам с разными дозами осадков сточных вод составляли соответственно 3,0; 2,0; 2,1 и 3,1 мг/кг почвы.
В 2017 году это различие выражалось следующими величинами. При применении 50 т\га удобрений количество нитратов возросло на 3,7 мг; при внесении 100 т/га – на 3,1 мг; при использовании 150 т/га – на 3,2 мг; при 200 т/га – на 3,2 мг на 1 кг почвы. В среднем за мелиоративный период содержание нитратов в почве увеличилось с12,8 – до 25,6 мг на 1 кг почвы. Органическое вещество, содержащееся в остатках сточных вод, благоприятно сказывалось на нитрификационную способность почвы.
Внесение в солонцовую почву осадков сточных вод способствовало увеличению достаточного фосфора в пахотном слое 0-0,3 м (таблица 25).
В 2015 году при запашке 50 т/га удобрений содержание фосфора увеличилось на 13,4 мг; при 100 т/га – 17,8 мг; при 150 т/га – на 14,2 мг; 200 т/га – на 14,8 мг на 1 кг почвы.
В 2016 году это различие составляло соответственно по вариантам 16,2; 17,9; 14,4 и 13,8 мг на 1 кг почвы.
В 2017 году при увеличении доз удобрений количество доступного фосфора возрастало соответственно дозам на 15,2; 18,2; 19,9 и 18,1 мг на 1 кг почвы.
В среднем за годы исследований содержание доступного фосфора в почве возрастало при внесении 50 т/га на 14,9 мг; при применении 100 т/га – на 17,9 мг; при использовании 150 т/га – на 16,2 мг и при 200 т/га на 15,6 мг на 1 кг почвы. Увеличение доступного фосфора было за счёт содержания его в осадках сточных вод 0,24% от массы сухого вещества.
В осадках сточных вод содержалось калия до 0,74% от сухого вещества. Это способствовало увеличению в почве обменного калия. В 2015 году внесение 50 т/га удобрений повышало содержание обменного калия в пахотном слое на 24 мг, использование 100 т/га – ещё на 27 мг; 150 т/га – на 23 мг; 200 т/га – на 23 мг на 1 кг почвы (таблица 26).
В 2016 году это различие по вариантам составляло соответственно 25; 22; 27 и 24 мг на 1 кг почвы.
В 2017 году при увеличении доз осадков сточных вод с 50 до 200 т/га содержание обменного калия возрастало по вариантам соответственно на 25; 24; 26 и 22 мг на 1 кг почвы.
В среднем за мелиоративный период содержание обменного калия возрастало по вариантам с 302 до 400 мг на 1 кг почвы. Различия по вариантам составляли соответственно 25; 25; 24 и 24 мг на 1 кг почвы.
В 2016 году сумма поглощённых оснований на солонцовой почве без внесения осадков сточных вод составляла 29,6 ммоль на 100 г почвы. При внесении 50 т/га удобрений сумма обменных оснований повысилась на 3,2 ммоль, при использовании 100 – ещё на 2,3 ммоль; при применении 150 т/га – на 2,5 ммоль и 200 т/га – на 1,1 ммоль (таблица 27).
В 2017 году увеличение суммы обменных оснований последовательно по вариантам опыта составили соответственно 2,0; 2,1; 2,3 и 0,6 ммоль на 100 г почвы.
В среднем за годы исследований смежные суммы обменных оснований различались по вариантам соответственно 2,9; 1,6; 1,8 и 1,0 ммоль на 100 г почвы. Отмечено увеличение суммы обменных оснований, главным образом за счёт обменного кальция.
Если без внесения осадков сточных вод сумма обменных оснований в 2015 году не превышала 28,8 ммоль/100 г, то при внесении 50 т/га удобрений она возрастала на 3,2 ммоль, при использовании 100 т/га – ещё на 0,7 ммоль, при 150 т/га – на 0,5 ммоль и при 200 т/га – на 1,4 ммоль на 100 г почвы.
Отмечено значительное повышение количества обменного кальция (таблица 28).
Параметрический анализ влияния факторов жизни на урожайность зелёной массы прутняка веничного
Большое значение в улучшении почвенных условий жизни растений имеет структурное состояние почвы. Структура оказывает влияние на воздушный, питательный и водный режимы.
Ухудшение водопроницаемости на солонцах определяется, главным образом, отсутствием водопрочности структурных агрегатов, что снижает запасы влаги в почве и урожайность культур. При выращивании прутняка веничного заслуживает внимания изучение взаимосвязи жизненных факторов с урожайностью зелёной массы этой культуры, как редкого малораспространённого растения.
Водопрочность структурных агрегатов почвы зависела от доз осадков сточных вод и положительно влияла на урожайность прутняка (рисунок 8).
Взаимосвязь водопрочности структуры (х) и урожайности зелёной массы прутняка (у) аппроксимировалась уравнением полинома второго порядка y = 0,0123x2 + 0,1862x + 6,6517.
Высокий коэффициент детерминации указывает на тесную взаимосвязь этих параметров. Удельное увеличение урожайности от водопрочности структуры составляло 0,8 т/га на 1% водопрочности.
Из графика очевидно, что с улучшением структурного состояния почвы интенсивность прироста урожайности повышается. Плотность почвы считается интегральным показателем состояния воднофизических свойств почвы.
Солонец обладает плотностью почвы много выше оптимального значения 1,45-1,50 г/см3.
Внесение осадков сточных вод заметно разуплотняло почву и увеличивало урожайность прутняка.
Зависимость урожайности зелёной массы прутняка (у) от плотности почвы (х) выражалась уравнением полинома второй степени y = 346,07x2 -1045,5x + 796,77 (рисунок 9).
Коэффициент детерминации равнялся 0,884. Он указывает на тесную взаимосвязь рассматриваемых факторов. При высоких дозах осадков сточных вод плотность почвы снижалась до оптимальных значений, это значительно повышало урожайность прутняка веничного.
Удельное увеличение урожайности прутняка на снижение плотности почвы на 0,1 г/см3 составило 2,7 т/га. Улучшение гумусового состояния почвы также повышало урожайность прутняка веничного.
Взаимосвязь урожайности (у) от содержания гумуса в почве (х) выражалась уравнением вида y = -1,6765x2 + 20,641x - 25,441 (рисунок 10).
Из графика следует, что при малых дозах осадков сточных вод удельное увеличение урожайности прутняка равнялось 0,71 т/га, а при высоких дозах 0,66 т/га на увеличение гумуса на 0,1%.
С увеличением содержания гумуса в почве влияние его на величину урожайности снижается.
Значительное влияние на урожайность зелёной массы (у) оказывало содержание нитратного азота в почве (х).
Взаимосвязь этих параметров аппроксимировалась уравнением полинома второй степени y = -0,0197x2 + 2,9909x - 27,197 (рисунок 11). Кривая полинома приближалась к прямолинейной зависимости, поэтому уравнение полинома можно заменить простым линейным уравнением y = 2,2563x - 20,646.
Отсюда очевидно, что при увеличении азота на 1 мг/кг почвы урожайность прутняка увеличивалась на 2,25 т/га. Это показывает высокую зависимость урожайности от содержания азота в почве.
Содержание доступного фосфора в почве (у) также влияло на величину урожайности прутняка, но в меньшей степени, чем нитратный азот.
Взаимосвязь этих факторов можно выразить уравнением полинома второй степени y = -0,0006x2 + 0,4518x - 3,7531 и линейным уравнением вида y = 0,3845x - 2,0563 (рисунок 12).
При анализе уравнения очевидно, что с увеличением нитратного азота урожайность увеличилась на 2,25 т/га, а при повышении доступного фосфора на единицу урожайность прутняка веничного увеличилась только на 0,38 т/га зелёной массы.
Из уравнений, очевидно, что увеличение доступного фосфора на 1 мг/кг привело к увеличению урожайности прутняка веничного на 0,38 т/га. Это значительно меньше, чем при увеличении азота.
Зависимость урожайности зелёной массы прутняка (у) от величины суммы обменных оснований (х) можно выразить уравнением полинома второй степени y = -0,0079x2 + 3,8412x - 99,897 и линейным уравнением вида y = 3,3085x - 90,95.
В этом случае коэффициент детерминации был очень высок и составлял 0,9461 (рисунок 13).
В практике можно без большой погрешности использовать линейное уравнение. А для более точной диагностики следует применять уравнение полинома более высокой степени.
Так как агрофизические свойства солонца определяются величиной и составом обменных оснований, то удельное увеличение урожайности на 1 ммоль/л в этом случае самое высокое и составляло 3,0 т/га зелёной массы.
Увеличение обменного кальция в составе обменных оснований (х) можно считать основой изменения агрофизических и агрохимических свойств почвы и урожайности прутняка (у).
Взаимосвязь этих параметров хорошо выражается уравнением полинома второй степени y = 0,079x2 - 2,1367x + 21,884 (рисунок 14).
Коэффициент детерминации показывает достаточную взаимосвязь анализируемых факторов. Содержание обменного кальция в почве особенно интенсивно увеличивает урожайность при внесении осадков сточных вод в дозах более 150 т/га.