Влияние удобрений на агрохимические показатели плодородия почв Чувашской Республики

2

Размещено на http://www.allbest.ru/

Влияние удобрений на агрохимические показатели плодородия почв Чувашской Республики

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

почва агрохимический урожайность гумус

Актуальность темы. На основе длительных наблюдений за состоянием почвенного покрова, выполненных в различных почвенно-климатических зонах страны, а также за рубежом, установлено, что в процессе сельскохозяйственного использования их важнейшие агрохимические показатели претерпевают существенные изменения. Снижается содержание гумуса и изменяется его качество, уменьшаются запасы валовых форм питательных веществ, трансформируется реакция почвенного раствора и биологическая активность почв (Минеев В.Г., 2003; Сычев В.Г., 2006).

Аналогичная картина характерна и для почв Чувашской Республики.

Для обоснованного принятия решений, по рациональному использованию удобрений необходимо установить характер и интенсивность трансформации основных агрохимических показателей в различных почвенно-климатических условиях и влияние на эти процессы удобрений. Однако, до последнего времени на территории Чувашской республики подобные исследования и обобщения, несмотря на их актуальность и большую практическую значимость, практически не проводились.

Цель исследований. Выявить влияние удобрений на динамику изменения агрохимических показателей плодородия основных типов почв Чувашской Республики при сельскохозяйственном использовании.

Задачи исследований:

- определить запасы гумуса и валовых форм питательных веществ в дерново-слабоподзолистых, темно-серых лесных почвах и черноземах выщелоченных супесчаных Чувашской Республики;

- выявить динамику основных агрохимических показателей, микроэлементов и тяжелых металлов в пахотном и метровом слоях почв;

- рассчитать баланс гумуса и основных элементов питания в почвах Чувашской Республики и дать им оценку

- установить запасы валовых и подвижных форм тяжелых металлов в почвах Чувашской Республики и характер их трансформации при внесении удобрений;

- определить влияние удобрений на урожайность зерновых культур на разных типах почв Чувашской Республики;

- дать биоэнергетическую и экономическую оценку применения удобрений при возделывании сельскохозяйственных культур;

Научная новизна. Впервые на почвах Чувашской Республики изучена трансформация запасов гумуса и валовых форм питательных веществ при внесении удобрений. Определены запасы и динамика микроэлементов в пахотном, подпахотном и метровом слоях дерново-слабоподзолистых, темно-серых лесных и черноземных почвах Чувашской Республики. Выявлено изменение агрохимических свойств почв во времени. Рассчитан баланс питательных веществ для основных типов почв Республики. Определены особенности накопления микроэлементов в урожае сельскохозяйственных культур, в зависимости от почвенно-климатических условий и удобренности почвы.

Практическая значимость работы. Полученные результаты являются основой для планирования работ по сохранению и стабилизации плодородия почв, для расчёта доз удобрений под запланированные урожаи и получения высококачественной сельскохозяйственной продукции, охране окружающей среды в Чувашской Республике и повышению урожайности сельскохозяйственных культур. Материалы диссертационной работы используются при изучении дисциплин - «Агрохимия», «Почвоведение», «Сельскохозяйственная экология» в ФГОУ ВПО «Чувашская государственная сельскохозяйственная академия».

Основные положения, выносимые на защиту:

- изменения агрохимических показателей, запасов элементов питания, микроэлементов в пахотном и подпахотном горизонтах почв, расположенных в разных почвенно-климатических зонах Чувашской Республики под влиянием удобрений;

- баланс гумуса и основных элементов питания в пахотном горизонте дерново-слабоподзолистых, темно-серых лесных и черноземных почвах Чувашии;

- урожайность сельскохозяйственных культур в зависимости от уровня плодородия почвы и внесения удобрений.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены на ежегодных научных конференциях профессорско-преподавательского состава Чувашской ГСХА (Чебоксары, 2007; 2008; 2009 гг.), Всероссийской научно-практической конференции «Вавиловские чтения - 2009» (Саратов, 2009 г.), на V Всероссийской научно-практической конференции молодых учёных, аспирантов и студентов «Молодёжь и инновации XXI века» (7 апреля 2009 г., Чебоксары), на республиканских научно-производственных конференциях и агрономических совещаниях (Чебоксары, 2004-2009 гг.).

Публикации. По результатам исследований опубликовано 6 работ, в том числе 2 - в журналах, рекомендованных ВАК Минобразования РФ.

Степень личного участия. Разработка программы, закладка реперных участков, анализ и обобщение полученных результатов проводились соискателем лично. Агрохимические анализы почвенных и растительных образцов проведены совместно с сотрудниками агрохимцентра «Чувашский», которым автор выражает свою глубокую благодарность.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа изложена на 157 страницах компьютерного текста, включает 24 таблицы, 4 рисунка, 4 приложения. Состоит из введения, 4 глав, выводов и рекомендаций производству, списка цитируемой литературы из 210 названий, в том числе 17 на иностранном языке.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Условия проведения опытов и методика исследований

Изучение плодородия почв проводились на реперных участках, созданных по инициативе Министерства сельского хозяйства Чувашской Республики. В 1994 было заложено 14, а в 2003 году дополнительно 6 реперных участков в 6 различных почвенно-климатических зонах республики. Для анализа нами были взяты результаты определения агрохимических показателей в 2008 г. и их сравнивали с данными за 2000 г.

В почвенном покрове Чувашии преобладают дерново-подзолистые почвы (3,2% почвенного покрова), серые лесные (60,0%), чернозёмы (15,2 %). Соответственно на данных типах почв заложено 9, 6 и 5 реперных участков. На этих участках имеются делянки, где удобрения не вносились и где удобрения систематически применялись с 1994 г. Поля для реперных участков отбирали типичные, по рельефу, гранулометрическому составу и мощности горизонта А для данной почвенно-климатической зоны..

Из шурфов до глубины 100 см через каждые 20см отбирались почвенные образцы для проведения агрохимического анализа. С контрольных точек отбирались почвенные образцы на глубину пахотного слоя. Отбор растительных образцов производился перед уборкой сельскохозяйственной продукции.

В почвенных образцах, взятых с шурфов, определялся гумус (в %), подвижный фосфор, обменный калий (в мг/кг), рН_КСl, гидролитическая кислотность (в мг/экв/100 г), валовые формы серы, бора, цинка, кобальта, меди, марганца и подвижные формы тяжелых металлов: цинка, меди, свинца, кадмия и хрома (в мг/кг). Методы определения агрохимических показателей, тяжелых металлов в почве и продукции растениеводства приведены в табл. 1.

Наблюдения проводились в северной, центральной и южной зонах. Агрометеорологические показатели северной зоны: сумма t°С выше +10°С за вегетационный период (2000-2008 гг.) колебалась в пределах 1937-2167, а количество осадков варьировало в пределах 233-475 мм. Преобладают дерново-подзолистые среднесуглинистые почвы.

Таблица 1. Методы определения агрохимических показателей и тяжёлых металлов в почве и растениеводческой продукции

Агрометеорологические показатели центральной зоны, где распространены темно-серые лесные тяжелосуглинистые почвы: сумма t°С выше +10°С за вегетационный период (2000-2008 гг.) колебалась в пределах 1850-2296, а количество осадков варьировало в пределах 263-396 мм. Агрометеорологические показатели южной зоны, где наиболее распространены черноземы супесчаные выщелоченные: сумма t°С выше + 10°С за вегетационный период (2000-2008 гг.) колебалась в пределах 1920-2310, а количество осадков варьировало в пределах 257-384 мм. На удобренных участках дерново-слабоподзолистых почв (северная зона) за период 2000-2008 гг. было внесено N24Р15 на 1 га севооборотной площади. На темно-серых лесных почвах (центральная зона) на этот же период внесли 4,2 т навоза + N55P31К15 на 1 га севооборотной площади. В южной зоне на черноземах вносили только минеральные удобрения - N33P20К10 на 1 га севооборотной площади.

Баланс гумуса, азота, фосфора и калия определялся расчетным методом с учётом поступления и выноса элементов питания. Биоэнергетическая и экономическая эффективность применения удобрений рассчитывалась по Минееву (2004). Статистическая обработка данных полевого опыта осуществлялась по Доспехову (1985).

Результаты исследований

Динамика агрохимических показателей в пахотных горизонтах почв. Результаты исследований показали, что содержание гумуса в дерново-слабоподзолистых почвах северной зоны за изучаемый период снизилось на 0,08-0,13%, тогда как в почвах центральной (темно-серые лесные почвы) и южной (чернозем выщелоченный супесчаный) зоны достигнут положительный баланс гумуса при внесении удобрений (табл. 2). На неудобренных реперных участках, расположенных на темно-серых лесных почвах и черноземах наблюдалось снижение содержания гумуса. Положительный баланс гумуса на реперных участках достигнут за счет регулярного совместного применения органических и минеральных удобрений.

Максимальное накопление в пахотном слое нитратного азота и обменного аммония наблюдалось в темно-серых лесных почвах центральной зоны. На дерново-слабоподзолистых почвах северной зоны и супесчаных черноземах южной зоны условия для нитрификации были хуже.

В почвах северной зоны за рассматриваемый период содержание подвижного Р2О5 несколько снизилось, а на участках центральной и южной зоны осталось на исходном уровне или даже несколько повысилось (табл. 2). Связано это с регулярным внесением удобрений.

Таблица 2 Содержание гумуса, подвижных форм элементов питания и обменная кислотность почв в слое 0-20 см

В запасах обменного калия на всех трех типах почв за период наблюдений существенных изменений не произошло.

Обменная кислотность в изучаемых почвах существенных изменений не претерпела, но при этом на всех реперных участках наблюдается тенденция ее смещения в сторону нейтральной.

Содержание валовых форм микроэлементов в почвах, как известно, определяется геохимическим составом материнских пород. Поэтому их колебания в пределах одного типа почв по срокам определения и степени удобренности почвы носили несущественный характер (табл. 3).

Определение количества подвижных форм тяжелых металлов в слое 0-20 см показало, что их содержание значительно ниже ПДК (табл. 4). При этом, следует отметить, что отмечается некоторая тенденция к накоплению свинца на удобренных фонах дерново-слабоподзолистой и черноземной почвах. При этом одновременно наблюдалось некоторое снижение содержания подвижной меди.

Таблица 3 Содержание валовых форм микроэлементов и серы в слое почвы 0-20 см, мг/кг

Таблица 4 Содержание подвижных форм тяжелых металлов в слое почвы 0-20 см, мг/кг

Агрохимические свойства метрового слоя почв. Наблюдение показали, что на всех реперных участках, вне зависимости от их расположения, по мере углубления до метрового слоя выявляется общепринятая закономерность: содержание гумуса и основных элементов питания снижается, обнаруживается незначительное подкисление, вместе с тем содержание обменного кальция и магния имеет тенденцию к увеличению (табл. 5). Так, в метровом слое дерново-слабоподзолистой почвы в северной природно-сельскохозяйственной зоне возросло содержание гумуса в пахотном и подпахотном горизонтах, что, прежде всего, связано с миграцией фульвокислот. Повысилось содержание подвижного фосфора, однако снизилось количество обменного калия. Реакция среды сместилась в сторону нейтральной. Объясняется это, прежде всего тем, что на данном участке вносились органические и фосфорные удобрения, производили известкование. Об этом свидетельствует снижение уровня гидролитической кислотности.

В темно-серых лесных почвах центральной природно-сельскохозяйственной зоны (Вурнарский район), наоборот, отмечена стабилизация в содержании гумуса, и некоторое снижение запасов основных элементов питания. Проявляется усиление кислотности почв, что свидетельствует об отсутствии известкования за 2000-2008 гг.

На выщелоченных супесчаных черноземах южной природно-сельскохозяйственной зоны (Батыревский район) также обнаруживается самое низкое среди изучаемых почв содержание гумуса и обменного калия. Практически не изменилось содержание подвижного фосфора. Обменная кислотность в нижних слоях почвы сместилась в нейтральную сторону, гидролитическая кислотность при этом практически не изменилась.

Таблица 5 Агрохимическая характеристика метрового слоя почв реперных участков

Содержание микроэлементов и тяжелых металлов в слое 0-100 см реперных участков. Анализ данных, приведенные в табл. 6 показал, что по всем горизонтам изучаемых почв исходное содержание (2000 г.) подвижных форм серы и бора, валовых форм кадмия, никеля, цинка и меди заметно отличается, поскольку изучаемые почвы сформировались на различных материнских породах. Для серы, бора и кадмия характерна общая закономерность: по мере углубления почвенного профиля, их количество, как правило, снижается, тогда как содержание валовых форм никеля, цинка и меди, наоборот, имеет тенденцию к увеличению.

Таблица 6 Содержание микроэлементов и тяжелых металлов в почве реперных участков

За период наблюдений на данных почвах к 2008 году обнаружились следующие изменения.

В пахотном слое дерново-слабоподзолистой почвы содержание серы, бора, цинка снизилось, а в нижележащих горизонтах их количество возросло. Валовые запасы кадмия, никеля и меди в нижележащих горизонтах также увеличились по сравнению с исходным состоянием.

В темно-серых лесных почвах в пахотном слое незначительно сократилось содержание серы, бора и кадмия, а количество никеля, цинка и меди возросло. Особенно заметно повышение в нижележащих горизонтах содержания цинка и меди.

В пахотном слое чернозема выщелоченного супесчаного содержание серы и бора осталось практически на исходном уровне, кадмия - снизилось, а количество никеля, цинка и меди возросло. Выявилось увеличение содержания никеля, цинка и меди в нижележащих горизонтах.

Изменения содержания подвижных форм серы, бора, валовых форм тяжелых металлов как в пахотном, так и в нижележащих горизонтах определяются свойствами материнских пород, гидрологическими условиями территории, а также видовым составом возделываемых сельскохозяйственных культур и их урожайности.

Весьма показательным и положительным является то, что содержание всех изучаемых микроэлементов и тяжелых металлов, как в пахотном слое, так и в нижележащих горизонтах рассматриваемых почв, расположенных в разных почвенно-климатических условиях Чувашской Республики находится в пределах допустимых концентраций.

Баланс гумуса питательных веществ. Результаты расчетов представлены в табл. 7. Расходную часть определяли с учетом сложившейся структуры посевов по выносу элементов питания с урожаем (гумус - по выносу азота), полученным в 2008 г в указанных районах, потерями от эрозии, вымывания и денитрификации (азот). Приходная часть включала поступление элементов питания с удобрениями (органическими и минеральными), пожнивно-корневыми остатками и за счет симбиотической и несимбиотической азотфиксации.

Установлено, что самый высокий дефицит гумуса имеет место на черноземах южной зоны (545 кг/га в год), минимальный - на дерново-слабоподзолистых почвах Чебоксарского района (175 кг/га в год). Дефицитный баланс сложился также по всем трем элементам питания. Исключение составил баланс азота по Чебоксарскому району.

Расчеты показывают, а результаты агрохимических анализов (табл. 2) подтверждают необходимость первоочередного внесения удобрений на выщелоченных черноземах южной зоны.

Таблица 7 Баланс гумуса и питательных веществ за 2008 год

Влияние удобрений на урожай сельскохозяйственных культур. На полях, где расположены реперные участки, в среднем за 2004-2007 гг. прибавки урожая на дерново-слабоподзолистых почвах от внесения N40P30K20 составили: у ячменя - 6,3 ц/га, яровой пшеницы - 4,6 ц/га, озимой пшеницы - 8,4 ц/га. На темно-серых лесных почвах прибавки урожая N30P20K15 составили по этим же культурам соответственно 5,3; 5,8; 6,2 ц/га, а на черноземах выщелоченных супесчаных от применения N60P50K40 - 4,2; 5,0; 4,6 ц/га.

Биоэнергетическая и экономическая эффективность применения минеральных удобрений. Расчёт биоэнергетической эффективности применения удобрений показывает, что на единицу энергетических затрат в СХПК им. Свердлова Чебоксарского района (северная зона) получено 2,54, в СХПК «Новый путь» Вурнарского района (центральная зона) - 2,1, а в СХПК «Красное Знамя» Батыревского района (южная зона) 1,17 единиц энергии, содержащейся в прибавке урожая от минеральных удобрений.

Расчёт экономической эффективности применения удобрений при возделывании зерновых культур показал, что в зависимости от плодородия почвы прибавки урожая от применения минеральных удобрений изменяются. Самыми высокими они были на дерново-слабоподзолистых почвах, где уровень рентабельности составил в среднем 85,8, серых лесных почвах- 87,9, на чернозёмах выщелоченных - 74,8 %.

Выводы

1. Систематическое внесение минеральных удобрений (N24Р15 на 1 га севооборотной площади) на дерново-слабоподзолистых почвах Чувашии снизило содержание гумуса в слое 0-20 см за период с 2000 до 2008 г. на 0,08%. Без внесения удобрений потери составили 0,07%. Обменная кислотность и запасы доступных для растений питательных веществ практически не изменилась.

2. На темно-серых лесных почвах внесение на 1 га севооборотной площади 4,2 т навоза и N55P31K15 привело к повышению содержания гумуса за 2000-2008 г. на 0,17%, а на неудобренном фоне произошло снижение на 0,07%. При этом в пахотном слое удобренной почвы увеличилось содержание доступного фосфора и наметилась тенденция снижения обменной кислотности..

3. Внесение N33P20K10 на 1 га севооборотной площади на черноземах выщелоченных супесчаных способствовало увеличению содержания гумуса на 0,1%, а в неудобренной почве - снижению на 0,06%. Запасы доступных форм питательных веществ и показатель обменной кислотности при этом практически не изменились.

4. Содержание валовых форм микроэлементов и серы незначительно различалось по изучаемым типам почв. Каких-либо изменений в их содержании по разноудобренным фонам обнаружить не удалось. Дерново-слабоподзолистые почвы (по сравнению с темно-серой лесной и выщелоченным черноземом) отличались повышенным содержанием бора, меди и марганца.

5. Подвижных форм тяжелых металлов (медь, цинк, кадмий, свинец, хром) во всех изучаемых типах почв находилось значительно ниже (в 10-20 раз) предельно допустимых концентраций (ПДК). Отмечено снижение под влиянием удобрений содержания меди и цинка в пахотном слое дерново-слабоподзолистых почв и черноземов выщелоченных. В этих же почвах отмечено незначительное повышение свинца в почве удобренных фонов.

6. Анализ метрового слоя изучаемых почв показал, что идет накопление органического вещества в подпахотных слоях, обусловленное миграцией фульвокислот. Содержание доступных форм фосфора и калия при этом резко снижается. Во всех трех типах почв с глубиной уменьшается накопление валовых форм кадмия и повышается концентрация никеля.

7. На основных типах почв Чувашии баланс гумуса и питательных веществ складывается дефицитным. Самый высокий дефицит гумуса (545 кг/га в год) отмечен на черноземе выщелоченном супесчаном. На дерново-слабоподзолистой почве он составляет 302 кг/га в год, на темно-серых лесных почвах - 175 кг/га. Максимальный дефицит баланса азота, фосфора и калия также отмечен на супесчаных черноземных почвах южной зоны Чувашии.

8. Внесение минеральных удобрений N40P30K20 на дерново-слабоподзолистых почвах позволили получить прибавку урожая в среднем за 2004-2007 гг.: ячменя - 6,3 ц/га, яровой пшеницы - 4,6 ц/га, озимой пшеницы - 8,4 ц/га. Уровень рентабельности (с учетом республиканской дотации на покупку удобрений) составил в целом по зерновым культурам 85,8%.

9. На темно-серых лесных почвах внесение N30P20K15 в среднем за 2004-2007 гг. повысило урожай зерна ячменя на 5,3 ц/га, яровой пшеницы - 5,8 ц/га, озимой пшеницы - 6,2 ц/га при среднем уровне рентабельности 87,9%.

10. На черноземах выщелоченных супесчаных, имеющих низкое эффективное плодородие, внесение в 2004-2007 гг. N60P50K40 увеличило сбор зерна ячменя на 4,2 ц/га, яровой пшеницы - 5,0 ц/га, озимой пшеницы - 4,6 ц/га. Уровень рентабельности от применения минеральных удобрений на зерновых культурах составил 74,8%.

Рекомендации производству

Для получения урожаев зерна ячменя 25 ц/га, яровой пшеницы 26 ц/га и озимой пшеницы 28 ц/га предлагаем:

- на дерново-слабоподзолистых почвах Чувашской Республики вносить N40P30K20;

- на темно-серых лесных почвах - N30P20K15;

- на черноземах выщелоченных супесчаных - N60P50K40.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ

1. Игнатьев М.В. Динамика агрохимических показателей в почвах реперных участков /М.В. Игнатьев// Журнал «Аграрная наука», №9, 2009.- с. 8-10.

2. Игнатьев М.В. Динамика содержания микроэлементов и тяжёлых металлов в почвах Чувашской Республики/М.В. Игнатьев// Журнал «Агрохимический вестник», №4 2009.- с. 22-23.

Публикации в сборниках и материалах конференций

3. Игнатьев М.В. Динамика агрохимических показателей пахотного горизонта почв реперных участков в Чувашской Республике/М.В. Игнатьев// Молодёжь и инновации ХХI века: Материалы V Всеросс. научн. Конференции молодых учёных, аспирантов и студентов. - Чебоксары: ООО «Полиграф», 2009.- с. 216-218.

4. Игнатьев М.В. Урожайность и качественные показатели сельскохозяйственных культур на реперных участках в условиях Чувашской Республике/М.В. Игнатьев// Молодёжь и инновации ХХI века: Материалы V Всеросс. научн. Конференции молодых учёных, аспирантов и студентов. - Чебоксары: ООО «Полиграф», 2009.- с. 218-220.

5. Игнатьев М.В. Экономическая эффективность применения минеральных удобрений при возделывании ярового ячменя/М.В. Игнатьев, Л.Н. Михайлов// Журнал «Агро Инновации», Чебоксары, типография NN Press, №3 2009.- с. 12.

6. Игнатьев М.В. Энергетическая эффективность применения минеральных удобрений при возделывании ярового ячменя/М.В. Игнатьев, Л.Н. Михайлов// Журнал «Агро Инновации», Чебоксары, типография NN Press, №3 2009.- с. 13.

Размещено на Allbest.ru