Гумус черноземов обыкновенных при внесении удобрений и эффективность возделываемых сельскохозяйственных культур

174

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Новочеркасский инженерно-мелиоративный институт имени А. К. Кортунова

Донского государственного аграрного университета

Гумус черноземов обыкновенных при внесении удобрений и эффективность возделываемых сельскохозяйственных культур

А. А. Новиков

Цель работы - изучение влияния длительного (более 10 лет) внесения органических и минеральных удобрений на содержание гумуса, его фракционно-групповой состав в черноземе обыкновенном и урожайность культур зернопаропропашного севооборота. Исследования проводились в Донском зональном научно-исследовательском институте сельского хозяйства. Для решения поставленной задачи проведено исследование состояния гумуса по следующим показателям: общий гумус и его фракционно-групповой состав, баланс углерода, определена урожайность культур десятипольного зерно-паро-пропашного севооборота под влиянием органических и минеральных удобрений в дозах 7,0 т навоза + N43Р30К24 на 1 га (вариант 2) и 11,2 т навоза + N64Р42К42 (вариант 3). За период ротации севооборота потеря гумуса (С) в неудобряемой почве составила 0,05 %. Расширилось соотношение гуминовых и фульвокислот (от 2,0 к 2,1), уменьшилась степень гумификации органического вещества от 41 до 40 %. Повысилось количество нерастворимого остатка с 0,91 до 0,94 %. Доля фракций гуминовых кислот значимых изменений не имела, содержание фульвокислот и в их составе 1а, 1 и 3-й фракции снизились, 2-й - повысилась. Доза 7 т навоза + N43Р30К24 увеличивала содержание углерода на 0,03 %. Соотношение гуминовых и фульвокислот возросло до 2,1, степень гумификации - до 42 %. Повышенная система увеличила содержание углерода на 0,09 %, в том числе гуминовых кислот - на 0,10 % за счет 2-й фракции; фульвокислот - на 0,03 %. Соотношение гуминовых и фульвокислот стало 2,2, степень гумификации - 44 %. Незначительно снизилось количество нерастворимого остатка. Урожайность культур изменялась в зависимости от их биологических особенностей, доз и систем удобрения. На естественном фоне баланс углерода под всеми культурами отрицательный, за исключением озимой ржи (+96 кг/га). Положительного баланса углерода средняя система удобрения не давала, повышенная приближала баланс к бездефицитному. Наибольший энергетический доход - 1105 ГДж/га в варианте с повышенными дозами удобрений.

Ключевые слова: экологическое состояние, гумус, минеральные, органические удобрения, баланс гумуса, гуминовые кислоты, фульвокислоты, урожайность сельскохозяйственных культур, биоэнергетическая эффективность.

A. A. Novikov сельскохозяйственный удобрение гумус урожайность

Novocherkassk Engineering and Land Reclamation Institute of Don State Agrarian University, Novocherkassk, Russian Federation

ORDINARY CHERNOZEMS HUMUS BY FERTILIZATION AND CULTIVATED AGRICULTURAL CROPS EFFICIENCY

The purpose of paper is to study the effect of long-term (more than 10 years) application of organic and mineral fertilizers on humus content, its fraction-group composition in ordinary chernozem, and crops productivity of grain-fallow row crops rotation. The research was carried out in the Don Zonal Research Institute of Agriculture. To solve the given problem, the humus content was analyzed by the following parameters: total humus and its fraction-group composition, carbon balance, crop yields of ten-field grain-fallow row crops rotation under the influence of organic and mineral fertilizers in doses of 7.0 tons of manure N43P30K24 on 1 ha (option 2) and 11.2 tons of manure + N64P42K42 (option 3) were determined. During the crop rotation period, the loss of humus (C) in unfavorable soil was 0.05 %. The ratio of humic and fulvic acid (from 2.0 to 2.1) has widened, the degree of organic matter humification has decreased from 41 to 40 %. The amount of insoluble residue increased from 0.91 to 0.94 %. The fraction of humic acid had no significant changes, the fulvic acids content and the 1a, 1, and 3 fractions of their composition decreased, the second fraction increased. The dose of 7 tons of manure + N43P30K24 increased the carbon content by 0.03 %. The ratio of humic and fulvic acid has increased to 2.1, the degree of humification has risen up to 42 %. The improved system increased the carbon content by 0.09 %, including humic acids - by 0.10 % due to the 2nd fraction; fulvic acids - by 0.03 %. The ratio of humic and fulvic acid became 2.2, the degree of humification became 44 %. The amount of insoluble residue decreased insignificantly. Crop yields varied depending on their biological characteristics, doses and fertilizer systems. On a natural background, the carbon balance under all crops is negative, with the exception of winter rye (+96 kg/ha). The average fertilizer system did not give positive carbon balance, the improved one brought the balance to the deficit-free. The largest energy income is 1105 GJ/ha in the variant with the increased doses of fertilizers.

Keywords: ecological state, humus, mineral, organic fertilizers, humus balance, humic acids, fulvic acids, crop yields, bioenergetic efficiency.

Сложная и многоплановая проблема экологического равновесия, восполнения гумуса и питательных веществ в почве отчуждаемых с урожаями сельскохозяйственных культур, теряемых в результате эрозионных и других антропогенных нагрузок, может быть успешно решена на основании комплекса мер, среди которых одно из важнейших значений имеют удобрения [1-4].

Наиболее действенным приемом сохранения и повышения запасов гумуса служат органические удобрения. При этом уровень гумусонакопления зависит, прежде всего, от их доз [5].

Многолетние опыты показывают, что при длительном внесении удобрений качественно изменяется гумусное состояние черноземов [6, 7]. Органические и органо-минеральные удобрения заметно увеличивают содержание гумуса и улучшают его фракционно-групповой состав, одностороннее же применение минеральных удобрений чаще повышает только содержание фульвокислот в связи с физиологической кислотностью этих удобрений.

Гумусное состояние почв агроценозов во многом определяется характером и интенсивностью антропогенного воздействия, минерализация и, как следствие, снижение содержания гумуса могут существенно замедляться или ускоряться в зависимости от культур, возделываемых в севообороте.

Посевы многолетних бобовых трав повышают запасы гумуса в черноземах, в то же время интенсивное использование с большой долей пропашных культур в севооборотах, особенно парование, усиливает процесс дегумификации [6].

Повышение плодородия почвы, в том числе содержания гумуса, и улучшение его качественного состава вызывает адекватную реакцию сельскохозяйственных культур. Поэтому повышение плодородия почв и устойчивости сельскохозяйственного производства остается главной задачей поддержания бездефицитного или создания положительного баланса гумуса. Большая роль в этом вопросе принадлежит экологически безопасной системе удобрения, оптимизации структуры посевных площадей, обеспечивающих восполнение запасов гумуса за счет постоянно возобновляемых источников органического вещества.

Материалы и методы. Исследования проводились в стационаре Донского ЗНИИСХ. Почва - чернозем обыкновенный среднемощный легкоглинистый. Изменение гумусного состояния чернозема обыкновенного на естественном фоне без удобрения и при их длительном внесении изучалось нами в зерно-паро-пропашном севообороте: чистый пар, озимая пшеница, озимая рожь, кукуруза на зерно, яровой ячмень, горох, озимая пшеница, кукуруза на силос, озимая пшеница, подсолнечник. Система удобрения: 1 вариант - контроль (без удобрений); 2 вариант - 7,0 т навоза + N43Р30К24 в среднем на 1 га севооборотного участка; 3 вариант - 11,2 т навоза + N64Р42К42 на 1 га севооборотного участка. Климат территории характеризуется долгим летом и относительно холодной зимой. Агротехника общепринятая для зоны.

Для решения поставленной задачи закладывали почвенные разрезы, отбирали почву для проведения исследований по следующим показателям:

- общий гумус (определяли по ГОСТ 26213-91);

- фракционно-групповой состав гумуса (по методу И. В. Тюрина в модификации В. В. Пономаревой и Т. А. Плотниковой) [8].

Баланс углерода в изучаемом севообороте стационара рассчитывали по методу, предложенному А. М. Лыковым [9].

Уборку урожая зерновых и зернобобовых проводили комбайном Сампо-500, пропашных - вручную. Повторность опыта четырехкратная.

Биоэнергетическую эффективность рассчитывали по методике, предложенной В. М. Володиным, Р. Ф. Ереминой, А. Е. Федорченко, А. А. Ермаковой, с поправкой на утрату или прибавку гумуса в почве до исходного состояния [10].

Результаты и обсуждения. В стационарном опыте по изучению эффективности систематического внесения удобрений в десятипольном севообороте в пахотном слое исходной почвы содержалось 2,34 % углерода, 0,96 % гуминовых кислот, 0,47 % фульвокислот, нерастворимого остатка - 0,91 % (таблица 1). Тип гумуса - гуматный.

Таблица 1 - Фракционно-групповой состав гумуса в слое 0-30 см чернозема обыкновенного

За период ротации севооборота потеря гумуса (С) в неудобряемой почве составила 0,05 %, что равносильно утрате 69 ГДж/га.

Незначительно расширилось отношение Сгк : Сфк (от 2,0 до 2,1), и уменьшилась степень гумификации органического вещества (от 41 до 40 %). Несколько повысилось количество нерастворимого остатка (от 0,91 до 0,94 %). Доля фракций гуминовых кислот значительных изменений не имела, доля фульвокислот и в их составе 1а, 1 и 3-й фракции снизились, 2-й - повысилась.

Применение 7,0 т навоза + N43Р30К24 минеральных удобрений увеличивало содержание углерода на 0,03 % в результате такого же роста гуминовых кислот, то есть обеспечило возможность формирования урожайности культурных растений не только за счет почвенных запасов, но и вносимых элементов питания. Количество фульвокислот и нерастворимого остатка сохранялось на уровне исходного.

Отношение Сгк : Сфк возросло до 2,1, степень гумификации - до 42 % (количество гумифицированного материала в составе органического вещества характеризуется как очень высокое). Доля этих фракций в составе органического вещества практически не изменилась. Запас энергии в органическом веществе (С) несколько превысил исходный.

Более результативной в отношении запасов гумуса была повышенная система удобрения (вариант 2) - 11,2 т навоза + N64Р42К42 на 1 га площади севооборота, применение которой увеличило содержание углерода на 0,09 %, в том числе гуминовых кислот на 0,10 % за счет 2-й фракции; фульвокислот - на 0,03 %. Отношение Сгк : Сфк стало 2,2, степень гумификации - 44 %. В пределах ошибки опыта снизилось количество нерастворимого остатка. Количество энергии, заключенной в гумусе, возросло до 3360 ГДж/га.

Исследованиями установлено, что урожайность сельскохозяйственных культур изменялась в зависимости от их биологических особенностей, доз и систем удобрения. На естественном фоне она колебалась в пределах от 4,94 т зерновых ед./га (озимая пшеница по чистому пару) и 4,19 т/га (кукуруза на силос) до 4,22 т/га (озимая пшеница по гороху) (таблица 2).

Таблица 2 - Баланс углерода и урожайность сельскохозяйственных культур в зерно-паро-пропашном севообороте при длительном внесении удобрений

Урожайность озимой пшеницы по кукурузе, ярового ячменя, подсолнечника оказалась минимальной - 3,31-3,35 т зерновых ед./га. Продуктивность севооборота в среднем составила 3,44 т зерновых ед./га.

Среди культур севооборота наибольшую отзывчивость на удобрения проявляла озимая пшеница, возделываемая после кукурузы, и озимая рожь. Прибавки от применения средних доз удобрений (7,0 т навоза + N43P30К24 на 1 га севооборотной площади) достигали 29-46 % к контролю, повышенных (11,2 т навоза + N64P42К42) - 46-52 %.

Прибавки урожайности при посеве кукурузы на силос составили соответственно по вариантам 16 и 29 %, гороха - 15 и 31 %, меньше они у подсолнечника - 15 и 27 %, выращиваемой по гороху озимой пшеницы - 17 и 26 %, озимой пшеницы по чистому пару - 14 и 24 %, возделываемой на зерно кукурузы - 11 и 18 %. Прибавка урожайности ярового ячменя от последействия средней дозы составила 20 %, повышенной - 37 %.

Продуктивность севооборота в среднем за 10 лет от внесения 7,0 т навоза + N43Р30К24 (вариант 2) равнялась 4,05 т зерновых ед./га (или 18 %) к контролю, от 11,2 т навоза + N64Р42К42 (вариант 3) - 4,51 т зерновых ед./га (или 31 %).

Таким образом, разница в продуктивности сельскохозяйственных культур севооборота при внесении повышенных доз удобрений (вариант 3) на 0,46 т зерновых ед./га больше, чем средних (вариант 2).

На естественном фоне баланс углерода оказался отрицательным под всеми культурами, за исключением озимой ржи, вследствие сравнительно невысокой урожайности, соответственно, небольшого выноса азота этой культурой и достаточно высокого количества растительной массы предшественника - озимой пшеницы по чистому пару.

Максимальный дефицит углерода наблюдался на поле, на котором возделывалась озимая пшеница по чистому пару (-1285 кг/га), имевшая высокую урожайность и вынос. Кроме того, здесь отсутствовало поступление азота растительных остатков в чистом паре.

Достаточно высокий и одинаковый недостаток углерода отмечен на поле чистого пара (-817 кг/га) и при возделывании кукурузы на зерно

(-770 кг/га). В почве пара дефицит связан с усиленной минерализацией почвенных запасов углерода при интенсивной обработке, повышенном доступе кислорода и усилении окислительных процессов, под кукурузой на зерно - со сравнительно высоким выносом азота, интенсивными междурядными обработками, способствующими минерализации почвенного углерода. В среднем по севообороту дефицит углерода составил 493 кг/га.

Внесение удобрений в средних - 2 вариант (7,0 т навоза + N43P30К24) и повышенных - 3 вариант (11,2 т навоза + N64Р42К42) - дозах, как отмечалось ранее, увеличивало продуктивность севооборота: в первом случае на 18 %, во втором - на 31 %. На некоторых полях севооборота (озимая пшеница, возделываемая по чистому пару, горох, яровой ячмень, подсолнечник) в вариантах с внесением удобрений по сравнению с естественным фоном даже возрастала минерализация углерода и дефицит его повышался.

При внесении удобрений в средних дозах (вариант 2) минерализация углерода в севообороте составила 718 кг, новообразование - 558 кг. Положительного баланса углерода этот вариант не давал, сокращая его дефицит на 1 га соответственно от 493 кг при контроле до 160 кг.

Положительный баланс углерода при внесении этих доз удобрений получен на полях кукурузы на силос (1612 кг/га), чистого пара (454 кг/га), ржи (108 кг/га). Минимальным недостаток углерода оказался на поле озимой пшеницы после кукурузы (-173 кг/га).

Минерализация углерода в варианте с повышенной дозой удобрений (вариант 3) возрастала на 9 % в сравнении со средней дозой (вариант 2) и составила 783 кг/га, новообразование увеличилось на 31 % (до 732 кг/га). Эта система приближала баланс (С) к бездефицитному - (- 51 кг/га), в пересчете на гумус - (-87,9 кг).

По полям севооборота баланс углерода складывался по-разному. Максимально бездефицитным (1884 кг/га) он был на поле кукурузы, возделываемой на силос, за счет внесения удобрений. Положительным баланс (С) оказался также в чистом паре (765 кг/га), при возделывании кукурузы на зерно (268 кг/га), озимой ржи (134 кг/га) и озимой пшеницы, идущей по кукурузе на силос (40 кг/га).

На поле, на котором выращивалась озимая пшеница по чистому пару, в сравнении с естественным фоном дефицит углерода возрастал в 1,3 раза. Отрицательным он был также при выращивании озимой пшеницы по гороху (-621 кг/га), гороха (-560 кг/га), ярового ячменя (-401 кг/га), подсолнечника (-381 кг/га).

Вышеприведенные расчетные материалы баланса углерода в почве отражают изменения его содержания в севообороте на естественном фоне и при внесении удобрений. При переводе величин этих показателей из кг/га в проценты и сравнение их с данными анализа содержания углерода в почве установлено, что баланс (С) составил на контроле без удобрения по расчету (-0,14 %), по анализам - (-0,05 %); при внесении 7,0 т навоза + N43Р30К24 на 1 га севооборотной площади - соответственно (-0,05) и +(0,03 %), внесении 11,2 т навоза + N64Р42К42 - (-) 0,02 и + 0,09 %.

За 10 лет в контрольном варианте урожаем культур было аккумулировано 988 ГДж/га энергии (таблица 3).

Внесение удобрений повышало количество энергии в урожае во втором варианте (70 т навоза + N430Р300К240 за всю ротацию севооборота) на 20 % и на третьем варианте (112 т навоза + N640Р420К420 за всю ротацию севооборота) - на 36 %.

Энергозатраты на возделывание сельскохозяйственных культур, определенные по технологическим картам, оказались, естественно, максимальными при внесении повышенных доз удобрений, затраты энергии гумуса почвы - в контрольном варианте [10].

Таблица 3 - Биоэнергетическая эффективность возделывания сельскохозяйственных культур за 10 лет В ГДж/га

Применение удобрений сохраняло его запасы в почве, сокращая энергетические потери в варианте со средними дозами (вариант 2) на 14 %, повышенными (вариант 3) - на одну треть. Энергетический доход более высокий в варианте с повышенными дозами удобрений (вариант 3).

Коэффициент биоэнергетической эффективности возделывания культур без учета потерь гумуса в почве оказался наибольшим на контрольном варианте без удобрения (5,3), меньшим - (4,1) на втором (70 т навоза + N430Р300К150 за 10 лет). На третьем варианте (112 т навоза + N640Р420К420) этот коэффициент снижался до 3,7.

При учете изменения запасов гумуса в почве коэффициент энергетической эффективности при контроле без удобрения снижался до 3,9, при внесении удобрений в средних дозах (вариант 2) увеличивался до 4,8, в повышенных (вариант 3) - до 5,6.

Выводы

1 Систематическое внесение 7,0 т навоза + N43Р30К24 минеральных удобрений в среднем за 10 лет на 1 га площади зерно-паро-пропашного севооборота обеспечивает поддержание экологического равновесия гумуса на исходном уровне. Баланс гумуса, близкий к положительному, при росте содержания гуминовых кислот и снижении нерастворимого остатка получен в севообороте от внесения 11,2 т навоза + N64Р42К42. На естественном фоне доля гумуса уменьшается, качественный состав его ухудшается.

2 Продуктивность зерно-паро-пропашного севооборота от внесения в среднем на 1 га за 10 лет 7,0 т навоза + N43Р30К24 равнялась 4,05 т зерновых ед./га (или 18 %) к контролю, от 11,2 т навоза + N64Р42К42 - 4,51 т зерновых ед./га (или 31 %).

3 Биоэнергетическая эффективность возделывания сельскохозяйственных культур при сохранении запасов гумуса в почве выше при внесении удобрений (1105 ГДж/га), чем без их применения (733 ГДж/га). Без учета почвенного плодородия удобрения, хотя и дают энергетический доход, но снижают коэффициент энергетической эффективности (соответственно 3,7-5,3).

Список использованных источников

1 Кирюшин, В. И. Экологизация земледелия и технологическая политика / В. И. Кирюшин. - М.: МСХА, 2000. - 473 с.

2 Мязин, Н. Г. Влияние систематического применения удобрений и мелиорантов на гумусное состояние чернозема выщелоченного / Н. Г. Мязин, Т. М. Парахневич // Агрохимия. - 2000. - № 9. - С. 11-18.

3 Продуктивность зернопаропропашного севооборота и плодородие обыкновенного чернозема в зависимости от систематического внесения органических и минеральных удобрений / И. М. Шапошникова [и др.] // Агрохимия. - 1990. - № 12. - С. 11-23.

4 Эффективность систематического внесения органических и органо-минеральных удобрений в севооборотах / И. М. Шапошникова, А. И. Гармашев, А. В. Лабынцев, В. И. Медведева // Агрохимия. - 1997. - № 2. - С. 41-46.

5 Безуглова, О. С. Гумусное состояние почв юга России / О. С. Безуглова. -

Ростов н/Д.: СКНЦ ВШ, 2001. - 228 с.

6 Новиков, А. А. Гумусное состояние почв в севооборотах различной конструкции на черноземах обыкновенных / А. А. Новиков // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета [Электронный ресурс]. - 2012. - № 78(04). - С. 555-564. - Режим доступа: http:elibrary.ru/

item.asp?id=17714655. - Шифр Информрегистра 0420900012.

7 Шапошникова, И. М. Плодородие черноземов Юга России / И. М. Шапошникова. - Ростов н/Д., 2004. - 231 с.

8 Практикум по агрохимии / В. Г. Сычев [и др.]; под ред. В. Г. Минеева. - М.: МГУ, 2001. - 688 с.

9 Лыков, А. М. К методике расчетного определения гумусного баланса почвы в интенсивном земледелии / А. М. Лыков // Известия ТСХА. -1979. - № 6. - С. 14-19.

10 Методика ресурсно-экологической оценки эффективности земледелия на биоэнергетической основе / В. М. Володин, Р. Ф. Еремина, А. Е. Федорченко, А. А. Ермакова. - Курск: ЮМЭКС, 1999. - 48 с.

Размещено на Allbest.ru