Эколого-агрохимические функции удобрений при их длительном применении (50 лет) в агроценозе на дерново-подзолистой почве тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 06.01.04, доктор биологических наук Гомонова, Нина Федоровна

• Гомонова, Нина Федоровна
• доктор биологических наук
• 2010

Оглавление диссертации доктор биологических наук Гомонова, Нина Федоровна

Введение.

Глава 1. Плодородие и продуктивность дерново-подзолистых почв при длительном применении удобрений и известкования.

1.1. Влияние длительного применения удобрений и известкования на кислотность почвы.

1.2. Влияние длительного применения удобрений и известкования на физические свойства почвы.

1.3. Влияние удобрений и известкования на биологические свойства почвы.

1.4. Круговорот азота и трансформация его соединений в почве при внесении удобрений и извести.

1.5. Влияние удобрений и извести на фосфатный режим почвы.

1.6. Влияние удобрений и извести на калийный режим почвы.

1.7. Состояние и трансформация форм железа в почве под влиянием длительного применения агрохимических средств.:.

1.8. Влияние удобрений и известкования на продуктивность сельскохозяйственных культур.

1.9. Влияние свойств почвы, удобрений и известкования на качество белкового комплекса озимых зерновых культур.

1.10. Влияние агрохимических средств на трансформацию микроэлементов и тяжелых металлов в почве.

Глава 2. Условия и методика проведения исследований.

2.1. Рельеф.

2.2. Почвы.■.

2.3. Климатические условия.

2.4. Методика полевых и лабораторных исследований.

Глава 3. Влияние длительного применения удобрений и известкования на физические свойства почвы.

3.1. Морфологическая характеристика и гранулометрический состав почвы.

3.2. Минералогический и агрегатный состав почвы.

3.3. Плотность, порозность и водоустойчивость почвы.

3.4. Порозность аэрации и состав почвенного воздуха.

Глава 4. Динамика изменения агрохимических свойств почвы при длительном применении удобрений иизвесткования.

4.1. Кислотность почвы.

4.2. Подвижный алюминий.\.

4.3. Поглощенные основания и емкость катионного обмена.

Глава 5. Динамика изменения гумусного состояния и азотного режима почвы при длительном применении удобрений и известкования

5.1. Общее содержание гумуса в почве и его фракционный состав

5.2. Запасы гумуса в метровом слое почвы и его баланс.

5.3. Азотный режим почвы.

Глава 6. Динамика изменения фосфатного режима почвы при длительном применении удобрений и известкования.

6.1. Содержание валового и подвижного фосфора в почве.

6.2. Соотношение органических и минеральных фосфатов в почве

6.3. Фракционный состав минеральных фосфатов в почве.

6.4. Оптимальное содержание подвижных фосфора в почве и потребление его растениями в зависимости от кислотности и гумусированности почвы.

Глава 7. Влияние длительного применения удобрений и известкования на калийный режим почвы.

7.1. Валовое содержание и (¿юрмы калия в почве.

7.2. Калийный потенциал и буферная способность почвы в отношении калия.

7.3. Методы определения содержания подвижного калия в почве и потребление его растениями в зависимости от кислотности почвы

Глава 8. Трансформация мезо- и микроэлементов в почве под влиянием длительного применения удобрений и известкования

8.1. Трансформация железа в почве и поступление его в растения

8.2. Трансформация кальция и магния в почве и поступление их в растения.

8.3. Трансформация марганца в почве и поступление его в растения

8.4. Трансформация цинка в почве и поступление его в растения

8.5. Трансформация меди в почве и поступление ее в растения.

8.6. Трансформация кобальта в почве и поступление его в растения.

Глава 9. Влияние длительного применения удобрений и известкования на биологические сьойства почвы.

9.1. Ферментативная активность почвы.

9.2. О причине различной чувствительности растений к кислотности почвы.

9 3. Микроорганизмы как показатели состояния агроэкосистем в условиях длительного применения удобрений и известкования.

Глава 10. Влияние удобрений и известкования на продуктивность и качество культур севооборота.

10.1. Продуктивность культур севооборота.

10.2. Качество озимых зерновых культур.

10.3. Качество кормовых культур.

Глава 11. Влияние удобрений и известкования на трансформацию тяжелых металлов в почве.

11.1. Трансформация кадмия, свинца и никеля в почве и поступление их в растения.

11.2. Баланс кадмия, свинца и никеля в агроэкосистемах.

Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Эколого-агрохимические функции удобрений при их длительном применении (50 лет) в агроценозе на дерново-подзолистой почве»

Актуальность проблемы .Дерново-подзолистые почвы занимают более 17 млн .гектар пахотных земель РФ., характеризующиеся низким естественным плодородием., недостаточным содержанием усвояемых соединений питательных веществ, повышенной кислотностью и слабой гумусированностью, неблагоприятными физико-химическими ии биологическими свойствами, обусловливает высокую потребность в минеральных, органических удобрениях и известковании в качестве ведущих факторов окультуривания этих почв.

Для улучшения плодородия этих почв необходимо комплексное применение агрохимических средств .( Доспехов с соавт., 1975; Прокошев, 1987; Минеев, 2000; Курганова, 2002; Шатилов с соавт., 2004;Никитишен, 2003 Егоров, 2006 и др.)

Несбалансированное применение минеральных удобрений ( NK)6e3 известкования на этих почвах может привести к снижению урожая сельскохозяйственных культур и ухудшению свойств почвы (Авдонин, 1964 .Арене ,1956, Лебедева, 1980, Минеев,Гомонова ,2009 и др) не только пахотного горизонта но и к деградации метрового слоя

Вместе с тем, известно, что вовлечение удобрений и мелиорантов в круговорот веществ агроэкосистем позволяет достигать высоких положиN тельных результатов только в тех случаях, когда посредством их применения обеспечивается сбалансированный уровень корневого питания растений и создаются благоприятные условия для продуктивного использования поступающих в почву питательных веществ в процессе формирования урожая.

Для получения полной объективной информации отражающей изменение почвенных процессов .протекающих в природных условиях агроэкосистем в системе почва-удобрение-растение, являются стационарные полевые опыты. Такие исследования проводятся в стационарном полевом опыте кафедры агрохимии МГУ, заложенном в 1950 году, в котором изучаются длительное взаимодействие минеральных, органических удобрений и известкования в процессе окультуривания дерново-подзолистой почвы и роль этих агрохимических средств в осуществлении экологических функций в агроэкосистемах. Полученные результаты и положены в основу данной работы.

Цель исследований изучить закономерности взаимодействия минеральных, органических удобрений и известкования как эффективной научно-обоснованной эколого-агрохимической системы окультуривания дерново-подзолистой почвы и повышения продуктивности севооборота.

Задачи исследований

1)Изучить влияние длительного применения удобрений, известкования на динамику изменения агрохимических и физических свойств почвы по ее профилю.

2) Показать влияние агрохимических средств на количественные и качественные показатели гумусного состояния почвы.

3) Выявить закономерности трансформации азота, фосфора и калия в условиях длительного комплексного применения агрохимических средств

4) Исследовать подвижность в почве и доступность растениям мезо- и микроэлементов в зависимости от кислотности и гумусированности почвы.

5) Оценить влияние удобрений и известкования на биологические свойства почвы и структуру почвенных микробных сообществ.

6) Установить закономерности прямого действия и последействия удобрений и известкования на продуктивность культур севооборота и качество растительной продукции.

7) Выявить накопление в почв тяжелых металлов, поступающих в агро-экосистемы с удобрениями и известьюи особенности трансформации в ней тяжелых металлов, поступающих в агроэкосистемы с удобрениями и известью, и оценить уровень поступления их в растения. .

Научная новизна. 1) Впервые в 50-летнем полевом опыте, разработан новый методологический подход для оценки функций удобрений на дерново-подзолистой почве в агроценозе, что позволило установить, влияние комплекса агрохимических средств на преобразование низко-плодородных дерново-подзолитстых почв в высоко-окультуренные и показать, что систематическое применение минеральных, органических удобрений и известкования в агроценозе оптимизирует изменения физико-химических, агрохимических и биологических свойств почвы, а также биохимический состав продукции растениеводства.

2) Впервые применен комплексный подход к изучению не только прямого и длмительного но и последействия систем удобрений при оптимизации эколого-агрохимических функции в метровом профиле и их влияние на формирование высоко-плодородных агродерново-подзолистых почв.(Классификация почв,2004)

3)Определена степень снижения продуктивности агроэкосистем при применении №С удобрений без известкования на кислых дерново-подзолистых почвах.

4) Впервые установлена роль систематического известкования при длительном действии и последействии органо-минеральных удобрений .

5) Впервые определены допустимые значения (ПДЗ) свойств почвы дерново-подзолистого типа при достижении которых возможны необратимые процессы деградации метрового профиля почвы.

Защищаемые положения:

1) Формирование высокопродуктивных агроценозов возможно только на плодородных, богатых гумусом дерново-подзолистым почвах с благо приятными агрохимическими и биологическими свойствами.

2) Преобразование слабоокультуренных дерново-подзолистых почв с низким уровнем естественного плодородия ( со слабой гумусированностью, повышенной кислотностью, малой буферностью и недостаточным содержанием усвояемых соединений питательных веществ) возможно путем комплексного использования минеральных, органических удобрений в сочетании с периодическим известкованием.

3) Наиболее успешное решение проблемы окультуривания дерново-подзолистых почв возможно на эснове результатов исследований в многолетних стационарных полевых опытах в системе почва-растения-удобренеия.

4) При комплексном применении минеральных, органических удобрений и известкования происходит: улучшение агрохимических,физических, физико-химических и биологических -свойств по слоям почвы до глубины 100 см. до оптимальных значений снижается кислотность, улучшается гу-мусное состояние и повышется емкость катионного обмена. В почве снижается подвижность тяжелых металлов и уменьшается их поступление в растения.

Практическая значимость и реализация результатов Результаты исследований, полученные в многолетнем стационарном полевом опыте, являются основополагающими длг разработки системы сбалансированного применения минеральных, органических удобрений и известкования, обеспечивающей эффективное окультуривание малоплодородных дерново-подзолистых почв и устойчивое функционирование высокопродуктивных аг-роэкосистем в условиях нечерноземной зоны Европейской части Российской федерации. За период исследований в длительном стационарном опыте продуктивность культур полевого севооборота повысилась с 7 до 71 ц к.е./га, улучшилось качество продукции; оптимизированы показатели: агрохимических, физических, биологических свойств почвы. При длительном применении органоминеральной системы удобрений и периодическом известковании тип гумуса с гуматно-фульватного стал фульватно-гуматным,. происходит обогащение метрово: о слоя почвы фосфором, калием и кальцием.

Несбалансированное применение минеральных удобрений с нарушением соотношения в них питательных элементов на кислых дерново-подзолистых почвах приводит к снижению урожая сельскохозяйственных культур, ухудшению свойств почвы не только пахотного слоя, но и метрового профиля почвы, и ухудшению продукции растениеводства.

На основании экспериментальных данных, полученных в длительном стационарном опыте установлены предельно допустимые значения агрохимических свойств почвы- пороговая черта плодородия дерново-подзолистой среднесуглинистой почвы.

Апробация работы Результаты исследований по теме диссертации доложены автором на Всесоюзном совещании «Пути повышения продуктивности земледелия и почвенного плодородия и задачи «географической сети опытов с удобрениями в XI пятилетке» (Белгород, 1980), научной конференции «Докучаевское почвоведение 100 лет на службе сельского хозяйства» (Ленинград, 1983), республиканской конференции «Микробиологические процессы в почве и продуктивность сельскохозяйственных культур» (Вильнюс, 1986), XI Украинском съезде почвоведов (Харьков, 1986), 3-ей Всесоюзной конференции «Микроорганизмы в сельском хозяйстве» (Москва, 1986), Всесоюзном совещании «Устойчивость и изменчивость Геосети как научная основа нормирования антропогенных нагрузок» (Москва, 1988), Всесоюзном совещании «Агрофитоценозы и экологические пути повышения стабильности и продуктивности» (Ижевск, 1988), Всесоюзной конференции «Почвенно-агрохимические проблемы формирования высокопродуктивных агроцено-зов» (Пущино, 1988), 8-ом Всесоюзном съезде почвоведов (Новосибирск, 1989), Всесоюзной конференции «Нормирование антропогенных нагрузок»

Москва, 1989), Всесоюзной конференции по биологической роли микроэлементов и их применении в сельском хозяйстве и медицине» (Самарканд, 1990), Всесоюзной школе-конференции «Проблемы устойчивости биологических систем» (Севастополь, 1991), республиканской научно-техническая конференции (Волгоград, 1990), Всесоюзной конференции «Микроорганизмы в сельском хозяйстве» (Пущгно, 1992), Всесоюзной конференции «Экологические аспекты использования и охраны почвенных ресурсов республики» (Кишинев, 1990), конференции «История взаимодействия общества и природы. Факты и концепции» (Москва, 1990), 2-м съезде общества почвоведов (Санкт-Петербург, 1996), международном симпозиуме «Тяжелые металлы в окружающей среде» (Пущино, 1996), межгосударственной научной конференции «Современные проблемы охраны земель» (Киев, 1997), 3-ем съезде Докучаевского общества почвоведов (Суздаль, 2000), Всероссийской кон, ференции «Устойчивость почв к естественным и антропогенным воз; действиям» (Москва, 2002), Международном экологическом форуме «Сохраним планету Земля» (Санкт-Петербург, 2004), 4-ом съезде общества почвоведов (Новосибирск, 2004), Международной практической конференции «Тяжелые металлы, радионуклиды и элементы-биофилы в окружающей среде» (Семипалатинск, 2004), Международной конференции «Экология и биология почв» (Ростов-на-Дону, Z005), Международной конференции «Роль почв в сохранении устойчивости ландшафтов» (Пенза, 2005), научной конференции «Ломоносовские чтения» (Москва, 2007), Международной научной конференции «Современные проблемы загрязнения почв» (Москва, 2007).

Публикации

Результаты исследований опубликовано в 95 научных публикациях, в том числе 43 публикуации из Перечня ВАК.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, обзора литературы по изучаемой