Медь и марганец в агроландшафтах Юга Нечерноземья и оптимизация их применения в полевых агроценозах

Размещено на http://www.allbest.ru/

Автореферат

Специальность 06.01.04 - Агрохимия

МЕДЬ И МАРГАНЕЦ В АГРОЛАНДШАФТАХ ЮГА НЕЧЕРНОЗЕМЬЯ И ОПТИМИЗАЦИЯ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ В ПОЛЕВЫХ АГРОЦЕНОЗАХ

КУДАШКИН МИХАИЛ ИВАНОВИЧ

Саранск - 2009

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Успешное обеспечение экологической и продовольственной безопасности российские ученые-аграрники видят в ландшафтном подходе в земледелии, в ориентации на адаптивность полевых агроценозов, биологизации земельных ресурсов на ландшафтной основе и использовании ресурсосберегающих технологий (Каштанов А. Н., 1992; Кирюшин В. И., 2000; Жученко А. А., 2004).

В ресурсосберегающих технологиях особую остроту приобретает вопрос о сбалансированном питании растений всеми необходимыми элементами для обеспечения устойчивых урожаев с высоким качеством продукции, что вызывает необходимость применения микроудобрений с учетом типа агроландшафта, содержания их в почвах и биологических особенностей питания культур (Котлярова О. Г., 1999; Ковалев Н. Г., 1999; Пугачева Л. В., 2004).

Система земледелия на агроландшафтной основе нацелена на максимальное использование биологического азота, так как технический азот в 100 раз дороже азота многолетних трав и его производство чревато тяжелыми экологическими последствиями (Ковда В. А., 1983). Вместе с тем применение бобовых трав в качестве сидерального удобрения на удаленных полях, навоза, соломы и извести, с одной стороны, улучшает физико-химические свойства почвы, увеличивает валовые запасы макро- и микроэлементов, а с другой - уменьшает их доступность для питания растений из-за фиксации подвижных форм органическим веществом почвы, карбонатами и фосфатами (Васильев В. А., 1984; Милащенко Н. З., 1999).

Таким образом, с учетом ландшафтных условий местности на фоне биологизации земледелия и химической мелиорации почв включение в метаболизм растений микроэлементов азотного обмена (Cu, Mn, Mo) существенно повышает коэффициент использования макроудобрений, и в частности минерального азота, что обусловливает улучшение экологической обстановки в агроландшафте (Ягодин Б. А., 2002; Завалин А. А., 2007). В этой связи данные исследования актуальны как с теоретической, так и с практической точки зрения.

Цель и задачи исследований. Цель настоящих исследований заключалась в оптимизации применения медных и марганцевых удобрений в полевых агроценозах на основе разработанной нами методики зонирования агрогеосистем различных уровней, содержания и сезонной динамики форм соединений микроэлементов в компонентах ландшафта и предшественников.

- методика агроландшафтного районирования территории на макро-, мезо- и микроуровне для целей оптимизации применения медных и марганцевых удобрений;

- оценка степени влияния типа агроландшафта на содержание меди и марганца в полевых агроценозах;

- анализ пространственной и внутрипрофильной дифференциации форм соединений меди и марганца под влиянием типа агроландшафта;

- агрохимическая оценка эффективного использования медных и марганцевых удобрений в интенсивных и ресурсосберегающих технологиях возделывания сельскохозяйственных культур в зависимости от типа агроландшафта;

- степень влияния типа микроагроландшафта на содержание, динамику форм соединений меди и марганца, плодородие почвы, урожайность и качество сельскохозяйственных культур в севообороте;

- эколого-агрохимическое обоснование применения медных и марганцевых удобрений по фону различных предшественников в севообороте (клевер луговой, пар чистый, вико-овсяная смесь), баланс меди и марганца по видам пара;

- биоэнергетическое и экономическое обоснование эффективного применения медных и марганцевых удобрений в интенсивных и ресурсосберегающих технологиях возделывания сельскохозяйственных культур в агроландшафтах разных типов.

Практическая значимость. На примере Мордовии разработана методика агроландшафтного районирования территории на макро-, мезо- и микроуровне для целей оптимизации применения медных и марганцевых удобрений. Установлено влияние ландшафтных условий местности на содержание меди и марганца в морфологических органах растений и кормах, что дает возможность регулировать их концентрацию в процессе онтогенеза и сбалансировать рационы животных до закладки кормов на хранение. В результате проведенных исследований получены новые данные, позволяющие обосновать рекомендации по эффективному применению меди и марганца в интенсивных и ресурсосберегающих технологиях возделывания сельскохозяйственных культур в зависимости от типа агроландшафта. Установлено снижение урожайности и качества зерна, эффективности медных и марганцевых удобрений, ухудшение плодородия почвы в звене трехпольного севооборота с чистым паром. Сопряженные исследования всех компонентов ландшафта (почва, растительность, вода и др.) на содержание меди и марганца служат основой для использования полученных результатов в сельском хозяйстве, медицине, биологии, землеустройстве и в других областях.

Реализация результатов исследований. Материалы исследований использованы в рекомендациях по применению микроудобрений в колхозах и совхозах Мордовской АССР (1988); в крестьянских и фермерских хозяйствах Мордовии (1992); в методическом пособии по обоснованию оптимальной структуры посевов зерновых культур (1997); в методическом пособии: «Современные технологии производства зерна» (2002); в монографиях «Пшеница в Мордовии» (2005); «Медь и марганец в агроландшафтах юга Нечерноземья» (2008); в методических рекомендациях «Использование клевера лугового в полевых севооборотах Республики Мордовия» (2005).

Основные положения и результаты диссертационной работы прошли производственную проверку в хозяйствах Мордовии: в колхозе им. М. Горького Атяшевского района (1975-1978 гг.), «Рассвет» Ельниковского (1983-1985 гг.), в Кемлянском совхозе-техникуме Ичалковского (1985-1988 гг.), в племсовхозе «Россия» Лямбирского, им. 50-летия ВЛКСМ Дубенского (1987 г.), им. Н. К. Крупской Кочкуровского (1988 г.), СХПК «Николаевское» Старошайговского района (1989-1992 гг.), в Мордовском НИИ сельского хозяйства (1993-2007 гг.) на общей площади около 20 тыс. га. Материалы диссертации используются в учебном процессе Аграрного института Мордовского государственного университета им. Н. П. Огарева, Кемлянского совхоза-техникума Ичалковского района и Института агробизнеса при Министерстве сельского хозяйства и продовольствия Республики Мордовия.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на научно-практических конференциях ЦИНАО, ВНИПТИХИМ, ВДНХ СССР (1983-1992 гг.), Международной научно-практической конференции, посвященной 95-летию со дня рождения академика В. П. Мосолова (Йошкар-Ола, 1983), IV Международной конференции «Миграция тяжелых металлов и радионуклидов в звене почва - растение (корм, рацион) - животное - продукт животноводства - человек» (Великий Новгород, 2003), международных научно-практических конференциях, посвященных памяти члена-корреспондента РАСХН Н. И. Глуховцевой (Кинель, 2003-2005 гг.), на ежегодных научных сессиях Северо-Восточного НМЦ РАСХН (Киров, 2002-2005 гг.), научно-практических конференциях, посвященных 70- и 75-летию Мордовского НИИСХ (Саранск, 2000, 2005 гг.), Огаревских чтениях Мордовского государственного университета им. Н. П. Огарева (Саранск, 1993 - 2006 гг.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано более 120 научных работ, в том числе около 40 в реферируемых журналах. В иностранных источниках опубликована одна работа.

Структура работы. Диссертационная работа изложена на 432 страницах компьютерного текста, состоит из введения, 8 глав, выводов и рекомендаций производству. Работа содержит 76 таблиц, 11 рисунков, 52 приложения. Библиографический список включает 599 источников, из них 57 - на иностранных языках.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Условия и методика проведения исследований.

Методы анализа почв и растений

Определение валовых и подвижных форм меди и марганца в профиле почв проведено в образцах 44 разрезов, отобранных в 1978-1980 гг. по маршруту Особой экспедиции В. В. Докучаева и характеризующих основные типы агроландшафтов Мордовии. Для определения содержания форм меди и марганца в почвах в 1985 году было отобрано 100 образцов из 20 разрезов с глубины 0-20, 30-40, 60-70, 100-110 и 140-150 см.

Культурные растения отбирались в фазе полной спелости, луговые травы - в фазе начала цветения, корма - в период заготовки.

Исследование валовой формы микроэлементов в образцах 44 разрезов проведено методом эмиссионного спектрального анализа с использованием спектрографа ИСП 30 в лаборатории физики Тамбовского института химического машиностроения. Подвижные формы извлечены по методу Пейве-Ринькиса там же. В 20 разрезах валовое содержание микроэлементов определялось рентгено-флюоресцентным методом с использованием анализатора фирмы «Ортек ТЕФА» (США) модели 6110 в пяти параллельных определениях в лаборатории калия и микроудобрений ВИУА.

Водорастворимые формы меди и марганца извлекались бидистиллированной водой при кипячении.

Содержание обменных форм меди и марганца определялось с использованием ацетатно-аммонийного буферного раствора с pH 4, 8 по Крупскому и Александровой.

Уровень необменных меди и марганца рассчитывали как разность между элементами, переходящими в вытяжку 1 н HCl (для Cu) и 0, 1 н Н₂SO₄ (для Мn), и содержанием водорастворимых и обменных форм.

Извлечение меди и марганца, связанных с органическим веществом почвы, осуществляли обработкой навески перекисью водорода, а их содержание рассчитывали как разность между результатом извлечения вытяжкой 1 н HCl (Cu) и 0, 1 н H₂SO₄ (Mn) после и до окисления органического вещества.

Для определения меди и марганца, связанных с соединениями железа, использовали цитрат-дитионовый метод по Мера и Джексону.

Фотометрирование вытяжек приводилось методом атомно-абсорбционной спектрометрии (ААС) в пламени ацетилен-воздух.

Определение тяжелых металлов (ТМ) в почвах и в растениях проводилось на реперных участках локального мониторинга и в полевых опытах Мордовского НИИСХ. Почвенные пробы отбирались трижды - весной, летом, осенью с глубины 0-20, 21-40, 41-60 см, растения отбирали в фазу кущения, колошения и полной спелости; воды с рек, прудов и озер - в середине лета, а снега - в марте (Методические указания…, 1987, 1989, 1993, 1996, 2003).

Экстракция валовых форм ТМ с участков локального мониторинга проводилась в HNO₃, а подвижных ААБ с pH 4, 8 - по Н. К. Крупскому и А. Н. Александровой (1964) (РД 52.18.191-89, РД 52.18.289-90); динамика Cu и Mn в почвах в 1 н HCl и 0, 1 н H₂SO₄ определялась по ГОСТ Р - 50682-94, ГОСТ Р - 50685-94.

Определение меди и марганца в различных частях растений проводили методом ААС после озоления навески в муфельной печи при температуре 500 °С.

Результаты анализов почв и растений, урожайные данные полевых и производственных опытов обработаны дисперсионным методом по программе «Статистика». Формы соединений меди и марганца в почвах и образцы растений определены в ФГУ «ГЦАС, , Мордовский”», качество зерна - в агрохимлаборатории Мордовского НИИСХ и в Государственной хлебной инспекции РМ. Энергетическая оценка технологий проведена по А. С. Кащенко (1999), экономическая эффективость устанавливалась по существующим нормам и расценкам с помощью технологических карт по методике МСХ СССР (1980) и Северо-Восточного научно-методического центра (Киров, 2006). Засоренность посевов, степень повреждения вредителями и болезнями растений определялись в соответствии с рекомендациями ВНИИЗР (1984). Наблюдения в опытах велись по методике государственного сортоиспытания (1989).

Типизация территории проведена согласно государственной программы фундаментальных и приоритетных прикладных исследований по научному обеспечению развития агропромышленного комплекса на 1996-2000 гг. и заданию Российской академии сельскохозяйственных наук 02.01.01 «Разработать научные основы и модели систем адаптивно-ландшафтного земледелия для природно-сельскохозяйственной зоны (Евро-Северо-Востока) России».

Методика агроландшафтного зонирования территории на макро-, мезо- и микроуровне разработана на основе анализа статистических, картографических и фондовых материалов с использованием схемы типизации агрогеосистем гумидной зоны России. Агроэкологические разделы и типы агроландшафтов выделены на основе анализа урожайности сельскохозяйственных культур за последние 25 лет и структуры угодий землепользования в 72 типичных хозяйствах Мордовии. Группы родов агроландшафтов выделены на основе анализа свойств литогенной основы и рельефно-литологических особенностей всей территории республики. Микрозонирование проведено по устойчивости земледелия в 2 типичных хозяйствах с землеустройством на агроландшафтной основе.

Схемы проведения полевых и производственных опытов

Ландшафты опольно-эрозионного типа

В условиях интенсивных технологий возделывания сельскохозяйственных культур полевые опыты и производственные испытания лучших вариантов проводились в соответствии с программой НИР кафедры общего земледелия Мордовского государственного университета им. Н. П. Огарева в колхозе им. М. Горького Атяшевского района в 1975-1980 гг. В исследованиях была задействована озимая пшеница Мироновская 808, рожь Саратовская 4 и ячмень Луч.

Схема опыта: 1) контроль - обработка семян ТМТД - 2 кг/т + ТУР (ретардант) - 4 л/т; 2) обработка семян ТМТД - 1, 0 кг/т + CuSO₄ - 1, 0 кг/т + ТУР - 4 л/т (фон 1); 3) фон 1 + некорневая подкормка CuSO₄ (250 г/га) + ТУР - 4 л/га в стеблевание; 4) обработка семян ТМТД - 1, 0 кг/т + MnSO₄ - 1, 0кг/т + ТУР - 4 л/т (фон 2); 5) фон 2 + некорневая подкормка MnSO₄ (250 г/га) + ТУР - 4 л/га в стеблевание.

Общая площадь делянки 80 м² (4, 0Ч20м), учетная - 72 м² (3, 6Ч20 м). Повторность трехкратная. Агрохимическая характеристика почв полевых и производственных опытов представлена в табл. 1.

В хозяйстве пшеница озимая, рожь и ячмень размещались в свекловичном севообороте, где проводились мероприятия по комплексному агрохимическому окультуриванию полей. На каждый гектар пашни вносилось 100-120 т навоза; 14-16 т доломитовой и 1, 0-1, 5 т фосфоритной муки; 1, 0 т калия хлористого; 0, 5-0, 7 т аммиачной воды (под вспашку).

На сахарной свекле сорта Льговский гибрид опыты проводились по схеме: 1) контроль - традиционная агротехника хозяйства; 2) некорневая подкормка CuSO₄ в фазе вилочки и до смыкания рядков по 250 г/га; 3) некорневая подкормка MnSO₄ в те же фазы и в той же дозе. Культура размещалась в севообороте: пар чистый - озимая пшеница - сахарная свекла - ячмень - овес.

Общая площадь делянки 105 м² (3, 0Ч35 м), учетная - 94, 5 м² (2, 7Ч35 м). В делянке размещались 6 рядков свеклы. Повторность трехкратная.

Семенники люцерны синегибридной заложили на южном склоне поля № 10 (уклон 4, 5-5°). Общая площадь семенника 8 га, сорт Кемлянская местная.

В опытах изучали варианты: 1) контроль - обработка семян нитрагином (фон); 2) фон + некорневая подкормка раствором борной кислоты (670 г/га); 3) фон + некорневая подкормка раствором CuSO₄ - 250 г/га; 4) фон + некорневая подкормка раствором MnSO₄ - 250 г/га.

Общая площадь делянки 60 м², учетная - 54 м² (2, 7Ч20 м).

Растворы микроэлементов наносились на растения ранцевым опрыскивателем в фазу бутонизации из расчета 300 л/га. Повторность трехкратная.

В 1996-2000 гг. проводились исследования по заданию РАСХН 2.1 (2. Р. 01-03. 01) «Разработать комплекс приемов управления процессами формирования качества зерна яровой пшеницы в технологиях на основе подбора новых сортов, сбалансированности минерального питания растений, экологически безопасных защитных мероприятий».

Опыты проводились в полевом севообороте опытного поля Мордовского НИИСХ. Предшественник - клевер луговой Носовский 4, яровая мягкая ценная пшеница Самсар, твердая - Безенчукская 139.

Схема опыта: 1) способ использования предшественника - клевера (фактор А): 1.1) сидераты; 1.2) семена; 1.3) сено; 2) основная обработка почвы и оборота пласта (фактор В): 2.1) вспашка; 2.2) безотвальное рыхление; 2.3) дискование; 3) удобрение (фактор С): 3.1) контроль (без удобрений); 3.2) рядковое внесение NРК (фон); 3.3) фон + N₃₀ в колошение;

Таблица 1 - Агрохимическая характеристика почв пахотного горизонта полевых и производственных опытов

3.4) фон + Cu + N₃₀ в колошение.

Органическая масса клевера лугового скашивалась косилкой КИР-1, 5 и разбрасывалась по полю (вариант 1.1), с наступлением спелости семян скашивалась в валки (вариант 1.2), вывозилась на ферму кормораздатчиком (вариант 1.3).

Варианты 1.1 и 1.3 незамедлительно продисковывались тяжелой дисковой бороной БДТ-3 в два следа. После уборки клевера на семена (вариант 1.2) участок также был продискован дважды. В конце августа варианты 2.1 и 2.2 были распаханы плугом ПН-4-35 на глубину 22-25 см. Безотвальное рыхление проведено со снятыми отвалами. В этот же период вариант 2.3 был вновь продискован.

Предпосевная обработка семян вариантов 3.1-3.3 проведена фундазолом, а 3.4 - медью сернокислой (1, 5 кг/т). При посеве внесена азофоска N₁₆Р₁₆К₁₆ в количестве 150 кг/га. Против сорняков посевы обрабатывались гербицидом Ковбой - 0, 200 л/га, против вредителей - инсектицидом Децис (250 г/га), против болезней - фунгицидом Тилт (0, 5 л/га). Некорневая подкормка проведена мочевиной (N₃₀) в колошение пшеницы - вручную вразброс поделяночно в вечерние часы. В остальном агротехника общепринятая для хозяйств Мордовии.

Оптимизация применения меди, марганца и молибдена в агротехнике возделывания озимой пшеницы проведена согласно заданию РАСХН 09. 03. 01 «Разработать адаптивную экологически безопасную систему оптимизации биологических и техногенных факторов управления продукционными процессами по формированию высокопродуктивных агрофитоценозов в условиях юга Евро-Северо-Востока».

Опыты проводились в 2001-2005 гг. в полевом севообороте опытного поля. Предшественник - клевер луговой на сено и сидераты. Сорт клевера - Носовский 4, озимой пшеницы - Мироновская 808. Почва - чернозем выщелоченный тяжелосуглинистый.

Схема опыта: 1) способ использования клевера (фактор А): 1.1) сено; 1.2) сидераты; 2) способ основной обработки почвы (фактор В): 2.1) отвальная вспашка; 2.2) дискование; 3) удобрение (фактор С): 3.1) без удобрений; 3.2) NРК при посеве (фон); 3.3) фон + CuSO₄, обработка семян; 3.4) фон + KMnO₄, обработка семян; 3.5) фон + CuSO₄, 0, 10% раствор осенью; 3.6) фон + CuSO₄, 0, 10% раствор весной; 3.7) фон + N₃₀ весной; 3.8) фон + N₃₀ весной + N₃₀ колошение; 3.9) фон + N₃₀ весной + Мо, 0, 10% раствор в колошение; 3.10) фон + N₃₀ весной + MnSO₄, 0, 10% раствор в колошение.

Площадь опытного участка - 2, 0 га, в том числе полезная - 1, 2 га. Размер посевной делянки третьего порядка - 100 м² (25Ч4 м), учетной - 90 м² (25Ч3, 6 м). Повторность в опытах трехкратная. Размещение вариантов систематическое.

Способ обработки клеверища тот же, что и в предыдущей теме. Семена пшеницы перед посевом протравливались препаратом Винцит (2, 0 л/т) и по схеме опыта сульфатом меди - 1, 2 кг/т, перманганатом калия - 100 г/т.

Основное удобрение (N₂₅Р₂₅К₂₅) в виде азофоски (150 кг/га) вносилось при посеве в рядки. При дробном внесении азота в подкормку весной использовали аммиачную селитру, а летом - мочевину. Для некорневой подкормки использовали 0, 10% раствор аммония молибденовокислого и марганца сернокислого квалификации «хч». В остальном уход за растениями проведен в соответствии с технологией.

В рамках данной темы в 2001-2005 гг. изучалось эффективность ионных солей микроэлементов и их хелатных соединений в составе ЖУСС на фоне известкования.

Схема опыта и задействованные культуры представлены в таблице 10 автореферата.

Площадь опытного участка - 1, 32 га, площадь делянки третьего порядка - 100 м², учетной - 90 м² (3, 6Ч25 м). Повторность трехкратная. Размещение вариантов систематическое. Агротехника общепринятая для Мордовского НИИСХ.

Ландшафты конечно-моренные гряды

В ландшафтах конечно-моренные гряды полевые опыты и производственные испытания проводились в 1989-1992 гг. в СХПК «Николаевское» Старошайговского района по заданию Правительства РМ и объединения «Мордовсельхозхимия». Схема опыта и задействованные культуры те же, что и в СХПК «Аловский» (колхоз им. М. Горького) Атяшевского района.

СХПК «Николаевское» создано в 1989 году на базе АТП «Межрайавтотранс» как подсобное хозяйство после отвода 1 350 га земель совхоза «Лемдяйский» Старошайговского района. В хозяйстве преобладают серые лесные почвы глинистого гранулометрического состава с рН < 4, 4. На всех полях вносили: доломитовую - 14-16 т/га и фосфоритную муку - 1, 0 т/га, калий хлористый - 0, 7 т/га, навоз не вносили (за исключением 65 га поля № 2 - 80 т/га).

Ландшафты полесского типа

Исследования проводились в 1982-1986 гг. в колхозе «Рассвет» Ельниковского района совместно с заслуженным агрономом Мордовии Е. И. Варжиным в соответствии с государственной программой научно-исследовательских работ 051.01.03.02 Н.4 и 051.02.01.Н.3 под методическим руководством заведующего лабораторией калия и микроудобрений ВНИИА им. Д. Н. Прянишникова кандидата биологических наук доцента А. А. Собачкина.

В опытах были задействованы озимая пшеница Мироновская 808, рожь Саратовская 4 и ячмень Черкасский 240. Изучалось 5 вариантов обработки семян и посевов медью и марганцем по ранее разработанной схеме в колхозе им. М. Горького Атяшевского района и программе опытов (1982-1985 гг.).

Метеорологические условия в годы проведения исследований были разные и в целом соответствовали климатическим параметрам агроэкологических разделов юга Северо-Приволжской и северо-востока Приволжской лесостепной зоны. За период проведения опытов наблюдались как засушливые годы ГТК < 1, 0 (1975, 1981, 1986, 1988, 1991, 1998, 2001, 2002, 2005, 2006, ), так и годы с благоприятным водным режимом, ГТК = 1, 0-1, 6 (1977, 1979, 1982, 1985, 1987, 1992-1997, 1999, 2000, 2003, 2004), а также с повышенным количеством осадков, ГТК > 1, 6 (1976, 1978, 1980, 1990).

До работ автора настоящей диссертации в основном применялись сернокислые соли меди и марганца при предпосевной обработке семян, смешанных с техническим тальком, или в растворе пленкообразующего препарата ПВС, NaKMЦ на торфяно-болотных и дерново-подзолистых почвах. За основу брались общесоюзные рекомендации с учетом содержания в почве подвижных форм меди (1 н НСl) и марганца (0, 1 н Н₂SO₄). Другие формы соединений не изучались. Вопросы антагонизма и синергизма ионов, возникающих при применении на полях навоза, соломы, сидератов, химических мелиорантов и высоких доз макроудобрений, не рассматривались. Без учета этих факторов эффективность микроудобрений была низкой.

В наших исследованиях дозы, сроки и способы, а также прогноз применения медных и марганцевых удобрений определялись с учетом типа агроландшафта и легкоподвижных соединений элементов в почве в период роста и развития растений, фитосанитарного состояния семян и посевов, уровня интенсификации земледелия. При обработке семян доза протравителя снижалась на 50 %, а затем была исключена совсем. В состав баковой смеси включали водный раствор ретарданта ТУР, которым осуществляли мелкокапельное опрыскивание движущегося потока семян, что было сделано нами впервые. При некорневой подкормке растворы микроэлементов использовались с ретардантом ТУР по фону азотных подкормок пшеницы с целью увеличения коэффициента использования азота и улучшения экологической обстановки всего ландшафтного каркаса. Хелатные формы микроэлементов в изучаемом регионе не применялись.

Из вышеизложенного следует, что для оптимизации применения медных и марганцевых удобрений в полевых агроценозах было поставлено более 80 полевых опытов, разработана методика зонирования территории, проведены сопряженные исследования в компонентах ландшафта (почва, растение, вода и др.), открыты три агроландшафтных полигона.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Методика типизации территории для целей эффективного применения медных и марганцевых удобрений в системе ландшафтного земледелия

Агроландшафтное районирование территории Мордовии на макроуровне

На макроуровне 21 % территории Мордовии входит в агроэкологический раздел (АР) Северо-Приволжской лесной зоны и 79 % - в АР Приволжской лесостепной зоны. Они различаются между собой по климатическим параметрам: индекс континентальности первого АР равен 165, второго - 176; биопродуктивность культур - 114 и 120; осадки - 578 и 516 мм; урожайность зерновых культур - 1, 14 и 1, 66 т/га; доля защитных угодий - 40, 5 и 22, 0 %. Имеются существенные отличия в устойчивости земледелия.

Более низкой после АР таксономической единицей, от которой существенно зависит эффективность изучаемых микроудобрений является род агроландшафта. На территории Мордовии их два: пески (7, 0 % пашни) и суглинки (93 %).

Агроландшафтное районирование территории Мордовии на мезоуровне (выделение типов агроландшафта)

По результатам полевых опытов, статистического анализа почвенного покрова и растительности на содержание меди и марганца, урожайности культур, структуре угодий и другим показателям выделены агроландшафты полесского типа, которые входят в основном в АР Северо-Приволжской лесной зоны. Здесь преобладают местности с дерново-подзолистыми и светло-серыми лесными почвами с легким гранулометрическим составом. Поверхность ландшафтов равнинная, влагообеспеченность максимальная в республике (550-580 мм).

Агроландшафты конечно-моренные гряды охватывают центральную часть Приволжской лесостепной зоны Мордовии. Основной тип почв - серые лесные и оподзоленные черноземы тяжелого гранулометрического состава с низкой водопроницаемостью. Влагообеспеченность растений минимальная в Мордовии - 480-490 мм.

Агроландшафты опольно-эрозионной группы входят в восточную часть Приволжской лесостепной зоны Мордовии. В структуре почвенного покрова преобладают темно-серые лесные почвы и различные типы черноземов. Агроландшафты сильно подвергаются эрозии, расчлененность оврагами высокая. В год выпадает до 515-520 мм осадков. По плодородию почвы самые лучшие в республике. Эффективность медных и марганцевых удобрений максимальная.

Методика агроландшафтного микрозонирования территории

В хозяйстве выделяются агроландшафты и микроагроландшафты на основе типов земель (пойменные, приводораздельные и водораздельные, отличающиеся автономностью и особенностям круговорота веществ и энергии), склоновые участки разной крутизны и экспозиции, плакорные ландшафты для последующей дифференциации по пригодности возделывания культур. По этим факторам на рабочей карте устанавливаются агроэкологически однотипные территории (АОТ), рабочие участки (АЭО РУ), поля севооборотов, угодья. Эти мероприятия необходимы для создания условий эффективного применения технологий. В последующем по типам использования культур в границах АОТ формируются типы севооборотов и рассчитывается площадь пашни под обработку и консервацию.

Данный методический подход типизации на микроуровне был осуществлен нами в СХПК «Рассвет» Ардатовского и «Аловский» Атяшевского района Мордовии. В первом хозяйстве выделены 7 АОТ, в каждой из которых размещен свой севооборот. Определены размер севооборотного массива и чередование культур. По каждой АОТ намечены мероприятия по применению микроэлементов, азотной подкормки и других технологических приемов.

Влияние ландшафтных условий местности на содержание меди и марганца в морфологических органах растений и кормах юга Нечерноземья

Распределение меди и марганца по морфологическим органам культурных растений носит базипетальный характер с накоплением в корнях и уменьшением элемента в листьях и стеблях (табл. 2).

Среднее содержание марганца в кормах агроландшафтов опольно-эрозионного типа на 57, 2 % ниже полесского. Биодоступность марганца для растений, произрастающих на черноземах, в 1, 5-2 раза ниже, чем для культур на серых лесных и дерново-подзолистых почвах (табл. 3).

Особенности пространственной и внутрипрофильной дифференциации форм соединений меди и марганца под влиянием типа агроландшафта

Содержание и распределение форм соединений меди

Валовая медь. Максимальное содержание валовой меди обнаружено в агроландшафтах конечно-моренные гряды - 33, 0 млн-¹, в опольно-эрозионных ее меньше - 23, 8 млн-¹. Полесские агроландшафты бедны медью - 18, 6 млн-¹, так как они сформированы на флювиогляциальных озерных и древнеаллювиальных песках и супесях. В почвенном профиле наибольшее содержание элемента отмечено в перегнойно-аккумулятивных и иллювиальных горизонтах, наименьшее - в подзолистых и материнских породах. В профиле почв содержание валовой меди коррелирует с рН, количеством подвижного фосфора, гумуса и обменных катионов (r=0, 64-0, 94).

Водорастворимая медь. Содержание водорастворимой меди в изученных нами почвах в среднем составляет 0, 16 млн-¹. Пределы этой величины по отдельным типам почв изменяются от 0, 08 млн-¹ (0, 5 % от валового) в черноземах до 0, 27 млн-¹ (4, 5 %) в светло-серых лесных и дерново-подзолистых почвах. В черноземах количество водорастворимой меди монотонно снижается с глубиной профиля, а в серых лесных и дерново-подзолистых резкое снижение наблюдается в оподзоленном горизонте.

Обменная медь. В исследованных ландшафтах обменной меди содержится в среднем 0, 42 млн-¹ (2, 5 % от валового количества) при варьировании от 0, 16 до 0, 99 млн-¹. Наибольшее абсолютное содержание этой формы определено в черноземах, но доля к валовой меди в них наименьшая - 1, 6 - 2, 6 %.

Необменная медь. В пахотном горизонте изученных почв среднее содержание необменной меди составляет 4, 5 млн-¹, или 27, 3 % от ее валового содержания. Меди в этой форме больше всего в агроландшафтах конечно-моренные гряды - 7, 2±1, 25 млн-¹, меньше в черноземах опольно-эрозионного типа - 6, 0±0, 88 млн-¹. Пахотные земли ландшафтов полесского типа содержат наименьшее количество меди - 3, 20±0, 79 млн-¹. Пространственная и внутрипрофильная дифференциация этой формы повторяет валовое содержание элемента в почвах.

Таблица 2 - Влияние типа агроландшафта на распределение меди и марганца по морфологическим органам растений, млн-¹

Наиболее подробно формы соединений меди представлены в нашей кандидатской диссертации.

Таблица 3 - Влияние ландшафтных условий местности на содержание меди и марганца в кормах, млн-¹

Примечание: - среднее арифметическое; S - стандартное отклонение; V - коэффициент вариации; КБП - отношение содержания элемента в растениях к его содержанию в почве.

Медь, связанная с полуторными оксидами и гидроксидами. В составе несиликатных соединений железа количество меди составляет 3, 9 млн-¹, или 28, 2 % от валового. Наблюдается постепенное снижение ее содержания по профилю к материнской породе.

Среднее содержание меди, связанной с аморфными оксидами и гидроксидами, в пахотном горизонте агроландшафтов составляет 3, 3 млн-¹, что составляет 20 % от ее валового содержания или 56, 9 % от ее количества в составе несиликатных форм.

Медь в составе органического вещества. Количество меди, связанной с органическим веществом, в пахотном слое составляет 1, 5 млн-¹ (9, 0 % от валового содержания). Общей закономерностью для всех типов почв является его снижение вниз по профилю при тесной корреляции с содержанием гумуса (r=0, 90-0, 96).

Валовой марганец. Ландшафты опольно-эрозионного типа наиболее богаты марганцем - 663, 4±211, 5 млн-¹ в слое 0-150 см. В ландшафтах конечно-моренные гряды марганца в среднем содержится 523, 2±241, 8 млн-¹, а в полесских - 393, 6±352, 6 млн-¹ (табл. 4).

медный марганцевый удобрение ландшафт

Таблица 4 - Влияние типа агроландшафта на содержание валового марганца в почвах (слой 0-150 см), млн-¹

В целом в почвах юга Нечерноземья содержание валового марганца составляет 540, 3 млн-¹, что в 1, 6 раза ниже кларка других почв, в 2, 8 раза ниже ПДК, но в 1, 4 раза выше регионального фона. Распределение микроэлемента по профилю характеризуется накоплением его в верхних горизонтах.

Водорастворимый марганец. Доля соединений марганца, переходящих в водную вытяжку, в пахотном слое составляет 0, 11 % (0, 48 млн-¹). Пределы этой величины по отдельным почвенным образцам изменяются от 0, 02 % (0, 10 млн-¹) для чернозема выщелоченного до 0, 31 % (1, 40 млн-¹) для дерново-сильноподзолистых супесчаных почв. В зависимости от свойств отдельных горизонтов количество марганца снижается к материнской породе.

Обменный марганец. В пахотном слое среднее содержание обменного марганца составляет 16, 2 млн-¹ при варьировании по типам и подтипам почв от 16, 7 до 31, 2 млн-¹ (в среднем 2, 6 % от валового).

Необменный марганец. В опольно-эрозионном типе агроландшафтов количество марганца в необменной форме 74, 8±19, 2 млн-¹ (10, 2 % от валового). Максимальное содержание определено в серых лесных почвах - от 101, 0 до 175, 2 млн-¹. Меньше всех извлекается марганец из черноземов - от 58, 0 до 96, 7 млн-¹.

В пахотном слое агроландшафтов конечно-моренные гряды марганца 76, 4±16, 8 млн-¹, а в плесских - 91, 9±17, 3 млн-¹. Для необменного марганца характерны биогенная аккумуляция в гумусовом горизонте и постепенное уменьшение его количества с глубиной.

Марганец, связанный с полуторными оксидами и гидроксидами. Среднее содержание марганца в пахотном горизонте изученных почв составляет 54, 8 млн^-1 (8, 2 % от валового). Его количество в составе аморфных соединений железа зависит от гумуса, гранулометрического состава почв и содержания в ней железа. Количество связанного с железом марганца меньше в нижних слоях почвенного профиля.

Марганец в составе органического вещества. В литосфере Мордовии в среднем содержится 28, 8 млн-¹ марганца, связанного с органическим веществом, или 3, 2 % от его валового количества. В пахотном горизонте изучаемых почв его накапливается - 94, 2 мг/кг (9, 5 % от валового). Общей закономерностью изучаемых почв является снижение содержания этой формы вниз по профилю.

Таким образом, содержание и внутрипрофильная дифференциация меди и марганца зависят от типа агроландшафта и его компонентов. Агроландшафты опольно-эрозионного типа с черноземными почвами достаточно обеспечены валовой медью и марганцем, но в них мало легкодоступных форм (до 0, 5 % от валового). В агроландшафтах полесского типа с дерново-подзолистыми почвами мало валовой меди и марганца, но много водорастворимых и обменных соединений этих элементов (до 4 % от общего содержания).

Оптимизация применения медных и марганцевых удобрений в полевых агроценозах юга Нечерноземья

Оптимизация применения медных и марганцевых удобрений в интенсивных технологиях возделывания озимой пшеницы, ржи, ячменя, сахарной и кормовой свеклы и люцерны в агроландшафтах разных типов

Агроландшафты опольно-эрозионного типа (колхоз им. М. Горького Атяшевского района)

В среднем за годы исследований на озимой пшенице и ячмене более эффективны были марганцевые удобрения, а на ржи - медные (табл. 5).

Таблица 5 - Влияние медных и марганцевых удобрений на урожайность озимой пшеницы, ржи и ячменя, т/га

В условиях техногенной интенсификации земледелия по фону известкования, фосфоритования, внесения навоза (100-150 т/га) микроэлементы являются дополнительным фактором повышения урожайности и окупаемости макроудобрений. Так, в производственном опыте (14, 3 га) в урочище «Казахстан» на пойменной зернистой почве (1978 г.) вариант с обработкой семян озимой пшеницы ТМТД (1, 0 кг/т) с сульфатом меди (1, 0 кг/т) и препаратом ТУР (4, 0 л/т), а затем некорневая подкормка сульфатом меди (250 г/га) и ретардантом ТУР (4, 0 л/га) обеспечили урожайность зерна 7, 63 т/га. Те же агроприемы, но с использованием сульфата марганца дали возможность собрать по 7, 86 т/га зерна (на 15, 2 % выше контроля).

В среднем за 1976-1978 гг. урожайность сахарной свеклы на контроле составила 35, 37 т/га, с двукратной некорневой подкормкой сульфатом меди (в фазе вилочки и до смыкания рядков) - 38, 05 т/га, а с марганцем - 39, 36 т/га. На участках с орошением ее урожайность была на 5-6 т/га выше. Под влиянием меди и марганца содержание сахара в корнях возросло с 16, 5 до 17, 3 % и с 17, 2 до 18, 4 % соответственно.

В производственных опытах в урочище «Конный» с черноземом выщелоченным среднесуглинистым (1976 г.) обработка семян кормовой свеклы сорта Эккендорфская сульфатом меди в дозе 1, 5 кг/т обеспечила урожайность 135, 2 т/га, а сульфатом марганца в той же дозе - 138, 8 т/га (на 19, 0 % выше контроля). По фону обработки семян проводилась некорневая подкормка до смыкания рядков этими же препаратами по 250 г/га.

За годы проведения опытов урожайность семян люцерны на контроле варьировала от 88, 7 до 170, 0 кг/га. Некорневая подкормка посевов раствором борной кислоты оказалась более предпочтительной по сравнению с другими микроэлементами - 151, 2 кг/га. Варианты с медью и марганцем по урожайности мало отличались между собой - 135, 5 и 132, 2 кг/га соответственно. Минимальная урожайность семян была во влажные 1976 и 1978 гг. - 88, 7 и 98, 0 кг/га, максимальная - в благоприятном по теплу и увлажнению 1977 году - 201, 7 кг/га.