Влияние систем удобрений на трансформацию гумуса и азота в дерново-подзолистых почвах Северо-Западного региона России тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 06.01.04, кандидат сельскохозяйственных наук Макарова, Александра Ивановна

• Макарова, Александра Ивановна
• кандидат сельскохозяйственных наук
• 2011

Оглавление диссертации кандидат сельскохозяйственных наук Макарова, Александра Ивановна

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. ГУМУСОВОЕ И АЗОТНОЕ СОСТОЯНИЕ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ ПОЧВ В СВЯЗИ С ОКУЛЬТУРИВАНИЕМ И

ПРИМЕНЕНИЕМ РАЗЛИЧНЫХ СИСТЕМ УДОБРЕНИЙ.

1.1 Гумусовое состояние, условия образования гумуса, его состав в связи с окультуриванием и применением удобрений в Северо-Западной зоне России.

1. 2 Азотное состояние дерново-подзолистых почв.

1.2.1 Трансформация общего и минерального азота в дерново-подзолистой почве и баланс азота в земледелии в связи с применением удобрений в условиях Северо-Запада России.

1.3 Влияние гумусового и азотного режимов, сформированных под влиянием различных систем удобрений, на урожайность, химический состав и качество сельскохозяйственных культур.

Глава 2. ОБЪЕКТЫ, УСЛОВИЯ И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ.

2.1 Почвенно-агрохимическая характеристика объектов исследования.

2.2 Методика проведения полевого опыта.

2.3 Метеорологические условия проведения исследований.

Глава 3. ТРАНСФОРМАЦИЯ ГУМУСА ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТОЙ ПОЧВЫ ПОД ВЛИЯНИЕМ ОКУЛЬТУРИВАНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ РАЗЛИЧНЫХ СИСТЕМ УДОБРЕНИЙ.

3.1 Изменение гумусового состояния дерново-подзолистой почвы в зависимости от степени окультуренности.

3.2 Изменение гумусового состояния почвы под влиянием различных систем удобрений.

3.3 Влияние различных систем удобрений на баланс и запасы гумуса в дерново-подзолистых почвах.

Глава 4. ТРАНСФОРМАЦИЯ АЗОТНОГО СОСТОЯНИЯ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ ПОЧВ.

4.1 Трансформация азота в дерново-подзолистой почве под влиянием различных систем удобрений.

4.2 Динамика минерального азота в дерново-подзолистой почве под влиянием различных систем удобрений.

4.3 Взаимосвязь между различными формами азота в почве.

Глава 5. УРОЖАЙНОСТЬ И КАЧЕСТВО КУЛЬТУР В СЕВООБОРОТЕ В СВЯЗИ С ИЗМЕНЕНИЕМ ГУМУСОВОГО И АЗОТНОГО СОСТОЯНИЯ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ ПОЧВ ПОД ВЛИЯНИЕМ РАЗЛИЧНЫХ СИСТЕМ УДОБРЕНИЙ

5.1 Продуктивность культур в севообороте в связи с изменением гумусового и азотного режимов почвы.

5.2 Влияние гумусового и азотного режимов почвы на химический состав и качество сельскохозяйственной продукции.

5.3 Взаимосвязь азотного режима почвы с урожайностью и показателями качества культур севооборота.

Глава 6. АГРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ, ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ И ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА РАЗЛИЧНЫХ СИСТЕМ УДОБРЕНИЙ В СЕВООБОРОТЕ.

6.1 Агроэнергетическая и экономическая эффективность различных систем удобрений.

6.2 Экологическая оценка использования различных систем удобрений.

ВЫВОДЫ.

РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Влияние систем удобрений на трансформацию гумуса и азота в дерново-подзолистых почвах Северо-Западного региона России»

Северо-Западная часть Нечерноземной зоны РФ охватывает 122 млн. га земель, из которых лишь немного более 3,9 млн. га заняты пашней. В связи со сложившимися экономическими условиями есть основание полагать, что эти цифры меняются и, как правило, в сторону их уменьшения.

Дерново-подзолистые почвы составляют основу пахотного фонда Нечерноземной зоны России. Большинство из них характеризуется низким и средним уровнем плодородия. Основа стабильного, возрастающего почвенного плодородия - окулыуривание почв. Один из показателей окультуренности почв - это содержание гумуса, его качество, которое определяет минерализа-ционную способность гумусовых и азотистых веществ.

До сих пор не разработаны экономически эффективные, энергосберегающие, экологически обоснованные технологии получения растениеводческой продукции при различных уровнях воспроизводства плодородия. Осуществить эти задачи возможно только при эффективном использовании имеющихся возобновляемых природных ресурсов.

Такими ресурсами, прежде всего, являются: известкование, внесение органических удобрений, а также интенсивность технологических воздействий на почву.

Использование этих ресурсов позволит существенно увеличить урожайность сельскохозяйственных культур севооборота, повысить рентабельность производства, снизив энергозатраты. В связи с этим имеется необходимость комплексного изучения влияния окультуренности и различных систем удобрений на гумусовое и азогное состояние дерново-подзолистых почв и продуктивность сельскохозяйственных культур.

Однако, учитывая, что в последнее двадцатилетие резко снизились поставки минеральных удобрений, надёжным источником питания растений выступают органические удобрения. В качестве органических удобрений нами использованы местные ресурсы, такие как навоз, торф и осадки сточных вод (ОСВ). Несмотря на указанные положительные стороны и их функции, роль органических удобрений недооценивается.

Актуальность темы. Внесение органических удобрений является важным приёмом окультуривания целинных почв, а также поддержания уровня гумусированности и иммобилизации азота в почве. Особенно актуальным это является в отношении дерново-подзолистых почв, где в первом минимуме находится азот.

Выяснение механизма трансформации количества и качества гумусовых и азотистых веществ в пахотной почве на фоне действия и последействия различных систем удобрений представляется наиболее существенным. Это позволит выявить приоритетные направления для повышения продуктивности культур севооборота и поддержания стабильного гумусового и азотного состояния в дерново-подзолисгых почвах Северо-Западного региона России. Решение этих вопросов возможно при эффективном использовании возобновляемых ресурсов - известкования, органических и минеральных удобрений, интенсив; ности технологических воздействий на почву. Их использование позволит существенно увеличить урожайность сельскохозяйственных культур севооборота и повысить рентабельность производства. Поэтому возникла необходимость комплексного изучения влияния окультуренности и систем удобрений на гумусовое и азотное состояние дерново-подзолистых почв в полевом севообороте.

Цель исследований. Изучить трансформацию органического вещества и минерального азота при окультуривании дерново-подзолистых почв и разработать оптимальные приёмы их воспроизводства в разных системах удобрений сельскохозяйственных культур.

Задачи:

- определить количественный и качественный состав гумусовых веществ и минерального азота в почве;

- выявить пути трансформации этих соединений в дерново-подзолистых почвах под влиянием их окультуривания;

- рассчитать баланс азота в разных системах удобрений;

- определить влияние различных систем удобрений на величину и качество урожая возделываемых культур в полевом севообороте;

- дать энергетическую, экологическую и экономическую оценку различным системам удобрений в изучаемых агроценозах.

Научная новизна. На основании обобщения приемов окультуривания и длительного полевого опыта проведены комплексные исследования по эффективности разных видов органических удобрений с минеральной системой и установлено их влияние на гумусовое и азотное состояние почвы, продуктивность и качество культур севооборота.

Выявлен характер дегумификации окультуренных почв, влияние органических систем на трансформацию гумуса и азота в дерново-подзолистой почве. Впервые в регионе продемонстрировано совместное действие различных культур севооборота и систем удобрений на динамику минерального азота, его баланс и возможности воспроизводства плодородия по этому элементу.

Научно обосновано и оценено влияние окультуривания, различных систем удобрений и культур полевого севооборота на гумусовое и азотное состояние дерново-подзолистых почв.

Определены количественные параметры приходных и расходных статей и интенсивность баланса органического вещества почвы и азота.

Теоретическая значимость. Установлен характер дегумификации окультуренных почв, влияние органических систем на трансформацию гумуса и азота дерново-подзолистой почвы. Впервые в регионе продемонстрировано совместное влияния различных культур севооборота и систем удобрений на динамику минерального азота, его баланс и возможности воспроизводства плодородия по этому элементу.

Практическая значимость. Для улучшения гумусового и азотного состояния дерново-подзолистых почв рекомендовано внесение органических удобрений в виде навоза, торфа и осадков сточных вод (ОСВ), что повышает воспроизводство дерново-подзолистых почв в агроценозе. Разработанные системы удобрений обеспечивают получение высоких урожаев, биологически полноценной, экологически безопасной продукции при высоких энергетических и экономических показателях.

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены на научно-практических конференциях в Санкт-Петербургском ГАУ (2009 г.), Российском Университете Дружбы Народов (2009 г.), Саратовском ГАУ (2010 г.) и Великолукской ГСХА (2008-2010 гг.).

По материалам диссертации опубликовано 14 печатных работ, из них 2 в журналах, рекомендованных ВАК.

Диссертационная работа выполнена на кафедре химии и агрохимии Великолукской ГСХА под руководством доктора сельскохозяйственных наук, профессора Т.И.Володиной. Автор выражает искреннюю благодарность Т.И. Володиной, зав. кафедрой, доктору биологических наук А.В.Кузьмину, доценту, кандидату с.-х. наук В.А. Воробьеву, а также преподавателям кафедры за ценные советы и замечания научного и методического характера.

Заключение диссертации по теме «Агрохимия», Макарова, Александра Ивановна

ВЫВОДЫ

1. В условиях Северо-Запада России окультуривание улучшает гумусовое состояние дерново-подзолистых почв и увеличивает мощность пахотного слоя средне - и хорошо окультуренных видов на 9 - 20 см. Под ним формируется горизонт А1, мощностью 5 см на стадии средней-окультуренности и* 7 — 12 см на стадии хорошей окультуренности. Содержание гумуса при, окультуривании в легкосуглинистых разновидностях выше, чем в супесчаных почвах: в слабоокультуренных - в 1,29 раза, в средне окультуренных -1,3, в хорошо окультуренных - в 1,43 раза.

2. За семилетний период наблюдений в полевом опыте содержание гумуса в пахотном слое контрольного варианта снизилось вследствие минерализа-ционных потерь на 0,22 %.

3. Внесение органических удобрений увеличило содержание гумуса на 0,11-0,15 % в сравнении с контрольным вариантом, а запасы гумуса возросли на 4,9-9;8 т/га в зависимости от вида удобрений.

• 4. Внесение навоза увеличивало содержание гуминовых кислот (ГК) в гумусе на 0,46 % в сравнении с контролем и составило 1,38 %. Соотношение ГК к фульвокислотам (ФК) улучшалось и находилось в варианте с торфом и ОСВ в пределах 1,17 - 1,48 соответственно, а соотношение С:Ы было на уровне оптимального - 9,7 - 11;5 %. Внесение навоза и-торфа'обеспечивало положительный баланс гумуса, который находился в пределах +53,4, +25,8 ц/га соответственно.

5. В общем количестве валового азота почвы преобладают трудногидро-лизуемая и негидролизуемая формы. Так, в контрольном варианте их содержание варьировало от 83,1 до 90,8 %, легкогидролизуемая форма составила- 7,3 -12,4 % и-только 1,9 - 4,5 % представлена минеральной формой азота. В вариантах с удобрениями содержание минеральных форм возросло в 2-3 раза.

6. Максимальная активность накопления нитратного азота приходится на июнь месяц, особенно в 2005 году на второй год жизни смеси многолетних трав, и колеблется от 4,5 мг/кг (контроль) до 28,1 мг/кг (ОСВ).

7. Обеспеченность аммонийным азотом в удобренных вариантах в сравнении с контрольным была наибольшей при внесении осадков сточных вод и навоза - 167 % и 160 % соответственно. При внесении минеральных удобрений этот показатель составил 137 %.

8. Наибольшая среднегодовая прибавка в зернотравянопаропропашном севообороте получена от навоза и минеральных удобрений и составила 10,210,9 ц/га з.е., то есть была равнозначной. В год действия удобрений высокая прибавка урожая получена от ОСВ и минеральных удобрений (17,1 и 15,2 ц/га з.е.) соответственно. В годы последействия наибольшая прибавка была полу} чена в варианте с навозом и ОСВ и составила 11,9 и 9,0 ц/га з.е. соответственно. Все изучаемые системы энергетически оправданы, так как Кэ в среднем составляет 2,63-3,75, и вполне оправдывают вложенные затраты валовой энергии.

9. Улучшение азотного состояния дер но во-подзолистых почв тесно взаимосвязано с повышением качества культур (г = 0,83 - 0,98). Под влиянием органических удобрений в сравнении с контрольным вариантом достоверно на 2,2-4,5 г увеличивалась масса 1000 зерен и на 1,5-2,0 % сырого протеина.

10. Высокая связь обнаружена между содержанием минерального азота в почве, содержанием сырого протеина в зерне и массы 1000 зерен озимой ржи (г = 0,83, 0,94) соответственно, и тесная обратная зависимость с содержанием крахмала в клубнях картофеля (г = - 0,85 ±0,11).

11. Экологическая оценка показала, что все изучаемые системы не оказывают негативного дейс1вия на состав почвы. Анализ почвы, проведенный в образцах, отобранных через 52 суток после внесения удобрений в 2006 г., показал, что содержание тяжелых металлов в ней не превышает предельно допустимые концентрации.

12. Экономическая оценка показала высокую рентабельность всех видов удобрений - 75-142 %, а максимальные ее показатели получены в вариантах с минеральными удобрениями и использованием осадков сточных вод.

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ

1. Рекомендовано внесение изученных удобрений из расчета в дозах, эквивалентных 70 т/га навоза за ротацию севооборота, применение которых обеспечивает положительный баланс гумуса и высокую урожайность культур в севообороте от 2,7 до 11,8 ц/га з.е. Осадки сточных вод использовать только после экологической экспертизы в дозах, не превышающих экв. 70 т/га навоза.

2. Для предотвращения деградации гумусового состояния дерново-подзолистых почв рекомендуется доведение доли многолетних трав в структуре посевов до 25 - 30 % и внесение навоза в дозах не менее 70 т/га за ротацию.

3. Для поддержания азотного режима почв в удовлетворительном состоянии необходимо использовать различные системы удобрений как минеральные, так и органические в эквивалентных количествах 70 т/га навоза за ротацию севооборота.

Список литературы диссертационного исследования кандидат сельскохозяйственных наук Макарова, Александра Ивановна, 2011 год

1. Абатуров Б.Д. Биопродукционный процесс в наземных экосистемах/ Б.Д.Абатуров// М., 1979.

2. Авдонин Н.С. Удобрения и качество растениеводческой продукции/ Авдонин Н.С.-М:,Колос.-1979.- 277с.

3. Агроклиматические ресурсы Псковской области.- Л.: 2000.

4. Адрианов С.Н. Влияние извести, навоза и минеральных удобрений на продуктивность озимой ржи и качество зерна при различных погодных условиях/ С.Н.Адрианов, Г.Т.Воробьев, В.С.Макурин, В.П.Агеев// Агрохимия.-№9.- 1993.- С.35-45.

5. Академик Василий Робертович Вильяме: Юбилейный сборник.- М., 1935.

6. Александрова Л.Н. Органическое вещество почвы и процессы его трансформации/Л.Н.Александрова// Л., 1980.

7. Ананьева Н.Д. Микробиологические аспекты самоочищения и устойчивости почв/ Н.Д.Ананьева/ М.:Наука, 2003. 222 с.

8. Аристовская Т.В. Микробиология подзолистых почв/ Т.В.Аристовская//М., 1965.

9. Аристовская Т.В. Микроорганизмы как особый компонент экосистемы (биогеоценоза)//Тр. X Междунар. конгр. почвоведов.- М., 1974.- Т.З.

10. Артемьева З.С. Изменение характеристик органического вещества и глинистых минералов серых почв в процессе агропедогенеза/З.С. Артемьева, Л.С. Травникова//Почвоведение.-2006.-№ 1 .-С.96-107.

11. Артюшин A.M., Державин Л.М. / Краткий справочник по удобрениям.- М.: Колос,- 1984.- 208 с.

12. Артюшин A.M., Дерюгин И.П., Кумокин А.Н., Ягодин Б.А. "Удобрения в интенсивных технологиях возделывания сельскохозяйственных культур" М., ВО "Агропромиздат", 1991, стр. 174

13. Бабьева И.П. Биология почвы/ И.П.Бабьева, Г.М.Зенова// М.:Изд-во МГУ, 1988.220 с.

14. Бадмаев Л.Б. Влияние осадка сточных вод на биологическую активность аллювиальной дерновой почвы / Л.Б. Бадмаев, С.Г. Дорошкевич // Агрохимия. 2006.-№1.-С.62-66.

15. Базилевич Н.И. Продуктивность и круговорот элементов в естественных и культурных фитоценозах (по материалам СССР)/Н.И.Базилевич, Л.Е.Родин// Биологическая продуктивность и круговорот химических элементов в растительных сообществах.- Л., 1971.

16. Барановский, И.Н. Химический и бактериологический состав осадка сточных вод г. Твери / И.Н. Барановский, Д.П. Гладких // Научное обеспечение национального проекта «Развитие АПК»/ Матер, межд. науч.-практ. конф. Тверской ГСХА.- Тверь, 2006. -С. 33-36.

17. Барсуков П.А. Трансформация и использование в последействии закрепленного азота в зависимости от предшествующей удобренности дерново-подзолистой почвы / П.А.Барсуков, Г.П.Гамзиков// «Агрохимия», 2003. №7.С.5-10.

18. Башкин В.Н. Агрогеохимия азота./В.Н.Башкин// Пущино: АН СССР, 1987. 270 с.

19. Безносиков В.А. Эколого-агрохимические основы оптимизации азотного питания растений на подзолистых почвах Европейского Северо-Востока России : Автореф. дис. . доктора с.-х. наук / В.А.Безносиков// Пермь, 2000.- 37 с.

20. Белоус Н.М. Органические и минеральные удобрения под картофель/Н.М. Белоус // Земледелие.-1999.-№2.-С. 18-20.

21. Блэк К. А. Растение и почва/К.А.Блэк//М., 1973.

22. Блюм Б.Г. Баланс меченного изотопом Ы13 нитратного, аммонийного и амидного азота удобрений в полевых севооборотах // Круговорот и баланс азота в системе почва удобрение - растение - вода.- М.: Наука.- 1979.- С. 65-72

23. Боинчан Б.П. Разложение соломы в зависимости от дозы и распределения в пахотном слое дерново-подзолистых почв/ Б.П.Боинчан, А.Д.Фокин,

24. A.М.Лыков// Изв.ТСХА.- 1982.- Вып.2.

25. Болотина Н.И. Запасы гумуса и азота в основных типах почв СССР/Н.И.Болотина// «Почвоведение».- 1947.- №5.

26. Быков Б.А. Введение в фитоценологию/Б.А.Быков// Алма-Ата, 1970.

27. Ваксман С.А. Гумус: происхождение, химический состав и значение его в природе/С.А.Ваксман//М., 1937.

28. Вернадский В.И. Биосфера. Избранные труды по биогеохимии./1. B.И.Биосфера// М., 1967.

29. Вильяме В.Р. Земледелие с основами почвоведения/ В.Р.Вильямс// М., 1939.

30. Вильяме В.Р. Перегнойные вещества и теория питания растений в науке в XVI-XIX столетии. История агрокультуры. История плодородия почв./В.Р.Вильямс// Ч. 1.- М., 1940.

31. Вильяме В.Р. Значение органических веществ почвы: Избранные сочинения/ В.Р.Вильямс// М., 1948.

32. Виноградов А.П. Геохимия сухого вещества/А.П.Виноградов// Л., 1932.

33. Виноградов А.П. Среднее содержание химических элементов в главных типах извержений горных пород земной коры/А.П.Виноградов// «Геохимия».- 1962. №27.

34. Волобуев В.Р. введение в энергетику почвообразования/ В.Р.Волобуев// М., 1974.

35. Володина Т.И. Продуктивность сельскохозяйственных культур под влиянием различных органических систем удобрений на Северо-Западе Рос-сии/Т.И. Володина, А.И. Корякина// Псковский региональный журнал.2007.-№5.- С.50-53.

36. Воробьев В.А Влияние интенсивности сельскохозяйственного производст-вана ряд агрохимических свойств пахотных дерново-подзолистых почв/ Мат-лы всерорийскойнауч. Прак. Конференции.- Нижний Новгород.-2008.-С 103-107.

37. Вудвелл Д. Круговорот энергии в биосфере/ Д.Вудвелл// М., 1972.

38. Гаевский Е.Е. Влияние торфо-навозного компоста и суглинка на свойства дерново-подзолистой песчаной почвы и урожайность ячменя/ Е.Е.Гаевский, Я.К.Куликов// «Агрохимия».- 2009.- №9.- С. 18-23.

39. Гаврилов К.А. и др. Влияние удобрений на плодородие дерново-подзолистых почв / Эффективное применение удобрений в Нечерноземной зоне.- М.: Россельхозиздат.- 1983.- С. 233-244.

40. Гамзиков Г. П. Азот в земледелии Западной Сибири. М.: Наука. 1981. 266 с.

41. Гамзиков Г.П., Барсуков П.А. Баланс азота при длительном применении удобрений в агроценозах на дерново-подзолистой почве

42. Агрохимия.- 1997.-№9.- С. 5-10

43. Ганжара Н.Ф. Почвоведение/Н.Ф.Ганжара// М.:Агроконсалт, 2001.-392 с.

44. Ганжара Н.Ф., Состояние органического вещества дерново-подзолистых и черноземных почв в условиях длительного применения удобрений/Н.Ф. Ганжара, Р.Ф. Байбеков, В.В. Верзилин//Агрохимический вестник. 2003. -№3. - С. 24-25.

45. Ганжара Н.Ф. Состояние легкоразлагаемого органического вещества залежных и пахотных почв лесостепной и степной зон/Н.Ф. Ганжара, Б.А. Борисов//Роль почв в сохранении устойчивости ландшафтов и ресурсосберегающее земледелие.- Пенза.-2005.- С. 220-222.

46. Герасимов И.П. Учение о природных экосистемах (геоэкобиотах) как синтез ландшаф гноведения и биогеоценологии в советской географической и биологической науках/ И.П.Герасимов// Журн. общ. биологии.- 1973.- Т.34, №5.

47. Гиляров М.С. Зоологический метод диагностики почв/ М.С.Гиляров// М., 1965.

48. Гомонова Н.Ф. Влияние длительного применения минеральных удобрений на разных агрохимических фонах на качество зерна озимой ржи/ Н.Ф.Гомонова//Агрохимия,- №9.- 1999.- С.37-46.

49. Дажо Р. Основы экологии/ Р.Дажо// М., 1975.

50. Дергачева М.И. Органическое вещество почв: статистика и динамика/ М.И.Дергачева// Новосибирск, 1984.

51. Дёмин В.А. Свиридов Д.А. Влияние расчетных систем удобрения на величину и качество клубне картофеля в севообороте на темно-серой лесной почвы Центрального района России//Агрохимия , 2000,№5 С 50-55.

52. Дёмин В.А. На дерново-подзолистой почве эффективна органо-минеральная система удобрений / В.А. Дёмин, В.В. Шлынен, A.B. Шарапова // Картофель и овощи.-2008.-№2.-С. 15-19.