Содержание к диссертации
Введение
1. Влияние антропогенной нагрузки на показатели плодородия черноземов и продуктивность сельскохозяйственных культур (обзор литературы) 17
111. Изменение плодородия черноземных почв под влиянием длительного применения удобрений. 17
1.2. Влияние органических и минеральных удобрений при длительном их применении на содержание гумуса в почвах и продуктивность сельскохозяйственных культур. 24
1.3. Агроэкологические проблемы управления плодородием- почв в ландшафтном земледелии 33
1.4. Влияние различных компонентов системы земледелия: на плодородие почвы. 42
1.4.1. Значение севооборотов в земледелии. 43
1.4.2. Основная обработка; почвы как фактор воздействия на показатели плодородия почвы. 47
2. Почвенно-климатические условия, объекты и методика проведения исследований 53
2.1. Почвенно-климатические условия проведения исследований 53
2.2. Объекты исследований. 59
2.3. Методы полевых и лабораторных исследований. 62
3 Полигонный агроэкологический мониторинг 64
3.1. Влияние типов севооборотов, способов основной обработки почвы и уровня удооренности на режим минерального питания чернозема типичного 64
3.1.1. Динамика содержания минерального азота в почве под сельскохозяйственными культурами за две ротации экспериментальных севооборотов 64
3.1.2. Фосфатный режим минерального питания чернозема типичного ЦЧЗ в зависимости от интенсивности его использования 97
3.1.3. Динамика содержания обменного калия в черноземе типичном в зависимости от способов основной обработки почвы и уровня удобренности за две ротации экспериментальных севооборотов. 131
3.2. Изменение физических, физико-химических, агрохимических и биологических свойств чернозема типичного под влиянием антропогенной нагрузки 151
3.2.1. Агрегатный состав почвы. 151
3.2.2. Биологическая активность чернозема типичного. 154
3.2.3. Реакция почвенной среды чернозема типичного 161
3.2.4. Объемная масса почвы. 170
3.2.5. Изменение содержания гумуса за две ротации экспериментальных севооборотов 174-
3.3. Баланс элементов питания в-почве в зависимости от технологии возделывания сельскохозяйственных культур 178
3.3.1. Баланс азота 178
3.3.2. Баланс фосфора. 184
3.3.3. Баланс калия. 187
3.4. Продуктивность и энергетическая эффективность экспериментальных севооборотов 194
3.4.1. Продуктивность севооборотов 194
3.4.2. Энергетическая эффективность внесения удобрений. 202
4. Локальный мониторинг 210
5. Сплошной мониторинг земель сельскохозяйственного назначения. 227
5.1. Оценка состояния почвенного плодородия по наблюдениям и учетам на реперных точках Государственных сортоиспытательных участков Белгородской области 227
5.2. Мониторинг плодородия почв по маршрутным точкам почвенной экспедиции В.В. Докучаева 245
Основные выводы 259
- Влияние органических и минеральных удобрений при длительном их применении на содержание гумуса в почвах и продуктивность сельскохозяйственных культур.
- Влияние различных компонентов системы земледелия: на плодородие почвы.
- Изменение физических, физико-химических, агрохимических и биологических свойств чернозема типичного под влиянием антропогенной нагрузки
- Мониторинг плодородия почв по маршрутным точкам почвенной экспедиции В.В. Докучаева
Введение к работе
Нынешний кризис в аграрном секторе экономики обостряется и переплетается с кризисом экологическим, который в концентрированном виде выражен разрушением почвенного покрова, падением плодородия почв. Современное состояние сельского хозяйства диктует необходимость изменения существующей до настоящего времени концепции использования агороландшафта. В условиях разнообразных форм собственности, резкого снижения объемов применения органических и минеральных удобрений, снижения уровня продуктивности пашни и сельскохозяйственных угодий необходимо сделать акценты на усиление механизмов саморегуляции в агроланшафте. Обязательным условие должна быть максимальная адаптация сельскохозяйственных культур с оптимизированными технологиями их возделывания и системами удобрений при непременном мониторинге показателей почвенного плодородия.
За последние десятилетия аграрная сфера производства России переживает тяжелый системный кризис. По многим базовым отраслям сельское хозяйство страны отброшено на 25-30 лет. Капитальные вложения на развитие сельского хозяйства за этот период сократились в 20 раз, объем внесения минеральных удобрений- в 7 раз, органических удобрений- в 5,5 раза, площади известкования кислых почв снизились в 9 раз, фосфорирования- в 11,5 раза (Статистические материалы и результаты исследований развития АПК России, М., РАСХН, 1998).
В 1990-е годы в России в результате разрушения государственной системы управления воспроизводством плодородия почвы кризис почвенных ресурсов принял всеобщий характер. Различными формами деградации почв оказалось подвержено около 230 млн. га земли, при этом сельскохозяйственные земли деградировали на 48 % площади, пастбища и сенокосы- на 25 %. Из сельскохозяйственного оборота за последние 10 лет
6 выбыло более 30 млн. га земли и процесс этот продолжается (Апарин, 2001).
Нарушение севооборотов, мелиоративных и почвозащитных систем земледелия, противоэрозионной организации территории, примитивная агротехника, монокультура, низкий уровень производственной культуры на земле, отсутствие современных технологий и средств производства, развитие деградации земель являются следствием неуправляемого землепользования, брошенного на произвол рыночной экономики.
В сложившихся условиях выход из кризиса возможен лишь на пути адаптивной интенсификации агропромышленного производства, экологизации хозяйственной деятельности в рамках новой экологической политики. Это требует решения принципиально новых задач в области фундаментальных и прикладных исследований.
На сегодня экологический фактор в решении земельной проблемы выходит на первый план наряду с экономическими вопросами. Главная задача экологизации земледелия заключается в размещении культур и дифференциации технологий их возделывания в соответствии с экологическими условиями вне зависимости от форм хозяйствования и прав собственности на землю.
Экологизации современного земледелия во многом способствует принятие нового федерального закона «Об охране окружающей среды», создание Государственной экологической инспекции, в функции которой включены задачи по рациональному использованию природных (в т.ч. и земельных) ресурсов.
Важная роль в организации контроля за состоянием окружающей природной среды принадлежит экологическому мониторингу, призванному осуществлять систематические наблюдения за изменяющимися показателями окружающей природной среды, давать оценку состояния и прогнозировать характер изменений; в зависимости от напряженности антропогенных и природных факторов. Агроэкологический
мониторинг, являющийся важной составляющей частью Единой Государственной системы экологического мониторинга, направлен на создание высокоэффективных, экологически сбалансированных агроценозов на основе оптимального использования и расширенного воспроизводства почвенного и ресурсного потенциала. Исследования в системе агроэкологического мониторинга имеют как научный, так и прикладной характер. На основе результатов мониторинговых исследований возможна разработка краткосрочных (оперативных) и долговременных задач по решению проблем устойчивого ведения сельскохозяйственного производства, что и определяет значимость и актуальность поставленных на изучение вопросов.
Следует отметить, что организация и проведение агроэкологического мониторинга земель сельскохозяйственного назначения в Юго-Западной части Центрально-Черноземной зоне России осуществлена впервые на базе полигонных, локальных и сплошных объектов наблюдений за состоянием почвенного покрова, продуктивностью пашни в зависимости от интенсивности ее использования.
Цели и задачи исследований. Цель многолетних исследований в системе полигонного, локального и сплошного агроэкологического мониторинга- дать теоретическое обоснование и комплексную оценку различным технологиям возделывания сельскохозяйственных культур, рельефу местности и степени использования ресурсного потенциала по их влиянию на основные показатели почвенного плодородия, продуктивности земель и экологическое состояние агроландшафтов Юго-Западной части Центрально-Черноземной зоны России.
Для успешного выполнения поставленной цели исследований предусматривалось выполнение следующих задач:
- выявить на основе полигонных мониторинговых исследований характер изменения содержания основных биофильных элементов в черноземе
типичном под влиянием различных технологий возделывания сельскохозяйственных культур;
установить действие длительного применения органических и минеральных удобрений, систематического применения различных способов основной обработки почвы на агрофизические, физико-химические и биологические свойства чернозема типичного;
исследовать состояние баланса азота, фосфора и калия в специализированных севооборотов при различной антропогенной нагрузке;
определить величины продуктивности специализированных севооборотах при различных уровнях и режимах антропогенной нагрузки;
оценить влияние компонентов системы земледелия, как факторов интенсификации сельскохозяйственного производства, на размеры затрат энергии для формирования единицы урожая возделываемых культур;
установить по результатам локальных мониторинговых исследований влияние рельефа местности, топографии рабочих участков агроландшафта, чередования сельскохозяйственных культур на показатели плодородия черноземных почв;
выявить в системе сплошного агроэкологического мониторинга закономерности изменения агрохимических свойств преобладающих типов черноземов в различных почвенно-климатических условиях за длительный период наблюдений;
дать прогноз агроэкологического состояния агроэкосистем на ближайшую и длительную перспективы.
Исследования в системе полигонных мониторинговых исследований велись в длительном многофакторном стационарном опыте Центрально-Черноземного филиала Всероссийского научно-исследовательского института удобрений и агропочвоведения (ныне- Белгородский научно-
исследовательский институт сельского хозяйства) в соответствии с координационным планом НИР и ОКР по проблемам: 0.51.01. «Разработать и внедрить эффективные методы воспроизводства почвенного плодородия, комплексного использования земельных ресурсов и рационального применения удобрений» и 0.05.01.05 . «Разработать и усовершенствовать почвозащитные системы земледелия и внедрить их по зонам страны» при решении следующих задач: 03.01.Н.2. «Разработать научно-методические основы сохранения и повышения плодородия почв путем систематического применения удобрений» (номер Государственной регистрации 81041821); 03.02. «Разработать научные основы систем обработки почвы, удобрений и рационального использования деградированных земель в агроладшафтах (номер Государственной регистрации 81041822); 04.04.01. «Разработать биологические приемы сохранения и повышения плодородия черноземов в севооборотах при разных способах обработки почв и уровнях удобренности в условиях Юго-Западной части ЦЧЗ России».
В последующем исследования продолжались ГНТП по проблеме «Высокоинтенсивные процессы производства продовольствия» в федеральных программах «Плодородие» и «Зерно».
Кроме того исследования финансировались по региональной хоздоговорной тематике «Организовать и осуществить многоуровневый агроэкологический мониторинг земель сельскохозяйственного назначения в Юго-Западной части ЦЧЗ России»
Научная новизна. В системе агроэкологического мониторинга по результатам исследований на полигонном, локальном и сплошном уровнях дано теоретическое обоснование изменения показателей плодородия черноземных почв, установлены прогнозные явления по пищевому режиму в зависимости от интенсивности использования земли.
В полигонных мониторинговых исследованиях изучена динамика пищевого режима чернозема типичного за две ротации зернотравяного,
зернопропашного и зернопаропропашного севооборотов в зависимости от способов основной обработки почвы (вспашки, безотвальной и минимальной) и уровней удобренности возделываемых культур (без удобрений, минеральная и органо-минеральная системы удобрения). Выявлен характер миграционных процессов минерального азота по профилю почвы под культурами экспериментальных севооборотов при разной антропогенной нагрузке и в этой связи доказана природоохранная роль минимализации обработки почвы и негативное влияние черного пара на экологическую ситуацию в агроценозе. Установлены факторы, способствующие закреплению почвой свежевнесенного фосфора удобрений и дан анализ динамики данного явления на протяжении двух ротаций специализированных севооборотов. Определено значение чередования культур в севооборотах, уровней их удобренности и? интенсивности механического воздействия на пахотный слой чернозема типичного в создании оптимального равновесного состояния калийного фонда почвы.
В комплексном взаимодействии основных элементов систем земледелия-(севообороты, способы основной обработки почвы, различная насыщенность органическим и минеральными удобрениями) установлено их влияние на физические, физико-химические, биологические и агрохимические свойства чернозема типичного при длительном сельскохозяйственном использовании. Теоретически обоснована и экспериментально доказана положительная роль посева многолетних бобовых трав и систематического применения минимальной основной обработки почвы в севооборотах в создании оптимальных показателей почвенного плодородия верхнего 15 см слоя почвы.
Исследовано состояние баланса азота, фосфора и калия на черноземе типичном при разной интенсивности его сельскохозяйственного использования. Установлено, что положительный баланс азота в зернотравяном севообороте достигается при внесении одинарной дозы
11 удобрений-42 кг/га с.п. , в зернопропашном- при внесении 62 кг/га севооборотной площади на фоне 8 т/га навоза, а в зернопаропропашном севообороте- 108 кг/га азота и 16 т/га органических удобрений. Расширенное воспроизводство плодородия чернозема типичного по фосфору обеспечивается внесением одинарной дозы фосфорных удобрений 62 кг/га д.в., при этом интенсивность баланса фосфора возрастает в ряду: зернопаропропашной- зернотравяной- зернопропашной севообороты. Складывающийся баланс калия во многом определяется набором культур в севооборотах и связанными с этим величинами выноса калия с урожаем основной и побочной продукции. Профицит баланса калия по истечении двух ротаций экспериментальных севооборотов достигается при внесении одинарной дозы калийных удобрений в дозе 62 кг д.в. и 8 т навоза на гектар севооборотной площади с ростом направленности баланса от зернопропашного севооборота к зернопаропропашному.
Установлено, что продуктивность севооборотов зависит от степени использования производственных ресурсов и набора культур. Вспашка способствует мобилизации природных ресурсов в условиях экстенсивного земледелия. Однако с ростом насыщенности пашни органическими и минеральными удобрениями способы основной обработки почвы не оказывают влияния на продуктивность культур севооборотов. Энергетическая эффективность используемых производственных ресурсов возрастает при сокращении труда и средств, вложенных на получение конечного продукта. Повышение культуры земледелия к концу второй ротации севооборотов способствует увеличению эффективности, применения удобрений, особенно на фоне минимальной обработки почвы. По результатам локального мониторинга установлено, что деградация черноземов в условиях резкого сокращения объемов применения удобрений наиболее интенсивно происходит на водораздельных площадях с уклоном от 0 до 3 градусов.
Содержание органического вещества в почвах склонов северной экспозиции выше, чем ориентированных на юг. При этом чем круче склон, тем более четче выражена разница в содержании гумуса. На участках с естественной растительностью (лес, пастбище) гумусированность верхнего слоя почвы с течением времени не претерпевает изменений. С целью мобилизации ранее накопленных почвенных запасов биофильных элементов целесообразно внесение невысоких (10-30 кг д. в. на гектар) доз минеральных удобрений. Снижение содержания подвижного фосфора в почве при экстенсивном ведении земледелия более быстрыми темпами наблюдается на склоновых землях по сравнению с плакором, причем данный процесс интенсифицируется на участках южной экспозиции.
Как показали результаты исследований в сплошном мониторинге при длительном сельскохозяйственном использовании черноземов без создания условий для расширенного воспроизводства почвенного плодородия наступает пороговое «скелетное» значение содержания гумуса, ниже которого оно не опускается при любых обстоятельствах (за исключением экстремальных). В данной ситуации процессы новообразования гумусовых веществ затухают. На участках, находящихся под естественной растительностью процессы гумификации превалируют над минерализацией свежего органического вещества почвы. Отмечена тенденция к увеличению гумусированного горизонта старопахотных черноземов за более чем за полувековой период времени, расположенных на равнинной местности без проявления водной эрозии.
Апробация работы. Диссертационная работа была апробирована на заседаниях Ученых Советов Белгородского научно-исследовательского института сельского хозяйства (место работы 1991-2000 гг.), Всероссийского научно-исследовательского института удобрений и агропочвоведения (учеба в докторантуре 2000-2003 гг.), Белгородского института переподготовки и повышения квалификации кадров агробизнеса (место работы с 2003 г.).
Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на Международных, Всероссийских и региональных научно-практических конференциях: Международная научно-практическая конференция «Проблемы сельскохозяйственного производства на современном этапе и пути их решения», Белгород, БГСХА, 1997,1998, 1999, 2000, 2001, 2002, 2003; научно-практическая конференция «Вопросы повышения устойчивости зернового хозяйства в условиях Поволжского региона», Кинель, ВНИИЗХ, 1997; международная научная конференция «Проблемы антропогенного почвоведения», М., Почвенный институт, 1997; научно-практическая конференция «Проблемы охраны и повышения плодородия почв на Северном Кавказе в современных экономических условиях», Краснодар, СКНИПТИАП, 1997; Всероссийская научная конференция « Антропогенная деградация почвенного покрова и меры ее предупреждения», М., Почвенный институт, 1998; Международная; конференция «Слитые почвы: генезис, свойства, социальное значение», Майкоп, МГТИ, 1998; Всероссийская научно-практическая конференция «Достижения аграрной науки в решении экологических проблем», Орел, ОГСХА, 1999; Научная конференция « Экологические проблемы агропромышленного комплекса», М., РИАМА, 1999; Международная научно-производственная конференция « Агропромышленный комплекс и аграрная политика России и стран Восточной Европы на рубеже 21 века», С-Пб, АМА НЗ РФ, 2000; Научная конференция «Природоохранное и энерго-, ресурсосберегающее значение известкование почв» М., ВИУА, 2000; Всероссийская научно-практическая конференция «Русский чернозем-2000», Прохоровка, Славянский фонд письменности и культуры, МГУ, 2000, научная конференция в честь 70-летия ВИУА, М., ВИУА, 2000, Всероссийская научно-практическая г конференция «Системы воспроизводства почв в ландшафтном земледелии», Белгород, БелНИИСХ, 2001; Международная научная конференция «Агрохимические аспекты повышения продуктивности сельскохозяйственных культур», М., ВИУА,
2002; Всероссийская научно-практическая конференция «Теория и практика использования агрохимических средств в современном земледелии Центрально-Черноземной зоны России», Белгород, БелНИИСХ, 2002; Всероссийская научная конференция «Устойчивость почв к естественным и антропогенным воздействиям», М., Почвенный институт, 2002; Международная научно-практическая конференция «Модели и технологии оптимизации земледелия», Курск, ВНИИЗиЗПЭ, 2003; XXXI совещание-семинар участников Геосети опытов с удобрениями «Эффективность применения средств химизации и продуктивность сельскохозяйственных культур", М., ВИУА, 1996; Совещание-семинар участников Геосети опытов с удобрениями «Агрохимические, агроэкологические и экономические проблемы и пути их решения при возделывании зерновых культур», М., ВИУА, 1998; Коодинационное совещание участников Геосети опытов с удобрениями «Агрохимия в XXI веке», М., ВИУА, 2001; 11 съезд почвоведов, Санкт-Петербург, 1996; 111 съезд почвоведов, Суздаль, 2000.
Основные положения, выносимые на защиту. По результатам полигонных, локальных и сплошных мониторинговых исследований установлено, что
Направленность изменений показателей потенциального плодородия черноземов при их длительном сельскохозяйственном использовании зависит не только от объемов вложения производственных ресурсов, но и от характерных особенностей агрофитоценозов, интенсивности механической обработки почвы, напряженности метеорологических факторов.
Режим минерального питания растений в течении двух ротаций экспериментальных севооборотов по азоту, фосфору и калию складывался с учетом как их прямого действия, так и последействия вносимых доз органических и минеральных удобрений, биологических особенностей культур и агротехники их возделывания.
Напряженность баланса основных биофильных элементов определяется спецификой севооборота, наличием в нем энергонасыщенных и ресурсосберегающих культур, объемами вложения труда и средств на производство растениеводческой продукции.
Продуктивность специализированных севооборотов находится в прямой зависимости от интенсификации производства, набора культур и повышается в ряду: зернотравяной- зернопропашной-зернопаропропашной севообороты.
Энергетическая эффективность применения удобрений возрастает с уменьшением доз внесения и повышением культуры земледелия от первой ко второй ротации экспериментальных севооборотов.
Гумусовое состояние чернозема на плакоре при экстенсивном земледелии ухудшается более быстрыми темпами, нежели на склоновых участках. Наиболее консервативны по отношению к деградации почвенного плодородия черноземы на склонах северной экспозиции.
При длительном сельскохозяйственном использовании черноземов (более 50 лет) стабилизация потенциального почвенного плодородия обеспечивается путем создания условий для воспроизводства. Отсутствие вложений труда и средств приводит к существенным потерям почвенных запасов органического вещества и биофильных элементов, при этом содержание гумуса снижается до критических величин, характеризующих нижнюю «скелетную» границу гумусированности того или иного типа почв.
Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 320 стр.
компьютерного текста, состоит из введения, пяти глав, выводов и
предложений производству, включает в себя 68 таблиц, 15 графиков и
приложений. Список использованной литературы содержит 363
наименования отечественных и зарубежных авторов.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 96 работ в научных трудах и периодической печати.
Декларация конкретного личного вклада диссертанта в результаты исследований. Участие в качестве ответственного исполнителя при закладке полевых опытов полигонного мониторинга в конце первой и на протяжении второй ротации экспериментальных севооборотов. С 1991 года непосредственное участие в маршрутных экспедициях по объектам локального и сплошного мониторинга. Лично автором за указанный период времени велся отбор почвенных и растительных образцов, определялись физические и биологические свойства почвы, проведена камеральная обработка полученных экспериментальных данных в системе полигонного, локального и сплошного мониторингов, обобщены научные сведения о влиянии антропогенных факторов на изменение показателей плодородия почв, осуществлены расчеты баланса питательных веществ в севооборотах, их продуктивности и энергетической эффективности.
Перу автора диссертации принадлежат научные отчеты в соответствии с планом НИОКР, научно-техническая продукция по хоздоговорной тематике и многочисленные статьи в научной печати общим объемом более 20 п.л.
Работа велась под руководством доктора сельскохозяйственных наук, Заслуженного агронома России, профессора Акулова П.Г., при участии на разных этапах доктора сельскохозяйственных наук Азарова Б.Ф., кандидатов сельскохозяйственных наук Соловиченко В.Д., Мазепина С.К.
[Стариченко П.А-!, |Черкашина М.В
Влияние органических и минеральных удобрений при длительном их применении на содержание гумуса в почвах и продуктивность сельскохозяйственных культур.
В самом старейшем опыте Тимирязевской сельскохозяйственной академии, заложенном по инициативе Д.Н. Прянишникова в 1912 году, было установлено, что длительное (в течении 60 лет) возделывание сельскохозяйственных культур без внесения удобрений привело к снижению запасов гумуса в слое почвы 0-20 см на 32%, в слое почвы 0-30 см на 19% и лишь в метровой толще на пашне и залежи были примерно одинаковыми ( Доспехов, Кирюшин, Братерская, 1976,1980).
Обобщение большого количества опытных данных, результатов агрохимических обследований показывает, что практически повсеместно, в том числе и в Центрально-Черноземной зоне, наблюдается снижение содержания гумуса в почвах (Адерихин, 1970, Щербаков, Рудай; 1983, Ахтырцев и др., 1884, Чуб и др., 1987, Кураков, 1992, Шатилов, 1990, Акулов, 1990,1992,1994, Федорин, 1988, Когут,2003). По данным Государственного Центрально-Черноземного заповедника им. В.В. Алехина на целинных участках черноземов в слое 0-20 см содержится 186 т/га гумуса или 8,84%. В результате хозяйственного использования и эрозионных процессов содержание гумуса в черноземах уменьшилось на 30-40%. Черноземы типичные слабосмытые содержат в слое 0-20 см 103-110 т/га или 4,7-5,0% гумуса; среднесмытые- 86 т/га или 4,1%; сильносмытые- 60 т/га или 2,5%. В настоящее время в почвах наблюдается процесс дальнейшей дегумификации. Интенсивность я процесса в среднем составляет 900-1200 кг/га в год, под пропашными культурами достигает 1709-2000 кг/га (Володин, Юринская, Масютенко, 1987). Черноземы в результате длительного использования в пашне претерпевают ряд других негативных изменений: ухудшается структура пахотного слоя, снижается содержание элементов питания, растет, кислотность, слитизация, что ведет к снижению продуктивности почв(Королев,2003). Академик Каштанов А.Н. (1987) обращает внимание на тревожный факт о том, что в стране более половины пахотных земель имеют низкое содержание гумуса, что не позволяет успешно решать задачи повышения продуктивности земель.
Исследованиями ряда ученых изучалась роль гумуса в земледелии (Лебедева, Егорова, 1987, Постников, Садовская, 1987), связь между содержанием гумуса в почве и урожаем сельскохозяйственных культур (Чесняк, 1983, Швядас, Бучене, 1987 и др.). Научная общественность уделила много внимания изучению путей управления плодородием почв, повышению их потенциала на основе улучшения физико-химических свойств, снижения кислотности, повышения содержания в них гумуса. Панников В.Д; (1981) отмечает, что подстилочный навоз способствует сохранению гумуса в почве на исходном или близком к нему уровне, а при внесении высоких доз ведет к его увеличению. Носко Б.С., Медведев В.В., Бацула А.А. (1987) указывают, что сохранение и повышение гумуса в черноземах Украины возможно за счет внесения органических удобрений, посева многолетних трав, оставления более высокой стерни зерновых, внесения минеральных удобрений, применения мелиорантов и ряда других агротехнических мероприятий. При внесении 1 тонны навоза в почвах степи образуется 42 кг, а в почвах лесостепи-56 кг гумуса. О положительном влиянии органических удобрений на образование гумуса и накопление в почвах находим сообщения в работах Васильева В.А., Филипповой Н.В.( 1988). Цуркан М.А., Серженту Е.П. (1987) указывают, что содержание гумуса в черноземах Молдавии значительно возрастает под влиянием подстилочного навоза КРС и компостов на основе твердой фракции птичьего помета. Подтверждение такого положения находим в работах Мерзлой Г.Е. (1987), Жукова А.И., Мосалевой ВВ. (1987), Чуб М.П., Островской Е.Н. (1987), Москаленко А.А., Агафонова М.Н. (1989). В литературных источниках имеются различные суждения о влиянии на гумусовый режим минеральных удобрений. Так, Сычев П.Л. и др. (1987) установили, что одностороннее применение минеральных удобрений не обеспечило сохранение почвенного гумуса, хотя почти в 1,3-1,5 раза снижало его минерализацию. Солдатенко А.Г., Терехова С.С. (1987) указывают, что минеральные удобрения, эквивалентные содержанию азота, фосфора и калия в полуперепревшем навозе лишь несколько снизили процесс падения гумуса до 0,20%. Макаров Р.Ф. (1990) установил, что под влиянием удобрений в почве повышается содержание подвижных форм азота и фосфора, снижаются потери гумуса. В лабораторном опыте Жуков А.И и Сорокина Л.В. (1987) показали, что минеральные удобрения существенно влияют на растворимость гумуса, причем различные виды их- по разному. С увеличением доз удобрений до 400 мг/кг почвы количество водорастворимого гумуса в той же почве увеличилось по сравнению с контролем в варианте с аммиачной селитрой на 10%, хлористым калием- на 15,4% и с мочевиной- на 25,8%. Эти исследования показывают, что минеральные удобрения изменяют качественный состав гумуса. Действие навоза и минеральных удобрений на гумус почвы действительно различное. Навоз оказывает прямое положительное действие на гумус почвы, переходя в значительной мере непосредственно в форму гумусовых веществ. Внесение навоза усиливает степень гумификации органического вещества, что приводит к уменьшению его подвижности. Минеральные удобрения действуют на гумус почвы косвенно через пожнивно-корневые остатки. Свежеобразованные гумусовые вещества по минеральным удобрениям находятся на более ранних стадиях гумификации и в менее устойчивых формах, чем по навозу, поэтому положительное действие минеральных удобрений на гумус почвы является более слабым и кратковременным.
Хлыстовский и Касицкий (1987), Шевцова Л.К. (1986) указывает на возрастание миграции гумусовых веществ по профилю почвы. Систематическое внесение органических и минеральных удобрений на выщелоченном черноземе стабилизировало содержание гумуса в пахотном горизонте и поддерживало его на исходном состоянии- 3,41-3,53%. Без применения удобрений содержание гумуса снизилось до 3,28% (Малюга Н.Г., 1980). Подобная закономерность установлена исследованиями Шевцовой Л.К. (1986), Макарова Р.Ф. (1990), Лигум СТ. (1972,1978), Куракова В.И. (1992), Дедова А.В. и др. (2002). Длительное применение удобрений практически не изменяет групповой состав гумуса черноземов, который сохраняется характерным; для зонального гумусообразования. Наиболее подвержены изменениям отдельные фракции гуминовых веществ. Накопление подвижных форм гумуса на почвах черноземного типа следует рассматривать как положительное действие, повышающее эффективное плодородие этих почв (Масютенко Н.П., 2003). Больше изменяется состав подвижных форм гумуса под влиянием величины рН почвы. Подкисление выщелоченного чернозема приводит к заметному уменьшению гуминовых кислот, связанных с кальцием. Интенсивное подкисление почв Центрально-Черноземной зоны России является одной из причин снижения гумуса в черноземах. Учитывая доказанную тенденцию снижения содержания гумуса в почвах, возникает необходимость теоретически обосновать и практически установить градации содержания гумуса, баланса его в почвах, методы расчета баланса и пути управления им. Дьяконова К.В. (1988), Романов О.В., Макарова Н.Л; (1992), Гаврилюк Ф.Я. (1991) рекомендуют установить и определить такие градации как: минимальное, оптимальное и максимальное содержание гумуса. При минимальном содержании гумуса почва, даже в резко несбалансированной системе удобрений и без применения удобрений, практически перестает терять гумус. Для чернозема типичного это 3,2-3,5% гумуса. Максимальное содержание характеризуется величиной, при которой повторное внесение достаточно высоких доз (выше компенсирующих) навоза не сопровождается увеличением содержания гумуса.
Для чернозема типичного эта величина равна 6-8%. Максимальное содержание гумуса обеспечивает урожайность сельскохозяйственных культур, соответствующую биоклиматическому потенциалу. Несколько другие подходы в определении границ оптимального содержания гумуса находим в научных сообщениях Шенявского А.Л. (1973), Чесняка Г.Я. (1980,1983), Козина В.К. (1991), Жукова А.И. (1993), Масютенко Н.П., (2003). Ряд исследователей предложили методические разработки по расчету баланса гумуса в почве (Лыков A.M., 1979, Чуян Г.А.,1994). Чесняк Г.Я.( 1980,1983) установил, что в критериях оценки гумусного состояния почв следует учитывать качество гумуса, тенденции его изменения при длительном окультуривании. Им показано, что наиболее информативной в определении качества гумуса является количество подвижных или лабильных гумусовых веществ и установлена тесная корреляционная связь между их содержанием, нитрификационной способностью почв и урожаем сельскохозяйственных культур на типичных мощных черноземах Украины. Тесная связь между урожаем и содержанием мобильных гумусовых веществ (г= 0,81) установлена в исследованиях СдоониковаСС, Бойко В.А. (1993) и другими. Дьяконова К.В: (1988) и Масютенко Н.П. (2003) установили, что соотношение между инертными и активными формами гумуса может характеризовать процессы простого и расширенного воспроизводства гумуса. Жуков А.И: (1993) считает, что при определении агрономически оптимального содержания гумуса в почве встает задача определения такой величины, планируемого прироста гумуса, при которой затраты будут перекрыты стоимостью дополнительной прибавки урожая и вводит понятие «экономически оптимальной прибавки гумуса», указывая, что в каждом конкретном случае величина ее будет различной. В этой связи автор зо считает, что можно определить экономические оптимальные показатели содержания лабильных гумусовых веществ в почве.
Влияние различных компонентов системы земледелия: на плодородие почвы.
Технологический цикл выращивания сельскохозяйственных культур достаточно сложен и многообразен. По мере роста энерговооруженности сельского хозяйства, повышения объемов химических средств и расширения их ассортимента в земледелии появилось большое разнообразие терминов, характеризующих технологии возделывания сельскохозяйственных культур: интенсивная, индустриальная, ресурсосберегающая, энергосберегающая ( Яценко, 1977, Зубенко, 1978, Акималиев, Золоев, 1986, Корниенко, 1995 и др.). По мнению Величко и Аничкина (1996) многообразие терминологии в характеристиках операционных технологий возделывания сельскохозяйственных культур абсолютно излишне, поскольку во всех случаях конечной целью является стремление к получению максимума растениеводческой продукции при минимуме затрат труда и материальных ресурсов. В отличие от разнообразных технологий возделывания сельскохозяйственных культур Шпаар (1993) предложил концепцию экономико-экологического землепользования, принципиально отличающегося от различных направлений биологического землепользования. Как считает Д. Шпаар, ни предложенный Р. Штейнером в Германии биодинамический способ хозяйствования, ни органобиологическое земледелие по X. Мюллеру и X. Рунгу в Швейцарии, ни основанное на учении А. Ховарда землепользование по Ховарду-Белфуру во Франции и Бельгии, ни созданная Л. Фюргетом в 1962 году в Германии ассоциация землепользователей АНОТ (Рабочее общество для природного возделывания плодовых, овощных и полевых культур), ни имеющиеся в некоторых западно-европейских странах и США различные направления биологического землепользования непригодны для сегодняшнего, организованного на промышленной основе, интенсивного сельскохозяйственного производства.
Они не отвечают требованиям, существующим в рамках Европейского Союза, а также будущим условиям хозяйствования в странах СНГ и задачам полного обеспечения населения высококачественными продуктами питания. Сама по себе выращенная продукция по вышеперечисленным; технологиям очень дорогая и экономически оправдывает себя только путем установления непомерно высоких цен. Следует отметить, что любая технология возделывания сельскохозяйственных культур предусматривает прежде всего подбор лучших предшественников (севообороты), применение оптимальных способов основной обработки почвы и уровней удобренности растений. Исходя из этого дадим краткий обзор сложившихся мнений по вышеназванным вопросам. 1.4.1. Значение севооборотов в земледелии Значение севооборотов в растениеводстве велико. Многовековая практика земледелия убеждает в том, что по мере развития производительных сил роль чередования культур в полеводстве возрастает. Севооборот- важнейшее средство восстановления и повышения плодородия почвы, способствующее регулированию процессов накопления и разложения органического вещества, новообразования минерализации гумуса, оптимизации уровня эффективного плодородия, водного, воздушного и пищевого режимов почвы, улучшение фитосанитарного состояния посевов. Кроме того, набор культур и их чередование в севообороте предотвращают разрушительное действие ветровой и водной эрозии ( Бараев А.И., 1975, Сидоров М.И., 1978, Дудкин В.М., 1990, Котлярова О.Г., 1990, Акименко, 2001, Аюпов 3.3., 2002 и другие). В историческом плане развитие научной мысли по вопросу построения севооборотов проходит в направлении их интенсификации за счет сокращения до оптимальных размеров площадей чистого пара или полного отказа от них, использование оборота пласта многолетних трав и зернобобовых культур в качестве предшественника озимой пшеницы, оптимальной насыщенности севооборота посевами пропашных культур (Золоев В.М., Мазницина В.А., 1986).
Отношение к чистому пару в земледельческой науке всегда носило дискуссионный характер. Желнаковой Л.И. и Гончаравым Б.П. (1990) описан комплекс критериев оценки чистых паров, куда в частности, вошли такие показатели, как влагообеспеченность, повышение почвенных запасов доступных элементов минерального питания растений, экономия трудовых и материальных ресурсов, семенного материала, фитосанитарная роль, положительное последействие на продуктивность последующих культур в течении как минимум трех вегетационных периодов и др. В условиях неустойчивого земледелия доля чистых паров в структуре полевых севооборотов в оптимуме может достигать 10-20% (Качании А.Л.,1987, Корчагин В.А., 1989, Полуэктов Е.В., 1989). Вне всякого сомнения, что поле, занятое чистым паром, выбывает из хозяйственного оборота, и в данный, конкретный год не дает продукции. Но если учитывать продуктивность севооборота в целом, то по данным Корчагина В.А. (1989) зернопаропропашной севооборот во второй ротации на 6,8 ц/га зерновых единиц превышал зернопропашной. Как показали наши исследования (Акулов П.Г., Азаров В.Б., 1995) продуктивность зернопаропропашного севооборота была практически равнозначна зернопропашному за счет включения в него более интенсивных, энергонасыщенных культур. Вместе с тем, увеличение удельного веса пропашных культур в севообороте сопровождается снижением основных показателей плодородия черноземных почв за ротационный период (Сидоренко В.И., 1988, Ещенко В.Е., 1990, Акулов П.Г., Азаров В.Б., 1996). Как отмечает Мишина Н.С. (1989) любой агроценоз при одних и тех же затратах дает наивысшую продуктивность там, где качество почв, водный и тепловой режим, условия рельефа наиболее полно соответствуют биологическим свойствам и требованиям растений: Под парующим полем активизируются процессы нитрификации, что обеспечивает дополнительный источник азотного питания не только для озимой пшеницы, но и последующей за ней сахарной свеклой. Как показали исследования Smukalski М., Roth R. (1990) на черноземе в слое почвы 0-60 см под паром накопилось к осени по годам от 70 до 403 кг/га нитратного азота. Кроме улучшения азотного режима питания растений включение черного пара способствует оптимизации физико-химических свойств почвы (Дудкин В.М., Белогуров В.А., 1990, Бабич В.Г., 1993, Шаповалов Н.К., Иевлев Д.М., 1996, Сурков НА., Турьянскии А.В., 2002 и др.).
По результатам наблюдений Бабич В.Г. (1993) запасы минерального азота в почве под посевами сахарной свеклы в звене с черным паром ниже, чем с многолетними травами и горохом, но тем не менее первоначальный рост растений сахарной свеклы в зернопаропропашном севообороте более интенсивен, чем в зернопропашном с горохом. С увеличением доз удобрений соотношение веса корня к весу ботвы увеличивается в пользу последней. Оборот пласта многолетних трав является одним из лучших предшественником для пропашных культур (Зырянова А.Н.; 1988, Литвак Ш.И., Ланкова Н.К., Громыко О.И., 1989; Дудкин В.М., 1990; Бабич В.Г., 1993; Барштейн Л.А., Шкаредный И.С., 1996; Шаповалов Н.К., Иевлев Д.М., 1996, Шаповалов Н.К. и др., 2003). Дренируя почву и накапливая в ней значительное количество легкоминерализуемых растительных остатков; многолетние травы пополняют азотный фонд и стабилизирует гумусовое состояние почвы. Так, по данным Барштейна Л.А. (1996) на неудобренном фоне черноземных почв содержание нитратов под травами в слое 0-30 см составило 14,3 мг, кукурузы- 11,5 мг, озимой пшеницы- 9,5 мг/100 г почвы. На большую значимость дренирования почвы в интенсификации процессов минерализации почвенных запасов азота указывали в своих исследованиях Rice G.W., Grove J.H., Smith MS: (1987). По влиянию на продуктивность сахарной свеклы оборот пласта многолетних трав не уступает звену с чистым паром, однако сокращает влагоооеспеченность почвы в весенний период и повышает засоренность посевов (Иевлев ДМ., Шестакова Р.И., 1995). В целом же основным требованием к современным пропашным севооборотам следует считать обеспечение условий для внедрения интенсивных технологий возделывания озимой пшеницы, сахарной свеклы и других культур, базирующихся на резком сокращении затрат ручного труда в результате механизации всех технологических операций с применением ресурсо- и энергосберегающих систем машин и орудий; оптимальном использовании естественного плодородия почвы, удобрений и других средств интенсификации с целью реализации потенциальных возможностей достижения продуктивности возделываемых культур с заданным качеством растениеводческой продукции. (Алов А.С., 1936, Григорьев М.А., 1947, Греков М.А., Курбатов СТ., Бисовецкий Т.Я., 1969, Королев Л.Т., 1969, Яценко В.Г., 1972, Носов Д.К., 1975, Асыка Н.Р., Архипцева В.И., 1978, Зубенко В.Ф., Барштейн Л.А., 1978,1981, Сидоров М.И., 1978, Дудкин В.М., 1984, 1990, Акименко А.С., 2002).
Изменение физических, физико-химических, агрохимических и биологических свойств чернозема типичного под влиянием антропогенной нагрузки
Результаты наших исследований по изучению закономерностей влияния типов севооборота, способов основной обработки почвы и различной насыщенности органическими и минеральными удобрениями на агрофизические свойства чернозема типичного позволяют сделать следующие выводы: Во второй ротации севооборотов под посевами озимой пшеницы нами установлены величины коэффициента структурности почвенных агрегатов в различных горизонтах пахотного и подпахотного слоев почвы. Так, на вариантах без внесения удобрений в зернотравяном севообороте в верхнем горизонте почвы коэффициент структурности л составил 3,3- 4,1 ед. В аналогичных условиях в зернопропашном севообороте эта величина изменилась до 2,7- 3,3 , а в зернопаропропашном- до 2,6- 3,1 ед. С увеличением глубины отбора почвенных образцов величина коэффициента структурности повсеместно увеличилась, достигая в подпахотном ( 30- 40 см ) слое почвы величины 4,4- 4,6; 4,7- 4,9 и 4,5- 4,6 ед. соответственно указанным выше севооборотам (табл. 20,21,22). Следует отметить тот факт, что при минимальной обработки почвы возрастает величина коэффициента структурности по сравнению с глубокими обработками и особенно со вспашкой. Наилучшее подтверждение данного тезиса наблюдается в верхних горизонтах почвы, с увеличением глубины отбора влияние способа основной обработки почвы на структурное состояние чернозема нивелируется, что вполне закономерно. В программе проведения исследований предусматривалось определение биологической активности почвы на стационарном опыте путем изучения скорости разложения льняного полотна на различных вариантах.
Исследования проводились в рядках на посевах сахарной свеклы в пахотном слое почвы на контрастных вариантах опыта. Данные по биологической активности почвы в зависимости от изучаемых факторов представлены в таблицах 23,24,25. На вариантах без внесения удобрений наибольшая биологическая активность почвы отмечена нами в зернотравяном севообороте, где процент разложения льняного полотна составил 9,0- 13,9 , пропашные севообороты по этому показателю идентичны- величины составили 8,7-11,0 в зернопропашном севообороте и 8,5- 11,5% в зернопаропропашном Таблица 23 Биологическая активность чернозема типичного (% разложения льняного полотна) в зернотравяном севообороте в зависимости от способов основной обработки почвы и различной насыщенности органическими и минеральными удобрениями (коней второй ротации, культура- сахарная свекла) На фоне применения минеральных удобрений скорость разложения льняного полотна возрастает, достигая в зернотравяном севообороте при минимальной обработке почвы 14,8 % в слое 10- 20 см. В данном случае имеет место определенная закономерность: при глубокой отвальной обработке почвы в нижнем слое пахотного горизонта (20-30 см) наблюдается возрастание биологической активности по сравнению с обработками почвы без оборота пласта. Объяснение данному факту следует искать в увеличении численности микроорганизмов в месте внесения удобрений, а при вспашке большая часть удобрений аккумулируется именно в слое 20- 30 см , чего не происходит при безотвальной и тем более минимальной обработках почвы. Кроме того отвальная обработка почвы способствует аэрации нижнего слоя пахотного горизонта, что создает условия для активизации целлюлозоразлагающих микроорганизмов. При наличии свежевнесенного органического вещества в вариантах с органической системой удобрения отмечается бурное развитие почвенной микрофлоры, необходимой для его минерализации, что не замедлило сказаться на показателях общей биологической активности почвы. Так, в зернотравяном севообороте скорость разложения льняного полотна составила в слое 0-10 см 13,4-14,5 %, в слое 10- 20 см- 13,2-14,0 и в слое 20-30 см- 10,4- 12,0%, причем в первых двух случаях наиболее благоприятной для микробиологической деятельности была минимальная обработка почвы, а в нижнем горизонте- вспашка по указанным выше причинам. Следует отметить, что для этого горизонта почвы данная закономерность справедлива в любом севообороте и при любом уровне удобренности. В других севооборотах уровень биологической активности несколько ниже зернотравяного, но остается на достаточно высоком уровне, достигая в зернопропашном 13,8 %, а в зернопаропропашном-13,7 % (табл. 24,25). Максимальный показатель общей биологической активности почвы зафиксирован при совместном внесении органических и минеральных удобрений и составил в зернотравяном севообороте в слое 0- 10 см- 15,0-15,4 %, 10- 20 см- 15,8- 16,1 % и 20- 30 см- 11,3- 13,9 %, в зернопропашном соответственно 13,7-14,9; 14,5- 15,8 и 10,1- 12,1, а в зернопаропропашном-13,0- 14,2 %; 14,1- 14,7 и 9,9- 11,7 %. Как свидетельствуют данные таблиц 26,27,28 нитрификационная способность почвы возрастает в ряду севооборотов: зернотравяной-зернопропашной-зернопаропропашной. Минеральные удобрения активизируют нитрификационные процессы в почве ввиду интенсификации роста растений, накопления в почве свежего растительного вещества. Повышению нитрификационной способности почвы благоприятствует мелкая заделка органических удобрений при безотвальной и минимальной обработках почвы. Однако ниже глубины заделки навоза наблюдается резкое снижение накопления нитратов- на 5 мг в зернотравяном севообороте, на 3,6 мг в зернопропашном и на 5,4 мг/кг почвы в зернопаропропашном севообороте при НСР 2,4-2,7 мг/кг почвы. Одним из основных показателей плодородия почвы является количество в ее почвенно-поглощающем комплексе ионов водорода или гидролитическая кислотность. Нами проведены исследования по изучению изменения величины гидролитической кислотности за две ротации севооборотов в зависимости от чередования культур в них, способа основной обработки почвы и уровня удобренности. Таблица 29 Гидролитическая кислотность чернозема типичного в зернотравяном севообороте в зависимости способов основной обработки почвы и уровня удобренности, мг-экв. (конец второй ротации)
Наличие в севообороте 40 % многолетних бобовых трав способствует оптимизации кислотно- основного состояния чернозема. В верхнем слое пахотного горизонта почвы в данном случае зафиксированы величины 2,29- 2,45 мг- экв. , тогда как в зернопропашном севообороте при аналогичных условиях- 2,41- 2,55, а в зернопаропропашном- 2,42- 2,57 мг-экв. Примечательно, что во всех случаях более низкий показатель Н-г отмечен при минимальной обработке почвы, причем эта тенденция сохраняется и в подпахотном горизонте почвы, где полученные результаты составляют 2,20- 2,27; 2,20- 2,30 и 2,19- 2,32 мг- экв. соответственно в зернотравяном, зернопропашном и зернопаропропашном севооборотах (табл. 29,30,31). Таблица 31 Гидролитическая кислотность чернозема типичного в зернопропашном севообороте в зависимости способов основной обработки почвы и уровня удобренности, мг-экв. (конец второй ротации) Минеральные удобрения способствуют значительному подкислению почвенного раствора, даже в подпахотном слое почвы, но и. здесь в зернотравяном севообороте отмечены более низкие показатели кислотности, чем в севооборотах с обилием культур интенсивного типа. Так, в верхнем слое почвы в зернотравяном севообороте показатель Н-г составил 3,18- 3,41 (табл. 29), а в зернопропашном и зернопаропропашном 3,32- 3,51 и 3,37- 3,61 соответственно (табл. 30,31). При данных обстоятельствах более приемлемой основной обработкой почвы была вспашка, поскольку увеличение кислотности почвы напрямую связано с местом внесения удобрений, а при вспашке они размешались равномерно по всему пахотному горизонту, тогда как при минимальной обработке-концентрировались в верхнем 20 см слое почвы. Как следствие, в пахотном горизонте уровень гидролитической кислотности был гораздо выше по вспашке, по сравнению с безотвальными способами обработки почвы. Так, в зернотравяном севообороте в слое 10-20 см показатель Нг по вспашке был 3,12 мг-экв., а по минимальной обработке- 3,26. В зернопропашном и зернопаропропашном севооборотах данные показатели отмечены на уровне 3,24 и 3,42 и 3,28 и 3,27. Еще одним подтверждением данного тезиса служит разница между показателями гидролитической кислотности в подпахотном горизонте почвы на контроле в сравнении с вариантом минеральной системы удобрения. Так, по вспашке эта разница составила 0,37; 0,52 и 0,53 мг-экв. соответственно в зернотравяном, зернопропашном и зернопаропропашном севооборотах. При минимальной обработке почвы аналогичная величина снижается до 0,23; 0,40 и 0,33 мг-экв. соответственно.
Органические удобрения не только не увеличили показатели гидролитической кислотности, но, напротив, позволили несколько нейтрализовать избыточные ионы водорода на естественном фоне возделывания сельскохозяйственных культур. При органической системе удобрения гидролитическая кислотность была на уровне 2,18- 2,34 в зернотравяном севообороте и 2,28- 2,46 и 2,31-2,48 мг-экв. в зернопропашном и зернопаропропашном севооборотах в верхнем горизонте почвы. В подпахотном слое почвы показатель Нг составил 2,10-2,15; 2,16- 2,24 и 2,19- 2,26 мг-экв. соответственно указанным выше севооборотам. Следует отметить, что в этом варианте опыта позитивное влияние минимальной обработки почвы было повсеместным. При совместном внесении органических и минеральных удобрений показатель величины гидролитической кислотности занимает промежуточное положение между абсолютным контролем без удобрений и чисто минеральной системой, составляя в зависимости от глубины отбора и способа основной обработки почвы в зернотравяном севообороте 2,34- 2,75 мг-экв., в зернопропашном- 2,39- 3,00 ив зернопаропропашном- 2,41- 3,05 мг-экв. Обменная кислотность почвенного раствора к концу второй ротации специализированных севооборотов после уборки озимой пшеницы, завершающей чередование культур, подверглась существенным изменениям под влиянием изучаемых факторов (табл. 32,33,34 ). Таблица 32 Обменная кислотность (рН) чернозема типичного в зернотравяном севообороте в зависимости от способа основной обработки почвы и уровня удобренности. Конец второй ротации севооборотов.
Мониторинг плодородия почв по маршрутным точкам почвенной экспедиции В.В. Докучаева
Идея повторить маршрут почвенной экспедиции ВВ. Докучаева возникла у нас в 1983 году к 100-летней годовщине организации данного проекта. Была создана группа из числа ведущих ученых Центрально-Черноземного филиала Всесоюзного научно-исследовательского института удобрений и агропочво ведения, которая, используя координаты точек отбора почвенных проб экспедицией ВВ. Докучаева, описанные в книге «Русский чернозем», отобрала почвенные образцы в пределах границ Белгородской области и из одной точки на территории Харьковской области Украины в 20 км от города Грайворона. Агрохимический анализ почвенных проб по содержанию органического вещества, морфологическое описание почвенных разрезов были проведены с максимальным приближением к методике времен ВВ. Докучаева. За двададцать прошедших лет (1983-2002 гг.) отбор проб пол маршруту почвенной экспедиции В.В; Докучаева осуществлялся шесть раз с периодичностью 3-8 лет. До 1991 года в маршруте значилось шесть точек: в одиннадцати верстах от Белгорода, в сторону Томаровки; в 13 верстах от Белгорода по тому же тракту; в 2,5 верстах от Томаровки; в 1 версте от Борисовки; в 3-х верстах от Грайворона; в 20 верстах от Грайворона. К 1995 году первая точка маршрута экспедиции В.В. Докучаева отошла под индивидуальное жилищное строительство и на этом месте был возведен коттедж в два этажа и площадью 10x12 м.
Последняя точка оказалась за границей на территории суверенной Украины и предпринятая нами в 1995 году попытка проехать экспедиционное названной точке не увенчалась успехом ввиду категорического отказа со стороны украинских пограничников. В таблице 41 приведена динамика изменения агрохимических показателей в точке, расположенной в 13 верстах от Белгорода на верхней части северного склона гидрографической сети реки Гостенка. В бытность Докучаева это был старопахотный участок интенсивного использования. Данное обстоятельство, по всей вероятности, предопределило ту незначительную разницу в содержании органического вещества в перегнойно-аккумулятивном слое (58 см), которое имело место через 100 лет сельскохозяйственного использования пашни. Если по определению экспедиции Докучаева содержание гумуса в исследуемом слое почвы составило 4,23%, то в 1983 году возросло до 4,51%, что свидетельствует о рациональном использовании земли (табл. 65). Отмеченная закономерность сохранялась до 1991 года ( содержание гумуса 4,58%), т.е. до периода максимальных объемов применения в земледелии области органических и минеральных удобрений. К 1983 году в исследуемой почве, судя по соотношению количества углерода гуматов и углерода, входящего в состав фульвокислот, шел процесс гумификации органического вещества (соотношение 2,02), почва отличалась низким уровнем обеспеченности фосфором (5,3 мг/100 г почвы) и высоким по калию. Реакция почвенного раствора нейтральная. Анализ почвенных образцов, отобранных на этой точке в 1991 году, показал улучшение агрохимических свойств почвы. Содержание гумуса в перегнойно-аккумулятивном горизонте сохранилось на этом же уровне (4,58%), при этом происходил процесс минерализации органического вещества ( соотношение Сгк/Сфк снизилось до 1,39), что свидетельствовало о поступлении в почву свежевнесенного органического вещества в виде навоза и растительных остатков.
О повышении культуры земледелия к 1991 году свидетельствует факт увеличения содержания подвижого фосфора до 9,4 мг/100 г почвы. Интенсивное применение минеральных удобрений привело к подкислению почвенного раствора до значения рН 5,8 единиц. Данный показатель по сравнению с 1983 годом снизился на одну единицу. В 1995 году объемы применения органических и минеральных удобрений резко снизились. В сложившихся условиях минеральное питание сельскохозяйственных культур осуществлялось, в основном, за счет почвенных запасов и прежде всего минерализации органического вещества почвы. Содержание гумуса по данным за 1998 год снизилось с 4,58% в 1991 году до 4,17 %, подвижного фосфора упало до 5 мг/100 г почвы, обменного калия до 8,6 мг на фоне подшелачивания почвенного раствора. Данные лабораторных анализов за 2002 год свидетельствуют о наличии в почвенных образцах большого количества мобильного органического вещества, что подтверждается повышением величины углерода гуматов и фульвокислот. По этой причине содержание гумуса (углерода) увеличилось до 4,30 % против 4,17 % в 1998 году. Повысилась обеспеченность почвы фосфором и калием до 6,4 и 12 мг/100 г почвы соответственно. Позитивные изменения в показателях почвенного плодородия связаны прежде всего с дополнительными ресурсными вложениями в стабилизацию плодородия почв, осуществляемыми агрохолдингом «Белгородская нива», куда вошел составной частью находящийся на стадии банкротства СПК «Новая жизнь», на территории которого находится рассматриваемая нами точка. Морфологическое описание почвенного разреза точки по маршруту экспедиции В.В. Докучаева в 13 верстах от Белгорода. Поверхность ровная, микрорельеф слабо выражен, вершок склона северной экспозиции в сторону поймы реки Везелка. Влияния водной эрозии не наблюдается. Апах свежий, цвет темно-серый, тяжелосуглинистый, структура 0-26 см пороховато-непрочнокомковатая, порошисто-зернистая, слабо уплотнен ( объемная масса 1,1 г/см3), новообразования и включения в виде корневых остатков. Переход к следующему морфологическому горизонту слабо выражен. А свежий, цвет темно-серый с буризной, структура непрочно 26-52 см комковатая с ореховидными отдельностями, слабо уплотнен, видны отдельные корни, наблюдаются капролиты, переход в следующий морфологический горизонт постепенный. В свежий, темно-серый с бурым оттенком, структура комкова- 52-65 см тая с зернистыми отдельностями, слабо уплотнен, отмечается карбонатная плесень. Переход в следующий горизонт постепенный. ВС свежий, цвет серовато-бурый, тяжелосуглинистый, структу- 65-93 см ра комковато-глыбистая, уплотнен, пронизан карбонатным мицелием.
Отмечаются ходы землероев. С лессовидный суглинок 100 см и далее Вскипает от слабого раствора соляной кислоты с глубины 38 см. Чернозем типичный, среднемощный, тяжелосуглинистый, на лессовидном суглинке. За 116 лет глубина перегнойно-аккумулятивного горизонта (60см) практически осталась неизменной, поскольку переход слабо выражен. Точка, расположенная в 2,5 верстах не доезжая поселка Томаровка по трассе Белгород-Сумы, находится на второй надпойменной террасе реки Ворскла в старом полувековом яблоневом саду, принадлежащем межрайонному дому престарелых. Уход за садом за последние 17 лет оставлял желать лучшего и ограничивался периодической санитарной обрезкой без каких-либо иных агротехнических приемов по уходу за деревьями, применения химических средств борьбы с вредителями и болезными сада. Ко времени организации экспедиции Докучаева вторая точка современного сплошного мониторинга находились на пустыре, не занятом под сельскохозяйственное использование. Естественная степная растительность, мощный дерновый слой с обилием полуразложившейся органической массы обеспечил высокое содержание гумуса по всему профилю перегнойно-аккумулятивного горизонта - 5,46% (таб. 66). После вовлечения данного участка в сельскохозяйственный оборот запасы органического вещества почвы были интенсивно минерализованы и через 100 лет содержание гумуса в почве снизилось с 5,46 до 3,58 % в 1983 году. Процесс минерализации гумуса продолжался до 1998 года, о чем свидетельствовала величина соотношения углерода гуматов и фульвокислот с превышением последних (2,59 в 1983 и 1,65-1,74 в 1991-1995 гг.). Поскольку пять последних десятилетий земельный массив находился под многолетними насаждениями и здесь не вносились минеральные удобрения, обеспеченность почвы фосфором оставалась на уровне низкой градации (3,7-6,1 мг./ЮОг. почвы). К моменту отбора почвенных проб в 1998 году было отмечено, что территория сада была определена местом слива сточных вод ассенизаторскими автомобилями коммунальных служб поселка Томаровка. Агрохимический анализ показал повышение гумифицированности перегнойно-аккумулятивного горизонта с 3,1 в 1995 до 3,48% в 1998 году. При этом повысилось соотношение углерода гуматов к фульвокислотам (с 1,13 до 1,28) как свидетельство поступления в почву свежего органического вещества, возросло содержание в почве усвояемого фосфора на 1,1 мг/100 г почвы и особенно обменного калия. Последнее обстоятельство объясняется высокой щелочностью бытовых стоков, используемых для удобрительного орошения сада. Тому подтверждением служит факт подщелачивания почвенного раствора с 5,6 в 1991 году до 6,1 единиц рН в 1998 году (табл. 66). В целом же длительное пребывание земельного массива под многолетними насаждениями способствует стабилизации гумусного состояния почвы, создает благоприятный фосфатный режим, повышает содержание в почве обменного калия и сопровождается постепенным подшелачивание почвенного раствора, что связано с преобладанием азотно-калийного баланса, сложившегося в агрофитоценоценозе на протяжении десятилетий.
